JP2013144312A - レーザ加工方法、レーザ加工装置及びインクジェットヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パルスレーザ光による除去加工において、深さ方向に加工偏差が発生し、除去予定形状に対して加工誤差が発生してしまう。
【解決手段】パルスレーザ光Ｌ１は、被加工物６に対して透過性を示す波長のパルスレーザ光であり、パルスレーザ光Ｌ２は、被加工物６に対して吸収性を示す波長のパルスレーザ光である。パルスレーザ光Ｌ１を被加工物６の内部に集光させ、パルスレーザ光Ｌ１の集光点Ｐ１を除去予定領域Ｒ１の輪郭に沿って走査することで、改質部６Ａを除去予定領域Ｒ１の輪郭に沿って形成する。次に、パルスレーザ光Ｌ２を改質部６Ａで囲われた領域内で走査することで除去加工を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、パルスレーザ光を照射して被加工物における除去予定領域を除去加工するレーザ加工方法、レーザ加工装置及びインクジェットヘッドの製造方法に関する。

従来、パルスレーザ光を用いて除去加工を行う技術が知られている（非特許文献１参照）。非特許文献１によれば、パルスレーザビームを集光レンズで被加工物上に集光するとともに光路内の反射ミラーを駆動し被加工物上で集光点を移動させることで、集光点の移動に伴って被加工物がレーザ除去加工され、所望寸法の穴形状を得ることができる。

しかし、穴や溝の加工において、除去加工の進展に伴い、穴および溝の側壁面はレーザビーム入射方向に対して角度偏差（以下、テーパー角度と称する）が発生し、レーザ入射側と出射側とで寸法が異なる場合があった。

これに対して、光路内に回転機構を有するプリズム光学系を挿入し、テーパー角度分を補正する角度でレーザビームを入射させることにより上記問題の解決を図っていた（特許文献１参照）。

特開２００９−５０８６９号公報

Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ Ｒ＆Ｄ ｏｎ ｕｌｔｒａｆａｓｔ ｌａｓｅｒ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｎｄ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｏｆ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ＬＩＵ Ｘｉｎｂｉｎｇ Ｐａｎａｓｏｎｉｃ Ｂｏｓｔｏｎ Ｌａｂ．， ＭＡ，ＵＳＡ レーザ加工学会論文集

しかしながら、上記特許文献１では、被加工物上で得られる集光点の軌跡は円形状に限定されてしまうため、例えば四角形形状の溝など、任意の形状に除去加工することは困難であった。

また、上述したテーパー角度は、レーザ出力や集光スポットサイズ、その他レーザ加工条件や被加工物の材料の変更に伴って変化してしまう。その結果、加工深さの深い穴や溝形状では加工深さの進展に伴って加工条件が変動しテーパー角度が変化するので、加工形状に誤差が生じる可能性があった。

そこで、本発明は、所望の形状に高精度に除去加工することができるレーザ加工方法、レーザ加工装置及びインクジェットヘッドの製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明のレーザ加工方法は、被加工物に対して透過性を示す波長のパルスレーザ光を前記被加工物の内部に集光させて照射し、前記集光させた点を前記被加工物における除去予定領域の輪郭に沿って走査することで、前記除去予定領域の輪郭に沿って前記被加工物の内部に改質部を形成する改質部形成工程と、前記除去予定領域を除去する除去工程と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、インクタンクからインク吐出口へインクを供給するための溝を有する半導体基板を備えたインクジェットヘッドの製造方法であって、前記半導体基板に対して透過性を示す波長のパルスレーザ光を、前記半導体基板の内部に集光させて照射し、前記集光させた点を前記半導体基板における溝形成予定領域の輪郭に沿って走査することで、前記溝形成予定領域の輪郭に沿って前記半導体基板の内部に改質部を形成する改質部形成工程と、前記改質部で囲われた領域を除去し、前記溝を形成する除去工程と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明のレーザ加工装置は、被加工物に対して透過性を示す波長のパルスレーザ光を出射する第一のレーザ発振部と、前記第一のレーザ発振部が出射したパルスレーザ光を集光する第一の集光レンズと、前記被加工物に対して吸収性を示す波長のパルスレーザ光を出射する第二のレーザ発振部と、前記第二のレーザ発振部が出射したパルスレーザ光を集光する第二の集光レンズと、前記第一の集光レンズにより集光されたパルスレーザ光の集光点を、前記被加工物における除去予定領域の輪郭に沿って走査させ、前記除去予定領域の輪郭に沿って前記被加工物の内部に改質部を形成する改質部形成処理、及び前記第二の集光レンズにより集光されたパルスレーザ光の集光点を、前記改質部で囲われた領域内で走査させ、前記改質部で囲われた領域を除去加工する除去処理を実行する制御部と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、被加工物において透過性を示す波長のパルスレーザ光によって形成された改質部は母材より剥離しやすくなるので、所望の形状を高精度に加工することが可能となる。

第一の実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す説明図である。 第一の実施形態に係るレーザ加工装置の動作による一連の工程を説明するための図である。 第二の実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す説明図である。 第一のパルスレーザ光と第二のパルスレーザ光との周期及び出射タイミングを示す模式図である。 第三の実施形態におけるインクジェットプリンタのインクジェットヘッドの概略断面図である。 実施例２のレーザ加工方法の各工程の説明図である。 実施例２のレーザ加工方法の各工程の説明図である。 実施例２のレーザ加工方法の各工程の説明図である。

（第一の実施形態）
以下、第一の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の第一の実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す説明図である。図１に示すレーザ加工装置１００は、劈開性を有する被加工物６にパルスレーザ光を照射し、被加工物６における除去予定領域の除去加工を行うものである。このレーザ加工装置１００は、位置決め部４００、改質部形成部２００、除去部３００の３つの部分に分けることができる。被加工物６は、例えば単結晶シリコンウェハである。レーザ加工装置１００は、被加工物６に対して透過性を示す波長のパルスレーザ光Ｌ１を出射する第一のレーザ発振部としてのレーザ発振器１を備えている。また、レーザ加工装置１００は、被加工物６に対して透過性を示す波長のパルスレーザ光Ｌ１とは異なる波長の被加工物６に対して吸収性を示す波長のパルスレーザ光Ｌ２を出射する第二のレーザ発振部としてのレーザ発振器８を備えている。

被加工物の材質が単結晶シリコンであった場合、凡そ１０５０ｎｍ以上の波長に対して透過性を有する。よって、被加工物６に対して透過性を示す波長のパルスレーザ光Ｌ１は、例えば、基本波長１０６４ｎｍであるＹＡＧレーザやＹＶＯ４レーザ、波長が１３００ｎｍ帯や１５００ｎｍ帯である固体レーザ、波長が１０６００ｎｍである炭酸ガスレーザ等である。

また、被加工物６に対して吸収性を示す波長のパルスレーザ光Ｌ２は、例えば、波長が２４８ｎｍであるエキシマレーザ、波長が３３７．１ｎｍである窒素レーザ、波長が３５５ｎｍや波長５３２ｎｍである固体レーザである。或いはパルスレーザ光Ｌ２は、例えば、波長が７８０ｎｍであるチタンサファイアレーザ等である。

次に、被加工物の材質が石英ガラスであった場合、凡そ２８０ｎｍ〜２８００ｎｍの波長に対して透過性を有する。よって、被加工物６に対して透過性を示す波長のパルスレーザ光Ｌ１は、例えば、波長が３３７．１ｎｍの窒素レーザ、波長が３５５ｎｍや５３２ｎｍ、１０６４ｎｍであるＹＡＧレーザやＹＶＯ４レーザである。或いはパルスレーザ光Ｌ１は、例えば、波長が７８０ｎｍであるチタンサファイアレーザ、波長が１３００ｎｍ帯や１５００ｎｍ帯である固体レーザ等である。

