(57)【要約】【課題】材料内部の深さ方向に分布した位置に改質領域を形成するための集光を行う。【解決手段】  レーザ加工装置１は、材料２００に改質領域を形成するための第１レーザ光Ｌ１を照射する第１照射手段２４と、第２レーザ光Ｌ２を照射する第２照射手段１１と、材料内部に第１レーザ光の集光点である第１集光点Ｆ１を、材料の所定の位置に第２レーザ光の集光点である第２集光点Ｆ２を夫々形成する集光手段１５と、反射される第２レーザ光に基づいて、第２集光点の位置を決定するフォーカス制御手段１７、２０、２３と、材料を移動させる移動手段２８とを備え、集光手段は、フォーカス制御手段により決定される位置に第２集光点を形成し、第２集光点の位置に基づいて決定される位置に第１集光点を形成し、移動手段による材料の移動に応じて少なくとも第１集光点を第１レーザ光の光軸方向に移動させる。【選択図】図１
2011110591.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料内部にレーザ光を集光させることで、改質領域を形成するためのレーザ加工装置であって、
前記材料に前記改質領域を形成するための第１レーザ光を照射する第１照射手段と、
前記材料に第２レーザ光を照射する第２照射手段と、
前記材料内部に前記第１レーザ光の集光点である第１集光点を形成することで前記改質領域を形成すると共に、前記材料の所定の位置に前記第２レーザ光の集光点である第２集光点を形成する集光手段と、
前記反射される第２レーザ光を受光する受光手段と、
前記受光手段において受光される前記第２レーザ光に基づいて、前記第２集光点の位置を決定するフォーカス制御手段と、
前記材料を移動させる移動手段と
を備え、
前記集光手段は、前記フォーカス制御手段により決定される位置に前記第２集光点を形成し、前記第２集光点の位置に基づいて決定される位置に前記第１集光点を形成し、前記移動手段による前記材料の移動に応じて少なくとも前記第１集光点を前記第１レーザ光の光軸方向に移動させることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記集光手段は、前記受光手段の位置を前記反射される第２レーザ光の光軸方向に移動させる第１集光手段を備え、
前記フォーカス制御手段は、前記第１集光手段により移動された前記受光手段が受光する前記第２レーザ光の反射光に基づいて前記第２集光点の位置を決定することを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記集光手段は、前記第１集光点の位置を前記第２集光点に対して相対的に移動させる第２集光手段を更に備えることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記集光手段は、前記第１レーザ光の光軸方向に直交する面内において一の前記第１集光点と他の前記第１集光点とが同一の位置に形成される場合、一方の前記第１集光点を、前記第１レーザ光の光軸方向における他の前記第１集光点とは異なる位置に形成することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記第１レーザ光と前記第２レーザ光とは、前記材料の内部において互いに重複しない位置にあることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
前記集光手段は、前記第１レーザ光の光路内に前記改質領域が含まれないように前記第１集光点を形成することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
【請求項７】
前記集光手段は、前記材料内における１０マイクロメートル立方内の領域に改質領域を形成するよう、前記第１集光点を形成することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
【請求項８】
前記集光手段は、前記第２レーザ光の光軸方向における前記材料表面から所定の範囲内であり、且つ前記材料表面でない位置に前記第２集光点を形成することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、材料内にレーザ光の集光点を形成することで、材料内部の構造に変化を生じさせ、加工を行うレーザ加工装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の装置として、典型的にはシリコン基板やガラス基板などの材料内部にレーザ光の集光点を形成し、集光点近傍の微小体積に熱処理による化学的または物理的な変化を生じさせ、該変化により発生するクラックなどを利用して材料を切断するレーザカッティング装置などが知られている。このようなレーザ加工装置においては、切断面の精度の向上のために、種々の工夫が為されている。
【０００３】
例えば、特許文献１に開示される構成は、基板上に形成されたレジスト層に対し、高周波重畳をかけたレーザ光を照射し、その反射光を検出することにより、記録用レーザ光の焦点ずれを検出することで、レジスト層に微細なパターンの潜像を形成することを可能としている。
【０００４】
また、特許文献２には、材料内部に形成される集光点の軌跡が、材料表面に対して光軸方向に斜めに形成されるよう材料を相対移動させる構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−３３４８７号公報
【特許文献２】特開２００７−１６７８７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
形成される改質領域を起点に材料を切断するレーザカッティングにおいては、所望の切断面で材料を切断するために、改質領域を光軸方向に直交する切断面に沿って形成し、該改質領域を起点に材料の切断を行っていた。
【０００７】
しかしながら、切断面に直線的に形成される改質領域のみでは、切断面の制限が十分でなく、意図しない方向に切断が生じる可能性がある。特に、結晶方位を有する材料を切断するに当たっては、従来の手法のように、材料内に直線的に改質領域を形成した場合、該改質領域を起点として結晶方位に沿って切断が生じる場合がある。このとき、結晶方位が切断面と一致していない場合、意図しない位置における切断が生じ、所望の切断材料を得られない可能性がある。例えば、意図する切断面に対して傾斜する結晶方位を有する材料の場合、本来意図される直方体の切断材料の代わりに、平行四辺形の切断材料が取得される。
【０００８】
このような意図しない切断を回避するために、例えばレーザ光の集光により形成される改質領域を大きくし、切断面を制限する手法が考えられる。しかしながら、改質領域を大きくすることで切断面に生じるクラックが増加し、切断面の平面度や精度が悪化してしまう可能性もある。
【０００９】
また、光軸方向に異なる位置に複数の改質領域を形成することでも切断面の制限が可能となるが、従来のレーザ集光技術によれば集光位置制御の精度が十分ではなく、却って切断面の精度を悪化させる虞がある。これは、例えば複数枚のガラス基板を貼り合わせた材料の切断を行う際に特に顕著となる。このような貼り合わせガラスを切断するためには、割り合わせられるガラス基板毎に改質領域を形成する必要がある。しかしながら、上述したように改質領域に沿った切断面の制限が十分でないため、各ガラス基板毎に異なる切断面で切断が生じ、切断面の平面度及び表面粗度の悪化や、切断面のずれが生じる可能性がある。
