JP6401943B2 - レーザー加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、被加工物に対して透過性を有する波長のレーザー光を被加工物の内部に集光して被加工物を加工するレーザー加工装置に関する。

半導体ウェーハなどの板状の被加工物に対して透過性を有する波長のレーザー光を被加工物の内部に集光することによりストリートに沿って改質層を連続的に形成し、改質層の形成により強度が低下したストリートに沿って外力を加えることにより被加工物を分割する技術がある（特許文献１及び２参照）。また、被加工物に対して吸収性を有する波長のレーザー光を被加工物の表面または裏面に集光してアブレーション加工することによりストリートに沿って溝を形成し、溝に沿って外力を加えることにより被加工物を分割する技術もある（特許文献３参照）。

特許３４０８８０５号 特開２００８−１７０３６６号公報 特開２０１４−０８２２４１号公報

しかし、所定深さの改質層や溝を形成するには、１回のレーザー光の照射では不十分であり、同じストリートに沿って集光点の深さを変えながら何度もレーザー光を照射する必要があるため、加工効率の点で問題がある。例えば、アブレーション加工により溝を形成する場合においては、１回目のレーザー光の照射で形成された溝の底に対し、デフォーカスして集光点を変更した上で、さらにレーザー光を照射する必要がある。

また、被加工物の内部に改質層を形成する場合において、レーザー光を被加工物の裏面側から入射させると、レーザー加工に使用したレーザー光が集光点を抜けて、被加工物の表面に形成されたデバイスにダメージを与える場合がある。また、意に反して裏面がアブレーションにより気化する場合がある。レーザー光のパルス幅を短くして出力を小さくすれば、このようなダメージやアブレーションの問題の発生を回避することができるが、加工効率が低下するとともに、良質な改質層を形成することができないという問題が生じる。一方、パルス幅を短くする代わりに出力を大きくすれば、加工効率が向上し、良質な改質層を形成することができるが、裏面にアブレーションが発生しやすくなる。

本発明は、このような問題にかんがみなされたもので、加工効率を低下させずに良質な改質層を形成することを目的とする。

本発明に係るレーザー加工装置は、被加工物を保持する保持手段と、該保持手段に保持された該被加工物に対してレーザー光を放射するレーザー発射部と、該レーザー発射部によって放射された該レーザー光を、複数のバーストレーザー光に変換するバースト生成手段と、該バースト生成手段によって生成された該複数のバーストレーザー光を、該被加工物の内部に集光させて該被加工物を加工する集光器と、を備えたレーザー加工装置であって、該バースト生成手段は、該レーザー発射部から放射されたレーザー光を、第１の方向へ向かう第１のレーザー光と、第２の方向へ向かう第２のレーザー光とに分割するビームスプリッタと、反射面を有するミラーを備え、該反射面で反射させ該第２のレーザー光を循環させて、該ビームスプリッタに再び入射させる循環回路と、を備え、該ビームスプリッタは、入射した該レーザー光を偏光面によって分割する偏光ビームスプリッタであり、該循環回路は、該ビームスプリッタによって分割された前記第２のレーザー光の偏光面を回転させる１／２波長板を備え、
該レーザー発射部によって放射された該レーザー光が該ビームスプリッタに入射し、該ビームスプリッタによって分割された該第１のレーザー光が該集光器に入射し、該１／２波長板によって該偏光面を回転させた該第２のレーザー光が、該ビームスプリッタに再び入射し、該１／２波長板の角度によって該ビームスプリッタにおける該第２のレーザー光の分割割合を変えて減衰率を調整する。

前記レーザー発射部によって放射された前記レーザー光の偏光面を回転させる第２の１／２波長板を備え、該第２の１／２波長板によって該偏光面を回転させた該レーザー光が前記ビームスプリッタに入射する構成とすることが好ましい。

前記循環回路は、前記ビームスプリッタによって分割された前記第２のレーザー光を集光させる凸レンズを備え、前記バースト生成手段によって生成された前記バーストレーザー光が該循環回路を循環した回数が多くなるほど、該バーストレーザー光を前記集光器が集光する集光点が該集光器に近くなるように構成することが好ましい。

