(57)【要約】  超短パルス光のレーザ光を加工対象物（１）に集光させることにより加工対象物（１）に改質領域（７）を形成する発明であって、レーザ光（Ｌ）を出射するレーザ光源（２０２）と、レーザ光源（２０２）により出射されたレーザ光（Ｌ）を加工対象物（１）に集光する集光光学系（４）と、集光光学系（４）により加工対象物（１）に集光されるレーザ光（Ｌ）に収差を付与する収差付与部（２０３）と、を備え、レーザ光（Ｌ）の光軸方向において、加工対象物（１）にレーザ光（Ｌ）を集光させることに起因して当該集光位置で発生する収差である集光発生収差の範囲を基準収差範囲とした場合、収差付与部（２０３）は、光軸方向において基準収差範囲よりも長い長尺範囲を収差の範囲として有し、且つ光軸方向におけるレーザ光の強度分布が長尺範囲にて連続する強弱を有するように、レーザ光に第１収差を付与することで、加工品質を向上させる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超短パルス光のレーザ光を加工対象物に集光させることにより、前記加工対象物に改質領域を形成するレーザ加工装置であって、
前記レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源により出射された前記レーザ光を前記加工対象物に集光する集光光学系と、
前記集光光学系により前記加工対象物に集光される前記レーザ光に収差を付与する収差付与部と、を備え、
前記レーザ光の光軸方向において、前記加工対象物に前記レーザ光を集光させることに起因して当該集光位置で発生する収差である集光発生収差の範囲を基準収差範囲とした場合、
前記収差付与部は、前記光軸方向において前記基準収差範囲よりも長い長尺範囲を収差の範囲として有し、且つ前記光軸方向における前記レーザ光の強度分布が前記長尺範囲にて連続する強弱を有するように、前記レーザ光に第１収差を付与する、レーザ加工装置。
【請求項２】
前記収差付与部は、前記光軸方向に沿って近接して並ぶ複数位置に前記レーザ光の集光点が形成されるように、前記レーザ光に前記第１収差を付与する、請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記収差付与部は、アキシコンレンズの作用を実現する位相変調による収差を前記第１収差として付与する、請求項１又は２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記収差付与部は、所定の球面収差を前記第１収差として前記レーザ光に付与する、請求項１〜３の何れか一項に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記収差付与部は、収差に含まれる強度分布の偏りを発生させる不要成分を除去又は調整する、請求項１〜４の何れか一項に記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
前記収差付与部は、前記集光発生収差を補正する収差補正に関する第２収差を前記レーザ光に付与する、請求項１〜５の何れか一項に記載のレーザ加工装置。
【請求項７】
前記加工対象物は、ガラスを含み、
前記超短パルス光の前記レーザ光は、１００ｐｓ以下のパルス幅を有する、請求項１〜６の何れか一項に記載のレーザ加工装置。
【請求項８】
超短パルス光のレーザ光を加工対象物に集光させることにより、前記加工対象物に改質領域を形成するレーザ加工方法であって、
前記レーザ光をレーザ光源から出射し、出射した前記レーザ光を前記加工対象物に集光させる工程と、
前記加工対象物に集光させる前記レーザ光に収差を付与する工程と、を含み、
前記レーザ光の光軸方向において、前記加工対象物に前記レーザ光を集光させることに起因して当該集光位置で発生する収差である集光発生収差の範囲を基準収差範囲とした場合、
前記レーザ光に収差を付与する工程では、前記光軸方向において前記基準収差範囲よりも長い長尺範囲を収差の範囲として有し、且つ前記光軸方向における前記レーザ光の強度分布が前記長尺範囲にて連続する強弱を有するように、前記レーザ光に第１収差を付与する、レーザ加工方法。
【請求項９】
前記レーザ光に収差を付与する工程では、前記光軸方向に沿って近接して並ぶ複数位置に前記レーザ光の集光点が形成されるように、前記レーザ光に前記第１収差を付与する、請求項８に記載のレーザ加工方法。
【請求項１０】
前記レーザ光に収差を付与する工程では、アキシコンレンズの作用を実現する位相変調による収差を前記第１収差として付与する、請求項８又は９に記載のレーザ加工方法。
【請求項１１】
前記レーザ光に収差を付与する工程では、所定の球面収差を前記第１収差として付与する、請求項８〜１０の何れか一項に記載のレーザ加工方法。
【請求項１２】
前記レーザ光に収差を付与する工程では、収差に含まれる強度分布の偏りを発生させる不要成分を除去又は調整する、前記レーザ光に第２収差を付与する、請求項８〜１１の何れか一項に記載のレーザ加工方法。
【請求項１３】
前記レーザ光に収差を付与する工程では、前記集光発生収差を補正する収差補正に関する第２収差を前記レーザ光に付与する、請求項８〜１２の何れか一項に記載のレーザ加工方法。
【請求項１４】
前記加工対象物は、ガラスを含み、
前記超短パルス光の前記レーザ光は、１００ｐｓ以下のパルス幅を有する、請求項８〜１３の何れか一項に記載のレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一側面は、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】
従来のレーザ加工装置としては、加工対象物にレーザ光を集光させることにより、切断予定ラインに沿って加工対象物の内部に改質領域を形成するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このようなレーザ加工装置では、レーザ光源から加工対象物へ照射されるレーザ光を空間光変調器によって変調することにより、当該レーザ光を加工対象物の複数位置に集光することが図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−５１０１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述したような従来技術では、近年における益々の普及拡大に伴い、加工品質を向上することが望まれている。例えば、改質領域を起点に切断された加工対象物について切断面の直進性を向上することや、加工対象物の劈開性や結晶方位による悪影響（劈開面割れ等）を抑制できるレーザ加工が要求されている。【０００５】
本発明の一側面は、上記実情に鑑みてなされたものであり、加工品質を向上することができるレーザ加工装置及びレーザ加工方法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】
【０００６】
本発明の一側面に係るレーザ加工装置は、超短パルス光のレーザ光を加工対象物に集光させることにより、加工対象物に改質領域を形成するレーザ加工装置であって、レーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光源により出射されたレーザ光を加工対象物に集光する集光光学系と、集光光学系により加工対象物に集光されるレーザ光に収差を付与する収差付与部と、を備え、レーザ光の光軸方向において、加工対象物にレーザ光を集光させることに起因して当該集光位置で発生する収差である集光発生収差の範囲を基準収差範囲とした場合、収差付与部は、光軸方向において基準収差範囲よりも長い長尺範囲を収差の範囲として有し、且つ光軸方向におけるレーザ光の強度分布が長尺範囲にて連続する強弱を有するように、レーザ光に第１収差を付与する。【０００７】
本発明の一側面に係るレーザ加工方法は、超短パルス光のレーザ光を加工対象物に集光させることにより、加工対象物に改質領域を形成するレーザ加工方法であって、レーザ光をレーザ光源から出射し、出射したレーザ光を加工対象物に集光させる工程と、加工対象物に集光させるレーザ光に収差を付与する工程と、を含み、レーザ光の光軸方向において、加工対象物にレーザ光を集光させることに起因して当該集光位置で発生する収差である集光発生収差の範囲を基準収差範囲とした場合、レーザ光に収差を付与する工程では、光軸方向において基準収差範囲よりも長い長尺範囲を収差の範囲として有し、且つ光軸方向におけるレーザ光の強度分布が長尺範囲にて連続する強弱を有するように、レーザ光に第１収差を付与する。【０００８】
このようなレーザ加工装置及びレーザ加工方法では、基準収差範囲よりも長い長尺範囲を収差の範囲として有し、且つ光軸方向における強度分布が長尺範囲にて連続する強弱を有する超短パルス光のレーザ光によって、加工対象物がレーザ加工される。これにより、加工対象物において、超短パルス光のレーザ光の集光部分をレーザ光の光軸方向に効果的に伸長化して、当該レーザ光の光軸方向に長尺形状（以下、「縦長」という）の改質領域を形成できる。その結果、例えば、切断面の直進性を向上や、加工対象物の劈開性や結晶方位による悪影響の抑制が可能となり、加工品質を向上することができる。【０００９】