【００１０】
例えば、特許文献２に記載されるように、光軸方向に位置を移動させながら改質領域を形成することで、切断面を制限することが可能となる。しかしながら、特許文献２に記載の手法によれば、改質領域を形成するための加工用レーザの集光点のフォーカス制御が十分でなく、所望の位置に正確に改質領域が形成されないという技術的な問題が残る。また、特許文献１に記載のフォーカス制御を実施する場合でも、レーザ光が入射する材料表面に構造物や傷などの凹凸が形成される場合、正確なフォーカス制御が実施出来ない虞がある。
【００１１】
本発明は、例えば上述の問題点に鑑み為されたものであり、適切なフォーカス制御を実施しながら、材料内部に改質領域を安定且つ高精度に形成することを可能とするレーザ加工装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明のレーザ加工装置は、材料内部にレーザ光を集光させることで、改質領域を形成するためのレーザ加工装置であって、前記材料に前記改質領域を形成するための第１レーザ光を照射する第１照射手段と、前記材料に第２レーザ光を照射する第２照射手段と、前記材料内部に前記第１レーザ光の集光点である第１集光点を形成することで前記改質領域を形成すると共に、前記材料の所定の位置に前記第２レーザ光の集光点である第２集光点を形成する集光手段と、前記材料から反射される前記第２レーザ光に基づいて、前記第２集光点の位置を決定するフォーカス制御手段と、前記材料を移動させる移動手段とを備え、前記集光手段は、前記第２集光点のフォーカス制御に基づいて決定される位置に前記第２集光点を形成し、前記第２集光点の位置に基づいて決定される位置に前記第１集光点を形成し、前記移動手段による前記材料の移動に応じて少なくとも前記第１集光点を前記第１レーザ光の光軸方向に移動させる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施例のレーザ加工装置の基本的な構成を示すブロック図である。
【図２】材料内部に形成される改質領域のパターンを概略的に示す模式図である。
【図３】材料内部に形成される改質領域のパターンを概略的に示す模式図である。
【図４】材料内部に形成される改質領域のパターンを概略的に示す模式図である。
【図５】材料内部に形成される改質領域のパターンを概略的に示す模式図である。
【図６】材料内部に形成される改質領域のパターンを概略的に示す模式図である。
【図７】レーザ加工装置の第１変形例の構成を示すブロック図である。
【図８】レーザ加工装置の第２変形例の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明のレーザ加工装置の実施形態は、材料内部にレーザ光を集光させることで、改質領域を形成するためのレーザ加工装置であって、前記材料に前記改質領域を形成するための第１レーザ光を照射する第１照射手段と、前記材料に第２レーザ光を照射する第２照射手段と、前記材料内部に前記第１レーザ光の集光点である第１集光点を形成することで前記改質領域を形成すると共に、前記材料の所定の位置に前記第２レーザ光の集光点である第２集光点を形成する集光手段と、前記反射される第２レーザ光を受光する受光手段と、前記受光手段において受光される前記第２レーザ光に基づいて、前記第２集光点の位置を決定するフォーカス制御手段と、前記材料を移動させる移動手段とを備え、前記集光手段は、前記フォーカス制御手段により決定される位置に前記第２集光点を形成し、前記第２集光点の位置に基づいて決定される位置に前記第１集光点を形成し、前記移動手段による前記材料の移動に応じて少なくとも前記第１集光点を前記第１レーザ光の光軸方向に移動させる。
【００１５】
本発明のレーザ加工装置の実施形態によれば、材料に対し、第１照射手段により改質領域を形成するための（言い換えれば、加工用の）第１レーザ光が照射されると共に、第２照射手段によって、典型的には第１レーザ光とは波長の異なる第２レーザ光が照射される。
【００１６】
照射された第１レーザ光及び第２レーザ光は、集光手段によって集光されることで集光点（つまり、第１集光点及び第２集光点）を形成する。第１レーザ光の集光点たる第１集光点は、改質領域を形成するために、典型的には材料内部の所定の位置に形成される。第２レーザ光の集光点たる第２集光点は、後述するフォーカス制御を実施するために、材料表面に所定のサイズのビームスポットを形成するよう形成される。
【００１７】
また、第２集光点は、受光手段、フォーカス制御手段及び集光手段の夫々の動作により実施されるフォーカス制御により、特に第２レーザ光の光軸方向における位置が決定され、集光手段により該決定された位置に形成される。
【００１８】
具体的には、受光手段は、例えば第２レーザ光の材料表面からの反射光のスポット形状を楕円形に変形させる円筒レンズ、該楕円形のスポットを有する反射光を受光して各分割素子における受光量に応じた電流を出力する４分割受光素子とを備えて構成される。フォーカス制御手段は、例えば、受光手段の４分割受光素子により出力される、第２レーザ光の反射光の受光量に応じた電流に基づき適切なフォーカス位置を決定するサーボ機構である。また、集光手段は、第１レーザ光及び第２レーザ光を集光させる対物レンズ、及び該対物レンズを典型的には第２レーザ光の光軸方向に移動させることで、対物レンズにより形成される集光点の位置を移動させるアクチュエータを備えて構成される。
【００１９】
受光手段、フォーカス制御手段及び集光手段の夫々の動作により実施されるフォーカス制御について説明する。先ず、材料表面にビームスポットを形成するよう照射される第２レーザ光は、材料表面で反射され、反射光が円筒レンズを介して４分割受光素子に受光される。４分割受光素子は、各分割素子において受光される反射光の光量などに基づいて、非点収差法によるフォーカスエラー信号の生成が行われる。フォーカス制御手段におけるサーボ機構は、フォーカスエラー信号に基づいて集光手段の対物レンズを光軸方向に移動させるようアクチュエータを駆動させることで集光点の形成される位置を調節する。
【００２０】
このように、フォーカスサーボ制御により第２集光点の位置が適切に決定される。尚、本実施形態のフォーカス制御手段によれば、受光手段が受光した第２レーザ光の反射光に基づいて非点収差法により、フォーカス位置を決定し、集光手段が備えるアクチュエータにより対物レンズを移動させることでフォーカス制御を実施している。しかしながら、その他の何らかの手法によりフォーカス制御が実施されても良い。
【００２１】
また、集光手段は、好適には、上述したフォーカス制御による第２集光点の移動量が第１集光点にも適用されるように第１集光点を移動させる。例えば、第１レーザ光と第２レーザ光とが同一の対物レンズを用いて集光される場合であれば、単に第２集光点のフォーカス制御に応じて対物レンズを移動させることで、該フォーカス制御による第２集光点の移動量を第１集光点にも適用可能である。一方で、第１レーザ光と第２レーザ光とが異なる対物レンズなどの集光手段により集光される構成である場合、フォーカス制御による第２集光点の移動量に応じて第１レーザ光を集光させる対物レンズを移動させることで、適切に第１集光点の位置も調整可能となる。このように構成することで、フォーカス制御による第２集光点の位置調整と同程度の精度で第１集光点の位置調整をも実施することが出来る。
【００２２】