前記循環回路は、前記ビームスプリッタによって分割された前記第２のレーザー光を発散させる凹レンズを備え、前記バースト生成手段によって生成された前記バーストレーザー光が該循環回路を循環した回数が多くなるほど、該バーストレーザー光を前記集光器が集光する集光点が該集光器から遠くなるように構成することが好ましい。

前記循環回路には、前記ビームスプリッタによって分割された前記第２のレーザー光のビーム径を拡大させるビームエキスパンダを備え、前記バースト生成手段によって生成された前記バーストレーザー光が該循環回路を循環した回数が多くなるほど、該バーストレーザー光の該ビーム径が大きくなるように構成することが好ましい。

前記バースト生成手段は、前記循環回路の光路長を調整する光路長調整手段を備え、前記複数のバーストレーザー光の時間間隔が変更可能であることが好ましい。

本発明に係るレーザー加工装置によれば、レーザー光を複数のバーストレーザー光に変換して被加工物に照射するので、加工効率を低下させずに良質な改質層やアブレーション溝を形成することができる。また、ビームスプリッタによって分割した第２のレーザー光を循環回路で循環させることより時間遅延を生じさせ、ビームスプリッタに再び入射させることにより、複数のバーストレーザー光を生成するため、バーストレーザー光のエネルギーは、徐々に減少していく。これにより、被加工物にダメージが与えられるのを防止することができる。

ビームスプリッタが偏光ビームスプリッタであることにより、ビームスプリッタに入射するレーザー光の偏光面の方向によって分割比率を変えることができるので、１／２波長板で偏光面を回転させる角度を変えることにより、バーストレーザー光のエネルギーの減少率を調整することができ、加工に最も適したバーストレーザー光を生成することができる。また、レーザー発射部が放射したレーザー光の偏光面を第２の１／２波長板で回転させる角度を変えることにより、最初のバーストレーザー光のエネルギー比率を調整することができるので、加工に最も適したバーストレーザー光を生成することができる。

バーストレーザー光の集光点が被加工物の厚さ方向に移動する構成とすれば、被加工物の厚さ方向に長い改質層やアブレーション溝を形成することができるとともに、改質層形成時におけるアブレーションの発生を防止することができる。

ビームスプリッタによって分割された第２のレーザー光を集光させる凸レンズを備え、バーストレーザー光の集光点が集光器に近づいていく構成とすれば、例えば、集光器から遠い側にダメージを受けやすいデバイスが形成された被加工物の表面を配置することにより、集光点がデバイスから遠ざかっていくので、デバイスにダメージが与えられるのを防止することができる。したがって、改質層の形成に好適である。

ビームスプリッタによって分割された第２のレーザー光を集光させる凹レンズを備え、バーストレーザー光の集光点が集光器から遠ざかっていく構成とすれば、例えば、集光器に遠い側にダメージを受けやすいデバイスが形成された被加工物の表面を配置することにより、集光点がデバイスに近づくほど、バーストレーザー光のエネルギーが小さくなるので、デバイスにダメージが与えられるのを防止することができる。また、被加工物の入射面に溝を形成するアブレーション加工において、１度のレーザー光の照射では足りない深さの溝を形成するのに好適である。

循環回路を循環する回数が増えるほどバーストレーザー光のビーム径が大きくなっていく構成とすれば、バーストレーザー光のエネルギーが小さくなっていっても、集光点を小さくできるので、集光点におけるエネルギー密度を維持することができ、深さ方向に伸びる良質な改質層を形成することができる。

循環回路の光路長を調整可能な構成とすれば、バーストレーザー光の時間間隔を調整できるので、加工に最も適したバーストレーザー光を生成することができる。

レーザー加工装置を示す斜視図。 レーザー照射手段を示す構成図。 バーストレーザー光の出力を示すグラフ。 別のレーザー照射手段を示す構成図。 更に別のレーザー照射手段を示す構成図。

