(57)【要約】レーザ光源からのレーザ光を脆性材料に照射するとともに、その照射位置を所定のライン上に沿って移動させることにより脆性材料を加工する方法において、複数のレーザ光源１１、１２、…、ｍ１、ｍ２、…、からのレーザ光Ｌを同時に脆性材料Ｗに照射して、脆性材料表面上のレーザ光の照射範囲を所定形状にして移動させることにより加工を行う。また、各レーザ光源１１、１２、…、ｍ１、ｍ２、…、ｍｎからのレーザ光を脆性材料に導く光導波路１０…１０を設けるとともに、それら光導波路１０…１０を束ねた状態で、脆性材料Ｗの表面にレーザ光Ｌを合成して照射する。
2003076150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源からのレーザ光を脆性材料に照射するとともに、その照射位置を所定のライン上に沿って移動させることにより脆性材料を加工する方法において、複数のレーザ光源からのレーザ光を同時に脆性材料に照射して、脆性材料表面上のレーザ光の照射範囲を所定形状にして移動させることを特徴とする脆性材料の加工方法。
【請求項２】
各レーザ光源からのレーザ光を脆性材料に導く複数の光導波路を設けるとともに、それら光導波路を束ねた状態で、脆性材料の表面にレーザ光を合成して照射することを特徴とする請求の範囲第１項記載の脆性材料の加工方法。
【請求項３】
出力強度が異なる複数のレーザ光源を組み合わせて、脆性材料の表面に照射するレーザ光の合成強度分布を調整することを特徴とする請求の範囲第１項または第２項記載の脆性材料の加工方法。
【請求項４】
脆性材料の表面に照射するレーザ光のビーム形状が、目的とする形状となるように、複数のレーザ光の脆性材料表面への各照射スポット位置を設定することを特徴とする請求の範囲第１項、第２項または第３項記載の脆性材料の加工方法。
【請求項５】
レーザ光源からのレーザ光を脆性材料に照射するとともに、その照射位置を所定のライン上に沿って移動させることにより脆性材料を加工する加工装置において、複数のレーザ光源と、その各レーザ光源からのレーザ光を脆性材料の表面に導く光導波路と、脆性材料へのレーザ光照射位置を移動させる走査手段と、脆性材料のレーザ光照射面における光強度を測定するための光強度測定手段と、光強度測定手段を脆性材料のレーザ光照射面に沿って移動させる移動手段を備え、その光強度測定手段の出力を、脆性材料の表面に照射される複数のレーザ光の合成強度分布の測定情報として用いるように構成されていることを特徴とする脆性材料の加工装置。
【請求項６】
前記複数のレーザ光の照射スポット位置が順次移動する様に、前記複数のレーザ光源の発光開始時刻を順次所定の時間差で制御することを特徴とする請求の範囲第４項の脆性材料の加工方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、ガラス、セラミックあるいは半導体ウエハなどの脆性材料の加工方法及び加工装置に関する。
背景技術
レーザ光源からのレーザ光を加工対象の脆性材料の表面に照射し、その際に発生する加熱冷却変化による熱歪を利用して脆性材料を加工することが知られている。
例えば、特公平３−１３０４０号公報には、脆性材料の加工始点に形成した亀裂を、レーザ光照射による熱応力により加工ライン上に沿って誘導することによって、脆性材料を割断する加工方法が開示されている。また、特表平８−５０９９４７号（特許第３０２７７６８号）公報には、脆性材料へのレーザ光照射により発生する熱応力によって材料表面から所定深さまで達する亀裂を形成し、その亀裂を利用して脆性材料を分断する加工方法が開示されている。
この種の加工に用いられるレーザ光源の代表的なものとして、発振波長が２．９μｍのＨＦレーザ、発振波長が５．５μｍのＣＯレーザ、発振波長が１０μｍ付近のＣＯ２・レーザ等のガスレーザが挙げられる。また、固体レーザとして、種々の波長を発振するルビーレーザ、半導体レーザ等が市販されている。
市販品として入手可能なレーザ光源のうち、１〜３μｍ付近の波長のレーザ光はシリコン等の半導体ウエハの加工に用いられており、５〜１０．６μｍ付近の波長のレーザ光はガラス等の脆性材料の加工に用いられている。また、１〜１０．６μｍ付近の波長のレーザ光を用いて各種セラミック材料を加工することが行われている。
ところで、レーザ光を用いた加工方法によれば、照射レーザ光の波長によって加工材料の光吸収率が大きく変わる。その吸収率が大きい場合には、照射レーザ光の大部分が材料の表面付近で吸収されてしまい、熱伝導によらない照射レーザ光の直接的な加熱は材料表面から数μｍの深さにまでしか及ばない。
