(57)【要約】【課題】照射面での光強度分布形状を最適化することによって、入熱過多による熱影響層の拡大や過冷却によるマイクロクラックの発生を防止できるレーザ加工方法およびレーザ加工装置を提供する。【解決手段】レーザ加工装置は、略平行なレーザビームＬＢを出力するレーザ発振器１０と、Ｘ方向に集光パワーを有する集光光学系３０と、Ｙ方向に集光パワーを有する集光光学系４０などで構成され、集光光学系４０を通過したレーザビームＬＢは、被加工物５０の照射位置Ｂにおいて、相対移動方向（Ｙ方向）に長軸を有する楕円形状のビーム形状ＰＢを有し、さらに長軸方向に沿った光強度分布ＹＢが非対称である。【選択図】図１
2008093706.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビームを被加工物に対して相対移動させながら加工を行うレーザ加工方法であって、
該レーザビームは、被加工物の照射面において、相対移動方向に長軸を有する楕円形状のビーム形状を有し、長軸方向に沿った光強度分布が非対称であることを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項２】
長軸方向に沿った光強度分布は、レーザビーム光軸から加工前方向にシフトしたピークを有することを特徴とする請求項１記載のレーザ加工方法。
【請求項３】
長軸方向に沿った光強度分布は、レーザビーム光軸から加工後方向にシフトしたピークを有することを特徴とする請求項１記載のレーザ加工方法。
【請求項４】
レーザビーム光軸に関して非対称な面形状を有する円筒レンズを用いて、略平行なレーザビームを相対移動方向に集光することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のレーザ加工方法。
【請求項５】
レーザビーム光軸に関して傾斜した円筒レンズを用いて、略平行なレーザビームを相対移動方向に集光することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のレーザ加工方法。
【請求項６】
レーザビームを円筒レンズに対して斜めに入射させて、略平行なレーザビームを相対移動方向に集光することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のレーザ加工方法。
【請求項７】
レーザビームを円筒レンズに入射させ、さらに、相対移動方向に沿って光路長が変化するウェッジ板に入射させて、略平行なレーザビームを相対移動方向に集光することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のレーザ加工方法。
【請求項８】
レーザビームを被加工物に対して相対移動させながら加工を行うレーザ加工装置であって、
略平行なレーザビームを集光して、被加工物の照射面において、相対移動方向に長軸を有する楕円形状のビーム形状を形成するための集光光学系を備え、
長軸方向に沿った光強度分布が非対称であることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項９】
前記集光光学系は、レーザビーム光軸に関して非対称な面形状を有する円筒レンズを含むことを特徴とする請求項８記載のレーザ加工装置。
【請求項１０】
前記集光光学系は、レーザビーム光軸に関して傾斜した円筒レンズを含むことを特徴とする請求項８記載のレーザ加工装置。
【請求項１１】
前記集光光学系は、相対移動方向に沿って光路長が変化するウェッジ板を含むことを特徴とする請求項８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、レーザビームを被加工物に対して相対移動させながら加工を行うレーザ加工方法およびレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体材料などを高精度に加工するために、レーザを用いた加工が行われるようになってきている。シリコン等の半導体材料を加工する場合、通常の円形スポットによる集光では、瞬間的に温度上昇および冷却が行われるために、被加工物の加工断面にマイクロクラックが発生し、強度が低下するという課題があった。