図１に示すレーザー加工装置１０は、半導体ウェーハなどの板状の被加工物２０を保持する保持手段１１と、保持手段１１を移動させる２つの送り手段１２，１３と、保持手段１１に保持された被加工物Ｗに対してレーザー光を照射するレーザー照射手段１４とを備えている。

被加工物２０の表面２０ａには複数のデバイスが形成されている。被加工物２０は、例えば、デバイスを保護するための保護テープ２１が表面２０ａに貼着され、保護テープＴが貼着された側を下（−Ｚ側）にして、裏面２０ｂが露出した状態で保持手段１１の保持面に載置される。保持手段１１は、載置された被加工物を吸引保持する。

送り手段１２は、±Ｘ方向に平行なねじ軸１２２をモータ１２１が回転させることにより、ねじ軸１２２に係合した移動部１２３がガイド１２４に案内されて±Ｘ方向に移動する構成となっている。保持手段１１は、移動部１２３に固定されていて、移動部１２３の移動に伴って、±Ｘ方向に移動する。

送り手段１３は、±Ｙ方向に平行なねじ軸１３２をモータ１３１が回転させることにより、ねじ軸１３２に係合した移動部１３３がガイド１３４に案内されて±Ｙ方向に移動する構成となっている。送り手段１２は、移動部１３３に固定されていて、移動部１３３の移動に伴って±Ｙ方向に移動し、これに伴って、保持手段１１も±Ｙ方向に移動する。

図２に示すように、レーザー照射手段１４は、レーザー光４９１を放射するレーザー発射部１４１と、レーザー発射部１４１によって放射されたレーザー光４９１を複数のバーストレーザー光４９３に変換するバースト生成手段１４２と、バースト生成手段１４２によって生成された複数のバーストレーザー光４９３を被加工物２０の内部に集光させる集光器１４３とを備える。なお、図２においては、図１に示した保護テープ２１の図示を省略している。

レーザー発射部１４１から放射されるレーザー光４９１は、直線偏光した平行光であり、バースト生成手段１４２によって生成されるバーストレーザー光４９３と同じパルス幅（例えば１ｎｓ〜１０ｎｓ）を有する。

バースト生成手段１４２は、入射したレーザー光を２つのレーザー光４９２，４９３に分割するビームスプリッタ４２１と、ビームスプリッタ４２１によって分割されたレーザー光４９２を循環させてビームスプリッタ４２１に再び入射させる循環回路４２４とを備え、分割したレーザー光を循環回路４２４で遅延させることにより、複数のバーストレーザー光４９３を生成する。
また、集光器１４３は、例えば凸レンズを備え、バーストレーザー光４９３を集光点４８１に集光させる。

ビームスプリッタ４２１は、例えば偏光ビームスプリッタであり、入射したレーザー光を偏光面によって２つに分岐させる。すなわち、ビームスプリッタ４２１は、入射レーザー光のうち、ｓ偏光成分を反射し、ｐ偏光成分を透過する。したがって、ビームスプリッタ４２１によるレーザー光の分割割合は、ビームスプリッタ４２１に入射するレーザー光の偏光面の向きによって定まる。例えば、偏光面と入射面とがなす角が４５度である場合、ビームスプリッタ４２１は、入射したレーザー光を１：１に分割する。偏光面と入射面とがなす角が大きくなるほど、反射されるレーザー光の割合が高くなり、逆に、偏光面と入射面とがなす角が小さくなるほど、透過するレーザー光の割合が高くなる。

レーザー発射部１４１から放射されたレーザー光４９１は、ビームスプリッタ４２１の反射面に対して４５度の角度を有する方向からビームスプリッタ４２１に入射し、ビームスプリッタ４２１を透過してレーザー光４９１と同じ第１の方向へ進む第１のレーザー光４９３と、ビームスプリッタ４２１で反射してレーザー光４９１の進行方向に対して９０度の角度をなす第２の方向へ進む第２のレーザー光４９２とに分割される。レーザー光４９１が直線偏光であり、ビームスプリッタ４２１が偏光ビームスプリッタであるため、偏光面と入射面とがなす角度を変えれば、レーザー光４９１の分割割合を変えることができる。