その状況を図６に示すと、レーザ光Ｌの照射にて加熱される加熱領域は、脆性材料Ｗの厚さに較べると表面付近の非常に局部的な領域であり、材料内部には熱伝導（熱伝導領域）にて熱が伝播してゆく。このため、材料内部が広範囲に加熱されるまでに多くの時間がかかり、このことが加工時間の高速化をはかる上での障害となっていた。
特公平３−１３０４０号公報や特表平８−５０９９４７号（特許第３０２７７６８号）公報に開示されている加工方法によれば、レーザ光の波長の選定はそれ程厳密に配慮されておらず、照射するレーザ光が最適な吸収波長となっていないことが多い。このため、材料内部の温度上昇に多くの時間を要することから、レーザ光の照射時間を長くとる必要があり、加工速度を速くすることができない。
また、照射時間を長くした際の別の問題として、材料内部が加工（亀裂の形成）に必要な温度に達する前に、照射部の表面付近の温度が材料の溶融温度近く、もしくはそれ以上に加熱されて材料表面付近が溶融してしまうと、精度が良好なスクライブラインを得ることが困難になるという問題がある。なお、特表平８−５０９９４７号（特許第３０２７７６８号）公報に開示の加工方法では、材料内部が十分に加熱されるまでに多くの時間を要することから、実用上用いられる走査速度における加熱時間では亀裂を材料の内部深くまでは形成することができないという問題もある。
実用上有効な加工速度を得るためには、加工に用いるレーザ光の照射面積ができるだけ広範囲になることを意図して、レーザ発振部から出てくるレーザビームの広がりを走査方向に沿って楕円状とか長円状となるように、各種レンズや光学部品を組み合わせて光学系システムに工夫を加えることで実現されている例が開示されている。
発明の開示
本発明は、そのような実情に鑑みてなされたもので、加工速度の速い脆性材料の加工方法及び加工装置の提供を目的とする。
本発明の加工方法は、レーザ光源からのレーザ光を脆性材料に照射するとともに、その照射位置を所定のライン上に沿って移動させることにより脆性材料を加工する方法において、複数のレーザ光源からのレーザ光を同時に脆性材料に照射して、脆性材料表面上のレーザ光の照射範囲を所定形状にして移動させることによって特徴づけられる。
本発明の加工方法において、各レーザ光源からのレーザ光を脆性材料に導く複数の光導波路（例えば中空光ファイバあるいは中空導波路等）を設けるとともに、それら光導波路を束ねた状態で、脆性材料の表面にレーザ光を合成して照射することが好ましい。
本発明の加工方法において、出力強度が異なる複数のレーザ光源を組み合わせて、脆性材料の表面に照射するレーザ光の合成強度分布を調整するという方法を採用してもよい。また、脆性材料の表面に照射するレーザ光の合成ビーム形状が、目的とする形状となるように、複数のレーザ光の脆性材料表面への各照射スポット位置を設定するという方法を採用してもよい。
また、複数のレーザ光の照射スポット位置が順次移動するように、これら複数のレーザ光源の発光開始時刻を順次所定の時間差で制御してもよい。
本発明の加工方法の作用を説明する。
複数のレーザ光源からのレーザ光を同時に脆性材料に照射すると、レーザ光が照射される照射面積が増加し、加工対象の脆性材料表面上のレーザ光の照射面積が大幅に広がって、照射時間当たりに加熱される内部の加熱体積が増加する。これにより熱歪が広範囲にわたって発生し、レーザ光を脆性材料の表面上の所定方向に沿って相対運動をさせながら走査してゆく際に、深い領域まで延びる亀裂を高速で進展させることができる結果、加工速度を向上させることができる。
しかも、多数のレーザ光源からの低レーザ光を脆性材料に同時に照射することで、レーザ光源として低出力の半導体レーザを用いることが可能になる。
すなわち、ガスレーザと比較すると通常半導体レーザは出力強度が低く、１個当たりの出力強度は十分ではないが、多数の半導体レーザを用いて、加工対象の脆性材料の表面にレーザ光を同時に照射することにより、必要な熱効果を脆性材料の広い表面領域において同時に作用させて熱歪を広範囲にわたって発生させることが可能になる。
本発明の加工方法の作用を更に詳しく説明する。
まず、レーザ光源の出力はガウス関数で近似することができる。
