(57)【要約】  レーザー加工方法は、光吸収コア形成工程（Ｓ１）と加工コア形成工程（Ｓ３）とを含む。光吸収コア形成工程（Ｓ１）は、第１パルス（Ｐ１）を含む第１レーザービーム（Ｂ１）を被加工物（ＴＡ）に照射して、被加工物（ＴＡ）に光吸収コア（Ｃ１）を形成する。加工コア形成工程（Ｓ３）は、第２レーザービーム（Ｂ２）を光吸収コア（Ｃ１）に照射して、被加工物（ＴＡ）に加工コア（Ｃ２）を形成する。光吸収コア（Ｃ１）は、被加工物（ＴＡ）のうち、第１パルス（Ｐ１）の照射されていない領域の光吸収率よりも大きな光吸収率を有する領域である。加工コア（Ｃ２）は、被加工物（ＴＡ）のうち、第２レーザービーム（Ｂ２）の照射されていない領域の密度と異なる密度を有する領域である。
2018034237.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１パルスを含む第１レーザービームを対象物に照射して、前記対象物に光吸収コアを形成する光吸収コア形成工程と、
第２レーザービームを前記光吸収コアに照射して、前記対象物である被加工物、又は、前記対象物が接触している被加工物に、加工コアを形成する加工コア形成工程と
を含み、
前記光吸収コアは、前記対象物のうち、前記第１パルスの照射されていない領域の光吸収率よりも大きな光吸収率を有する領域であり、
前記加工コアは、前記被加工物のうち、前記第２レーザービームの照射されていない領域の密度と異なる密度を有する領域であり、
前記第１パルスのピークフルエンスは、前記被加工物の被加工閾値よりも小さく、
前記第２レーザービームのフルエンスの最大値は、前記被加工閾値よりも小さく、
前記被加工閾値は、前記被加工物のうち、前記加工コアが形成されている領域と異なる領域を加工可能なフルエンスの下限値を示す、レーザー加工方法。
【請求項２】
前記第２レーザービームによって前記加工コアを拡張する加工コア拡張工程をさらに含む、請求項１に記載のレーザー加工方法。
【請求項３】
前記被加工物上に前記対象物が形成されており、
前記対象物の光吸収率は、前記被加工物の光吸収率よりも大きく、
前記加工コア形成工程では、前記対象物に形成された前記光吸収コアを介して前記被加工物に前記第２レーザービームを照射して、前記被加工物に前記加工コアを形成する、請求項１又は請求項２に記載のレーザー加工方法。
【請求項４】
前記第２レーザービームは、第２パルスを含み、
前記第２パルスの半値全幅は、前記第１パルスの半値全幅より大きく、
前記第１パルスと前記第２パルスとが重なるように、前記第１パルス及び前記第２パルスを制御する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のレーザー加工方法。
【請求項５】
前記第１レーザービームを生成する第１ビーム生成工程と、
前記第２レーザービームを生成する第２ビーム生成工程と、
前記第１レーザービームと前記第２レーザービームとを同期させる同期工程と
をさらに含み、
前記光吸収コア形成工程では、前記対象物である前記被加工物に前記第１パルスを照射して、前記被加工物に前記光吸収コアを形成し、
前記加工コア形成工程では、前記被加工物に形成された前記光吸収コアに前記第２パルスを照射して、前記被加工物に前記加工コアを形成し、
前記第１パルスのピークフルエンスは、第１閾値以上であり、
前記第１閾値は、前記第１パルスに基づく多光子吸収によって前記被加工物のバンドギャップを超えるためのフルエンスの下限値を示し、
前記第２パルスのピークフルエンスは、第２閾値以上であり、
前記第２閾値は、前記第２パルスに基づく多光子吸収によって前記被加工物のバンドギャップを超えるためのフルエンスの下限値を示し、
前記同期工程では、前記第２パルスのフルエンスが第３閾値以上になる期間に前記第１パルスが位置するように、前記第１パルスと前記第２パルスとを制御し、
前記第３閾値は、前記第１パルスのピークフルエンスに依存する可変値であり、前記光吸収コアを加工可能なフルエンスの下限値を示す、請求項４に記載のレーザー加工方法。
【請求項６】
前記第１パルスのピークフルエンスは、前記第１パルスに基づくＮ光子吸収によって前記被加工物のバンドギャップを超えるフルエンスを示し、
前記「Ｎ」は、２以上の整数を示し、
前記第２パルスのピークフルエンスは、前記第２パルスに基づくＭ光子吸収によって前記被加工物のバンドギャップを超えるフルエンスを示し、
前記「Ｍ」は、２以上の整数を示す、請求項５に記載のレーザー加工方法。
【請求項７】
前記第１パルスのピークが前記第２パルスのピークよりも前の時間に位置するように、前記第１パルスと前記第２パルスとを制御する、請求項４から請求項６のいずれか１項に記載のレーザー加工方法。
【請求項８】
前記第１パルスのピークから前記第２パルスのピークまでの期間は、１ナノ秒以下である、請求項４から請求項７のいずれか１項に記載のレーザー加工方法。
【請求項９】
前記第２レーザービームは、一定レベルのフルエンスを有する連続波であり、
前記第１パルスが前記第２レーザービームに重なるように、前記第１パルスを照射する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のレーザー加工方法。
【請求項１０】
被加工物を加工して、前記被加工物から加工物を製造する方法であって、
第１パルスを含む第１レーザービームを対象物に照射して、前記対象物に光吸収コアを形成する光吸収コア形成工程と、
第２レーザービームを前記光吸収コアに照射して、前記対象物である前記被加工物、又は、前記対象物が接触している前記被加工物に、加工コアを形成する加工コア形成工程と
を含み、
前記光吸収コアは、前記対象物のうち、前記第１パルスの照射されていない領域の光吸収率よりも大きな光吸収率を有する領域であり、
前記加工コアは、前記被加工物のうち、前記第２レーザービームの照射されていない領域の密度と異なる密度を有する領域であり、
前記第１パルスのピークフルエンスは、前記被加工物の被加工閾値よりも小さく、
前記第２レーザービームのフルエンスの最大値は、前記被加工閾値よりも小さく、
前記被加工閾値は、前記被加工物のうち、前記加工コアが形成されている領域と異なる領域を加工可能なフルエンスの下限値を示す、加工物の製造方法。
【請求項１１】
第１パルスを含む第１レーザービームと、第２レーザービームとを生成するレーザービーム生成部と、
前記第１レーザービームを対象物に照射して、前記対象物に光吸収コアを形成する照射部と
を備え、
前記照射部は、前記第２レーザービームを前記光吸収コアに照射して、前記対象物である被加工物、又は、前記対象物が接触している被加工物に、加工コアを形成し、
前記光吸収コアは、前記対象物のうち、前記第１パルスの照射されていない領域の光吸収率よりも大きな光吸収率を有する領域であり、
前記加工コアは、前記被加工物のうち、前記第２レーザービームの照射されていない領域の密度と異なる密度を有する領域であり、
前記第１パルスのピークフルエンスは、前記被加工物の被加工閾値よりも小さく、
前記第２レーザービームのフルエンスの最大値は、前記被加工閾値よりも小さく、
前記被加工閾値は、前記被加工物のうち、前記加工コアが形成されている領域と異なる領域を加工可能なフルエンスの下限値を示す、レーザー加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー加工方法、加工物の製造方法、及びレーザー加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、フェムト秒レーザーは、様々な微細加工に利用されている。【０００３】
例えば、非特許文献１は、フェムト秒レーザーを銅の表面に照射して、銅の表面に微細周期構造を形成した例を開示する。例えば、フェムト秒レーザーによって摺動部品に微細周期構造を形成して摩擦を低減できる。また、非特許文献１は、フェムト秒レーザーを金に照射して、金に微細穴開け加工を実行した例を開示する。さらに、非特許文献２は、フェムト秒レーザーを透明材料に照射し、多光子吸収を誘引することによって多層構造を形成する例を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】藤田雅之、橋田昌樹、「フェムト秒レーザー加工」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｐｌａｓｍａ  ａｎｄ  Ｆｕｓｉｏｎ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ、２００５年、Ｖｏｌ．８１、ｐ．１９５−２０１
【非特許文献２】三澤弘明、「多光子吸収による３次元フォトニック結晶の作製」、表面科学、２００１年、Ｖｏｌ．２２、Ｎｏ．１１、ｐ．７２９−７３４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、非特許文献１及び非特許文献２に記載された技術では、比較的高い光子エネルギー及び比較的高いフルエンスを有するフェムト秒レーザーが必要になる。【０００６】
本発明の目的は、比較的低い光子エネルギー及び比較的低いフルエンスを有するレーザービームによって被加工物を加工できるレーザー加工方法、加工物の製造方法、及びレーザー加工装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の観点によれば、レーザー加工方法は、光吸収コア形成工程と、加工コア形成工程とを含む。光吸収コア形成工程は、第１パルスを含む第１レーザービームを対象物に照射して、前記対象物に光吸収コアを形成する。加工コア形成工程は、第２レーザービームを前記光吸収コアに照射して、前記対象物である被加工物、又は、前記対象物が接触している被加工物に、加工コアを形成する。前記光吸収コアは、前記対象物のうち、前記第１パルスの照射されていない領域の光吸収率よりも大きな光吸収率を有する領域である。前記加工コアは、前記被加工物のうち、前記第２レーザービームの照射されていない領域の密度と異なる密度を有する領域である。前記第１パルスのピークフルエンスは、前記被加工物の被加工閾値よりも小さい。前記第２レーザービームのフルエンスの最大値は、前記被加工閾値よりも小さい。前記被加工閾値は、前記被加工物のうち、前記加工コアが形成されている領域と異なる領域を加工可能なフルエンスの下限値を示す。【０００８】
本発明のレーザー加工方法は、加工コア拡張工程をさらに含むことが好ましい。加工コア拡張工程は、前記第２レーザービームによって前記加工コアを拡張することが好ましい。【０００９】
本発明のレーザー加工方法において、前記被加工物上に前記対象物が形成されていることが好ましい。前記対象物の光吸収率は、前記被加工物の光吸収率よりも大きいことが好ましい。前記加工コア形成工程では、前記対象物に形成された前記光吸収コアを介して前記被加工物に前記第２レーザービームを照射して、前記被加工物に前記加工コアを形成することが好ましい。【００１０】
本発明のレーザー加工方法において、前記第２レーザービームは、第２パルスを含むことが好ましい。前記第２パルスの半値全幅は、前記第１パルスの半値全幅より大きいことが好ましい。前記第１パルスと前記第２パルスとが重なるように、前記第１パルス及び前記第２パルスを制御することが好ましい。【００１１】
本発明のレーザー加工方法は、第１ビーム生成工程と、第２ビーム生成工程と、同期工程とをさらに含むことが好ましい。第１ビーム生成工程は、前記第１レーザービームを生成することが好ましい。第２ビーム生成工程は、前記第２レーザービームを生成することが好ましい。同期工程は、前記第１レーザービームと前記第２レーザービームとを同期させることが好ましい。前記光吸収コア形成工程では、前記対象物である前記被加工物に前記第１パルスを照射して、前記被加工物に前記光吸収コアを形成することが好ましい。前記加工コア形成工程では、前記被加工物に形成された前記光吸収コアに前記第２パルスを照射して、前記被加工物に前記加工コアを形成することが好ましい。前記第１パルスのピークフルエンスは、第１閾値以上であることが好ましい。前記第１閾値は、前記第１パルスに基づく多光子吸収によって前記被加工物のバンドギャップを超えるためのフルエンスの下限値を示すことが好ましい。前記第２パルスのピークフルエンスは、第２閾値以上であることが好ましい。前記第２閾値は、前記第２パルスに基づく多光子吸収によって前記被加工物のバンドギャップを超えるためのフルエンスの下限値を示すことが好ましい。前記同期工程では、前記第２パルスのフルエンスが第３閾値以上になる期間に前記第１パルスが位置するように、前記第１パルスと前記第２パルスとを制御することが好ましい。前記第３閾値は、前記第１パルスのピークフルエンスに依存する可変値であり、前記光吸収コアを加工可能なフルエンスの下限値を示すことが好ましい。【００１２】
本発明のレーザー加工方法において、前記第１パルスのピークフルエンスは、前記第１パルスに基づくＮ光子吸収によって前記被加工物のバンドギャップを超えるフルエンスを示すことが好ましい。前記「Ｎ」は、２以上の整数を示すことが好ましい。前記第２パルスのピークフルエンスは、前記第２パルスに基づくＭ光子吸収によって前記被加工物のバンドギャップを超えるフルエンスを示すことが好ましい。前記「Ｍ」は、２以上の整数を示すことが好ましい。【００１３】