ビームスプリッタ４２１で分割された第２のレーザー光４９２は、循環回路４２４を循環し、ビームスプリッタ４２１に再び入射する。ビームスプリッタ４２１に再入射するレーザー光４９５は、進行方向がレーザー光４９２と同じであり、レーザー光４９２とは正反対の側からビームスプリッタ４２１に入射して、２つのレーザー光４９２，４９３に分割される。レーザー光４９１とは逆に、第１のレーザー光４９３は、ビームスプリッタ４２１で反射されたレーザー光（すなわちｓ偏光成分）であり、第２のレーザー光４９２は、ビームスプリッタ４２１を透過したレーザー光（すなわちｐ偏光成分）である。

循環回路４２４は、ビームスプリッタ４２１で分割された第２のレーザー光４９２を循環させてビームスプリッタ４２１に再び入射させる４つのミラー４４１ａ〜４４１ｄと、ミラー４４１ａ〜４４１ｄがレーザー光４９２を循環させる光路上に配設された１／２波長板４４２及び凸レンズ４４３とを備える。４つのミラー４４１ａ〜４４１ｄは、それぞれが、レーザー光を反射させる反射面を有している。

１／２波長板４４２は、入射したレーザー光の偏光面を回転させる。１／２波長板４４２がレーザー光の偏光面を回転させる角度は、１／２波長板４４２の遅相軸と偏光面とがなす角度によって定まる。１／２波長板４４２は、遅相軸の向きを調整できるように配置されている。遅相軸の向きを変えると、ビームスプリッタ４２１に再入射するレーザー光４９５の偏光面の向きが変わるので、ビームスプリッタ４２１におけるレーザー光４９５の分割割合を変えることができる。例えば、ビームスプリッタ４２１におけるレーザー光４９１の分割割合を１：１、レーザー光４９５の分割割合も同じく１：１であるとする。

凸レンズ４４３は、入射したレーザー光を集光させる。凸レンズ４４３の焦点距離は、循環回路４２４の光路長Ｌよりも長く、例えば光路長Ｌの数十倍〜数百倍程度である。すなわち、凸レンズ４４３は、開口数（ＮＡ）が非常に小さく、倍率が非常に低いレンズである。

図１に示したレーザー加工装置１０において、保持手段１１に保持された被加工物２０の内部にレーザー光を集光して改質層を形成する場合、レーザー照射手段１４は、保持手段１１に保持された被加工物２０の裏面２０ｂ側に向けて、上方（＋Ｚ側）から、被加工物を透過する波長（被加工物がシリコンで形成されている場合、例えば１０６４ｎｍ）でパルス幅が非常に短い（例えば１ｎｓ〜１０ｎｓ）バーストレーザー光を照射し、被加工物の内部に集光させる。

図３に示すように、レーザー発射部１４１がレーザー光４９１ａを放射すると、そのうちの半分は、ビームスプリッタ４２１を透過して最初のバーストレーザー光４９３ａとなる。

レーザー光４９１ａのうち残りの半分は、ビームスプリッタ４２１で反射してレーザー光４９２（図２参照）となり、循環回路４２４を一周して、ビームスプリッタ４２１に再び入射する。そのうちの半分は、ビームスプリッタ４２１で反射して二番目のバーストレーザー光４９３ｂとなる。循環回路４２４の光路長をＬとすると、循環回路４２４を一周するには、循環回路４２４の光路長Ｌを光速ｃで割った時間Ｌ／ｃだけかかるので、最初のバーストレーザー光４９３ａと二番目のバーストレーザー光４９３ｂとの時間差４８２は、Ｌ／ｃとなる。

ビームスプリッタ４２１に再入射したレーザー光のうち残りの半分は、ビームスプリッタ４２１を透過してレーザー光４９２となり、循環回路４２４を更に一周して、ビームスプリッタ４２１に再び入射する。そのうちの半分は、ビームスプリッタ４２１で反射して三番目のレーザー光４９３ｃとなり、残りの半分は、ビームスプリッタ４２１を透過してレーザー光４９２となる。これを繰り返すことにより、複数のバーストレーザー光４９３が生成される。バーストレーザー光４９３は、所定の時間差４８２で繰り返し放射され、その出力は、等比級数的に減衰していく。

