JP5967405B2 - レーザによる割断方法、及びレーザ割断装置 - Google Patents
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Description
なお、図1(a)、1(b)において、記号P1は、表面に焦点を合わせるときのレンズ2の位置であり、記号P2は、表面3から内部方向に20μmの位置に焦点を合わせるときのレンズ2の位置である。
本発明において「改質領域」とは、可視光及び近赤外光に対しては少なくとも透明であり、該改質領域の周囲(非改質領域)に対して屈折率が変化している領域である。該改質領域は、好ましくは、溶融によって形成された領域ではなく、上記非改質領域に対してほとんど組成変化が起こっていない領域である。なお、本実施形態の改質領域として求められことの1つは、少なくとも可視光、近赤外光に対して透明であることであるので、改質領域は、可視光及び近赤外光を少なくとも透過するような組成であれば、元の組成(非改質領域の組成)から変化しても良い。
図2は、本実施形態に係るレーザ割断装置20の模式図である。
レーザ割断装置20は、第1のレーザとして短パルスレーザであるフェムト秒レーザ、第2のレーザとして第1のレーザよりも長パルスレーザであるナノ秒レーザをそれぞれ単一に出射することができ、かつ、第1のレーザと該第1のレーザのパルスから所定時間だけ遅延した第2のレーザとを空間的に重畳して出射することが可能なレーザ光発生装置21を備えている。該レーザ光発生装置21は、光源22、1/2波長板23、偏光ビームスプリッタ(PBS)24、ミラー25、遅延回路26、及び1/2波長板27を有している。
よって、第1及び第2のレーザによって、加工対象物の表面を損傷することなく、あるいは該表面の損傷を低減して、加工対象物の内部に光吸収率増加領域及び改質領域を形成できるのであれば、第2のレーザのパルス幅は第1レーザのパルス幅より長い必要はなく、同じ又は短くても良い。また、第1及び第2のレーザによって、加工対象物の表面を損傷することなく、あるいは該表面の損傷を低減して、加工対象物の内部に光吸収率増加領域及び改質領域を形成できるのであれば、第1及び第2のレーザのパワーは同じでも異なっても良い。
なお、第1のレーザのパルス幅は、500fs以上10ps以下であることが好ましく、第2のレーザのパルス幅は、数百fs以上数十ns以下であることが好ましい。
なお、本明細書においては、光源22から出力されたレーザの進行方向の後流側を単に“後流側”と呼び、光源22から出力されたレーザの進行方向の上流側を単に“上流側”と呼ぶことにする。
また、本実施形態では、レンズ32により集光された可視光の焦点と、レンズ32により集光されたフェムト秒レーザ及びナノ秒レーザの焦点とは一致している。
図3は、本実施形態に係る、加工対象物のレーザによる割断方法の手順を示す図である。
ステップS31において、第1のレーザであるフェムト秒レーザを(該レーザにとって)透明な加工対象物34の内部に集光点を持つように照射して、加工対象物34の内部に光吸収率増加領域を形成する。ステップS33における割断処理を考慮して、レーザを照射する位置は加工対象物34の表面近傍でも良い。
図4(a)において、符号41は割断予定ラインであり、該割断予定ライン41に沿って加工対象物34を割断する。このような割断予定ラインは、仮想的な線であっても良いし、加工対象物34の表面に実際に書かれた線であっても良い。制御部36が、割断予定線41に沿ってレーザが走査されるようにYXZステージ33を移動させることにより、図4(b)に示すように、加工対象物34の内部において、割断予定線に沿った改質領域42を形成することができる。
加工対象物34としての100μmの厚さの材料SiCの表面から内部へ30μmの位置(つまり、表面近傍)に、(1)ステップS31にてフェムト秒レーザである第1のレーザ(パワー:600mW)を照射後、ステップS32にてナノ秒レーザである第2のレーザ(パワー:1W)を照射した場合と、(2)フェムト秒レーザである第1のレーザ(パワー:1.5W)を照射した場合とで改質領域の形成の有無を確認した。(1)の場合は、光が表面で吸収されることなく該位置に改質領域を形成できることが確認できたが、(2)の場合は、光が材料の表面で吸収されて該表面が加工され、該位置に改質領域を形成することができなかった。(1)及び(2)の場合のいずれも、材料は500mm/sの一定速度で加工された。