本発明のレーザー加工方法において、前記第１パルスのピークが前記第２パルスのピークよりも前の時間に位置するように、前記第１パルスと前記第２パルスとを制御することが好ましい。【００１４】
本発明のレーザー加工方法において、前記第１パルスのピークから前記第２パルスのピークまでの期間は、１ナノ秒以下であることが好ましい。【００１５】
本発明のレーザー加工方法において、前記第２レーザービームは、一定レベルのフルエンスを有する連続波であることが好ましい。前記第１パルスが前記第２レーザービームに重なるように、前記第１パルスを照射することが好ましい。【００１６】
本発明の第２の観点によれば、加工物の製造方法は、被加工物を加工して、前記被加工物から加工物を製造する方法である。加工物の製造方法は、光吸収コア形成工程と、加工コア形成工程とを含む。光吸収コア形成工程は、第１パルスを含む第１レーザービームを対象物に照射して、前記対象物に光吸収コアを形成する。加工コア形成工程は、第２レーザービームを前記光吸収コアに照射して、前記対象物である被加工物、又は、前記対象物が接触している被加工物に、加工コアを形成する。前記光吸収コアは、前記対象物のうち、前記第１パルスの照射されていない領域の光吸収率よりも大きな光吸収率を有する領域である。前記加工コアは、前記被加工物のうち、前記第２レーザービームの照射されていない領域の密度と異なる密度を有する領域である。前記第１パルスのピークフルエンスは、前記被加工物の被加工閾値よりも小さい。前記第２レーザービームのフルエンスの最大値は、前記被加工閾値よりも小さい。前記被加工閾値は、前記被加工物のうち、前記加工コアが形成されている領域と異なる領域を加工可能なフルエンスの下限値を示す。【００１７】
本発明の第３の観点によれば、レーザー加工装置は、レーザービーム生成部と、照射部とを備える。レーザービーム生成部は、第１パルスを含む第１レーザービームと、第２レーザービームとを生成する。照射部は、前記第１レーザービームを対象物に照射して、前記対象物に光吸収コアを形成する。前記照射部は、前記第２レーザービームを前記光吸収コアに照射して、前記対象物である被加工物、又は、前記対象物が接触している被加工物に、加工コアを形成する。前記光吸収コアは、前記対象物のうち、前記第１パルスの照射されていない領域の光吸収率よりも大きな光吸収率を有する領域である。前記加工コアは、前記被加工物のうち、前記第２レーザービームの照射されていない領域の密度と異なる密度を有する領域である。前記第１パルスのピークフルエンスは、前記被加工物の被加工閾値よりも小さい。前記第２レーザービームのフルエンスの最大値は、前記被加工閾値よりも小さい。前記被加工閾値は、前記被加工物のうち、前記加工コアが形成されている領域と異なる領域を加工可能なフルエンスの下限値を示す。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、比較的低い光子エネルギー及び比較的低いフルエンスを有するレーザービームによって被加工物を加工できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】（ａ）比較例に係るレーザービームを示す図である。（ｂ）本発明の実施形態１に係るレーザー加工方法を示す図である。
【図２】実施形態１に係るレーザー加工方法の原理を示す図である。
【図３】実施形態１に係るレーザー加工装置を示す図である。
【図４】実施形態１に係るレーザー加工方法を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態２に係るレーザー加工装置を示す図である。
【図６】実施形態２に係る複合パルスを示す図である。
【図７】実施形態２に係るレーザー加工方法を示すフローチャートである。
【図８】実施形態２に係る複合レーザービームを示す図である。
【図９】本発明の実施形態３に係るレーザー加工方法を示すフローチャートである。
【図１０】実施形態３に係る複合レーザービームを示す図である。
【図１１】本発明の実施形態４に係るレーザー加工方法を示す図である。
【図１２】実施形態４に係るレーザー加工方法を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の実施形態５に係るレーザー加工方法を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の実施例１に係る加工痕を示す図である。
【図１５】本発明の実施例２に係る加工閾値（第３閾値）を示す図である。
【図１６】本発明の実施例３に係る第１パルスのピークフルエンスと第２パルスの加工閾値（第３閾値）との関係を示す図である。
【図１７】（ａ）は、比較例１に係るパルスの照射結果を示す図である。（ｂ）は、比較例２に係るパルスの照射結果を示す図である。
【図１８】（ａ）は、比較例３に係るパルスの照射結果を示す図である。（ｂ）は、比較例４に係るパルスの照射結果を示す図である。
【図１９】（ａ）は、比較例５に係るパルスの照射結果を示す図である。（ｂ）は、比較例６に係るパルスの照射結果を示す図である。
【図２０】（ａ）は、比較例７に係るパルスの照射結果を示す図である。（ｂ）は、本発明の実施例４に係るパルスの照射結果を示す図である。
【図２１】（ａ）は、比較例８に係るパルスの照射結果を示す図である。（ｂ）は、本発明の実施例５に係るパルスの照射結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図中、同一または相当部分については同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。
【００２１】
（実施形態１）
図１〜図４を参照して、本発明の実施形態１に係るレーザー加工装置１及びレーザー加工方法について説明する。まず、図１を参照して、比較例と比較しつつ、実施形態１に係るレーザー加工方法について説明する。図１（ａ）は、比較例に係るレーザービームＢＢを示す図である。図１（ｂ）は、実施形態１に係るレーザー加工方法を示す図である。
【００２２】
図１（ａ）に示すように、比較例では、レーザービームＢＢが、被加工物ＴＡに照射される。被加工物ＴＡは、例えば、ワイドバンドギャップ材料である。レーザービームＢＢは、例えば、フェムト秒レーザービームである。レーザービームＢＢはパルスＰを含む。パルスＰの光子エネルギーは、被加工物ＴＡのバンドギャップＢＧより小さい。
【００２３】
ワイドバンドギャップ材料のような被加工物ＴＡに、比較的低い光子エネルギーを有するパルスＰを照射する場合、被加工物ＴＡの格子吸収による加熱の効果が加工に影響を及ぼさないときには、パルスＰのピークフルエンスが、少なくとも閾値Ｆｍｐ以上でないと、照射時間を長くしても被加工物ＴＡは加工されない。閾値Ｆｍｐは、パルスＰに基づく多光子吸収によって被加工物ＴＡのバンドギャップＢＧを超えるためのフルエンスの下限値を示す。
【００２４】
これに対して、実施形態１に係るレーザー加工方法では、図１（ｂ）に示すように、複合レーザービームＢＡ１を被加工物ＴＡに照射して被加工物ＴＡを加工する。被加工物ＴＡは加工対象である。複合レーザービームＢＡ１は、第１レーザービームＢ１と、第２レーザービームＢ２とを含む。
【００２５】
第１レーザービームＢ１は第１パルスＰ１を含む。第１パルスＰ１の光子エネルギーＥｐ１は、被加工物ＴＡのバンドギャップＢＧより小さい。第１パルスＰ１のピークフルエンスＰＦ１は、第１閾値Ｆｍ１以上である。第１閾値Ｆｍ１は、第１パルスＰ１に基づく多光子吸収によって被加工物ＴＡのバンドギャップＢＧを超えるためのフルエンスの下限値を示す。第１閾値Ｆｍ１は、第１パルスＰ１の光子エネルギーＥｐ１に依存する。例えば、第１パルスＰ１の光子エネルギーＥｐ１が大きいと、第１閾値Ｆｍ１が小さい。
【００２６】
第１パルスＰ１が被加工物ＴＡに照射されると、第１パルスＰ１のピークフルエンスＰＦ１が第１閾値Ｆｍ１以上であるため、第１レーザービームＢ１の集光点では、集光点以外の領域よりも光吸収率が高い光吸収コアＣ１が形成される。つまり、被加工物ＴＡに光吸収コアＣ１が形成される。実施形態１では、被加工物ＴＡは、光吸収コアＣ１を形成する「対象物」に相当する。
【００２７】
具体的には、光吸収コアＣ１は、被加工物ＴＡのうち、第１レーザービームＢ１（具体的には第１パルスＰ１）の照射されていない領域の光吸収率よりも大きな光吸収率を有する領域である。物質の光吸収率とは、物質に垂直に入射した光の強度Ｉ０に対して物質が吸収した光の強度Ｉ１の割合（Ｉ１／Ｉ０）のことである。例えば、光吸収率は、ランベルト・ベールの法則に従う吸光係数αによって表される。吸光係数αは、物質に垂直に入射した光の強度Ｉ０、物質を透過した光の強度Ｉ２、及び物質の厚みｘを用いて、次式で表される。
α＝（−１／ｘ）ｌｏｇ10（Ｉ２／Ｉ０）
【００２８】
更に具体的には、光吸収コアＣ１は、被加工物ＴＡのうち、過渡的な光吸収率の変化を伴う領域である。「過渡的な光吸収率の変化」は、光吸収による被加工物ＴＡ（例えば、被加工物ＴＡの表面）の価電子密度の変化に起因する光吸収率の変化を示す。
【００２９】
光吸収コアＣ１を「励起」の観点から定義すると、光吸収コアＣ１とは、第１パルスＰ１による電子系の励起によって形成される励起層のことである。具体的には、光吸収コアＣ１は、第１パルスＰ１による電子系の励起によって形成される非コヒーレントな励起層である。
【００３０】
光吸収コアＣ１の電子温度は、光吸収コアＣ１の形成前の被加工物ＴＡの電子温度よりも高い。また、光吸収コアＣ１は、新たな第１パルスＰ１を照射しない限り、光吸収コアＣ１の電子温度がピークになった後に減衰する。ただし、光吸収コアＣ１での被加工物ＴＡの密度は略一定であり、電子温度に依存しない。また、光吸収コアＣ１での被加工物ＴＡの密度は、光吸収コアＣ１の形成前の被加工物ＴＡの密度と略等しい。さらに、光吸収コアＣ１では、電子の状態変化が格子の状態変化よりも優勢である。
【００３１】
第２レーザービームＢ２は第２パルスＰ２を含む。第２パルスＰ２の光子エネルギーＥｐ２は、被加工物ＴＡのバンドギャップＢＧより小さい。第２パルスＰ２のピークフルエンスＰＦ２は、第２閾値Ｆｍ２以上である。第２閾値Ｆｍ２は、第２パルスＰ２に基づく多光子吸収によって被加工物ＴＡのバンドギャップＢＧを超えるためのフルエンスの下限値を示す。第２閾値Ｆｍ２は、第２パルスＰ２の光子エネルギーＥｐ２に依存する。例えば、第２パルスＰ２の光子エネルギーＥｐ２が小さいと、第２閾値Ｆｍ２が大きい。
【００３２】
第２パルスＰ２が光吸収コアＣ１に照射されると、光吸収コアＣ１の光吸収率が高いため、比較的低い光子エネルギーＥｐ２及び比較的低いフルエンスを有する第２パルスＰ２によって光吸収コアＣ１の加工が開始される。つまり、比較的低い光子エネルギーＥｐ２及び比較的低いフルエンスを有する第２パルスＰ２によって、被加工物ＴＡを加工できる。なお、被加工物ＴＡに対して、第２パルスＰ２の照射前に第１パルスＰ１を照射して、光吸収コアＣ１を形成してもよいし、第２パルスＰ２の照射中に第１パルスＰ１を照射して、光吸収コアＣ１を形成してもよい。
【００３３】
そして、光吸収コアＣ１の加工が開始されると、被加工物ＴＡに加工コアＣ２が形成される。加工コアＣ２は、光吸収コアＣ１を中心に被加工物ＴＡが変質した領域である。「変質」は、被加工物ＴＡの物性が変化することを示す。「物性」とは、被加工物ＴＡの示す巨視的性質のことである。「物性」は、例えば、被加工物ＴＡの熱的性質及び／又は機械的性質である。物性の変化した加工コアＣ２は加工され易いため、加工コアＣ２に第２パルスＰ２が照射されていると、被加工物ＴＡの加工が更に進行する。ただし、「物性」は、加工コアＣ２の消滅後には、元の物性に戻る。
【００３４】
具体的には、加工コアＣ２は、被加工物ＴＡのうち、第２レーザービームＢ２（具体的には第２パルスＰ２）の照射されていない領域の密度と異なる密度を有する領域である。従って、加工コアＣ２での被加工物ＴＡの密度は、加工コアＣ２の形成前の被加工物ＴＡの密度と異なる。例えば、加工コアＣ２での被加工物ＴＡの密度は、加工コアＣ２の形成前の被加工物ＴＡの密度より小さい。なお、密度は、被加工物ＴＡの「物性」の一例である。また、加工コアＣ２は、被加工物ＴＡのうち、第２レーザービームＢ２（具体的には第２パルスＰ２）の照射されていない領域の光吸収率よりも大きな光吸収率を有する。
【００３５】
更に具体的には、加工コアＣ２は、被加工物ＴＡのうち、ピコ秒から「ナノ秒又はマイクロ秒」にわたる時間オーダーにおける非過渡的な光吸収率の変化を伴う状態変化を示す領域である。「非過渡的な光吸収率の変化」は、光吸収による被加工物ＴＡの密度変化を伴う光吸収率の変化を示す。ただし、加工コアＣ２の消滅後には、密度は、加工コアＣ２の形成前の密度に戻る。「状態変化」は、例えば、固相から液相への状態変化、及び／又は、アモルファス化領域の形成による状態変化を示す。ただし、このような状態変化は、有限期間の状態変化であり、加工コアＣ２の消滅後には、元の状態に戻る。ただし、加工コアＣ２は加工されたままである。