本発明の一側面に係るレーザ加工装置において、収差付与部は、光軸方向に沿って近接して並ぶ複数位置にレーザ光の集光点が形成されるように、レーザ光に第１収差を付与してもよい。本発明の一側面に係るレーザ加工方法において、レーザ光に収差を付与する工程では、光軸方向に沿って近接して並ぶ複数位置にレーザ光の集光点が形成されるように、レーザ光に第１収差を付与してもよい。この場合、集光点を光軸方向に近接して並ぶ多点とすることができ、縦長の改質領域として、切取り線状の改質領域を形成することが可能となる。よって、改質領域に沿って加工対象物を切断し易くできる。また、このように多点で集光することから、１つの縦長集光点で集光する場合に比べ、少ないエネルギでレーザ加工を実施することが可能となる。【００１０】
本発明の一側面に係るレーザ加工装置において、収差付与部は、アキシコンレンズの作用を実現する位相変調による収差を第１収差として付与してもよい。本発明の一側面に係るレーザ加工方法において、レーザ光に収差を付与する工程では、アキシコンレンズの作用を実現する位相変調による収差を第１収差として付与してもよい。このように、アキシコンレンズの作用を実現する位相変調による収差を加えることで、加工対象物に集光するレーザ光について、収差の範囲を長尺範囲へ伸長させつつ当該長尺範囲にて連続する強弱を有する強度分布を得ることができる。【００１１】
本発明の一側面に係るレーザ加工装置において、収差付与部は、所定の球面収差を第１収差としてレーザ光に付与してもよい。本発明の一側面に係るレーザ加工方法において、レーザ光に収差を付与する工程では、所定の球面収差を第１収差として付与してもよい。このように、所定の球面収差を加えることで、加工対象物に集光するレーザ光について、収差の範囲を長尺範囲へ伸長させつつ当該長尺範囲にて連続する強弱を有する強度分布を得ることができる。【００１２】
本発明の一側面に係るレーザ加工装置において、収差付与部は、収差に含まれる強度分布の偏りを発生させる不要成分を除去又は調整してもよい。本発明の一側面に係るレーザ加工方法において、レーザ光に収差を付与する工程では、収差に含まれる強度分布の偏りを発生させる不要成分を除去又は調整してもよい。この場合、光軸方向におけるレーザ光の強度分布について、その偏りを解消して均一化することができる。【００１３】
本発明の一側面に係るレーザ加工装置において、収差付与部は、集光発生収差を補正する収差補正に関する第２収差をレーザ光に付与してもよい。本発明の一側面に係るレーザ加工方法において、レーザ光に収差を付与する工程では、集光発生収差を補正する収差補正に関する第２収差をレーザ光に付与してもよい。【００１４】
本発明の一側面に係るレーザ加工装置及びレーザ加工方法では、加工対象物は、ガラスを含み、超短パルス光のレーザ光は、１００ｐｓ以下のパルス幅を有していてもよい。このように、１００ｐｓ以下のパルス幅を有する超短パルス光のレーザ光により、ガラスを含む加工対象物のレーザ加工を実施する場合がある。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の一側面によれば、加工品質を向上することができるレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】改質領域の形成に用いられるレーザ加工装置の概略構成図である。
【図２】改質領域の形成の対象となる加工対象物の平面図である。
【図３】図２の加工対象物のIII−III線に沿っての断面図である。
【図４】レーザ加工後の加工対象物の平面図である。
【図５】図４の加工対象物のV−V線に沿っての断面図である。
【図６】図４の加工対象物のVI−VI線に沿っての断面図である。
【図７】実施形態に係る実施するレーザ加工装置を示す概略構成図である。
【図８】反射型空間光変調器の部分断面図である。
【図９】反射型空間光変調器の液晶層に表示されたアキシコンレンズパターンを示す図である。
【図１０】レーザ加工の対象となる加工対象物を示す平面図である。
【図１１】第１実施形態に係るレーザ加工方法を説明するための概略断面図である。
【図１２】第１実施形態に係るレーザ加工方法により形成された改質スポットの一例を示す写真図である。
【図１３】第１実施形態に係るレーザ加工方法の効果を説明するための写真図である。
【図１４】第１実施形態に係るレーザ加工方法の効果を説明するための他の写真図である。
【図１５】レーザ光の集光位置で発生する収差を説明するための図である。
【図１６】第１実施形態の光軸方向におけるレーザ光の強度分布を説明するための図である。
【図１７】第１実施形態の制御部に格納されたデータテーブルの一例を示す図である。
【図１８】第１実施形態のレーザ加工方法の一例を示すフローチャートである。
【図１９】第１実施形態のレーザ加工方法の効果を説明するためのさらに他の写真図である。
【図２０】第２実施形態の光軸方向におけるレーザ光の強度分布を説明するための図である。
【図２１】第２実施形態のレーザ加工方法の効果を説明するための写真図である。
【図２２】第２実施形態のレーザ加工方法の効果を説明するための他の写真図である。
【図２３】第３実施形態の光軸方向におけるレーザ光の強度分布を説明するための図である。
【図２４】第３実施形態の制御部に格納されたデータテーブルの一例を示す図である。
【図２５】第３実施形態のレーザ加工方法の一例を示すフローチャートである。
【図２６】第４実施形態の光軸方向におけるレーザ光の強度分布を説明するための図である。
【図２７】第４実施形態の制御部に格納されたデータテーブルの一例を示す図である。
【図２８】第４実施形態のレーザ加工方法の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一側面に係る実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１８】
本実施形態に係るレーザ加工装置及びレーザ加工方法では、加工対象物にレーザ光を集光させ、改質領域を切断予定ラインに沿って形成する。そこで、まず、改質領域の形成について、図１〜図６を参照して説明する。
【００１９】
図１に示すように、レーザ加工装置１００は、レーザ光Ｌをパルス発振するレーザ光源１０１と、レーザ光Ｌの光軸（光路）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１０３と、レーザ光Ｌを集光するための集光用レンズ１０５と、を備えている。また、レーザ加工装置１００は、集光用レンズ１０５で集光されたレーザ光Ｌが照射される加工対象物１を支持するための支持台１０７と、支持台１０７を移動させるためのステージ１１１と、レーザ光Ｌの出力やパルス幅、パルス波形等を調節するためにレーザ光源１０１を制御するレーザ光源制御部１０２と、ステージ１１１の移動を制御するステージ制御部１１５と、を備えている。
【００２０】
このレーザ加工装置１００においては、レーザ光源１０１から出射されたレーザ光Ｌは、ダイクロイックミラー１０３によってその光軸の向きを９０°変えられ、支持台１０７上に載置された加工対象物１の内部に集光用レンズ１０５によって集光される。これと共に、ステージ１１１が移動させられ、加工対象物１がレーザ光Ｌに対して切断予定ライン５に沿って相対移動させられる。これにより、切断予定ライン５に沿った改質領域が加工対象物１に形成される。なお、ここでは、レーザ光Ｌを相対的に移動させるためにステージ１１１を移動させたが、集光用レンズ１０５を移動させてもよいし、或いはこれらの両方を移動させてもよい。
【００２１】
加工対象物１としては、半導体材料で形成された半導体基板や圧電材料で形成された圧電基板等を含む板状の部材（例えば、基板、ウェハ等）が用いられる。図２に示すように、加工対象物１には、加工対象物１を切断するための切断予定ライン５が設定されている。切断予定ライン５は、直線状に延びた仮想線である。加工対象物１の内部に改質領域を形成する場合、図３に示すように、加工対象物１の内部に集光点（集光位置）Ｐを合わせた状態で、レーザ光Ｌを切断予定ライン５に沿って（すなわち、図２の矢印Ａ方向に）相対的に移動させる。これにより、図４〜図６に示すように、改質領域７が切断予定ライン５に沿って加工対象物１の内部に形成され、切断予定ライン５に沿って形成された改質領域７が切断起点領域８となる。
【００２２】
なお、集光点Ｐとは、レーザ光Ｌが集光する箇所のことである。また、切断予定ライン５は、直線状に限らず曲線状であってもよいし、これらが組み合わされた３次元状であってもよいし、座標指定されたものであってもよい。また、切断予定ライン５は、仮想線に限らず加工対象物１の表面３に実際に引かれた線であってもよい。改質領域７は、連続的に形成される場合もあるし、断続的に形成される場合もある。また、改質領域７は列状でも点状でもよく、要は、改質領域７は少なくとも加工対象物１の内部に形成されていればよい。また、改質領域７を起点に亀裂が形成される場合があり、亀裂及び改質領域７は、加工対象物１の外表面（表面３、裏面２１、若しくは外周面）に露出していてもよい。また、改質領域７を形成する際のレーザ光入射面は、加工対象物１の表面３に限定されるものではなく、加工対象物１の裏面２１であってもよい。