【０００３】
その対策として、レーザビームプロファイルを線状にすることで、温度プロファイル変化を緩やかにするという試みが提案されている（下記特許文献１）。この特許文献１では、略平行なレーザビームを集光レンズで集光し、さらに透明な円柱ロッドを用いて一方向に拡大することによって、線状光線を得ている。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１４１０７１号公報（図１、図２）
【特許文献２】特開２００１−２１２６８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
基板にレーザ加工を施す場合、照射面での光強度分布は一定レベル以上のピーク強度が必要であるとともに、加熱時あるいは冷却時の光強度分布をそれぞれ最適化して、急峻な温度変化を低減し、マイクロクラックの発生を抑制する必要がある。
【０００６】
上記特許文献１に係るレーザ加工方法では、レーザ発振器と被加工物の間に集光レンズと円柱ロッドを配置しているのみである。集光レンズと円柱ロッドを使用した場合、調整可能なものは照射面におけるビーム径とピーク強度のみであり、光強度分布はピークに対して対称なプロファイルとなる。従って最適な入熱温度プロファイルおよび冷却温度プロファイルを同時に得るための光強度分布を制御することは困難である。適切な光強度分布が得られない場合、入熱過多によって熱影響層が拡大したり、過冷却によるマイクロクラックが発生し、その結果、得られる切断片の強度低下をもたらすことがある。
【０００７】
本発明の目的は、照射面での光強度分布形状を最適化することによって、入熱過多による熱影響層の拡大や過冷却によるマイクロクラックの発生を防止できるレーザ加工方法およびレーザ加工装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係るレーザ加工方法は、レーザビームを被加工物に対して相対移動させながら加工を行うレーザ加工方法であって、
該レーザビームは、被加工物の照射面において、相対移動方向に長軸を有する楕円形状のビーム形状を有し、長軸方向に沿った光強度分布が非対称であることを特徴とする。
【０００９】
また本発明に係るレーザ加工装置は、レーザビームを被加工物に対して相対移動させながら加工を行うレーザ加工装置であって、
略平行なレーザビームを集光して、被加工物の照射面において、相対移動方向に長軸を有する楕円形状のビーム形状を形成するための集光光学系を備え、
長軸方向に沿った光強度分布が非対称であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、被加工物の照射面において長軸方向に沿った光強度分布を非対称化することによって、レーザビームを被加工物に対して相対移動させた場合、加工に必要なピーク強度と相対移動方向に沿った光強度変化（時間的ビームプロファイル）を独立に制御することが可能になる。従って、被加工物の形状や種類、特性などに応じて最適な加熱プロファイルおよび冷却プロファイルを任意に設定できる。その結果、例えば、入熱過多による熱影響層の拡大や過冷却によるマイクロクラックの発生を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１（ａ）は、本発明の第１実施形態を示す構成図である。理解容易のため、紙面に垂直な方向をＸ軸、紙面平行でＸ軸と垂直な上方向をＹ軸、Ｘ軸およびＹ軸と垂直な右方向をＺ軸としている。
【００１２】
レーザ加工装置は、略平行なレーザビームＬＢを出力するレーザ発振器１０と、Ｘ方向に集光パワーを有する集光光学系３０と、Ｙ方向に集光パワーを有する集光光学系４０などで構成される。被加工物５０は、移動ステージ６０に搭載されており、加工の際、移動ステージ６０がＹ方向に移動することにより、レーザビームＬＢは被加工物５０に対して相対的に移動する。
【００１３】