【００３６】
加工コアＣ２の格子温度は、加工コアＣ２の形成前の被加工物ＴＡの格子温度よりも高い。また、第２パルスＰ２の強度の減少に伴って格子温度が低下するため、加工コアＣ２は減衰する。ただし、加工コアＣ２への一定強度以上の光の照射が持続する限り、加工コアＣ２の減衰が抑制される。例えば、第２パルスＰ２のフルエンスが第２閾値Ｆｍ２以上の期間では、加工コアＣ２の減衰が抑制される。さらに、加工コアＣ２では、格子の状態変化が電子の状態変化よりも優勢である。従って、加工コアＣ２では、熱拡散を伴う加工が行われる。
【００３７】
また、第１パルスＰ１の照射終了後でも、第２パルスＰ２が加工コアＣ２に照射されていると、第２パルスＰ２のエネルギーが加工コアＣ２に流入し、継続して加工コアＣ２が加工される。その結果、加工コアＣ２が拡張され、比較的低い光子エネルギーＥｐ２及び比較的低いフルエンスを有する第２パルスＰ２によって、被加工物ＴＡの加工を効果的に実現できる。
【００３８】
さらに、第１パルスＰ１及び第２パルスＰ２が、加工コアＣ２に繰り返し照射されると、被加工物ＴＡの加工を更に効果的に実現できる。加工コアＣ２には光吸収コアＣ１が繰り返し形成されるだけでなく、加工コアＣ２は、加工コアＣ２以外の領域と比較して、加工され易いためである。
【００３９】
また、第１パルスＰ１は光吸収コアＣ１を形成するためのパルスであり、被加工物ＴＡを加工するためのパルスではない。従って、第１パルスＰ１の光子エネルギーＥｐ１及びフルエンスは比較的低くても十分である。
【００４０】
引き続き図１（ｂ）を参照して、光吸収コアＣ１と加工コアＣ２とを比較して説明する。光吸収コアＣ１の存続期間は、加工コアＣ２の存続期間よりも短い。光吸収コアＣ１は、例えば、光吸収コアＣ１の形成時から１ナノ秒以下の期間、存続する。光吸収コアＣ１の形成時は、例えば、第１パルスＰ１の照射時である。
【００４１】
従って、光吸収コアＣ１の形成時から１ナノ秒以下の期間に第２パルスＰ２が位置するように、光吸収コアＣ１に第２パルスＰ２を照射する。ただし、光吸収コアＣ１の形成時から５００ピコ秒以下の期間に第２パルスＰ２が位置するように、光吸収コアＣ１に第２パルスＰ２を照射することが好ましい。また、光吸収コアＣ１の形成時から１００ピコ秒以下の期間に第２パルスＰ２が位置するように、光吸収コアＣ１に第２パルスＰ２を照射することが更に好ましい。さらに、光吸収コアＣ１の形成時から１０ピコ秒以下の期間に第２パルスＰ２が位置するように、光吸収コアＣ１に第２パルスＰ２を照射することが更に好ましい。さらに、光吸収コアＣ１の形成時から１ピコ秒以下の期間に第２パルスＰ２が位置するように、光吸収コアＣ１に第２パルスＰ２を照射することが更に好ましい。光吸収コアＣ１の電子温度が高い程、光吸収率が高いため、加工コアＣ２が形成され易いからである。
【００４２】
なお、光吸収コアＣ１の存続期間は、１ピコ秒より短いこともあり得るし、５００ピコ秒より短いこともあり得るし、１００ピコ秒より短いこともあり得るし、１０ピコ秒より短いこともあり得るし、１ピコ秒より短いこともあり得る。光吸収コアＣ１の存続期間は、第１パルスＰ１の光子エネルギーＥｐ１及びフルエンス並びに被加工物ＴＡの光吸収率に依存するからである。なお、光吸収コアＣ１の存続期間中に第２パルスＰ２が光吸収コアＣ１に照射される限り、本発明は適用可能である。
【００４３】
また、光吸収コアＣ１の形成時から１ピコ秒以上経過すると、電子のエネルギーが格子に伝達され、格子温度が上昇し始める。そして、第２パルスＰ２が光吸収コアＣ１に照射されることを条件に、光吸収コアＣ１の形成時から１００ピコ秒以上経過すると、加工コアＣ２が形成される。加工コアＣ２は、ピコ秒から、ナノ秒又はマイクロ秒にわたる時間オーダーで存続する。
【００４４】
引き続き図１（ｂ）を参照して、被加工物ＴＡの被加工閾値Ｆｄと関連して、第１パルスＰ１及び第２パルスＰ２のフルエンスを説明する。被加工閾値Ｆｄは、被加工物ＴＡのうち、加工コアＣ２が形成されている領域と異なる領域を加工可能なフルエンスの下限値を示す。換言すれば、被加工閾値Ｆｄは、光吸収コアＣ１に基づく加工コアＣ２を形成することなく被加工物ＴＡを加工可能なフルエンスの下限値を示す。更に換言すれば、被加工閾値Ｆｄは、被加工物ＴＡの非励起時の加工閾値であり、励起層である光吸収コアＣ１を形成することなく被加工物ＴＡを加工可能なフルエンスの下限値を示す。
【００４５】
第１レーザービームＢ１のフルエンスの最大値、つまり、第１パルスＰ１のピークフルエンスＰＦ１は、被加工物ＴＡの被加工閾値Ｆｄよりも小さい。従って、第１パルスＰ１のみを被加工物ＴＡに照射しただけでは、被加工物ＴＡは加工されない。また、第２レーザービームＢ２のフルエンスの最大値、つまり、第２パルスＰ２のピークフルエンスＰＦ２は、被加工閾値Ｆｄよりも小さい。従って、第２パルスＰ２のみを被加工物ＴＡに照射しただけでは、被加工物ＴＡは加工されない。
【００４６】
以上、図１（ｂ）を参照して説明したように、実施形態１によれば、光吸収コアＣ１及び加工コアＣ２を形成している。そして、第１パルスＰ１は、光吸収コアＣ１を形成できる程度の光子エネルギーＥｐ１及びフルエンスを有していれば十分である。従って、比較的低い光子エネルギーＥｐ１及び比較的低いフルエンスを有する第１パルスＰ１によって容易に光吸収コアＣ１を形成できる。さらに、光吸収コアＣ１は高い光吸収率を有しているため、比較的低い光子エネルギーＥｐ２及び比較的低いフルエンスを有する第２パルスＰ２によって容易に加工コアＣ２を形成できる。さらに、加工コアＣ２は加工され易いため、比較的低い光子エネルギーＥｐ２及び比較的低いフルエンスを有する第２パルスＰ２によって容易に加工コアＣ２を加工できる。
【００４７】
その結果、実施形態１によれば、比較的低い光子エネルギー及び比較的低いフルエンスを有する第１パルスＰ１と第２パルスＰ２とを使用して、比較的高い被加工閾値Ｆｄを有する被加工物ＴＡ（例えば、ワイドバンドギャップ材料）を加工できる。特に、高出力レーザーが不要であるため、レーザー加工装置１のコストを低減できるとともに、光学系の調整が容易である。
【００４８】
なお、フルエンスとは、単位面積当たりのエネルギー量のことである。フルエンスは、照度に略比例する。フルエンスを定義する際の「単位面積」は、パルスＰに関しては、パルスＰの断面の単位面積を示し、第１パルスＰ１（第１レーザービームＢ１）に関しては、第１パルスＰ１の断面の単位面積を示し、第２パルスＰ２（第２レーザービームＢ２）に関しては、第２パルスＰ２の断面の単位面積を示す。
【００４９】
また、パルスＰのピークフルエンスとは、パルスＰのフルエンス分布のうち最大のフルエンスのことであり、第１パルスＰ１のピークフルエンスＰＦ１とは、第１パルスＰ１のフルエンス分布のうち最大のフルエンスのことであり、第２パルスＰ２のピークフルエンスＰＦ２とは、第２パルスＰ２のフルエンス分布のうち最大のフルエンスのことである。
【００５０】
次に、図２を参照して、レーザー加工方法の原理を説明する。図２は、実施形態１に係るレーザー加工方法の原理を示す図である。図２に示すように、レーザー加工方法では、複合レーザービームＢＡ１を被加工物ＴＡに照射する。つまり、第１パルスＰ１及び第２パルスＰ２が被加工物ＴＡに照射される。
【００５１】
第１パルスＰ１のピークフルエンスＰＦ１は、第１閾値Ｆｍ１以上である。第１閾値Ｆｍ１は、第１パルスＰ１に基づく多光子吸収によって被加工物ＴＡのバンドギャップＢＧを超えるためのフルエンスの下限値を示す。従って、第１パルスＰ１が被加工物ＴＡに照射されると、第１パルスＰ１の光子エネルギーＥｐ１に基づく多光子吸収によって価電子帯ＶＢの電子ｅが伝導帯ＣＢに励起される。その結果、被加工物ＴＡに光吸収コアＣ１が形成される。
【００５２】
第２パルスＰ２が光吸収コアＣ１に照射されて、第２パルスＰ２が伝導帯ＣＢの電子ｅに照射されると、第２パルスＰ２の光子エネルギーＥｐ２によってアバランシェイオン化が誘起される。アバランシェイオン化によって、伝導帯ＣＢの電子ｅが急激に増加する。アバランシェイオン化とは、自由電子が電界で加速され、衝突電離を引き起こす過程が繰り返し発生して、自由電子が増加することである。
【００５３】
具体的には、第１パルスＰ１によって励起された電子ｅ（以下、「種電子」と記載する。）に第２パルスＰ２が照射され、種電子が光子エネルギーＥｐ２を吸収する。種電子は、光子エネルギーＥｐ２に基づく多光子吸収によって、伝導帯ＣＢにおいて更に高いエネルギー準位まで励起される。
【００５４】
一方、第２パルスＰ２のピークフルエンスＰＦ２は、第２閾値Ｆｍ２以上である。第２閾値Ｆｍ２は、第２パルスＰ２に基づく多光子吸収によって被加工物ＴＡのバンドギャップＢＧを超えるためのフルエンスの下限値を示す。従って、種電子が、バンドギャップＢＧ以上のエネルギーを吸収する。そして、種電子が、バンドギャップＢＧ以上のエネルギーを吸収して高いエネルギー準位に励起し、伝導帯ＣＢにおいて安定したエネルギー準位まで遷移するときに、バンドギャップＢＧ以上のエネルギーを放出する。放出されたエネルギーは価電子帯ＶＢの電子ｅに吸収されるため、価電子帯ＶＢの電子ｅが伝導帯ＣＢに励起される。
【００５５】
このように、伝導帯ＣＢの１個の種電子が伝導帯ＣＢに残りつつ、更に１個の電子ｅが伝導帯ＣＢに励起されるため、伝導帯ＣＢには、電子ｅが１個増える。増えた電子ｅは、種電子と同様に機能する。つまり、伝導帯ＣＢにおいて、種電子が１個から２個に増加する。さらに、２個の種電子の各々が、バンドギャップＢＧ以上のエネルギーを吸収・放出することで、更に２個の電子ｅが伝導帯ＣＢに増える。同様にして、伝導帯ＣＢの電子ｅが指数関数的に増加する。
【００５６】
換言すれば、第１パルスＰ１によって生成された伝導帯ＣＢの種電子が、第２パルスＰ２からバンドギャップＢＧ以上のエネルギーを吸収して加速され、被加工物ＴＡの原子に衝突し、原子内の電子ｅにバンドギャップＢＧ以上のエネルギーを与える。そして、原子内の電子ｅは、種電子からバンドギャップＢＧ以上のエネルギーを吸収し、伝導帯ＣＢに励起されて、原子から分離する。つまり、衝突電離が発生する。さらに、原子に衝突した種電子だけでなく、原子から分離した電子ｅが種電子と同様に機能し、衝突電離が繰り返され、伝導帯ＣＢの電子ｅが急激に増加する。
【００５７】
急激に増加した伝導帯ＣＢの電子ｅが、伝導帯ＣＢから価電子帯ＶＢに遷移し、エネルギーを放出する。放出されたエネルギーによって、光吸収コアＣ１の原子が飛散又は除去されて、光吸収コアＣ１の加工が開始され、加工コアＣ２が形成される。つまり、第１パルスＰ１で光吸収コアＣ１を形成し、光吸収コアＣ１が消滅する前に第２パルスＰ２によってアバランシェイオン化を誘起し、伝導帯ＣＢの電子ｅを急激に増加させて加工コアＣ２を形成する。そして、加工され易い加工コアＣ２を第２パルスＰ２によって加工する。従って、実施形態１によれば、比較的低い光子エネルギーＥｐ１及び比較的低いフルエンスを有する第１パルスＰ１と、比較的低い光子エネルギーＥｐ２及び比較的低いフルエンスを有する第２パルスＰ２とを利用して、被加工物ＴＡ（例えば、ワイドバンドギャップ材料）を加工できる。なお、加工コアＣ２は、第２パルスＰ２の半値全幅に相当する期間中又はパルス幅に相当する期間中存続する。
【００５８】
光吸収コアＣ１を加工して形成される加工コアＣ２に、第１パルスＰ１及び第２パルスＰ２を続けて照射する場合にも、加工コアＣ２に光吸収コアＣ１と同様の現象が起こる。その結果、加工コアＣ２が更に加工され易くなるため、比較的低い光子エネルギーＥｐ１及び比較的低いフルエンスを有する第１パルスＰ１と、比較的低い光子エネルギーＥｐ２及び比較的低いフルエンスを有する第２パルスＰ２とを利用して、被加工物ＴＡ（例えば、ワイドバンドギャップ材料）を効果的に加工できる。
【００５９】
実施形態１では、被加工物ＴＡは、例えば、ワイドバンドギャップ材料である。ワイドバンドギャップ材料とは、シリコンよりも広いバンドギャップを有する材料のことである。ワイドバンドギャップ材料は、例えば、シリコンの１．５倍以上のバンドギャップを有する。ワイドバンドギャップ材料は、例えば、シリコンの２倍以上のバンドギャップを有する。ワイドバンドギャップ材料は、ワイドギャップ材料と記載される場合もある。
【００６０】
ワイドバンドギャップ材料は、例えば、透明材料である。例えば、透明材料の色彩は、透明色（無色透明色）又は半透明色（有色透明色）である。ワイドバンドギャップ材料は、例えば、絶縁体である。例えば、絶縁体は、合成石英、サファイア、又はガラスである。ワイドバンドギャップ材料は、例えば、ワイドバンドギャップ半導体である。ワイドバンドギャップ半導体は、例えば、ダイヤモンド、窒化ガリウム（ＧａＮ）、又は炭化ケイ素（ＳｉＣ）である。炭化ケイ素は、例えば、４Ｈ−ＳｉＣ、６Ｈ−ＳｉＣ、又は３Ｃ−ＳｉＣである。ワイドバンドギャップ半導体は、例えば、紫外光を照射しないと、バンドギャップを超えない半導体である。ワイドバンドギャップ半導体は、ワイドギャップ半導体と記載される場合もある。なお、被加工物ＴＡの種類は特に限定されない。例えば、被加工物ＴＡは、ワイドバンドギャップ材料以外の材料でもよい。例えば、被加工物ＴＡは、不透明な材料でもよいし、電気伝導体でもよいし、ワイドバンドギャップ半導体以外の半導体でもよい。半導体は、例えば、ゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコン（Ｓｉ）、又はガリウムヒ素（ＧａＡｓ）である。