【００２３】
ちなみに、ここでのレーザ光Ｌは、加工対象物１を透過すると共に加工対象物１の内部の集光点近傍にて特に吸収され、これにより、加工対象物１に改質領域７が形成される（すなわち、内部吸収型レーザ加工）。よって、加工対象物１の表面３ではレーザ光Ｌが殆ど吸収されないので、加工対象物１の表面３が溶融することはない。一般的に、表面３から溶融され除去されて穴や溝等の除去部が形成される（表面吸収型レーザ加工）場合、加工領域は表面３側から徐々に裏面側に進行する。
【００２４】
ところで、本実施形態で形成される改質領域７は、密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲とは異なる状態になった領域をいう。改質領域７としては、例えば、溶融処理領域（一旦溶融後再固化した領域、溶融状態中の領域及び溶融から再固化する状態中の領域のうち少なくとも何れか一つを意味する）、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等があり、これらが混在した領域もある。さらに、改質領域としては、加工対象物の材料において改質領域の密度が非改質領域の密度と比較して変化した領域や、格子欠陥が形成された領域がある（これらをまとめて高密転移領域ともいう）。
【００２５】
また、溶融処理領域や屈折率変化領域、改質領域の密度が非改質領域の密度と比較して変化した領域、格子欠陥が形成された領域は、さらに、それら領域の内部や改質領域と非改質領域との界面に亀裂（割れ、マイクロクラック）を内包している場合がある。内包される亀裂は、改質領域の全面に渡る場合や一部分のみや複数部分に形成される場合がある。加工対象物１としては、例えばシリコン（Ｓｉ）、ガラス、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、ＬｉＴａＯ３又はサファイア（Ａｌ２Ｏ３）を含む、又はこれらからなるものが挙げられる。
【００２６】
また、本実施形態においては、切断予定ライン５に沿って改質スポット（加工痕）を複数形成することによって、改質領域７を形成している。改質スポットとは、パルスレーザ光の１パルスのショット（つまり１パルスのレーザ照射：レーザショット）で形成される改質部分であり、改質スポットが集まることにより改質領域７となる。改質スポットとしては、クラックスポット、溶融処理スポット若しくは屈折率変化スポット、又はこれらの少なくとも１つが混在するもの等が挙げられる。この改質スポットについては、要求される切断精度、要求される切断面の平坦性、加工対象物の厚さ、種類、結晶方位等を考慮して、その大きさや発生する亀裂の長さを適宜制御することができる。
【００２７】
次に、第１実施形態について説明する。
【００２８】
図７は、本実施形態に係るレーザ加工方法を実施するレーザ加工装置を示す概略構成図である。図７に示すように、本実施形態のレーザ加工装置３００は、レーザ光源２０２、反射型空間光変調器（収差付与部）２０３、４ｆ光学系２４１及び集光光学系２０４を筐体２３１内に備えている。レーザ光源２０２は、例えば１０８０ｎｍ〜１２００ｎｍの波長を有するレーザ光Ｌを出射するものであり、例えばファイバレーザが用いられている。ここでのレーザ光源２０２は、水平方向にレーザ光Ｌを出射するように、筐体２３１の天板２３６にねじ等で固定されている。
【００２９】
レーザ光源２０２は、短パルス光のレーザ光Ｌを出射してもよいし、超短パルス光のレーザ光Ｌを出射してもよい。短パルス光のレーザ光Ｌは、例えば、サブｎｓ〜サブｍｓのパルス幅を有する場合がある。超短パルス光のレーザ光Ｌは、例えば、サブｎｓ未満のパルス幅を有する場合、１００ｐｓ以下のパルス幅を有する場合、及び、約１０ｐｓのパルス幅を有する場合がある。本実施形態のレーザ光源２０２は、超短パルス光のレーザ光Ｌを出射する。レーザ光Ｌのビームプロファイルは、ガウシアン形状（いわゆるガウシアンビーム）であってもよいし、トップハット形状（いわゆるトップハットビーム）であってもよい。ここでは、トップハット形状のレーザ光Ｌが加工対象物１に照射される。
【００３０】
反射型空間光変調器２０３は、レーザ光源２０２から出射されたレーザ光Ｌを変調するものであり、例えば反射型液晶（LCOS：Liquid Crystal on Silicon）の空間光変調器（SLM：Spatial Light Modulator）が用いられている。ここでの反射型空間光変調器２０３は、水平方向から入射するレーザ光Ｌを変調すると共に、水平方向に対し斜め上方に反射する。
【００３１】
図８は、図７のレーザ加工装置の反射型空間光変調器の部分断面図である。図８に示すように、反射型空間光変調器２０３は、シリコン基板２１３、駆動回路層９１４、複数の画素電極２１４、誘電体多層膜ミラー等の反射膜２１５、配向膜９９９ａ、液晶層（表示部）２１６、配向膜９９９ｂ、透明導電膜２１７、及びガラス基板等の透明基板２１８を備え、これらがこの順に積層されている。
【００３２】
透明基板２１８は、ＸＹ平面に沿った表面２１８ａを有しており、該表面２１８ａは反射型空間光変調器２０３の表面を構成する。透明基板２１８は、例えばガラス等の光透過性材料を主に含んでおり、反射型空間光変調器２０３の表面２１８ａから入射した所定波長のレーザ光Ｌを、反射型空間光変調器２０３の内部へ透過する。透明導電膜２１７は、透明基板２１８の裏面上に形成されており、レーザ光Ｌを透過する導電性材料（例えばＩＴＯ）を主に含んで構成されている。
【００３３】
複数の画素電極２１４は、複数の画素の配列に従って二次元状に配列されており、透明導電膜２１７に沿ってシリコン基板２１３上に配列されている。各画素電極２１４は、例えばアルミニウム等の金属材料からなり、これらの表面２１４ａは、平坦且つ滑らかに加工されている。複数の画素電極２１４は、駆動回路層９１４に設けられたアクティブ・マトリクス回路によって駆動される。
【００３４】
アクティブ・マトリクス回路は、複数の画素電極２１４とシリコン基板２１３との間に設けられ、反射型空間光変調器２０３から出力しようとする光像に応じて各画素電極２１４への印加電圧を制御する。このようなアクティブ・マトリクス回路は、例えば図示しないＸ軸方向に並んだ各画素列の印加電圧を制御する第１のドライバ回路と、Ｙ軸方向に並んだ各画素列の印加電圧を制御する第２のドライバ回路とを有しており、制御部２５０（後述）によって双方のドライバ回路で指定された画素の画素電極２１４に所定電圧が印加されるよう構成されている。
【００３５】
なお、配向膜９９９ａ，９９９ｂは、液晶層２１６の両端面に配置されており、液晶分子群を一定方向に配列させる。配向膜９９９ａ，９９９ｂは、例えばポリイミドといった高分子材料からなり、液晶層２１６との接触面にラビング処理等が施されたものが適用される。
【００３６】
液晶層２１６は、複数の画素電極２１４と透明導電膜２１７との間に配置されており、各画素電極２１４と透明導電膜２１７とにより形成される電界に応じてレーザ光Ｌを変調する。すなわち、アクティブ・マトリクス回路によって或る画素電極２１４に電圧が印加されると、透明導電膜２１７と該画素電極２１４との間に電界が形成される。
【００３７】
この電界は、反射膜２１５及び液晶層２１６のそれぞれに対し、各々の厚さに応じた割合で印加される。そして、液晶層２１６に印加された電界の大きさに応じて液晶分子２１６ａの配列方向が変化する。レーザ光Ｌが透明基板２１８及び透明導電膜２１７を透過して液晶層２１６に入射すると、このレーザ光Ｌは液晶層２１６を通過する間に液晶分子２１６ａによって変調され、反射膜２１５において反射した後、再び液晶層２１６により変調されてから取り出されることとなる。
【００３８】
このとき、後述の制御部２５０によって透明導電膜２１７と対向する各画素電極２１４毎に電圧が印加され、その電圧に応じて、液晶層２１６において透明導電膜２１７と対向する各画素電極２１４に挟まれた部分の屈折率が変化される（各画素に対応した位置の液晶層２１６の屈折率が変化する）。かかる屈折率の変化により、印加した電圧に応じて、レーザ光Ｌの位相を液晶層２１６の画素毎に変化させることができる。つまり、ホログラムパターンに応じた位相変調を画素毎に液晶層２１６によって与える（すなわち、変調を付与するホログラムパターンとしての変調パターンを反射型空間光変調器２０３の液晶層２１６に表示させる）ことができる。
【００３９】
その結果、変調パターンに入射し透過するレーザ光Ｌは、その波面が調整され、該レーザ光Ｌを構成する各光線において進行方向に直交する所定方向の成分の位相にずれが生じる。従って、反射型空間光変調器２０３に表示させる変調パターンを適宜設定することにより、レーザ光Ｌが変調（例えば、レーザ光Ｌの強度、振幅、位相、偏光等が変調）可能となる。
