JPWO2014080822A1 - レーザ加工装置及びレーザ加工方法 - Google Patents

Abstract

８μｍ〜１１μｍの波長範囲においてピークを有し、パルス幅が３０ｎｓ以下のパルスレーザ光を出射するレーザ光源（１０）と、被加工物（７０）に前記パルスレーザ光を集光し照射する光学系（４０）と、前記レーザ光源（１０）より出射される前記パルスレーザ光の繰返し周波数が２５ｋＨｚ以上となるように制御を行う制御部（６０）と、を備えることで、熱拡散が抑制し、被加工物（７０）のレーザ照射部分の吸収係数が増加し、微細な穴加工をする場合には、形成される穴の形状がテーパ形状となることを抑制すると共に、穴の周囲の盛り上がりの発生を抑制する。

Description

本開示は、レーザ加工装置及びレーザ加工方法に関する。

シリカガラスからなるガラス材は安価で可視光に対して透明であり絶縁耐性、薬品耐性、耐熱性に優れ基板不純物濃度を低くすることができ、半導体デバイス製造工程との相性がよいことから、太陽電池やフラットパネルディスプレイの基板材料として用いられている。一方、ガラスはクラックが生じ易いため、難加工材で微細加工が困難であり、生産性が求められる応用分野における用途は、比較的寸法が大きく直線的な加工により実現できる分野に限られている。従って、生産性が高い微細加工を実現することができれば、マイクロ実装におけるインターポーザやＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）等にガラス材を広く用いることができ、更には光学部品や装飾品等にも用いることができ、用途が広がる。

ガラス加工技術において、現在、最も微細で低損傷なガラス加工が要求される分野の１つとして、フラットパネルディスプレイや太陽電池基板の分割切断が挙げられ、このようなガラスの加工には、主にブレードダイシング技術などの機械的切断法が用いられている。しかしながら、このような機械的な分割法では、分割面周囲にクラックやチッピングが生じやすく、ガラス基板の機械的強度の低下を招いてしまう。また、近年においては、フラットパネルディスプレイの用途として、ガラスの硬度を増強した硬質ガラスが用いられてきており、硬質ガラスの場合には、加工面のクラックやチッピングを起点として、ガラス基板の割れが生じやすくなり深刻である。

また、ブレードによるダイシング技術では、加工は直線的な加工に制限されるため、例えば、半導体デバイスのマイクロ実装に用いられるガラスインターポーザー等における貫通穴の穴あけ加工を行うことができない。

一方、ガラス加工の方法としては、切断の際のクラックの発生を軽減する目的で、連続発振の遠赤外レーザを用いたガラス切断法がある。この方法は、ガラスの熱振動モードが励起される波長が９μｍ〜１１μｍにおける遠赤外領域のレーザをガラス基板に照射して、ガラス基板に局所的に熱歪を生じさせ、外部より機械的応力を印加して基板を分割する方法である。または、この遠赤外領域のレーザをガラス基板に照射して、ガラス基板に局所的に熱歪を生じさせ、熱歪が生じた領域に水などを供給して急冷することにより膨張収縮を生じさせ、その応力差により基板を分割する方法等である。これらの方法では、主に連続発振のＣＯ_２レーザが用いられるため、レーザ出力も容易に高くすることが可能であり、クラックやチッピングの発生を抑制することができ、生産性も高くすることが可能である。しかしながら，この方法における加工は直線的な分割加工に制限されるため、穴あけ加工等の微細加工を行うことができない。

特開平１１−２１７２３７号公報 特開２００１−３５４４３９号公報 特開２００２−２８７９９号公報 特開２０１０−５２４６９２号公報

概要

レーザ加工装置は、８μｍ〜１１μｍの波長範囲においてピークを有し、パルス幅が３０ｎｓ以下のパルスレーザ光を出射するレーザ光源と、被加工物に前記パルスレーザ光を集光し照射する光学系と、前記レーザ光源より出射される前記パルスレーザ光の繰返し周波数が２５ｋＨｚ以上となるように制御を行う制御部と、を備えてもよい。

また、レーザ加工方法は、８μｍ〜１１μｍの波長範囲においてピークを有し、パルス幅が３０ｎｓ以下、繰り返し周波数が２５ｋＨｚ以上、２００ｋＨｚ以下のパルスレーザ光をレーザ光源より出射する工程と、前記レーザ光源より出射された前記パルスレーザ光を、二酸化シリコンを含む材料により形成された被加工物に照射する工程と、を含んでもよい。