【００６１】
また、第１パルスＰ１のピークフルエンスＰＦ１は、第１パルスＰ１に基づくＮ光子吸収によって被加工物ＴＡのバンドギャップを超えるフルエンスを示すことが好ましい。「Ｎ」は、２以上の整数を示す。具体的には、第１パルスＰ１の光子エネルギーＥｐ１の値をβ１［ｅＶ］、被加工物ＴＡのバンドギャップＢＧの値をγ［ｅＶ］としたときに、「Ｎ」は、条件「値（β１×Ｎ）＞値γ」を満足する２以上の整数を示す。この条件を満足する限り、「Ｎ」の上限は特に限定されない。また、光子エネルギーＥｐ１は第１パルスＰ１の波長に反比例する。従って、「Ｎ」は、第１パルスＰ１の波長と被加工物ＴＡの材質とに依存する２以上の整数である。
【００６２】
さらに、第２パルスＰ２のピークフルエンスＰＦ２は、第２パルスＰ２に基づくＭ光子吸収によって被加工物ＴＡのバンドギャップを超えるフルエンスを示すことが好ましい。「Ｍ」は、２以上の整数を示す。具体的には、第２パルスＰ２の光子エネルギーＥｐ２の値をβ２［ｅＶ］、被加工物ＴＡのバンドギャップＢＧの値をγ［ｅＶ］としたときに、「Ｍ」は、条件「値（β２×Ｍ）＞値γ」を満足する２以上の整数を示す。この条件を満足する限り、「Ｍ」の上限は特に限定されない。また、光子エネルギーＥｐ２は第２パルスＰ２の波長に反比例する。従って、「Ｍ」は、第２パルスＰ２の波長と被加工物ＴＡの材質とに依存する２以上の整数である。
【００６３】
なお、第１パルスＰ１の半値全幅は、第１パルスＰ１の強度が最大強度の１／２になるときの第１パルスＰ１の幅を示す。第２パルスＰ２の半値全幅は、第２パルスＰ２の強度が最大強度の１／２になるときの第２パルスＰ２の幅を示す。第１パルスＰ１のパルス幅は、第１パルスＰ１の強度が最大強度Ｉｍの１／ｅ2になるときの第１パルスＰ１の幅を示す。第２パルスＰ２のパルス幅は、第２パルスＰ２の強度が最大強度Ｉｍの１／ｅ2になるときの第２パルスＰ２の幅を示す。「ｅ」はネイピア数を示す。
【００６４】
次に、図３を参照して、実施形態１に係るレーザー加工装置１について説明する。図３は、レーザー加工装置１を示す図である。図３に示すように、レーザー加工装置１は、レーザービーム生成部２と、照射部３と、ステージ５とを備える。ステージ５に被加工物ＴＡが設置される。ステージ５を移動することで、被加工物ＴＡを移動して、被加工物ＴＡへの複合レーザービームＢＡ１の照射位置を移動できる。
【００６５】
レーザービーム生成部２は、第１パルスＰ１を含む第１レーザービームＢ１と、第２パルスＰ２を含む第２レーザービームＢ２とを生成及び出力する。照射部３は、第１レーザービームＢ１と第２レーザービームＢ２とを複合レーザービームＢＡ１として出力し、複合レーザービームＢＡ１を被加工物ＴＡに照射する。具体的には、照射部３は、第１パルスＰ１と第２パルスＰ２とを複合パルスＣＰとして出力し、複合パルスＣＰを被加工物ＴＡに照射する。照射部３は、第１パルスＰ１及び第２パルスＰ２を、集光したり、進行方向を変えたりする光学系と、光学系を制御する電気系と、電気系を制御するコンピューターとを含む。
【００６６】
なお、光吸収コアＣ１に第２パルスＰ２が照射される限り、第１パルスＰ１と第２パルスＰ２とが時間軸上で重なっていてもよいし、第２パルスＰ２が第１パルスＰ１に対して遅延していてもよい。この場合、レーザービーム生成部２又は照射部３が、第１パルスＰ１及び第２パルスＰ２の時間軸上の位置を制御する。また、第２レーザービームＢ２は、第２パルスＰ２を含むことなく、一定レベルＬのフルエンスを有する連続波（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ）であってもよい。
【００６７】
次に、図３及び図４を参照して、実施形態１に係るレーザー加工方法について説明する。図４は、レーザー加工方法を示すフローチャートである。図４に示すように、レーザー加工方法は、光吸収コア形成工程Ｓ１と、加工コア形成工程Ｓ３と、加工コア拡張工程Ｓ５とを含む。レーザー加工装置１は、レーザー加工方法を実行する。
【００６８】
図３及び図４に示すように、光吸収コア形成工程Ｓ１において、照射部３は、第１レーザービームＢ１（具体的には第１パルスＰ１）を被加工物ＴＡに照射して、被加工物ＴＡに光吸収コアＣ１を形成する。
【００６９】
加工コア形成工程Ｓ３において、照射部３は、第２レーザービームＢ２（具体的には第２パルスＰ２）を光吸収コアＣ１に照射して、被加工物ＴＡに加工コアＣ２を形成する。そして、第２パルスＰ２によって加工コアＣ２が加工される。
【００７０】
加工コア拡張工程Ｓ５において、照射部３は、第２レーザービームＢ２（具体的には第２パルスＰ２）によって加工コアＣ２を拡張する。そして、拡張された加工コアＣ２が、第２パルスＰ２によって加工されるため、加工領域を拡張できる。
【００７１】
加工コア拡張の第１例では、第２パルスＰ２の半値全幅又はパルス幅が比較的大きい場合は、新たな第２パルスＰ２を照射することなく、照射中の第２パルスＰ２によって加工コアＣ２を第１方向Ｄ１（図１（ｂ））に沿って拡張できる。第１方向Ｄ１は、被加工物ＴＡの表面に沿った方向を示す。
【００７２】
加工コア拡張の第２例では、レーザービーム生成部２が間隔をあけて複数の第２パルスＰ２を生成及び出力する。そして、各第２パルスＰ２の照射位置を徐々に移動させながら加工コアＣ２に各第２パルスＰ２を照射することによって、加工コアＣ２を第１方向Ｄ１に沿って拡張できる。なお、ステージ５によって被加工物ＴＡを移動して、第２パルスＰ２の照射位置を移動してもよいし、照射部３が第２パルスＰ２の照射位置を移動してもよい。
【００７３】
加工コア拡張の第３例では、レーザービーム生成部２が間隔をあけて複数の第２パルスＰ２を生成及び出力する。そして、各第２パルスＰ２の照射位置を略同一にして加工コアＣ２に各第２パルスＰ２を照射することによって、加工コアＣ２を第２方向Ｄ２（図１（ｂ））に沿って拡張できる。第２方向Ｄ２は、被加工物ＴＡの表面に交差する方向（例えば、直交する方向）を示す。
【００７４】
加工コア拡張の第２例及び第３例において、レーザービーム生成部２が間隔をあけて複数の第１パルスＰ１を生成及び出力してもよい。そして、各第１パルスＰ１を加工コアＣ２に照射することによって、第１パルスＰ１ごとに光吸収コアＣ１を形成してもよい。特に、第２例では、第１パルスＰ１の照射位置を制御することで、光吸収コアＣ１の位置を制御できる。その結果、実施形態１では、加工コアＣ２の拡張方向を精度良く制御できる。なぜなら、加工コアＣ２は、光吸収コアＣ１を中心に形成されるからである。なお、ステージ５によって被加工物ＴＡを移動して、第１パルスＰ１の照射位置を移動してもよいし、照射部３が第１パルスＰ１の照射位置を移動してもよい。また、互いに隣り合う第１パルスＰ１の時間間隔Ｘ１と、互いに隣り合う第２パルスＰ２の時間間隔Ｘ２とは、異なっていてもよいし、同じでもよい。例えば、時間間隔Ｘ１は、時間間隔Ｘ２のＱ倍である。「Ｑ」は２以上の整数である。
【００７５】
以上、図３及び図４を参照して説明したように、実施形態１によれば、比較的低い光子エネルギーＥｐ２及び比較的低いフルエンスを有する第２パルスＰ２によって、加工コアＣ２を拡張して加工領域を拡張できる。
【００７６】
（実施形態２）
図５〜図８を参照して、本発明の実施形態２に係るレーザー加工装置１及びレーザー加工方法について説明する。実施形態２が、第１レーザービームＢ１を発振する第１レーザー発振器Ａ１と第２レーザービームＢ２を発振する第２レーザー発振器Ａ２とを有する点で、実施形態２は実施形態１と異なる。以下、実施形態２が実施形態１と異なる点を主に説明する。
【００７７】
まず、図５及び図６を参照して、実施形態２に係るレーザー加工装置１について説明する。図５は、レーザー加工装置１を示す図である。図５に示すように、レーザー加工装置１は、レーザービーム生成部２と、照射部３と、ステージ５とを備える。レーザービーム生成部２は、第１レーザー発振器Ａ１（第１レーザー発振部）と、第２レーザー発振器Ａ２（第２レーザー発振部）とを含む。
【００７８】
第１レーザー発振器Ａ１は、第１パルスＰ１を含む第１レーザービームＢ１を生成及び出力する。具体的には、第１レーザー発振器Ａ１は、複数の第１パルスＰ１を所定間隔Ｔで生成及び出力する。第１レーザービームＢ１は実施形態１に係る第１レーザービームＢ１と同様である。第２レーザー発振器Ａ２は、第２パルスＰ２を含む第２レーザービームＢ２を生成及び出力する。具体的には、第２レーザー発振器Ａ２は、複数の第２パルスＰ２を所定間隔Ｔで生成及び出力する。第２レーザービームＢ２は実施形態１に係る第２レーザービームＢ２と同様である。
【００７９】
照射部３は、第１レーザービームＢ１と第２レーザービームＢ２とを同期させ、複合レーザービームＢＡ１として出力し、複合レーザービームＢＡ１を被加工物ＴＡに照射する。従って、照射部３は同期部として機能する。具体的には、照射部３は、第１パルスＰ１と第２パルスＰ２とを同期させ、複合パルスＣＰとして出力し、複合パルスＣＰを被加工物ＴＡに照射する。「同期」は、第１パルスＰ１と第２パルスＰ２とが重なることを示す。照射部３は、第１パルスＰ１及び第２パルスＰ２を、集光したり、進行方向を変えたりする光学系と、光学系を制御する電気系と、電気系を制御するコンピューターとを含む。
【００８０】
図６は、複合パルスＣＰを示す図である。図６では、横軸は時間を示し、縦軸はフルエンスを示す。図６に示すように、複合パルスＣＰは、第１パルスＰ１と、第２パルスＰ２とを含む。第２パルスＰ２の半値全幅は第１パルスＰ１の半値全幅より大きく、第２パルスＰ２のパルス幅は第１パルスＰ１のパルス幅より大きい。そして、第１パルスＰ１は、第２パルスＰ２に重なっている。つまり、第１パルスＰ１は、第２パルスＰ２が存在する期間内に位置している。
【００８１】
第１パルスＰ１（例えば、第１パルスＰ１のピーク）は、第２パルスＰ２のフルエンスが第３閾値Ｆｍ３以上になる期間ΔＴに位置することが好ましい。第２パルスＰ２のフルエンスが第３閾値Ｆｍ３になる時間は、時間ｔ１及び時間ｔ２である。従って、期間ΔＴは、時間ｔ１から時間ｔ２までの期間を示し、時間ｔ１及び時間ｔ２を含む。時間ｔ１は時間ｔ２よりも前の時間である。
【００８２】
第２パルスＰ２のピークフルエンスＰＦ２は、第３閾値Ｆｍ３以上である。第３閾値Ｆｍ３は、第１パルスＰ１のピークフルエンスＰＦ１に依存する可変値であり、電子系の励起によって形成される励起層を加工可能なフルエンスの下限値を示す。励起層は光吸収コアＣ１を示す。第３閾値Ｆｍ３は第２閾値Ｆｍ２以上であることが好ましい。なお、第１パルスＰ１のピークフルエンスＰＦ１は、第１閾値Ｆｍ１以上であり、第２パルスＰ２のピークフルエンスＰＦ２は、第２閾値Ｆｍ２以上である。第１閾値Ｆｍ１及び第２閾値Ｆｍ２は、それぞれ、実施形態１に係る第１閾値Ｆｍ１及び第２閾値Ｆｍ２と同じである。
【００８３】
以下、第３閾値Ｆｍ３を「加工閾値Ｆｍ３」と記載する場合がある。第３閾値Ｆｍ３は被加工閾値Ｆｄより小さい。被加工閾値Ｆｄは実施形態１に係る被加工閾値Ｆｄと同じである。
【００８４】
第１パルスＰ１が期間ΔＴに位置することが好ましい理由は、次の通りである。すなわち、期間ΔＴでは、第２パルスＰ２のフルエンスは、電子系の励起によって形成される励起層、つまり、光吸収コアＣ１を加工可能なフルエンスの下限値以上である。従って、期間ΔＴに第１パルスＰ１が位置すると、第１パルスＰ１によって形成された光吸収コアＣ１が減衰する前に、つまり、電子系の励起の効果が十分に維持されている時に、第２パルスＰ２によって瞬時にアバランシェイオン化が開始される。その結果、比較的低い光子エネルギーＥｐ２及び比較的低いフルエンスを有する第２パルスＰ２（第２レーザービームＢ２）によって、被加工物ＴＡの光吸収コアＣ１を効率的かつ効果的に加工できて、加工コアＣ２を効率的かつ効果的に形成できる。
【００８５】
さらに、第１パルスＰ１のピークは、第２パルスＰ２のピークよりも前の時間に位置することが更に好ましい。つまり、第１パルスＰ１のピークは、第２パルスＰ２のピークが位置する時間ｔ３よりも前の時間に位置することが更に好ましい。
【００８６】
具体的には、第１パルスＰ１のピークは、期間Δｔに位置することが最も好ましい。期間Δｔは、第２パルスＰ２のフルエンスが第３閾値Ｆｍ３以上になる時間ｔ１から、第２パルスＰ２のピークが位置する時間ｔ３までの期間を示す。期間Δｔは、時間ｔ１を含み、時間ｔ３を含まないことが更に好ましい。
【００８７】
