(57)【要約】【課題】工対象物の表面に溶融や切断予定ラインから外れた割れが生じることなく、加工対象物の表面に加工の痕跡を残さないで正確に割段位置が定められて割断加工が可能な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】レーザ光源１からのレーザ光Ｌのパワー調整を行なってパルスレーザ光Ｌ１を集光する集光用レンズ８を介して、加工対象物固定手段１３、１４、１５、１６に固定されたレーザ光Ｌ１を透過する加工対象物１２上の割断予定部１７に沿って出射し、割断予定改質部１８が加工対象物１２のレーザ光Ｌ１を照射した側の表面近傍の内部に形成する様に成したレーザ加工装置及びレーザ加工方法において、加工対象物固定手段１４に集光用レンズ８と加工対象物１２との距離を計測する測距手段１１を設け、加工対象物１２の姿勢を測距手段により計測し、この情報に基づき集光用レンズ８の集光点を所定の位置に合わせて改質部を形成する。【選択図】      図１
2006315031.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外線領域の波長のパルスレーザ光を出射するレーザ光源と、
前記パルスレーザ光のパワー調整を行うパワー調整手段と、
前記パルスレーザ光を透過する加工対象物と、
前記加工対象物を固着する加工対象物固定手段と、
前記レーザ光源から出射された前記パルスレーザ光を集光する集光用レンズと、
前記集光用レンズと前記加工対象物との距離を計測する測距手段と、
前記測距手段によって計測された距離情報に基づき、前記パルスレーザ光の集光点を前記加工対象物の内部の所定の位置に合わせるフォーカス手段と、
前記加工対象物の割断予定ラインに沿って前記パルスレーザ光の集光点を相対的に移動させる移動手段と、
を有し
前記加工対象物固定手段により固定された前記加工対象物の姿勢を前記測距手段により計測し、該計測の情報に基づき前記集光用レンズの前記集光点を所定の位置に合わせて前記パルスレーザ光を、前記加工対象物に照射し、前記加工対象物の割断予定ラインに沿って前記移動手段に対し相対的に単数回移動させた割断予定改質部が前記加工対象物の前記パルスレーザ光を照射した側の表面近傍の内部に形成したことを特徴としたレーザ加工装置。
【請求項２】
前記加工対象物を固着する加工対象物固定手段は、１次元方向に移動可能とされた前記移動手段を構成する加工ステージと、
前記加工ステージの１次元移動方向と異なる２次元方向に立設したゲート状の２次元軸保持部材と、
前記加工ステージと対向する前記２次元軸保持部材の桁部に沿って２次元方向に移動可能とされた２次元軸ステージと、
前記２次元軸ステージに対し３次元方向に移動可能とされた３次元軸ステージと、
前記３次元軸ステージに前記フォーカス手段及び前記計測手段並びにモニタ手段と、
を有することを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
レーザ光源からの紫外線領域の波長のパルスレーザ光を出射するレーザ光出射プロセスと、
前記パルスレーザ光のパワー調整を行うパワー調整プロセスと、
前記パルスレーザ光を透過する加工対象物を加工対象物固定手段に固着するする加工対象物固定プロセスと、
前記レーザ光源から出射されたパルスレーザ光を集光用レンズで集光する集光プロセスと、
前記集光用レンズと前記加工対象物との距離を計測手段で計測する測距プロセスと、
前記測距プロセスによって計測された距離情報に基づき、前記パルスレーザ光の集光点を前記加工対象物の内部の所定の位置にフォーカスを合わせるフォーカスプロセスと、
前記加工対象物の切断予定ラインに沿って前記パルスレーザ光の前記集光点を相対的に移動させるプロセスと、
を有し
前記加工対象物固定プロセスにより加工対象物固定手段に固定された前記加工対象物の姿勢を前記測距プロセスにより計測し、該測距プロセスの情報に基づき前記集光用レンズの前記集光点を所定の位置に合わせて前記パルスレーザ光を、前記加工対象物に照射し、該加工対象物の割断予定部に沿って前記移動手段に対し相対的に単数回移動させた割断予定改質部が該加工対象物の該パルスレーザ光を照射した側の表面近傍の内部に形成したことを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項４】
