JP2020082139A - レーザー加工装置および被加工物の加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザービームの照射範囲を好適に制御しつつ被加工物を加工する。【解決手段】レーザービームを用いて被加工物を加工するレーザー加工装置が、レーザービームを出射可能な光源と、光源から出射されるレーザービームの光軸上に配置されたアキシコンレンズと、光源とアキシコンレンズの間に配置されてなり、レーザービームのビーム径よりも小さい開口径を有する開口絞りと、を備え、開口絞りによってビーム径が絞られたレーザービームをアキシコンレンズに入射させることによって疑似ベッセルビームを発生させ、疑似ベッセルビームの強度が所定の加工閾値以上となる加工可能強度域に、被加工物の加工対象領域を含めることによって、被加工物を加工する、ことを特徴とする。【選択図】図３

Description

本発明は、被加工物をレーザービームによって加工する装置に関する。

レーザービームを被加工物に照射することによって被加工物に対し分断、穴開け、溝形成などの種々の加工を行うことは、従来より広く行われている。その１つとして、ベッセル型のレーザービームを用いる態様がすでに公知である（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１７−６４７９５号公報

被加工物に対し一方の表面側からレーザービームを照射し、深さ方向の所定範囲を同時に加工する場合において、ある深さ以上の部分については加工を行いたくない、あるいは、たとえ加工がされないとしても、何らかの悪影響が生じる可能性を懸念して、レーザービームが照射されることを避けたい、というニーズがある。

特許文献１には、アキシコンレンズを用いてベッセル型レーザービームを生成させる旨、および、ベッセル型レーザービームの伝搬方向におけるフルエンス変化において所定の閾値以上の範囲として特定される、光学的絶縁破壊が生じる範囲である最大損傷深さと、被加工物たる層状ガラスの厚みとの大小関係に基づいて、層状ガラスの切断範囲が定まる旨が開示されている。

しかしながら、特許文献１には、レーザービームの伝搬方向における広がりそのものを調整することにより、被加工物における加工範囲を調整する態様については、何らの開示も示唆もなされてはいない。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、レーザービームの照射範囲を好適に制御しつつ被加工物を加工する方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、レーザービームを用いて被加工物を加工するレーザー加工装置であって、前記レーザービームを出射可能な光源と、前記光源から出射される前記レーザービームの光軸上に配置されたアキシコンレンズと、前記光源と前記アキシコンレンズの間に配置されてなり、前記レーザービームのビーム径よりも小さい開口径を有する開口絞りと、を備え、前記開口絞りによって前記ビーム径が絞られた前記レーザービームを前記アキシコンレンズに入射させることによって疑似ベッセルビームを発生させ、前記疑似ベッセルビームの強度が所定の加工閾値以上となる加工可能強度域に、前記被加工物の加工対象領域を含めることによって、前記被加工物を加工する、ことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載のレーザー加工装置であって、前記アキシコンレンズと前記被加工物の配置位置との間に配置されてなり、前記疑似ベッセルビームを縮小再結像させる縮小レンズ、をさらに備え、前記縮小レンズによって縮小再結像された前記疑似ベッセルビームの前記加工可能強度域に前記加工対象領域を含めることによって、前記被加工物を加工する、ことを特徴とする。

請求項３の発明は、レーザービームを用いて被加工物を加工する方法であって、所定の光源から出射されるレーザービームの光軸上にアキシコンレンズを配置するとともに、前記光源と前記アキシコンレンズの間に前記レーザービームのビーム径よりも小さい開口径を有する開口絞りを配置し、前記開口絞りによって前記ビーム径が絞られた前記レーザービームを前記アキシコンレンズに入射させることによって疑似ベッセルビームを発生させ、前記疑似ベッセルビームの強度が所定の加工閾値以上となる加工可能強度域に、前記被加工物の加工対象領域を含めることによって、前記被加工物を加工する、ことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項３に記載の被加工物の加工方法であって、前記アキシコンレンズと前記被加工物の配置位置との間に前記疑似ベッセルビームを縮小再結像させる縮小レンズを配置し、前記縮小レンズによって縮小再結像された前記疑似ベッセルビームの前記加工可能強度域に前記加工対象領域を含めることによって、前記被加工物を加工する、ことを特徴とする。