また、被加工物６に対して吸収性を示す波長のパルスレーザ光Ｌ２は、例えば、波長が２４８ｎｍであるエキシマレーザ、波長が１０６００ｎｍである炭酸ガスレーザ等である。

つまり、（被加工物６での透過率）＞（被加工物６の入射面での吸収率）の性質を有していることが望ましい。

レーザ発振器１の後段には、ビーム拡大光学系２、反射ミラー３及び集光レンズ４が順次配置されている。ビーム拡大光学系２は、レーザ発振器１から出射されたパルスレーザ光Ｌ１（レーザビーム）を適宜拡大するものである。反射ミラー３は、パルスレーザ光Ｌ１を９０度反射する。集光レンズ４は、パルスレーザ光Ｌ１を集光する第一の集光レンズである。

レーザ発振器８の後段には、ビーム拡大光学系９、反射ミラー１０及び集光レンズ１１が順次配置されている。ビーム拡大光学系９は、レーザ発振器８から出射されたパルスレーザ光Ｌ２（レーザビーム）を適宜拡大するものである。反射ミラー１０は、回転機構を有しており、パルスレーザ光Ｌ２を走査させる第二の走査部として機能する。集光レンズ１１は、パルスレーザ光Ｌ２を集光する第二の集光レンズである。

また、レーザ加工装置１００は、被加工物６上の位置決めマークを検出するための検出器１２と、検出器１２からの信号を位置情報に変換する画像処理装置１３と、ステージ７、反射ミラー１０及びレーザ発振器１，８の動作を制御する制御装置１４とを備えている。

検出器１２は、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサを有するカメラ等の撮像装置であり、画像処理装置１３に接続され、被加工物６上に形成された位置決めマーク（アライメントマーク）を撮像する。画像処理装置１３は、検出器１２から得た撮像信号に基づいて位置決めマークの重心位置を算出する。制御装置１４は、画像処理装置１３、ステージ７、反射ミラー１０、レーザ発振器１，８と接続されている。制御装置１４は、画像処理装置１３により算出した重心位置に基づいて被加工物６の位置姿勢を求め、ステージ７、反射ミラー１０を駆動させて、被加工物６におけるレーザ光の集光点を予め設定した加工予定位置に位置決め制御する。また、制御装置１４は、レーザ発振器１，８を所定のタイミングで発振させる機能を有する。

また、ステージ７は、集光レンズ４を通過したパルスレーザ光Ｌ１の光軸と平行なＺ軸方向と、Ｚ軸に直交し、互いに直交する２方向であるＸＹ軸方向とに移動可能な、第一の走査部であり、移動部として機能する。

本実施形態では、レーザ発振器１、ビーム拡大光学系２、反射ミラー３及び集光レンズ４により改質部形成部２００が構成されている。また、レーザ発振器８、ビーム拡大光学系９、反射ミラー１０及び集光レンズ１１により除去部３００が構成されている。また、検出器１２及び画像処理装置１３により位置決め部４００が構成されている。

制御装置１４は、ステージ７を移動させて、被加工物６を改質部形成部２００、除去部３００、位置決め部４００に位置決めし、改質部形成処理、除去処理、位置決め処理を実行する。具体的には、制御装置１４は、ステージ７を移動させて、被加工物６を、被加工物６に対して透過性を示す波長のパルスレーザ光Ｌ１を照射させる第一の位置Ａに移動させる（改質部形成処理）。また、制御装置１４は、被加工物６を、被加工物６に対して吸収性を示す波長のパルスレーザ光Ｌ２を照射させる第二の位置Ｂに移動させる（除去処理）。さらに制御装置１４は、被加工物６の検出を行う第三の位置Ｃに移動させる（位置決め処理）。

本実施形態では、ステージを駆動させる例を記載したがこれに限らず、改質部形成部２００、除去部３００、位置決め部４００と被加工物６とが相対的に走査可能であればよい。従って、改質部形成部２００、除去部３００、位置決め部４００が被加工物６に対して移動可能であってもよい。

以下、上記構成におけるレーザ加工装置１００の動作について詳細に説明する。

（位置決め処理）
制御装置１４は、ステージ７を駆動して動作させ、被加工物６を検出器１２の直下となる第三の位置Ｃに移動させる。検出器１２は被加工物６上に形成された位置決めマークを検出し、画像処理装置１３によって位置決めマークの重心位置を検出する。

（改質部形成処理）
次に、制御装置１４は、ステージ７を移動させ、被加工物６を集光レンズ４の直下となる第一の位置Ａに移動させる。その際、画像処理装置１３が検出信号を制御装置１４に伝送し、制御装置１４がステージ７を制御することにより、被加工物６を集光レンズ４の直下の所望の加工位置に位置決めする。

図２は、本発明の実施形態に係るレーザ加工装置１００の改質部形成部２００および除去部３００における一連の工程を説明するための図である。図２（ａ）は、改質部形成工程において、被加工物６の内部に、被加工物６に対して透過性を示す波長のパルスレーザ光Ｌ１を集光させて形成される改質領域６ａを説明するための図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）において楕円で囲った部分の改質領域６ａを、被加工物６に対して透過性を示す波長のパルスレーザ光Ｌ１の光軸と直交する方向から見た図である。図２（ｃ）は、改質領域６ａをパルスレーザ光Ｌ１の光軸方向（深さ方向）に重ねて形成して、被加工物６に除去予定領域Ｒ１の輪郭に沿う改質部６Ａを形成した状態を示す図である。図２（ｄ）は、除去工程において、被加工物６に対して吸収性を示す波長のパルスレーザ光Ｌ２により除去加工を行っている状態を示す図である。図２（ｅ）は、図２（ｄ）の部分断面図である。

まず、図２（ａ）に示すように、被加工物６に対して透過性を示す波長のパルスレーザ光Ｌ１を被加工物６の内部に集光させ、被加工物６に対して透過性を示す波長のパルスレーザ光Ｌ１の集光点Ｐ１を除去予定領域Ｒ１の輪郭に沿って走査する。これにより、図２（ｃ）に示すように、被加工物６に対して透過性を示す波長のパルスレーザ光Ｌ１による改質部６Ａを除去予定領域Ｒ１の輪郭に沿って形成する（改質部形成工程）。

具体的に説明すると、本実施形態では、集光レンズ４（図１）により被加工物６に対して透過性を示す波長のパルスレーザ光Ｌ１が集光され、この集光点Ｐ１が被加工物６の内部に位置するように、ステージ７を移動させる。このように、レーザ発振器１から出射されるパルスレーザ光Ｌ１が被加工物６の内部に集光する様に、ステージ７を駆動して集光レンズ４と被加工物６との距離を調節する。

そして、レーザ発振器１を発振し、被加工物６の内部にレーザ光Ｌ１を集光させる。この状態で、集光点Ｐ１が除去予定領域Ｒ１の輪郭に沿うようにステージ７を移動させることによって、集光点Ｐ１を除去予定領域Ｒ１の輪郭に沿って走査させている。レーザ発振器１より出射されるパルスレーザ光Ｌ１は被加工物６に対して透過性を有するが、集光点Ｐ１では被加工物６が部分的に溶融する。これはレーザ光Ｌ１のエネルギーが集光点Ｐ１に集中するためである。これにより、図２（ｂ）に示すように、走査線に沿った改質領域６ａが形成される。そして、このような改質領域６ａをパルスレーザ光Ｌ１の光軸方向（深さ方向）に重なるように複数形成することで、図２（ｃ）に示すように、被加工物６の内部に除去予定領域Ｒ１の輪郭に沿う改質部６Ａが形成される。

更に詳述すると、被加工物６の内部における除去予定領域Ｒ１の輪郭の光軸（Ｚ軸）方向のある位置に集光点Ｐ１を位置決めし、パルスレーザ光Ｌ１の光軸（Ｚ軸）方向と直交する２方向に除去予定領域Ｒ１の輪郭に沿って集光点Ｐ１を走査（主走査）する。これにより、図２（ａ）に示すように、光軸に直交する平面（ＸＹ平面）に平行な主走査線上には改質領域６ａが形成される。更に、集光点Ｐ１を光軸（Ｚ軸）方向に順次移動（副走査）させ、同様に集光点Ｐ１をＸＹ軸方向に走査することにより、最終的に、図２（ｃ）に示すように、除去予定領域Ｒ１の輪郭に沿う改質部６Ａが形成される。