本開示のいくつかの実施形態を、単なる例として、添付の図面を参照して以下に説明する。
図１は、レーザ加工における課題の説明図である。 図２は、被加工物の温度が変化した場合のパルスレーザ光の波長と吸収係数の相関図である。 図３は、本開示のレーザ加工装置の構造図である。 図４は、本開示のレーザ加工装置におけるレーザ加工の説明図（１）である。 図５は、本開示のレーザ加工装置におけるレーザ加工の説明図（２）である。 図６は、本開示のレーザ加工装置におけるレーザ加工の説明図（３）である。 図７は、本開示のレーザ加工装置におけるレーザ加工の説明図（４）である。 図８は、本開示のレーザ加工装置によりレーザ加工された被加工物の光学顕微鏡像である。 図９は、本開示のレーザ加工装置によりレーザ加工された被加工物の全焦点合成画像である。 図１０は、本開示のレーザ加工装置によりレーザ加工された被加工物のＳＥＭ像である。 図１１は、本開示のレーザ加工装置におけるレーザ加工の説明図（５）である。 図１２は、本開示のレーザ加工方法のフローチャートである。 図１３は、短パルスＣＯ_２レーザ光源の構造図である。 図１４は、短パルスＣＯ_２レーザ光源の説明図（１）である。 図１５は、短パルスＣＯ_２レーザ光源の説明図（２）である。 図１６は、波長選択素子を含む短パルスＣＯ_２レーザ光源の構造図である。 図１７は、波長選択素子を含む短パルスＣＯ_２レーザ光源の説明図である。 図１８は、量子カスケードレーザを含む短パルスＣＯ_２レーザ光源の構造図である。 図１９は、２波長のレーザ光を出射する短パルスＣＯ_２レーザ光源の構造図（１）である。 図２０は、２波長のレーザ光を出射する短パルスＣＯ_２レーザ光源の説明図である。 図２１は、２波長のレーザ光を出射する短パルスＣＯ_２レーザ光源の構造図（２）である。 図２２は、エタロンによる２波長のレーザ光を出射する短パルスＣＯ_２レーザ光源の構造図である。 図２３は、エタロンによる２波長のレーザ光を出射する短パルスＣＯ_２レーザ光源の説明図である。 図２４は、波長可変の固体レーザ光源の構造図である。 図２５は、本開示の加熱部を含むレーザ加工装置の構造図である。 図２６は、本開示の加熱部を含むレーザ加工装置によるレーザ加工方法のフローチャートである。 図２７は、本開示のレーザ加工装置におけるレーザ加工の説明図（６）である。 図２８は、本開示のレーザ加工装置におけるレーザ加工の説明図（７）である。 図２９は、本開示の波長可変レーザ光源を含むレーザ加工装置の構造図である。 図３０は、本開示の波長可変レーザ光源を含むレーザ加工装置の説明図である。 図３１は、本開示の波長可変レーザ光源を含むレーザ加工装置によるレーザ加工方法のフローチャートである。 図３２は、本開示の温度測定部を含むレーザ加工装置の構造図である。 図３３は、本開示の温度測定部を含むレーザ加工装置の説明図である。 図３４は、本開示の温度測定部を含むレーザ加工装置によるレーザ加工方法のフローチャートである。 図３５は、本開示の２波長のレーザ光を出射するレーザ光源を含むレーザ加工装置の構造図である。 図３６は、本開示の２波長のレーザ光を出射するレーザ光源を含むレーザ加工装置によるレーザ加工方法のフローチャート（１）である。 図３７は、本開示の２波長のレーザ光を出射するレーザ光源を含むレーザ加工装置の説明図（１）である。 図３８は、本開示の２波長のレーザ光を出射するレーザ光源を含むレーザ加工装置によるレーザ加工方法のフローチャート（２）である。 図３９は、本開示の２波長のレーザ光を出射するレーザ光源を含むレーザ加工装置の説明図（２）である。

実施形態

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。以下に説明される実施形態は、本開示の一例を示し、本開示の内容を限定するものではない。また、各実施形態で説明される構成及び動作の全てが本開示の構成及び動作として必須であるとは限らない。尚、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。

目次
１．レーザ加工装置
１．１ 課題
１．２ 構成
１．３ 動作
１．４ 作用
１．５ 実施されたレーザ加工の説明１
１．６ 実施されたレーザ加工の説明２
２．レーザ加工方法
３．レーザ光源
３．１ 短パルスＣＯ_２レーザ光源
３．１．１ 構成
３．１．２ 動作
３．１．３ 作用
３．１．４ その他
３．２ 波長選択素子を含む短パルスＣＯ_２レーザ光源
３．２．１ 短パルスＣＯ_２レーザ光源における波長
３．２．２ 構造
３．２．３ 動作
３．２．４ 作用
３．２．５ その他
３．３ 量子カスケードレーザを含む短パルスＣＯ_２レーザ光源
３．３．１ 構造
３．３．２ 動作
３．３．３ 作用
３．４ ２波長のレーザ光を出射する短パルスＣＯ_２レーザ光源１
３．４．１ 構造
３．４．２ 動作
３．４．３ 作用
３．４．４ その他
３．５ ２波長のレーザ光を出射する短パルスＣＯ_２レーザ光源２
３．５．１ 構造
３．５．２ 動作
３．５．３ 作用
３．６ エタロンによる２波長のレーザ光を出射する短パルスＣＯ_２レーザ光源
３．６．１ 構造
３．６．２ 動作
３．６．３ 作用
３．７ 波長可変固体レーザ光源
３．７．１ 構成
３．７．２ 動作
３．７．３ 作用
４．加熱部を含むレーザ加工装置
４．１ レーザ加工装置
４．２ レーザ加工方法
４．３ 実施されたレーザ加工の説明３
５．波長可変レーザ光源を含むレーザ加工装置
５．１ レーザ加工装置
５．２ レーザ加工方法
６．被加工物の温度測定部を含むレーザ加工装置
６．１ レーザ加工装置
６．２ レーザ加工方法
７．２波長のレーザ光を出射するレーザ光源を含むレーザ加工装置
７．１ レーザ加工装置
７．２ レーザ加工方法（１）
７．３ レーザ加工方法（２）
８．付記

１．レーザ加工装置
１．１ 課題
ところで、前述した連続発振の遠赤外レーザを用いた方法より、より複雑な曲線の分割切断が可能な方法として、超短パルスレーザによるガラス改質法がある。この方法は、パルス幅が数十ｐｓ以下のパルスレーザをガラス基板内部に集光させ、ガラス基板内部に改質層を形成することにより、照射領域の機械的強度を低下させて、引張り応力を印加することにより、ガラス基板を分割切断する方法である。用いられるレーザの波長は、可視から近赤外領域であり、ガラス基板に形成される改質層は、一般的にドットラインで形成されるが、連続ラインで形成してもよい。また、超短パルスレーザの照射では、レーザ照射領域周辺の熱拡散距離をナノメートル以下に抑えることで、ガラス内部の熱応力の生成を抑制し、穴空け加工等の微細加工も可能となる。しかしながら、超短パルスレーザの出力は、ＣＯ_２レーザやナノ秒パルスレーザ等のガラス以外の加工に用いられている一般的な加工用レーザと比較して非常に低く、生産性が低いという問題がある。更に、超短パルスレーザを用いたガラス加工においては、熱拡散の影響が短いため、加工領域側壁はナノメートルオーダーの細かな凹凸が多数形成されるため、スムースな側壁を得ることが困難である。このような細かな凹凸が形成されると、ガラスインターポーザー等の電子素子を形成する場合においては、電極の埋め込み不良等の問題が生じ、また、ＭＥＭＳの場合には、ガラスの機械的強度の低下を招くものと推定される。