一般のレーザ発振器からのレーザビームＬＢは、光軸ＬＡを中心としたガウシアン分布（正規分布）の光強度分布を有する。図１（ｂ）に示すように、集光光学系３０の手前の位置Ａにおいて、ＸＹ面内で円形のビーム形状ＰＡを示し、Ｘ方向に沿った光強度分布ＸＡは、レーザビームＬＢのピーク強度を中心とした対称なガウシアン形状を示し、Ｙ方向に沿った光強度分布ＹＡについても、レーザビームＬＢのピーク強度を中心とした対称なガウシアン形状を示す。
【００１４】
レーザ発振器１０として、ハロゲンランプ等を用いて励起される通常ロッド型のＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザを使用した場合、発振器の出口において、複数のガウシアンビームが重なったマルチビーム光となるが、通常、集光面ではガウシアン分布に近い形状のレーザビームが得られ、さらに、例えば、光軸中心に適当な大きさのピンホールを設置することにより、単一のガウシアン分布からなるシングルモードのレーザビームが容易に得られる。
【００１５】
集光光学系３０は、Ｘ方向に集光パワーを有し、Ｙ方向に集光パワーが無い光学素子、例えば、Ｙ方向に平行な母線を有する円筒レンズ（シリンドリカルレンズ）等で構成することができ、図１（ｃ）に示すように、被加工物５０の照射位置ＢにおけるＸ方向の光強度分布ＸＢを決定する役割を有する。
【００１６】
集光光学系４０は、Ｘ方向に集光パワーが無く、Ｙ方向に集光パワーを有する光学素子、例えば、Ｘ方向に平行な母線を有する円筒レンズ（シリンドリカルレンズ）等で構成することができ、図１（ｃ）に示すように、被加工物５０の照射位置ＢにおけるＹ方向の光強度分布ＹＢを決定する役割を有する。
【００１７】
本実施形態では、Ｘ方向に集光パワーを有する集光光学系３０の後に、Ｙ方向に集光パワーを有する集光光学系４０を配置した例を示したが、Ｙ方向に集光パワーを有する集光光学系４０を先に配置して、Ｘ方向に集光パワーを有する集光光学系３０を後に配置してもよい。また、集光光学系３０として、Ｘ方向に集光パワーを有するだけではなく、Ｙ方向にも集光パワーを有する球面レンズを用いても良い。この場合、集光光学系４０には、Ｙ方向の集光パワーを集光光学系３０に与えたＹ方向の集光パワーだけ弱めたものを使用すれば同等の効果が得られる。
【００１８】
本実施形態では、集光光学系４０を通過したレーザビームＬＢは、図１（ｃ）に示すように、被加工物５０の照射位置Ｂにおいて、相対移動方向（ここではＹ方向）に長軸を有する楕円形状のビーム形状ＰＢを有し、さらに、長軸方向に沿った光強度分布ＹＢが非対称となるように、集光光学系４０を構成している。
【００１９】
こうした集光光学系４０は、例えば、光軸ＬＡを中心として非対称な面形状を有する円筒レンズ（以下、非対称円筒レンズとも言う）で構成することができる。
【００２０】
図２（ａ）は、集光光学系４０として、非対称円筒レンズ４１を用いた例を示す構成図である。レーザビームＬＢの光軸ＬＡは、非対称円筒レンズ４１の光軸中心と一致しており、レーザビームＬＢは、非対称円筒レンズ４１の直前においてＸ方向およびＹ方向ともガウシアンの光強度分布を有する。
【００２１】
非対称円筒レンズ４１は、光軸ＬＡを中心として上側部分の曲率半径が小さく、下側部分の曲率半径が大きい、非対称な円筒形状を有しているため、非対称円筒レンズ４１を通過したレーザビームＬＢは、被加工物５０の表面において、図２（ｂ）に示すように、Ｙ方向に沿って非対称な光強度分布を示すようになる。この非対称な光強度分布は、図１（ｃ）に示したＹ方向の光強度分布ＹＢに相当する。
【００２２】
図３は、Ｙ方向に非対称な光強度分布を有するレーザビームを用いた場合の被加工物の表面温度分布を示すグラフである。レーザビームは、被加工物５０の表面においてＹ方向に長軸を有する楕円形の細長いビーム形状を有し、上述したように、被加工物５０はＹ方向に沿って相対移動する。
【００２３】