第１パルスＰ１のピークが第２パルスＰ２のピークよりも前の時間に位置することが好ましい理由は、次の通りである。すなわち、第２パルスＰ２のフルエンスが下降している期間に第１パルスＰ１が位置する場合と比較すると、第２パルスＰ２のフルエンスが上昇している期間Δｔに第１パルスＰ１が位置すると、第２パルスＰ２によるアバランシェイオン化が更に促進される。その結果、比較的低い光子エネルギーＥｐ２及び比較的低いフルエンスを有する第２パルスＰ２（第２レーザービームＢ２）によって、被加工物ＴＡの光吸収コアＣ１を更に効率的かつ更に効果的に加工できて、加工コアＣ２を更に効率的かつ更に効果的に形成できる。
【００８８】
第１パルスＰ１のピークから第２パルスＰ２のピークまでの期間は、１ナノ秒以下であることが好ましい。電子系の励起の効果、つまり、光吸収コアＣ１は、第１パルスＰ１の照射時から少なくとも１ナノ秒までは残存するからである。そして、光吸収コアＣ１が残存する期間に、第２パルスＰ２を照射することによって、比較的低い光子エネルギーＥｐ２及び比較的低いフルエンスを有する第２パルスＰ２（第２レーザービームＢ２）によって、被加工物ＴＡの光吸収コアＣ１を加工できて、加工コアＣ２を形成できる。
【００８９】
第１パルスＰ１のピークから第２パルスＰ２のピークまでの期間は、４００ピコ秒以下であることが更に好ましい。さらに、第１パルスＰ１のピークから第２パルスＰ２のピークまでの期間は、数１０ピコ秒以下であることが更に好ましい。０秒以上数１０ピコ秒以下の範囲では、光吸収コアＣ１の減衰が比較的小さいからである。
【００９０】
さらに、第１パルスＰ１のピークから第２パルスＰ２のピークまでの期間は、１０ピコ秒以下であることが更に好ましい。光吸収コアＣ１の減衰が更に小さいからである。換言すれば、第１パルスＰ１によって励起された電子の間接遷移が起こる前に、第２パルスＰ２のピークが到来することが好ましい。電子の間接遷移によって徐々に伝導帯の電子が減少するからである。電子の間接遷移とは、励起電子が運動エネルギーを格子にわたして脱励起状態になることである。
【００９１】
次に、図５〜図７を参照して、レーザー加工方法について説明する。図７は、実施形態２に係るレーザー加工方法を示すフローチャートである。図７に示すように、レーザー加工方法は、第１ビーム生成工程Ｓ１１と、第２ビーム生成工程Ｓ１３と、同期工程Ｓ１５と、照射工程Ｓ１７とを含む。レーザー加工装置１は、レーザー加工方法を実行する。
【００９２】
図５及び図７に示すように、第１ビーム生成工程Ｓ１１において、第１レーザー発振器Ａ１は、第１パルスＰ１を含む第１レーザービームＢ１を生成する。
【００９３】
第２ビーム生成工程Ｓ１３において、第２レーザー発振器Ａ２は、第２パルスＰ２を含む第２レーザービームＢ２を生成する。
【００９４】
同期工程Ｓ１５において、照射部３は、第１レーザービームＢ１と第２レーザービームＢ２とを同期させ、複合レーザービームＢＡ１として出力する。つまり、照射部３は、第１パルスＰ１と第２パルスＰ２とが重なるように、第１パルスＰ１及び第２パルスＰ２を制御する。
【００９５】
具体的には、図６に示すように、同期工程Ｓ１５では、照射部３は、第２パルスＰ２のフルエンスが第３閾値Ｆｍ３以上になる期間ΔＴに第１パルスＰ１（例えば、第１パルスＰ１のピーク）が位置するように、第１パルスＰ１と第２パルスＰ２とを制御することが好ましい。さらに、同期工程Ｓ１５では、照射部３は、第１パルスＰ１のピークが第２パルスＰ２のピークよりも前の時間に位置するように、第１パルスＰ１と第２パルスＰ２とを制御することが更に好ましい。
【００９６】
照射工程Ｓ１７において、照射部３は、第１パルスＰ１及び第２パルスを含む複合パルスＣＰ、つまり、複合レーザービームＢＡ１を被加工物ＴＡに照射する。従って、照射工程Ｓ１７では、図４に示す光吸収コア形成工程Ｓ１と加工コア形成工程Ｓ３とが実行される。その結果、実施形態１と同様に、被加工物ＴＡに光吸収コアＣ１が形成されて、更に被加工物ＴＡに加工コアＣ２が形成される（図１（ｂ））。また、第１レーザー発振器Ａ１が複数の第１パルスＰ１を生成し、第２レーザー発振器Ａ２が複数の第２パルスＰ２を生成するため、図４に示す加工コア拡張工程Ｓ５と同様に、加工コアＣ２が拡張される。
【００９７】
以上、図５〜図７を参照して説明したように、実施形態２によれば、光吸収コアＣ１及び加工コアＣ２を形成している。従って、実施形態２では、実施形態１と同様に、比較的低い光子エネルギー及び比較的低いフルエンスを有する複合レーザービームＢＡ１によって被加工物ＴＡを加工できる。
【００９８】
すなわち、実施形態２によれば、第１パルスＩＰの照射によって形成された光吸収コアＣ１で、光吸収率のような材料特性が変化し、加工が容易になる。従って、比較的低い光子エネルギーＥｐ２（例えば、可視光又は近赤外光の光子エネルギー）及び比較的低いフルエンス（例えば、比較的低い電界強度）を有する第２パルスＰ２を用いて、加工コアＣ２を形成及び加工できる。その結果、被加工物ＴＡを精度良く加工できる。例えば、被加工物ＴＡの加工領域の精密な制御を実現できる。また、例えば、被加工物ＴＡのうち所望の加工領域と異なる領域（加工領域外の領域）に損傷を与えることを抑制できる。さらに、例えば、レーザー加工装置１の導入コスト及びランニングコストを低減できる。
【００９９】
特に、光吸収コアＣ１及び加工コアＣ２では加工閾値が低下するため、例えば、ワイドバンドギャップ材料のような一般的には加工が困難な被加工物ＴＡであっても、比較的低い光子エネルギーＥｐ２及び比較的低いフルエンスを有する第２パルスＰ２を用いて、ワイドバンドギャップ材料のような被加工物ＴＡを容易に加工できる。加えて、被加工物ＴＡに損傷を与えることを抑制できる。
【０１００】
なお、一般的には、ワイドバンドギャップ材料を加工する際は、比較的高い光子エネルギーを有するレーザービーム（例えば、紫外光）又は比較的高いフルエンス（例えば、比較的高い電界強度）を有するレーザービームを利用する。従って、被加工物の加工領域の精密な制御を実現できない可能性がある。例えば、被加工物のうち所望の加工領域と異なる領域（加工領域外の領域）に損傷を与える可能性がある。また、例えば、装置の導入コスト及びランニングコストが増加する可能性がある。
【０１０１】
また、実施形態２では、比較的低い光子エネルギーＥｐ１及び比較的低いフルエンスを有する第１パルスＰ１を用いて、被加工物ＴＡの表面に光吸収コアＣ１を形成できる。その結果、被加工物ＴＡを更に精度良く加工できる。例えば、被加工物ＴＡの加工領域の更に精密な制御を実現できる。また、例えば、被加工物ＴＡのうち所望の加工領域と異なる領域（加工領域外の領域）に損傷を与えることを更に抑制できる。さらに、例えば、レーザー加工装置１の導入コスト及びランニングコストを更に低減できる。その他、実施形態２では、実施形態１と同様の効果を有する。
【０１０２】
次に、第１パルスＰ１と第２パルスＰ２とを比較する。例えば、第２パルスＰ２の光子エネルギーＥｐ２は、第１パルスＰ１の光子エネルギーＥｐ１以下であることが好ましい（Ｅｐ２≦Ｅｐ１）。例えば、第２パルスＰ２の光子エネルギーＥｐ２は、第１パルスＰ１の光子エネルギーＥｐ１より小さいことが更に好ましい（Ｅｐ２＜Ｅｐ１）。例えば、第１パルスＰ１のピークフルエンスＰＦ１は、第２パルスＰ２のピークフルエンスＰＦ２以下であることが好ましい（ＰＦ１≦ＰＦ２）。例えば、第１パルスＰ１のピークフルエンスＰＦ１は、第２パルスＰ２のピークフルエンスＰＦ２より小さいことが更に好ましい（ＰＦ１＜ＰＦ２）。例えば、第１レーザー発振器Ａ１の出力は、第２レーザー発振器Ａ２の出力以下であることが好ましい。例えば、第１レーザー発振器Ａ１の出力は、第２レーザー発振器Ａ２の出力より小さいことが更に好ましい。出力は、例えば、ジュール又はワットで表される。
【０１０３】
例えば、第１パルスＰ１は、フェムト秒のオーダーの半値全幅を有するとともに、第２パルスＰ２は、ピコ秒のオーダーの半値全幅を有することが好ましい。例えば、第１パルスＰ１は、フェムト秒のオーダーの半値全幅を有するとともに、第２パルスＰ２は、ナノ秒のオーダーの半値全幅を有することが好ましい。例えば、第１パルスＰ１は、フェムト秒のオーダーの半値全幅を有するとともに、第２パルスＰ２は、ナノ秒のオーダーより長いオーダーの半値全幅を有することが好ましい。例えば、第１パルスＰ１は、ピコ秒のオーダーの半値全幅を有するとともに、第２パルスＰ２は、ピコ秒のオーダーの半値全幅を有することが好ましい。例えば、第１パルスＰ１は、ピコ秒のオーダーの半値全幅を有するとともに、第２パルスＰ２は、ナノ秒のオーダーの半値全幅を有することが好ましい。
【０１０４】
例えば、第１パルスＰ１は、可視光領域の波長、近紫外光領域の波長、又は紫外光領域の波長を有することが好ましい。例えば、第２パルスＰ２は、可視光領域の波長、又は近赤外光領域の波長を有することが好ましい。
【０１０５】
次に、図５及び図８を参照して、複合レーザービームＢＡ１について説明する。図８は、複合レーザービームＢＡ１を示す図である。図８では、横軸は時間を示し、縦軸はフルエンスを示す。図８に示すように、複合レーザービームＢＡ１は、複数の複合パルスＣＰを含む。図５及び図８に示すように、照射部３は、複数の複合パルスＣＰを所定間隔Ｔで出力する。従って、最初の複合パルスＣＰの照射で光吸収コアＣ１及び加工コアＣ２が形成され、最初の複合パルスＣＰに後続する複合パルスＣＰによって更に光吸収コアＣ１及び加工コアＣ２が形成される。その結果、加工コアＣ２が徐々に拡張される。この場合、各複合パルスＣＰの照射位置を徐々に移動させながら第１方向Ｄ１（図１（ｂ））に沿って加工コアＣ２を拡張してもよいし、各複合パルスＣＰの照射位置を略同一にして第２方向Ｄ２（図１（ｂ））に沿って加工コアＣ２を拡張してもよい。
【０１０６】
加工コアＣ２は、比較的低い光子エネルギーＥｐ２及び比較的低いフルエンスを有する第２パルスＰ２によって容易に加工できる。従って、実施形態２によれば、継続的に複合パルスＣＰを照射することによって、加工コアＣ２を拡張し、被加工物ＴＡ（例えば、ワイドバンドギャップ材料）を効果的に加工できる。
【０１０７】
（変形例１）
本発明の実施形態２の変形例１では、レーザー加工装置１の照射部３は、第１レーザー発振器Ａ１及び／又は第２レーザー発振器Ａ２を制御して、第１レーザー発振器Ａ１が生成及び出力する第１レーザービームＢ１と第２レーザー発振器Ａ２が生成及び出力する第２レーザービームＢ２とを同期させる。変形例１のその他の構成及び原理は、実施形態２と同様である。従って、変形例１では、実施形態２と同様の効果を有する。
【０１０８】
（変形例２）
本発明の実施形態２の変形例２では、レーザー加工装置は、１つのレーザー発振器を備える。そして、１つのレーザー発振器が生成及び出力するレーザービームを２つに分岐して、第１レーザービームＢ１と第２レーザービームＢ２とを生成する。変形例２のその他の構成及び原理は、実施形態２と同様である。従って、変形例２では、実施形態２と同様の効果を有する。
【０１０９】
例えば、レーザー発振器として、ＹＡＧレーザーを使用できる。例えば、ＹＡＧレーザーの基本波の波長は１０６４ｎｍであり、第２高調波の波長は５３２ｎｍ（グリーンレーザー）であり、第３高調波の波長は３５５ｎｍ（近紫外光レーザー）である。例えば、レーザー発振器として、チタンサファイアレーザーを使用できる。例えば、チタンサファイアレーザーの基本波の波長は８００ｎｍであり、第２高調波の波長は４００ｎｍである。
【０１１０】
例えば、第２高調波又は第３高調波を第１レーザービームＢ１として利用し、基本波を第２レーザービームＢ２として利用する。例えば、第３高調波を第１レーザービームＢ１として利用し、第２高調波を第２レーザービームＢ２として利用する。
【０１１１】
（実施形態３）
図５、図９、及び図１０を参照して、本発明の実施形態３に係るレーザー加工装置及びレーザー加工方法について説明する。実施形態３に係るレーザー加工装置の構成は、図５を参照して説明した実施形態２に係るレーザー加工装置１の構成と同様である。従って、以下、実施形態３に係るレーザー加工装置を「レーザー加工装置１」と記載する。ただし、実施形態３では、第２レーザー発振器Ａ２が一定レベルのフルエンスを有する連続波を発振する点で、第２パルスＰ２を繰り返し発振する実施形態２と異なる。以下、実施形態３が実施形態２と異なる点を主に説明する。
【０１１２】
図９は、実施形態３に係るレーザー加工方法を示すフローチャートである。図１０は、実施形態３に係る複合レーザービームＢＡ２を示す図である。図１０では、横軸は時間を示し、縦軸はフルエンスを示す。
【０１１３】
図９に示すように、レーザー加工方法は、第１ビーム生成工程Ｓ２１と、第２ビーム生成工程Ｓ２３と、照射工程Ｓ２５とを含む。レーザー加工装置１は、レーザー加工方法を実行する。
【０１１４】
図５、図９、及び図１０に示すように、第１ビーム生成工程Ｓ２１において、第１レーザー発振器Ａ１は、第１レーザービームＢ１を生成する。第１レーザービームＢ１は、実施形態２に係る第１レーザービームＢ１と同様である。具体的には、第１レーザー発振器Ａ１は、複数の第１パルスＰ１（複数のパルス）を所定間隔Ｔで生成及び出力する。
【０１１５】
第１パルスＰ１のピークフルエンスＰＦ１は、第１閾値Ｆｍ１以上である。第１閾値Ｆｍ１は、実施形態２に係る第１閾値Ｆｍ１と同じである。その他、第１ビーム生成工程Ｓ２１は、実施形態２に係る第１ビーム生成工程Ｓ１１と同様である。