いま、判り易くするために、１つのレーザ光源の光出力強度の２次元での分布形状を２次関数で近似する。図２に示すように、３個のレーザ光源からのレーザ光を少しずれた３箇所に同時に照射することを想定する。イ、ロ、ハで示す出力強度分布のグラフ形状を適当な定数ａ，ｂ，ｃ，ｄを用いて、それぞれ、
ｙ１＝ａ（ｘ＋ｂ）２＋ｃ
ｙ２＝ａｘ２＋ｃ
ｙ３＝ａ（ｘ−ｄ）２＋ｃ
で表すと、３つの光出力が合成された光強度分布は、同様に２次関数の形で、
Ｙ＝Ａ（ｘ−Ｂ）２＋Ｃ
と表すことができる。ここで、Ａ，Ｂ，Ｃは適当な定数である。従って、あたかも１つのレーザ光源からのレーザ光が広い面積を照射するような結果となる。なお、実際の場合は、レーザ光源（レーザ光の照射スポット）の配列を３次元配列とするので、上記したような２次元変化が３次元的な分布変化となる。図３Ａと図３Ｂにそのような例を模式的に示す。図３Ａはビームのピーク位置が２次元平面状に等間隔に配置された格子点に位置している状況を模式的に示している。各ピーク位置が３次元座標を用いて表されている。これに対して図３Ｂは、中央のビームのピーク位置が他の列のピーク位置より２次元平面状に等間隔に配置された格子点の位置から下に一段ずれている状況を模式的に示している。この状況は、各ビームの出力が概ね等しい場合には、中央の列のビームに対応するレーザの出力部の取り付け位置を下にずらしている場合に当る。また、各ビームの出力部の取り付け位置が２次元平面状で等間隔に配置された格子点である場合で、中央の列のビームに対応するレーザの出力が大きい場合にも当てはまる。
以上のことから、より多くのレーザ光源からのレーザ光を同時に脆性材料に照射することで、広い面積の表面領域を同時に照射することが可能になる。その結果、脆性材料の内部の広い体積を同時に加熱することができ、加工速度を高めることが可能となる。
本発明の加工装置は、以上の特徴をもつ脆性材料の加工方法の実施に適した装置であって、レーザ光源からのレーザ光を脆性材料に照射するとともに、その照射位置を所定のライン上に沿って移動させることにより脆性材料を加工する加工装置において、複数のレーザ光源と、その各レーザ光源からのレーザ光を脆性材料の表面に導く光導波路（例えば中空光ファイバあるいは中空導波路等）と、脆性材料へのレーザ光照射位置を移動させる走査手段と、脆性材料のレーザ光照射面における光強度を測定するための光強度測定手段と、該光強度測定手段を脆性材料のレーザ光照射面に沿って移動させる移動手段を備え、その光強度測定手段の出力を、脆性材料の表面に照射される複数のレーザ光の合成強度分布の測定情報として用いるように構成したところに特徴がある。
本発明の加工装置によれば、光強度測定手段の出力に基づいて、脆性材料に照射するレーザ光の合成強度分布が、目的とする強度分布となっているのか否かを確認することができる。また、出力強度が異なる複数のレーザ光源を用いた場合に、合成強度分布がどのような強度分布になるのかを確認することもできる。
なお、本発明は、レーザ光源からのレーザ光の照射により、脆性材料に深い亀裂を入れる切断加工、あるいはレーザ光の照射のみで脆性材料を加工線（スクライブ線）の左右に完全に分離する割断加工のいずれの加工にも適用できる。
発明を実施するための最良の形態
本発明の実施形態を、以下、図面に基づいて説明する。
図１は本発明の実施形態の構成を模式的に示す図である。
図１の加工装置は複数のレーザ光源１１、１２、…、ｍ１、ｍ２、…、ｍｎを備えている。これらレーザ光源１１、１２、…、ｍ１、ｍ２、…、ｍｎには半導体レーザが用いられている。
複数のレーザ光源１１、１２、…、ｍ１、ｍ２、…、ｍｎは、加工対象となる脆性材料Ｗの上方位置に行列状に配置されている。各レーザ光源１１、１２、…、ｍ１、ｍ２、…、ｍｎからのレーザ光はそれぞれ中空光ファイバ１０…１０を介して脆性材料Ｗの表面に導かれ、脆性材料Ｗの表面に同時に照射される。
複数本の中空光ファイバ１０…１０の先端側は束ねられており、各レーザ光源１１、１２、…、ｍ１、ｍ２、…、ｍｎからのレーザ光Ｌは束ねられた状態で脆性材料Ｗに照射される。これらレーザ光Ｌの照射スポットはＸ−Ｙ方向に行列状に配置されており、脆性材料Ｗへのレーザ光照射により、図３Ａ又は図３Ｂに模式図に示すような３次元的な光強度分布が形成される。
加工対象となる脆性材料Ｗは、Ｘ−Ｙテーブル等の走査機構２によって、Ｘ−Ｙ方向に移動される。複数のレーザ光源１１、１２、…、ｍ１、ｍ２、…、ｍｎの下方には光強度測定器３が配置されている。