請求項１ないし請求項４の発明によれば、疑似ベッセルビームの加工可能強度域を、加工対象領域以遠に疑似ベッセルビームが照射されない所定の範囲に制限しつつ、一度のレーザービームの出射により深さ方向において加工対象領域全体を同時に加工することができる。

特に、請求項２および請求項４の発明によれば、単位面積あたりの強度が大きい疑似ベッセルビームを局所的に照射することが可能となるとともに、加工装置の作動距離を大きくすることが出来る。

アキシコンレンズ１を用いた疑似ベッセルビームの発生について模式的に示す図である。 レーザービームＬＢの出力を一定に保ちつつビーム径ｄ１を違えたときの、それぞれのレーザービームＬＢについての、アキシコンレンズ１の頂点１Ｓからの光軸ＡＸ上における距離と光軸ＡＸの位置における疑似ベッセルビームＢＢの強度との関係についてのシミュレーション結果を示す図である。 図１に模式的に示した疑似ベッセルビームＢＢを発生させる構成に、開口絞り３を追加した構成を示す図である。 レーザービームＬＢのビーム径ｄ１を１１ｍｍとし、開口絞り３の条件を違えたときの、それぞれのレーザービームＬＢについての、アキシコンレンズ１の頂点１Ｓからの光軸ＡＸ上における距離と光軸ＡＸの位置における疑似ベッセルビームＢＢの強度との関係についてのシミュレーション結果を示す図である。 レーザービームＬＢのビーム径ｄ１を３ｍｍとし、開口絞り３の条件を違えたときの、それぞれのレーザービームＬＢについての、アキシコンレンズ１の頂点１Ｓからの光軸ＡＸ上における距離と光軸ＡＸの位置における疑似ベッセルビームＢＢの強度との関係についてのシミュレーション結果を示す図である。 レーザー加工装置１００の構成の一例を、模式的に示す図である。

＜疑似ベッセルビームの発生と加工への利用＞
図１は、アキシコンレンズ１を用いた擬似的なベッセルビーム（疑似ベッセルビーム）の発生について模式的に示す図である。図１（ａ）は光源２からビーム径ｄ１＝ｄ１ａのレーザービームＬＢ（ＬＢａ）が出射され、アキシコンレンズ１に入射されるときの、疑似ベッセルビームＢＢ（ＢＢａ）の発生の様子を示している。図１（ｂ）は光源２からビーム径ｄ１＝ｄ１ｂ（＜ｄ１ａ）のレーザービームＬＢ（ＬＢｂ）が出射され、同じアキシコンレンズ１に入射されるときの、疑似ベッセルビームＢＢ（ＢＢｂ）の発生の様子を示している。

なお、本実施の形態において、ベッセルビームを「擬似的な」と称しているのは、完全なベッセルビームを発生させるには、無限のエネルギーを必要とするところ、実際のレーザービームのエネルギーは有限であり、そのような完全なベッセルビームを作り出すことはできないという、公知の知見による。

以降においては、光源２からレーザービームＬＢが出射される際の軸中心を、光軸ＡＸと称し、光軸ＡＸの延在する方向を光軸方向と称することとする。また、レーザービームＬＢはガウシアンビームであり、本実施の形態においては、その１／ｅ^２幅（強度値が最大強度の１／ｅ^２倍以上となる範囲）をレーザービームＬＢのビーム径であるとする。