移動手段は、材料が固定される移動テーブルなどであって、第１レーザ光及び第２レーザ光の照射中に、材料を移動させる。このとき、断続的または連続的に照射される第１レーザ光により、材料内部に材料の移動に沿って断続的または連続的に改質領域が形成される。このため、材料内部の所望の位置に改質領域を形成することが可能となる。尚、移動手段は、典型的には、第１レーザ光の光軸方向に直行する面内において材料の移動が実施されるよう構成されているが、必ずしもこのような構成に限定される必要はない。
【００２３】
上述した移動手段による材料の移動に応じて、本実施形態の集光手段は、少なくとも第１集光点を第１レーザ光の光軸方向（言い換えれば、材料の深さ方向）に移動させる。例えば、集光手段は、上述のアクチュエータの動作により対物レンズを移動させることで第１集光点の第１レーザ光の光軸方向における位置を移動させる。このため、材料の移動に応じて、材料の深さ方向に位置を分布させた改質領域を形成することが出来る。
【００２４】
このように、深さ方向に位置を分布させた改質領域を形成することで、例えば、改質領域を起点に材料の切断を行う場合に、第１レーザ光の光軸に直行する方向だけでなく、第１レーザ光の光軸方向にも改質領域が分布することから、切断面をより好適に制限することが出来る。このため、比較的容易に、所望の切断面で材料の切断を実施することが出来る。また、上述したような材料内部の結晶方位の影響を受けることなく、所望の切断面で材料の切断を実施することが出来る。
【００２５】
また、フォーカス制御手段の動作により、第２集光点の位置を高精度に決定することが出来、また集光手段により、第１集光点の位置が第２集光点の位置に基づいて決定される。このため、第１集光点の位置も高精度に決定することが出来、材料内部の深さ方向に位置を分布させる場合でも、第１集光点が形成される位置について、高精度に位置調整が可能となる。
【００２６】
このため、例えば材料に反りなどの変形が生じることによって、改質領域を形成するための第１集光点の位置が所望の位置からずれてしまうことを好適に抑制し、所望の位置に高精度に第１集光点を形成することが可能となる。結果、高精度な材料のレーザ加工が可能となる。
【００２７】
本発明のレーザ加工装置の実施形態の一の態様は、前記集光手段は、前記受光手段の位置を前記反射される第２レーザ光の光軸方向に移動させる第１集光手段を備え、前記フォーカス制御手段は、前記第１集光手段により移動された前記受光手段が受光する前記第２レーザ光の反射光に基づいて前記第２集光点の位置を決定する。
【００２８】
この態様によれば、集光手段は、上述した受光手段の一例である４分割受光素子を第２レーザ光の反射光の光軸方向に移動可能なアクチュエータなどの第１集光手段を更に備える。上述したフォーカス制御手段において実施される、４分割受光素子を用いた非点収差法によるフォーカス制御動作を例に挙げると、円筒レンズにより楕円形のスポットを有するよう変形された反射光の４分割受光素子におけるスポット形状は、フォーカスが適切な位置にある場合円形となり、各分割素子において受光される光量が均一となる。他方で、フォーカス位置が所定の位置より近いまたは遠い（つまり、デフォーカス状態である）場合、スポット形状は楕円形となり、各分割素子において受光される光量に差異が生じる。フォーカス制御手段は、このような光量の差異を、受光素子において変換された電流の入力を加減算することで検出し、フォーカスエラー信号を生成する。そして、フォーカスエラー信号に基づいて、各分割素子において受光される光量が均一となるよう、集光手段の具体例たる対物レンズを移動させることで第２集光点を移動させる。
【００２９】
本態様においては、特にフォーカス制御の動作中に、第１集光手段の動作により受光手段が第２レーザ光の反射光の光軸方向に移動される。このため、フォーカス制御手段におけるフォーカスサーボの目標が変更され、移動後の受光手段の位置に応じてフォーカス制御により決定される第２集光点の位置も変更される。また、受光手段が移動される際にフォーカス位置が適正であった場合には、受光手段の移動により再度デフォーカス状態となるため、フォーカス制御手段により移動後の受光手段の位置に応じて第２集光点の位置が決定される。
【００３０】
尚、受光手段の移動後にフォーカス制御手段により決定される第２集光点の位置は、典型的には、移動前の第２集光点の位置から、第１集光手段による受光手段の移動量に応じた移動量となる。また、フォーカス制御により第２集光点位置が移動することで、ひいては、第１集光点の位置も移動する。このため、第１集光手段の動作による受光手段の移動量を調節することで、所望の位置に第１集光点及び第２集光点の形成位置を決定することが可能となる。
【００３１】
このように構成することで、比較的簡単に材料内部の所望の位置に第１集光点を形成することが可能となる。このため、材料の移動に応じて深さ方向の位置を移動させつつ、改質領域を形成することが可能となる。
【００３２】
本発明のレーザ加工装置の実施形態の他の態様は、前記集光手段は、前記第１集光点の位置を前記第２集光点に対して相対的に移動させる第２集光手段を更に備える。
【００３３】
この態様によれば、第２集光手段の動作により、第２集光点の位置を材料内の所定の位置に固定したまま、第１集光点の位置を移動させることが可能となる。具体的には、第２集光手段は、例えば上述した対物レンズと第１光源との間の第１レーザ光の光軸内に設けられる、第１レーザ光の光束の角度などを調整するダイバージングレンズと、該ダイバージングレンズを第１レーザ光の光軸方向に移動させるアクチュエータより構成される。
【００３４】
第２集光手段は、アクチュエータによりダイバージングレンズを移動させることで、上述した集光手段の具体例たる対物レンズに入光する第１レーザ光の光束の角度を変化させる。このため、対物レンズに入光する第１レンズの光束角度に応じて、対物レンズにより形成される第１レーザ光の第１集光点の位置が変動するため、第１集光点の位置を移動させることが可能となる。
【００３５】
このとき、かかるダイバージングレンズが第２レーザ光の光路上に位置しないよう構成することで、第２レーザ光の第２集光点の位置を移動させることなく、第１集光点の位置のみを移動させることが可能となり、第１集光点の位置を第２集光点に対して相対的に移動可能となる。
【００３６】
尚、上述したように、第１レーザ光と第２レーザ光とが異なる対物レンズにより集光される構成においては、第１レーザ光を集光させる対物レンズを移動させることで、比較的簡単に第２集光点に対する第２集光点の相対的な移動を実現出来る。尚、説明したダイバージングレンズとアクチュエータによる第１集光点の移動によっても第１集光点の第２集光点に対する相対的な移動が可能であることは言うまでもない。
【００３７】
このように第１集光点の位置を第２集光点に対して相対的に調整することで、フォーカス制御により決定された第２集光点の位置を維持したまま、第１集光点を光軸方向に移動させることが可能となる。このため、比較的簡単に材料内部の所望の位置に第１集光点を形成することが可能となり、材料の移動に応じて深さ方向の位置を移動させつつ、改質領域を形成することが可能となる。
【００３８】
本発明のレーザ加工装置の実施形態の他の態様は、前記集光手段は、前記第１レーザ光の光軸方向に直交する面内において一の前記第１集光点と他の前記第１集光点とが同一の位置に形成される場合、一方の前記第１集光点を、前記第１レーザ光の光軸方向における他の前記第１集光点とは異なる位置に形成する。