【０１１６】
第２ビーム生成工程Ｓ２３において、第２レーザー発振器Ａ２は、第２レーザービームＣＷを生成する。第２レーザービームＣＷは、一定レベルＬのフルエンスを有する連続波（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ）である。
【０１１７】
第２レーザービームＣＷの一定レベルＬは、第２閾値Ｆｍ２以上である。第２閾値Ｆｍ２は、第２レーザービームＣＷに基づく多光子吸収によって被加工物ＴＡのバンドギャップを超えるためのフルエンスの下限値を示す。また、一定レベルＬは、第２レーザービームＣＷに基づくＭ光子吸収によって被加工物ＴＡのバンドギャップを超えるフルエンスを示すことが好ましい。「Ｍ」は、２以上の整数を示す。その他、「Ｍ」は、第２パルスＰ２における「Ｍ」と同様である。一定レベルＬは、第３閾値Ｆｍ３以上であることが好ましい。第３閾値Ｆｍ３は、実施形態２に係る第３閾値Ｆｍ３と同じである。さらに、一定レベルＬは、被加工閾値Ｆｄよりも小さい。被加工閾値Ｆｄは実施形態２に係る被加工閾値Ｆｄと同じである。一定レベルＬは、第２レーザービームＣＷのフルエンスの最大値に相当する。
【０１１８】
照射工程Ｓ２５において、照射部３は、第１レーザービームＢ１及び第２レーザービームＣＷを含む複合レーザービームＢＡ２を被加工物ＴＡに照射する。具体的には、照射工程Ｓ２５では、照射部３は、第１パルスＰ１が第２レーザービームＣＷに重なるように、第１パルスＰ１を照射する。従って、照射工程Ｓ２５では、図４に示す光吸収コア形成工程Ｓ１と加工コア形成工程Ｓ３とが実行される。その結果、実施形態１と同様に、被加工物ＴＡに光吸収コアＣ１が形成されて、更に被加工物ＴＡに加工コアＣ２が形成される（図１（ｂ））。また、第１レーザー発振器Ａ１が複数の第１パルスＰ１を生成し、第２レーザー発振器Ａ２が第２レーザービームＣＷを生成するため、図４に示す加工コア拡張工程Ｓ５と同様に、加工コアＣ２が拡張される。
【０１１９】
例えば、第１パルスＰ１は、可視光領域の波長、近紫外光領域の波長、又は紫外光領域の波長を有することが好ましい。例えば、第２レーザービームＣＷは、可視光領域の波長、又は近赤外光領域の波長を有することが好ましい。
【０１２０】
以上、図５、図９、及び図１０を参照して説明したように、実施形態３によれば、光吸収コアＣ１及び加工コアＣ２を形成している。従って、実施形態３では、実施形態２と同様に、比較的低い光子エネルギー及び比較的低いフルエンスを有する複合レーザービームＢＡ２によって被加工物（例えば、ワイドバンドギャップ材料）を加工できる。その他、実施形態３では、実施形態２と同様の効果を有する。
【０１２１】
また、実施形態３によれば、連続波である第２レーザービームＣＷを照射することによって、加工コアＣ２を拡張し、被加工物ＴＡ（例えば、ワイドバンドギャップ材料）を効果的に加工できる。
【０１２２】
さらに、実施形態３によれば、実施形態２のような同期工程Ｓ１５（図７）が不要であるため、第１レーザービームＢ１及び第２レーザービームＣＷの制御が容易である。また、レーザー加工装置１のコストを低減できる。
【０１２３】
以上、図１〜図１０を参照して説明した実施形態１〜実施形態３では、光吸収コアＣ１及び加工コアＣ２が、被加工物ＴＡの内部に形成された。ただし、光吸収コアＣ１及び加工コアＣ２が、被加工物ＴＡの表面に形成されてもよい。また、第１パルスＰ１は最初だけ照射されてもよい。さらに、実施形態２では、複合パルスＣＰが少なくとも１つ存在すれば、複合レーザービームＢＡ１に、第１パルスＰ１と第２パルスＰ２とが重なっていない第２パルスＰ２だけが含まれていてもよい。さらに、実施形態３では、第１パルスＰ１の間隔を任意に設定できる。例えば、第１パルスＰ１と第１パルスＰ１との間隔は、複数の第１パルスＰ１において、一定であってもよいし、異なっていてもよい。
【０１２４】
（実施形態４）
図３、図１１、及び図１２を参照して、本発明の実施形態４に係るレーザー加工装置及びレーザー加工方法について説明する。実施形態４に係るレーザー加工装置の構成は、図３を参照して説明した実施形態１に係るレーザー加工装置１の構成と同様である。従って、以下、実施形態４に係るレーザー加工装置を「レーザー加工装置１」と記載する。ただし、実施形態４では、光吸収コアＣ１を被加工物ＴＡの隣接領域に形成する点で、光吸収コアＣ１を被加工物ＴＡに形成する実施形態１と異なる。以下、実施形態４が実施形態１と異なる点を主に説明する。
【０１２５】
まず、図３及び図１１を参照して、実施形態４に係るレーザー加工方法について説明する。図１１は、レーザー加工方法を示す図である。図１１に示すように、被加工物ＴＡ上に（具体的には、被加工物ＴＡの表面に）特定層Ｏｂが形成されている。従って、特定層Ｏｂは被加工物ＴＡに接触している。特定層Ｏｂは、例えば、膜である。特定層Ｏｂは、例えば、カーボン膜である。特定層Ｏｂの光吸収率は、被加工物ＴＡの光吸収率よりも大きい。従って、特定層Ｏｂの光吸収率が被加工物ＴＡの光吸収率よりも大きい限りにおいて、特定層Ｏｂの素材は特に限定されない。特定層Ｏｂは、例えば、無機物質又は有機物質である。無機物質は、１種類の原子から構成されていてもよいし、無機化合物であってもよい。有機物質は、１種類の原子から構成されていてもよいし、有機化合物であってもよい。また、例えば、特定層Ｏｂの厚みは、被加工物ＴＡの厚みよりも小さい。特定層Ｏｂの厚みは、例えば、数ナノメートル以上数十ナノメートル以下である。
【０１２６】
図３及び図１１に示すように、照射部３は、複合レーザービームＢＡ１を特定層Ｏｂに照射する。複合レーザービームＢＡ１は、第１レーザービームＢ１と、第２レーザービームＢ２とを含む。第１レーザービームＢ１は第１パルスＰ１を含む。
【０１２７】
第１パルスＰ１の光子エネルギーＥｐ１は、特定層Ｏｂのバンドギャップより小さい。第１パルスＰ１のピークフルエンスＰＦ１は、第４閾値Ｆｍ４以上である。第４閾値Ｆｍ４は、第１パルスＰ１に基づく多光子吸収によって特定層Ｏｂのバンドギャップを超えるためのフルエンスの下限値を示す。第４閾値Ｆｍ４は、第１パルスＰ１の光子エネルギーＥｐ１に依存する。例えば、第１パルスＰ１の光子エネルギーＥｐ１が大きいと、第４閾値Ｆｍ４が小さい。その他、第１パルスＰ１の特性は、実施形態１に係る第１パルスＰ１の特性と同様である。
【０１２８】
第１パルスＰ１が特定層Ｏｂに照射されると、第１パルスＰ１のピークフルエンスＰＦ１が第４閾値Ｆｍ４以上であるため、第１レーザービームＢ１の集光点では、集光点以外の領域よりも光吸収率が高い光吸収コアＣ１が形成される。つまり、特定層Ｏｂに光吸収コアＣ１が形成される。実施形態４では、特定層Ｏｂは、光吸収コアＣ１を形成する「対象物」に相当する。
【０１２９】
具体的には、光吸収コアＣ１は、特定層Ｏｂのうち、第１レーザービームＢ１（具体的には第１パルスＰ１）の照射されていない領域の光吸収率よりも大きな光吸収率を有する領域である。また、光吸収コアＣ１の光吸収率は、被加工物ＴＡの光吸収率よりも大きい。
【０１３０】
更に具体的には、光吸収コアＣ１は、特定層Ｏｂのうち、過渡的な光吸収率の変化を伴う領域である。「過渡的な光吸収率の変化」は、光吸収による特定層Ｏｂの価電子密度の変化に起因する光吸収率の変化を示す。
【０１３１】
光吸収コアＣ１の電子温度は、光吸収コアＣ１の形成前の特定層Ｏｂの電子温度よりも高い。また、光吸収コアＣ１は、新たな第１パルスＰ１を照射しない限り、光吸収コアＣ１の電子温度がピークになった後に減衰する。ただし、光吸収コアＣ１での特定層ｏｂの密度は略一定であり、電子温度に依存しない。また、光吸収コアＣ１での被加工物ＴＡの密度は、光吸収コアＣ１の形成前の特定層Ｏｂの密度と略等しい。さらに、光吸収コアＣ１では、電子の状態変化が格子の状態変化よりも優勢である。
【０１３２】
また、「励起」の観点からは、光吸収コアＣ１は、実施形態１に係る光吸収コアＣ１と同様に定義される。その他、光吸収コアＣ１の特性は、実施形態１に係る光吸収コアＣ１の特性と同様である。また、光吸収コアＣ１が生成される原理は、実施形態１に係る光吸収コアＣ１が生成される原理と同様である。
【０１３３】
特定層Ｏｂに光吸収コアＣ１が形成されると、光吸収コアＣ１の影響を受けて、被加工物ＴＡのうち光吸収コアＣ１に隣接している領域の光吸収率が上昇する。例えば、光吸収コアＣ１の高い電子温度の影響を受けて、被加工物ＴＡのうち光吸収コアＣ１に隣接している領域の電子温度が上昇する。その結果、被加工物ＴＡのうち、光吸収コアＣ１に隣接している領域の光吸収率が上昇する。
【０１３４】
第２レーザービームＢ２は第２パルスＰ２を含む。第２パルスＰ２は、例えば、実施形態１に係る第２パルスＰ２と同様である。
【０１３５】
第２パルスＰ２が光吸収コアＣ１を介して被加工物ＴＡに照射されると、比較的低い光子エネルギーＥｐ２及び比較的低いフルエンスを有する第２パルスＰ２によって、被加工物ＴＡのうち光吸収コアＣ１に隣接している領域に加工コアＣ２が形成される。なぜなら、光吸収コアＣ１に隣接している領域の光吸収率が上昇しているからである。
【０１３６】
加工コアＣ２は、光吸収コアＣ１を起源として被加工物ＴＡが変質した層である。「変質」は、被加工物ＴＡの物性が変化することを示す。ただし、「物性」は、加工コアＣ２の消滅後には、元の物性に戻る。「物性」は、実施形態１で説明した「物性」と同様である。物性の変化した加工コアＣ２は加工され易いため、加工コアＣ２に第２パルスＰ２が照射されていると、被加工物ＴＡの加工が更に進行する。その他、加工コアＣ２の特性は、実施形態１に係る加工コアＣ２の特性と同様である。
【０１３７】
なお、光吸収コアＣ１への第２パルスＰ２の照射タイミングは、実施形態１と同様である。従って、光吸収コアＣ１の存続期間中に第２パルスＰ２が光吸収コアＣ１に照射される限り、本発明は適用可能である。また、第１パルスＰ１は光吸収コアＣ１を形成するためのパルスであり、被加工物ＴＡを加工するためのパルスではない。従って、第１パルスＰ１の光子エネルギーＥｐ１及びフルエンスは比較的低くても十分である。
【０１３８】
以上、図１１を参照して説明したように、実施形態４によれば、光吸収コアＣ１及び加工コアＣ２を形成している。その結果、実施形態１と同様に、比較的低い光子エネルギー及び比較的低いフルエンスを有する第１パルスＰ１と第２パルスＰ２とを使用して、比較的高い被加工閾値Ｆｄを有する被加工物ＴＡ（例えば、ワイドバンドギャップ材料）を加工できる。その他、実施形態４では、実施形態１と同様の効果を有する。
【０１３９】
また、実施形態４によれば、被加工物ＴＡ上に特定層Ｏｂを形成する。そして、特定層Ｏｂの光吸収率は被加工物ＴＡの光吸収率よりも大きい。従って、比較的低い光子エネルギーＥｐ１及び比較的低いフルエンスを有する第１パルスＰ１によって容易に光吸収コアＣ１を形成できる。そして、特定層Ｏｂに形成された光吸収コアＣ１を起源として、比較的低い光子エネルギーＥｐ２及び比較的低いフルエンスを有する第２パルスＰ２によって、光吸収コアＣ１に隣接している被加工物ＴＡに容易に加工コアＣ２を形成できる。
【０１４０】
その結果、第２パルスＰ２が比較的低い光子エネルギーＥｐ２及び比較的低いフルエンスを有する場合でも、第２パルスＰ２を加工コアＣ２に照射することによって、被加工閾値Ｆｄが高く加工の困難な被加工物ＴＡ（例えば、合成石英）を加工できる。特に、実施形態４は、光吸収コアＣ１が形成され難い被加工物ＴＡの加工に好適である。
【０１４１】
さらに、実施形態４によれば、加工の困難な被加工物ＴＡであっても、被加工物ＴＡに特定層Ｏｂを形成するだけで、比較的低い光子エネルギー及び比較的低いフルエンスを有する第１パルスＰ１と第２パルスＰ２とを使用して、被加工物ＴＡを加工できる。特に、高出力レーザーが不要であるため、レーザー加工装置１のコストを低減できるとともに、光学系の調整が容易である。
【０１４２】
次に、図３及び図１２を参照して、実施形態４に係るレーザー加工方法について説明する。図１２は、レーザー加工方法を示すフローチャートである。図１２に示すように、レーザー加工方法は、特定層形成工程Ｓ３１と、光吸収コア形成工程Ｓ３３と、加工コア形成工程Ｓ３５と、加工コア拡張工程Ｓ３７とを含む。レーザー加工装置１は、レーザー加工方法を実行する。
【０１４３】
図１２に示すように、特定層形成工程Ｓ３１において、特定層形成装置（不図示）が、被加工物ＴＡ上に特定層Ｏｂを形成する。例えば、特定層形成装置は、成膜装置であり、特定層Ｏｂとしての膜を被加工物ＴＡ上に形成する。
【０１４４】
図３及び図１２に示すように、光吸収コア形成工程Ｓ３３において、照射部３は、第１レーザービームＢ１（具体的には第１パルスＰ１）を特定層Ｏｂに照射して、特定層Ｏｂに光吸収コアＣ１を形成する。
【０１４５】
加工コア形成工程Ｓ３５において、照射部３は、第２レーザービームＢ２（具体的には第２パルスＰ２）を特定層Ｏｂに形成された光吸収コアＣ１に照射して、被加工物ＴＡに加工コアＣ２を形成する。つまり、照射部３は、第２レーザービームＢ２（具体的には第２パルスＰ２）を、光吸収コアＣ１を介して被加工物ＴＡに照射して、被加工物ＴＡに加工コアＣ２を形成する。そして、第２パルスＰ２によって加工コアＣ２が加工される。
