JP6128809B2 - レーザ加工装置、レーザ加工方法、基板の製造方法及びインクジェットヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ光を用いて被加工物を加工するレーザ加工装置、レーザ加工方法、レーザ加工工程を有する基板の製造方法及びインクジェットヘッドの製造方法に関する。

穴あけ、切断、溶接などのレーザ光を利用した加工が機械、電子、半導体など多方面の分野で利用されている。これらの加工を行うレーザ加工装置として、レーザ発振器から出力されたレーザ光を電気光学素子と偏光ビームスプリッタを用いて制御し、加工と加工停止を行う技術が提案されている（特許文献１）。

特許文献１に記載された技術の場合、まず電気光学素子でレーザ光の直線偏光の向きを可変し、Ｐ波とＳ波を選択的に出す。その後、偏光ビームスプリッタにより、主にＰ波が出射される光路と、主にＳ波が出射される光路の２つの光路に分岐する。これにより、電気光学素子でＰ波、もしくはＳ波を選択することで、偏光ビームスプリッタ後の光路を決定し、加工と加工停止の切り替えを行う。一方、選択していない光路に漏れたレーザ光による不要な加工を防ぐために、偏光ビームスプリッタを複数設けている。

特開２００３−１２６９８２号公報

上述の特許文献１に記載された技術の場合、偏光ビームスプリッタを複数設けて漏れたレーザ光の強度を下げている。これにより、加工停止時に照射される漏れたレーザ光による不要な加工を防ぐことが出来るが、加工時のレーザ光の強度も下がり、エネルギー損失が大きくなる。

本発明は、このような事情に鑑み、エネルギー損失を大きくすることなく、漏れたレーザ光による不要な加工を防ぎ、精度の良い加工が可能な構造を実現すべく発明したものである。

本発明のレーザ加工装置は、レーザ発振器と、前記レーザ発振器により照射されたレーザ光の偏光方向を第１の偏光方向と第２の偏光方向とに切り替える偏光方向切替部材と、前記偏光方向切替部材により切り替えられた偏光方向が前記第１の偏光方向である場合に、前記レーザ光を、主として第１の分岐方向に、一部を第２の分岐方向へ分岐し、前記偏光方向が前記第２の偏光方向である場合に、前記レーザ光を、主として前記第２の分岐方向に、一部を前記第１の分岐方向に分岐する分岐部材と、前記分岐部材により前記第１の分岐方向に分岐されたレーザ光の集光性を、電界の強度に応じて通過する光の屈折率を変化させることにより変更する屈折率変調素子と、前記偏光方向切替部材によって前記偏光方向が前記第２の偏光方向に切り替えられた時、前記第１の分岐方向に分岐された前記一部のレーザ光の集光性が悪くなるように前記屈折率変調素子に与える電界を変更し、前記偏光方向切替部材によって前記偏光方向が前記第１の偏光方向に切り替えられた時、前記第１の分岐方向に分岐された前記主のレーザ光の集光性が良くなるように前記屈折率変調素子に与える電界を変更する制御装置と、を備えた、ことを特徴とする。

本発明のレーザ加工方法は、レーザ発振器により照射されたレーザ光の偏光方向を第１の偏光方向と第２の偏光方向とに切り替える偏光方向切替工程と、前記偏光方向切替工程で切り替えられた偏光方向が前記第１の偏光方向である場合に、前記レーザ光を、主として第１の分岐方向に、一部を第２の分岐方向へ分岐し、前記偏光方向が前記第２の偏光方向である場合に、前記レーザ光を、主として前記第２の分岐方向に、一部を前記第１の分岐方向に分岐する分岐工程と、前記分岐工程で前記第１の分岐方向に分岐されたレーザ光の集光性を変更する集光性変更工程と、を有し、前記偏光方向切替工程で前記偏光方向が前記第２の偏光方向に切り替えられた時、前記第１の分岐方向に分岐された前記一部のレーザ光の集光性が悪くなるように、前記集光性変更工程で集光性を変更し、前記偏光方向切替工程で前記偏光方向が前記第１の偏光方向に切り替えられた時、前記第１の分岐方向に分岐された前記主のレーザ光の集光性が良くなるように、前記集光性変更工程で集光性を変更する、ことを特徴とする。

本発明の基板の製造方法は、被加工物を加工して基板を製造する基板の製造方法であって、被加工物にレーザ加工を行うレーザ加工工程を有し、前記レーザ加工工程は、レーザ発振器により照射されたレーザ光の偏光方向を第１の偏光方向と第２の偏光方向とに切り替える偏光方向切替工程と、前記偏光方向切替工程で切り替えられた偏光方向が前記第１の偏光方向である場合に、前記レーザ光を、主として第１の分岐方向に、一部を第２の分岐方向へ分岐し、前記偏光方向が前記第２の偏光方向である場合に、前記レーザ光を、主として前記第２の分岐方向に、一部を前記第１の分岐方向に分岐する分岐工程と、前記分岐工程で前記第１の分岐方向に分岐されたレーザ光の集光性を変更する集光性変更工程と、を有し、前記偏光方向切替工程で前記偏光方向が前記第２の偏光方向に切り替えられた時、前記第１の分岐方向に分岐された前記一部のレーザ光の集光性が悪くなるように、前記集光性変更工程で集光性を変更し、前記偏光方向切替工程で前記偏光方向が前記第１の偏光方向に切り替えられた時、前記第１の分岐方向に分岐された前記主のレーザ光の集光性が良くなるように、前記集光性変更工程で集光性を変更する、ことを特徴とする。

本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、基板に、レーザ光による加工によって複数の孔による孔群を複数の領域に形成することでインクの流路を製造するインクジェットヘッドの製造方法において、前記レーザ光による加工は、レーザ発振器により照射されたレーザ光の偏光方向を第１の偏光方向と第２の偏光方向とに切り替える偏光方向切替工程と、前記偏光方向切替工程で切り替えられた偏光方向が前記第１の偏光方向である場合に、前記レーザ光を、主として第１の分岐方向に、一部を第２の分岐方向へ分岐し、前記偏光方向が前記第２の偏光方向である場合に、前記レーザ光を、主として前記第２の分岐方向に、一部を前記第１の分岐方向に分岐する分岐工程と、前記分岐工程で前記第１の分岐方向に分岐されたレーザ光の集光性を変更する集光性変更工程と、を有し、前記偏光方向切替工程で前記偏光方向が前記第２の偏光方向に切り替えられた時、前記第１の分岐方向に分岐された前記一部のレーザ光の集光性が悪くなるように、前記集光性変更工程で集光性を変更し、前記偏光方向切替工程で前記偏光方向が前記第１の偏光方向に切り替えられた時、前記第１の分岐方向に分岐された前記主のレーザ光の集光性が良くなるように、前記集光性変更工程で集光性を変更する、ことを特徴とする。