ここでは、ステージを移動させることによって集光点を走査させる例を示したが、これに限らず、光学系によってレーザ光の集光点を移動させてもよい。

なお、本実施形態では、図２（ｃ）に示すように、被加工物６の表面に最も近い改質領域の端部６ｂは被加工物６の表面に到達し、輪郭線を形成している。但し仮に改質領域の端部６ｂが被加工物６の表面に到達せず輪郭線が形成されなくとも、位置決めマーク（アライメントマーク）の位置情報によって被加工物内部の輪郭線位置は算出でき後述のレーザ除去加工を行う場合に支障はない。

（除去処理）
次に、制御装置１４は、ステージ７を移動させ、被加工物６を集光レンズ１１の直下となる第二の位置Ｂに移動させる。そして、図２（ｄ）に示すように、被加工物６に対して吸収性を示す波長のパルスレーザ光Ｌ２の集光点Ｐ２を改質部６Ａで囲われた領域内で走査することで除去加工を行う（除去工程）。

具体的に説明すると、本実施形態では、集光レンズ１１により被加工物６に対して吸収性を示す波長のパルスレーザ光Ｌ２が集光され、この集光点（加工点）Ｐ２が被加工物６の表面に位置するように、ステージ７を移動させる。このように、レーザ発振器８から出射される被加工物６に対して吸収性を示す波長のパルスレーザ光Ｌ２が被加工物６の表面に集光する様に、ステージ７を駆動して集光レンズ１１と被加工物６との距離を調節する。

そして、レーザ発振器８を発振し、反射ミラー１０を駆動して集光点Ｐ２を被加工物６の表面で走査する。レーザ発振器８から出射されるパルスレーザ光Ｌ２は被加工物６に対して吸収性を有するため、被加工物６上のレーザビーム集光部はレーザ光Ｌ２によって除去加工される。ここでは、ステージを移動させることによって集光点を走査させる例を示したが、これに限らず、光学系によってレーザ光の集光点を移動させてもよい。

ここで、本実施形態において被加工物６は単結晶シリコンであるため、結晶方位面に沿って劈開性を有する結晶構造である。改質部６Ａの近傍は被加工物６に対して透過性を示す波長のパルスレーザ光Ｌ１による改質によって発生した残留応力が存在するために、母材に対して劈開（剥離）し易い状態となっている。吸収性のパルスレーザ光Ｌ２によってシリコンが除去加工される際、加工点Ｐ２において圧力衝撃が発生する。集光点Ｐ２と改質部６Ａとが適切な位置関係にある時、この圧力衝撃が改質部６Ａに影響を及ぼし劈開（剥離）を誘発する。

したがって、本実施形態では、改質部６Ａで囲われた領域を被加工物６に対して吸収性を示す波長のパルスレーザ光Ｌ２で除去加工させる。これにより改質部６Ａが母材から剥離し、図２（ｅ）に示すように、改質部６Ａに沿った形状（垂直形状）の側壁面６ｃが形成される。したがって、穴や溝等の所望の形状を高精度に加工することが可能となる。

その際、図２（ｅ）に示すように、被加工物６に対して吸収性を示す波長のパルスレーザ光Ｌ２の集光点Ｐ２が改質部６Ａに接するか改質部６Ａの一部に重なるように、被加工物６に対して吸収性を示す波長のパルスレーザ光Ｌ２の集光点Ｐ２を走査してもよい。また、被加工物６に対して吸収性を示す波長のパルスレーザ光Ｌ２の圧力衝撃が改質部６Ａに到達する範囲で集光点Ｐ２を改質部６Ａから離れた状態で集光点Ｐ２を走査するようにしてもよい。改質部６Ａと集光点Ｐ２との位置関係は、被加工物６の材質や透過性波長パルスレーザ条件、および吸収性波長パルスレーザ条件等によって変化する。よって原理的に劈開を誘発する条件を整えればよく、改質部６Ａと集光点Ｐ２との位置関係は特に限定されない。つまり、改質部６Ａが剥離する範囲で集光点Ｐ２を走査させればよい。

その結果、吸収性パルスレーザ光Ｌ２の出力を下げることができる、改質部６Ａと集光点Ｐ２との距離を離すことができる、等の効果を奏し、除去加工の効率や信頼性が向上する。特に、圧力衝撃を効果的に改質部６Ａに伝搬させることができるため、効率よく改質部６Ａの剥離を行うことができる。

また本実施形態ではテーパー角度を補正するものではなく、除去予定領域Ｒ１の境界を改質部６Ａの位置で規定している。よって所望の除去形状を高精度に得ることができる。さらに、レーザ発振器１，８や装置の複雑な調整が不要であり、段取りに要する工数を大幅に削減することが可能となる。

本実施形態では、ＸＹＺステージであるステージ７を駆動させて、集光点を走査させる例を記載したがこれに限らず、被加工物と、集光点は相対的に走査可能であればよい。例えば、レーザ光が被加工物に対して移動可能であってもよい。

（第二の実施形態）
以下、第二の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図３は、本発明の第二の実施形態に係るレーザ加工装置の改質部形成部の概略構成を示す説明図である。なお、本第二の実施形態では、改質部形成部の構成及び動作が上記第一の実施形態と異なるものであり、除去部及び位置決め部の構成及び動作は、上記第一実施形態と同様であり、詳細な説明は省略する。

本実施形態のレーザ加工装置は、改質部形成部２００Ａと、除去部３００（図１）と、位置決め部４００（図１）と、ステージ７と、制御部としての制御装置１４Ａと、を備えている。改質部形成部２００Ａは、第一のレーザ発振部であるレーザ発振部１Ａ、光学系３６、及び第一の集光レンズである集光レンズ３３を有している。レーザ発振部１Ａは、第一のレーザ発振器としてのレーザ発振器３４１と、第二のレーザ発振器としてのレーザ発振器３４２とで構成されている。なお、図３中Ｘ軸方向は、基板等の被加工物６の集光レンズ３３側の面または集光レンズ３３側と対向する面に対して平行方向である。Ｚ軸方向は、被加工物６の集光レンズ３３側の面または集光レンズ３３側と対抗する面の法線方向である。あるいはＺ軸方向は、被加工物６と集光レンズ３３とが対向する方向ともいうことができる。Ｙ軸方向は、Ｘ軸方向及びＺ軸方向と直交する方向である。

レーザ発振器３４１は、被加工物６に対して透過性を示す波長のパルスレーザ光（第一のパルスレーザ光）３２１を出射するパルスレーザ発振器である。レーザ発振器３４２は、被加工物６に対して透過性を示す波長のパルスレーザ光（第二のパルスレーザ光）３２２を出射するパルスレーザ発振器である。パルスレーザ光３２１及びパルスレーザ光３２２は、（被加工物６での透過率）＞（被加工物６の入射面での吸収率）の性質を有しているのが望ましい。

光学系３６は、反射ミラー３６１及びビームスプリッタ３６２を有している。反射ミラー３６１はレーザ発振器３４１に相対する位置に４５度傾けて配置され、ビームスプリッタ３６２は、レーザ発振器３４２に相対する位置に４５度傾けて配置されている。そして、反射ミラー３６１、ビームスプリッタ３６２、集光レンズ３３及びステージ７が順次直線上に配置されている。

反射ミラー３６１は、レーザ発振器３４１により出射されたパルスレーザ光３２１の入射を受け、ステージ７の方向（被加工物６の方向）、即ちビームスプリッタ３６２の方向に直角に反射する。