【０１４６】
加工コア拡張工程Ｓ３７において、照射部３は、第２レーザービームＢ２（具体的には第２パルスＰ２）によって加工コアＣ２を拡張する。そして、拡張された加工コアＣ２が、第２パルスＰ２によって加工されるため、加工領域を拡張できる。なお、実施形態４でも、実施形態１に係る加工コア拡張の第１例〜第３例を適用可能である。また、被加工物ＴＡの加工完了後に、特定層Ｏｂを除去してもよいし、特定層Ｏｂを除去しなくてもよい。
【０１４７】
（実施形態５）
図５及び図１３を参照して、本発明の実施形態５に係るレーザー加工装置及びレーザー加工方法について説明する。実施形態５に係るレーザー加工装置の構成は、図５を参照して説明した実施形態２に係るレーザー加工装置１の構成と同様である。従って、以下、実施形態５に係るレーザー加工装置を「レーザー加工装置１」と記載する。ただし、実施形態５では、光吸収コアＣ１を被加工物ＴＡの隣接領域に形成する点で、光吸収コアＣ１を被加工物ＴＡに形成する実施形態２と異なる。また、実施形態５は、光吸収コアＣ１を被加工物ＴＡの隣接領域に形成する点で実施形態４と共通する。以下、実施形態５が実施形態２及び実施形態４と異なる点を主に説明する。
【０１４８】
図１３は、実施形態５に係るレーザー加工方法を示すフローチャートである。図１３に示すように、レーザー加工方法は、特定層形成工程Ｓ４１と、第１ビーム生成工程Ｓ４３と、第２ビーム生成工程Ｓ４５と、同期工程Ｓ４７と、照射工程Ｓ４９とを含む。レーザー加工装置１は、レーザー加工方法を実行する。
【０１４９】
図１３に示すように、特定層形成工程Ｓ４１において、特定層形成装置（不図示）が、被加工物ＴＡ上に特定層Ｏｂを形成する。
第１ビーム生成工程Ｓ４３において、第１レーザー発振器Ａ１は、第１パルスＰ１を含む第１レーザービームＢ１を生成する。
第２ビーム生成工程Ｓ４５において、第２レーザー発振器Ａ２は、第２パルスＰ２を含む第２レーザービームＢ２を生成する。
同期工程Ｓ４７において、照射部３は、第１レーザービームＢ１と第２レーザービームＢ２とを同期させ、複合レーザービームＢＡ１として出力する。
【０１５０】
照射工程Ｓ４９において、照射部３は、第１パルスＰ１及び第２パルスを含む複合パルスＣＰ、つまり、複合レーザービームＢＡ１（図８）を特定層Ｏｂ及び被加工物ＴＡに照射する。具体的には、第１パルスＰ１が特定層Ｏｂに照射され、第２パルスＰ２が特定層Ｏｂを介して被加工物ＴＡに照射される。従って、照射工程Ｓ４９では、図１２に示す光吸収コア形成工程Ｓ３３と加工コア形成工程Ｓ３５とが実行される。その結果、実施形態４と同様に、特定層Ｏｂに光吸収コアＣ１が形成されて、更に被加工物ＴＡに加工コアＣ２が形成される（図１１）。また、第１レーザー発振器Ａ１が複数の第１パルスＰ１を生成し、第２レーザー発振器Ａ２が複数の第２パルスＰ２を生成するため、図１２に示す加工コア拡張工程Ｓ３７と同様に、加工コアＣ２が拡張される。
【０１５１】
以上、図１３を参照して説明したように、実施形態５によれば、光吸収コアＣ１及び加工コアＣ２を形成している。その結果、実施形態４と同様に、比較的低い光子エネルギー及び比較的低いフルエンスを有する第１パルスＰ１と第２パルスＰ２とを使用して、比較的高い被加工閾値Ｆｄを有する被加工物ＴＡを加工できる。
【０１５２】
また、実施形態５によれば、光吸収率の大きい特定層Ｏｂに第１パルスＰ１を照射するため、実施形態４と同様に、比較的低い光子エネルギーＥｐ１及び比較的低いフルエンスを有する第１パルスＰ１によって特定層Ｏｂに容易に光吸収コアＣ１を形成できる。また、実施形態４と同様に、特定層Ｏｂに形成された光吸収コアＣ１を起源として、比較的低い光子エネルギーＥｐ２及び比較的低いフルエンスを有する第２パルスＰ２によって、光吸収コアＣ１に隣接している被加工物ＴＡに容易に加工コアＣ２を形成できる。その他、実施形態５では、実施形態４と同様の効果を有する。
【０１５３】
（変形例）
実施形態５の変形例として、第２ビーム生成工程Ｓ４５において、第２レーザー発振器Ａ２は、第２レーザービームＢ２に代えて、実施形態３に係る第２レーザービームＣＷを生成してもよい。この場合は、同期工程Ｓ４７が省略される。また、照射工程Ｓ４９では、第１レーザービームＢ１及び第２レーザービームＣＷを含む複合レーザービームＢＡ２（図１０）が特定層Ｏｂ及び被加工物ＴＡに照射される。変形例でも、実施形態５と同様に、比較的低い光子エネルギー及び比較的低いフルエンスを有する第１レーザービームＢ１及び第２レーザービームＣＷによって被加工物ＴＡを加工できる。
【０１５４】
次に、本発明が実施例に基づき具体的に説明されるが、本発明は以下の実施例によって限定されない。
【実施例】
【０１５５】
［実施例１〜実施例３］
本発明の実施例１〜実施例３では、ワイドバンドギャップ材料として（表１）に示す「４Ｈ−ＳｉＣ」を被加工物ＴＡとして採用した。被加工物ＴＡは基板であった。被加工物ＴＡである「４Ｈ−ＳｉＣ」のＳｉ面とＣ面とのうちＳｉ面（０００１）を研磨して、後述のダブルパルスビームを照射した。【０１５６】
【表１】
2018034237.tif 000003
【０１５７】
レーザー発振器は、チタンサファイアレーザーであった。レーザー発振器が生成するオリジナルレーザー光ＯＰの中心波長は７９４ｎｍであった。オリジナルレーザー光ＯＰに含まれるパルスの半値全幅は８０ｆｓであった。繰り返し周波数は１０Ｈｚであった。中心波長が７９４ｎｍであるため、オリジナルレーザー光ＯＰの光子エネルギーは１．５６ｅＶであった。オリジナルレーザー光ＯＰの光子エネルギーは、被加工物ＴＡのバンドギャップ（＝３．２６ｅＶ）より小さかった。【０１５８】
オリジナルレーザー光ＯＰに基づいて、第１パルスと第２パルスとを生成した。第１パルスは、実施形態２の第１パルスＰ１と同様の機能を有し、第２パルスは、実施形態２の第２パルスＰ２と同様の機能有した。第２パルスは第１パルスに対してパルス間隔τだけ遅延していた。第１パルスと第２パルスとはダブルパルスビームを構成した。【０１５９】
第１パルスの光子エネルギーは被加工物ＴＡのバンドギャップより小さく、第２パルスの光子エネルギーは被加工物ＴＡのバンドギャップより小さかった。被加工物ＴＡの被加工閾値Ｆｄは９９０［ｍＪ／ｃｍ2］であった。第１パルス及び第２パルスの各々のピークフルエンスは、８００［ｍＪ／ｃｍ2］であった。第１パルス及び第２パルスの各々は、近赤外光であった。【０１６０】
そして、実施例１〜実施例３では、第１パルスによって，光吸収コアＣ１が形成され、低光子エネルギービームに対する光吸収率が上昇する時、形成された光吸収コアＣ１の持続時間を検証するため、被加工物ＴＡに対して、第１パルスを照射後にタイミングを変えて、第２パルスを照射して加工を行い、加工閾値（第３閾値）Ｆｍ３を計測した。【０１６１】
比較例として、バンドギャップが３．２６［ｅＶ］の被加工物ＴＡに光子エネルギー１．５６［ｅＶ］、波長７９４ｎｍのビームを照射する場合、多光子吸収による加工が顕在化しないフルエンス（照度）のレーザーを照射した場合、繰り返しレーザー照射を行っても、被加工物ＴＡ表面は加工されなかった。【０１６２】
（実施例１）
図１４は、本発明の実施例１に係る加工痕１１を示す図である。図１４に示すように、写真１０ａ〜写真１０ｃは、ＡＦＭによる観測結果を示した。被加工物ＴＡに第１パルスを出射し、光吸収コアＣ１を形成した直後に、第２パルスを照射した場合に、加工痕１１が形成された。具体的には、写真１０ａには、パルス間隔τが１ｐｓの第１パルス及び第２パルスを照射したときの加工痕１１が現れた。写真１０ｂには、パルス間隔τが１０ｐｓの第１パルス及び第２パルスを照射したときの加工痕１１が現れた。写真１０ｃには、パルス間隔τが１００ｐｓの第１パルス及び第２パルスを照射したときの加工痕１１が現れた。実施例１では、低い光子エネルギー及び低いフルエンスを有する第１パルス及び第２パルスによって、ワイドバンドギャップ材料である被加工物ＴＡを加工できた。【０１６３】
以上、図１４を参照して説明したように、実施例１では、写真１０ａ〜写真１０ｃに示すように、パルス間隔τが大きくなるほど、加工痕１１が小さくなった。従って、第１パルスの照射時からの経過時間に伴って、光吸収コアＣ１が減衰することを確認できた。ただし、写真１０ａ及び写真１０ｂの加工痕１１が比較的大きく、更に、写真１０ａの加工痕１１の大きさと写真１０ｂの加工痕１１の大きさが同程度であるため、パルス間隔τが１０ｐｓ以下であると、光吸収コアＣ１の減衰が比較的小さいことを確認できた。つまり、パルス間隔τが１０ｐｓ以下であると、被加工物ＴＡを効果的に加工できた。【０１６４】
（実施例２）
図１５は、本発明の実施例２に係る加工閾値Ｆｍ３を示す図である。図１５では、横軸はパルス間隔τを示し、縦軸はフルエンスを示す。図１５に示す実施例２では、第１パルスを照射後に、パルス間隔τを代えて、低光子エネルギーの第２パルスを照射した際の被加工物ＴＡの加工閾値Ｆｍ３の変化を示した。【０１６５】
図１５に示すように、比較例に係る第１被加工閾値Ｆｄ１が１１００［ｍＪ／ｃｍ2］であり、比較例に係る第２被加工閾値Ｆｄ２が９９０［ｍＪ／ｃｍ2］であった。第１被加工閾値Ｆｄ１及び第２被加工閾値Ｆｄ２は、ピーク強度が１６００［ｍＪ／ｃｍ2］の高強度電界ビームを照射した時の被加工物ＴＡの加工閾値を示した。具体的には、第１被加工閾値Ｆｄ１は、被加工物ＴＡに励起層（光吸収コアＣ１）が形成されていない時に被加工物ＴＡをアブレーション加工可能なフルエンスの下限値を示した。アブレーションとは、プラズマ化した原子のクラスター又はプラズマ化した原子が飛散することである。第２被加工閾値Ｆｄ２は、被加工物ＴＡに励起層（光吸収コアＣ１）が形成されていない時に被加工物ＴＡをアニーリング加工可能なフルエンスの下限値を示した。アニーリングとは、非熱的効果によって表面近傍から原子が除去されことである。【０１６６】
実施例２に係る加工閾値Ｆｍ３は、比較例に係る第１被加工閾値Ｆｄ１より小さく、比較例に係る第２被加工閾値Ｆｄ２より小さかった。【０１６７】
以上、図１５を参照して説明したように、実施例２では、パルス間隔τが１０ｐｓ以下までは、加工閾値Ｆｍ３が一定であった。従って、パルス間隔τが１０ｐｓ以下までは、光吸収コアＣ１の減衰が比較的小さいことを確認できた。【０１６８】
（実施例３）
本発明の実施例３として、第１パルスのピークフルエンスＰＦ１を変えたときの第２パルスに基づく加工閾値Ｆｍ３を計測した。パルス間隔τは１ｐｓであった。【０１６９】
図１６は、実施例３に係る第１パルスのピークフルエンスＰＦ１と第２パルスの加工閾値Ｆｍ３との関係を示す図である。図１６では、四角形のマークは、第２パルスに基づく加工閾値Ｆｍ３を示し、菱形のマークは、第２パルスに基づく加工閾値Ｆｍ３と第１パルスのピークフルエンスＰＦ１との和を示す。【０１７０】
図１６に示すように、第２パルスに基づく加工閾値Ｆｍ３は、第１パルスのピークフルエンスＰＦ１に略比例した。比例定数は負であった。つまり、第１パルスのピークフルエンスＰＦ１を大きくする程、加工閾値Ｆｍ３が小さくなった。換言すれば、第１パルスのピークフルエンスＰＦ１を大きくして、第１パルスに基づく励起による種電子を多く生成するほど、第２パルスに基づく加工閾値Ｆｍ３が小さくなることを確認できた。【０１７１】
［実施例４、実施例５］
本発明の実施例４及び実施例５並びに比較例１〜比較例８では、ワイドバンドギャップ材料として、合成石英（ＳｉＯ2）を被加工物ＴＡとして採用した。被加工物ＴＡは基板であった。また、実施例４、５、及び比較例５〜８では、特定層Ｏｂとしてカーボン膜を採用した。具体的には、成膜装置によってカーボンを被加工物ＴＡである合成石英の基板に蒸着させて、合成石英の基板上にカーボン膜を形成した。膜厚は約３０ｎｍであった。【０１７２】
実施例４、５、及び比較例１〜８では、レーザー発振器は、チタンサファイアレーザーであった。レーザー発振器が生成するオリジナルレーザー光ＯＰの中心波長は７９４ｎｍであった。オリジナルレーザー光ＯＰに含まれるパルスの半値全幅は８５ｆｓであった。パルスのパルス幅（１／ｅ2）は、実測値で３０．０μｍであった。パルス幅は、被加工物ＴＡの表面又は特定層Ｏｂの表面でのパルス幅を示した。【０１７３】
まず、図１７（ａ）〜図１８（ｂ）を参照して、比較例１〜４について説明する。比較例１〜４では、１つのパルス又は２つのパルスを、特定層Ｏｂの形成されていない被加工物ＴＡに照射した。そして、被加工物ＴＡを微分干渉顕微鏡によって観察した。【０１７４】
比較例１では、１つのパルスを１回だけ被加工物ＴＡに照射した。また、１つのパルスのパルスエネルギーは、５．９５μＪ〜６．６５μＪであった。１つのパルスのピークフルエンスは、１６４５ｍＪ／ｃｍ2であった。
比較例２では、２つのパルスを１００ｍｓの間隔で１回だけ被加工物ＴＡに照射した。１つのパルスのパルスエネルギーは比較例１と同じであり、１つのパルスのフルエンスは比較例１と同じであった。
比較例３では、１つのパルスを１回だけ被加工物ＴＡに照射した。また、１つのパルスのパルスエネルギーは比較例１の２倍であり、１つのパルスのフルエンスは比較例１の２倍であった。