前記加工対象物を固着する加工対象物固定プロセスは、加工ステージにより１次元方向に移動可能とし、該加工ステージの１次元移動方向と異なる２次元方向にゲート状の２次元軸保持部材を立設し、
前記加工ステージと対向する前記２次元軸保持部材の桁部に沿って２次元軸ステージが２次元方向に移動可能とした２次元方向移動プロセスと、
前記２次元軸ステージの２次元方向移動プロセスに対し３次元軸ステージを３次元方向に移動可能とした３次元方向移動プロセスと、
前記３次元軸ステージに設けた集光レンズを３次元方向に移動するアクチュエータを駆動する集光レンズ駆動プロセスと、
前記３次元軸ステージに設けた前記測距手段で前記集光用レンズと前記加工対象物との距離を計測する前記測距プロセスにより、
前記加工対象物の姿勢を前記測距プロセスにより計測し、該測距プロセスの情報に基づき前記集光用レンズの前記集光点を所定の位置に合わせて前記パルスレーザ光を照射し、該加工対象物の表面近傍の内部に形成した割断予定部に沿って移動させて割断予定改質部を形成したことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置等に用いられているガラス基板等の切断に使用されるレーザ加工装置及びレーザ加工方法に係わり、特に、外部に加工の痕跡を残さないで正確に割段位置が定められて割断加工が可能なレーザ加工装置及びレーザ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、レーザを用いた非接触加工法は多数提案されており、一般的には加工対象物が吸収する波長のレーザ光を照射し、レーザ光の吸収により切断する箇所において加工対象物の加熱溶融を進行させて加工対象物を切断している。然し、液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置などの特に、アルカリ含有成分が少ない無アルカリガラス基板では一般的なレーザ光は殆ど透過してしまい、割断させるような加工は困難であった。
【０００３】
無アルカリガラス基板の割断加工方法は、たとえばＣＯ２レーザによる加工が現在行われているが、一般的にはレーザ走査の始点となる部分に何らかのクラックが必要である。この始点クラックを作るため従来は刃物加工が必要となり、現状のガラス基板は軽量化のため薄型化が要求されて刃物加工によるガラス基板へのダメージが深刻化している。
【０００４】
又、特許文献１及び特許文献２に記載のようにＣＯ２レーザによる急加熱直後に急冷却のための水の吹き付けが必要とされている。液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置共に水の影響を受けると、これらの装置の管理が困難になると共に、水の供給や排水設備及び装置内の防水の機構も必要となって装置の複雑化、大型化となる要因となっていた。
【０００５】
上述の切断方法では、加工対象物に生じる熱衝撃が大きく、加工対象物の表面に、切断予定ラインから外れた割れやレーザ照射していない別の箇所まで不必要な割れが発生するので、これらの切断方法では加工対象物を精密に切断することができない問題が生ずる。
【０００６】
更に、加工対象物の表面に不必要な割れを発生させることなく、その表面が溶融しないレーザ加工装置として、加工対象物がレーザ光を吸収することにより加工対象物を発熱させて改質領域を形成するのではなく、加工対象物にレーザ光を透過させ加工対象物の内部に生ずる多光子吸収現象を利用し、多光子吸収を発生させたものが特許文献３に開示されている。この多光子吸収を発生する方法は加工対象物の切断予定ラインにパルスレーザ光を照射し、加工対象物の内部の予定割断箇所に改質領域を形成することで、小さな力で予定割断箇所に沿って割断可能としたレーザ加工方法である。
【０００７】