光強度測定器３は、加工対象となる脆性材料Ｗの表面付近に選択的に配置される。光強度測定器３は、移動機構４によって脆性材料Ｗの表面と平行な方向（水平方向）に移動され、その移動により、脆性材料Ｗの表面に照射されるレーザ光Ｌの合成光強度分布を測定することができる。
光強度測定器３の出力は信号処理回路５にて所定の信号処理が施された後、モニタ装置６に入力され、そのモニタ画面上に光強度分布画像が表示される。なお、光強度測定器３は、脆性材料Ｗの加工時には、加工の障害とならない位置まで移動される。各レーザ光源１１…ｍｎには、動作に必要な電力がコントローラ７を介して電源８から供給されるように電気的接続が施されている。また、光強度測定器３の表面で得られた強度分布のデータが信号処理回路５にて電気的に信号処理される。すなわち、光強度測定器３の表面上の多数の被照射位置とその被照射位置に対する被照射強度とが対応する形で加工されて対応するデータがコントローラ７に送られる。モニタ装置にて光強度分布を確認しながら必要な箇所の強度分布を変更するために、変更が必要な位置と強度のデータをコントローラに入力することによってレーザ光源１１…ｍｎのうち、該当するレーザ光源に供給する電力を変更することによってそのレーザ光源から出力されるビーム強度が変更されるように制御される。
また、光強度測定器３と同等の検出器３′を脆性材料Ｗの裏側に設け、材料裏面と平行な水平方向に移動するように移動機構４′を設けておけば、脆性材料Ｗの表面側と合わせて裏面側の透過した光強度を確認することも可能である。
例えば、脆性材料Ｗが薄い際は裏面側での光強度が必要以上であって、その漏れてくる光エネルギはクラックの形成に寄与しない無駄なエネルギ消費に相当する。そうした無駄を抑えるためにも、切断作業の前に裏面側の透過光強度を測定し、もしその値が局部的または全体的に大きければ各レーザ光源１１、１２、…、ｍ１、ｍ２、…、ｍｎからの光出力を減少させてから切断作業を実行しても同等の加工性能が得られることになる。
以上の実施形態によれば、複数のレーザ光源（半導体レーザ）１１、１２、…、ｍ１、ｍ２、…、ｍｎを用いて、加工対象の脆性材料Ｗの表面に複数のレーザ光Ｌを同時に照射しているので、必要な熱効果を脆性材料Ｗの広い表面領域において同時に作用させて熱歪を広範囲にわたって発生させることが可能となる。その結果、レーザ光Ｌを脆性材料Ｗの表面上の所定方向に沿って相対運動をさせながら走査してゆく際に、深い領域まで延びる亀裂を高速で進展させることができる。
なお、本実施形態では、レーザ光源１１、１２、…、ｍ１、ｍ２、…、ｍｎからのレーザ光Ｌの照射により、脆性材料Ｗの内部深くまで亀裂を入れる切断加工、あるいは脆性材料Ｗの加工始点に形成した亀裂をレーザ光照射により進展させて脆性材料Ｗを完全に分離する割断加工のいずれの加工も可能である。
本実施形態によれば、光強度測定器３を脆性材料Ｗの表面近くで水平に移動させ、その光強度測定器３からの出力信号を処理して合成強度分布をモニタ画面に写し出すようにしているので、複数のレーザ光の合成強度分布が必要とする強度分布になっているか（例えば、所定位置で所定の強度の値が得られるか）どうかがモニタ画面上に表示される、例えば照射位置と強度データ値にて確認することができる。
また、出力強度が異なるレーザ光源１１、１２、…、ｍ１、ｍ２、…、ｍｎを用いて、例えば、図１のレーザ光源１１、１２、…、ｍ１、ｍ２、…、ｍｎの配列において、図３Ｂに示したように、中央に位置するレーザ光源の光強度を、両側の列のレーザ光源の光強度に較べて強くなるようにした場合、合成光強度分布が、どのような形態になっているのかを、光強度測定器３からの出力信号を解析することにより確認することができる。そうした場合に、合成光強度分布が所定の形状となっていない場合には、各レーザ光源１１、１２、…、ｍ１、ｍ２、…、ｍｎの電流値をコントローラ７へ必要なデータを入力することによって制御することにより、希望する合成光強度分布を得ることができる。
本発明の実施形態において、複数のレーザ光源１１、１２、…、ｍ１、ｍ２、…、ｍｎのうち、駆動するレーザ光源の選択、あるいは中空光ファイバ１０…１０の先端側の配置（束ね方）を適宜に選定することにより、脆性材料Ｗに照射するレーザ光のビーム形状を任意に設定することができる。