【００４０】
本実施形態の反射型空間光変調器２０３では、後述するように、アキシコンレンズパターンを変調パターンとして液晶層２１６に表示することにより、加工対象物１に照射されるレーザ光Ｌに対し、レーザ光照射方向に沿って近接して並ぶ複数位置に集光点が形成されるよう加工対象物１に集光させる変調が施される。これにより、図１１に示すように、当該複数位置のそれぞれに改質ドットｄが形成される。
【００４１】
これら複数の改質ドットｄは、多点細長改質スポットとなる１つの改質スポットＳｘを構成する。改質スポットＳｘは、液晶層２１６に変調パターンを表示させずにレーザ加工を施した改質スポットに比べ、レーザ光照射方向に長尺形状（縦長）とされる。つまり、複数の改質ドットｄは、レーザ光照射方向に沿って近接し連なるように密に並んでおり、これら複数の改質ドットｄが一纏まりとされてなる改質スポットＳｘは、レーザ光照射方向の寸法がその交差方向の寸法よりも特に長くなるような細長形状を有する。
【００４２】
図７に戻り、４ｆ光学系２４１は、反射型空間光変調器２０３によって変調されたレーザ光Ｌの波面形状を調整するものである。この４ｆ光学系２４１は、第１レンズ２４１ａ及び第２レンズ２４１ｂを有している。レンズ２４１ａ，２４１ｂは、反射型空間光変調器２０３と第１レンズ２４１ａとの距離が第１レンズ２４１ａの焦点距離ｆ１となり、集光光学系２０４とレンズ２４１ｂとの距離がレンズ２４１ｂの焦点距離ｆ２となり、第１レンズ２４１ａと第２レンズ２４１ｂとの距離がｆ１＋ｆ２となり、且つ第１レンズ２４１ａと第２レンズ２４１ｂとが両側テレセントリック光学系となるように、反射型空間光変調器２０３と集光光学系２０４との間に配置されている。この４ｆ光学系２４１では、反射型空間光変調器２０３で変調されたレーザ光Ｌが空間伝播によって波面形状が変化し収差が増大するのを抑制することができる。
【００４３】
集光光学系２０４は、４ｆ光学系２４１によって変調されたレーザ光Ｌを加工対象物１の内部に集光するものである。この集光光学系２０４は、複数のレンズを含んで構成されており、圧電素子等を含んで構成された駆動ユニット２３２を介して筐体２３１の底板２３３に設置されている。
【００４４】
以上のように構成されたレーザ加工装置３００では、レーザ光源２０２から出射されたレーザ光Ｌは、筐体２３１内にて水平方向に進行した後、ミラー２０５ａによって下方に反射され、アッテネータ２０７によって光強度が調整される。そして、ミラー２０５ｂによって水平方向に反射され、ビームホモジナイザ２６０によってレーザ光Ｌの強度分布（以下、単に「強度分布」ともいう）が均一化されて反射型空間光変調器２０３に入射する。
【００４５】
反射型空間光変調器２０３に入射したレーザ光Ｌは、液晶層２１６に表示された変調パターンを透過することにより当該変調パターンに応じて変調され、その後、ミラー２０６ａによって上方に反射され、λ／２波長板２２８によって偏光方向が変更され、ミラー２０６ｂによって水平方向に反射されて４ｆ光学系２４１に入射する。
【００４６】
４ｆ光学系２４１に入射したレーザ光Ｌは、平行光で集光光学系２０４に入射するよう波面形状が調整される。具体的には、レーザ光Ｌは、第１レンズ２４１ａを透過し収束され、ミラー２１９によって下方へ反射され、共焦点Ｏを経て発散すると共に、第２レンズ２４１ｂを透過し、平行光となるように再び収束される。そしてレーザ光Ｌは、ダイクロイックミラー２１０，２３８を順次透過して集光光学系２０４に入射し、ステージ１１１上に載置された加工対象物１内に集光光学系２０４によって集光される。
【００４７】
また、本実施形態のレーザ加工装置３００は、加工対象物１のレーザ光入射面を観察するための表面観察ユニット２１１と、集光光学系２０４と加工対象物１との距離を微調整するためのＡＦ（AutoFocus）ユニット２１２と、を筐体２３１内に備えている。
【００４８】
表面観察ユニット２１１は、可視光ＶＬ１を出射する観察用光源２１１ａと、加工対象物１のレーザ光入射面で反射された可視光ＶＬ１の反射光ＶＬ２を受光して検出する検出器２１１ｂと、を有している。表面観察ユニット２１１では、観察用光源２１１ａから出射された可視光ＶＬ１が、ミラー２０８及びダイクロイックミラー２０９，２１０，２３８で反射・透過され、集光光学系２０４で加工対象物１に向けて集光される。そして、加工対象物１のレーザ光入射面で反射された反射光ＶＬ２が、集光光学系２０４で集光されてダイクロイックミラー２３８，２１０で透過・反射された後、ダイクロイックミラー２０９を透過して検出器２１１ｂにて受光される。
【００４９】
ＡＦユニット２１２は、ＡＦ用レーザ光ＬＢ１を出射し、レーザ光入射面で反射されたＡＦ用レーザ光ＬＢ１の反射光ＬＢ２を受光し検出することで、切断予定ライン５に沿ったレーザ光入射面の変位データを取得する。そして、ＡＦユニット２１２は、改質領域７を形成する際、取得した変位データに基づいて駆動ユニット２３２を駆動させ、レーザ光入射面のうねりに沿うように集光光学系２０４をその光軸方向に往復移動させる。
【００５０】
さらにまた、本実施形態のレーザ加工装置３００は、当該レーザ加工装置３００を制御するためのものとして、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる制御部２５０を備えている。この制御部２５０は、レーザ光源２０２を制御し、レーザ光源２０２から出射されるレーザ光Ｌの出力やパルス幅等を調節する。また、制御部２５０は、改質領域７を形成する際、レーザ光Ｌの集光点Ｐが加工対象物１の表面３から所定距離に位置し且つレーザ光Ｌの集光点Ｐが切断予定ライン５に沿って相対的に移動するように、筐体２３１、ステージ１１１の位置、及び駆動ユニット２３２の駆動の少なくとも１つを制御する。
【００５１】
また、制御部２５０は、改質領域７を形成する際、反射型空間光変調器２０３における各電極２１４に所定電圧を印加し、液晶層２１６に所定の変調パターンを表示させ、これにより、レーザ光Ｌを反射型空間光変調器２０３で所望に変調させる。
【００５２】
ここで、液晶層２１６に表示される変調パターンは、例えば、改質領域７を形成しようとする位置、照射するレーザ光Ｌの波長、加工対象物１の材料、及び集光光学系２０４や加工対象物１の屈折率等に基づいて予め導出され、制御部２５０に記憶されている。この変調パターンは、レーザ加工装置３００に生じる個体差（例えば、反射型空間光変調器２０３の液晶層２１６に生じる歪）を補正するための個体差補正パターン、及び球面収差を補正するための球面収差補正パターン、アキシコンレンズパターンの少なくとも１つを含んでいる。
【００５３】
図９は、液晶層に表示されたアキシコンレンズパターンを示す図である。図中に示すアキシコンレンズパターンＡｘは、液晶層２１６の正面視における状態を示している。図９に示すように、アキシコンレンズパターンＡｘは、アキシコンレンズの作用を実現するように生成された変調パターンである。アキシコンレンズパターンＡｘは、レーザ光照射方向に沿って近接して並ぶ複数位置に集光点が形成されるように、レーザ光Ｌを加工対象物１に集光させる。換言すると、レーザ光照射方向（レーザ光Ｌの伝播方向、光軸方向）に複数の強度分布を有するようにレーザ光Ｌを変調させる。ここでのアキシコンレンズパターンＡｘは、逆円錐状の光学パターンとされ、下凸状のものとされている。
【００５４】
このアキシコンレンズパターンＡｘは、具体的には、入射するレーザ光Ｌに対し中心に位置する円領域ａ１と、円領域ａ１の周囲に画設された複数の円環領域ａ２と、を有している。円環領域２ａは、円領域ａ１と同心に形成され、円環形状又は円環形状の一部が切り欠かれて成る形状を有している。円領域ａ１及び複数の円環領域ａ２では、径方向外側から内側に行くに従って明度が徐々に明るくなるように設定されている。
【００５５】
このようなアキシコンレンズパターンＡｘを液晶層２１６に表示させてレーザ加工を行う場合、その円環領域ａ２の数（中心からの明度の折返し数）であるパラメータ数が大きいほど、レーザ光照射方向に沿って近接して並ぶ集光点の数（改質ドットｄの数）が増加し、その結果、パラメータ数に応じた縦長の改質スポットＳｘが形成される。ここでは、パラメータ数が増減すると、レーザ光Ｌの手前側（上流側）において改質ドットｄの数が増減し、ひいては、形成される改質スポットＳｘがレーザ光Ｌの手前側において伸縮する傾向を有する。
【００５６】
次に、上記レーザ加工装置３００を用いたレーザ加工方法について詳細に説明する。
【００５７】
図１０は本実施形態によるレーザ加工の対象となる加工対象物を示す平面図、図１１は本実施形態におけるレーザ加工方法を説明するための断面図である。本実施形態のレーザ加工方法は、加工対象物１をレーザ加工して複数のチップを製造するためのチップの製造方法として用いられる。図１０に示すように、加工対象物１は、シリコン基板、サファイア基板、ＳｉＣ基板、ガラス基板（強化ガラス基板）、半導体基板又は透明絶縁基板等を含み、板状を呈している。加工対象物１の厚さは、１５０μｍ〜３５０μｍとされており、ここでは、２００μｍ又は２５０μｍとされている。