ビームスプリッタ３６２は、例えばハーフミラーであり、反射ミラー３６１を反射したパルスレーザ光３２１の入射を受け、パルスレーザ光３２１の一部分（半分）を透過して直進させ、残りの部分（半分）を直角に反射させる。これにより、ビームスプリッタ３６２を透過したパルスレーザ光３２１は、集光レンズ３３を介して被加工物６に至る共通光路３７に導かれる。

また、ビームスプリッタ３６２は、レーザ発振器３４２により出射されたパルスレーザ光３２２の入射を受け、その一部分（半分）をステージ７の方向（被加工物６の方向）に反射させる。これにより、ビームスプリッタ３６２を反射したパルスレーザ光３２２は、集光レンズ３３を介して被加工物６に至る共通光路３７に導かれる。ビームスプリッタ３６２に入射したパルスレーザ光３２２の残りの部分（半分）は透過して直進する。

これにより、光学系３６は、レーザ発振器３４１が出射したパルスレーザ光３２１及びレーザ発振器３４２が出射したパルスレーザ光３２２を共通光路３７に導くことで、集光レンズ３３に導く。

なお、ビームスプリッタ３６２は、ハーフミラーに限定するものではなく、パルスレーザ光３２１が透過し、パルスレーザ光３２２が反射するものであればよい。また、ビームスプリッタ３６２が偏光ビームスプリッタであってもよく、その場合は、ビームスプリッタ３６２に入射するパルスレーザ光３２１をｐ偏光とし、ビームスプリッタ３６２に入射するパルスレーザ光３２２をｓ偏光とすればよい。

集光レンズ３３は、共通光路３７に配置されており、共通光路３７に導かれたパルスレーザ光３２１及びパルスレーザ光３２２を被加工物６の内部における改質予定位置Ｐに集光し、集光スポット（集光点）を形成する。この改質予定位置Ｐは、被加工物６における改質予定領域Ｅ全体のうちの一部分であり、集光スポットが照射される領域である。また、改質予定領域Ｅは、除去予定領域の輪郭である。

ステージ７は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に移動可能に構成され、載置された被加工物６をＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に移動させることで、パルスレーザ光３２１，３２２に対して被加工物６を走査させる。

制御装置１４Ａは、ステージ７のＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向への移動を制御すると共に、レーザ発振器３４１及びレーザ発振器３４２のパルスレーザ光の繰返し周波数（周期）及びパルスレーザ光の出射タイミングを制御する。

本実施形態では、制御装置１４Ａは、パルスレーザ光３２１及びパルスレーザ光３２２の集光スポットを改質予定位置Ｐに照射することにより被加工物６の改質予定位置Ｐを改質する際に、以下のように各レーザ発振器３４１，３４２を制御する。

図４は、第一のパルスレーザ光と第二のパルスレーザ光との周期及び出射タイミングを示す模式図である。本実施形態では、制御装置１４Ａは、レーザ発振器３４１に一定の繰返し周波数ｆ（所定周期Ｔ）のパルスレーザ光３２１をパルス発振させる。また、制御装置１４Ａは、レーザ発振器３４２に一定の繰返し周波数ｆ（一定周期Ｔ）のパルスレーザ光３２２をパルス発振させる。つまり、レーザ発振器３４１が出射するパルスレーザ光３２１の出射周期（繰返し周波数）とレーザ発振器３４２が出射するパルスレーザ光３２２の出射周期（繰返し周波数）とが同一に設定される。

また、制御装置１４Ａは、パルスレーザ光３２１とパルスレーザ光３２２とが交互に出射され、パルスレーザ光３２１とパルスレーザ光３２２とが被加工物６に同時に照射されないように、出射タイミングをずらすように制御する。即ち、制御装置１４Ａは、図４に示すように、レーザ発振器３４１にパルスレーザ光３２１を出射させる（第一のステップ）。次いで、制御装置１４Ａは、レーザ発振器３４１におけるパルスレーザ光３２１の出射完了のタイミングｔ１から一定時間ｔ経過後にレーザ発振器３４２にパルスレーザ光３２２を出射させる（第二のステップ）。

一定時間ｔは、０以上１マイクロｓｅｃ以下の範囲より設定される。これにより、パルスレーザ光３２１の集光スポットが照射された改質予定位置Ｐでは、熱などのエネルギーが周囲に拡散する前に、次のパルスレーザ光３２２の集光スポットが照射される。この一定時間ｔは、パルスレーザ光３２１のパルス時間幅より長く、１マイクロｓｅｃ以下に設定するのが好ましい。ただし、パルスレーザ光３２１のパルス時間幅は、１マイクロｓｅｃよりも短いのが条件となる。

また繰返し周波数ｆは１／（ｔ*２）未満に設定される。繰返し周波数ｆは、より小さいほうが蓄熱などによる熱ダメージが少なくなり好ましいが、加工時間がよりかかることとなる。そのため繰返し周波数ｆは熱ダメージと加工時間を考慮して適宜設定される。

以上、制御装置１４Ａは、各パルスレーザ光３２１，３２２の出射タイミングを制御する。具体的には、レーザ発振器３４１がパルスレーザ光３２１を出射完了してから１マイクロｓｅｃが経過するまでの間にレーザ発振器３４２がパルスレーザ光３２２を出射するようにタイミングを制御する。

これにより、パルスレーザ光３２２の集光スポットは、パルスレーザ光３２１の集光スポットに対して常にある一定時間ｔ後に被加工物６の改質予定位置Ｐに照射される。即ち第一のステップで被加工物６の改質予定位置Ｐにパルスレーザ光３２１の集光スポットが照射された一定時間ｔ経過後に、第二のステップでパルスレーザ光３２１の集光スポットが照射された改質予定位置Ｐにパルスレーザ光３２２の集光スポットが照射される。

またパルスレーザ光３２２の照射後、再びパルスレーザ光３２１が照射される時間は、一定時間ｔよりも長くなる。

ここで、パルスレーザ光３２１の集光スポットとパルスレーザ光３２２の集光スポットとを改質予定位置Ｐに照射する際に、ステージ７の移動、即ち集光スポットの走査を停止して行ってもよいが、走査しながら照射するようにしてもよい。パルスレーザ光３２１（３２２）の出射周期Ｔは、レーザ光３２１（３２２）の集光スポットを走査した際に、集光スポット同士が間隔をあけずに隣接するような周期に設定される。本実施形態では、パルスレーザ光３２１の集光スポットを照射した直後にパルスレーザ光３２２の集光スポットを照射する。ゆえに、出射周期Ｔに比して一定時間ｔは短く、これらの集光スポットの位置はほとんど変わらず、同一の改質予定位置Ｐに照射される。

以上の動作によりパルスレーザ光３２１の集光スポットに続いてパルスレーザ光３２２の集光スポットが改質予定位置Ｐに照射され、２つのパルスレーザ光の合計の照射エネルギーにより改質予定位置Ｐが改質される。つまり、これらパルスレーザ光３２１，３２２の合計の照射エネルギーが改質するのに必要なエネルギーとなるように、それぞれのパルスレーザ光３２１，３２２の照射エネルギーが設定される。

上述した改質動作を繰り返しながら、レーザ光３２１，３２２を被加工物６に対して走査することで、改質予定領域（除去予定領域の輪郭）Ｅの全体に亘って改質され、被加工物６に改質部が形成される。

本実施形態によれば、パルスレーザ光３２１の照射により被加工物６の改質予定位置Ｐに吸収されたエネルギーが周囲に拡散する前に、パルスレーザ光３２２が改質予定位置Ｐに照射される。これにより、被加工物６の改質予定位置Ｐにおけるパルスレーザ光のエネルギーの吸収率が向上する。従って、各パルスレーザ光３２１，３２２を従来（１つのレーザ発振器で改質予定位置Ｐを改質しようとする場合）よりも低エネルギーで照射することが可能となる。これにより、被加工物６の表面でパルスレーザ光の照射面積を広く取ることができない場合であっても、被加工物６の表面に不要な改質部を発生させることなく、被加工物６の改質予定位置Ｐを良好に改質することができる。