Ｙ方向の光強度分布は、図２（ｂ）に示すように、光軸ＬＡから加工前方向にシフトしたピークを有し、このピーク位置から加工前方向の領域Ｒａは、比較的急峻な分布形状を示し、ピーク位置から加工後方向の領域Ｒｂは、比較的なだらかな分布形状を示す。こうした非対称な光強度分布を有するレーザビームが被加工物５０に照射されると、図３に示すように、被加工物５０は、Ｙ方向の光強度分布にほぼ近似した非対称な表面温度分布を示すようになる。即ち、表面温度分布は、中心から加工前方向にシフトしたピーク温度を有し、このピーク位置から加工前方向の領域Ｒａは、比較的急峻な分布形状を示し、ピーク位置から加工後方向の領域Ｒｂは、比較的なだらかな分布形状を示す。
【００２４】
レーザ加工の際、一定温度Ｔｗ以上の領域において、被加工物５０の溶融あるいは蒸発が起こると考えられる。
【００２５】
こうした非対称な光強度分布を有するレーザビームが被加工物５０に対して相対移動すると、最初に領域Ｒａが被加工物５０に対し照射されて、エネルギー吸収により温度が上昇し、続いて領域Ｒｂが被加工物５０に対し照射されて、エネルギー吸収により溶融、蒸発が起きて加工が進行し、続いて光強度が低下するにつれて、温度が低下し、溶融していた部分の再結晶化、凝固が行われ、加工が停止する。従って、非対称な光強度分布を有するレーザビームを使用した場合、対称な光強度分布を有するレーザビームと比較して、領域Ｒａでの温度変化レートはより大きくなり、領域Ｒｂでの温度変化レートはより小さくなる。
【００２６】
被加工物の高品質加工の場合、被加工物の温度プロファイル、すなわち、照射されるレーザビームの光強度分布が関係する理由は、以下の通りである。被加工物に線状レーザ光が照射されると、被加工物がレーザ光を吸収し加熱され、溶融される。溶融部をアブレーションにより除去するためには、加工点の温度が沸点以上に到達する必要がある。この時、熱影響層の拡がりは加熱速度に従い、領域Ｒａでのより大きな温度変化を与えることにより、熱影響層の拡がりを狭くすることが可能となる。また、溶融部が凝固する時、温度低下に従い再結晶が起こるが、再結晶の核は、冷却速度が急激であれば、溶融部全体で発生し各部で再結晶が進行し、結晶粒間に生じた隙間等に湯が供給されずに、全体が凝固してしまうことになる。この隙間等が残留したまま冷却すると、被加工物の熱収縮にともない隙間が拡大して、マイクロクラックとして残ることになる。冷却速度が十分遅ければ、上記隙間に溶融した湯が供給されるので、マイクロクラックの少ない加工を達成できることになる。
【００２７】
このようにＹ方向の光強度分布が光軸ＬＡから加工前方向にシフトしたピークを有する場合は、なだらかな光強度分布形状を示す領域Ｒｂが最後に照射されるため、レーザ加工に必要なピーク強度を保持したまま、冷却時間を長くとることができるので、被加工物５０の凝固時間を長く確保でき、マイクロクラック発生を低減することができる。特に、ガラスやシリコン等の脆性材料のマイクロクラックを低減することができるので、加工後の強度を保持することに効果がある。
【００２８】
以上の説明において、被加工物５０がレーザビームに対して相対的に移動する例を示したが、被加工物５０が静止した状態でレーザビームが相対的に移動してもよく、あるいは被加工物５０およびレーザビームの両方が相対的に移動しても同様な結果が得られる。
【００２９】
被加工物５０がシリコン等の場合、光吸収特性の関係から、３３０ｎｍから８００ｎｍの発振波長を有するレーザ発振器が好ましい。すなわち、シリコンに波長が３３０ｎｍから８００ｎｍ程度のレーザ光を照射すると、レーザ光のエネルギーが、安定的かつ効率よく吸収され、膜厚方向に対してほぼ均一に加熱されるため、基板上の温度コントロールが容易となり、好適である。
【００３０】
３３０ｎｍから８００ｎｍの間に発振波長を有するレーザの代表としては、例えば、固体レーザ高調波発生源が挙げられる。すなわち、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ（波長１．０６μｍ）の第２高調波（５３２ｎｍ）や第３高調波（３５５ｎｍ）、Ｎｄ：ＹＬＦレーザ（波長１．０５μｍ）の第２高調波（５２４ｎｍ）や第３高調波（３４９ｎｍ）、あるいはＹｂ：ＹＡＧレーザ（波長１．０３μｍ）の第２高調波（５１５ｎｍ）や第３高調波（３４４ｎｍ）等を用いることができる。また、Ｔｉ：サファイアレーザの基本波（７９２ｎｍ）または第２高調波（３９６ｎｍ）を用いてもよい。レーザ光源として、固体レーザ高調波発生源を用いることで、レーザ加工装置のコンパクト化が可能となり、また、長時間安定した動作が可能になる。