レーザービームＬＢとしては、加工対象物に応じて種々のレーザービームを選択することができるが、例えば、ガラス、セラミックス、半導体等の脆性材料を加工するレーザービームとしては、例えば、パルス幅（パルス持続時間）が１００ｐｓ以下、好ましくは５０ｐｓ以下（通常は１ｐｓ以上）の赤外レーザービーム、特に近赤外レーザービーム（例えば波長１０６４ｎｍ）を使用することができ、例えばコヒレント社製ハイパーラピッド（波長１０６４ｎｍ、パルス幅１５ｐｓ、平均出力５０Ｗ）が例示される。

アキシコンレンズ１は、一方端側に平坦面１ａを有し、他方端側に円錐面１ｂを有するレンズである。疑似ベッセルビームＢＢを発生させる際、アキシコンレンズ１は、その中心軸を光軸ＡＸに一致させる態様にて（円錐面１ｂの頂点１Ｓが光軸ＡＸ上に位置する態様にて）配置される。係る配置状態において、光源２からレーザービームＬＢを出射させると、平坦面１ａに対し垂直に入射したレーザービームＬＢは、円錐面１ｂから出射される際に、該円錐面１ｂの傾斜に応じた出射角にて光軸ＡＸに向けて傾斜させられる。すると、光軸方向においては、相異なる方向からアキシコンレンズ１の光軸方向に関して対称な２方向から出射されたレーザービームＬＢが交差する（重畳する）ことにより、疑似ベッセルビームＢＢが発生する。

係る場合において、アキシコンレンズ１の形状ならびに光源２から出射されるレーザービームＬＢの強度および波長が同じであるならば、疑似ベッセルビームＢＢの発生位置および発生範囲は、ビーム径ｄ１の大きさによって異なる。

例えば、図１（ａ）に示すように、ビーム径ｄ１＝ｄ１ａのレーザービームＬＢａがアキシコンレンズ１に対し入射することにより、光軸方向のアキシコンレンズ１の頂点１Ｓを起点とする長さＳａの範囲に最大幅ｄ２＝ｄ２ａの疑似ベッセルビームＢＢａが発生し、図１（ｂ）に示すように、ビーム径ｄ１＝ｄ１ｂ（＜ｄ１ａ）のレーザービームＬＢｂがアキシコンレンズ１に対し入射することにより、アキシコンレンズ１の頂点１Ｓから長さＳｂの範囲に最大幅ｄ２＝ｄ２ｂの疑似ベッセルビームＢＢｂが発生するとした場合、Ｓａ＞Ｓｂ、ｄ２ａ＞ｄ２ｂとなる。

図２は、レーザービームＬＢの出力を一定に保ちつつビーム径ｄ１を３（ｍｍ）、５（ｍｍ）、７（ｍｍ）、９（ｍｍ）、および１１（ｍｍ）の５水準に違えたときの、それぞれのレーザービームＬＢについての、アキシコンレンズ１の頂点１Ｓからの光軸ＡＸ上における距離と光軸ＡＸの位置における疑似ベッセルビームＢＢの強度（任意単位：a.u.）との関係についてのシミュレーション結果を示す図である。なお、本実施の形態において示すシミュレーション結果を得るにあたっては、レーザービームＬＢの波長は１０６４（ｎｍ）とし、アキシコンレンズ１の頂角θは１４０°としている。

図２からは、ビーム径ｄ１が大きくなるほど、光軸方向のより広い範囲において疑似ベッセルビームＢＢが発生する一方で、最大強度は小さくなる傾向があることがわかる。

また、各プロファイルは光軸方向において数（ｍｍ）〜数十（ｍｍ）程度の比較的広い範囲で比較的大きな強度を有していることもわかる。例えばビーム径ｄ１が最小の３（ｍｍ）である場合のプロファイルにおいても、１０（ｍｍ）程度の半値幅を有してなる。

本実施の形態においては、疑似ベッセルビームＢＢのこのような性質を、被加工物の深さ方向における加工に利用する。なお、本実施の形態において、被加工物の加工とは、変質領域の形成が例示されるが、アブレーションによる溝形成など、他の加工態様であってもよい。