本実施形態では、ＸＹＺステージであるステージ７を駆動させて、集光点を走査させる例を記載したがこれに限らず、被加工物と、集光点は相対的に走査可能であればよい。例えば、レーザ光が被加工物に対して移動可能であってもよい。

（第三の実施形態）
本実施形態では、除去部３００において、パルスレーザ光Ｌ２による除去加工を液中環境で行う例を示す。つまり、被加工物６を液中に浸して除去加工を行う例を示す。

図１において、ステージ７の上には、密閉型の容器であり、被加工物６が収容可能なチャンバ５が設けられていてもよい。チャンバ５には、不図示の液体導入ポート及び液体排出ポートが形成され、チャンバ５の内部に液体の充填および排出が可能となっていてもよい。ステージ７に固定されたチャンバ５の内部に被加工物６を固定すると共にチャンバ５内を液体（例えば水）で満たされていてもよい。チャンバ５は、パルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２が透過する窓５ａを有し、チャンバ５の内部には、窓５ａに相対する位置に配置された被加工物６が収納されるように構成されていてもよい。加工工程において、パルスレーザ光Ｌ２による除去加工を液中環境で行なってもよい。つまり、被加工物６を液中に浸して除去加工を行なってもよい。液中環境での除去加工は、レーザ加工に伴って発生する圧力を液体の圧力によって閉じ込めることができ、被加工物６への圧力衝撃を効果的に伝搬させることができる。

（第四の実施形態）
図５は、インクジェットプリンタのインクジェットヘッドの概略断面図である。図５（ａ）は、本実施形態の製造方法によって形成した溝を有するインクジェットヘッドである。図５（ｂ）は、従来のパルスレーザ光を用いた除去加工によって形成した溝を有するインクジェットヘッドである。

図５（ａ）において、インクジェットヘッドは、半導体基板６と、半導体基板６の上面に取り付けられ、インクを貯蔵するインクタンク１９と、半導体基板６の下面に取り付けられ、半導体基板６とで液室１６を形成するオリフィスプレート１７とを有している。半導体基板６には、インクタンク１９と液室１６とを連通する、インクの経路２０となる溝６ｄが形成されている。液室１６には、ヒータ１５が設けられ、オリフィスプレート１７には、インク液滴２１を吐出するインク吐出口１８が形成されている。

インクタンク１９のインクは、溝６ｄを流れて液室１６に供給される。液室１６ではヒータ１５の瞬間的な加熱／冷却により気泡が形成される。この気泡によりインクが押上げられ、オリフィスプレート１７に形成されたインク吐出口１８より微小なインク液滴２１となって吐出される。

このインクジェットヘッドの半導体基板６における溝６ｄは、上記第１実施形態と同様のレーザ加工方法によって形成される。具体的に説明すると、改質部形成工程では、半導体基板６において最終的に溝６ｄとなる部分が除去予定領域としての溝形成予定領域であり、溝の側壁面となる部分（つまり、溝形成予定領域の輪郭の部分）に、パルスレーザ光Ｌ１により改質部が形成される。このとき、改質部は、半導体基板６の面に対して垂直となるように形成される。次いで、除去工程において、パルスレーザ光Ｌ２を改質部で囲われた領域内で走査することで、改質部で囲われた領域、つまり溝形成予定領域を除去加工する。これにより、側壁面が垂直形状の溝６ｄが形成される。このように形成された溝をそのまま用いてもよいが、アルカリ性エッチング液中で１５分程度異方性エッチングすることにより、最終的な溝形状を形成してもよい。

これに対し、図５（ｂ）は、本実施形態の垂直溝を形成する製造方法を用いずに、従来のパルスレーザ光を用いた除去加工によって溝を形成した例を示したものである。図５（ｂ）において、インクジェットヘッドは、半導体基板６’と、半導体基板６’の上面に取り付けられ、インクを貯蔵するインクタンク１９’とを有している。また、インクジェットヘッドは、半導体基板６’の下面に取り付けられ、半導体基板６’とで液室１６’を形成するオリフィスプレート１７’を有している。半導体基板６’には、インクタンク１９’と液室１６’とを連通する、インクの経路２０’となる溝６ｄ’が形成されている。液室１６’には、ヒータ１５’が設けられ、オリフィスプレート１７’には、インク液滴２１’を吐出するインク吐出口１８’が形成されている。

図５（ａ）に示す溝６ｄは、図５（ｂ）に示す溝６ｄ’よりも溝の幅が小さくなる。ここで、１枚のシリコンウェハからは、インクジェットヘッドの一部である半導体基板を複数切り出すことができる。本実施形態の製造方法により溝を形成すると、従来の製造方法によって製造した場合よりも多くのインクジェットヘッドの半導体基板をシリコンウェハから製造することができ、大幅なコストダウンが可能となる。

（実施例１）
次に、本発明の具体的な実施例を以下に述べる。先ず始めに具体的な構成を以下に述べる。図１において、レーザ発振器１はＱスイッチＹＡＧレーザを用い、波長はＹＡＧ基本波長である１０６４ｎｍ、繰返し周波数は２０ｋＨｚとした。ビーム拡大光学系２の倍率は３倍とした。反射ミラー３は１０６４ｎｍ用の誘電多層膜コートを施し、９９．５％の反射率を有するものとした。集光レンズ４は、５０倍の顕微鏡対物レンズを使用した。密閉チャンバ５はアルミ材質で構成した。またチャンバ５は合成石英の窓５ａが設置され、レーザ光Ｌ１，Ｌ２の導入が可能とした。被加工物６は、厚さ６２５マイクロｍの単結晶シリコンウェハであり、レーザ光入射面は鏡面仕上げとした。ステージ７は、ＸＹの２軸と集光レンズ光軸方向（Ｚ軸方向）に移動可能な３軸構成のＸＹＺステージとし、位置決め精度は１マイクロｍであった。レーザ発振器８は窒素レーザであり、波長は３３７．１ｎｍ、繰返し周波数は２０Ｈｚであった。ビーム拡大光学系９の倍率は２倍とした。反射ミラー１０は３３７．１ｎｍ用の誘電多層膜コートを施し、９９．５％の反射率を有するものとした。反射ミラー１０はガルバノメータスキャナに固定され、反射角度を−１０°以上＋１０°以下の範囲で変化させることができるものとした。集光レンズ１１は、窒素レーザの発振波長に対応したＦシータ特性を有する集光レンズでとした。Ｆシータ特性とは、ガルバノメータスキャナの角度変化シータによる集光点の移動距離がＦ＊シータで表される特性とした。

次に具体的な動作を以下に述べる。まずステージ７上に被加工物６を固定すると共にチャンバ５内を水で満たした。ステージ７を駆動し被加工物６を検出器１２の直下に移動した。検出器１２は被加工物６上に形成された位置決めマークを検出し、画像処理装置１３によって位置決めマークの重心位置を検出した。画像処理装置１３の信号を制御装置１４に伝送しステージ７を制御することにより、被加工物６を集光レンズ４の直下の所望の加工位置に位置決めした。レーザ発振器１より出射したレーザビームを被加工物６内に集光した状態でステージ７を移動させ、被加工物６内に前述の改質部６Ａを形成した。集光レンズ４を通過したレーザ光Ｌ１のパルスエネルギが２２マイクロジュール、ステージ移動速度が５０ｍｍ／秒である時、被加工物６内のレーザビーム集光位置において改質領域６ａが形成された（図２（ａ）及び図２（ｂ）参照）。改質領域６ａは、レーザ光Ｌ１の光軸方向（深さ方向）に約３０マイクロメートル、幅方向に約２マイクロメートル程度で形成され、レーザ光Ｌ１の進行方向に沿ってレーザパルスと同期して形成された。