本発明によれば、被加工物に導くレーザ光の集光性を変更することにより、被加工物の加工点でのレーザ光のエネルギー密度を可変にでき、エネルギー損失を大きくすることなく、漏れたレーザ光による不要な加工を防ぐことができる。そして、精度の良い加工を実現する事ができる。

本発明の第１の実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成図。 第１の実施形態に係るレーザ加工工程のフローチャート。 本発明の第２の実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成図。 第２の実施形態に係るレーザ加工工程のフローチャート。 本発明の第３の実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成図。 第３の実施形態に係るレーザ加工工程のフローチャート。 第３の実施形態に係るレーザ加工工程のフローチャート。 インクジェットヘッドの一部を示す断面図。 インクジェットヘッドの製造方法で、孔群を複数の領域に形成した状態の基板の概略構成を示す平面図及び一部断面図。

＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態について、図１及び図２を用いて説明する。本実施形態では、基板の素材となる被加工物１にレーザ光を集光し、被加工物１の一部に加工を行うレーザ加工装置について説明する。なお、本実施形態で製造する基板は、例えば半導体材料基板、ガラス基板、圧電材料基板などである。

本実施形態のレーザ加工装置は、レーザ発振器４、光変調素子７、ポラライザ６、光学素子９、集光レンズ３、ビームダンパ１０、ステージ５、制御装置８を有する。このうちのレーザ発振器４は、ＹＡＧレーザ、ＣＯ_２レーザ、エキシマレーザなどを用いる。レーザ発振器４からは、次述する光変調素子７に向けて直線偏光のレーザ光２１が発振される。

光変調素子７は、レーザ発振器４により照射されたレーザ光２１の偏光方向を切り替える偏光方向切替部材としての、例えば電気光学素子（ＥＯＭ）である。この光変調素子７は、後述する制御装置８からの制御信号に応じて、レーザ光２１の偏光方向を第２の偏光方向であるＰ波、若しくは、第１の偏光方向であるＳ波のレーザ光２２に変換する。また光変調素子７はレーザ発振器４のパルス繰返し周波数より早い応答が可能であり、１パルス毎に、制御装置８からの制御信号に応じてレーザ光２１の偏光の向きを変えることが出来る。

ポラライザ６は、光変調素子７により切り替えられた偏光方向に応じてレーザ光を分岐する分岐部材としての、例えばキューブ型の偏光ビームスプリッタやプレート型の偏光ビームスプリッタなどである。このポラライザ６は、レーザ光２２の偏光方向に応じて、主としてＰ波のレーザ光２３と、主としてＳ波のレーザ光２４に分岐する。この主として分岐されるレーザ光をここでは主レーザ光と称するものとする。

即ち、ポラライザ６は、全てのレーザ光を分岐することができず、一部が漏れることが避けられない。本実施形態では、光変調素子７により切り替えられた偏光方向が第１の偏光方向であるＳ波の場合に、主として第１の分岐方向である次述する光学素子９側にレーザ光を分岐し、一部の光は後述するビームダンパ１０側に漏れる。一方、偏光方向が第２の偏光方向であるＰ波の場合には、主として第２の分岐方向であるビームダンパ１０側にレーザ光を分岐し、一部の光は光学素子９側に漏れる。この一部漏れるレーザ光をここでは副レーザ光と称するものとする。

光学素子９は、ポラライザ６により分岐されて被加工物１に導かれるレーザ光２４の集光性を変更する集光性変更部材としての、例えば、透過する光の光路を変える機能を有する素子である。このような素子としては、例えば電極と電気光学材料（誘電体材料）により構成され、加えられる電界の強度に応じて通過する光の屈折率を変化させる電気光学素子（屈折率変調素子）などを用いる。この光学素子９は、レーザ発振器４のパルス繰返し周波数より早い応答が可能であり、１パルス毎に、制御装置８からの制御信号に応じて透過する光の集光性を変えることが出来る。

このような光学素子９は、ポラライザ６により第１の分岐方向に分岐されたレーザ光の光路を、第一の光路と第二の光路に可変である。例えば、第一の光路は、被加工物１の加工点に対する集光性の良い光路とし、第二の光路は、被加工物１の加工点に対する集光性の良くない（悪い）光路とすることができる。ここで、第一の光路である加工点に対して集光性が良い光路とは、光学素子９により加工点に対してレーザ光が集光される光路である。第二の光路である加工点に対して集光性の良くない光路とは、光学素子９により加工点に対してレーザ光が集光しない光路である。また、図１に鎖線で示すレーザ光２５の光路は、第一の光路である被加工物１の加工点に対する集光性の良い光路で、図１に破線で示すレーザ光２６の光路は、第二の光路である被加工物１の加工点に対する集光性の良くない光路である。

なお、光学素子９は、光路の可変により、集光性が変更できれば、上述の屈折率変調素子以外に、例えば、レンズを移動させる構成としても良い。即ち、レンズを移動させて光が透過する位置を変えれば、光路を変更することができ、集光性を変更することが可能である。

集光レンズ３は、レーザ光２５を微小スポットに集光する光学系や、スキャン機構をもった光学系、例えばガルバノスキャナとｆθレンズを組合せた光学系などを用いる。ビームダンパ１０はポラライザ６によって第２の分岐方向に分岐されたレーザ光を吸収する。ステージ５は、被加工物１を載置固定し、この被加工物１をＸ―Ｙ―Ｚ方向に自在に移動させる。

制御装置８は、レーザ発振器４、ステージ５、光変調素子７、光学素子９を制御する。また、制御装置８は集光レンズ３がスキャン機構をもった光学系の場合、集光レンズ３のスキャン機構の制御も行う。