【００３１】
以上のように、被加工物に照射するレーザ光の光軸に垂直な断面内の楕円状形状の長軸方向のレーザ光の光強度分布を非対称に設定し、加工を進行させるのに適した形状の部分と凝固する際のマイクロクラック発生を低減することに適した形状の部分とを有するように形状調整することにより、熱影響層が小さく、マイクロクラックが少ないレーザ加工が可能となる。
【００３２】
また、レーザビーム光軸に関して非対称な面形状を有する非対称円筒レンズ４１を用いることによって、一方向に沿って非対称な光強度分布を容易に実現することができる。
【００３３】
実施の形態２．
図４（ａ）は、本発明の第２実施形態を示す構成図である。理解容易のため、紙面に垂直な方向をＸ軸、紙面平行でＸ軸と垂直な上方向をＹ軸、Ｘ軸およびＹ軸と垂直な右方向をＺ軸としている。
【００３４】
本実施形態に係るレーザ加工装置は、図１（ａ）に示した構成と同様に、略平行なレーザビームＬＢを出力するレーザ発振器１０と、Ｘ方向に集光パワーを有する集光光学系３０と、Ｙ方向に集光パワーを有する集光光学系４０などで構成され、図４（ａ）では集光光学系４０の他の構成例を示している。被加工物５０は、移動ステージ６０に搭載されており、加工の際、移動ステージ６０がＹ方向に移動することにより、レーザビームＬＢは被加工物５０に対して相対的に移動する。
【００３５】
本実施形態では、集光光学系４０として、レーザビームＬＢの光軸ＬＡに関して傾斜した円筒レンズ４２を用いている。
【００３６】
円筒レンズ４２は、Ｘ方向に平行な母線を有する対称なレンズ面形状を有し、レンズ全体をＸ軸回りに角変位させることによって、非対称な集光特性を実現している。円筒レンズ４２を通過したレーザビームＬＢは、被加工物５０の表面において、図４（ｂ）に示すように、Ｙ方向に沿って非対称な光強度分布を示すようになる。この非対称な光強度分布は、図１（ｃ）に示したＹ方向の光強度分布ＹＢに相当する。
【００３７】
こうした光強度分布を有するレーザビームが被加工物５０に対してＹ方向に相対移動すると、Ｙ方向の光強度分布が光軸ＬＡから加工前方向にシフトしたピークを有する場合、なだらかな光強度分布形状を示す領域が最後に照射されるため、冷却時の温度変化レートがより小さくなり、急速な冷却による影響を緩和できる。
【００３８】
このように円筒レンズ４２をレーザビームＬＢの光軸ＬＡに対して傾けて配置することにより、円筒レンズ４２のコマ収差を利用して、一方向に沿って非対称な光強度分布を容易に実現することができる。
【００３９】
実施の形態３．
図５（ａ）は、本発明の第３実施形態を示す構成図である。理解容易のため、紙面に垂直な方向をＸ軸、紙面平行でＸ軸と垂直な上方向をＹ軸、Ｘ軸およびＹ軸と垂直な右方向をＺ軸としている。
【００４０】
本実施形態に係るレーザ加工装置は、図１（ａ）に示した構成と同様に、略平行なレーザビームＬＢを出力するレーザ発振器１０と、Ｘ方向に集光パワーを有する集光光学系３０と、Ｙ方向に集光パワーを有する集光光学系４０などで構成され、図５（ａ）では集光光学系４０のさらに他の構成例を示している。被加工物５０は、移動ステージ６０に搭載されており、加工の際、移動ステージ６０がＹ方向に移動することにより、レーザビームＬＢは被加工物５０に対して相対的に移動する。
【００４１】
本実施形態では、集光光学系４０として、レーザビームＬＢの光軸ＬＡに関して傾斜した円筒レンズ４３を用いており、さらに、レーザビームＬＢを円筒レンズ４３および被加工物５０の法線方向に対して斜めに入射させている。
【００４２】
円筒レンズ４３は、Ｘ方向に平行な母線を有する対称なレンズ面形状を有し、レーザビームＬＢの入射方向をＸ軸回りに角変位させることによって、非対称な集光特性を実現している。円筒レンズ４３を通過したレーザビームＬＢは、被加工物５０の表面において、図５（ｂ）に示すように、Ｙ方向に沿って非対称な光強度分布を示すようになる。この非対称な光強度分布は、図１（ｃ）に示したＹ方向の光強度分布ＹＢに相当する。
【００４３】