例えば、図４（Ａ）〜（Ｄ）に模式的に示すような楕円リングモードビーム、あるいは図４（Ｅ）（Ｆ）（Ｇ）に示すように、楕円リングモードの外形形状をもつ光強度分布において、各リング状それぞれの光強度分布領域内の右端付近、中央付近、左端付近にそれらの周辺領域よりも光強度が高い領域をもつように構成させることも可能である。そうした状況を模式的に示すために、特に光強度が強い領域をハッチングして表示している。図５（Ａ）に示すＶ字状ビーム、図５（Ｂ）に示すＵ字状ビーム、図５（Ｃ）に示す三角形状ビーム、図５（Ｄ）に示すスリット状ビームなど、様々なビーム形状を特殊なレンズや回折格子といった光学素子を用いて光学系に工夫を加えることなしに形成させることができる。この場合、ビームの縦幅が狭い方が速度と精度に効果的である。また、ビームの横幅が長い方が速度と精度に効果的である。
従って、加工対象となる脆性材料Ｗに最適なビーム形状を、予めコンピュータを用いた応用分析解析、熱伝導による温度分布解析から、加工対象条件（ガラス材質、厚み等）に対応して予想される最適光強度分布形状に応じて組み合わせに必要な数と強度と配置を適切に設定したビーム形状のレーザ光を脆性材料Ｗに照射することが可能となる。
しかも、出力強度の異なる複数のレーザ光源を用いることにより、脆性材料の表面に照射するレーザ光の合成光強度分布も任意に設定することができるので、強度分布を加味した力学的計算等を行うことによって、最適なビーム形状で、かつ最適な光強度分布のレーザ光を脆性材料Ｗに照射することが可能となり、加工の高速化をより一層高めることができる。また、使用するレーザ光源の単価と数量を考慮して実施する場合の経済性を考慮しなければならないが、加工対象の材料の表面領域の全長にわたって合成されたレーザ光が照射されるように配置しておいて、順次端の方のレーザ光源からレーザ光が照射されるように各レーザ光源のビーム出力の発生時刻を制御することによって、通常の単一レーザ光源の場合に行なわれるレーザ光源の移動や、テーブルの機械的な移動をせずに、亀裂形成を材料の一端から他端まで誘導させていくことも可能である。こうした照射方法を、曲面に沿ってレーザを照射して切断する場合や円形に材料を切断する場合にも応用することが可能である。
以上の実施形態では、半導体レーザを用いた例を示したが、本発明は、これに限られることなく、ＣＯ２・レーザやＹＡＧレーザ等の他の各種のレーザ装置を適用してもよい。なお、ＣＯ２・レーザ等の高出力のレーザ装置を用いる場合、レーザ光を脆性材料の表面に導く光導波路としては、低損失な伝送が可能な中空光ファイバ及び中空導波路等（松浦  祐司、宮城  光信：応用物理、第６８巻、ｐｐ．４１−４３  １９９３年及び同第６２巻、ｐｐ．４４−４６  １９９３年）を用いることが可能である。
産業上の利用可能性
以上のように、本発明によれば、レーザ光が同時に照射される照射面積が増加し、加工対象の脆性材料表面上のレーザ光の照射面積が大幅に広がって、照射時間当たりに加熱される内部の加熱体積が増加する結果、加工速度を向上させることができる。また、脆性材料の加工に低出力の半導体レーザを用いることが可能になるなど、加工対象となる脆性材料に最適な条件で加工を行うことが可能になる点でも有益である。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の実施形態の構成を模式的に示す図である。
図２は、複数のレーザ光源からのレーザ光を脆性材料に照射したときの２次元的な光強度分布を模式的に示す図である。
図３は、複数のレーザ光源からのレーザ光を脆性材料に照射したときの３次元的な光強度分布を模式的に示す図である。
図４は、複数のレーザ光源を用いた場合に設定できるビーム形状（平面形状）の例を示す図である。
図５は、複数のレーザ光源を用いた場合に設定できるビーム形状（平面形状）の他の例を示す図である。
図６は、レーザ光照射により脆性材料の表面付近のみが加熱される状況を模式的に示す図である。
【図１】
2003076150.tif 000003
【図２】
2003076150.tif 000004
【図３Ａ】
2003076150.tif 000005
【図３Ｂ】
2003076150.tif 000006
【図４】
2003076150.tif 000007
【図５】
2003076150.tif 000008
【図６】
2003076150.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成15年8月15日(2003.8.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（補正後）レーザ光源からのレーザ光を脆性材料に照射するとともに、その照射位置を前記脆性材料の所定のライン上に沿って移動させることにより脆性材料を加工する方法において、