減衰により出力がほぼ０になると、レーザー発射部１４１は、新たなレーザー光４９１ａを放射する。そして、上記と同様に、ビームスプリッタ４２１でバーストレーザー光４９３ａ，４９３ｂ，４９３ｃ，・・・を生成して被加工物２０の内部に集光し、改質層を形成する。バーストレーザー光１つ当たりのエネルギーは小さいので、アブレーションや抜け光によるダメージの発生を抑えることができる。また、バーストレーザー光１つ当たりのエネルギーが小さくても、繰り返し照射される複数のバーストレーザー光を合わせた全体としてのエネルギーが大きくなるので、被加工物の内部に良質な改質層を形成することができ、加工効率も低下しない。

集光点４８１における改質層の形成に寄与しなかったバーストレーザー光４９３は、集光点４８１を抜けて、被加工物２０の表面に形成されたデバイスに到達する。しかし、バーストレーザー光１つ当たりのエネルギーは小さいので、裏面２０ｂにアブレーションを発生させることはなく、単独でデバイスにダメージを与えることもない。複数のバーストレーザー光を繰り返し照射することにより、エネルギーが蓄積されてデバイスがダメージを受けやすくなるが、繰り返し照射される複数のバーストレーザー光が徐々に減衰していくので、バーストレーザー光のエネルギーが小さくなり、デバイスがダメージを受けるのを防ぐことができる。

最初のバーストレーザー光４９３ａの強度と、二番目以降のバーストレーザー光の合計強度との比率は、レーザー光４９１の分割割合によって定まる。レーザー光４９１の偏光面と入射面とがなす角度を小さくして透過光の割合を大きくすれば、最初のバーストレーザー光４９３ａが強くなる。逆に、レーザー光４９１の偏光面と入射面とがなす角度を大きくして反射光の割合を大きくすれば、最初のバーストレーザー光４９３ａが弱くなる。レーザー光４９１の偏光面と入射面とがなす角度を最大の９０度にすれば、最初のバーストレーザー光４９３ａの強度は０になる。

二番目以降のバーストレーザー光の強度と、その次のバーストレーザー光の強度との比率（減衰率）は、レーザー光４９５の分割割合によって定まる。レーザー光４９１の偏光面と入射面とがなす角度を小さくして透過光の割合を大きくすれば、減衰率が小さくなる。逆に、レーザー光４９１の偏光面と入射面とがなす角度を大きくして反射光の割合を大きくすれば、減衰率が大きくなる。

このように、複数のバーストレーザー光の強度比率を比較的自由に変えることができるので、複数のバーストレーザー光の強度パターンを、アブレーションやダメージの発生を抑えつつ良質の改質層を形成するのに最適なパターンにすることができる。

次に、凸レンズ４４３の効果について説明する。
レーザー発射部１４１が放射するレーザー光４９１は平行光であるため、レーザー光４９１から分割された最初のバーストレーザー光４９３ａも平行光であり、したがって、集光器１４３がレーザー光４９３ａを集光する集光点４８１（図２参照）は、集光器１４３の焦点である。

一方、レーザー光４９１から分割されたレーザー光４９２も平行光であるが、循環回路４２４を一周してきたレーザー光４９５は、焦点距離が非常に長い凸レンズ４４３を通過することにより、ほとんど平行光であるが、わずかに集光する傾向のある光になっている。そこから分割された二番目のバーストレーザー光４９３を集光器１４３が集光する集光点４８１は、集光器１４３の焦点よりもわずかに集光器１４３に近くなる。レーザー光４９５から分割されたレーザー光４９２が循環回路４２４を更に一周してくると、凸レンズ４４３をもう一度通過するので、集光傾向が強まる。したがって、集光点４８１は更に集光器１４３に近くなる。