上述の特許文献３には、図９に示す様に、パルス幅が１μｓ以下のパルスレーザ光Ｌを出射するレーザ光源１と、レーザ光源１から出射されたパルスレーザ光Ｌの集光点Ｐのピークパワー密度が１×１０８（ｗ/ｃｍ２）以上になるようにパルスレーザ光Ｌを集光する集光用レンズ８ａ、８ｂ、８ｃと、集光用レンズ８ａ、８ｂ、８ｃを含む光学系の開口数の大きさを調節する開口数調節手段３０と、集光用レンズ８ａ、８ｂ、８ｃにより集光されたパルスレーザ光Ｌの集光点Ｐを加工対象物１２の内部に合わせる手段１４と、加工対象物１２の切断予定ライン１７に沿ってパルスレーザ光Ｌの集光点Ｐを相対的に移動させる移動手段１３，１４と、を備え、加工対象物１２の内部に集光点を合わせて１パルスのパルスレーザ光を加工対象物１２に照射することにより加工対象物１２の内部に１つの改質スポットを形成し、開口数調節手段３０により調節される開口数の大きさと改質スポットの寸法との相関関係を予め記憶した相関関係記憶手段２０ａと、改質スポットの寸法の入力に基づいてこの寸法に形成できる開口数の大きさを相関関係記憶手段２０ａから選択する開口数選択手段２０ｂと、を備え、開口数調節手段２０ａは開口数選択手段２０ｂにより選択された開口数の大きさとなるように集光用レンズ８ａ、８ｂ、８ｃを含む光学系の開口数の大きさを調節する様にしたレーザ加工装置１０が開示されている。
【０００８】
上記特許文献３に記載されたレーザ加工装置１０について以下に詳記する。図９はこのレーザ加工装置１０の概略構成図である。レーザ加工装置１０は、レーザ光Ｌを発生するレーザ光源１と、レーザ光Ｌのパワーやパルス幅等を調節するためにレーザ光源Ｌを制御するレーザ光源制御部１９と、レーザ光源１から出射されたレーザ光Ｌのパワーを調節するパワー調節部２，４とを有する。
【０００９】
パワー調節部２、４は、例えば、複数のＮＤ(neutral density)フィルタと、各ＮＤフィルタをレーザ光Ｌの光軸に対して垂直な位置に移動させたりレーザ光Lの光路外に移動させたりする機構と、を備える。ＮＤフィルタは、エネルギーの相対分光分布を変えることなく光の強さを減らすフィルタである。複数のＮＤフィルタはそれぞれ減光率が異なる。パワー調節部２、４は、複数のＮＤフィルタの何れか又はこれらを組み合わせることにより、レーザ光源１から出射されたレーザ光Ｌのパワーを調節する。
【００１０】
なお、パワー調節部２、４は、直線偏光のレーザ光Ｌの光軸に対して垂直に配置された偏光フィルタと、偏光フィルタをレーザ光Ｌの光軸を中心に所望の角度だけ回転させる機構と、を備えたものでもよい。この場合はパワー調節部２、４において光軸を中心に所望の角度だけ偏光フィルタを回転させることにより、レーザ光源１から出射されたレーザ光Ｌのパワーを調節する。
【００１１】
レーザ光Ｌのパワーは、パワー調節部２、４及びレーザ光源制御部１９の少なくともいずれか一方により調節することができる。レーザ光源制御部１９によるレーザ光Ｌのパワーの調節だけで改質領域の寸法を所望値にできるのであればパワー調節部２、４は不要である。以上説明したパワーの調節は、レーザ加工装置１０の操作者が後述する全体制御部（ＣＰＵ）２０にキーボード等を用いてパワーの大きさを入力することによりなされる。
【００１２】
レーザ加工装置１０は、パワー調節部２、４でパワーが調節されたレーザ光Ｌが入射し、レーザ光Ｌの光軸の向きを９０°変えるように配置されたダイクロイックミラー３１と、ダイクロイックミラー３１で反射されたレーザ光Ｌを集光する集光用レンズ８を複数（８ａ、８ｂ、８ｃ）含むレンズ選択機構３２と、レンズ選択機構３２を制御するレンズ選択機構制御部３０を有する。
【００１３】
レンズ選択機構３２は集光用レンズ８ａ、８ｂ、８ｃと、これらを支持する支持板３３を備える。集光用レンズ８ａ、８ｂ、８ｃを含む夫々の光学系の開口数は異なつている。レボルバー式のレンズ選択機構３２は、レンズ選択機構制御部３０からの信号に基づいて支持板３３を回転させて集光用レンズ８ａ、８ｂ、８ｃの中から所望の、例えば集光用レンズ８ａをレーザ光Ｌの光軸上に配置させる。
【００１４】
レーザ加工装置１０の操作者がＣＰＵ２０にキーボード等を用いて開口数の大きさ又は集光用レンズ８ａ、８ｂ、８ｃのうちどれを選択する指示を入力することにより、集光用レンズ８ａ、８ｂ、８ｃの選択、つまり開口数の選択がなされる。
【００１５】
レーザ加工装置１０は、集光用レンズ８ａ、８ｂ、８ｃのうちレーザ光Ｌの光軸上に配置された集光用レンズ８ａで集光したレーザ光Ｌが照射される加工対象物１２が載置される載置台３４と、この載置台３４をＸ軸方向に移動させるためのＸ軸ステージ１５と、載置台３４をＸ軸方向と直交するＹ軸方向に移動させるためのＹ軸ステージ１３と、載置台３４をＸ軸及びＹ軸方向と直交するＺ軸方向に移動させるためのＺ軸ステージ１４と、これら３つのステージ１３、１４、１５の移動を制御するステージ制御部３５を有する。