図２に示す結果は、あるビーム径ｄ１のレーザービームＬＢをアキシコンレンズ１に入射させることによって発生させた疑似ベッセルビームＢＢを、被加工物に照射すれば、被加工物の深さ方向（光軸方向に相当する方向）の、疑似ベッセルビームＢＢの強度が所定の加工閾値（被加工物に所定の加工を行うのに必要なレーザービームの強度の最小値）以上となる範囲（以下、加工可能強度域）において、均質な加工を同時に行うことが、少なくとも原理的には可能であることを教示する。

すなわち、レーザービームＬＢの出力およびビーム径ｄ１を適宜に選択し、かつ、被加工物における加工対象領域の位置を適宜に調整することによって、疑似ベッセルビームＢＢの加工可能強度域に被加工物における加工対象領域が含まれるようにすれば、一度のレーザービームＬＢの出射により、深さ方向において加工対象領域全体を同時に加工することが可能となる。

レーザービームＬＢの波長、出力、ビーム径ｄ１、および、アキシコンレンズの頂角θなどは、被加工物の種類に応じて適宜に選択されてよい。

例えば、図２においてビーム径ｄ１が５（ｍｍ）の場合において、疑似ベッセルビームＢＢの強度の加工閾値が３００（a.u.）であれば、アキシコンレンズ１からの距離がおよそ３（ｍｍ）〜１５（ｍｍ）という範囲、すなわち、深さ方向の約１２（ｍｍ）の範囲が、加工可能強度域となる。

なお、実際に被加工物を加工する際には、被加工物の屈折率ｎも考慮して、加工可能強度域と被加工物における加工対象領域と一致させる必要がある。例えば、疑似ベッセルビームＢＢの強度が３００（a.u.）以上となる範囲が全て被加工物に含まれる場合、加工可能強度域の範囲は１５ｎ（ｍｍ）−３ｎ（ｍｍ）＝１２ｎ（ｍｍ）となる。

＜疑似ベッセルビームの照射範囲の制限＞
上述のように、疑似ベッセルビームＢＢを用いることにより、被加工物の深さ方向につき同時加工が可能となるが、一方で、加工可能強度域には該当しないため加工はされないものの、疑似ベッセルビームＢＢ自体は弱いながらも照射される領域が存在する。係る照射に起因した何らかの悪影響が生じる可能性を懸念して、このような領域にレーザービームが照射されることを避けたい、という技術上の要請がある。

本実施の形態においては、係る要請につき、開口絞りを用いて疑似ベッセルビームＢＢの発生範囲を限定することによって対応する。

図３は、図１に模式的に示した疑似ベッセルビームＢＢを発生させる構成に、開口絞り３を追加した構成を示す図である。

開口絞り３は、光軸方向において光源２とアキシコンレンズ１との間に配置される。開口絞り３としては、開口径φがレーザービームＬＢのビーム径ｄ１よりも小さいものが用いられる。

係る態様にて開口絞り３が配置されることで、アキシコンレンズ１の平坦面１ａに実際に入射するレーザービームＬＢ（ＬＢ１）のビーム径ｄ３は、光源２から出射された時点におけるレーザービームＬＢ（ＬＢ０）のビーム径ｄ１よりも絞られる（小さくなる）。係る場合、疑似ベッセルビームＢＢ１の起点こそ、開口絞り３を設けない場合と変わらずアキシコンレンズ１の頂点１Ｓとなるが、疑似ベッセルビームＢＢ１の光軸方向における長さＳｃおよび最大幅ｄ４はそれぞれ、開口絞り３を設けない場合の長さＳａおよび最大幅ｄ２よりも小さな値となる。