より詳細に、レーザ加工装置における課題について、被加工物としてガラス基板を用いた場合について説明する。

第１の課題は、レーザ加工装置においては、レーザ光源より出射されるパルスレーザ光のパルス幅が長い場合（例えば、数μｓ）の場合、被加工物であるガラス基板において熱拡散が大きくなることである。このようなパルスレーザ光を用いてガラス基板９００に穴開け加工をすると、図１に示されるように、形成された穴９１０はテーパ形状となり、また、ガラス基板９００の内部に発生した応力により穴９１０の周囲に盛り上がり部９１１が形成され得る。

第２の課題は、被加工物であるガラス基板９００を形成しているシリカガラスの吸収係数が、シリカガラスにおける温度に依存して、吸収係数の特性が変化することである。従って、レーザの発振波長が一定の場合、ガラス基板を加工する際に、ガラス基板において加工されている領域の温度が上昇するため、吸収係数が変化する。このように吸収係数が変化してしまうと、ガラス基板に吸収されるパルスレーザ光の光量も変化し、ガラス基板の穴あけの加工の速度が低下したり、穴あけの加工の精度が悪くなったりする場合がある。

例えば、図２に示されるように、シリカガラスの温度が、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３（Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３）の順に上昇した場合に、吸収係数のピークが長波長側にシフトすると、ガラス基板の加工領域の温度が低いと吸収係数は低く、温度が高くなると吸収係数は高くなる。これにより、ガラス基板９００において加工により形成される穴９１０の形状がテーパ形状となり、また、穴９１０の加工領域側壁に細かな凹凸が形成され得る。

従って、少なくとも酸化ケイ素（またはシリカ）成分を含有するガラス基板等の被加工物に、穴あけ加工等の任意の形状の微細加工が可能であって、クラックやチッピング等の損傷及び加工領域側壁の細かな凹凸の生成が抑制される生産性の高いレーザ加工装置が求められている。

１．２ 構成
図３に、ガラス等に穴あけを行うためのレーザ加工装置を示す。

開示のレーザ加工装置は、レーザ光源１０、光路管２０、フレーム３０、光学系４０、ＸＹＺステージ５０、テーブル５１、制御部６０を含んでいてもよい。このレーザ加工装置により加工されるシリカガラス基板等の被加工物７０は、テーブル５１の上に載置されていてもよい。

レーザ光源１０は、パルスレーザ光を出力するレーザ光源であってもよい。光学系４０は、第１の高反射ミラー４１、第２の高反射ミラー４２、第３の高反射ミラー４３、レンズ等のレーザ集光光学部材４４を含んでもよい。光路管２０により、レーザ光源１０とフレーム３０とが接続されていてもよい。光学系４０に含まれる第１の高反射ミラー４１、第２の高反射ミラー４２、第３の高反射ミラー４３、レーザ集光光学部材４４は、レーザ光源１０から出力されたパルスレーザ光が被加工物７０に集光されるように、フレーム３０の内部に配置されていてもよい。尚、第１の高反射ミラー４１、第２の高反射ミラー４２、第３の高反射ミラー４３及び後述する高反射ミラーは、高屈折率材料と低屈折率材料とを交互に積層することにより形成されたものであってもよい。高屈折率材料としては、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ等を用いてもよく、低屈折率材料としては、ＴｈＦ_４、ＰｂＦ_２等を用いてもよい。

テーブル５１はＸＹＺステージ５０の上に固定されていてもよい。被加工物７０はテーブル５１の上に載置されていてもよい。シリカガラス基板は、例えば、ＳｉＯ_２が含まれているシリカガラスにより形成されたガラス基板等であってもよい。制御部６０は、レーザ光源１０及びＸＹＺステージ５０を制御するものであってもよい。

レーザ光源１０は、波長８μ〜１１μの範囲で少なくとも１つのピーク強度を持ち、パルス幅３０ｎｓ以下のパルスレーザ光を出力するレーザ光源であってもよい。制御部６０は、パルス発振器６１を含んでいてもよい。パルス発振器６１からの発振トリガ信号はレーザ光源１０に入力してもよい。また、開示のレーザ加工装置により加工される被加工物７０は、シリカガラス基板の他、二酸化ケイ素を含む基板等の部材であってもよい。

尚、図３においては、パルス発振器６１が制御部６０の内部に設置されている構造のものを示しているが、パルス発振器６１が制御部６０の外部にあり、制御部６０によりパルス発振器６１が制御されるものであってもよい。また、パルス発振器６１はレーザ光源１０の内部に設置されていてもよい。

また、図３には不図示であるが、ビーム形状を制御する可変スリットや金属マスク、ビームプロファイルを均一化するホモジナイザ、ビームの発散を抑制するピンホール等の様々なビーム形状を制御する光学部品を設けてもよい。

また、上記においては、被加工物７０であるシリカガラス基板を移動させるため、ＸＹＺステージ５０としてＸＹＺ−θステージを用いているが、相対的に移動させることができるものであれば、他のものであってもよい。例えば、ガルバノミラーによる走査方法やガルバノミラーとＸＹＺ−θステージとを組み合わせたものであってもよい。

また、被加工物７０であるシリカガラス基板は、テーブル５１の上に設けられた不図示のＳｉ（シリコン）基板の上に設置されている。Ｓｉは、レーザ加工に用いられているＣＯ_２レーザに対して略透明であり、Ｓｉ基板の上に被加工物７０であるシリカガラス基板を設置することにより、シリカガラス基板に貫通穴や貫通溝を形成した際に生じる下地材加工による裏面汚染を抑制することができる。また、貫通穴を形成しない場合や裏面の汚染が問題にならない場合には、特に、Ｓｉ基板を用いる必要はなく、上述したＳｉ基板に代えて、セラミックスや金属を用い、粘着テープ等によりシリカガラス基板を固定してもよい。

また、ＸＹＺステージ５０の上のテーブル５１は、加熱機構を備えていてもよい。この加熱機構における加熱方法は、ヒータ加熱法やランプ加熱法等であってもよく、更には、連続発振のＣＯ_２レーザ光を加工に用いられるパルスレーザ光と同軸で入射させてもよい。また、後述するように、被加工物７０であるシリカガラス基板等を均一に加熱するため、加熱機構における加熱方法はオーブン加熱法であってもよい。

また、開示のレーザ加工装置は、不図示のアライメント機構を備え、パルスレーザ光の光軸とは別の光軸に設置されたアライメント用の基板表面観察部と画像処理システムを用いて、被加工物に照射されるパルスレーザ光の位置合せを行ってもよい。