【００５８】
この加工対象物１の表面３には、マトリックス状に並ぶように機能素子形成領域１５が複数設けられている。また、加工対象物１の表面３上には、隣り合う機能素子形成領域１５間を通るように延びる切断予定ライン５が複数設定されている。複数の切断予定ライン５は、格子状に延在しており、加工対象物１のオリエンテーションフラット６に対して略平行な方向に沿う切断予定ライン５ａ、及び略垂直な方向に沿う切断予定ライン５ｂを含んでいる。なお、加工対象物１がサファイア基板の場合には、そのＣ面が主面（表面３及び裏面２１）とされ、切断予定ライン５がサファイア基板のＲ面に沿った方向に延びるよう設定される。
【００５９】
このような加工対象物１に対してレーザ加工を施す場合、まず、加工対象物１の裏面２１にエキスパンドテープを貼り付け、該加工対象物１をステージ１１１上に載置する。続いて、図７，１１に示すように、制御部２５０により反射型空間光変調器２０３を制御し、液晶層２１６にアキシコンレンズパターンＡｘを変調パターンとして表示させ、この状態で、加工対象物１の表面３をレーザ光入射面（レーザ光照射面）として加工対象物１にレーザ光Ｌをパルス照射し、レーザ光照射方向に沿って近接して並ぶ複数位置に集光点が形成されるようにレーザ光Ｌを加工対象物１に集光させる。これと共に、加工対象物１とレーザ光Ｌとを切断予定ライン５に沿って相対移動（スキャン）させる。
【００６０】
これにより、加工対象物１内の厚さ方向の所定深さに、レーザ光照射方向に沿って近接して並ぶ複数位置に形成された改質ドットｄを有する縦長の改質スポットＳｘを、切断予定ライン５に沿って複数形成する。そして、これら複数の改質スポットＳｘによって改質領域７を形成する。その後、エキスパンドテープを拡張することで、改質領域７を切断の起点として加工対象物１を切断予定ライン５に沿って切断し、切断された複数のチップを半導体装置（例えばメモリ、ＩＣ、発光素子、受光素子等）として得る。
【００６１】
ここで、改質スポットＳｘを形成する際には、次のアキシコンレンズパターン作成工程（アキシコンレンズパターン作成制御）を実施してもよい。アキシコンレンズパターン作成工程では、例えば液晶層２１６に変調パターンを表示させずにレーザ加工を施して加工対象物１内に形成された通常の改質スポット（以下、単に「通常の改質スポット」ともいう）の状態に基づいて、制御部２５０によりアキシコンレンズパターンＡｘを作成する。
【００６２】
また、加工対象物１の材料やレーザ光Ｌのエネルギに起因して改質スポットＳｘにおけるレーザ光照射方向の長さが変化し、当該改質スポットＳｘの厚さ方向位置が変化する場合がある。そこで、改質スポットＳｘを形成する際には、次の集光点位置補正工程（集光点位置補正制御）を実施してもよい。
【００６３】
集光点位置補正工程では、形成しようとする改質スポットＳｘについてのレーザ光Ｌの最も奥側位置（最も裏面２１位置）を基準にして、厚さ方向におけるレーザ光Ｌの集光点位置（Ｚハイト）を、例えば通常の改質スポットの状態に基づき補正する。これは、上述したように、改質スポットＳｘがレーザ光Ｌの手前側でパラメータ数に応じて伸縮する傾向を有することによる。
【００６４】
さらにまた、改質スポットＳｘを形成する際には、アキシコンレンズパターンＡｘのパラメータ数（円環領域ａ２の数、）を調整するアキシコンレンズパターン調整工程（アキシコンレンズパターン調整制御）を実施してもよい。アキシコンレンズパターン調整工程では、形成しようとする改質スポットＳｘ（改質領域７）におけるレーザ光照射方向の長さに応じて、アキシコンレンズパターンＡｘのパラメータ数を、例えば通常の改質スポットの状態に基づき設定する。具体的には、改質スポットＳｘをレーザ光照射方向に長くしたい場合には、パラメータ数を大きくする一方、短くしたい場合にはパラメータ数を小さくする。
【００６５】
ところで、加工対象物１においてレーザ光Ｌの集光部分を縦長とし、縦長な改質領域７を加工対象物１に形成すると、加工対象物１の内部で生じる亀裂（クラック）の量が低減し、切断面の直進性及び抗折強度が向上し、その結果、加工品質を向上できる可能性が見出される。この場合、当該レーザ光Ｌの集光部分でエネルギ密度が低下してしまい、改質領域７自体が形成されない虞や、加工の際に多くのエネルギが要される虞が懸念されるところ、反射型空間光変調器２０３を用いてレーザ光Ｌを適宜変調することにより、このような虞に対応できることが見出される。
【００６６】
この点、本実施形態では、改質領域７を形成する場合、アキシコンレンズパターンＡｘを変調パターンとして反射型空間光変調器２０３に表示することにより、レーザ光照射方向に近接して並ぶ複数位置に集光点が形成されるようにレーザ光を集光する。つまり、縦方向に細かな多点分岐させたレーザ光Ｌでレーザ加工（いわゆる、同時多点細長加工）を実施し、分岐した多点集光点を繋げるよう構成して、疑似的な縦長集光点を形成できる。これにより、レーザ光照射方向に近接して並ぶ複数の改質ドットｄを有する改質スポットＳｘを形成できる。
【００６７】
この改質スポットＳｘによれば、擬似的（及び、実質的）に縦長となる集光部分がそのエネルギ密度を十分に維持したまま形成されることになり、ひいては、縦長の改質領域７が形成されることになる。従って、加工対象物１の内部で生じる亀裂の量を低減させ、また、当該亀裂を伸び難くすることができ、その結果、切断面の直進性の向上及び抗折強度の向上させることができ、加工品質を向上させることが可能となる。
【００６８】
また、改質領域７が縦長となることから、スループットを向上させることもできる。また、本実施形態は、亀裂の量を低減できることから、加工対象物１内の亀裂を制御したい場合（例えば、切断予定ライン５が結晶方位に沿わない場合、ガラス材料に対する加工の場合）に特に有効といえる。
【００６９】
なお、亀裂の量を低減できる上記作用効果は、加工対象物１がＳｉＣ基板又はサファイア基板の場合、Ｃ面方向への亀裂を低減する効果として顕著となる。また、通常、アキシコンレンズを用いた光学系により集光点を縦長にしようとすると、エネルギの密度が低下して正常な加工が困難、又は加工に多くのエネルギを必要とするのに対し、本実施形態では、上記のように、エネルギ密度を十分に維持してレーザ光Ｌを集光できる。また、空間位相変調器２０３を用いて縦長の改質スポットＳｘを形成することから、任意の位置に任意のピッチの改質領域７を瞬時に形成可能となる。
【００７０】
ちなみに、一般的に、加工対象物１がＣ面を主面とするサファイア基板の場合、サファイア基板において亀裂はＲ面に沿って延び難いことから、Ｒ面に沿う切断予定ライン５に沿って改質領域７を形成した場合、生じる亀裂が切断予定ライン５の交差方向に延び易く、その結果、切断予定ライン５の交差方向に沿って割れる虞が懸念される。これに対し、本実施形態は、亀裂の量を低減できることから当該虞を抑制できるため、切断予定ライン５がサファイア基板のＲ面に沿った方向に延びるように設定される場合に、特に有効なものとなる。また、加工対象物１が非晶質ガラスの場合、加工品質を向上させる上記作用効果は顕著となる。
【００７１】
図１２は、本実施形態のレーザ加工方法により形成された改質スポットの一例を示す写真図である。図１２では、加工対象物１を側方から見た状態を示しており、図示上下方向が厚さ方向に対応する。図１２に示すように、本実施形態によれば、レーザ光照射方向に近接して並ぶ複数位置に集光点が形成され、これにより、レーザ光照射方向に近接して並ぶ複数の改質ドットｄを有する縦長の改質スポットＳｘが形成されているのを確認できる。
【００７２】
図１３は、本実施形態のレーザ加工方法の効果を説明するための写真図である。図１３（ａ）は、液晶層２１６に変調パターンを表示させない状態で加工対象物１にレーザ光Ｌを照射し、加工対象物１内に改質スポットＳｙを形成した図である。図１３（ｂ）は、液晶層２１６にアキシコンレンズパターンＡｘを表示させた状態で加工対象物１にレーザ光Ｌを照射し、加工対象物１内に改質スポットＳｘを形成した図である。図１３中の写真図は、改質スポットが形成された加工対象物１の内部を、レーザ光入射面から見た状態を示している。
【００７３】
図１３に示すように、アキシコンレンズパターンＡｘを液晶層２１６に表示させて形成した縦長の改質スポットＳｘによれば、変調パターンを液晶層２１６に表示させずに形成した改質スポットＳｙに対し、加工対象物１の内部で生じる亀裂の量が低減されることを確認できる。
【００７４】
図１４は、本実施形態のレーザ加工方法の効果を説明するための他の写真図である。図１４（ａ）は、液晶層２１６に変調パターンを表示させない状態で加工対象物１にレーザ光Ｌを照射したときの切断面２５ｙを示している。図１４（ｂ）は、液晶層２１６にアキシコンレンズパターンＡｘを表示させた状態で加工対象物１にレーザ光Ｌを照射したときの切断面２５ｘを示している。図１４では、加工対象物１を側方から見た状態を示しており、図示上下方向が厚さ方向に対応する。
【００７５】