図４は、レーザービームＬＢのビーム径ｄ１を１１（ｍｍ）とし、開口絞り３を設けない場合と、開口絞り３の開口径φを７（ｍｍ）、８（ｍｍ）、１０（ｍｍ）、および１１（ｍｍ）の４水準に違えたときの、それぞれのレーザービームＬＢについての、アキシコンレンズ１の頂点１Ｓからの光軸ＡＸ上における距離と光軸ＡＸの位置における疑似ベッセルビームＢＢの強度との関係についてのシミュレーション結果を示す図である。また、図５は、レーザービームＬＢのビーム径ｄ１を３（ｍｍ）とし、開口絞り３を設けない場合と、開口絞り３の開口径φを２．２（ｍｍ）、２．５（ｍｍ）、３（ｍｍ）、３．５（ｍｍ）、４（ｍｍ）、および５（ｍｍ）の６水準に違えたときの、それぞれのレーザービームＬＢについての、アキシコンレンズ１の頂点１Ｓからの光軸ＡＸ上における距離と光軸ＡＸの位置における疑似ベッセルビームＢＢの強度との関係についてのシミュレーション結果を示す図である。

図４および図５のいずれの場合も、開口絞り３を設けた場合のプロファイルでは、アキシコンレンズ１の頂点１Ｓから所定距離離れた位置において、疑似ベッセルビームＢＢの強度が急激に減衰し、当該位置以遠においては、ゼロになっている。すなわち、疑似ベッセルビームＢＢがカットされている。また、開口径φの値を小さくするほど、減衰位置はアキシコンレンズ１に近づいている。

このことを利用すれば、疑似ベッセルビームＢＢを用いて被加工物を深さ方向の所定範囲について加工する場合に、加工対象領域よりも深い位置にまで疑似ベッセルビームＢＢが照射されることを、好適に抑制することが出来る。

例えば、図４に示すビーム径ｄ１が１１（ｍｍ）の場合において、強度が１５０（a.u.）以上の範囲を加工可能強度域とした場合、開口絞り３の開口径φを７（ｍｍ）とすれば、アキシコンレンズ１の頂点１Ｓからの距離が約１９（ｍｍ）の位置が疑似ベッセルビームＢＢの減衰位置となり、当該位置以遠には、疑似ベッセルビームＢＢは照射されない。そして、当該距離が６．５（ｍｍ）〜約１９（ｍｍ）の範囲が、（被加工物の屈折率を考慮しない場合の）加工可能強度域Ｐ１となる。

同様に、図５に示すビーム径ｄ１が３（ｍｍ）の場合において、強度が６００（a.u.）以上の範囲を加工可能強度域とした場合、開口絞り３の開口径φを２．２（ｍｍ）とすれば、アキシコンレンズ１の頂点１Ｓからの距離が約５．８（ｍｍ）の位置が疑似ベッセルビームＢＢの減衰位置となり、当該位置以遠には、疑似ベッセルビームＢＢは照射されない。そして、当該距離が２．２（ｍｍ）〜約５．８（ｍｍ）の範囲が、（被加工物の屈折率を考慮しない場合の）加工可能強度域Ｐ２となる。

これら図４および図５に示す結果からは、あるビーム径ｄ１のレーザービームＬＢを所定の開口径φの開口絞り３にて絞ったうえでアキシコンレンズ１に入射させ、これによって発生させた疑似ベッセルビームＢＢを被加工物に照射すれば、光軸方向に相当する被加工物の深さ方向において、該疑似ベッセルビームＢＢの加工可能強度域を開口径φに応じた所定範囲に制限し、当該所定範囲においては均質な加工（例えば変質領域の形成）を同時に行う一方で、当該所定範囲以遠には疑似ベッセルビームＢＢを照射させないようにすることが、少なくとも原理的には可能であることが教示される。

すなわち、レーザービームＬＢの出力とビーム径ｄ１と開口絞り３の開口径φとを適宜に選択し、かつ、被加工物の屈折率ｎも考慮しつつ被加工物における加工対象領域の位置を適宜に調整することによって、一度のレーザービームＬＢの出射により、深さ方向において加工対象領域全体を同時に加工する一方で、加工対象領域以遠には疑似ベッセルビームＢＢを照射させないことが、可能となる。