こうした光強度分布を有するレーザビームが被加工物５０に対してＹ方向に相対移動すると、Ｙ方向の光強度分布が光軸ＬＡから加工前方向にシフトしたピークを有する場合、なだらかな光強度分布形状を示す領域が最後に照射されるため、冷却時の温度変化レートがより小さくなり、急速な冷却による影響を緩和できる。
【００４４】
このようにレーザビームＬＢを円筒レンズ４３および被加工物５０の法線方向に対して斜めに入射させることにより、円筒レンズ４３のコマ収差および被加工面の傾斜による光路長変化を利用して、一方向に沿って非対称な光強度分布を容易に実現することができる。
【００４５】
実施の形態４．
図６（ａ）は、本発明の第４実施形態を示す構成図である。理解容易のため、紙面に垂直な方向をＸ軸、紙面平行でＸ軸と垂直な上方向をＹ軸、Ｘ軸およびＹ軸と垂直な右方向をＺ軸としている。
【００４６】
本実施形態に係るレーザ加工装置は、図１（ａ）に示した構成と同様に、略平行なレーザビームＬＢを出力するレーザ発振器１０と、Ｘ方向に集光パワーを有する集光光学系３０と、Ｙ方向に集光パワーを有する集光光学系４０などで構成され、図６（ａ）では集光光学系４０のさらに他の構成例を示している。被加工物５０は、移動ステージ６０に搭載されており、加工の際、移動ステージ６０がＹ方向に移動することにより、レーザビームＬＢは被加工物５０に対して相対的に移動する。
【００４７】
本実施形態では、集光光学系４０として、円筒レンズ４４とウェッジ板４５の組合せを用いている。
【００４８】
円筒レンズ４４は、Ｘ方向に平行な母線を有する対称なレンズ面形状を有し、レンズの光軸とレーザビームＬＢの光軸ＬＡとが一致するように配置される。
【００４９】
ウェッジ板４５は、光路長がＹ方向に沿って直線的に変化した光学素子であり、円筒レンズ４４の後方に配置することによって、Ｙ方向に非対称な集光特性を実現している。円筒レンズ４２およびウェッジ板４５を通過したレーザビームＬＢは、被加工物５０の表面において、図６（ｂ）に示すように、Ｙ方向に沿って非対称な光強度分布を示すようになる。この非対称な光強度分布は、図１（ｃ）に示したＹ方向の光強度分布ＹＢに相当する。
【００５０】
こうした光強度分布を有するレーザビームが被加工物５０に対してＹ方向に相対移動すると、Ｙ方向の光強度分布が光軸ＬＡから加工前方向にシフトしたピークを有する場合、なだらかな光強度分布形状を示す領域が最後に照射されるため、冷却時の温度変化レートがより小さくなり、急速な冷却による影響を緩和できる。
【００５１】
このように円筒レンズ４２とウェッジ板４５とを組合せることにより、一方向に沿って非対称な光強度分布を容易に実現することができる。
【００５２】
実施の形態５．
図７（ａ）は、本発明の第５実施形態を示す構成図である。理解容易のため、紙面に垂直な方向をＸ軸、紙面平行でＸ軸と垂直な上方向をＹ軸、Ｘ軸およびＹ軸と垂直な右方向をＺ軸としている。
【００５３】
本実施形態に係るレーザ加工装置は、図１（ａ）に示した構成と同様に、略平行なレーザビームＬＢを出力するレーザ発振器１０と、Ｘ方向に集光パワーを有する集光光学系３０と、Ｙ方向に集光パワーを有する集光光学系４０などで構成され、図７（ａ）では集光光学系４０のさらに他の構成例を示している。被加工物５０は、移動ステージ６０に搭載されており、加工の際、移動ステージ６０がＹ方向に移動することにより、レーザビームＬＢは被加工物５０に対して相対的に移動する。
【００５４】
本実施形態では、集光光学系４０として、図２とは逆の光強度分布が得られるように、Ｙ方向に関して反転した形状を持つ非対称円筒レンズ４６を用いている。
【００５５】
非対称円筒レンズ４６は、光軸ＬＡを中心として上側部分の曲率半径が大きい、下側部分の曲率半径が小さい、非対称な円筒形状を有しているため、非対称円筒レンズ４６を通過したレーザビームＬＢは、被加工物５０の表面において、図７（ｂ）に示すように、Ｙ方向に沿って非対称な光強度分布を示すようになる。この非対称な光強度分布は、図１（ｃ）に示したＹ方向の光強度分布ＹＢに相当する。
【００５６】