図１４に示すように、アキシコンレンズパターンＡｘを用いてレーザ加工を施すことにより、例えば厚さ方向の交差方向に延びる亀裂が特に低減される傾向にあり、切断面２５ｘでは、液晶層２１６に変調パターンを表示させずにレーザ加工を施してなる切断面２５ｙに対し、チップ端面の直進性が向上されることを確認できる。
【００７６】
また、液晶層２１６に変調パターンを表示させずに加工対象物１にレーザ加工を施してなるチップと、液晶層２１６にアキシコンレンズパターンＡｘを表示させて加工対象物１にレーザ加工を施してなるチップと、について、抗折強度を測定した結果を以下に示す。なお、ここでは、荷重方向をレーザ光入射面側としている。
変調パターンの表示無し          ：抗折強度  ７５．３ＭＰａ
アキシコンレンズパターンを表示  ：抗折強度  １０９．６ＭＰａ
【００７７】
上記の抗折強度測定結果に示すように、アキシコンレンズパターンＡｘを用いてレーザ加工を施すことにより、液晶層２１６に変調パターンを表示させずにレーザ加工を施した場合に比べ、チップの抗折強度が向上されることを確認できる。
【００７８】
次に、第１実施形態について、より詳細に説明する。
【００７９】
上述したように、レーザ加工装置３００は、収差付与部として反射型空間光変調器２０３を備え、加工対象物１に集光されるレーザ光Ｌに対し当該反射型空間光変調器２０３によって位相変調を施して収差を付与する（図７参照）。そこでまず、収差の発生原理及び位相変調について説明する。
【００８０】
図１５は、レーザ光の集光位置で発生する収差を説明するための図である。レーザ光Ｌは、平面波（平面な波面（位相））であるとき、幾何学的に１点に集束する。一方、通常、平面波のレーザ光Ｌは様々な影響によって波面が変化するところ、加工対象物１に集光されるレーザ光Ｌが１点に集束しないこと、すなわち収差が自然的に発生する場合がある。収差は、例えばザイデル収差（非点収差、コマ収差、球面収差、像面湾曲及び歪曲収差）を含み、また、縦方向（光軸方向に沿う方向）の収差である縦収差、及び、縦方向と交差する方向の収差である横収差を含む。
【００８１】
例えば図１５に示すように、レーザ光Ｌが集光光学系２０４（図１１参照）等により加工対象物１に集光される場合、集光過程で加工対象物１に入射されると、異なる入射角の光線が屈折（スネルの法則）によって異なる位置に集束する球面収差が自然的に発生する。つまり、図示するように、加工対象物１にレーザ光Ｌが集光されることに起因して、反射型空間光変調器２０３によらずに当該集光位置で収差が自然発生し、光軸方向に沿う収差の範囲（当該レーザ光Ｌの強度が加工閾値α以上となる範囲）が基準収差範囲Ｈとして存在する。
【００８２】
このようなレーザ光Ｌの集光に起因して発生する球面収差等を含む収差（以下、「集光発生収差」という）に新たな収差を加えることにより、加工品質を制御できることが見出される。新たな収差を加える手法としては、反射型空間光変調器２０３によりレーザ光Ｌを位相変調することが挙げられる。位相変調とは、レーザ光Ｌが有する波面（位相）を任意形状に変調することである。
【００８３】
位相変調の例としては、例えば、アキシコンレンズの作用を実現する位相変調、回折格子の作用を実現する位相変調、所定の球面収差を発生させる位相変調等が挙げられる。当該位相変調の例のそれぞれは、例えば、反射型空間光変調器２０３に対して、アキシコンレンズパターン、回折格子パターン、所定の球面収差パターンのそれぞれを変調パターンとして表示させることで実施できる。ちなみに、新たな収差を加える手法として、収差を与えるレンズを用いる場合や、集光過程に媒質を挿入する場合もあり、これらの場合、当該レンズ及び当該媒質のそれぞれが収差付与部を構成する。
【００８４】
図７に戻り、反射型空間光変調器２０３は、その液晶層２１６に変調パターンを表示させ、加工対象物１に集光するレーザ光Ｌを位相変調し、光軸方向における集光位置でのレーザ光Ｌの強度分布を制御する。換言すると、反射型空間光変調器２０３は、レーザ波面制御によって集光位置での光軸方向における強度分布を自在に制御する。
【００８５】
本実施形態の反射型空間光変調器２０３は、光軸方向において基準収差範囲Ｈ（図１５参照）よりも長い長尺範囲を収差の範囲として有し、且つ光軸方向における強度分布が当該長尺範囲ＨＬにて連続する強弱を有するように、レーザ光Ｌに第１収差を付与する。具体的には、本実施形態の反射型空間光変調器２０３は、以下に説明するように、レーザ光Ｌの集光に起因して発生する集光発生収差に対して、アキシコンレンズの作用を実現する位相変調による球面収差（縦収差）である第１収差を組み合わせる（足し合わせる）。
【００８６】
図１６は、本実施形態の光軸方向におけるレーザ光の強度分布を説明するための図である。図１６（ａ）は集光発生収差のみによる強度分布を示し、図１６（ｂ）はアキシコンレンズパターンＡｘで付与する収差のみによる強度分布を示し、図１６（ｃ）は集光発生収差及びアキシコンレンズパターンＡｘで付与する収差の組合せによる強度分布を示している。図中において、横軸の光軸方向における位置は、レーザ光入射面を０としており、図示右側に行くほど加工対象物１のレーザ光入射面から深い位置となっている。なお、図中の各縦軸のスケールは、それぞれ独立して設定されており、必ずしも互いに一致するものではない。これらの図中の説明については、以下の図２０，図２３，図２６において同様である。
【００８７】
図１６（ａ）に示すように、レーザ光Ｌは、集光発生収差によって強度分布Ｋ１を有している。強度分布Ｋ１では、浅い位置側に偏りが生じ、加工閾値α以上となる範囲である収差の範囲が基準収差範囲Ｈとされている。一方、反射型空間光変調器２０３は、液晶層２１６にアキシコンレンズパターンＡｘを表示させることにより、正のアキシコンレンズの作用に係る位相変調をレーザ光Ｌに施し、レーザ光Ｌに対して深い位置側に偏りを有する強度分布Ｋ２（図１６（ｂ）参照）を与える。従って、図１６（ｃ）に示すように、本実施形態では、強度分布Ｋ１，Ｋ２が組み合わさるように作用し、レーザ光Ｌは強度分布Ｋ３を有することとなる。
【００８８】
強度分布Ｋ３は、強度分布Ｋ１に対し、その偏りが抑制されてバランスが取れ、光軸方向に伸長化され、基準収差範囲Ｈよりも長い長尺範囲ＨＬを収差の範囲として有する。加えて、強度分布Ｋ３は、長尺範囲ＨＬにて連続する強弱を有する。換言すると、強度分布Ｋ３は、光軸方向において、加工閾値α以上の範囲が長尺化されて長尺範囲ＨＬとなり、且つ、その値が光軸方向の位置の変化（深くなる又は浅くなる）に伴って鋸歯状に増減する。なお、アキシコンレンズパターンＡｘで付与する収差量が多い程、そのデフォーカス成分によって、強度分布Ｋ２のピークは光軸方向の浅い方向にシフトし、長尺範囲ＨＬは大きくなる傾向となる。
【００８９】
この強度分布Ｋ３のレーザ光Ｌが加工対象物１に集光されると、長尺範囲ＨＬを集光部分としてエネルギ密度が十分に維持され、例えば強度分布Ｋ３における連続する強弱に応じた多点の集光点が、光軸方向に近接して並ぶように形成される。その結果、光軸方向において長尺範囲ＨＬに対応する縦長の範囲に、複数の改質ドットｄを有する改質スポットＳｘ（図１１参照）が改質領域７として形成される。
【００９０】
このような第１収差を実現すべく、レーザ加工装置３００では、入力される加工深さ（光軸方向における改質領域７の形成位置）から求められた基準収差範囲Ｈと、入力される加工長さ（光軸方向における改質領域７の長さ）と、に基づいて、制御部２５０で変調パターンを生成する。そして、生成した変調パターンを液晶層２１６に表示させる（詳しくは、後述）。
【００９１】
図１７は、本実施形態の制御部に格納されたデータテーブルの一例を示す各図である。図１７に示すように、制御部２５０は、反射型空間光変調器２０３の液晶層２１６に表示させる変調パターンを生成するためのデータテーブルＴｂ１，Ｔｂ２を有している。図１７（ａ）に示すように、データテーブルＴｂ１では、制御部２５０に接続された入力部（不図示）で入力される加工深さＺ１〜Ｚ３と、基準収差範囲Ｈ１〜Ｈ３と、が互いに関連付けられている。図１７（ｂ）に示すように、データテーブルＴｂ２では、入力部で入力される加工長さＸ１〜Ｘ３及び基準収差範囲Ｈ１〜Ｈ３と、変調パターンＡ１〜Ａ３と、が互いに関連付けられている。
【００９２】
図１８は、本実施形態のレーザ加工装置で実施されるレーザ加工方法の一例を示すフローチャートである。図１８に示すように、レーザ加工装置３００では、まず、形成する改質領域７の加工深さが入力部により入力される（Ｓ１）。続いて、制御部２５０において、データテーブルＴｂ１を参照し、入力された加工深さに基づいて、集光発生収差の範囲である基準収差範囲Ｈが確定される（Ｓ２）。
【００９３】
続いて、形成する改質領域７の加工長さが入力部により入力される（Ｓ３）。続いて、制御部２５０において、データテーブルＴｂ２を参照し、入力された加工長さ及び上記Ｓ２で確定された基準収差範囲Ｈに基づいて、反射型空間光変調器２０３の液晶層２１６に表示させる変調パターンが確定される（Ｓ４）。そして、この変調パターンを液晶層２１６に表示させた状態で超短パルス光のレーザ光Ｌが加工対象物１に集光されて、上述のレーザ加工が実施される（Ｓ５）。