このような制御装置８は、被加工物１に対する加工状態に応じて、光変調素子７と光学素子９とを制御し、被加工物１に導くレーザ光の偏光方向を切り替えると共に集光性を変更する。具体的には、次の第１モードと第２モードとを実行可能である。第１モードでは、偏光方向を光変調素子７によって第１の偏光方向に切り替え、光学素子９を第一の光路である加工点に対する集光性の良い光路にする。第２モードでは、偏光方向を光変調素子７によって第２の偏光方向に切り替え、光学素子９を第二の光路である加工点に対する集光性の良くない光路にする。

即ち、被加工物１に加工を行う場合、制御装置８は、光変調素子７を制御してレーザ光の偏光方向をＳ波に切り替える。Ｓ波はポラライザ６により主レーザ光として光学素子９側に分岐される。ここで、制御装置８により光学素子９を制御して第一の光路、すなわち加工点に対する集光性の良い光路にする。これにより、被加工物１の加工を行う。

一方、被加工物１に加工を行わない場合、制御装置８は、光変調素子７を制御してレーザ光の偏光方向をＰ波に切り替える。Ｐ波はポラライザ６により主レーザ光としてビームダンパ１０側に分岐される。一方、ポラライザ６により漏れた副レーザ光が光学素子９に照射される。ここで、制御装置８により光学素子９を制御して第二の光路、すなわち加工点に対する集光性の良くない光路にする。これにより、漏れた光により被加工物１が加工されることを抑制できる。

次に、本実施形態のレーザ加工工程について、図２を参照しつつ説明する。レーザ発振器４からレーザ光２１がある一定のパルス繰返し周波数でパルス発振する。レーザ光２１は一定のパルス繰返し周波数でパルス発振されるため励起時間のバラツキを生じず、パルス繰返し周波数を可変した場合よりもレーザ光出力安定性で優れる。レーザ光２１は１パルス毎に、制御装置８からの制御信号に応じて光変調素子７により偏光の向きを変えることができ、Ｐ波若しくはＳ波のレーザ光２２に変換する（偏光方向切替工程、Ｓ１１）。この制御によりポラライザ６を通過後のレーザ光を被加工物１に照射するか、ビームダンパ１０に照射するか１パルス単位で決めることが出来る（分岐工程、Ｓ１２）。

ここで、被加工物１を加工する場合（第１モード）は、主レーザ光を被加工物１に照射し、被加工物１への加工を停止する（加工しない）場合は主レーザ光をビームダンパ１０に照射する。但し、ポラライザ６の性能や、光変調素子７とポラライザ６間の光学的影響により、完全に被加工物１のみ、若しくはビームダンパ１０のみに照射することが出来ず、選択していない方に漏れた副レーザ光が照射される。この漏れた副レーザ光が、被加工物１の加工閾値以上のエネルギー密度で照射されると加工が行われてしまう。

そこで、被加工物１への加工を行う場合は主レーザ光を被加工物１に照射するように光変調素子７を制御すると共に、光学素子９を制御し、レーザ光が被加工物１に対して集光性の良い光路（第一の光路）を通るようにする。本実施形態の場合、光変調素子７でＳ波に変更していれば（Ｓ１３のＹ）、ポラライザ６によりレーザ光が主レーザ光として光学素子９側に分岐される。ここで、光学素子９を制御し、レーザ光が被加工物１に対して集光性の良い光路(第一の光路)を通るようにする（集光性変更工程、Ｓ１４）。これにより、レーザ光を被加工物１の加工点に集光し、被加工物１を加工することが出来る（Ｓ１５）。

また、被加工物１への加工を停止する場合（非加工の場合、第２モード）は、主レーザ光をビームダンパ１０に照射するように光変調素子７を制御する。これと共に、光学素子９を制御し、副レーザ光が被加工物１に対して集光性の良くない光路（第二の光路）を通るようにする。本実施形態の場合、光変調素子７でＰ波に変更していれば（Ｓ１３のＮ）、ポラライザ６によりレーザ光が主レーザ光としてビームダンパ１０側に分岐され、一部副レーザ光が光学素子９側に漏れる。ここで、光学素子９を制御し、副レーザ光が被加工物１に対して集光性の良くない光路（第二の光路）を通るようにする（集光性変更工程、Ｓ１６）。これにより、漏れた副レーザ光の被加工物１への照射面積を大きくし、被加工物１の加工閾値以下のエネルギー密度とすることが出来る（Ｓ１７）。この加工及び加工停止と、ステージ５による被加工物１の移動とを、被加工物１に所望の加工が完了するまで行い、加工終了となる。

本実施形態の場合、このように、被加工物１に導くレーザ光の集光性を変更することにより、被加工物の加工点でのレーザ光のエネルギー密度を可変にできる。このため、エネルギー損失を大きくすることなく、漏れた副レーザ光による不要な加工を防ぐことができる。

即ち、非加工時にポラライザ６から漏れた副レーザ光は、光学素子９により加工点に対する集光性の良くない光路（第二の光路）に変更される（エネルギー密度が小さくなる）。これにより、この漏れた副レーザ光により被加工物１が加工されることを抑制できる。また、このように漏れた副レーザ光による不要な加工を防ぐためにポラライザを複数設ける必要がない。そして、加工時にポラライザ６により分岐された主レーザ光が光学素子９により加工点に対する集光性の良い光路（第一の光路）に変更される（エネルギー密度が大きくなる）。このため、被加工物１に照射する主レーザ光のエネルギー損失が大きくなることはない。

特に、被加工物上に配線パターンなどが形成され、レーザにより加工され易い部分が存在し、加工点がこの部分を跨ぐように位置する場合に、本実施形態を適用すれば、加工され易い部分が加工されることなく、効率良くレーザ加工を行える。

また、本実施形態のように、光学素子９として屈折率変調素子を用いることにより、光学素子９の状態の加工時と非加工時の切り替えを迅速に行える。このため、集光レンズ３としてガルバノスキャナなどを用いて場合には、このスキャナの制御に応答性良く対応させられる。なお、上述のＰ波とＳ波との関係が逆であっても良い。

＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態について、図３及び図４を用いて説明する。上述の第１の実施形態の場合、ポラライザ６により分岐されたＰ波や、Ｓ波に切り替えられたレーザ光のうちのポラライザ６から漏れた光は、ビームダンパ１０で吸収するようにした。これに対して本実施形態の場合、このような光をミラー２０により反射して別の被加工物１ａに照射するようにしている。このため、第１の実施形態と重複する部分については説明を省略又は簡略にし、以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

本実施形態の場合、上述のように、ポラライザ６により第２の分岐方向に分岐されたレーザ光を反射するミラー２０を有する。ミラー２０は、例えば誘電多層膜ミラーや金属蒸着ミラーを用いてレーザ光を反射させ向きを変える。また、制御装置８により制御され、ミラー２０により反射されたレーザ光を、被加工物１ａの加工点に対する集光性の良い光路（第一の光路）と良くない光路（第二の光路）とに可変である別の集光性変更部材である光学素子９ａを有する。

そして、本実施形態の場合、制御装置８は、第１モードでは、光学素子９ａを加工点に対する集光性の良くない光路（第二の光路）にし、第２モードでは、光学素子９ａを加工点に対する集光性の良い光路（第一の光路）にする。

即ち、被加工物１のレーザ加工を行う場合、光変調素子７でレーザ光がＳ波に切り替えられ、ポラライザ６により主として被加工物１側の光学素子９に主レーザ光が導かれる。また、ポラライザ６から漏れる副レーザ光がミラー２０で反射されて光学素子９ａに導かれる。そこで、光学素子９ａを加工点に対する集光性の良くない光路（第二の光路）にすることで、別の被加工物１ａが加工されることを抑制する。

一方、被加工物１のレーザ加工を行わずに、別の被加工物１ａのレーザ加工を行う場合、光変調素子７でレーザ光がＰ波に切り替えられ、ポラライザ６により主としてミラー２０に主レーザ光が導かれる。この主レーザ光は、ミラー２０で反射されて光学素子９ａに導かれる。そこで、光学素子９ａを加工点に対する集光性の良い光路（第一の光路）にすることで、別の被加工物１ａが加工される。

ここで、別の被加工物１ａは、被加工物１と同様に、基板の素材となるものである。なお、被加工物１と被加工物１ａとが同一の部材であっても良い。即ち、同一の被加工物の異なる個所をそれぞれ加工するようにしても良い。

また、光学素子９ａは光学素子９と、集光レンズ３ａは集光レンズ３と、それぞれ同じである。また、ステージ５ａはステージ５と同じであるが、被加工物１と被加工物１ａとが同一の部材である場合には、ステージ５ａとステージ５も同一にする。制御装置８は、光学素子９ａ及びステージ５ａも制御する。更に、図３に鎖線で示すレーザ光２７は、レーザ光２５と同様に被加工物１の加工点に対する集光性の良い光路（第一の光路）で、図３に破線で示すレーザ光２８は、レーザ光２６と同様に被加工物１の加工点に対する集光性の良くない光路（第二の光路）である。

次に、本実施形態のレーザ加工工程について、図４を参照しつつ説明する。レーザ発振器４からレーザ光２１がある一定のパルス繰返し周波数でパルス発振する。レーザ光２１は１パルス毎に、制御装置８からの制御信号に応じて光変調素子７により偏光の向きを変えることができ、Ｐ波若しくはＳ波のレーザ光２２に変換する（偏光方向切替工程、Ｓ２１）。この制御によりポラライザ６を通過後のレーザ光を被加工物１に照射するか、別の被加工物１ａに照射するか１パルス単位で決めることが出来る（分岐工程、Ｓ２２）。

ここで、被加工物１を加工する場合（第１モード）は、主レーザ光を被加工物１に照射し、別の被加工物１ａを加工する場合は主レーザ光を被加工物１ａに照射する。但し、ポラライザ６の性能や、光変調素子７とポラライザ６間の光学的影響により、完全に被加工物１のみ、若しくは被加工物１ａのみに照射することが出来ず、選択していない方に漏れた副レーザ光が照射される。この漏れた副レーザ光が、被加工物１、１ａの加工閾値以上のエネルギー密度で照射されると加工が行われてしまう。

そこで、被加工物１への加工を行う場合は主レーザ光を被加工物１に照射するように光変調素子７を制御すると共に、光学素子９を制御し、被加工物１に照射される主レーザ光が基板に対して集光性の良い光路（第一の光路）を通るようにする。同時に光学素子９ａを制御し、別の被加工物１ａに照射される漏れた副レーザ光が加工点に対して集光性の良くない光路（第二の光路）を通るようにする。

本実施形態の場合、光変調素子７でＳ波に変更していれば（Ｓ２３のＹ）、ポラライザ６によりレーザ光が主レーザ光として被加工物１側に分岐される。ここで、光学素子９を制御し、主レーザ光が被加工物１に対して集光性の良い光路（第一の光路）を通るようにする（集光性変更工程、Ｓ２４）。一方、ポラライザ６から漏れた副レーザ光がミラー２０で反射して別の被加工物１ａに照射される。ここで、光学素子９ａを制御し、副レーザ光が別の被加工物１ａに対して集光性の良くない光路（第二の光路）を通るようにする（別の集光性変更工程）。これにより、主レーザ光を被加工物１に集光し、被加工物１を加工することが出来ると同時に、別の被加工物１ａに漏れた副レーザ光による不要な加工を防ぐことができる（Ｓ２５）。

また、被加工物１ａへの加工を行う場合（第２モード）は、主レーザ光を被加工物１ａに照射するように光変調素子７を制御する。これと共に、光学素子９ａを制御し、被加工物１ａに照射される主レーザ光が加工点に対して集光性の良い光路（第一の光路）を通るようにする。同時に光学素子９を制御し、被加工物１に照射される漏れた副レーザ光が加工点に対して集光性の良くない光路（第二の光路）を通るようにする。