複数のレーザ光源から各レーザ光を脆性材料に導く複数の導波路を設け、これらの導波路を束ねた状態で、前記複数のレーザ光源を駆動することにより、所定形状をなすレーザ合成光を前記脆性材料の表面に照射するとともに、前記複数のレーザ光源の光強度をそれぞれ制御することにより、このレーザ合成光の光強度分布を調整することを特徴とする脆性材料の加工方法。
【請求項２】
（補正後）前記複数のレーザ光源を選択的に駆動することにより、前記レーザ合成光の形状を設定することを特徴とする請求の範囲第１項記載の脆性材料の加工方法。
【請求項３】
（補正後）前記複数の導波路の束ね方を選定することにより、前記レーザ合成光の形状を設定することを特徴とする請求の範囲第１項記載の脆性材料の加工方法。
【請求項４】
（補正後）前記複数のレーザ光源の出力強度を異なるようにしたことを特徴とする請求の範囲第１項記載の脆性材料の加工方法。
【請求項５】
（補正後）前記複数のレーザ光源の発光開始時刻を順次所定の時間差で制御することにより、前記レーザ合成光の形状を設定することを特徴とする請求の範囲第１項記載の脆性材料の加工方法。
【請求項６】
（補正後）レーザ光源からのレーザ光を脆性材料に照射するとともに、その照射位置を所定のライン上に沿って移動させることにより脆性材料を加工する加工装置において、
複数のレーザ光源と、
各レーザ光源からレーザ光を当該脆性材料の表面に導く、束ねられた複数の導波路と、
当該脆性材料へのレーザ光の照射位置を移動させる走査手段と、
を備え、
前記束ねられた複数の導波路により、当該脆性材料の表面に所定形状をなすレーザ合成光を照射するとともに、前記複数のレーザ光源の光強度をそれぞれ制御することにより、このレーザ合成光の光強度分布を調整するよう構成されたことを特徴とする脆性材料の加工装置。
【請求項７】
（追加）前記脆性材料の前記レーザ合成光の照射面の光強度分布を測定する光強度測定手段を具備することを特徴とする請求の範囲第６項記載の脆性材料の加工装置。
【請求項８】
（追加）前記光強度測定手段を当該脆性材料のレーザ光照射面に沿って移動させる移動手段を具備することを特徴とする請求の範囲第７項記載の脆性材料の加工装置。
【手続補正書】
【提出日】平成15年12月12日(2003.12.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源からのレーザ光を脆性材料に照射することにより、前記脆性材料の広範囲にわたって熱歪みを発生させ、前記脆性材料の内部に亀裂を入れるとともに、その照射位置を前記脆性材料の所定のライン上に沿って移動させることにより、脆性材料を切断する切断方法において、
複数のレーザ光源から各レーザ光を脆性材料に導く複数の光ファイバを設け、前記脆性材料に照射される前記各レーザ光の照射スポットが行列状に配置されるように前記複数の光ファイバを束ねた状態で、前記複数のレーザ光源を駆動することにより、所定形状をなすレーザ合成光を前記脆性材料の表面に照射するとともに、前記複数のレーザ光源の光強度をそれぞれ制御することにより、このレーザ合成光の光強度分布を調整することを特徴とする脆性材料の切断方法。
【請求項２】
前記複数のレーザ光源を選択的に駆動することにより、前記レーザ合成光の形状を設定することを特徴とする請求の範囲第１項記載の脆性材料の切断方法。
【請求項３】
前記複数の光ファイバの束ね方を選定することにより、前記レーザ合成光の形状を設定することを特徴とする請求の範囲第１項記載の脆性材料の切断方法。
【請求項４】
前記複数のレーザ光源の出力強度を異なるようにしたことを特徴とする請求の範囲第１項記載の脆性材料の切断方法。
【請求項５】
前記複数のレーザ光源の発光開始時刻を順次所定の時間差で制御することにより、前記レーザ合成光の形状を設定することを特徴とする請求の範囲第１項記載の脆性材料の切断方法。
【請求項６】
レーザ光源からのレーザ光を脆性材料に照射するとともに、その照射位置を所定のライン上に沿って移動させることにより脆性材料を加工する切断装置において、
複数のレーザ光源と、
各レーザ光源からレーザ光を当該脆性材料の表面に導き、前記脆性材料に照射される前記各レーザ光の照射スポットが行列状に配置されるように束ねられた複数の光ファイバと、