【００３９】
この態様によれば、第１集光点により形成される一の改質領域と同一の領域に、他の第１集光点により改質領域が形成されることがないよう、移動手段及び集光手段の動作が制限される。具体的には、移動手段の移動によって材料が移動し、材料内部における相対的な第１集光点の位置が移動する際に、該第１集光点が、既に改質領域が形成される領域内に形成される場合には、集光手段によって、第１集光点の第１レーザ光の光軸方向の位置が移動される。このため、第１レーザ光の光軸方向に直交する面内において、一の第１集光点が形成される領域（言い換えれば、改質が生じている領域）に、他の第１集光点が形成されようとする場合、集光手段は、該他の第１集光点の位置を第１レーザ光の光軸方向に移動させることで、同一の領域に再度第１集光点が形成されることを抑制する。
【００４０】
このため、例えば、材料を切断するための起点となる改質領域を形成するレーザ加工において、互いに交差する切断面を形成する加工を行う場合、一方の切断面における改質領域（言い換えれば、第１集光点の軌跡）と、他方の切断面における改質領域とは、第１レーザ光の光軸方向において、互いに重複しない位置に形成される。
【００４１】
このため、第１レーザ光による熱処理による改質が同一の領域に重複して実施されることを回避することが出来、改質領域における意図しない変化を回避することが出来る。また、このような意図しない変化を回避しつつ、互いに交差する面内に改質領域を連続的、または断続的に形成できるため、複雑な改質領域パターンを形成することも可能となる。
【００４２】
本発明のレーザ加工装置の実施形態の他の態様は、前記第１レーザ光と前記第２レーザ光とは、前記材料の内部において互いに重複しない位置にある。
【００４３】
この態様によれば、第１レーザ光と第２レーザ光とは、材料内部において一方のレーザ光が入射する領域に、他方のレーザ光が入射しないよう、例えば、第１照射手段、第２照射手段及び集光手段の夫々の位置関係が設定されている。このとき、典型的には、第１レーザ光を集光するため対物レンズと、第２レーザ光を集光するための対物レンズとは、相異なる構成として、レーザ加工装置内に配置されている。
【００４４】
このように構成することで、材料内部で第１レーザ光と第２レーザ光とが同時に照射される領域の存在を回避することが出来る。他方で、材料内部において、第１レーザ光と第２レーザ光とが同一の領域に重複して入射する場合、夫々のレーザ光に起因して材料内部において温度上昇などが生じ、意図しない改質が生じる可能性がある。上述した態様によれば、材料内部のいずれの領域においても第１レーザ光と第２レーザ光とが重複して入射しないようレーザ光の入射位置が設定されるため、このような材料内部での意図しない改質が生じることを防止出来る。従って、２つのレーザ光を用いる装置であっても、このような技術的問題の影響を受けることなく、好適なレーザ加工を実施することが出来る。
【００４５】
本発明のレーザ加工装置の実施形態の他の態様は、前記集光手段は、前記第１レーザ光の光路内に前記改質領域が含まれないように前記第１集光点を形成する。
【００４６】
この態様によれば、集光手段は、一の第１集光点を形成するに当たり、既に材料内部に改質領域が形成されている場合、該第１集光点を形成するための第１レーザ光の光路内に該改質領域が含まれないよう、第１集光点を形成する。
【００４７】
材料内部において、一度第１集光点が形成されることで改質した領域に、再度第１レーザ光が通過する場合、第１レーザ光の熱などにより該改質領域において予期しない更なる改質が生じる可能性がある。このような更なる改質として、例えば、材料内部でのクラックの発生や改質領域の拡大などが考えられ、適切なレーザ加工のためには避けられるべきである。
【００４８】
上述した構成によれば、例えば、集光手段は、開口数が比較的小さい対物レンズを有し、第１集光点形成時の第１レーザ光の光路が光軸方向に直行する面内において比較的狭くなるよう調整されている。また、集光手段は、形成される第１集光点の軌跡のパターンを光路内に改質領域が含まれないよう調整しても良い。
このように構成することで、上述した更なる改質に起因して生じる技術的な問題を回避することが出来る。
【００４９】
本発明のレーザ加工装置の実施形態の他の態様は、前記集光手段は、前記材料内における１０マイクロメートル立方内の領域に改質領域を形成するよう、前記第１集光点を形成する。
【００５０】
この態様によれば、材料内部に形成される加工用の第１レーザ光の第１集光点は、材料内のおおよそ１０マイクロメートル立方内の領域に改質領域を形成するよう、強度やサイズが設定されている。このような比較的小さい改質領域を材料内部に形成することによって、例えば改質領域に沿って材料の切断を行う場合、切断面の表面粗度及び平面度を向上させることが可能となる。また、比較的小さい改質領域であっても、上述したように材料の加工軸に沿って、深さ方向の位置を変更させながら改質領域が形成されることで、充分に切断面の制限が可能となるため、切断が妨げられることはない。また、材料内部に形成される改質領域によって図柄などを描画する加工処理においては、より詳細な図柄の描画が可能となる。
【００５１】
尚、このような加工に用いられる一般的な強度を有するレーザ光を用いる場合、１０マイクロメートル立方内に改質領域を形成するための第１集光点のサイズは、例えば１マイクロメートル立方程度となる。このような第１集光点を形成する場合、フォーカス制御のためのサーボクローズ後に残留する深さ方向の誤差は、１０ナノメートル程度となる。ガラス基板などの材料加工における誤差の許容量は、１マイクロメートル程度であるため、残留する誤差と比較して十分に大きい。このことから、サーボゲインの精度は、比較的厳密でなくとも許容されるため、フォーカス制御手段におけるサーボゲイン精度が比較的低い場合であっても、好適に第１集光点の形成のためのフォーカス制御を実施することが出来る。尚、このときのサーボゲインは、電気的に及び光学的の少なくとも一方の手法によって低下されていて良い。
【００５２】
本発明のレーザ加工装置の実施形態の他の態様は、前記集光手段は、前記第２レーザ光の光軸方向における前記材料表面から所定の範囲内であり、且つ前記材料表面でない位置に前記第２集光点を形成する。
【００５３】
この態様によれば、第２レーザ光が集光される第２集光点は、第２レーザ光の光軸上であって材料表面から所定範囲内の材料表面で無い位置に形成される。このため、材料表面に形成される第２レーザ光のビームスポットの径は、材料表面に第２集光点を形成する場合と比較して大きくなる。
【００５４】
このように比較的大きなビームスポットによれば、材料表面の傷や構造物などの微小な凹凸に起因するフォーカスエラー信号への影響が相対的に低下するため、フォーカス制御への影響を抑制することが出来る。
【００５５】
尚、この態様において形成される第２集光点の位置の範囲とは、上述したフォーカス制御が適切に実施可能であって、材料表面の凹凸によるフォーカス制御への影響を可能な限り排除可能である範囲を示す趣旨である。また、フォーカス制御においては、このような範囲内から適切に決定された所定の位置に第２集光点が位置するよう、サーボによる位置調整が実施される。
【００５６】