本実施形態の場合、光変調素子７でＰ波に変更していれば（Ｓ２３のＮ）、ポラライザ６によりレーザ光が主レーザ光としてミラー２０側に分岐され、ミラー２０で反射して別の被加工物１ａに照射される。ここで、光学素子９ａを制御し、主レーザ光が別の被加工物１ａに対して集光性の良い光路（第一の光路）を通るようにする（別の集光性変更工程、Ｓ２６）。一方、ポラライザ６から漏れた副レーザ光が被加工物１ａに照射される。ここで、光学素子９を制御し、副レーザ光が被加工物１に対して集光性の良くない光路（第二の光路）を通るようにする（集光性変更工程）。これにより、主レーザ光を別の被加工物１ａに集光し、別の被加工物１ａを加工することが出来ると同時に、被加工物１に漏れた副レーザ光による不要な加工を防ぐことができる（Ｓ２７）。このような加工対象の切り替えと、ステージ５、５ａによる被加工物１、１ａの移動とを、被加工物１、１ａに所望の加工が完了するまで行い、加工終了となる。

本実施形態の場合、このような切り替えを行うことより、第１の実施形態と同様に、エネルギー損失を大きくすることなく、漏れた副レーザ光による不要な加工を防ぐことができる。

なお、上述の説明では、ステージ毎に被加工物を搭載していたが、１つのステージに複数の被加工物を搭載することも可能である。また切り替えて加工する場合、照射する被加工物を切り替えるのではなく、同一の被加工物上の加工点を切り替える加工も可能である。その他の構成及び作用は、上述の第１の実施形態と同様である。

＜第３の実施形態＞
本発明の第３の実施形態について、図５、図６、図７を用いて説明する。本実施形態のレーザ加工装置は、図５に示すように、レーザ発振器４、光変調素子７、ポラライザ６、光学素子９，９ａ、集光レンズ３、３ａ、光シャッタ１１、折り返しミラー２０、ステージ５、５ａ、制御装置８を有する。また、２１は発振器から出射したレーザ光、２２は光変調素子を透過したレーザ光、２３、２４はポラライザ６で分岐されたレーザ光である。

また、本実施形態の場合、上述の第２の実施形態で述べた集光性の良い光路（第一の光路）と良くない光路（第二の光路）に加えて、中間的な集光性の光路（第三の光路）を設け被加工物に照射するようにしている。このため、第２の実施形態と重複する部分については説明を省略又は簡略にし、以下、第２の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

本実施形態の場合、光学素子９及び９ａは、集光性の良い光路（第一の光路）２５１及び２７１、集光性の良くない光路（第二の光路）２６１及び２８１に加えて、中間的な集光性の光路（第三の光路）２９１及び３０１に可変する事ができる。

ここで中間的な集光性とは、光学素子９ａをレーザ光が被加工物の加工閾値に対して７０パーセント以上、９０パーセント以下のエネルギー密度になる様な集光状態に調節する事を言う。加工閾値とは、レーザ光が被加工物に集光する際、所定のエネルギー密度以上で加工が開始される境界エネルギー密度を指す。加工閾値は、被加工物の物性や温度、及び照射されるレーザ光条件により決定される。例えば被加工物がシリコン材料であり、レーザ光の波長が５３２ｎｍ、パルス幅が約１２ｐｓｅｃである時、加工閾値のエネルギー密度は約１Ｊ／ｃｍ^２である。

レーザ加工では、加工閾値より僅かに大きなエネルギー密度で加工する事により、加工部周辺の熱影響を最小にする事ができるが、加工開始直後はレーザ光照射部の被加工物温度が急変するため加工精度が不安定となる。加工閾値に対して７０パーセント以上、９０パーセント以下のエネルギー密度でレーザ光照射部を予熱する事により、被加工物の温度変化を緩和し、加工開始直後の加工精度を向上させる事ができる。

前記シリコン材料への加工条件において、エネルギー密度が約０．９０Ｊ／ｃｍ^２の条件では被加工物は加工されず、かつ加工開始直後の加工精度を向上させる事ができる。しかしエネルギー密度が約０．７０Ｊ／ｃｍ^２を下回ると加工精度が低下する。エネルギー密度が約０．９０Ｊ／ｃｍ^２を超え、加工閾値以下である場合、被加工材料の表面状態により意図せず加工状態になる場合がある。よってエネルギー密度は約０．９０Ｊ／ｃｍ^２以下である事が望ましい。

次に、本実施形態のレーザ加工工程の一例について、図５を参照しつつ、図６及び図７を用いて説明する。なお、本実施形態では、被加工物１、１ａに対する工程を同時に行う場合もあるので、図６及び図７のフローチャートでは、これを併記するようにしている。即ち、図の左側にシフトして記載されている工程は、被加工物１側に対する工程を、右側にシフトして記載されている工程は、被加工物１ａ側に対する工程をそれぞれ示している。また、図の中央に記載されている工程は、両者に共通する工程である。

図６に示すように、加工開始時点で、レーザ発振器４は駆動されておらず、レーザ光は発射されていない。加えて光シャッタ１１が閉じており、被加工物１ａ側へのレーザ光は遮断される（Ｓ３１）。次に光変調素子７でＳ波に偏光していれば、ポラライザ６によりレーザ光が主レーザ光として被加工物１ａ側に分岐される状態にしておく（Ｓ３２）。そして、光学素子９を制御し、被加工物１上に照射される副レーザ光が集光性の良くない光路（第二の光路）２６１になるようにする（Ｓ３３）。次にレーザ発振器４を駆動してレーザ光を発射する（Ｓ３４）。レーザ光を光変調素子７でＳ波に偏光しポラライザ６に入射させることで、被加工物１上に漏れた副レーザ光が入射するが、集光性が良くないため、被加工物１が加工される事はない。次に、被加工物１側のＸ−Ｙ−Ｚステージ５を加工位置に移動させる（Ｓ３５）。次に光学素子９を制御し、中間的な集光性の光路（第三の光路）２９１とし、被加工物１を予熱する（Ｓ３６）。以上の間、被加工物１ａ側は光シャッタ１１が閉じているため主レーザ光が入射する事はない。

次にポラライザ６を切替えて被加工物１側に主レーザ光が入射するようにする（Ｓ３７）と同時に、被加工物１側の光学素子９を制御して集光性の良い光路（第一の光路）２５１とする（Ｓ３８）。そして、前記予熱の効果によって、被加工物１に精度の良い加工が開始される（Ｓ３９）。同時に、被加工物１ａ側の光学素子９ａを制御して集光性の良くない光路（第二の光路）２８１とする（Ｓ４０）。次に光シャッタ１１を開く（Ｓ４１）。この時、被加工物１ａ側にポラライザ６から漏れた副レーザ光が入射するが、集光性が良くないため、被加工物１ａが加工される事はない。次に、被加工物１ａ側のＸ−Ｙ−Ｚステージ５ａを加工位置に移動させる（Ｓ４２）。次に光学素子９ａを制御し、中間的な集光性の光路（第三の光路）３０１とし、被加工物１ａを予熱する（Ｓ４３）。以上の被加工物１ａでの工程の間、被加工物１上では加工が進行し、一定時間後に終了する（Ｓ４４）。