＜装置構成例＞
図６は、以上のような原理に基づいて被加工物Ｗの加工を行うレーザー加工装置１００の構成の一例を、模式的に示す図である。

レーザー加工装置１００は、上述したアキシコンレンズ１、光源２、および開口絞り３に加えて、ステージ４と縮小レンズ５とをさらに、主たる構成要素として備える。

ステージ４は、被加工物Ｗが載置固定される水平な被載置面を有してなる。そして、レーザー加工装置１００においては、ステージ４に載置された被加工物Ｗに対して鉛直上方からベッセルビームが照射されるようになっている。それゆえ、アキシコンレンズ１、光源２、および開口絞り３は、図３に示された相互の配置関係をみたしつつも光軸方向が鉛直方向と一致するように、配置されてなる。具体的には、光源２から鉛直下方に向けて出射されるレーザービームＬＢ２が、開口絞り３によって絞られてレーザービームＬＢ３としてアキシコンレンズ１に入射した結果として、アキシコンレンズ１の頂点１Ｓを起点とする疑似ベッセルビームＢＢ２が発生する。いま、頂点１Ｓから光軸方向において距離ｚ１だけ離隔した、長さＳｄの範囲に、最大幅ｄ５の加工可能強度域ＲＥ１が形成されるものとする。

好ましくは、ステージ４は、図示しない駆動機構よって駆動されることにより、水平面内における並進移動（２軸移動）および回転移動と、鉛直方向における昇降移動とが可能に設けられる。これにより、被加工物Ｗにおける加工対象領域の位置決めや、被加工物Ｗを移動させつつ加工を行う走査加工などが可能となる。

ただし、レーザー加工装置１００においては、発生した疑似ベッセルビームＢＢ２が直接に被加工物Ｗに照射されるのではなく、縮小レンズ５を含む縮小光学系にて縮小再結像されたうえで、被加工物Ｗに照射されるようになっている。係る場合においては、加工可能強度域ＲＥ１が縮小再結像されることにより、加工可能強度域ＲＥ２が形成されるものとする。

縮小レンズ５は、アキシコンレンズ１とステージ４の間に（より詳細には、被加工物Ｗがステージ４に載置固定された状態においては被加工物Ｗとアキシコンレンズ１の間に位置するように）配置されてなる。

より詳細には、縮小レンズ５の焦点距離をｆとし、疑似ベッセルビームＢＢ２の発生位置（加工可能強度域ＲＥ１の中心位置）と縮小レンズ５との距離をａとし、縮小レンズ５と疑似ベッセルビームの再結像位置（加工可能強度域ＲＥ２の中心位置）との距離をｂ（＜ａ）とし、１／ｆ＝（１／ａ）＋（１／ｂ）なる関係をみたす場合、加工可能強度域ＲＥ２は、長さＳｅ＝（ｂ／ａ）^２Ｓ２の範囲に最大幅ｄ６＝（ｂ／ａ）ｄ５を有するように縮小再結像される。

ただし、疑似ベッセルビームＢＢ２のエネルギーは再結像後も実質的に維持されるため、加工可能強度域ＲＥ２の単位面積あたりの強度は加工可能強度域ＲＥ１の強度よりも大きくなっている。

すなわち、レーザー加工装置１００においては、縮小再結像を行わない場合に比して、単位面積あたりの強度が大きい加工可能強度域を、局所的に（ピンポイントに）形成することが、可能となっている。

このことは、加工可能強度域に隣接する、強度が所定の加工閾値に満たない領域がより狭められることを、意味している。これにより、加工対象領域以外に強度の弱い疑似ベッセルビームＢＢが照射されてしまうことに起因した不具合の発生が好適に抑制される。

また、加工可能強度域ＲＥ２が形成されさえすれば加工はなされるので、単位面積あたりの強度が大きい分、疑似ベッセルビームＢＢ２の加工可能強度域ＲＥ１をそのまま被加工物Ｗの加工に用いる場合に比して、光源２から出射させるレーザービームＬＢ２の出力を小さくしたとしても、所望の加工を行うことが出来る。