１．３ 動作
制御部６０は、シリカガラス基板等の被加工物７０がテーブル５１の上に設置されると、レーザ集光光学部材４１の焦点がシリカガラス基板等の被加工物７０の加工位置に位置するように、ＸＹＺステージ５０を制御してもよい。制御部６０は、レーザ光源１０を所定のパルスエネルギと繰返し周波数で、発振するように制御してもよい。シリカガラス基板等の被加工物７０は、レーザ光源１０より出射されたパルスレーザ光を吸収して加工されてもよい。

制御部６０は、目標パルスエネルギの設定値をレーザ光源１０に送信してもよい。制御部６０は、パルス発振器６１において繰返し周波数ｆを設定してもよい。制御部６０は、設定された繰返し周波数ｆに基づき発振トリガを出力し、出力された発信トリガはレーザ光源１０に入力されてもよい。

レーザ光源１０に発振トリガが入力されると、レーザ光源１０は、発振トリガに同期して、目標パルスエネルギに近いパルスエネルギのパルスレーザ光を出力してもよい。レーザ光源１０より出射されたレーザ光は、光学系３０を介して集光され、被加工物７０であるシリカガラス基板に照射されてもよい。

尚、パルス発振器６１において設定される繰返し周波数ｆは、ｆ≧２５ｋＨｚであってもよく、また、好ましくは、ｆ≧５０ｋＨｚであってもよく、更に、好ましくはｆ≧１００ｋＨｚであってもよい。

また、制御部６０は、パルス発振器６１において繰返し周波数ｆとパルス数を設定してもよい。制御部６０は、設定された繰返し周波数ｆとパルス数に基づき発振トリガを出力し、出力された発信トリガはレーザ光源１０に入力されてもよい。

この場合、パルス発振器６１において設定される繰返し周波数ｆとパルス数は、ｆ≧１００ｋＨｚ（パルス間隔１０μｓ以下）、２パルス以上であってもよい。

１．４ 作用
開示のレーザ加工装置では、波長が８μｍ〜１１μｍであって、パルス幅が３０ｎｓ以下のパルスレーザ光をシリカガラス基板等の被加工物７０に照射することができるため、パルス幅が数μｓのパルスレーザ光を照射した場合と比べて熱拡散が抑制し得る。

また、繰返し周波数ｆを２５ｋＨｚ以上とすることによって、シリカガラス基板等の被加工物７０において、レーザ照射部分の温度が上昇し、被加工物のレーザ照射部分の吸収係数が増加し得る。

また、ｆ≧１００ｋＨｚ（パルス間隔１０μｓ以下）、２パルス以上連続したパルスレーザ光を被加工物７０に照射することにより、被加工物７０におけるレーザ照射部分の温度が上昇して、吸収係数が増加し得る。これにより、ガラス基板等の被加工物７０において、微細な穴加工をする場合、形成される穴の形状がテーパ形状となることを抑制し、また、穴の周囲の盛り上がりの発生を抑制し得る。更には、形成される穴の加工領域側壁の細かな凹凸の生成を抑制しスムースな加工壁を形成し得る。

１．５ 実施されたレーザ加工の説明１
開示のレーザ加工装置において、被加工物７０としてシリカガラス基板を用いた場合について説明する。また、加工に用いたレーザ光源１０より出射されるパルスレーザ光の波長は１０．６μｍ、パルス幅は１０ｎｓである。図４には、繰返し周波数が５０ｋＨｚ、照射エネルギ密度が２Ｊ／ｃｍ^２・パルス、照射回数が８００ショットで加工した場合における開口部７１の断面形状の様子を示している。開示のレーザ加工装置による加工では、被加工物７０においてレーザ加工されている領域には開口部７１が形成され、開口部７１の周辺にはクラックやチッピングや盛り上がり等は生じておらず、更に、開口部７１における側壁７１ａの表面は滑らかであった。パルス幅が１０ｎｓのパルスレーザ光が照射される間に、被加工物７０であるシリカガラスの内部を熱が伝導する距離は１００ｎｍ〜２００ｎｍであり、開口部７１における滑らかな側壁は、表層１００ｎｍ程度が溶融流動することにより得られると推定される。尚、パルスレーザ光を更に照射することにより、開口部７１を更に深くまで形成し、被加工物７０であるシリカガラス基板を貫通させることにより、被加工物７０に貫通穴を形成し得る。

また、ピコ秒レーザなどの超短パルスレーザを用いた場合には，レーザ光の照射中の熱伝導距離がｎｍ以下に抑えられて、溶融流動が生じず微細な凹凸が加工壁に形成されやすい。また、パルス幅がμｓオーダーのＣＯ_２レーザを用いた場合には、熱拡散距離が長くなるため、被加工物７０において加熱された領域で熱膨張が生じ、熱ストレスによりクラック等が生じやすくなる。また、パルス幅μｓオーダーでは溶融流動する層の厚みがμｍオーダーとなることから開口部７１の周辺に盛り上がりが生じ得る。

開示者らは、パルス幅３０ｎｓ以下のパルスレーザ光を用いることにより、被加工物７０であるシリカガラス基板内部への熱拡散の影響を軽減し、開口部７１の周辺におけるクラックや盛り上がり等の発生が抑制されることを見出した。さらに、パルス幅が１０ｎｓ未満の場合では、十分な溶融流動が生じないため、開口部７１の加工側壁に細かな凹凸が生じやすくなった。以上の知見より、被加工物７０においては、最適なパルスレーザ光のパルス幅が存在している。特に、被加工物７０がシリカガラス等の二酸化シリコンを含むものである場合、クラックなどの損傷を抑制し、かつ、開口部７１において滑らかな側壁を得るためには、パルスレーザ光におけるパルス幅は、１０ｎｓ以上、３０ｎｓ以下であることが好ましい。

図５には、パルスレーザ光の照射回数が８００ショットにおいて、パルスレーザ光の繰返し周波数と加工深さとの関係を示す。この際、照射されるパルスレーザ光の照射エネルギ密度は２Ｊ／ｃｍ^２・パルスであった。図５に示されるように、繰返し周波数が２５ｋＨｚ未満においては、繰返し周波数に依存することなく加工深さは略一定であるが、繰返し周波数が２５ｋＨｚ以上においては、繰返し周波数が増加すると加工深さが深くなった。