【００１６】
Ｚ軸方向は加工対象物１２の表面と直交する方向なので、加工対象物１２に入射するレーザ光Ｌの焦点深度の方向となる。よって、Ｚ軸ステージ１４をＺ軸方向に移動させることにより、加工対象物１２の内部にレーザ光Ｌの集光点Ｐを合わせることができる。この集光点ＰのＸ(Ｙ)軸方向の移動の１例は、加工対象物１２をＸ(Ｙ)軸ステージ１５（１３）によりＸ(Ｙ)軸方向に移動させることにより行う。
【００１７】
レーザ光源１はパルスレーザ光Ｌを発生するＮｄ:ＹＡＧレーザである。レーザ光源１に用いることができるレーザとして、この他、Ｎｄ:ＹＶＯ4レーザやＮｄ:ＹＬＦレーザやチタンサファイアレーザがある。
【００１８】
加工対象物１２の加工にパルスレーザ光Ｌを用いているが、多光子吸収を起こさせることができるなら連続波レーザ光でもよく、集光用レンズ８ａ〜８ｃは集光手段の一例であり、Ｚ軸ステージ１４はレーザ光Ｌの集光点を加工対象物１２の内部に合わせる手段の一例であって、集光用レンズ８ａ〜８ｃをＺ軸方向に移動させることによっても、レーザ光Ｌの集光点Ｐを加工対象物１２の内部に合わせることができる旨の記載もある。
【００１９】
レーザ加工装置１０には、更に、載置台３４に載置された加工対象物１２を可視光線により照明するために可視光線を発生する観察用光源４０と、ダイクロイックミラー３１及び集光用レンズ８（８ａ、８ｂ、８ｃ）と同じ光軸上に配置された可視光用のビームスプリッタ３６を有する。ビームスプリッタ３６と集光用レンズ８との間にダイクロイックミラー３１が配置されている。ビームスプリッタ３６は、可視光線の約半分を反射し残りの半分を透過し、かつ可視光線の光軸の向きを９０°変えるように配置されている。観察用光源４０から発生した可視光線はビームスプリッタ３６で約半分が反射され、この反射された可視光線がダイクロイックミラー３１及び集光用レンズ８を透過し、加工対象物１２の切断予定ライン１７等を含む表面を照明する。
【００２０】
レーザ加工装置１０は、ビームスプリッタ３６、ダイクロイックミラー３１及び集光用レンズ８と同じ光軸上に配置された撮像素子（モニタカメラ）２１及び結像レンズ３７を備える。モニタカメラとしては例えばＣＣＤ(charge-coupled device)カメラがある。切断予定ライン１７等を含む加工対象物１２の表面を照明した可視光線の反射光は、集光用レンズ８、ダイクロイックミラー３１、ビームスプリッタ３６を透過し、結像レンズ３７で結像されてＣＣＤカメラ２１で撮像され、撮像データとなる。
【００２１】
レーザ加工装置１０は、ＣＣＤカメラ２１から出力された撮像データが入力される撮像データ処理部３８と、レーザ加工装置１０全体を制御する全体制御部（ＣＰＵ）２０と、モニタ３９と、を備える。撮像データ処理部３８は、撮像データを基にして観察用光源４０で発生した可視光の焦点が加工対象物１２の表面上に合わせるための焦点データを演算する。この焦点データを基にしてステージ制御部３５がＺ軸ステージ１４を移動制御することにより、可視光の焦点が加工対象物１２の表面に合うようにする。よって、撮像データ処理部３８はオートフォーカスユニットとして機能する。また、撮像データ処理部３８は、撮像データを基にして加工対象物１２の表面の拡大画像等の画像データを演算する。この画像データはＣＰＵ２０に送られ、ＣＰＵ２０で各種処理がなされ、モニタ３９に送られ、モニタ３９に拡大画像等が表示される。
【００２２】
ＣＰＵ２０には、ステージ制御部３５からのデータ、撮像データ処理部３８からの画像データ等を入力し、これらのデータを基にしてレーザ光源制御部１９、観察用光源４０及びステージ制御部３５を制御することにより、レーザ加工装置１０全体を制御する。よって、ＣＰＵ２０はパワー調節部２、４と電気的に接続されている。ＣＰＵ２０にパワーの大きさが入力されることでＣＰＵ２０はパワー調節部２、４を制御し、これによりパワーが調節される旨の技術が開示されている。
【００２３】