例えば、図５によれば、光源２から出射されるレーザービームＬＢ２のビーム径が３（ｍｍ）の場合、仮に開口絞り３として開口径φが２．２（ｍｍ）のものを用いたとしても、加工可能強度域ＲＥ１の光軸方向における長さＳｄは６（ｍｍ）〜７（ｍｍ）程度となる（被加工物Ｗの屈折率は考慮せず）。それゆえ、被加工物Ｗの厚みが１（ｍｍ）程度であると、照射不要な範囲にまで疑似ベッセルビームＢＢ２が照射されてしまうことになるが、レーザー加工装置１００においては、縮小レンズ５の焦点距離ｆおよび配置位置を好適に定めることにより、加工可能強度域ＲＥ２の長さＳｅを被加工物Ｗの厚みと同じ１（ｍｍ）程度にすることが可能となる。

さらに、レーザー加工装置１００においては、例えば図６に示すように、被加工物Ｗ内部の、表面から所定の距離ｚ３離隔した位置以遠が加工対象領域とされるような場合であっても、好適に加工を行うことが可能となる。係る場合においては、被加工物Ｗの表面から距離ｚ３の範囲に、加工可能強度域ＲＥ２が形成されないような加工も可能である。

好ましくは、縮小レンズ５は、図示しない駆動機構によって、鉛直方向に移動自在とされてなる。係る場合、被加工物の厚みが薄い場合など、被加工物の深さ方向における加工対象領域のサイズが小さいような場合でも、縮小レンズ５を移動させることによって距離ａ、ｂの比率を適宜に調整することにより、当該加工対象領域のみを加工可能強度域と一致させて加工を行えることを、意味している。

なお、光源２から出射されるレーザービームＬＢ２のビーム径を小さくすることや、開口絞り３の開口径φを小さくすることによって、加工可能強度域を狭める態様も考えられる。しかしながら、前者については、実用される加工用レーザービームのビーム径の下限値が概ね２（ｍｍ）〜３（ｍｍ）であることを考えると現実的ではない。また、後者については、開口径φを小さくしすぎると、図５に示すような強度プロファイルにおいて、ピーク近傍ひいてはピーク部分そのものをカットすることになり、コスト面や、光学部品へのダメージという点から好ましくない。

一方で、縮小レンズ５を用いることは、被加工物Ｗとアキシコンレンズ１との距離を確保する効果もある。すなわち、図２からわかるように、ビーム径が数（ｍｍ）程度のレーザービームＬＢ２をアキシコンレンズ１に入射させることによって発生させる疑似ベッセルビームＢＢ２が最大強度となるのは、アキシコンレンズ１の頂点１Ｓからせいぜい５（ｍｍ）〜２０（ｍｍ）程度離隔した位置に過ぎないため、疑似ベッセルビームＢＢ２をそのまま加工に用いる場合、装置の作動距離が十分に確保されず、被加工物Ｗにおける加工対象領域の位置および範囲によっては、加工の実施そのものが不可能あるいは困難な場合がある。あるいは、加工の際に生じる飛散物がアキシコンレンズ１に付着してしまうなどの不具合が生じる可能性もある。

これに対し、本実施の形態に係るレーザー加工装置１００においては、縮小レンズ５を用いることによって、被加工物Ｗと近接するのはアキシコンレンズ１ではなく縮小レンズ５となるが、距離ａ、距離ｂおよび焦点距離ｆを好適に定めることによって、装置の作動距離を十分に確保することが可能である。

以上、説明したように、本実施の形態によれば、アキシコンレンズにレーザービームを入射させることにより発生させた疑似ベッセルビームを用いることにより、被加工物の深さ方向につき同時加工が可能となる。レーザービームの出力およびビーム径を適宜に選択し、かつ、被加工物における加工対象領域の位置を適宜に調整することによって、疑似ベッセルビームの加工可能強度域に被加工物における加工対象領域が含まれるようにすれば、一度のレーザービームの出射により、深さ方向において加工対象領域全体を同時に加工することが可能となる。