このように、レーザー光が循環回路を一周するたびに凸レンズ４４３を通過して集光傾向が強まるので、バーストレーザー光４９３の集光点は、少しずつ集光器１４３に近づいていく。集光点４８１が少しずつ移動するので、被加工物の厚さ方向に長い改質層を形成することができ、被加工物を容易に分割できるようにすることができる。また、複数のバーストレーザー光４９３の集光点が移動せず同じ位置に集光する場合と比べて、裏面２０ｂにおけるアブレーションの発生を抑えることができる。

また、バーストレーザー光のエネルギーが蓄積されてデバイスがダメージを受けやすくなるほど、集光点が徐々にデバイスから遠ざかるので、集光点を抜けてデバイスに到達するバーストレーザー光が発散し、エネルギー密度が小さくなる。バーストレーザー光のエネルギー自体が小さくなるだけでなく、デバイスに到達するバーストレーザー光のエネルギー密度が薄くなるので、バーストレーザー光がデバイスに与えるエネルギーは更に小さくなり、デバイスがダメージを受けるのを防ぐことができる。

図４に示すレーザー照射手段１４Ａは、レーザー照射手段１４の代わりとしてレーザー加工装置１０に用いることができるものであり、レーザー照射手段１４と比較すると、循環回路４２４が、凸レンズ４４３の代わりに、入射したレーザー光を発散させるレンズ４４３Ａを備える点が異なる。

レンズ４４３Ａは、例えば凹レンズであり、凸レンズ４４３と同様、焦点距離が循環回路４２４の光路長Ｌよりも長く、例えば光路長Ｌの数十倍〜数百倍程度である。すなわち、レンズ４４３Ａは、開口数（ＮＡ）が非常に小さく、倍率が非常に低いレンズである。

レーザー発射部１４１が放射するレーザー光４９１は平行光であるため、レーザー光４９１から分割された最初のバーストレーザー光４９３ａも平行光であり、したがって、集光器１４３がレーザー光４９３ａを集光する集光点４８１は、集光器１４３の焦点である。

レーザー光４９１から分割されたレーザー光４９２も平行光であるが、循環回路４２４を一周してきたレーザー光４９５は、焦点距離が非常に長いレンズ４４３Ａを通過することにより、ほとんど平行光であるが、わずかに発散する傾向のある光になっている。そこから分割された二番目のバーストレーザー光４９３を集光器１４３が集光する集光点４８１は、集光器１４３の焦点よりもわずかに集光器１４３から遠くなる。レーザー光４９５から分割されたレーザー光４９２が循環回路４２４を更に一周してくると、レンズ４４３Ａをもう一度通過するので、発散傾向が強まる。したがって、集光点４８１は更に集光器１４３から遠くなる。

このように、レーザー光が循環回路を一周するたびにレンズ４４３Ａを通過して発散傾向が強まるので、バーストレーザー光４９３の集光点４８１は、少しずつ集光器１４３から遠ざかっていく。集光点４８１が少しずつ移動するので、被加工物の厚さ方向に長い改質層を形成することができ、被加工物を容易に分割できるようにすることができる。また、複数のバーストレーザー光４９３の集光点が移動せず同じ位置に集光する場合と比べて裏面２０ｂにおけるアブレーションの発生を抑えることができる。

集光点が徐々にデバイスに近づくので、集光点を抜けてデバイスに到達するバーストレーザー光のエネルギー密度が大きくなるが、バーストレーザー光のエネルギーが小さくなっているので、バーストレーザー光がデバイスに与えるエネルギーは小さくなり、デバイスがダメージを受けるのを防ぐことができる。これにより、デバイスに比較的近い位置まで改質層を形成することができる。
なお、裏面２０ｂなどの入射面をアブレーション加工する際には、最初の照射で形成された溝の底よりも深い位置に集光していくことができ、厚さ方向に深いアブレーション溝を形成することができる。

図５に示すレーザー照射手段１４Ｂは、レーザー照射手段１４の代わりとしてレーザー加工装置１０に用いることができるものであり、レーザー照射手段１４と比較すると、レーザー発射部１４１とバースト生成手段１４２との間に配設された第２の１／２波長板１４５を備える点と、バースト生成手段１４２が、循環回路４２４の光路長を調整する光路長調整手段４２５を備える点と、循環回路４２４が、凸レンズ４４３の代わりに、入射したレーザー光のビーム径を拡大するビームエキスパンダ４４４を備える点とが異なる。