以上、説明したように、本発明のレーザ加工装置の実施形態によれば、第１照射手段と、第２照射手段と、集光手段と、受光手段と、フォーカス制御手段と、移動手段とを備える。
【００５７】
従って、適切なフォーカス制御を実施しながら、材料内部に改質領域を安定且つ高精度に形成することを可能とするレーザ加工装置を提供することが出来る。
【実施例】
【００５８】
以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。
【００５９】
（１）レーザ加工装置の構成
先ず、図１を参照して、本発明のレーザ加工装置の具体例である、レーザカッティング装置１の基本的な構成について説明する。図１に示されるように、レーザカッティング装置１は、透明材料２００に対し、加工用のレーザ光Ｌ１及びフォーカス制御用のレーザ光Ｌ２を照射するよう構成されている。
【００６０】
図１に示されるように、レーザカッティング装置１は、主に加工用のレーザ光Ｌ１に係る加工用光学系３と、フォーカス制御用のレーザ光Ｌ２に係るフォーカス制御用光学系２の２つの光学系を備える。
【００６１】
まず、フォーカス制御用光学系２の各部の構成、及びフォーカス制御用光学系２において生成される信号の伝送経路に配置される各部の構成について説明する。
【００６２】
フォーカス制御用光学系２は、フォーカス制御用のレーザ光Ｌ２を照射するフォーカス光源１１と、フォーカス制御用のレーザ光Ｌ２の光路上に配置されるビームスプリッタ１２と、ビームスプリッタ１２を透過したフォーカス制御用のレーザ光Ｌ２の光路上に配置される１／４波長板１３と、ダイクロイックミラー１４と、対物レンズ１５と、対物レンズ１５を介して透明材料２００に照射されたフォーカス制御用のレーザ光Ｌ２の反射光（言い換えれば、戻り光）の光路上に配置されるシリンドリカルレンズ１６と、４分割受光素子（ＰＤ：Photo Detector）１７とを備えて構成される。
【００６３】
フォーカス制御用のレーザ光Ｌ２は、本発明の第２レーザ光の一具体例であって、例えば、高周波重畳が施された波長６８０ｎｍ程度のレーザ光になどである。
【００６４】
フォーカス光源１１は、本発明の第２照射手段の一具体例であって、例えば、レーザ光を発生させるためのレーザダイオードと、照射されるレーザ光に対して高周波重畳パルスを印加するための印加手段とを備え、フォーカス制御用のレーザ光Ｌ２を照射する。
【００６５】
フォーカス光源１１から出射されたフォーカス制御用のレーザ光Ｌ２は、ビームスプリッタ１２、１／４波長板１３及びダイクロイックミラー１４を透過して、対物レンズ１５へと入射する。
【００６６】
ビームスプリッタ１２及び１／４波長板１３は、入射したフォーカス制御用のレーザ光Ｌ２を対物レンズ１５に入射させるとともに、対物レンズ１５を介した透明材料２００からのフォーカス制御用のレーザ光Ｌ２の戻り光をシリンドリカルレンズ１６に入射させる。
【００６７】
ダイクロイックミラー１４は、入射した光を波長に応じて透過又は反射させる構成であり、入射するフォーカス制御用のレーザ光Ｌ２を対物レンズ１５方向へ透過させるとともに、対物レンズ１５を介した戻り光を１／４波長板１３方向へ透過させる。また、ダイクロイックミラー１４は、後述するように、フォーカス制御用のレーザ光Ｌ２の光路上であって、且つ加工用のレーザ光Ｌ１の光路上に配置されるものであり、入射する加工用のレーザ光Ｌ１を対物レンズ１５方向へと反射させる。このため、ダイクロイックミラー１４の透過率は、加工用のレーザ光Ｌ１及びフォーカス制御用のレーザ光Ｌ２の夫々の波長に応じて適切な反射及び透過が為されるよう設定されていることが好ましい。
【００６８】
ダイクロイックミラー１４を透過したフォーカス制御用のレーザ光Ｌ２は、対物レンズ１５を介して透明材料２００に照射される。尚、後述するように、透明材料２００に入射するフォーカス制御用のレーザ光Ｌ２は、フォーカス制御により透明材料２００の内部に集光点Ｆ２を形成する。
【００６９】
一方、透明材料２００の表面において反射されたフォーカス制御用のレーザ光Ｌ２の戻り光は、ダイクロイックミラー１４、１／４反射板１３、ビームスプリッタ１２及びシリンドリカルレンズ１６を介して、４分割ＰＤ１７に入射する。
【００７０】
ここに、シリンドリカルレンズ１６は、本実施例における受光手段の一構成要素の例である半円筒形状のレンズであり、レーザ光Ｌ２の戻り光のスポット形状を適宜変更させる。
【００７１】
４分割ＰＤ１７は、本実施例における受光手段の一構成要素の例であって、例えば受光部が４分割されたフォトディテクタにより構成され、それぞれの受光部により受光された光量の差から、戻り光の入射位置に応じた受光信号を生成し、演算部２０へと入力する。
【００７２】
尚、４分割ＰＤ１７は、アクチュエータ１８の動作により戻り光の光軸方向に移動可能に構成されている。アクチュエータ１８は、駆動アンプ１９より、該駆動アンプ１９に入力されるＺ軸目標値に基づく駆動電流の供給を受け、４分割ＰＤ１７を移動させる。このとき、４分割ＰＤ１７に受光される戻り光は、デフォーカス状態となるため、演算部２０は、再度フォーカス状態となるよう、後述の駆動アンプ２２及びアクチュエータ２３により対物レンズ１５を移動させる。
【００７３】
具体的には、フォーカス制御用のレーザ光Ｌ２の戻り光は、シリンドリカルレンズ１６を通過することで非点収差が付加される。このため、４分割ＰＤ１７に入射する戻り光のスポット形状は、フォーカスが適正な位置であれば円形、フォーカスがずれていれば楕円形となる。４分割ＰＤ１７は、各分割ＰＤにおいて受光される戻り光量に応じた電流を演算器２０に供給する。
【００７４】
演算部２０は、４分割ＰＤ１７における各分割ＰＤにおいて受光された光量に基づく電流を加減算することで戻り光に基づくフォーカスずれ量の検出を行い、該フォーカスずれ量を示すフォーカスエラー信号を生成する。例えば、演算部２０は、４分割ＰＤ１７における各分割ＰＤを夫々Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄとすると、分割ＰＤＡ及びＣにより供給される電流値の和から、分割ＰＤＢ及びＤにより供給される電流値の和を減算することでフォーカスエラー信号を生成する。例えば、フォーカスが適正な位置であれば、各分割ＰＤにおいて受光される光量、ひいては各分割ＰＤからの供給電流量は均一となり、フォーカスエラー信号における減算結果は０となる。他方で、フォーカス位置が適正な位置より近い場合には、例えばＡＣ方向に長い楕円形のビームスポットにより、分割ＰＤＡ及びＣの夫々において受光される光量が、分割ＰＤＢ及びＤの夫々において受光される光量より大きくなり、フォーカスエラー信号における減算結果は正となる。他方で、フォーカス位置が適正な位置より遠い場合には、例えばＢＤ方向に長い楕円形のビームスポットにより、分割ＰＤＢ及びＤの夫々において受光される光量が、分割ＰＤＡ及びＣの夫々において受光される光量より大きくなり、フォーカスエラー信号における減算結果は負となる。
【００７５】
演算器２０は、このように生成されるフォーカスエラー信号を駆動アンプ２２に供給する。駆動アンプ２２は、入力されるフォーカスエラー信号に基づいて、フォーカスを適正な位置に移動させるよう対物レンズ１５を移動させるための駆動電流をレンズアクチュエータ２３に供給する。レンズアクチュエータ２３は、供給される駆動電流に基づいて、フォーカスエラー信号及びＺ軸目標値に基づく位置に集光点Ｆ２が形成されるよう、対物レンズ１５をフォーカス制御用のレーザ光Ｌ２の光軸方向に移動させてフォーカス制御を行う。結果、フォーカス制御用のレーザ光Ｌ２の集光点Ｆ２が適正なフォーカス位置に形成される。