加えて、レーザービームを開口絞りにて絞ったうえでアキシコンレンズに入射させることにより、加工対象領域以遠にはレーザービームを照射させないことが、可能となる。

さらには、いったん発生させた疑似ベッセルビームそのものではなく、係る疑似ベッセルビームを縮小レンズにて縮小再結像させた疑似ベッセルビームを加工に用いるようにすることで、単位面積あたりの強度が大きい疑似ベッセルビームを局所的に照射することが可能となるほか、縮小再結像を行わない場合に比して、作動距離を大きくすることが出来る。

１ アキシコンレンズ
１Ｓ （アキシコンレンズの）頂点
１ａ （アキシコンレンズの）平坦面
１ｂ （アキシコンレンズの）円錐面
２ 光源
３ 開口絞り
４ ステージ
５ 縮小レンズ
１００ レーザー加工装置
ＡＸ 光軸
ＢＢ 疑似ベッセルビーム
ＢＢ（ＢＢ１、ＢＢ２、ＢＢ３、ＢＢａ、ＢＢｂ） 疑似ベッセルビーム
ＬＢ（ＬＢ０、ＬＢ１、ＬＢ２、ＬＢ３、ＬＢａ、ＬＢｂ） レーザービーム
Ｐ１、Ｐ２ 加工可能強度域
Ｗ 被加工物
ｄ１、ｄ３ （レーザービームの）ビーム径
ｄ２、ｄ４、ｄ５、ｄ６ （疑似ベッセルビームの）最大幅

Claims (4)

1. レーザービームを用いて被加工物を加工するレーザー加工装置であって、
   前記レーザービームを出射可能な光源と、
   前記光源から出射される前記レーザービームの光軸上に配置されたアキシコンレンズと、
   前記光源と前記アキシコンレンズの間に配置されてなり、前記レーザービームのビーム径よりも小さい開口径を有する開口絞りと、
   を備え、
   前記開口絞りによって前記ビーム径が絞られた前記レーザービームを前記アキシコンレンズに入射させることによって疑似ベッセルビームを発生させ、前記疑似ベッセルビームの強度が所定の加工閾値以上となる加工可能強度域に、前記被加工物の加工対象領域を含めることによって、前記被加工物を加工する、
   ことを特徴とする、レーザー加工装置。
2. 請求項１に記載のレーザー加工装置であって、
   前記アキシコンレンズと前記被加工物の配置位置との間に配置されてなり、前記疑似ベッセルビームを縮小再結像させる縮小レンズ、
   をさらに備え、
   前記縮小レンズによって縮小再結像された前記疑似ベッセルビームの前記加工可能強度域に前記加工対象領域を含めることによって、前記被加工物を加工する、
   ことを特徴とする、レーザー加工装置。
3. レーザービームを用いて被加工物を加工する方法であって、
   所定の光源から出射されるレーザービームの光軸上にアキシコンレンズを配置するとともに、前記光源と前記アキシコンレンズの間に前記レーザービームのビーム径よりも小さい開口径を有する開口絞りを配置し、
   前記開口絞りによって前記ビーム径が絞られた前記レーザービームを前記アキシコンレンズに入射させることによって疑似ベッセルビームを発生させ、前記疑似ベッセルビームの強度が所定の加工閾値以上となる加工可能強度域に、前記被加工物の加工対象領域を含めることによって、前記被加工物を加工する、
   ことを特徴とする、被加工物の加工方法。
4. 請求項３に記載の被加工物の加工方法であって、
   前記アキシコンレンズと前記被加工物の配置位置との間に前記疑似ベッセルビームを縮小再結像させる縮小レンズを配置し、
   前記縮小レンズによって縮小再結像された前記疑似ベッセルビームの前記加工可能強度域に前記加工対象領域を含めることによって、前記被加工物を加工する、
   ことを特徴とする、被加工物の加工方法。

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