１／２波長板１４５は、入射したレーザー光の偏光面を回転させる。１／２波長板４４２は、遅相軸の向きを調整できるように配置されており、遅相軸の向きを変えると、ビームスプリッタ４２１に入射するレーザー光４９６の偏光面の向きが変わるので、ビームスプリッタ４２１におけるレーザー光４９６の分割割合を変えることができる。これにより、最初のバーストレーザー光の強度を容易に変えることができ、複数のバーストレーザー光の強度パターンを、アブレーションやダメージの発生を抑えつつ良質の改質層を形成するのに最適なパターンにすることができる。

光路長調整手段４２５は、例えばボールねじ機構を備え、２つのミラー４４１ｂ，４４ｃを移動させることにより、循環回路４２４の光路長Ｌを変更する。光路長Ｌが長くなれば、複数のバーストレーザー光４９３の時間間隔が広くなる。逆に、光路長Ｌが短くなれば、複数のバーストレーザー光４９３の時間間隔が狭くなる。複数のバーストレーザー光４９３の時間間隔を比較的自由に変更することができるので、アブレーションやダメージの発生を抑えつつ良質の改質層を形成するのに最適な時間間隔にすることができる。

ビームエキスパンダ４４４は、レーザー光の平行度は変えずに、光束を広げる。レーザー発射部１４１が放射するレーザー光４９１は平行光であるため、バーストレーザー光４９３は、ビームエキスパンダ４４４を何回通過したものであっても、平行光のままであり、したがって、集光器１４３がレーザー光４９３を集光する集光点４８１の位置は、集光点４８１の焦点から変化しないが、ビームエキスパンダ４４４がビーム径を大きくした分、集光点４８１の大きさが小さくなっていく。これにより、集光点４８１におけるエネルギー密度が高くなり、バーストレーザー光のエネルギーが小さくなっていくことによるエネルギー密度の減少を相殺するので、良質の改質層を形成することができる。

なお、１／２波長板１４５、光路長調整手段４２５及びビームエキスパンダ４４４は、それぞれが独立した効果を奏するものであるから、レーザー照射手段１４Ｂは、第２の１／２波長板１４５を備えない構成であってもよいし、光路長調整手段４２５を備えない構成であってもよいし、ビームエキスパンダ４４４を備えない構成であってもよい。
また、前述したレーザー照射手段１４やレーザー照射手段１４Ａが、第２の１／２波長板１４５を備える構成であってもよいし、光路長調整手段４２５を備える構成であってもよいし、ビームエキスパンダ４４４を備える構成であってもよい。
１／２波長板１４５を設ける代わりに、例えば、レーザー光４９１の光軸を中心としてレーザー発射部１４１とビームスプリッタ４２１とを相対的に回動可能とする偏光面調整部を設けるなど、他の構成によりビームスプリッタ４２１に入射するレーザー光の偏光面の向きを調整可能とする構成であってもよい。
凸レンズ４４３やレンズ４４３Ａを循環回路４２４に設ける代わりに、ビームスプリッタ４２１の手前にレンズを設け、レーザー発射部１４１から放射されたレーザー光を集光させ又は発散させる構成であってもよい。その場合、レーザー光がレンズを通過する回数は、循環回数にかかわらず１回であるが、循環回数が増えると、レンズと集光器１４３との間の光路長が長くなるので、集光点４８１が移動する。
ビームスプリッタは、偏光ビームスプリッタに限らず、例えばハーフミラーなど、分割割合が所定の非偏光ビームスプリッタであってもよい。
循環回路４２４のミラーの数は、４つに限らず、他の数でもよい。なお、ビームスプリッタ４２１を通過させずに、第２のレーザー光４９２を反対側からビームスプリッタ４２１に再入射させるためには、ミラーが３つ以上必要である。また、循環回路４２４は、ミラーに限らず、例えば光ファイバーなどを用いて構成してもよい。