上述の、特許文献３に開示のレーザ加工装置１０では、３次元方向に加工対象物１２を駆動する３軸ステージが加工対象物１２の下方に配設されているため、Ｚ軸方向に集光レンズ８の集光点Ｐを加工対象物１２の表面から内部の所定の改質位置に位置合わすには加工対象物１２に形成した切断予定ライン１７からか改質位置までのデータだけでなく、加工対象物１２の厚さに応じた改質位置までの差だけＺ軸ステージ１４を上動させる操作や演算を必要とし、集光用レンズと加工対象物との距離を計測する計測手段が無いためＣＰＵ２０への事前のデータ入力に多くの手間を要する問題があった。
【特許文献１】特開２０００−２１９５２８号公報。
【特許文献２】特開２０００−１５４６７号公報。
【特許文献３】特開２００３−１４６０号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
本発明は、上記課題を解決するために成されたもので、本発明が解決しようとする課題は、ガラス基板などの透明部材の割断加工を行う場合にも、単純な使い勝手の良い機構で非接触加工を実現することが可能なレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
第１の本発明のレーザ加工装置は、紫外線領域の波長のパルスレーザ光を出射するレーザ光源と、このレーザ光のパワー調整を行うパワー調整手段と、レーザ光を透過する加工対象物と、加工対象物を固定する加工対象物固定手段と、レーザ光源から出射されたパルスレーザ光を集光する集光用レンズと、集光用レンズと加工対象物との距離を計測する測距手段と、この測距手段によって計測された距離情報に基づき、レーザ光の集光点を加工対象物の内部の所定の位置に合わせるフォーカス合わせ手段と、加工対象物の切断予定ラインに沿ってパルスレーザ光の集光点を相対的に移動させる移動手段と、を有し、加工対象物固定手段により固定された加工対象物の姿勢を測距手段により計測し、この情報に基づき集光用レンズの集光点を所定の位置に合わせてパルスレーザ光を加工対象物に照射し、加工対象物の割断予定部に沿って相対的に単数回移動せしめた割断予定改質部が加工対象物のレーザ光を照射した側の表面近傍の内部にて形成されるように成したものである。
【００２６】
第２の本発明のレーザ加工方法は、レーザ光源からの紫外線領域の波長のパルスレーザ光を出射するレーザ光出射プロセスと、パルスレーザ光のパワー調整を行うパワー調整プロセスと、パルスレーザ光を透過する加工対象物を加工対象物固定手段に固着するする加工対象物固定プロセスと、レーザ光源から出射されたパルスレーザ光を集光用レンズで集光する集光プロセスと、集光用レンズと加工対象物との距離を計測手段で計測する測距プロセスと、この測距プロセスによって計測された距離情報に基づき、パルスレーザ光の集光点を加工対象物の内部の所定の位置にフォーカスを合わせるフォーカスプロセスと、加工対象物の切断予定ラインに沿ってパルスレーザ光の集光点を相対的に移動させる移動プロセスと、を有し加工対象物固定プロセスにより加工対象物固定手段に固定された加工対象物の姿勢を測距プロセスにより計測し、測距プロセスの情報に基づき集光用レンズの集光点を所定の位置に合わせてパルスレーザ光を、加工対象物に照射し、加工対象物の割断予定部に沿って移動プロセスで相対的に単数回移動させた割断予定改質部が加工対象物のパルスレーザ光を照射した側の表面近傍の内部に形成するようにしたものである。
【発明の効果】
【００２７】
第１及び第２の本発明に係るレーザ加工装置及びレーザ加工方法によれば、パルスレーザ光の集光点を加工対象物の内部に測距手段を用いて簡単に合わせ、加工対象物にパルスレーザ光を照射することができる。この様にパルスレーザ光を加工対象物に照射すると、加工対象物の内部に多光子吸収現象が生じ、加工対象物の内部予定割断箇所に改質部が形成されて、小さな力で予定割断箇所に沿って割断することが可能となる。従って、小さな力で加工対象物を割断することができるので、加工対象物の表面に切断予定ラインから外れる割れを発生させることなく加工対象物の割断が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明のレーザ加工装置及びレーザ加工方法を図１乃至図８によって説明する。図１は本発明のレーザ加工装置の１形態例の構成を示す系統図、図２は本発明のレーザ加工装置の１形態例の構成を示す斜視図、図３は本発明のレーザ加工装置の１形態例の構成を示す加工対象物の平面図、図４は本発明のレーザ加工装置に用いる１形態例の構成を示す加工対象物の側面図、図５は本発明のレーザ加工装置に用いる図３に示す加工対象物のＡ−Ａ断面矢視図、図６は本発明のレーザ加工装置に用いる図３に示す加工対象物のＢ−Ｂ断面矢視図、図７は本発明のレーザ加工装置に用いる図３に示す加工対象物のＡ−Ａ断面矢視の実画像、図８Ａ、図８Ｂは本発明のレーザ加工方法の１形態例を示すフローチャートである。