本実施例では、複数の改質領域６ａをレーザ光Ｌ１の光軸方向に重ねて形成し、被加工物６の内部より表面に向けて溝構造となるよう改質部６Ａを形成した（図２（ｃ）参照）。つまり、各改質領域６ａが垂直（光軸に平行）に並ぶように改質部６Ａを形成した。集光点Ｐ１の位置が改質されるので、集光点Ｐ１を垂直に走査（本実施例では副走査）することにより、各改質領域６ａを垂直に並べることができた。

被加工物６の表面に最も近い改質領域の端部６ｂは被加工物６の表面に到達し、輪郭線を形成していた。但し仮に改質領域の端部が被加工物表面に到達せず輪郭線が形成されなくとも、アライメントマークの位置情報によって被加工物内部の輪郭線位置は算出でき後述のレーザ除去加工を行う場合に支障はなかった。

次にステージ７を移動させ被加工物６を集光レンズ１１の直下に移動した。反射ミラー１０を保持するガルバノメータスキャナを駆動し、パルスレーザ光Ｌ２の集光位置が改質部６Ａの輪郭の内側を移動する様にレーザ除去加工を行った。集光レンズ１１を通過したパルスレーザ光Ｌ２のパルスエネルギは２３０マイクロジュールであった。

本実施例において被加工物６は単結晶シリコンであるため結晶方位面に沿って劈開性を有するものとした。改質部６Ａの近傍は第一のパルスレーザ光Ｌ１による改質によって発生した残留応力が存在するために、母材に対して劈開（剥離）し易い状態となっていた。パルスレーザ光Ｌ２によってシリコンが除去加工される際、加工点Ｐ２において圧力衝撃が発生した。集光点Ｐ２と改質部６Ａが適切な位置関係にある時、この圧力衝撃が改質部６Ａに影響を及ぼし劈開を誘発した。

本実施例においてはパルスレーザ光Ｌ２の集光点Ｐ２の直径は３０マイクロメートルであり、集光点Ｐ２の中心位置が輪郭線に対して約１５マイクロメートルまで近接した時に改質部６Ａの劈開が確認できた。溝形状の輪郭線に沿って形成された改質部６Ａに対して適切な位置関係を維持したままレーザ除去加工を進展させた結果、改質部６Ａで側壁面６ｃを形成した垂直形状の溝を形成することができた。

以上の製造方法で図５（ａ）に示すインクジェットヘッドの半導体基板６に溝６ｄを形成した場合と、従来の製造方法で図５（ｂ）に示すインクジェットヘッドの半導体基板６’に溝６ｄ’を形成した場合とを比較した。これら溝６ｄ，６ｄ’を形成した結果、溝６ｄは、溝６ｄ’の約１／２倍程度、幅を縮小することができた。ここで、例えば８インチのシリコンウェハからは、インクジェットヘッドの一部である半導体基板が複数切り出される。本実施例の製造方法により溝を形成すると、従来の製造方法によって製造した場合の約２倍の数の半導体基板をシリコンウェハから製造することができ、大幅なコストダウンが可能となった。

本実施例では吸収性パルスレーザビームによる除去加工を水中環境で行った。水中環境での除去加工は、レーザ加工に伴って発生する圧力を水圧によって閉じ込めるため被加工物へ圧力衝撃を効果的に伝搬させることができた。結果、吸収性パルスレーザビームの出力を下げることができる、改質部と吸収性パルスレーザビーム集光点との距離を離すことができる、等の効果を奏し、除去加工の効率や信頼性が向上した。

改質部６Ａと吸収性パルスレーザの集光点Ｐ２との位置関係は、被加工物６の材質や透過性波長パルスレーザ条件、および吸収性波長パルスレーザ条件等によって変化する。よって原理的に劈開を誘発する条件を整えることで同様の効果を得ることができ、本実施例の位置関係に限定されるものではない。

（実施例２）
次に、図３、図６〜図８を用いて、本実施例のレーザ加工方法の改質部形成工程及び除去工程の一例を説明する。本実施例では、被加工物６の内部に改質用レーザ光を集光して改質部を形成し、改質部を加工形状底面の規定に用いるレーザ光を用いた除去加工方法によるインクジェットヘッド基板の先導溝の加工工程の一例を説明する。

インクジェットヘッド基板の先導溝とは、本実施例の加工の後工程の異方性エッチングの際にエッチング液を進入させ、異方性エッチングの時間を短縮し、インク供給口の幅をより小さくするためのものである。

まず図３を用いて本実施例の被加工物６の内部に改質用レーザ光を集光し、改質部を形成する工程を説明する。被加工物６は、結晶面（１００）シリコンのインクジェットヘッド基板とした。被加工物６にはヒータや電気配線、耐エッチング性を有するエッチングストップ層、エッチング保護膜など、インクを吐出するための機構や本実施例による加工後のエッチング工程のための機構などが形成されているものを用いた。また、被加工物６の厚みとしては７２５マイクロメートル程度に形成されていた。この被加工物６に対して、所望の先導溝の形状になるまで照射した。

先導溝の形状は後工程の異方性エッチングの際にエッチング液を進入させ、異方性エッチングの時間を短縮し、インク供給口の幅をより小さくするために、幅５〜１００マイクロメートルが好ましい。また深さは被加工物６として７２５マイクロメートルの厚さのものを用いた場合、６００〜７１０マイクロメートルが好ましい。また溝の長さはインジェットヘッドの大きさにより異なるがおおよそ５〜５０ｍｍである。

集光レンズ３３は、倍率が５０倍、開口数ＮＡが０．５５、パルスレーザ光３２１とパルスレーザ光３２２の透過率が６０％以上であるものを用いた。レーザ発振器３４１はナノ秒ＹＡＧレーザで、パルスレーザ光３２１を繰返し周波数５０ｋＨｚでパルス発振するものを用いた。レーザ発振器３４２はナノ秒ＹＡＧレーザで、パルスレーザ光３２２をレーザ発振器３４１と同じ５０ｋＨｚで、レーザ発振器３４１に対して１マイクロｓｅｃの遅れを持って発振するように調整した。

これによりパルスレーザ光３２１は２０マイクロｓｅｃの間隔（周期）で照射され、パルスレーザ光３２２は、パルスレーザ光３２１に対して常に１マイクロｓｅｃ後に照射された。

またパルスレーザ光３２１及びパルスレーザ光３２２は、波長が１０６４ｎｍであり、被加工物６に対して少なくとも一部が透過性を有するものを用いた。またパルスレーザ光３２１及びパルスレーザ光３２２の被加工物６に対する集光点の位置は自動ステージによって構成されたステージ７により走査され、改質部を形成する位置を変えた。

レーザ発振器３４１から発振されたパルスレーザ光３２１は反射ミラー３６１、ビームスプリッタ３６２及び集光レンズ３３を介して被加工物６の内部の改質予定位置に集光した。このときのパルスレーザ光３２１の強度は、集光レンズ３３透過後で０．１Ｗとなるようにした。

パルスレーザ光３２１が照射された直後のパルスレーザ光３２２が集光された被加工物６の部分は、温度上昇や電子励起などにより、パルスレーザ光３２１の照射前に対してパルスレーザ光３２２の吸収率が向上した。しかし、パルスレーザ光３２１の照射から時間経過が長くなるに連れ、パルスレーザ光３２２の吸収率の向上の効果が少なくなった。そのため、レーザ発振器３４２によるパルスレーザ光３２２の出射は、パルスレーザ光３２１の出射完了から１マイクロｓｅｃ以内とした。

パルスレーザ光３２２の強度は、被加工物６の表面の温度が、シリコンの融点である１４１２℃を超えることのない強度を選択した。ここではレーザ発振器３４２におけるパルスレーザ光３２２の出力は、集光レンズ３３透過後で０．１Ｗとなるようにした。したがって、パルスレーザ光３２１とパルスレーザ光３２２の合計の出力は０．２Ｗであった。

パルスレーザ光３２２はビームスプリッタ３６２と集光レンズ３３を介して被加工物６の内部の改質予定位置Ｐに、レーザ光３２１の１マイクロｓｅｃ後に集光され、改質予定位置Ｐに改質部が形成された。