【００７６】
尚、シリンドリカルレンズ１６を用いる非点収差法によってフォーカスずれ量を検出するフォーカス制御用光学系２について説明したが、本発明はこの例に限定されるものではなく、例えばスポットサイズ法やその他何らかの手法によりフォーカスずれ量を検出するよう構成されていても良く、そのための構成を更に備えていても良い。
【００７７】
続いて、レーザカッティング装置１の加工用光学系３の構成について説明する。加工用光学系３は、加工用のレーザ光Ｌ１を照射する加工光源２４と、加工用のレーザ光Ｌ１の光路上に配置されるダイバージングレンズ２５と、ダイクロイックミラー１４と、ダイクロイックミラー１４において反射された加工用のレーザ光Ｌ１の光路上に配置される対物レンズ１５とを備えて構成される。
【００７８】
加工用のレーザ光Ｌ１は、本発明の第１レーザ光の位置具体例であって、例えば紫外線レーザなどである。
【００７９】
加工光源２４は、本発明の第１照射手段の一具体例であって、夫々不図示のレーザ発生部、結集素子、位相変調器及び共振器などを備えて構成され、加工用のレーザ光Ｌ１をダイバージングレンズ２５方向へ照射する。
【００８０】
ダイバージングレンズ２５へと入射した加工用のレーザ光Ｌ１は、光束角度が調整され、ダイクロイックミラー１４へと入射する。尚、該ダイクロイックミラー２５の位置及び開口率は、集光点Ｆ２と集光点Ｆ１との相対的な位置に基づいて設定されていることが好ましい。例えば、レーザ光Ｌ２が透明材料２００の表面に所定のサイズのビームスポットを形成するよう集光点Ｆ２の位置が決定される場合、集光点Ｆ１は透明材料２００の内部の所定の深さ位置に形成されるよう設定される。
【００８１】
尚、加工用のレーザ光Ｌ１の光路中には、他に、透明材料２００内部に好適に改質領域を形成するためにレーザ出力、光軸及びレーザ形状などを調整するための各種構成が配置されていても良い。
【００８２】
上述したように、ダイクロイックミラー１４の透過率は、加工用のレーザ光Ｌ１を反射するよう設定されているため、入射した加工用のレーザ光Ｌ１は、対物レンズ１５方向へと反射される。対物レンズ１５へと入射した加工用のレーザ光Ｌ１は、透明材料２００内部に焦点を結び、集光点Ｆ１を形成する。
【００８３】
上述したように、集光点Ｆ１の光軸方向の位置は、相対値目標値に基づいて設定されるダイバージングレンズ２５の位置と、Ｚ軸目標値に基づいてレンズアクチュエータ２３により移動される対物レンズ１５の位置とにより、決定される。このため、集光点Ｆ１は、フォーカス制御による集光点Ｆ２の移動に追従するとともに、相対値目標値により決定される距離を隔てて形成される。
【００８４】
レーザカッティング装置１において、フォーカス制御用光学系２及び加工用光学系３は、固定された基台（不図示）上に構成されている。一方で、透明材料２００は、該基台に対して相対的に移動可能に構成されるテーブル３０の上に設置される。
【００８５】
テーブル３０は、アクチュエータ２８により、加工用のレーザ光Ｌ１及びフォーカス制御用のレーザ光Ｌ２の夫々の光軸に直行する面内（図１におけるＸＹ面内）で移動可能に構成されている。アクチュエータ２８は、駆動アンプ２９より、該駆動アンプ２９に入力される材料移動用の目標値であるＸＹ軸目標値に基づく駆動電流の供給を受け、テーブル３０を移動させる。このため、テーブル３０は、透明材料２００をＸＹ面内で移動させることが可能となる。
【００８６】
そして、レーザカッティング装置１は、加工用のレーザ光Ｌ１の照射及び停止の切り換えを行いながら、テーブル３０をＸＹ面内でに移動することにより、加工用加工用のレーザ光Ｌ１を、透明材料２００上に、例えば直線状に走査させ、透明材料２００内部の所望の位置に改質領域に形成する。
【００８７】
本実施例のレーザ加工装置１においては、４分割ＰＤ１７は、上述したように、駆動アンプ１９による電流の供給を受けるアクチュエータ１８により、フォーカス制御用のレーザ光Ｌ２の戻り光の光軸方向に、駆動アンプ１９に入力されるＺ軸目標値に応じて移動可能に構成されている。
【００８８】
４分割ＰＤ１７が移動することで、フォーカス制御における適正なフォーカス位置が変化する。特に、フォーカスが適正な位置にある場合には、４分割ＰＤ１７はデフォーカス状態となる場合もある。そこで、演算器２０は、変化した適正なフォーカス位置に基づくフォーカスエラー信号を生成し、該フォーカスエラー信号に基づいて駆動アンプ２２がレンズアクチュエータ２３を駆動させ、対物レンズ１５が移動することでフォーカス制御用のレーザ光Ｌ２の集光点Ｆ２が適正なフォーカス位置に移動される。同様に、加工用のレーザ光Ｌ１の集光点Ｆ１も、集光点Ｆ２に連動して移動する。
【００８９】
このときの集光点Ｆ２及び集光点Ｆ１の移動量は、好適には駆動アンプ１９に入力されるＺ軸目標値に応じた移動量となる。このため、Ｚ軸目標値を適切に設定することで、所望の位置に集光点Ｆ１及び集光点Ｆ２を形成することが出来る。このため、透明材料２００内部における加工用のレーザ光Ｌ１の光軸方向における集光点Ｆ１の位置を高精度に調整することが出来ると共に、フォーカス制御による位置調整の効果を享受しつつ、集光点Ｆ１を加工用のレーザ光Ｌ１の光軸方向に高精度に移動させることが可能となる。
【００９０】
このように集光点Ｆ１を加工用のレーザ光Ｌ１の光軸方向に移動させることで、透明材料２００の深さ方向に位置を分布させた集光点Ｆ１の軌跡に改質領域を形成することが出来る。透明材料２００の深さ方向に位置を分布させた改質領域を形成することで、例えば、改質領域を起点に材料の切断を行う場合に、加工用のレーザ光Ｌ１の光軸に直行する方向だけでなく、加工用のレーザ光Ｌ１の光軸方向にも改質領域が分布することから、切断面をより好適に制限することが出来る。このため、比較的容易に、所望の切断面で材料の切断を実施することが出来る。また、透明材料２００が内部に結晶方位を有する場合であっても、所望の切断面で材料の切断を実施することが出来る。このような加工用のレーザ光Ｌ１の光軸方向に位置を分布させた集光点Ｆ１により得られる効果については後に詳述する。
【００９１】
尚、レーザカッティング装置１の他の動作例として、フォーカス制御により集光点Ｆ２の位置を決定した後に、相対値目標値を適宜変更することで、集光点Ｆ２に対する集光点Ｆ１の位置を相対的に変化させても良い。このように構成すれば、ダイバージングレンズ２５を加工用のレーザ光Ｌ１の光軸方向に移動させることで、集光点Ｆ２の位置を変更することなく、集光点Ｆ１の位置を変化させることが出来る。このような構成においても、フォーカス制御による高精度な位置調整の効果を受けつつ、集光点Ｆ１を加工用のレーザ光Ｌ１の光軸方向に移動させた照射が可能となる。
【００９２】
また、本実施例のレーザカッティング装置１において、加工用のレーザ光Ｌ１の集光点Ｆ１は、好適には透明材料２００内部の１０マイクロメートル立方程度の微小体積内部に改質領域を形成されるよう、ビーム強度及び集光点のサイズが設定されている。例えば、このような微小な改質領域を形成するために、集光点Ｆ１のサイズは、１マイクロメートル立方程度に調整される。このように微小な集光点Ｆ１によれば、材料２００の内部に比較的多くの改質領域を形成することが可能となり、より高精度な断面を得ることが出来るようになる。
【００９３】