尚、図６は、繰返し周波数ｆを１０ｋＨｚ、２５ｋＨｚ、５０ｋＨｚ、１００ｋＨｚと変化させた場合におけるパルスレーザ光の照射エネルギ密度と加工深さとの関係を示す。図６に示される場合においても、同様に繰返し周波数ｆを高くすることにより、加工深さが深くなった。

図７は、室温におけるシリカガラスの吸収係数の波長依存性を示している。図７より、室温においては、波長１０．６μｍにおけるシリカガラスの吸収係数αは２５０ｃｍ^−１である。一般に、シリカガラスでは、図２に示されるように、光の吸収により、温度が上昇すると、シリカガラスの粘性が低下して吸収係数のピークが長波長側にシフトする。具体的には、温度２０００Ｋにおいて吸収係数はα＝２５００ｃｍ^−１となる。

また、開示者らは、シリカガラスにおいて、温度が２５００Ｋの近傍で、波長１０．６μｍにおける吸収係数が、吸収ピークの最大値である３５０００ｃｍ^−１近傍まで上昇することを見出した。このように、シリカガラスにおける温度上昇に伴う粘度の変化は、吸収係数の上昇を招く。繰返し周波数を高くすることにより、加工深さが深くなるのは、シリカガラスの蓄熱効果により、加工領域における平均的な温度が上昇しやすくなるため、これにより粘度が低下し、吸収係数が上昇しパルスレーザ光の吸収が増加することによるものと推定される。

図２に基づくならば、繰返し周波数が２５ｋＨｚ以上にすることにより、加工の促進が確認された。また、繰返し周波数を５０ｋＨｚ以上とすることにより、さらに加工を促進し、また、繰返し周波数を１００ｋＨｚ以上とすることにより、さらにより一層加工を促進し得る。

また、開示者らは、１００ｋＨｚの繰返し周波数で発振するレーザ光源を２台用い、２台のレーザ光源の照射タイミングを調整することにより、繰返し周波数が２００ｋＨｚとなるようにして実験を行った。この結果、繰返し周波数が２００ｋＨｚのパルスレーザ光を照射した場合においては、レーザ加工により飛散したシリカの粒子が十分に飛散してしまう前に、次のパルスレーザ光が照射されてしまい、加工速度が著しく低下してしまうことを知見として得た。

以上の実験の結果及び知見に基づくならば、レーザ加工において、パルスＣＯ_２レーザ光源を用いた場合では、繰返し周波数は２５ｋＨｚ以上、１００ｋＨｚ以下、パルスレーザ光のパルス幅は１０ｎｓ以上、３０ｎｓ以下であることが好ましい。

また、無アルカリガラスにおいても、同様の結果が得られていることから、被加工物は二酸化ケイ素を含む材料により形成されていれば、パルスレーザ光を所定の間隔で連続して照射した場合に、吸収係数が上昇するため、上記と同様の効果が得られ得る。

また、硬質ガラスは粘度が高く吸収係数が短波長側にシフトするため、波長１０．６μｍにおける光の吸収係数が低下してしまい、パルスレーザ光の照射エネルギ密度を高くすることが必要となる。尚、開示者らは、硬質ガラスにおけるレーザ加工においては、波長９．４μｍのパルスレーザ光の方が加工の効率が高いことを確認している。一般的に、二酸化ケイ素を含むガラスの場合には、組成等により粘度等が異なり、吸収係数のピークの値のシフトも異なる。従って、被加工物７０を形成している材料の組成等に対応して、レーザ加工に用いられるパルスレーザ光の波長を適宜選択することにより、効率のよいレーザ加工を実現し得る。

図７に示されるように、シリカガラスの場合では、光吸収係数は波長が８μｍ〜１１μｍにおいてピークが存在している。よって、被加工物７０を形成している材料に、シリカガラスが含まれている場合には、波長８μｍから１１μｍの範囲において、パルスレーザ光の波長を選択することにより、効率の高いレーザ加工を行い得る。

このようなレーザ加工装置を用いて被加工物であるシリカガラス基板に開口部が形成されたものの光学顕微鏡写真を図８に示し、全焦点合成画像を図９に示し、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）像を図１０に示す。尚、図９に示される全焦点合成画像は、光学顕微鏡により得られた全焦点合成画像の３次元表示像を示すものである。被加工物であるシリカガラス基板を加工する際に照射されるパルスレーザ光の条件は、照射エネルギ密度が、２Ｊ／ｃｍ^２・パルス、照射回数が８００ショット、繰返し周波数が１００ｋＨｚであった。図８及び図９に示されるように、レーザ加工により形成された開口部の周辺には、クラックやチッピングなどの損傷は形成されてはおらず、また、開口部の周囲には盛り上がり等は確認されなかった。また、図１０に示されるように、レーザ加工により形成された開口部の側壁は、非常に滑らかであった。

１．６ 実施されたレーザ加工の説明２
次に、開示のレーザ加工装置において、被加工物７０としてシリカガラス基板を用いた場合について説明する。この説明では、被加工物７０に照射されるレーザ光のタイミングについて検討を行った結果について説明する。

具体的には、２台のレーザ発振器を用いて、第１のレーザ発振器から出射された第１のパルスレーザ光のパルスと第２のレーザ発振器から出射された第２のパルスレーザ光のパルスとの間隔を１μｓ〜１００μｓの範囲で変化させた結果について説明する。尚、第１のパルスレーザ光及び第２のパルスレーザ光は、各々のレーザ発振器におけるレーザ発振のタイミングを制御することにより、パルスレーザ光の出射のタイミングを制御した。また、第１のパルスレーザ光及び第２のパルスレーザ光は、波長が１０．６μｍ、パルス幅が１０ｎｓ、繰返し周波数が１０ｋＨｚ、照射エネルギ密度が２Ｊ／ｃｍ^２・パルスであった。