このときパルスレーザ光３２２が集光される被加工物６の部分はパルスレーザ光３２１の照射によって、パルスレーザ光３２１を照射しないときに対してパルスレーザ光３２２の吸収率が向上している状態であった。これによりパルスレーザ光３２２のエネルギーは、パルスレーザ光３２１を照射していないときに対して少ないエネルギーで改質部を形成することができた。

実際にこの効果により基板内部吸収により、集光点に届くレーザ光のエネルギーが少なくなる基板表面から遠い基板内部の位置に対して、従来の加工方法では改質部を形成することができなったが、本実施例の加工方法では改質部を形成することができた。

パルスレーザ光３２２の照射から１９マイクロｓｅｃ後に再びパルスレーザ光３２１が照射され、さらにその１マイクロｓｅｃ後にパルスレーザ光３２２が照射された。この再びパルスレーザ光３２１が照射されるまでの１９マイクロｓｅｃの間に熱や電子励起などのエネルギーは被加工物６中や被加工物６周辺の雰囲気に拡散された。これにより蓄熱などによる不要な熱ダメージを防ぎながら加工を行うことができた。このパルスレーザ光３２１とパルスレーザ光３２２の照射と集光点の走査を繰り返し行い、後に行われる除去加工をストップさせたい部分である深さ６００〜７１０マイクロメートルに改質部を形成した。

次に図６〜図８を用いて改質部を加工形状底面の規定に用いるレーザ光を用いた除去加工方法によるインクジェットヘッドの先導溝の加工工程の一例を説明する。

図６（ａ）は本実施例の半導体基板である被加工物６に、先に述べた改質部形成工程により改質部３２を形成した後の被加工物６の断面図である。図６（ｂ）は本実施例の被加工物６に改質部３２を形成した後の被加工物６の平面図であり、被加工物６の上方から俯瞰した図である。図６（ｂ）中Ｙ軸方向は、被加工物６の集光レンズ３３側の面に対して平行方向であり、Ｘ軸方向に対して垂直方向である。

図６（ａ）及び図６（ｂ）に示す改質部３２は被加工物６の内部に形成され、後に行われる除去加工をストップさせたい部分に形成した。具体的には、改質部３２は、溝となる底面と側壁面とに形成した。ここでは先導溝として好ましい深さである６００〜７１０マイクロメートルの位置に形成した。また改質部３２の底部における幅は３０マイクロメートル、長さは２０ｍｍであった。

図７（ａ）は、被加工物６に除去加工を施す除去工程を説明するための被加工物６の断面図である。なお、図７（ａ）には、加工用レーザ光３１４を被加工物６に集光するための集光レンズ１１が図示されている。集光レンズ１１は、倍率５０倍、開口数ＮＡ０．５５、加工用レーザ光の透過率６０％であるものを用いた。加工用レーザ光３１４はＹＡＧレーザ、波長５３２ｎｍ、発振形態Ｑ−スイッチパルス、パルス幅３０ｎｓ、出力２０マイクロジュール／パルス、レーザスポット断面積３．１＊１０^−８ｃｍ^２、繰返し周波数８０ｋＨｚとした。

被加工物６には、加工用レーザ光３１４を集光レンズ１１によって集光した集光点３１５を走査した。集光点３１５は、最も加工用レーザ光３１４のエネルギー密度が高くなる点である。集光点３１５は速度１００ｍｍ／ｓで走査した。これにより、集光点３１５を走査した場所で除去加工が行われた。

なお、集光レンズ１１と加工用レーザ光３１４は、被加工物６の一部を除去加工するための性質を得ることが出来ればよく、特に限定されない。加工用レーザ光３１４の発振源としては、例えば固体レーザ、エキシマレーザ、色素レーザ等のいずれを用いてもよい。集光レンズ１１は、加工用レーザ光３１４により破壊されること無く、また加工用レーザ光３１４に対して２０％以上の透過率を持っていることが好ましく、加工用レーザ光３１４を集光点３１５に集光できればよい。

図７（ｂ）は、除去工程において、被加工物６に除去加工の一部が行われた一例を示す被加工物６の断面図である。図７（ｂ）に示すように、加工用レーザ光３１４によって除去された部分３１６は、除去加工によって排出される加工ゴミや加工用レーザ光３１４の強度バラツキによって形状にバラツキを生じ、特に、除去された部分の底面３１７の形状のバラツキが大きくなる。

図８（ａ）は、除去工程において、被加工物６に除去加工が改質部に達した状態を示す被加工物６の断面図である。加工バラツキによって、加工用レーザ光３１４によって除去された部分３１６の底面３１７が改質部３２に早く達成した部分があっても、改質部３２は除去加工されにくいため、除去された部分の底面３１７の形状バラツキが軽減される。

図８（ｂ）は、除去工程において、除去加工された被加工物６の断面図である。図８（ｃ）は、除去工程において、除去加工された被加工物６の平面図であり、被加工物６の上方から俯瞰した図である。図８（ｂ）及び図８（ｃ）に示すように、除去加工により、被加工物６の一部分が除去され、改質部３２が露出する。改質部３２において、除去加工の形状が規定されているため、除去された部分３１６の底面３１７のバラツキが少なくなり、加工底面３１７は６２０マイクロメートル〜７００マイクロメートルの深さの範囲となり、改質溝として好ましい深さ形状を得ることができた。

以上、本実施例のレーザ加工方法では、被加工物６にレーザ光を集光し、被加工物６の内部の一部に改質部を形成する加工を行う方法において、パルスレーザ光３２１の照射が完了後から１マイクロｓｅｃの間にパルスレーザ光３２２の照射を行った。そうすることで、パルスレーザ光３２１の照射によってパルスレーザ光３２２の吸収率を向上させることが可能となり、レーザ光の吸収率を向上させた状態にパルスレーザ光３２２を照射し改質部が形成することが可能となった。これにより従来の加工方法よりもエネルギー利用効率が高く、低いエネルギーで改質部が形成することが可能となった。

また低いエネルギーで改質部が形成することが可能となるため、被加工物６の表面でのレーザ光のエネルギー密度も小さくすることが可能となった。これにより、被加工物６の表面で不要な改質が行われることを防止することができ、被加工物６の表面から遠い被加工物６の内部の改質予定位置に対しても、改質部の形成が容易にできるようになった。

また、被加工物６の表面でレーザ光の照射面積を十分に取ることができない場合であっても、従来の加工方法に対して被加工物６の表面で不要な加工を発生させることなく、基板内部に改質部を形成することが可能となった。

また、形成される改質部は、レーザ除去加工におけるレーザ加工速度が、非改質部分に比して低くなる。したがって、改質部はレーザ除去加工で除去加工を停止させたい部分に形成しストップ層として用いることができる。この改質部をストップ層として用いることで、レーザ除去加工速度にバラツキがあっても、除去速度の遅い改質部でバラツキを吸収できるため、加工形状精度を向上することができる。これにより、インクジェットヘッド基板の先導溝の形状バラツキを軽減することが可能となる。

なお、本発明は、以上説明した実施形態及び実施例に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。

上記実施形態及び上記実施例の被加工物は結晶シリコン等の半導体基板であったが、原理的に劈開性を有する材料であれば同様の効果を得ることができ、被加工物の材質は結晶シリコンに限定されるものではない。例えば、結晶シリコンの他に、ガラス材料を用いることも可能である。本明細書における改質とは、結晶シリコンにおいては、アモルファス化、溶融化、微細クラック化等を示し、ガラス材料においては、元来アモルファス状の組成であるため、溶融化、微細クラック化等を示す。

上記実施例では、改質部をストップ層として用いる場合について述べたが、チップ分割の予定ラインにレーザで改質部を形成し、テープエキスパンド等にてチップ分割をおこなうレーザダイシングにも、本発明の改質部形成を利用することができる。