また、フォーカスサーボクローズ後の残留エラーに起因する光軸方向への移動も例えば、１０ナノメートル程度の微小な領域に抑制することが出来る。一般的な、透明材料２００へのレーザ加工において、形成される改質領域の位置には、１マイクロメートル程度の誤差範囲が許容されることから、例えば、フォーカス制御におけるサーボゲインを低く設定したとしても、充分な精度で改質領域の形成を行うことが出来る。
【００９４】
また、本実施例のレーザカッティング装置１においては、図１に示されるように、特にフォーカス制御用のレーザ光Ｌ２の集光点Ｆ２が、透明材料２００表面でなく、透明材料２００内部の所定の位置に形成されるよう、フォーカス制御のためのＺ軸目標値が設定されている。このため、透明材料２００の表面に形成されるフォーカス制御用のレーザ光Ｌ２のビームスポットは、透明材料２００表面に集光点Ｆ２が形成される場合と比較して、大きくなる。このため、透明材料２００表面に形成される傷や構造物などの比較的小さい凹凸に起因するフォーカス制御への影響を抑制することが出来る。
【００９５】
このときのビームスポット径は、対物レンズ１５の開口数及び集光点Ｆ２の光軸方向位置（言い換えれば、透明材料２００内部の深度）に応じて決定されるため、これらは、透明材料２００の表面の凹凸の影響を抑制出来るよう、適宜設定されていることが好ましい。
【００９６】
以上、説明したように、レーザーカッティング装置１は、透明材料２００の内部におけるＸＹ面内及び加工用のレーザ光Ｌ１の光軸方向の所望の位置に改質領域を形成するよう、集光点Ｆ１を形成することが出来る。
【００９７】
（２）レーザ加工装置の動作
続いて、図２から図６を参照して、本実施例のレーザカッティング装置１の動作により得られる効果について説明する。
【００９８】
例えば、図２（ａ）に示されるように、上述したフォーカス制御及び集光点Ｆ１の透明材料２００の深さ方向における位置の変化を実施していない、従来型のレーザ加工装置によれば、加工用のレーザ光の光軸上における位置（言い換えれば、透明材料２００内部の深さ方向の位置）が一定の位置に直線的に改質領域が形成される。ここに、図２から図６は、透明材料２００内部に形成される改質領域のパターンを概略的に示す模式図である。
【００９９】
他方で、本発明のレーザカッティング装置１によれば、図２（ｂ）に示されるように、透明材料２００内部における光軸方向の位置を適宜変更させながら、改質領域を形成することが出来る。
【０１００】
また、図２（ｃ）のように、表面に凹凸を備える透明材料２００に対しても、フォーカス制御を実施することで、光軸方向の所望の位置に改質領域を形成することが出来る。
【０１０１】
このような本実施例のレーザカッティング装置１によれば、材料の移動による集光点Ｆ１及び集光点Ｆ２の相対的な移動に応じて、集光点Ｆ１が形成される位置を加工用のレーザ光Ｌ１の光軸方向に移動させながら改質領域を形成することが出来る。
【０１０２】
上述したような本実施例のレーザカッティング装置１によれば、例えば、図３（ａ）に示される切断面ＡＡ’で透明材料２００を切断するための起点となる改質領域を透明材料２００内部に形成する際に、図３（ｂ）乃至（ｄ）に示されるようなパターンで改質領域を形成することが出来る。ここに、図３（ｂ）は、断面ＡＡ’内において、改質領域の軌跡が波型となるように連続的に集光点Ｆ１を形成する際の改質領域の軌跡のパターンを示す模式図である。また、図３（ｃ）は、同様に改質領域の軌跡が波型となるように、断続的に集光点Ｆ１を形成するよう、加工用のレーザ光Ｌ１の照射及び停止を切り替えながら加工を行った際の改質領域の軌跡のパターンを示す。また、図３（ｄ）は、断面ＡＡ’に斜めに形成される改質領域の軌跡のパターンを示す。
【０１０３】
このように、断面ＡＡ’において、加工用のレーザ光Ｌ１の光軸方向に集光点Ｆ１を移動させながら改質領域を形成することで、透明材料２００内部の深さ方向にも分布した改質領域を形成することが出来、透明材料２００の切断面を好適に制限出来る。
【０１０４】
また、例えば、加工用のレーザ光Ｌ１の光軸方向に対して傾斜した結晶方位を有する透明材料２００に対しても、図３（ｂ）乃至（ｄ）に示されるようなパターンで改質領域を形成することで、断面ＡＡ’の特に加工用のレーザ光Ｌ１の光軸方向において、切断面の制限が出来る。このため、結晶方位に沿って意図しない切断が生じる事態を好適に抑制することが可能となる。
【０１０５】
また、集光点Ｌ１の光軸方向の移動に応じて、更に断面ＡＡ’に直行する方向に透明材料２００を移動させることで、加工用のレーザ光Ｌ１の光軸に対して傾斜した切断面をも得ることが出来る。
【０１０６】
このように透明材料２００内部の深さ方向にも分布した改質領域によれば、例えば、複数枚のガラス基板が貼り合わせられた貼り合わせガラスなどの透明材料２００に対しても、複数のガラス基板に夫々改質領域を形成することが出来る。ここに、図４は、ガラス２００ａ、２００ｂ及び２００ｃを貼り合わせて形成される貼り合わせガラスである透明材料２００に対して、改質領域を起点とした切断を行う際のレーザ加工の態様を示す模式図である。図４（ａ）は、本実施例に記載される透明材料２００の深さ方向に改質領域の位置を分布させる構成を用いない（言い換えれば、従来型の）レーザ加工の態様を、図４（ｂ）は、本実施例のレーザカッティング装置１に係るレーザ加工の態様を夫々例示するものである。
【０１０７】
図４（ａ）に示される従来のレーザ加工においては、集光点Ｆ１は、透明材料２００における一定の深さ方向の位置に改質領域を形成するため、複数枚のガラスを貼り合わせた貼り合わせガラスに対しては、一のガラス（例えば、ガラス２００ｃ）にのみ改質領域が形成される。このため、力を作用させて形成された改質領域を起点に透明材料２００の切断を試みる場合、ガラス２００ａ及びガラス２００ｂ内には改質領域が形成されていないため、適切な切断が行えない。適切な切断を行うためには、ガラス２００ａ及びガラス２００ｂ内のガラス２００ｃと対応する位置に改質領域が形成される必要があり、複数回のレーザ加工が必要とされていた。
【０１０８】
また、このように貼り合わせたガラスの夫々に改質領域を形成する場合、ガラス２００ａ、ガラス２００ｂ及びガラス２００ｃの夫々において、所望の切断面上に改質領域が形成される必要がある。このとき、夫々のガラスに形成される改質領域の位置にずれが生じる場合、切断面を好適に制限することが出来ず、改質領域を起点に貼り合わせガラスの切断を行ったとしても、切断面の精度が悪化する虞がある。
【０１０９】
他方で、図４（ｂ）に示されるように、透明材料２００の深さ方向に位置を分布させた改質領域を形成するよう集光点Ｆ１の軌跡のパターンを設定することで、各ガラスの同一の面内に改質領域を形成することが可能となる。このように形成される改質領域を起点とする切断を行うことで、各ガラスの切断面を同一の面内に好適に制限することが出来、貼り合わせガラスの高精度な切断が可能となる。
【０１１０】
尚、このように透明材料２００内部の深さ位置を変更させた改質領域を形成する際には、一の改質領域を形成する際の加工用のレーザ光Ｌ１が、透明材料２００内部における他の改質領域が形成された領域、及び透明材料２００内部における他の改質領域が形成されるよう設定される領域内には照射されないよう、改質領域の軌跡のパターンや加工用のレーザ光Ｌ１の開口数が設定されている必要がある。例えば、図５（ａ）に示されるように、透明材料２００内の位置Ｐ１に集光点Ｆ１を形成する際のレーザ光が、該位置Ｐ１とは異なる集光点Ｆ１が形成された場所、または将来的に形成される場所である位置Ｐ２を通過することで、位置Ｐ２には加工用のレーザ光Ｌ１の過照射が生じてしまう。このような過照射によれば、位置Ｐ２において、意図しない透明材料２００の改質が生じる場合があり、適切な加工が行えなくなるなどの技術的な問題に繋がる。