図１１は、照射回数が８００ショットにおけるパルスレーザ光におけるパルスの間隔と開口部の加工深さとの関係を示す。図１１に示されるように、パルスレーザ光のパルスの間隔が１０μｓ以下において、加工深さが深くなり、加工が促進された。尚、ここでのパルスレーザ光のパルスの間隔とは、パルスレーザ光において最短となるパルスの間隔を意味するものとする。

これは、パルスの間隔が短いと、第１のパルスレーザ光の照射によりシリカガラス基板の温度が上昇し、第１のパルスレーザ光が照射された領域において熱が拡散する前に、第２のパルスレーザ光が照射された。このように、光吸収係数が高い状態で第２のパルスレーザ光が照射されるため、第２のパルスレーザ光の光吸収が高くなり、加工が促進されたと推定される。

上記においては、第１のパルスレーザ光及び第２のパルスレーザ光が、ともに照射エネルギ密度が２Ｊ／ｃｍ^２・パルスである場合について説明した。しかしながら、被加工物７０を形成している材料等に応じて、第１のパルスレーザ光と第２のパルスレーザ光の照射エネルギ密度を変化させてもよい。また、第１及び第２のパルスレーザ光の波長が、ともに１０．６μｍの場合について説明したが、被加工物を形成している材料等に応じて、異なる波長、即ち、第１のパルスレーザ光の波長が９．４μｍ、第２のパルスレーザ光の波長が１０．６μｍ等としてもよい。

図１１より、パルスの間隔が１０μｓ以下において、２つ以上のパルスのパルスレーザ光を照射することにより、繰返し周波数が低い場合においても、加工速度を向上させ得る。また、このように、パルスの間隔が１０μｓ以下において、２つ以上のパルスのパルスレーザ光を照射することにより、被加工物７０であるシリカガラス基板の内部で生じる熱歪をより低減し得る。特に、被加工物７０が硬質ガラス等の難加工材により形成されたものである場合において、低損傷加工を行い得る。

２．レーザ加工方法
開示のレーザ加工装置を用いたレーザ加工方法について、図１２に基づき説明する。

最初に、ステップ１０２（Ｓ１０２）において、制御部６０は、目標パルスエネルギＰｔをレーザ光源１０に送信してもよい。このレーザ光源１０は、短パルスのＣＯ_２レーザ光源であってもよい。例えば、レーザ光源１０は、波長が９μｍ〜１１μｍの範囲で波長可変可能なものであって、パルス幅が３０ｎｓのパルスレーザ光を出射するものであってもよい。

次に、ステップ１０４（Ｓ１０４）において、制御部６０は、パルス発振器６１において設定された繰返し周波数ｆに基づき発振トリガを出力してもよい。

次に、ステップ１０６（Ｓ１０６）において、発振トリガに基づきレーザ光源１０よりパルスレーザ光が出射され、出射されたパルスレーザ光は、集光された後、被加工物７０であるシリカガラス基板に照射させてもよい。

次に、ステップ１０８（Ｓ１０８）において、制御部６０は、レーザ加工装置による加工を停止するか否かを判断してもよい。具体的には、所定の加工時間を超えたか否か、または、所定のパルス数を照射したか否かにより、レーザ加工装置による加工を停止するか否かを判断してもよい。所定の加工時間を超えた場合、または、所定のパルス数を照射した場合には、制御部６０は、レーザ加工装置による加工を停止する判断を行い、ステップ１１０に移行してもよい。また、所定の加工時間を超えていない場合、または、所定のパルス数を照射していない場合には、制御部６０は、レーザ加工装置による加工を継続する判断を行い、ステップ１０６に移行してもよい。

次に、ステップ１１０（Ｓ１１０）において、制御部６０は、発振トリガ信号の出力を停止してもよい。具体的には、ステップ１０８において、レーザ加工装置による加工を停止する旨の判断がなされているため、制御部６０は、発振トリガ信号の出力を停止してもよい。これにより、レーザ光源１０からのレーザ光の出射も停止させてもよい。

次に、ステップ１１２（Ｓ１１２）において、制御部６０は、被加工物７０であるシリカガラス基板の加工位置を変更するか否かの判断を行ってもよい。制御部６０において、被加工物７０であるシリカガラス基板の加工位置を変更する旨の判断がなされた場合には、ステップ１１４に移行してもよい。また、制御部６０において、被加工物７０であるシリカガラス基板の加工位置を変更しない旨の判断がなされた場合には、レーザ加工装置による加工を終了してもよい。

次に、ステップ１１４（Ｓ１１４）において、制御部６０は、ＸＹＺステージ５０を動かし、被加工物７０であるシリカガラス基板の加工位置、即ち、被加工物７０であるシリカガラス基板に、パルスレーザ光が照射される位置を移動させてもよい。

３．レーザ光源
３．１ 短パルスＣＯ_２レーザ光源
レーザ光源１０は、短パルスＣＯ_２レーザ光源であってもよい。図１３に基づき短パルスＣＯ_２レーザ光源について説明する。

３．１．１ 構成
レーザ光源１０となる短パルスＣＯ_２レーザ光源は、ＭＯ（master oscillator）１１０、ＰＡ（power amplifier）１３０、モニタモジュール１４０、レーザコントローラ１５０を含んでいてもよい。尚、本願明細書においては、ＭＯ１１０等をマスタオシレータと、ＰＡ１３０等を増幅器と記載する場合がある。

ＭＯ１１０は、ＭＯチャンバ１１１、高反射ミラー１１２、ＭＯ電源１１３、Ｑスイッチ１２０、出力結合ミラー１１４を含んでいてもよい。尚、光共振器は、高反射ミラー１１２と出力結合ミラー１１４により形成されており、この光共振器内における光路上にチャンバ１１１及びＱスイッチ１２０を設置してもよい。

ＭＯチャンバ１１１は、光共振器の光路上に設置されたリア側ウインド１１５ａ及びフロント側ウインド１１５ｂ、ＭＯチャンバ１１１の内部に設置された一対の電極１１６ａ及び１１６ｂを含んでいてもよい。リア側ウインド１１５ａ及びフロント側ウインド１１５ｂはＺｎＳｅにより形成されていてもよい。ＭＯチャンバ１１１の内部は、ＣＯ_２ガスを含むレーザガスにより満たされていてもよい。