【００９４】
これにより、レーザ加工においては、集光発生収差に対して、アキシコンレンズの作用を実現する位相変調による球面収差である第１収差が足し合わさり、レーザ光Ｌの強度分布に当該足し合わせによる長尺化効果が生じる。すなわち、長尺範囲ＨＬを収差の範囲として有し且つ長尺範囲ＨＬにて連続する強弱を有する強度分布Ｋ３（図１６（ｃ）参照）のレーザ光Ｌが、加工対象物１に集光されることとなる。そのため、加工対象物１におけるレーザ光Ｌの集光部分がそのエネルギ密度を十分に維持したまま縦長となり、ひいては、光軸方向に沿って近接して並ぶ多点位置にレーザ光Ｌの集光点が形成される。その結果、光軸方向に近接して並ぶ複数の改質ドットｄを有する縦長の改質スポットＳｘが形成され、縦長の改質領域７が形成される。
【００９５】
なお、上記Ｓ５のレーザ加工を開始した後、入力される加工深さが変更された場合、上記Ｓ１の処理へ再び移行される（Ｓ６）。また、上記Ｓ５のレーザ加工を開始した後、入力される加工長さが変更された場合、上記Ｓ３の処理へ再び移行される（Ｓ７）。
【００９６】
以上、本実施形態では、基準収差範囲Ｈよりも長い長尺範囲ＨＬを収差の範囲として有し、且つ光軸方向における強度分布が長尺範囲ＨＬにて連続する強弱を有する超短パルス光のレーザ光Ｌによって、加工対象物１がレーザ加工される。これにより、加工対象物１において、当該レーザ光Ｌの集光部分を光軸方向に効果的に程よく伸びるように伸長化し、縦長の改質領域７を加工対象物１に形成できる。その結果、例えば、切断面の直進性を向上、加工対象物１の劈開性や結晶方位による悪影響（劈開面割れやＣ面割れ）の抑制、亀裂バラツキの抑制、及び抗折強度の向上等が可能となり、加工品質を向上することができる。
【００９７】
本実施形態では、集光点を光軸方向に近接して並ぶ多点とすることができ、これにより、縦長の改質領域７として、切取り線状の改質領域７を形成することが可能となる。よって、改質領域７に沿って加工対象物１を切断し易くでき、劈開性や結晶方位に依存しないレーザ加工が容易に可能となる。また、このように多点で集光することから、１つの縦長集光点で集光する場合に比べ、少ないエネルギでレーザ加工を実施することが可能となり、加工対象物１内におけるレーザ光入射面から深い位置に改質領域７を形成する場合でも、十分なエネルギ密度を確保し易くなり、十分な大きさ（幅広）の改質領域７を確実に形成できる。
【００９８】
また、一の集光点に対して光軸方向の直近位置に別の集光点が存在することから、加工対象物１において切断時の破壊力が強くなり、これにより、加工対象物１を容易に切断可能となる。また、一の集光点に対して別の集光点が加熱誘引効果をもたらすことになり、これにより、加工対象物１を容易に切断可能となる。さらにまた、レーザ光Ｌによる加工対象物１の改質時において応力解放効果を高めることができ、これにより、加工対象物１を容易に切断可能となる。
【００９９】
本実施形態では、発生する集光発生収差に対し、アキシコンレンズの作用を実現する位相変調による収差を第１収差として加えている。これにより、収差の範囲を長尺範囲ＨＬへ伸長させながら、長尺範囲ＨＬにて連続する強弱を有する強度分布Ｋ３を得ることができる。
【０１００】
図１９は、本実施形態のレーザ加工方法の効果を説明するためのさらに他の写真図である。図１９（ａ）は、液晶層２１６に変調パターンを表示させず、集光発生収差を有するレーザ光Ｌを加工対象物１に集光させ、加工対象物１内に改質スポットＳｙを形成した図である。図１９（ｂ）は、液晶層２１６にアキシコンレンズパターンＡｘを表示させ、集光発生収差にアキシコンレンズの作用を実現する収差を加えて成る強度分布Ｋ３（図１６（ｃ）参照）のレーザ光Ｌを加工対象物１に集光させ、加工対象物１内に改質スポットＳｘを形成した図である。
【０１０１】
図１９の各写真図は、改質スポットＳｘ，Ｓｙが形成された加工対象物１を切断面から見た状態を示し、図示上下方向が光軸方向に対応する。図１９の各写真図のそれぞれでは、図示左右方向に複数の改質スポットＳｙ，Ｓｘ（改質領域７）がそれぞれ並設されている。図１９（ｂ）のレーザ加工では、５λに対応するアキシコンレンズパターンＡｘを用いている。
【０１０２】
図１９に示すように、本実施形態による改質スポットＳｘは、基準収差範囲Ｈを有するレーザ光Ｌが集光されて成る基準の改質スポットＳｙに比べ、光軸方向において伸長化されて縦長を呈することを確認できる。また、本実施形態の改質スポットＳｘは、改質スポットＳｙに比べ、より多くの多点集光点が光軸方向に沿って形成されることを確認できる。
【０１０３】
次に、第２実施形態について詳細に説明する。なお、本実施形態の説明では、上記第１実施形態と異なる点について主に説明する。
【０１０４】
本実施形態の反射型空間光変調器２０３は、以下に説明するように、レーザ光Ｌの集光に起因して発生する集光発生収差に対して、所定の球面収差を第１収差として組み合わせる。図２０は、本実施形態の光軸方向におけるレーザ光の強度分布を説明するための図である。図２０（ａ）は集光発生収差のみによる強度分布を示し、図２０（ｂ）は所定の球面収差パターンで付与する収差のみによる強度分布を示し、図２０（ｃ）は集光発生収差及び所定の球面収差パターンで付与する収差の組合せによる強度分布を示している。
【０１０５】
図２０（ａ）及び図２０（ｂ）に示すように、レーザ光Ｌは、集光発生収差によって強度分布Ｋ１を有するところ、反射型空間光変調器２０３は、その液晶層２１６に所定の球面収差パターンを表示させ、所定の球面収差に係る位相変調を施すことにより、集光されるレーザ光Ｌに対して強度分布Ｋ４を与える。これにより、図２０（ｃ）に示すように、強度分布Ｋ１，Ｋ４が組み合わさるように作用し、レーザ光Ｌは強度分布Ｋ５を有することとなる。強度分布Ｋ５は、強度分布Ｋ１に対して光軸方向に伸長化され、長尺範囲ＨＬを収差の範囲として有し且つ当該長尺範囲ＨＬにて連続する強弱を有している。
【０１０６】
以上、本実施形態においても、加工品質を向上することができるという上記作用効果が奏される。また、本実施形態では、発生する集光発生収差に対して所定の球面収差を加えることにより、収差の範囲を長尺範囲ＨＬへ伸長させながら、長尺範囲ＨＬにて連続する強弱を有する強度分布Ｋ５を得ることができる。
【０１０７】
図２１及び図２２は、本実施形態のレーザ加工方法の効果を説明するための写真図である。図２２（ａ）は、液晶層２１６に変調パターンを表示させず、集光発生収差を有するレーザ光Ｌを加工対象物１に集光させ、加工対象物１内に改質スポットＳｙを形成した図である。図２２（ｂ）は、液晶層２１６に所定の球面収差パターンを表示させ、集光発生収差に所定の球面収差を加えて成る強度分布Ｋ５（図２０（ｃ）参照）のレーザ光Ｌを加工対象物１に集光させ、加工対象物１内に改質スポットＳｘを形成した図である。
【０１０８】
図２１及び図２２は、レーザ加工後であって切断前の加工対象物１の透過写真図を示している。図２２の各写真図のそれぞれでは、図示左右方向に複数の改質スポットＳｙ，Ｓｘ（改質領域７）がそれぞれ並設されている。ここでのレーザ加工の加工条件は、例えば次のとおり設定される。すなわち、超短パルス光のレーザ光Ｌについてパルス幅が約１０ｐｓとされ、波長が１０６４ｎｍとされている。加工対象物１としてガラスが用いられている。
【０１０９】
図２１及び図２２（ｂ）に示すように、本実施形態によれば、微細な線状の加工痕である縦長の改質スポットＳｘが、精度よく且つ品質よく厚さ方向に真っ直ぐ形成されているのを確認できる。また、所定の球面収差を付与せずにレーザ加工を行って成る改質スポットＳｙに対し、改質スポットＳｘは、光軸方向において伸長化されて縦長を呈することを確認できる。
【０１１０】
次に、第３実施形態について詳細に説明する。なお、本実施形態の説明では、上記第２実施形態と異なる点について主に説明する。
【０１１１】
本実施形態の反射型空間光変調器２０３は、以下に説明するように、集光発生収差に対して所定の球面収差を組み合わせると共に、この収差に含まれる強度分布の偏りを発生させる不要成分を除去する。図２３は、本実施形態の光軸方向におけるレーザ光の強度分布を説明するための図である。図２３（ａ）は集光発生収差のみによる強度分布を示し、図２３（ｂ）は集光発生収差及び所定の球面収差の組合せによる強度分布を示し、図２３（ｃ）は不要成分除去後の集光発生収差及び所定の球面収差の組合せによる強度分布を示している。
【０１１２】
図２３（ａ）及び図２３（ｂ）に示すように、レーザ光Ｌは集光発生収差によって強度分布Ｋ１を有するところ、反射型空間光変調器２０３は、その液晶層２１６に所定の球面収差パターンを表示させることにより、レーザ光Ｌの強度分布を強度分布Ｋ５とする。加えて、反射型空間光変調器２０３は、例えば収差の不要成分が除去されるように、当該所定の球面収差パターンを加工、修正（変更）、合成ないしは再生成する。これにより、レーザ光Ｌは、図２３（ｃ）に示すように、光軸方向において強度の偏りが解消されて均一化された強度分布Ｋ５´を有することとなる。