【０１１１】
このような問題を防ぐために、本実施例のレーザカッティング装置１では、図５（ｂ）に示されるように、透明材料２００内の位置（例えば、Ｐ１）に集光点Ｆ１を集光するための加工用のレーザ光Ｌ１が、透明材料２００内の相対的に浅い位置（言い換えれば、対物レンズ１５からより近い位置、例えばＰ２）を照射範囲に入れないよう、改質領域の軌跡のパターンや加工用のレーザ光Ｌ１の開口数が調整されている。
【０１１２】
このため、集光点Ｆ１が形成される位置における意図しない加工用のレーザ光Ｌ１の照射を好適に回避出来、意図しない更なる改質が生じることを好適に抑制することが出来る。
【０１１３】
また、図６（ａ）に示されるように、互いに交差する断面ＡＡ’及び断面ＢＢ’を得るために、例えば、断面ＡＡ’については、図６（ｂ）に示される改質領域の軌跡のパターンを形成し、断面ＢＢ’については、図６（ｃ）に示される改質領域の軌跡のパターンを形成するよう加工を行うことも出来る。このように構成すれば、一度加工用のレーザ光Ｌ１によって改質が生じた改質領域に対して、再度加工用のレーザ光Ｌ１の集光点Ｆ１が形成されることがない。このため、加工用のレーザ光Ｌ１が照射されることによる、改質領域における何らかの更なる改質を抑制することが出来、好適な改質領域を形成することが可能となる。
【０１１４】
（３）第１変形例
続いて、本実施例のレーザ加工装置の第１変形例の構成について、図７を参照しながら説明する。図７は、レーザ加工装置の第１変形例たるレーザカッティング装置１’の構成を概略的に示す模式図である。尚、該第１変形例において、図１を参照して説明した基本的な構成と同じ構成については同一の番号を付して説明を省略している。
【０１１５】
本実施例におけるレーザ加工装置の第１変形例は、本発明の第２集光手段の具体例として、加工用のレーザ光Ｌ１の光路上に配置されるダイバージングレンズ２５を該加工用のレーザ光Ｌ１の光軸方向に移動させる第２レンズアクチュエータ２６と、該第２レンズアクチュエータ２６を駆動させる駆動アンプ２７とを備える。
【０１１６】
ダイバージングレンズ２５へと入射した加工用のレーザ光Ｌ１は、ダイバージングレンズ２５により光束角度が調整され、ダイクロイックミラー１４へと入射する。第１変形例においては特に、ダイバージングレンズ２５は、第２レンズアクチュエータ２６の動作により加工用のレーザ光Ｌ１の光軸方向に移動可能に構成されている。
【０１１７】
駆動アンプ２７は、予め、またはレーザ加工装置によるレーザ加工動作中に適宜入力される相対値目標値に従って、第２レンズアクチュエータ２６を駆動させるための駆動電流を供給する。そして、第２レンズアクチュエータ２６は、駆動電流の供給を受け、相対値目標値に応じた位置にダイバージングレンズ２５を移動する。ダイバージングレンズ２５が移動することで、ダイクロイックミラー１４及び対物レンズ１５に入射する加工用のレーザ光Ｌ１の光束角度が変化し、結果的に集光点Ｆ１の形成位置が、加工用のレーザ光Ｌ１の光軸方向に移動する。
【０１１８】
駆動アンプ２７に入力される相対値目標値は、集光点Ｆ２に対する集光点Ｆ１の相対的な位置を示す数値などを含む趣旨であって、例えば、図７における集光点Ｆ２が形成される位置と、集光点Ｆ１が形成される所望の位置との距離を示す値などである。このような相対値目標値を適宜設定または変化させることで、集光点Ｆ２に対する集光点Ｆ１の位置が適宜決定または変化することとなる。
【０１１９】
相対値目標値を設定することで、例えば、フォーカス制御により一点に位置が決定される第２集光点に対して、相対的に第１集光点を移動させることが可能となる。このため、第２集光点の位置をフォーカス制御により決定される所定の位置に固定したまま、透明材料２００内の改質領域を形成する所望の位置に集光点Ｆ１が形成することが可能となる。
【０１２０】
尚、第１変形例においても、上述したように４分割受光素子１７を移動させることで集光点Ｆ２と共に集光点Ｆ１の位置を移動させる構成が採用されていても良い。本実施例によれば、集光点Ｆ２に対して、相対的に集光点Ｆ１の位置を決定、または移動させることが可能となる。
【０１２１】
（４）第２変形例
上述したレーザカッティング装置１によれば、フォーカス用光学系２と加工用光学系３とは、同一の対物レンズ１５を用いた構成となっており、フォーカス制御用のレーザ光Ｌ２と加工用のレーザ光Ｌ１とは、同一の光軸を有している。他方で、図８に示されるレーザ加工装置の第２変形例たるレーザカッティング装置１’’のように、フォーカス用光学系２と加工用光学系３とが互いに独立した光学系を有し、フォーカス制御用のレーザ光Ｌ２と加工用のレーザ光Ｌ１とが相異なる光軸を有するよう構成されていても良い。
【０１２２】
図８に示される本発明のレーザ加工装置の変形構成例であるレーザカッティング装置１’’によれば、フォーカス用光学系２において、フォーカス制御用のレーザ光Ｌ２は、基本構成例における対物レンズ１５の代わりに、更に追加される対物レンズ１５’により透明材料内部に集光される。尚、この対物レンズ１５’は、対物レンズ１５と同様にレンズアクチュエータ２３によってフォーカス制御用のレーザ光Ｌ２の光軸方向に移動可能に構成されており、入力されるＺ軸目標値及びフォーカスエラー信号に基づいて、移動が実施される。
【０１２３】
このようなレーザカッティング装置１’’によっても、上述したレーザカッティング装置１に係る各種効果を享受することが可能である。また、フォーカス制御用のレーザ光Ｌ２と加工用のレーザ光Ｌ１とが同一の光軸上で照射されることに起因する、例えば相互のレーザ光による透明材料２００への熱の影響や、加工用のレーザ光Ｌ１の迷光によるフォーカス制御への影響などを回避することが可能となる。
【０１２４】
本発明は、上述した実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴なうレーザ加工装置などもまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【０１２５】
１…レーザカッティング装置、
２…フォーカス制御用光学系、
３…加工用光学系、
１１…フォーカス光源、
１２…ビームスプリッタ、
１３…１／４波長板、
１４…ダイクロイックミラー、
１５…対物レンズ、
１６…シリンドリカルレンズ、
１７…４分割受光素子（ＰＤ：Photo Detector）、
１８…ＰＤアクチュエータ、
１９、２２、２７、２９…駆動アンプ、
２０…演算器、
２３、２６…レンズアクチュエータ、
２４…加工用光源、
２５…ダイバージングレンズ、
２８…アクチュエータ、
３０…テーブル、
２００…透明材料、
Ｌ１…加工用のレーザ光、
Ｌ２…フォーカス制御用のレーザ光
Ｆ１…加工用のレーザ光の集光点、
Ｆ２…フォーカス制御用のレーザ光の集光点。
【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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