【００２９】
以下、本発明を適用したレーザ加工装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。尚、本発明は、以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。図９との対応部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００３０】
本発明のレーザ加工装置の１形態例を図１に示す。図１において、レーザ加工装置１０は、主としてレーザ光Ｌの制御を行う部分と、加工対象物１２を固着して加工を行う加工対象物固定部１３等の駆動部分を備えたものである。レーザ光Ｌを発生するレーザ光源１はレーザ制御部１９からの指令よってそのパルス間隔、パルス波のオン、オフの切換などを行うことができる。
【００３１】
レーザ加工装置１０の主としてレーザ光の制御を行う部分に用いるレーザ光源１は例えば、ＹＡＧレーザの波長変換を行った第 3 高調波の３５５ｎｍのＱスイッチパルスレーザであり、レーザ光源１からのレーザ光Ｌはパワー調節部２、４に入射する。勿論、従来例で説明したと同様のレーザ光源１でも良い。パワー調節部はアッテネータ２とパワーモニタ４からなり、アッテネータ２は複数のＮＤ(neutral density)フィルタの何れか又はこれらを組み合わせることにより、レーザ光源１から出射されたレーザ光Ｌのパワーを調節する。もしくは直線偏光のレーザ光Ｌの光軸に対して垂直に配置された偏光フィルタと、この偏光フィルタをレーザ光Ｌの光軸を中心に所望の角度だけ回転させる機構とを備えたものでもよい。
【００３２】
パワー調整部２、４のアッテネータ２からの出射光路上に配されたシャッター３は図２の斜視図に示される様に偏光調整部５との間に配され、レーザ光Ｌのパワーを調節する際、シャッター３は加工ステージ１３側へ向かうレーザ光Ｌを遮り、パワーモニタ４側へレーザ光Ｌを照射する。実際に加工対象物１２を加工する際は、シャッター３は光路を加工ステージ１３側へ開放し、パワーモニタ４側へのレーザ光Ｌの照射は行われない。シャッター３以後のレーザ光は偏光調整部５により直線もしくは円偏光により偏光され、更に、ビームエキスパンダ６によりビーム径は所定の大きさに拡大され、対物集光レンズ８を経て集光され加工対象物１２に照射される。
【００３３】
そこで、本発明において、レーザ光源１は例えば、ＹＡＧレーザの波長変換を行った第 3 高調波の３５５ｎｍのＱスイッチパルスレーザである。パワー調節部はアッテネータ２とパワーモニタ４からなり、アッテネータ２は複数のＮＤフィルタの何れか又はこれらを組み合わせることにより、レーザ光源１から出射されたレーザ光のパワーを調節する。もしくは直線偏光のレーザ光の光軸に対して垂直に配置された偏光フィルタと、この偏光フィルタをレーザ光の光軸を中心に所望の角度だけ回転させる機構と、を備えたものでもよい。
【００３４】
レーザ光のパワーを調節する際、シャッター３は加工ステージ１３側へのレーザ光を遮り、パワーモニタ４へレーザ光を照射する。実際に加工対象物１２を加工する際は、シャッター３は光路を加工ステージ１３側へ開放しパワーモニタ４へのレーザ光の照射は行われない。シャッター３部分通過以後のレーザ光Ｌは偏光調整部５により直線もしくは円偏光により偏光され、更に、ビームエキスパンダ６（６ａ、６ｂ）によりビーム径は所定の大きさに拡大されたレーザ光Ｌ１とされ、対物集光レンズ駆動用アクチュエータ（以下アクチュエータと記す）９内の対物集光レンズ８を経て集光され加工対象物１２に照射される。
【００３５】