次に、図７に示すように、ポラライザ６を切替えて被加工物１ａ側に主レーザ光が入射するようにする（Ｓ４５）と同時に、被加工物１ａ側の光学素子９ａを制御して集光性の良い光路（第一の光路）２７１とする（Ｓ４６）。そして、前記予熱によって、被加工物１ａに精度の良い加工が開始される（Ｓ４７）。同時に被加工物１側は、光学素子９を制御して集光性の良くない光路（第二の光路）２６１とする（Ｓ４８）。被加工物１側に漏れた副レーザ光が入射するが、集光性が良くないため、被加工物１が加工される事はない。次に、被加工物１側のＸ−Ｙ−Ｚステージ５を加工位置に移動させる（Ｓ４９）。次に光学素子９を制御し、中間的な集光性の光路（第三の光路）２９１とし、被加工物１を予熱する（Ｓ５０）。以上の被加工物１での工程の間、被加工物１ａ上では加工が進行し、一定時間後に終了する（Ｓ５１）。

次に、上述の工程を、被加工物１側の工程と被加工物１ａ側の工程とを逆にして行う（Ｓ４５ａ〜Ｓ５１ａ）。そして、以上の工程を繰返し、最終的に加工が終了する。

以上の工程を実施する事により、主レーザ光により被加工物を加工している間に、もう一方の被加工物の位置決めと予熱を完了する事ができる。これにより、第２の実施形態と同様に、エネルギー損失を大きくすることなく、漏れた副レーザ光による不要な加工を防ぐ事ができる。加えて予熱によって精度のよい加工を実現する事ができる。

一般的に被加工物は同一材料で構成されているとは限らず、加工閾値が大きく異なる複数の材料で構成されている事がある。この場合、加工閾値が高い被加工物に対して設定した中間的な集光性のエネルギー密度条件では、加工閾値が低い被加工物に対して不要な加工を及ぼしてしまう。この様な被加工物に対しては、特に本実施形態のように、集光性の良い光路（第一の光路）、集光性の良くない光路（第二の光路）および中間的な集光性の光路(第三の光路)を備える事がより効果的である。

しかし、被加工物が同一材料で構成されている場合は、第２の実施形態で説明した方法を用い、第２の実施形態で説明した集光性の良くない光路（第二の光路）を本実施形態の中間的な集光性の光路（第三の光路）とする。これにより、より簡単な方法で予熱によって精度のよい加工を実現する事ができるためより好ましい。

また、上述の説明で、ポラライザから漏れたレーザ光を副レーザ光と記述したが、中間的な集光性のエネルギー密度を実現するために、意識的にポラライザを調節し所定光量のレーザ光を漏らし、副レーザ光としてもよい。その他の構成及び作用は、上述の第２の実施形態と同様である。

上述の各実施形態で説明したレーザ加工装置及びレーザ加工方法により製造する基板は、インクジェットヘッドの基板や、他の半導体材料基板や、ガラス基板、回路基板などが挙げられる。また、加工は先導孔のような穴あけ加工に限らず、溝形状や切断、改質、接合などの加工を行うことも可能である。また具体的な適用先としてはインクジェットヘッドの先導孔加工に限らず、例えば回路基板の穴あけ加工や太陽電池基板のスクライビング、抵抗素子のトリミング、電池ケースの封止溶接などがある。

＜第４の実施形態＞
次に、第４の実施形態として、上述の各実施形態で説明したレーザ加工装置及びレーザ加工方法を用いて基板を製造する、基板の製造方法について、図８及び図９を用いて説明する。本実施形態では、製造する基板は、インクジェットヘッドの基板である例を示す。図８は、インクジェットプリンタのヘッド部分の断面を示した図面である。

図８において、３０は半導体基板（インクジェットヘッドの基板）、３１はインクの流路となる垂直形状の溝である。また、３２はヒータ、３３は液室、３４はオリフィスプレート、３５は吐出孔、３６はインクタンク、破線で示す３７はインク経路、３８は微小なインク滴を示す。溝３１が形成された半導体基板３０の下面にはインクを吐出させるためのヒータ３２、液室３３、オリフィスプレート３４が形成される。また、半導体基板３０の上面には、インクを貯蔵するインクタンク３６が取り付けられる。インクは、インクタンク３６から溝３１及び液室３３を経て、ヒータ３２に到達する。ヒータ３２の瞬間的な加熱／冷却により形成された気泡がインクを押上げ、オリフィスプレート３４中に形成された吐出孔３５より微小なインク滴３８となって吐出される。

本実施形態では、このようにインク滴３８を吐出する吐出孔３５にインクを供給する流路となる溝３１を、上述の各実施形態で説明したようなレーザ加工によって形成する。即ち、被加工物として溝３１を形成する前の半導体基板をステージに載置し、上述したようなレーザ加工を施す。なお、レーザ加工後にそのまま用いてもよいが、アルカリ性エッチング液中で例えば１５分程度異方性エッチングする事により、最終的な溝形状を形成しても良い。

異方性エッチングにより溝３１を形成する場合、レーザ光を照射し、図９に示すように、複数の孔４１による孔群４２を複数の領域４３に形成する。この孔群４２に、エッチング液を進入させ、異方性エッチングにより、図８に示す、インクを供給する流路となる溝３１を形成する。孔群４２を形成することにより、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ことができる。

インクジェットヘッドの基板は、例えば、結晶面（１００）シリコン製の素材（被非加工物）に加工を施して製造したものである。この被加工物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レーザ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。また、被加工物の厚みは、例えば７２５μｍ程度である。孔は、直径φ５〜１００μｍとすることが好ましい。また深さは被加工物として７２５μｍの厚さのものを用いた場合、６００〜７１０μｍが好ましい。