ＭＯ電源１１３は、ＲＦ（radio frequency）電源であって、一対の電極１１６ａ、１１６ｂに電位を印加するように接続してもよい。高反射ミラー１１２は、波長１０．６μｍの光を高い反射率で反射する反射膜がコートされていてもよい。出力結合ミラー１１４は、ＺｎＳｅの基板に、波長１０．６μｍの光の一部透過し、一部が反射する部分反射膜がコートされていてもよい。

Ｑスイッチ１２０は、偏光子１２１、ＥＯポッケルスセル１２２、ＥＯ電源１２３を含んでいてもよい。ＥＯポッケルスセル１２２はＥＯ電源１２３より印加された電圧で制御されるものであってもよい。

ＰＡ１３０は、ＰＡチャンバ１３１、ＰＡ電源１３３を含み、ＭＯ１１０から出力されるレーザ光の光路上に配置してもよい。ＰＡチャンバ１３１は、入射ウインド１３５ａ及び出射ウインド１３５ｂ、ＰＡチャンバ１３１の内部に設置された一対の電極１３６ａ及び１３６ｂを含んでいてもよい。入射ウインド１３５ａ及び出射ウインド１３５ｂはＺｎＳｅやダイヤモンドにより形成されていてもよい。ＰＡチャンバ１３１の内部は、ＣＯ_２ガスを含むレーザガスにより満たされていてもよい。

ＰＡ電源１３３は、ＲＦ電源であって、一対の電極１３６ａ及び１３６ｂに電位を印加するように接続してもよい。

モニタモジュール１４０は、ビームスプリッタ１４１とエネルギセンサ１４２とを含んでいてもよい。

３．１．２ 動作
レーザコントローラ１５０は、制御部６１から、目標のパルスエネルギを受信してもよい。レーザコントローラ１５０は、ＭＯ電源１１３により、ＭＯチャンバ１１１の一対の電極１１６ａ及び１１６ｂの間に電位を印加し、ＲＦ放電させて、レーザガスを励起させてもよい。また、レーザコントローラ１５０は、ＰＡ電源１３３により、ＰＡチャンバ１３３の一対の電極１３６ａ及び１３６ｂの間に電位を印加し、ＲＦ放電させて、レーザガスを励起させてもよい。

レーザコントローラ１５０は、制御部６０におけるパルス発振器６１からの発振トリガに同期して、ＭＯ１１０のＱスイッチ１２０に信号を送信してもよい。これにより、ＭＯ１１０では、高反射ミラー１１２と出力結合ミラー１１４により形成される光共振器によって１０．６μｍ（１０Ｐ（２０）のライン）が増幅されて、レーザ発振してもよい。この際、Ｑスイッチ１２０によって、パルス幅３０ｎｓ以下、波長約１０．６μｍのパルスレーザ光が出力されてもよい。

ＰＡ１３０より出力されたパルスレーザ光は、ビームスプリッタ１４１により一部分岐させてもよい。このように一部分岐させたパルスレーザ光のパルスエネルギは、モニタモジュール１４０のエネルギセンサ１４２において測定してもよい。このように、モニタモジュール１４０のエネルギセンサ１４２によって測定されたパルスエネルギの値の信号は、レーザコントローラ１５０に送信されてもよい。

レーザコントローラ１５０は、エネルギセンサ１４２によって計測されたパルスエネルギに基づいて、ＭＯ電源１１３及びＰＡ電源１３０を介して励起強度をフィードバック制御してもよい。

３．１．３ 作用
ＭＯ１１０においては、光共振器を形成している高反射ミラー１１２には波長が１０．６μｍの光を反射する反射膜が形成されており、出力結合ミラー１１４には波長が１０．６μｍの光を部分反射する部分反射膜が形成されていてもよい。ＭＯチャンバ１１１の内部は、ＣＯ_２レーザガスを含むゲイン媒質により満たされており、ＭＯ１１０におけるＱスイッチ１２０を発振トリガ信号に同期させることにより、波長が１０．６μｍ、パルス幅３０ｎｓ以下のパルスレーザ光を出射し得る。

３．１．４ その他
上記においては、ＰＡが１つの場合のＭＯＰＡ方式について説明したが、更に、複数のＰＡをＭＯから出力されたパルスレーザ光の光路上に配置してもよい。これにより、パルスレーザ光のエネルギをより一層高くなり得る。

また、上記においては、ＭＯチャンバ及びＰＡチャンバ内に、各々一対の電極を配置したもの（例えば、３軸直行型チャンバ、スラブ型チャンバ）について説明したが、ＭＯチャンバ及びＰＡチャンバの外に、一対の電極または高周波コイルを配置した高速軸流型のチャンバであってもよい。

また、レーザ光源１０から出力されるレーザ光のパルスエネルギが小さくてよい場合は、レーザ光源１０がＭＯのみでＰＡ１３０を含んでいない構造であってもよい。

また、上記においては、波長が１０．６μｍのパルスレーザ光を出力する場合について説明したが、ＭＯ１１０の高反射ミラー１１２と出力結合ミラーの膜１１４の反射率がピークとなる波長が、例えば、各々９．３μｍ、９．６μｍ、１０．２μｍであってもよい。この場合、出力されるレーザ光の波長は、各々９．３μｍ、９．６μｍ、１０．２μｍであってもよい。さらに、ＭＯ１１０の高反射ミラー１１２は、９．３μｍ、９．６μｍ、１０．２μｍの全ての波長に対して高反射する膜がコーティングされ、出力結合ミラーの膜１１４が、各々波長９．３μｍ、９．６μｍ、１０．２μｍで部分反射する膜がコーティングされていてもよい。

３．２ 波長選択素子を含む短パルスＣＯ_２レーザ光源
３．２．１ 短パルスＣＯ_２レーザ光源における波長
次に、短パルスＣＯ_２レーザ光源の波長について説明する。図１４には、短パルスＣＯ_２レーザ光源におけるＣＯ_２レーザ媒質の増幅ラインとゲインとの関係を示す。図１４に示されるように、ＣＯ_２レーザ媒質は、波長が９．２μｍ〜１０．９μｍの間に複数の増幅ラインが存在している。短パルスＣＯ_２レーザ光源における発振波長は、共振器の波長選択性と増幅ラインによって定まり得る。