【０１１３】
本実施形態のレーザ加工装置３００では、入力される加工深さ及び加工長さに基づいて、制御部２５０で変調パターン及び不要成分量を求め、これら変調パターン及び不要成分量に基づいてレーザ加工を実施する（詳しくは、後述）。
【０１１４】
図２４は、本実施形態の制御部に格納されたデータテーブルの一例を示す図である。図２４に示すように、制御部２５０は、データテーブルＴｂ３を有している。データテーブルＴｂ３は、加工深さ及び加工長さに基づいて変調パターン及び不要成分量を取得するためのものである。データテーブルＴｂ３では、入力される加工深さＺ１〜Ｚ３及び加工長さＸ１〜Ｘ３と、不要成分量Ｆ１，１〜Ｆ３，３及び変調パターンＡ１，１〜Ａ３，３と、が互いに関連付けられている。
【０１１５】
図２５は、本実施形態のレーザ加工装置で実施されるレーザ加工方法の一例を示すフローチャートである。図２５に示すように、本実施形態では、形成する改質領域７の加工長さが入力された上記Ｓ３の後、制御部２５０において、データテーブルＴｂ３を参照し、加工深さ及び加工長さに基づいて不要成分量が確定される（Ｓ１１）。
【０１１６】
その後の上記Ｓ４では、制御部２５０において、データテーブルＴｂ３を参照し、入力された加工深さ及び加工長さに基づいて変調パターンが生成され、この変調パターンについて、上記Ｓ１１で確定された不要成分量で不要成分が除去されるように加工、修正（変更）、合成ないしは再生成される。これにより、変調パターンが確定される。
【０１１７】
以上、本実施形態においても、加工品質を向上することができるという上記作用効果が奏される。また、本実施形態では、長尺範囲の収差に含まれる強度分布の偏りを発生させる不要成分を除去している。これにより、光軸方向における強度分布Ｋ５（図２３（ｂ）参照）の偏りを解消して均一化し、強度分布Ｋ５´（図２３（ｃ）参照）を有するレーザ光Ｌを加工対象物１に集光させることができる。
【０１１８】
次に、第４実施形態について詳細に説明する。なお、本実施形態の説明では、上記第１実施形態と異なる点について主に説明する。
【０１１９】
本実施形態の反射型空間光変調器２０３は、以下に説明するように、集光発生収差に対してアキシコンレンズの作用を実現する位相変調による球面収差を第１収差として組み合わせる前に、集光発生収差を補正する球面収差補正（収差補正）に関する第２収差を付与する。図２６は、本実施形態の光軸方向におけるレーザ光の強度分布を説明するための図である。図２６（ａ）は集光発生収差のみによる強度分布を示し、図２６（ｂ）は球面収差補正後の強度分布を示し、図２６（ｃ）は球面収差補正後にアキシコンレンズパターンＡｘによる収差と所定の球面収差とを付与した強度分布を示している。
【０１２０】
図２６（ａ）及び図２６（ｂ）に示すように、レーザ光Ｌは、集光発生収差によって強度分布Ｋ１を有するところ、反射型空間光変調器２０３は、集光発生収差を補正する球面収差補正（例えば１００μｍの球面収差）をレーザ光Ｌに施し、当該レーザ光Ｌを理想集光させ、レーザ光Ｌの強度分布を強度分布Ｋ６とする。強度分布Ｋ６は、光軸方向において急峻に立ち上がり及び立ち下がるピークを有する。
【０１２１】
加えて、反射型空間光変調器２０３は、その液晶層２１６にアキシコンレンズと所定の球面収差との組合わせの作用を実現する変調パターンを表示させてレーザ光Ｌに位相変調を施す。これにより、レーザ光Ｌは、図２６（ｃ）に示す強度分布Ｋ７を有することとなる。強度分布Ｋ７は、強度分布Ｋ１に対して、その偏りが抑制されて伸長化されており、光軸方向において長尺範囲ＨＬを収差の範囲として有し且つ当該長尺範囲ＨＬにて連続する強弱を有する。
【０１２２】
図２７は、本実施形態の制御部に格納されたデータテーブルの一例を示す各図である。図２７に示すように、制御部２５０は、データテーブルＴｂ４，Ｔｂ５を有している。データテーブルＴｂ４は、加工深さに基づいて球面収差補正の補正量を取得するためのものである。データテーブルＴｂ５は、加工長さ及び球面収差補正の補正量に基づいて、液晶層２１６に表示させる変調パターンを生成するためのものである。図２７（ａ）に示すように、データテーブルＴｂ４では、入力される加工深さＺ１〜Ｚ３と補正量Ｑ１〜Ｑ３とが互いに関連付けられている。図２７（ｂ）に示すように、データテーブルＴｂ５では、入力される加工長さＸ１〜Ｘ３及び補正量Ｑ１〜Ｑ３と、変調パターンＡ１，１〜Ａ３，３と、が互いに関連付けられている。
【０１２３】
図２８は、本実施形態のレーザ加工装置で実施されるレーザ加工方法の一例を示すフローチャートである。図２８に示すように、本実施形態では、形成する改質領域７の加工長さが入力された上記Ｓ３の後、制御部２５０において、データテーブルＴｂ４を参照し、入力された加工深さに基づいて球面収差の補正量が確定される（Ｓ２１）。その後の上記Ｓ４では、制御部２５０において、データテーブルＴｂ５を参照し、入力された加工長さ及び上記Ｓ２１で確定された補正量に基づいて、上記第１収差及び上記第２収差を実現する変調パターンが生成されて確定される。
【０１２４】
以上、本実施形態においても、加工品質を向上することができるという上記作用効果が奏される。また、本実施形態では、集光発生収差を補正する球面収差補正を施している。これにより、レーザ光Ｌを一旦理想集光させると共に、光軸方向において収差の範囲を長尺範囲ＨＬへ伸長化することができる。
【０１２５】
以上、本発明の一側面に係る実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用してもよい。
【０１２６】
上記実施形態におけるレーザ加工の態様は限定されるものではなく、例えば、加工対象物１の内部のみに改質領域７を形成する、いわゆるステルスダイシング加工を実施してもよいし、加工対象物１においてレーザ光入射面及び該レーザ光入射面の反対面の双方に露出するように厚さ方向に沿って延在する改質領域７を形成する、いわゆる全面改質加工を実施してもよい。また、例えば、改質領域７からレーザ光入射面に露出する亀裂、及び、改質領域７からレーザ光入射面の反対面に露出する亀裂を形成する、いわゆるフルカット加工を実施してもよい。
【０１２７】
上記実施形態では、「レーザ光入射面」を表面３とし、「レーザ光入射面の反対面」を裏面２１としたが、裏面２１が「レーザ光入射面」とされる場合、表面３が「レーザ光入射面の反対面」となる。上記実施形態では、厚さ方向に複数列の改質領域７を形成してもよい。この場合、複数列の改質領域７の形成順序は順不同である。なお、本発明は、上記レーザ加工装置又は方法により製造されたチップとして捉えることもできる。
【産業上の利用可能性】
【０１２８】
本発明の一側面によれば、加工品質を向上することができるレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供することが可能となる。
【符号の説明】
【０１２９】
１…加工対象物、３…表面（レーザ光入射面）、２１…裏面（レーザ光入射面の反対面）、７…改質領域、１００，３００…レーザ加工装置、１０１，２０２…レーザ光源、２０３…反射型空間光変調器（収差付与部）、２０４…集光光学系、Ｈ…基準収差範囲、ＨＬ…長尺範囲、Ｌ…レーザ光。
【図１】
2014156692.tif 000003
【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】
2014156692.tif 000009
【図８】
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【図１０】
2014156692.tif 000011
【図１５】
2014156692.tif 000012
【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
2014156692.tif 000015
【図２０】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
2014156692.tif 000019
【図２６】
2014156692.tif 000020
【図２７】
2014156692.tif 000021
【図２８】
2014156692.tif 000022
【図９】
2014156692.tif 000023
【図１１】
2014156692.tif 000024
【図１２】
2014156692.tif 000025
【図１３】
2014156692.tif 000026
【図１４】
2014156692.tif 000027
【図１９】
2014156692.tif 000028
【図２１】
2014156692.tif 000029
【図２２】
2014156692.tif 000030
【国際調査報告】
2014156692.tif 000031
2014156692.tif 000032
2014156692.tif 000033