レーザ加工装置１０の加工対象物１２を固着して加工を行う加工対象物固定手段の駆動部分は図２に示す様に構成される。即ち、加工対象物１２を固着する加工対象物固定手段は、１次元の例えば、Ｙ−Ｙ軸又はＸ−Ｘ軸方向に移動可能とされた略直方体状の金属などで構成した加工ステージ１３と、この加工ステージ１３の１次元（ＹーＹ軸）移動方向と異なる２次元（ＸーＸ軸）方向に図示しない装置の基板に立設した２本の柱部１６ａ、１６ｂと、この２本の柱部１６ａ、１６ｂ間に架け渡された桁部１６ｃらなるゲート状の金属製の２次元（Ｘ）軸保持部材１６と、加工ステージ１３上に載置した加工対象物１２と対向する２次元軸保持部材１６の桁部１６ｃに沿って２次元（Ｘ）方向に移動可能とされた金属製の２次元（Ｘ）軸ステージ１５と、この２次元軸ステージ１５に固定され、２次元軸ステージ１５に対し３次元（Ｚ）方向に移動可能とされた金属製の３次元（Ｚ）軸ステージ１４とで構成されている。
【００３６】
上記の３次元（Ｚ）軸ステージ１４にはレーザ光源１から出射されたパルスレーザ光Ｌを集光する対物集光用レンズ８と、この対物集光用レンズ８と加工対象物１２との距離を計測する測距センサ１１と、測距センサ１１によって計測された距離情報に基づき、パルスレーザ光Ｌ１の集光点Ｐを加工対象物１２の内部の所定の位置に合わせてフォーカスさせるアクチュエータ９と、モニタカメラ（ＣＣＤ）２１とが固定されている。
【００３７】
上記した、撮像手段を構成するＣＣＤからなるモニタカメラ２１は加工ステージ１３に固着された加工対象物１２の加工ステージ１３上の座標位置を認識する。測距センサ１１は例えば、ＣＣＤによるリニアイメージセンサを用いたセンサであり、Ｚ軸ステージ１４上に載置した測距センサ１１と加工対象物１２の距離を測定するものである。実際には対物集光レンズ８と加工対象物１２の距離の算出が必要であり、これは予め測距センサ１１と対物集光レンズ８とのＺ軸方向の距離を計測しておくことで容易に算出できる。
【００３８】
実際の計測は測距センサ１１の測定箇所が割断予定線１７に沿うようにＸ軸ステージ１５を移動させ、加工ステージ１３をＹ方向に走査させて加工対象物１２の割断予定線１７と測距センサ１１の距離を測定する。この測定データに基づいて、対物集光レンズ８を載置したアクチュエータ９をＺ軸方向に移動させる距離を制御部（ＣＰＵ）７で算出する。ＣＰＵ２０は図１の系統図に示す様にレーザ光源制御部１９、パワー調整部２、４、シャッター３、偏光調整部５、ビームエキスパンダ６、加工ステージ１３、アクチュエータ９並びに測距センサ９を制御すると共に上記した各部からの測距データや移動位置データの授受がＣＰＵ２０との間で行なわれる。
【００３９】
実際にレーザ光Ｌを照射して加工対象物１２に図５及び図７に示す改質部１８を形成する時は、上述の算出データに基づきアクチュエータ９をＺ−Ｚ軸方向に微少動作させている。上記したビームエキスパンダ６は例えば、レーザ光源１のパワーや偏光方法等の違いを切り換えるための切換部６ａ及びビームの口径を拡大するエキスパンダー６ｂ等よりなり、エキスパンドされたレーザ光Ｌ１の集光点Ｐがフォーカスする様に対物集光レンズ用アクチュエータ９を駆動して、加工対象物１２の内部（表面から所定の距離内側に入り込んだ割断予定線１７と平行な割断予定改質部１８の線）となる位置に調整しつつ照射する。
【００４０】
実際の加工対象物１２のレーザ加工装置１０のレ−ザ加工方法は次の手順で行われる。以下、この手順を図８Ａ及び図８Ｂで説明する。
【００４１】
図１に示すＣＰＵ２０に記憶されているパラメータに従い、レーザ光Ｌの繰り返し周波数等がレーザ制御部１９に送信され、図８Ａに示す様に、レーザ光源１からパルスレーザ光Ｌが発振される（図８ＡのステップＳ１）。
【００４２】
この時シャッター３は加工ステージ１３への経路を遮っており、加工はされない。従ってパルスレーザ光Ｌはアッテネータ２を通過後パワーモニタ４側へ照射されている（図８ＡのステップＳ２）。
【００４３】
このパワーモニタ４でパワー測定を行なう（図８ＡのステステップＳ３）。パワーモニタ４のパワー測定に基づき所定のパワー値になるまでアッテネータ２にＣＰＵ２０から指令を行う（図８ＡのステップＳ４）。
【００４４】
所定のパワー値になった場合、ＣＰＵ２０のメモリに記憶される（図８ＡのステップＳ５）。
【００４５】