また、被加工物が劈開性を有する場合、改質部は母材より剥離しやすくなるので、改質部をレーザ除去加工予定領域の輪郭に沿って形成し、所望の形状を改質部と母材の剥離を利用して加工する加工方法にも利用することができる。

また、改質部が非改質部よりウェットエッチングによる除去速度が速い性質を利用し、レーザ光により改質部を形成して、その後ウェットエッチングする除去方法にも本発明の改質部形成を利用することができる。

また、上記第二の実施形態では、一定の出射周期でパルスレーザ光３２１，３２２を照射する場合について説明したが、これに限定するものではなく、走査速度の変化に応じて出射周期を変更してもよい。

また、上記第二の実施形態では、２つのレーザ発振器３４１，３４２を用いた場合について説明したが、３つ以上のレーザ発振器を用いて改質するようにしてもよい。その際、複数のレーザ発振器から選択される２つのレーザ発振器が第一のレーザ発振器と第二のレーザ発振器との関係にあり、各レーザ発振器のパルスレーザ光が一定時間ｔ、即ち１マイクロｓｅｃ以下の間隔で順次パルスレーザ光を出射するようにすればよい。そして、これらパルスレーザ光の合計の照射エネルギーが改質するのに必要なエネルギーとなるように、各パルスレーザ光の照射エネルギーを設定すればよい。

また、上記第二の実施形態では、第一のパルスレーザ光（第二のパルスレーザ光）の集光スポットが被加工物において同一位置に重なって照射されない場合について説明したが、被加工物において照射完了した位置に重なって照射されることがあってもよい。

また、上記第三の実施形態及び上記実施例１では、改質部を形成する前に被加工物を液体に浸したが、吸収性を示すパルスレーザ光で除去加工を行う前であればいつでもよく、改質部形成工程後、被加工物を液体に浸すようにしてもよい。

また、上記第三の実施形態及び上記実施例１ではチャンバ内を水で満たし圧力衝撃を増大させたが、レーザ除去加工に伴う圧力衝撃が得られる媒質であれば、他の液体であってもよい。また、上記第三の実施形態及び上記実施例１では、液体が効果的であるとして説明したが、本発明は、液体以外（例えば気体）を除外するものではなく、レーザ除去加工に伴う圧力衝撃が得られる媒質であれば、気体であってもよい。気体の場合、特に密閉チャンバが必要であるとは限らず、レーザ除去加工の雰囲気を被う物であればよい。

また、上記実施例１では、被加工物に溝加工する場合について説明したが、これに限定するものではなく、ドット形状の穴等の凹部を形成する場合でもよく、また、貫通孔を形成する場合であってもよい。また、本発明は、除去予定領域の輪郭形状も平面視で四角形に限らず、円形、楕円形、多角形、その他諸々の平面視で任意の形状の輪郭となる除去予定領域を高精度に除去加工することができる。

また、上記実施形態及び上記実施例では、第一のレーザ発振部が出射したパルスレーザ光の集光点を走査するために、ステージ７（つまり被加工物６）を移動させることにより行ったが、これに限定するものではない。第一のレーザ発振部が出射したパルスレーザ光を移動させるように構成してもよく、両方を移動させるように構成してもよい。第二のレーザ発振部が出射したパルスレーザ光についても同様であり、被加工物６を移動させても第二のレーザ発振部が出射したパルスレーザ光を移動させても、両方を移動させてもよい。

１…レーザ発振器（第一のレーザ発振部）、４…集光レンズ（第一の集光レンズ）、５…チャンバ、６…被加工物、６Ａ…改質部、８…レーザ発振器（第二のレーザ発振部）、１１…集光レンズ（第二の集光レンズ）、１００…レーザ加工装置

Claims (12)

1. 被加工物に対して透過性を示す波長のパルスレーザ光を前記被加工物の内部に集光させて照射し、前記集光させた点を前記被加工物における除去予定領域の輪郭に沿って走査することで、前記除去予定領域の輪郭に沿って前記被加工物の内部に改質部を形成する改質部形成工程と、
   前記除去予定領域を除去する除去工程と、を備えたことを特徴とするレーザ加工方法。
2. 前記透過性を示す波長のパルスレーザ光は、第一のパルスレーザ光および第二のパルスレーザ光であり、前記第一のパルスレーザ光を一定の時間、照射した後、１マイクロｓｅｃが経過するまでの間に、前記第二のパルスレーザ光を前記第一のパルスレーザ光を照射した位置に照射することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
3. 前記除去工程では、前記被加工物に対して吸収性を示す波長のパルスレーザ光を前記改質部で囲われた領域内で走査することで、除去加工を行うことを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ加工方法。
4. 前記除去工程では、前記被加工物を液中に浸して除去加工を行うことを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工方法。
5. 前記被加工物が結晶シリコンであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のレーザ加工方法。
6. インクタンクからインク吐出口へインクを供給するための溝を有する半導体基板を備えたインクジェットヘッドの製造方法であって、
   前記半導体基板に対して透過性を示す波長のパルスレーザ光を、前記半導体基板の内部に集光させて照射し、前記集光させた点を前記半導体基板における溝形成予定領域の輪郭に沿って走査することで、前記溝形成予定領域の輪郭に沿って前記半導体基板の内部に改質部を形成する改質部形成工程と、
   前記改質部で囲われた領域を除去し、前記溝を形成する除去工程と、を備えたことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
7. 前記半導体基板に対して透過性を示す波長のパルスレーザ光は、第一のパルスレーザ光および第二のパルスレーザ光であり、前記第一のパルスレーザ光を一定の時間、照射した後、１マイクロｓｅｃが経過するまでの間に、前記第二のパルスレーザ光を前記第一のパルスレーザ光を照射した位置に照射することを特徴とする請求項６に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
8. 前記除去工程では、前記半導体基板に対して吸収性を示す波長のパルスレーザ光を前記改質部で囲われた領域内で走査することで、除去加工を行うことを特徴とする請求項６または７に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
9. 前記除去工程では、前記半導体基板を液中に浸して除去加工を行うことを特徴とする請求項８に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
10. 被加工物に対して透過性を示す波長のパルスレーザ光を出射する第一のレーザ発振部と、
    前記第一のレーザ発振部が出射したパルスレーザ光を集光する第一の集光レンズと、
    前記被加工物に対して吸収性を示す波長のパルスレーザ光を出射する第二のレーザ発振部と、
    前記第二のレーザ発振部が出射したパルスレーザ光を集光する第二の集光レンズと、
    前記第一の集光レンズにより集光されたパルスレーザ光の集光点を、前記被加工物における除去予定領域の輪郭に沿って走査させ、前記除去予定領域の輪郭に沿って前記被加工物の内部に改質部を形成する改質部形成処理、及び前記第二の集光レンズにより集光されたパルスレーザ光の集光点を、前記改質部で囲われた領域内で走査させ、前記改質部で囲われた領域を除去加工する除去処理を実行する制御部と、を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
11. 前記第一のレーザ発振部は、
    前記被加工物に対して透過性を示す波長の第一のパルスレーザ光を出射する第一のレーザ発振器と、
    前記被加工物に対して透過性を示す波長の第二のパルスレーザ光を出射する第二のレーザ発振器と、を有し、
    前記制御部は、前記改質部形成処理として、前記第一のパルスレーザ光及び前記第二のパルスレーザ光の集光点を前記除去予定領域の輪郭に沿う改質予定位置に照射して前記改質予定位置を改質する際に、前記第一のレーザ発振器が前記第一のパルスレーザ光を出射完了してから１マイクロｓｅｃが経過するまでの間に前記第二のレーザ発振器が前記第二のパルスレーザ光を出射するように、前記第一のレーザ発振器及び前記第二のレーザ発振器のパルスレーザ光の出射タイミングを制御することを特徴とする請求項１０に記載のレーザ加工装置。
12. 前記被加工物を収容可能なチャンバを備え、
    前記チャンバは、液体の充填および排出が可能であることを特徴とする請求項１０または１１に記載のレーザ加工装置。

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