当該脆性材料へのレーザ光の照射位置を移動させる走査手段と、
を備え、
前記束ねられた複数の光ファイバにより、当該脆性材料の表面に所定形状をなすレーザ合成光を照射するとともに、前記複数のレーザ光源の光強度をそれぞれ制御することにより、このレーザ合成光の光強度分布を調整するよう構成されたことを特徴とする脆性材料の切断装置。
【請求項７】
前記脆性材料の前記レーザ合成光の照射面の光強度分布を測定する光強度測定手段を具備することを特徴とする請求の範囲第６項記載の脆性材料の切断装置。
【請求項８】
前記光強度測定手段を当該脆性材料のレーザ光照射面に沿って移動させる移動手段を具備することを特徴とする請求の範囲第７項記載の脆性材料の切断装置。
【請求項９】
レーザ光源からのレーザ光を脆性材料に照射することにより、前記脆性材料の広範囲にわたって熱歪みを発生させ、その照射位置を前記脆性材料の所定のライン上に沿って移動させることにより、前記脆性材料の加工開始点に形成した亀裂を、進展させて前記脆性材料を割断する割断方法において、
複数のレーザ光源から各レーザ光を脆性材料に導く複数の光ファイバを設け、前記脆性材料に照射される前記各レーザ光の照射スポットが行列状に配置されるように前記複数の光ファイバを束ねた状態で、前記複数のレーザ光源を駆動することにより、所定形状をなすレーザ合成光を前記脆性材料の表面に照射するとともに、前記複数のレーザ光源の光強度をそれぞれ制御することにより、このレーザ合成光の光強度分布を調整することを特徴とする脆性材料の割断方法。
【請求項１０】
前記複数のレーザ光源を選択的に駆動することにより、前記レーザ合成光の形状を設定することを特徴とする請求の範囲第１項記載の脆性材料の割断方法。
【請求項１１】
前記複数の光ファイバの束ね方を選定することにより、前記レーザ合成光の形状を設定することを特徴とする請求の範囲第９項記載の脆性材料の割断方法。
【請求項１２】
前記複数のレーザ光源の出力強度を異なるようにしたことを特徴とする請求の範囲第９項記載の脆性材料の割断方法。
【請求項１３】
前記複数のレーザ光源の発光開始時刻を順次所定の時間差で制御することにより、前記レーザ合成光の形状を設定することを特徴とする請求の範囲第９項記載の脆性材料の割断方法。
【請求項１４】
レーザ光源からのレーザ光を脆性材料に照射するとともに、前記脆性材料の広範囲に熱歪みを発生させ、その照射位置を前記脆性材料の所定のライン上に沿って移動させることにより前記脆性材料の加工開始点に形成した亀裂を、進展させて前記脆性材料を割断する脆性材料の割断装置において、
複数のレーザ光源と、
各レーザ光源からレーザ光を当該脆性材料の表面に導き、前記脆性材料に照射される前記各レーザ光の照射スポットが行列状に配置されるように束ねられた複数の光ファイバと、
当該脆性材料へのレーザ光の照射位置を移動させる走査手段と、
を備え、
前記束ねられた複数の光ファイバにより、当該脆性材料の表面に所定形状をなすレーザ合成光を照射するとともに、前記複数のレーザ光源の光強度をそれぞれ制御することにより、このレーザ合成光の光強度分布を調整するよう構成されたことを特徴とする脆性材料の割断装置。
【請求項１５】
前記脆性材料の前記レーザ合成光の照射面の光強度分布を測定する光強度測定手段を具備することを特徴とする請求の範囲第１４項記載の脆性材料の割断装置。
【請求項１６】
前記光強度測定手段を当該脆性材料のレーザ光照射面に沿って移動させる移動手段を具備することを特徴とする請求の範囲第１５項記載の脆性材料の割断装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
本発明の加工方法は、レーザ光源からのレーザ光を脆性材料に照射することにより、前記脆性材料の広範囲にわたって熱歪みを発生させ、前記脆性材料の内部に亀裂を入れるとともに、その照射位置を前記脆性材料の所定のライン上に沿って移動させることにより、脆性材料を切断する切断方法において、複数のレーザ光源から各レーザ光を脆性材料に導く複数の光ファイバを設け、前記脆性材料に照射される前記各レーザ光の照射スポットが行列状に配置されるように前記複数の光ファイバを束ねた状態で、前記複数のレーザ光源を駆動することにより、所定形状をなすレーザ合成光を前記脆性材料の表面に照射するとともに、前記複数のレーザ光源の光強度をそれぞれ制御することにより、このレーザ合成光の光強度分布を調整することによって特徴づけられる。