例えば、第１の実施形態を用いた加工を行なう方法を図１を用いて説明する。ポラライザ６により主レーザ光を光学素子９側（第一の方向）に分岐させる。制御装置８により光学素子９を第一の光路、すなわち加工点に対する集光性の良い光路にしておくことで、分岐させた主レーザ光を被加工物１（基板）上の領域のひとつ（第一の領域）（図９に示す領域参照）に集光して照射する。そして、ステージやガルバノミラー等により主レーザ光の照射位置と被加工物１（基板）を相対的に移動させ、被加工物（基板）上の領域のひとつである第一の領域に複数の孔をあけ、孔群を形成する。

次いで、第一の領域孔群の形成が終了すると同時に、光変調素子７を制御することで偏光方向を変更する。そして、ポラライザ６により副レーザ光を光学素子９側に分岐させるともに、制御装置８により光学素子９を第二の光路、すなわち加工点に対する集光性の良くない光路に変更しておく。そして、副レーザ光によって被加工物（基板）を加工しないようにした状態で、第一の領域とは異なる領域（第二の領域）にステージやガルバノミラー等により副レーザ光の照射位置と被加工物（基板）を相対的に移動させる。その後、光変調素子７を制御することで偏光方向を変更する。

そして、ポラライザ６により主レーザ光を光学素子９側に分岐させるともに、制御装置８により光学素子９を第一の光路、すなわち加工点に対する集光性の良い光路に変更する。そして、主レーザ光を被加工物（基板）上に集光し照射して、第二の領域にステージやガルバノミラー等により副レーザ光の照射位置と被加工物（基板）を相対的に移動させる。そして、ステージやガルバノミラー等により主レーザ光の照射位置と被加工物（基板）を相対的に移動させ、第二の領域に複数の孔をあけ、孔群を形成する。これを繰り返し、図９に示すように、各領域に、複数の孔による孔群を形成する。その後、この孔群に、エッチング液を進入させ、異方性エッチングにより、図８に示す、インクを供給する流路となる溝３１を形成する。

また、第２の実施形態を用いた加工を行なう方法を図３を用いて説明する。ポラライザ６により主レーザ光を光学素子９側（第一の方向）に分岐させ、副レーザ光を光学素子９ａ側（第二の方向）に分岐させる。制御装置８により光学素子９を第一の光路、すなわち加工点に対する集光性の良い光路にしておくことで、分岐させた主レーザ光を被加工物１（基板）上の領域のひとつ（第一の領域）（図９に示す領域参照）に集光して照射する。そして、ステージやガルバノミラー等により主レーザ光の照射位置と被加工物を相対的に移動させ、被加工物１（基板）上の領域のひとつである第一の領域に複数の孔をあけ、孔群を形成する。

一方、制御装置８により光学素子９ａを第二の光路、すなわち加工点に対する集光性の良くない光路に変更しておき、副レーザ光によって被加工物１ａ（基板）を加工しないようにする。この状態で、被加工物１ａ（基板）上の領域（第三の領域）にステージやガルバノミラー等により副レーザ光の照射位置と被加工物１ａ（基板）を相対的に移動させる。

第一の領域における孔群の形成が終了した後、光変調素子７を制御することで偏光方向を変更する。そして、ポラライザ６により副レーザ光を光学素子９側に分岐させ、主レーザ光を光学素子９ａ側に分岐させる。制御装置８により光学素子９を第二の光路、すなわち加工点に対する集光性の良くない光路に変更しておき、副レーザ光によって被加工物を加工しないようにする。この状態で、第一の領域とは異なる領域（第二の領域）にステージやガルバノミラー等により副レーザ光の照射位置と被加工物（基板）を相対的に移動させる。一方、光学素子９ａ側に分岐させた主レーザ光は、第一の光路に変更された光学素子９ａをへて、被加工物１ａ（基板）上に集光され、第三の領域に孔群を形成する。

その後、また、光変調素子７を制御することで偏光方向を変更する。そして、ポラライザ６により主レーザ光を光学素子９側に分岐させ、副レーザ光を光学素子９ａ側に分岐させる。そして、制御装置８により光学素子９を第一の光路、すなわち加工点に対する集光性の良い光路に変更し、主レーザ光を被加工物（基板）上に集光し照射する。そして、ステージやガルバノミラー等により主レーザ光の照射位置と被加工物（基板）を相対的に移動させ、第二の領域に複数の孔をあけ、孔群を形成する。

一方、制御装置８により光学素子９ａを第二の光路、すなわち加工点に対する集光性の良くない光路に変更しておき、副レーザ光によって被加工物１ａを加工しないようにする。この状態で、被加工物１ａ（基板）上の領域（第四の領域）にステージやガルバノミラー等により副レーザ光の照射位置と被加工物１ａ（基板）を相対的に移動させる。これを繰り返し、各領域に複数の孔による孔群を、２つの被加工物（基板）に同時に形成することができる。

更に、第３の実施形態で説明したように、中間的な集光性の光路を用いた加工も同様に行なうことができる。

１・・・被加工物、１ａ・・・別の被加工物、４・・・レーザ発振器、６・・・ポラライザ（分岐部材）、７・・・光変調素子（偏光方向切替部材）、８・・・制御装置、９・・・光学素子（集光性変更部材）、９ａ・・・光学素子（別の集光性変更部材）、１０・・・ビームダンパ、２０・・・ミラー

Claims (8)