１０ レーザー加工装置、１１ 保持手段、
１２，１３ 送り手段、１２１，１３１ モータ、１２２，１３２ ねじ軸、
１２３，１３３ 移動部、１２４，１３４ ガイド、
１４，１４Ａ，１４Ｂ レーザー照射手段、１４１ レーザー発射部、
１４２ バースト生成手段、４２１ ビームスプリッタ、４２４ 循環回路、
４２５ 光路長調整手段、４４１ａ〜４４１ｄ ミラー、
１４５，４４２ １／２波長板、
４４３ 凸レンズ、４４３Ａ レンズ、４４４ ビームエキスパンダ、
１４３ 集光器、４８１ 集光点、４８２ 時間差、
４９１〜４９６，４９１ａ，４９１ｂ，４９３ａ〜４９３ｃ レーザー光、
２０ 被加工物

Claims (6)

1. 被加工物を保持する保持手段と、
   該保持手段に保持された該被加工物に対してレーザー光を放射するレーザー発射部と、
   該レーザー発射部によって放射された該レーザー光を、複数のバーストレーザー光に変換するバースト生成手段と、
   該バースト生成手段によって生成された該複数のバーストレーザー光を、該被加工物の内部に集光させて該被加工物を加工する集光器と、
   を備えたレーザー加工装置であって、
   該バースト生成手段は、
   該レーザー発射部から放射されたレーザー光を、第１の方向へ向かう第１のレーザー光と、第２の方向へ向かう第２のレーザー光とに分割するビームスプリッタと、
   反射面を有するミラーを備え、該反射面で反射させ該第２のレーザー光を循環させて、該ビームスプリッタに再び入射させる循環回路と、
   を備え、
   該ビームスプリッタは、入射した該レーザー光を偏光面によって分割する偏光ビームスプリッタであり、
   該循環回路は、
   該ビームスプリッタによって分割された前記第２のレーザー光の偏光面を回転させる１／２波長板を備え、
   該レーザー発射部によって放射された該レーザー光が該ビームスプリッタに入射し、該ビームスプリッタによって分割された該第１のレーザー光が該集光器に入射し、
   該１／２波長板によって該偏光面を回転させた該第２のレーザー光が、該ビームスプリッタに再び入射し、
   該１／２波長板の角度によって該ビームスプリッタにおける該第２のレーザー光の分割割合を変えて減衰率を調整する
   請求項１記載のレーザー加工装置。
2. 前記レーザー発射部によって放射された前記レーザー光の偏光面を回転させる第２の１／２波長板を備え、
   該第２の１／２波長板によって該偏光面を回転させた該レーザー光が、前記ビームスプリッタに入射する、請求項１記載のレーザー加工装置。
3. 前記循環回路は、
   前記ビームスプリッタによって分割された前記第２のレーザー光を集光させる凸レンズを備え、
   前記バースト生成手段によって生成された前記バーストレーザー光が該循環回路を循環した回数が多くなるほど、該バーストレーザー光を前記集光器が集光する集光点が該集光器に近くなる、請求項１又は２のいずれかに記載のレーザー加工装置。
4. 前記循環回路は、
   前記ビームスプリッタによって分割された前記第２のレーザー光を発散させる凹レンズを備え、
   前記バースト生成手段によって生成された前記バーストレーザー光が該循環回路を循環した回数が多くなるほど、該バーストレーザー光を前記集光器が集光する集光点が該集光器から遠くなる、請求項１又は２のいずれかに記載のレーザー加工装置。
5. 前記循環回路には、
   前記ビームスプリッタによって分割された前記第２のレーザー光のビーム径を拡大させるビームエキスパンダを備え、
   前記バースト生成手段によって生成された前記バーストレーザー光が該循環回路を循環した回数が多くなるほど、該バーストレーザー光の該ビーム径が大きくなる、請求項１又は２のいずれかに記載のレーザー加工装置。
6. 前記バースト生成手段は、
   前記循環回路の光路長を調整する光路長調整手段を備え、
   前記複数のバーストレーザー光の時間間隔が変更可能である、請求項１〜５のいずれか記載のレーザー加工装置。

Images