比較例４では、２つのパルスを４００ｆｓの間隔で１回だけ被加工物ＴＡに照射した。１つのパルスのパルスエネルギーは比較例１と同じであり、１つのパルスのフルエンスは比較例１と同じであった。【０１７５】
（比較例１）
図１７（ａ）は、比較例１に係るパルスの照射結果を示す図である。図１７（ａ）に示すように、被加工物ＴＡに加工痕は観察されなかった。従って、パルスのピークフルエンスは、被加工閾値Ｆｄよりも小さかった。また、１つのパルスを１回だけ照射したため、加工コアＣ２が被加工物ＴＡに形成されていないことは明らかだった。【０１７６】
（比較例２）
図１７（ｂ）は、比較例２に係るパルスの照射結果を示す図である。図１７（ｂ）に示すように、被加工物ＴＡに加工痕は観察されなかった。従って、パルス間隔（１００ｍｓ）の長い２つのパルスを１回だけ照射したが、光吸収コアＣ１及び加工コアＣ２が被加工物ＴＡに形成されなかったと推定できた。【０１７７】
（比較例３）
図１８（ａ）は、比較例３に係るパルスの照射結果を示す図である。図１８（ａ）に示すように、被加工物ＴＡに加工痕１３が観察された。加工痕１３は、略円形の白いスポットとして観察された。従って、パルスのフルエンスは、被加工閾値Ｆｄよりも大きかった。加工痕１３は、非線形光学効果に起因する光吸収加工であると推定できた。また、１つのパルスを１回だけ照射したため、加工コアＣ２が被加工物ＴＡに形成されていないことは明らかだった。【０１７８】
（比較例４）
図１８（ｂ）は、比較例４に係るパルスの照射結果を示す図である。図１８（ｂ）に示すように、被加工物ＴＡに加工痕は観察されなかった。従って、パルス間隔（４００ｆｓ）の短い２つのパルスを１回だけ照射したが、光吸収コアＣ１及び加工コアＣ２が被加工物ＴＡに形成されなかったと推定できた。【０１７９】
比較例３及び比較例４を比較すると、特定層Ｏｂの形成されていない被加工物ＴＡを加工するためには、高いパルスエネルギーのパルスの照射が不可欠であることが確認できた。【０１８０】
次に、図１９（ａ）〜図２０（ｂ）を参照して、実施例４及び比較例５〜７について説明する。実施例４及び比較例５〜７では、１つのパルス又は２つのパルスを、特定層Ｏｂの形成された被加工物ＴＡに照射した。そして、被加工物ＴＡを微分干渉顕微鏡によって観察した。【０１８１】
比較例５では、パルスの条件は、比較例１と同じであった。
比較例６では、パルスの条件は、比較例２と同じであった。
比較例７では、パルスの条件は、比較例３と同じであった。
実施例４では、パルスの条件は、比較例４と同じであった。【０１８２】
（比較例５）
図１９（ａ）は、比較例５に係るパルスの照射結果を示す図である。図１９（ａ）に示すように、特定層Ｏｂに加工痕１５が観察された。比較例５のパルスの条件は比較例１のパルスの条件と同じであるため、被加工物ＴＡが加工されていなことを推定できた。つまり、加工が、特定層Ｏｂに留まり、被加工物ＴＡまで到達していないことが推定できた。また、特定層Ｏｂに加工痕１５が形成されているため、特定層Ｏｂに光吸収コアＣ１が形成されていると推定できた。一方、１つのパルスを１回だけ照射したため、加工コアＣ２が被加工物ＴＡに形成されていないことは明らかだった。【０１８３】
（比較例６）
図１９（ｂ）は、比較例６に係るパルスの照射結果を示す図である。図１９（ｂ）に示すように、特定層Ｏｂに加工痕１７が観察された。しかしながら、加工痕１７の形態が、比較例５の加工痕１５の形態と同様であったため、被加工物ＴＡは加工されていないと推定できた。つまり、加工は、特定層Ｏｂに留まり、被加工物ＴＡまで到達していないことが推定できた。また、特定層Ｏｂに加工痕１７が形成されているため、特定層Ｏｂに光吸収コアＣ１が形成されていると推定できた。また、パルス間隔（１００ｍｓ）の長い２つのパルスを１回だけ照射したが、加工コアＣ２が被加工物ＴＡに形成されていないと推定できた。なぜなら、被加工物ＴＡが加工されていなかったためである。【０１８４】
（比較例７）
図２０（ａ）は、比較例７に係るパルスの照射結果を示す図である。図２０（ａ）に示すように、加工痕１９が観察された。加工痕１９の形態は、比較例５の加工痕１５及び比較例６の加工痕１７の形態と異なっていた。具体的には、加工痕１９の中心部分が、その周辺と比較して変化していた。そして、加工痕１９の中心部分は、加工が被加工物ＴＡまで到達していることを示していた。つまり、加工痕１９の中心部分は、被加工物ＴＡが加工されていることを示していた。また、比較例７のパルスの条件は比較例３のパルスの条件と同じであるため、加工痕１９が、被加工物ＴＡに形成されていることは明らかだった。【０１８５】
（実施例４）
図２０（ｂ）は、実施例４に係るパルスの照射結果を示す図である。図２０（ｂ）に示すように、加工痕２１が観察された。加工痕２１の形態は、比較例７の加工痕１９の形態と同様であった。つまり、加工痕２１の中心部分が、その周辺と比較して変化していた。そして、加工痕２１の中心部分は、加工が被加工物ＴＡまで到達していることを示していた。つまり、加工痕２１は、被加工物ＴＡが加工されていることを示していると推定できた。また、２つのパルスの各々条件は、比較例５のパルスの条件と同じであるため、特定層Ｏｂに光吸収コアＣ１が形成されていることは明らかだった。加えて、２つのパルスの条件が比較例４の２つのパルスの条件と同じであるにも拘わらず、被加工物ＴＡに到達している加工痕２１が観察されたので、被加工物ＴＡに加工コアＣ２が形成されて被加工物ＴＡが加工されたと推定できた。【０１８６】
また、実施例４では、比較例３及び比較例７と比較して、パルスエネルギーが半分であり、非線形光学効果が小さい。従って、加工痕２１は、非線形光学効果による光吸収加工でないことは明らかだった。なお、実施例４の２つのパルスのうち、１つ目のパルスが実施形態４の第１パルスＰ１に相当し、２つ目のパルスが実施形態４の第２パルスＰ２に相当する。【０１８７】
次に、図２１（ａ）及び図２１（ｂ）を参照して、実施例５及び比較例８について説明する。実施例５及び比較例８では、２つのパルスを、特定層Ｏｂの形成された被加工物ＴＡに照射した。そして、被加工物ＴＡを微分干渉顕微鏡によって観察した。【０１８８】
比較例８では、２つのパルスを３００ｐｓの間隔で１回だけ被加工物ＴＡに照射した。１つのパルスのパルスエネルギーは比較例１の２倍であり、１つのパルスのフルエンスは比較例１の２倍であった。
実施例５では、２つのパルスを４００ｆｓの間隔で１回だけ被加工物ＴＡに照射した。１つのパルスのパルスエネルギーは比較例８と同じであり、１つのパルスのフルエンスは比較例８と同じであった。「４００ｆｓ」の間隔があれば、２つのパルスが干渉しないことは確認済みであった。また、「４００ｆｓ」の間隔であれば、１つ目のパルスによる光吸収コアＣ１の電子温度がピーク近傍のときに、２つ目のパルスが照射されることは確認済みであった。【０１８９】
（比較例８）
図２１（ａ）は、比較例８に係るパルスの照射結果を示す図である。図２１（ａ）に示すように、加工痕２３が観察された。加工痕２３の形態は、実施例４の加工痕２１の形態と異なっていた。従って、加工痕２３は、特定層Ｏｂが加工されていることを示しており、被加工物ＴＡは加工されていないと推定できた。また、加工痕２３は、略円形状領域（薄い灰色部分）と、略円形状領域の周囲の略円環状領域（濃い灰色部分）とを含んでいた。略円環状領域は、１つ目のパルスによる特定層Ｏｂの加工領域であり、略円形状領域は、２つ目のパルスによる特定層Ｏｂの加工領域であると推定できた。【０１９０】
（実施例５）
図２１（ｂ）は、実施例５に係るパルスの照射結果を示す図である。図２１（ｂ）に示すように、加工痕２５が観察された。加工痕２５の形態は、実施例４の加工痕２１の形態と同様であった。加えて、実施例５では、１つのパルスのパルスエネルギーは、実施例４の１つのパルスのパルスエネルギーの２倍であった。従って、加工痕２５は、被加工物ＴＡが加工されていることを示していると推定できた。また、実施例５では、実施例４と同様に、特定層Ｏｂに光吸収コアＣ１が形成され、被加工物ＴＡに加工コアＣ２が形成されて被加工物ＴＡが加工されたと推定できた。【０１９１】
以上、実施例５では、加工が被加工物ＴＡまで到達して、被加工物ＴＡが加工されていることを観察できた。具体的には、加工痕２５の中心部分は、加工が被加工物ＴＡまで到達していることを示していた。これに対して、比較例８では、特定層Ｏｂのみが加工され、加工が被加工物ＴＡまで到達していないことを観察できた。具体的には、加工痕２３の略円環状領域及び略円形状領域のいずれも、加工が、特定層Ｏｂに留まり、被加工物ＴＡまで到達していないことを示していた。なお、実施例５と比較例８との相違点は、パルス間隔だけであった。従って、比較例８では、１つ目のパルスによって光吸収コアＣ１が形成されたが、光吸収コアＣ１が消滅した後に２つ目のパルスが照射されたことが確認できた。【０１９２】
なお、実施例１〜実施例５では、１つ目のパルスに対して２つ目のパルスが遅延しているが、１つ目のパルスと２つ目のパルスとが重なっている場合でも同様の結果（被加工物ＴＡへの加工痕の形成）を得ることができると推定された。光吸収コアＣ１に２つ目のパルスが照射される限り、１つ目のパルス及び２つ目のパルスの照射タイミングが加工コアＣ２の形成に影響しないと推定できたからである。また、１つ目のパルスと２つ目のパルスとが重なるように制御する実験も可能である。しかし、１つ目のパルスと２つ目のパルスとが重なるように制御する実験では、どのパルスで光吸収コアＣ１が形成され、どのパルスで加工コアＣ２が形成されたかを確認することが困難である。そこで、１つ目のパルスに対して２つ目のパルスを遅延させて実験した。【０１９３】
以上、図面を参照しながら本発明の実施形態及び実施例について説明した。但し、本発明は、上記の実施形態及び実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能である（例えば、下記（１）、（２））。また、上記の実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって、種々の発明の形成が可能である。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。図面は、理解しやすくするために、それぞれの構成要素を主体に模式的に示しており、図示された各構成要素の個数等は、図面作成の都合から実際とは異なる場合もある。また、上記の実施形態で示す各構成要素は一例であって、特に限定されるものではなく、本発明の効果から実質的に逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。【０１９４】
（１）本発明の一実施形態に係る加工物の製造方法は、実施形態１、実施形態２、実施形態４、又は実施形態５に係るレーザー加工方法を実行することによって、第１レーザービームＢ１及び第２レーザービームＢ２を被加工物ＴＡ（又は特定層Ｏｂ及び被加工物ＴＡ）に照射して被加工物ＴＡを加工し、被加工物ＴＡから加工物を製造する。【０１９５】
（２）本発明の一実施形態に係る加工物の製造方法は、実施形態３又は実施形態５の変形例に係るレーザー加工方法を実行することによって、第１レーザービームＢ１及び第２レーザービームＣＷを被加工物ＴＡ（又は特定層Ｏｂ及び被加工物ＴＡ）に照射して被加工物ＴＡを加工し、被加工物ＴＡから加工物を製造する。
【産業上の利用可能性】
【０１９６】
本発明は、レーザー加工方法、加工物の製造方法、及びレーザー加工装置に関するものであり、産業上の利用可能性を有する。
【符号の説明】
【０１９７】
１    レーザー加工装置
２    レーザービーム生成部
３    照射部
５    ステージ
Ａ１    第１レーザー発振器
Ａ２    第２レーザー発振器
Ｃ１    光吸収コア
Ｃ２    加工コア
【図１】
2018034237.tif 000004
【図２】
2018034237.tif 000005
【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】
2018034237.tif 000011
【図９】
2018034237.tif 000012
【図１０】
2018034237.tif 000013
【図１１】
2018034237.tif 000014
【図１２】
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【図１３】
2018034237.tif 000016
【図１４】
2018034237.tif 000017
【図１５】
2018034237.tif 000018
【図１６】
2018034237.tif 000019
【図１７】
2018034237.tif 000020
【図１８】
2018034237.tif 000021
【図１９】
2018034237.tif 000022
【図２０】
2018034237.tif 000023
【図２１】
2018034237.tif 000024
【国際調査報告】
2018034237.tif 000025
2018034237.tif 000026