1. レーザ発振器と、
   前記レーザ発振器により照射されたレーザ光の偏光方向を第１の偏光方向と第２の偏光方向とに切り替える偏光方向切替部材と、
   前記偏光方向切替部材により切り替えられた偏光方向が前記第１の偏光方向である場合に、前記レーザ光を、主として第１の分岐方向に、一部を第２の分岐方向へ分岐し、前記偏光方向が前記第２の偏光方向である場合に、前記レーザ光を、主として前記第２の分岐方向に、一部を前記第１の分岐方向に分岐する分岐部材と、
   前記分岐部材により前記第１の分岐方向に分岐されたレーザ光の集光性を、電界の強度に応じて通過する光の屈折率を変化させることにより変更する屈折率変調素子と、
   前記偏光方向切替部材によって前記偏光方向が前記第２の偏光方向に切り替えられた時、前記第１の分岐方向に分岐された前記一部のレーザ光の集光性が悪くなるように前記屈折率変調素子に与える電界を変更し、前記偏光方向切替部材によって前記偏光方向が前記第１の偏光方向に切り替えられた時、前記第１の分岐方向に分岐された前記主のレーザ光の集光性が良くなるように前記屈折率変調素子に与える電界を変更する制御装置と、を備えた、
   ことを特徴とするレーザ加工装置。
2. 前記分岐部材により前記第２の分岐方向に分岐されたレーザ光を吸収するビームダンパを備えた、
   ことを特徴とする、請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. 前記分岐部材により前記第２の分岐方向に分岐されたレーザ光を反射するミラーと、
   前記ミラーにより反射されたレーザ光の集光性を、電界の強度に応じて通過する光の屈折率を変化させることにより変更する第二の屈折率変調素子と、をさらに備え、
   前記制御装置は、前記偏光方向切替部材によって前記偏光方向が前記第１の偏光方向に切り替えられた時、前記第２の分岐方向に分岐された前記一部のレーザ光の集光性が悪くなるように前記屈折率変調素子に与える電界を変更し、前記偏光方向切替部材によって前記偏光方向が前記第２の偏光方向に切り替えられた時、前記第２の分岐方向に分岐された前記主のレーザ光の集光性が良くなるように前記屈折率変調素子に与える電界を変更する、
   ことを特徴とする、請求項１に記載のレーザ加工装置。
4. レーザ発振器により照射されたレーザ光の偏光方向を第１の偏光方向と第２の偏光方向とに切り替える偏光方向切替工程と、
   前記偏光方向切替工程で切り替えられた偏光方向が前記第１の偏光方向である場合に、前記レーザ光を、主として第１の分岐方向に、一部を第２の分岐方向へ分岐し、前記偏光方向が前記第２の偏光方向である場合に、前記レーザ光を、主として前記第２の分岐方向に、一部を前記第１の分岐方向に分岐する分岐工程と、
   前記分岐工程で前記第１の分岐方向に分岐されたレーザ光の集光性を変更する集光性変更工程と、を有し、
   前記偏光方向切替工程で前記偏光方向が前記第２の偏光方向に切り替えられた時、前記第１の分岐方向に分岐された前記一部のレーザ光の集光性が悪くなるように、前記集光性変更工程で集光性を変更し、前記偏光方向切替工程で前記偏光方向が前記第１の偏光方向に切り替えられた時、前記第１の分岐方向に分岐された前記主のレーザ光の集光性が良くなるように、前記集光性変更工程で集光性を変更する、
   ことを特徴とするレーザ加工方法。
5. 前記分岐工程で前記第２の分岐方向に分岐されたレーザ光を反射する反射工程と、
   前記反射工程で反射されたレーザ光の集光性を変更する第二の集光性変更工程と、を有し、
   前記第二の集光性変更工程は、前記偏光方向切替工程で前記偏光方向が前記第１の偏光方向に切り替えられた時、前記第２の分岐方向に分岐された前記一部のレーザ光の集光性が悪くなるように集光性を変更し、前記偏光方向切替工程で前記偏光方向が前記第２の偏光方向に切り替えられた時、前記第２の分岐方向に分岐された前記主のレーザ光の集光性が良くなるように集光性を変更する、
   ことを特徴とする、請求項４に記載のレーザ加工方法。
6. 被加工物を加工して基板を製造する基板の製造方法であって、
   被加工物にレーザ加工を行うレーザ加工工程を有し、
   前記レーザ加工工程は、
   レーザ発振器により照射されたレーザ光の偏光方向を第１の偏光方向と第２の偏光方向とに切り替える偏光方向切替工程と、
   前記偏光方向切替工程で切り替えられた偏光方向が前記第１の偏光方向である場合に、前記レーザ光を、主として第１の分岐方向に、一部を第２の分岐方向へ分岐し、前記偏光方向が前記第２の偏光方向である場合に、前記レーザ光を、主として前記第２の分岐方向に、一部を前記第１の分岐方向に分岐する分岐工程と、
   前記分岐工程で前記第１の分岐方向に分岐されたレーザ光の集光性を変更する集光性変更工程と、を有し、
   前記偏光方向切替工程で前記偏光方向が前記第２の偏光方向に切り替えられた時、前記第１の分岐方向に分岐された前記一部のレーザ光の集光性が悪くなるように、前記集光性変更工程で集光性を変更し、前記偏光方向切替工程で前記偏光方向が前記第１の偏光方向に切り替えられた時、前記第１の分岐方向に分岐された前記主のレーザ光の集光性が良くなるように、前記集光性変更工程で集光性を変更する、
   ことを特徴とする基板の製造方法。
7. 基板に、レーザ光による加工によって複数の孔による孔群を複数の領域に形成することでインクの流路を製造するインクジェットヘッドの製造方法において、
   前記レーザ光による加工は、
   レーザ発振器により照射されたレーザ光の偏光方向を第１の偏光方向と第２の偏光方向とに切り替える偏光方向切替工程と、
   前記偏光方向切替工程で切り替えられた偏光方向が前記第１の偏光方向である場合に、前記レーザ光を、主として第１の分岐方向に、一部を第２の分岐方向へ分岐し、前記偏光方向が前記第２の偏光方向である場合に、前記レーザ光を、主として前記第２の分岐方向に、一部を前記第１の分岐方向に分岐する分岐工程と、
   前記分岐工程で前記第１の分岐方向に分岐されたレーザ光の集光性を変更する集光性変更工程と、を有し、
   前記偏光方向切替工程で前記偏光方向が前記第２の偏光方向に切り替えられた時、前記第１の分岐方向に分岐された前記一部のレーザ光の集光性が悪くなるように、前記集光性変更工程で集光性を変更し、前記偏光方向切替工程で前記偏光方向が前記第１の偏光方向に切り替えられた時、前記第１の分岐方向に分岐された前記主のレーザ光の集光性が良くなるように、前記集光性変更工程で集光性を変更する、
   ことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
8. 前記レーザ光の集光性は、電界の強度に応じて通過する光の屈折率を変化させる屈折率変調素子により変更される、
   ことを特徴とする請求項７に記載のインクジェットヘッドの製造方法。

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