図８は、図７（ｂ）に示した光強度分布を有するレーザビームを用いた場合の被加工物の表面温度分布を示すグラフである。レーザビームは、被加工物５０の表面においてＹ方向に長軸を有する楕円形の細長いビーム形状を有し、上述したように、被加工物５０はＹ方向に沿って相対移動する。
【００５７】
Ｙ方向の光強度分布は、図７（ｂ）に示すように、光軸ＬＡから加工後方向にシフトしたピークを有し、このピーク位置から加工前方向の領域Ｒｃは、比較的なだらかな分布形状を示し、ピーク位置から加工後方向の領域Ｒｄは、比較的急峻な分布形状を示す。こうした非対称な光強度分布を有するレーザビームが被加工物５０に照射されると、図８に示すように、被加工物５０は、Ｙ方向の光強度分布にほぼ近似した非対称な表面温度分布を示すようになる。即ち、表面温度分布は、中心から加工後方向にシフトしたピーク温度を有し、このピーク位置から加工前方向の領域Ｒｃは、比較的なだらかな分布形状を示し、ピーク位置から加工後方向の領域Ｒｄは、比較的急峻な分布形状を示す。
【００５８】
レーザ加工の際、一定温度Ｔｗ以上の領域において、被加工物５０の溶融あるいは蒸発が起こると考えられる。
【００５９】
前述した各実施形態では、シリコン等のマイクロクラックが発生しやすい脆性材に対して、図３で示した温度分布、即ち、Ｙ方向の光強度分布が光軸ＬＡから加工前方向にシフトしたピークを有し、ピーク経過後の冷却時間が長くとれるように、なだらかな光強度分布形状を示す領域をピークから加工後方向に設定した例について説明した。
【００６０】
一方、融点が異なる材料が混ざった合金等に対しては、初期の加熱時に急峻な形状を有する光強度分布にて加工を行うと、低融点の成分のみのアブレーションが発生し、高品質の加工が得られないことがある。
【００６１】
その対策として、本実施形態では、図８で示した温度分布、即ち、Ｙ方向の光強度分布が光軸ＬＡから加工後方向にシフトしたピークを有し、加熱時の温度変化レートがより小さくなるように、なだらかな光強度分布形状を示す領域Ｒｃをピークから加工前方向に設定することが好ましい。
【００６２】
なお、本実施形態におけるＹ方向の光強度分布は、実施の形態２〜４にて示した集光光学系４０をＹ方向に関して逆に配置することによっても実現でき、過熱時の温度変化レートがより小さくなるという同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】図１（ａ）は、本発明の第１実施形態を示す構成図であり、図１（ｂ）は、位置Ａにおけるビーム形状ＰＡおよび光強度分布ＸＡ，ＹＡを示し、図１（ｃ）は、照射位置Ｂにおけるビーム形状ＰＢおよび光強度分布ＸＢ，ＹＢを示す。
【図２】図２（ａ）は、集光光学系４０の一例を示す構成図であり、図２（ｂ）は照射位置におけるＹ方向の光強度分布を示す。
【図３】被加工物の表面温度分布を示すグラフである。
【図４】図４（ａ）は、本発明の第２実施形態を示す構成図であり、図４（ｂ）は照射位置におけるＹ方向の光強度分布を示す。
【図５】図５（ａ）は、本発明の第３実施形態を示す構成図であり、図５（ｂ）は照射位置におけるＹ方向の光強度分布を示す。
【図６】図６（ａ）は、本発明の第４実施形態を示す構成図であり、図６（ｂ）は照射位置におけるＹ方向の光強度分布を示す。
【図７】図７（ａ）は、本発明の第５実施形態を示す構成図であり、図７（ｂ）は照射位置におけるＹ方向の光強度分布を示す。
【図８】被加工物の表面温度分布を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６４】
１０  レーザ発振器、  ３０，４０  集光光学系、  ４１，４６  非対称円筒レンズ
４２，４３，４４  円筒レンズ、  ４５  ウェッジ板、  ５０  被加工物、
６０  移動ステージ、  ＬＡ  光軸、  ＬＢ  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７】
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【図８】
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