図6に示すように、本実施形態に係る加工対象物の割断装置を利用して、加工対象物の内部、特に表面近傍に光導波路を形成することもできる。以下で、本実施形態に係る、光導波路形成方法を説明する。
2、61、71 レーザ
3 材料表面
4 集光点
20 レーザ割断装置
21 レーザ光発生装置
22 光源
22a 短パルス光源
22b 長パルス光源
23、27 1/2波長板
24 PBS
25 ミラー
26 遅延回路
29 出力減衰器
30 ビーム径調整器
31 ダイクロイックミラー
33 XYZステージ
34、62、72 加工対象物
35 CCDカメラ
36 制御部
37 入力操作部
38 表示部
41 割断予定ライン
42 改質領域
51 ブレーカの刃
52 保護シート
53 上部押さえ
63、73 導波路形成予定線
Claims (9)
- 加工対象物の内部に割断予定線に沿って、前記加工対象物に対して透明な第1のレーザを、前記加工対象物の表面が加工されないレーザの出力で照射して、第1の領域の光吸収率を一時的に高くする第1の工程と、
前記一時的に光吸収率が高くなった第1の領域の光吸収率が元に戻る前に、前記加工対象物に対して透明な第2のレーザを照射して、前記第1の領域の少なくとも一部を含む領域又は前記第1の領域の近傍の領域である、可視光及び近赤外光に対しては少なくとも透明であって前記加工対象物に対して屈折率が変化している第2の領域を形成する第2の工程と、
前記加工対象物の表面に集光するように、前記加工対象物の表面が加工されない出力で第3のレーザを照射して、前記第2の領域を起点として前記割断予定線に沿って前記加工対象物を割断する第3の工程と
を有するレーザによる割断方法。 - 前記第1の領域は、加工対象物の前記第1のレーザ及び第2のレーザが入射する表面から加工対象物の厚さ1/2以内の距離である請求項1に記載のレーザによる割断方法。
- 前記第3の工程は、レーザ照射した面と対向する面に刃を押し込むことで、前記割断予定線に沿って前記加工対象物を割断する工程を含む請求項2に記載のレーザによる割断方法。
- 前記第2のレーザのパルス幅は、前記第1のレーザのパルス幅より広い請求項1ないし3のいずれか一項に記載のレーザによる割断方法。
- 前記第1のレーザはフェムト秒レーザであり、
前記第2のレーザはナノ秒レーザであり、
前記第2のレーザの出力は、前記第1のレーザの出力より大きい請求項1ないし4のいずれか一項に記載のレーザによる割断方法。 - 前記第2のレーザの集光ビーム径は、前記第1のレーザの集光ビーム径より大きい請求項1ないし5のいずれか一項に記載のレーザによる割断方法。
- 前記第1及び第2のレーザは空間的に重畳されている請求項1ないし6のいずれか一項に記載のレーザによる割断方法。
- 前記加工対象物の屈折率は2以上である請求項1ないし7のいずれか一項に記載のレーザによる割断方法。
- 加工対象物を割断するレーザ割断装置であって、
前記加工対象物の内部に光吸収率を一時的に高くする第1の領域を形成するための、前記加工対象物に対して透明な第1のレーザであって、前記加工対象物の表面が加工されない出力に調整される第1のレーザと、前記加工対象物の内部に前記第1の領域の少なくとも一部を含む領域又は前記第1の領域の近傍の領域である、可視光及び近赤外光に対しては少なくとも透明であって前記加工対象物に対して屈折率が変化している第2の領域を形成するための、前記加工対象物に対して透明な第2のレーザとを発振可能に構成されたレーザ光発生装置と、
前記レーザ光発生装置の、該レーザ光発生装置から発生したレーザの後流側に設けられ、前記加工対象物を設置可能な設置面を有し、該設置面の面内方向および該設置面の法線方向に移動可能な加工対象物支持部と、
割断予定線に沿って前記加工対象物を割断する第3のレーザと、を備え、
前記レーザ光発生装置は、前記第1のレーザと、該第1のレーザのパルスから、前記一時的に光吸収率が高くなった第1の領域の光吸収率が元に戻るまでの所定時間以内の時間だけ遅延した第2のレーザとを空間的に重畳して出射できるように構成されており、
前記第3のレーザは、前記加工対象物の表面が加工されない出力で前記加工対象物の表面に集光するように照射する、レーザ割断装置。
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