この方法において、前記複数のレーザ光源を選択的に駆動することにより、前記レーザ合成光の形状を設定することが好ましい。
また、前記複数の光ファイバの束ね方を選定することにより、前記レーザ合成光の形状を設定してもよい。
さらに、前記複数のレーザ光源の出力強度を異なるようにしてもよい。
また、前記複数のレーザ光源の発光開始時刻を順次所定の時間差で制御することにより、前記レーザ合成光の形状を設定してもよい。
本発明の加工方法の作用を説明する。
複数のレーザ光源からのレーザ光を同時に脆性材料に照射すると、レーザ光が照射される照射面積が増加し、加工対象の脆性材料表面上のレーザ光の照射面積が大幅に広がって、照射時間当たりに加熱される内部の加熱体積が増加する。これにより熱歪が広範囲にわたって発生し、レーザ光を脆性材料の表面上の所定方向に沿って相対運動をさせながら走査してゆく際に、深い領域まで延びる亀裂を高速で進展させることができる結果、加工速度を向上させることができる。
しかも、多数のレーザ光源からの低レーザ光を脆性材料に同時に照射することで、レーザ光源として低出力の半導体レーザを用いることが可能になる。
すなわち、ガスレーザと比較すると通常半導体レーザは出力強度が低く、１個当たりの出力強度は十分ではないが、多数の半導体レーザを用いて、加工対象の脆性材料の表面にレーザ光を同時に照射することにより、必要な熱効果を脆性材料の広い表面領域において同時に作用させて熱歪を広範囲にわたって発生させる


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
本発明の加工装置は、以上の特徴をもつ脆性材料の加工方法の実施に適した装置であって、レーザ光源からのレーザ光を脆性材料に照射するとともに、その照射位置を所定のライン上に沿って移動させることにより脆性材料を加工する切断装置において、複数のレーザ光源と、各レーザ光源からレーザ光を当該脆性材料の表面に導き、前記脆性材料に照射される前記各レーザ光の照射スポットが行列状に配置されるように束ねられた複数の光ファイバと、当該脆性材料へのレーザ光の照射位置を移動させる走査手段とを備え、前記束ねられた複数の光ファイバにより、当該脆性材料の表面に所定形状をなすレーザ合成光を照射するとともに、前記複数のレーザ光源の光強度をそれぞれ制御することにより、このレーザ合成光の光強度分布を調整するよう構成されたことを特徴とする。
この構成において、前記脆性材料の前記レーザ合成光の照射面の光強度分布を測定する光強度測定手段を具備することが好ましい。また、この構成において、光強度測定手段を当該脆性材料のレーザ光照射面に沿って移動させる移動手段を具備することが好ましい。
本発明の加工装置によれば、光強度測定手段の出力に基づいて、脆性材料に照射するレーザ光の合成強度分布が、目的とする強度分布となっているのか否かを確認することができる。また、出力強度が異なる複数のレーザ光源を用いた場合に、合成強度分布がどのような強度分布になるのかを確認することもできる。
なお、本発明は、レーザ光源からのレーザ光の照射により、脆性材料に深い亀裂を入れる切断加工、あるいはレーザ光の照射のみで脆性材料を加工線（スクライブ線）の左右に完全に分離する割断加工のいずれの加工にも適用できる。
なお、本発明の加工方法及び加工装置は、レーザ光源からのレーザ光を脆性材料に照射することにより、前記脆性材料の広範囲にわたって熱歪みを発生させ、その照射位置を前記脆性材料の所定のライン上に沿って移動させることにより、前記脆性材料の加工開始点に形成した亀裂を、進展させて前記脆性材料を割断する割断方法及びその割断装置においても、前記切断方法及び切断装置と同様の構成で適用される。
図面の簡単な説明
図１は、本発明の実施形態の構成を模式的に示す図である。
図２は、複数のレーザ光源からのレーザ光を脆性材料に照射したときの２次元的な光強度分布を模式的に示す図である。
図３は、複数のレーザ光源からのレーザ光を脆性材料に照射したときの３次元的な光強度分布を模式的に示す図である。
図４は、複数のレーザ光源を用いた場合に設定できるビーム形状（平面形状）の例を示す図である。
図５は、複数のレーザ光源を用いた場合に設定できるビーム形状（平面形状）の他の例を示す図である。
図６は、レーザ光照射により脆性材料の表面付近のみが加熱される状況を模式




【国際調査報告】
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