以後、必要とするレーザパワー値が常に同じであればアッテネータ２は固定の状態で構わない。また偏光調整部５も同様にＣＰＵ２０に記憶されているパラメータに従い設定が行われる。
【００４６】
上記した各ステップと同時に図８Ｂのフローチャートに示す様に、第ＩステップＳＴ１では加工ステージ１３上に固着されている加工対象物１２の位置情報をモニタカメラ２１にて認識を行い割断予定線１７の座標位置を算出する。
【００４７】
その後、第２ステップＳＴ２では、この算出された割断予定線１７の座標位置の情報に基づき、測距センサ１１の測定箇所が割断予定線１７に沿うようにＸ軸ステージ１５を移動させる。
【００４８】
第３ステップＳＴ３では加工ステージ１３をＹ方向に走査させて加工対象物１２の割断予定線１７部と測距センサ１１の距離を測定する。
【００４９】
第４ステップＳ４では、この測定データに基づいて制御部２０は、対物集光レンズ８をＺ軸方向に移動させる距離を制御部７にて算出する。
【００５０】
上述の図８ＡのステップＳ１〜ステップＳ５及び図８Ｂの第ＩステップＳＴ１〜第４ステップＳＴ４まで両方の処理が完了した後に第５ステップＳＴ５の様に割断予定線１７の開始点近傍に、Ｘ軸ステージ１５を駆動して対物集光レンズ８の中心を移動させると同時に加工ステージ１３もＹ−Ｙ軸方向に同様に移動させる。
【００５１】
その後、第６ステップＳＴ６の様にシャッター３は回転移動してレーザ光を加工ステージ１３側へ到達せしめる。第７ステップＳＴ７では加工ステージ１３を割断予定線１７に平行に移動させて改質部１９を加工対象物１２内部に形成させてエンドに至る。
【００５２】
上述の様に加工された加工対象物１２の断面を示したものが図５及び図６であり、図５は図３の平面図の割断予定線１７に沿ったＡ−Ａ矢印方向断面図であり、図６はこれに垂直な図３の平面図のＢ−Ｂ矢印方向断面図である。図７は図５にあたる実際の加工を示した写真である。
【００５３】
本発明のレーザ加工装置及びレーザ加工方法によれば、パルスレーザ光の集光点を加工対象物の内部に測距手段を用いて簡単に合わせ、加工対象物にパルスレーザ光を照射することができる。又、始点クラックを作るため従来の刃物加工などが不要で、また冷却のための冷媒を加工対象物付近に吹き付ける装置なども不要で、非接触加工が実現できる。また加工対象物内部にレーザ光を集光させて改質部をつくるため表面に加工跡が発生せず、したがって加工屑などの発生が起こらず高品質な加工が実現できる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明のレーザ加工装置の１形態例の構成を示す系統図である。
【図２】本発明のレーザ加工装置の１形態例の構成を示す斜視図である。
【図３】本発明のレーザ加工装置の１形態例の構成を示す加工対象物の平面図である。
【図４】本発明のレーザ加工装置に用いる１形態例の構成を示す加工対象物の側面図である。
【図５】本発明のレーザ加工装置に用いる図３に示す加工対象物のＡ−Ａ断面矢視図である。
【図６】本発明のレーザ加工装置に用いる図３に示す加工対象物のＢ−Ｂ断面矢視図である。
【図７】本発明のレーザ加工装置に用いる図３に示す加工対象物のＡ−Ａ断面矢視の実画像である。
【図８】本発明のレーザ加工方法の１形態例を示すフローチャートである。
【図９】従来のレーザ加工装置の構成を示す系統図である。
【符号の説明】
【００５５】
１…レーザ光源、２…アッテネータ、３…シャッター、４…パワーモニタ、５…偏光調整部、６…ビームエキスパンダ、８…対物集光レンズ、９…対物駆動アクチュエータ、１０…モニタカメラ、１１…測距センサ、１２…加工対象物、１３…加工ステージ、１４…Ｚ軸ステージ、１５…Ｘ軸ステージ、１６…Ｘ軸保持部材、１７…割断予定線、１８…集光ビーム、１９…改質部、２０…制御部（ＣＰＵ）、Ｌ…レーザビーム
【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８】
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【図９】
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【図７】
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