例えば、レーザ光源は、光共振器において所望の波長の光が反射するようなミラーを用いることにより、レーザ光源より所望の波長のレーザ光を出射させることができる光源であってもよい。具体的には、図１５に示されるように光共振器におけるミラーの反射率が最大となる波長を変化させることにより、レーザ光源より出射されるレーザ光の波長を９．２７μｍ、９．５９μｍ、１０．２４μｍ、１０．５９μｍ等になり得る。また、光共振器におけるミラーの反射率が波長に対してブロードな場合（複数の増幅ラインの波長を反射する）であっても、ゲインが一番大きいラインに集中して、レーザ発振する場合がある。

このように、レーザ光源より出射される波長を選択することは、波長選択素子を用いて行なわれてもよい。

３．２．２ 構造
図１６に基づき、波長選択素子を含む短パルスＣＯ_２レーザ光源について説明する。図１６に示される波長選択素子を含む短パルスＣＯ_２レーザ光源は、図１３に示される短パルスＣＯ_２レーザ光源において、高反射ミラー１１２に代えて、波長選択素子２１２を設置してもよい。

波長選択素子２１２は、グレーティング２１２ａが回転ステージ２１２ｂの上に設置されたものであってもよい。回転ステージ２１２ｂを回転させることにより、グレーティング２１２ａに入射する光の入射角度が変化し、所望の波長の反射率を高めてもよい。グレーティング２１２ａは入射角度と回折角度が同じとなるリトロー配置であってもよい。

また、モニタモジュール２４０は、第１のビームスプリッタ２４１、第２のビームスプリッタ２４２、エネルギセンサ１４２、波長センサ２４４を含むものであってもよい。波長センサ２４４は、グレーティングを含む分光器またはエタロンを含む分光器であってもよい。

尚、上記以外の内容については、図１３に示される短パルスＣＯ_２レーザ光源と同様であってもよい。

３．２．３ 動作
レーザコントローラ１５０は、制御部６０から、目標波長と目標のパルスエネルギを受信してもよい。レーザコントローラ１５０は、ＭＯ電源１１３及びＰＡ電源１３３に、目標のパルスエネルギに対応するＲＦ放電の信号を送信してもよい。レーザコントローラ１５０は、ＭＯ１１０の波長選択素子２１２に、目標の波長の光を選択するように制御してもよい。レーザコントローラ１５０は、制御部６０におけるパルス発振器６１からの発振トリガに同期して、ＭＯ電源１１３及びＰＡ電源１３３とＭＯ１１０におけるＱスイッチ１２２に信号を送信してもよい。

ＭＯ１１０から出射されるパルスレーザ光は、グレーティング２１２ａによって選択された波長スペクトル範囲の中で、一番ゲインの高いラインでレーザ発振し得る。ＭＯ１１０から出力されたパルスレーザ光は、ＰＡ１３０によって増幅し得る。

モニタモジュール２４０の第１のビームスプリッタ２４１によって、第１のビームスプリッタ２１４に入射した光の一部は反射し、残りの一部は透過してもよい。第１のビームスプリッタ２１４を透過した光は、レーザ加工機に入射させてもよい。

第１のビームスプリッタ２４１において反射された光は、第２のビームスプリッタ２４２により、第２のビームスプリッタ２４２を透過する光と反射する光とに分岐されてもよい。第２のビームスプリッタ２４２を透過した光は、エネルギセンサ１４２に入射するものであってもよく、第２のビームスプリッタ２４２を反射した光は、波長センサ２４４に入射させてもよい。

エネルギセンサ１４２と波長センサ２４４によって、出射されたパルスレーザ光の波長とパルスエネルギを測定し、測定により得られた信号がレーザコントローラ１５０に送信されてもよい。

レーザコントローラ１５０は、波長センサ２４４によって測定された波長に基づいて、波長選択素子２１２における回転ステージ２１２ｂを回転させることによってグレーティング２１２ａにおける選択波長を制御してもよい。また、レーザコントローラ１５０は、エネルギセンサ１４２によって測定されたパルスエネルギに基づいて、ＭＯ電源１１３及びＰＡ電源１３３によって、一対の電極１１６ａ及び１１６ｂ、一対の電極１３６ａ及び１３６ｂに印加される電圧またはＲＦ放電の時間のデューティを制御してもよい。これにより、レーザコントローラ１５０によるパルスエネルギのフィードバック制御を行ってもよい。

３．２．４ 作用
開示の短パルスＣＯ_２レーザ光源においては、波長選択素子２１２としてグレーティング２１２ａを用い、グレーティング２１２ａに入射する光の入射角度を変化させてもよい。これにより、図１７に示されるように、９μｍ〜１１μｍの波長範囲において発振波長を変化させ得る。

３．２．５ その他
上記における説明では、リトロー配置のグレーティングを用いた場合について説明したが、斜入射配置のミラーとグレーティングを用いてもよい。光共振器中には図１６には不図示のエタロンを配置してもよい。

エタロンを用いた場合には、ＦＳＲ（Free Spectral Range）が２μｍ（波長の可変範囲１１−９＝２μｍ）以上のエアギャップエタロンが好ましい。また、エタロンへの入射角度を変化させることにより選択波長を変化させてもよい。

このようにエタロンは、例えば、レーザ光の波長が９．９５μｍ、窒素ガスの屈折率ｎを１．０００と仮定した場合に、下記の（１）に示す式を満たすものであってもよい。

ＦＳＲ＝λ^２／（２ｎｄ）＝２μｍ （１）

上記の（１）より、エタロンのミラー間隔はｄ＝２４．７μｍとしてもよい。エタロンは、ＺｎＳｅの基板の表面に部分反射膜（反射率７０％〜９０％）をコーティングしたものを、スペーサを介して貼り合わせてもよい。

３．３ 量子カスケードレーザを含む短パルスＣＯ_２レーザ光源
３．３．１ 構造
図１８に基づき、量子カスケードレーザを含む短パルスＣＯ_２レーザ光源について説明する。図１８に示される量子カスケードレーザを含む短パルスＣＯ_２レーザ光源は、図１３に示される短パルスＣＯ_２レーザ光源におけるＭＯに代えて、量子カスケードレーザ（ＱＣＬ）２５１を含むＭＯ２５０を用いてもよい。量子カスケードレーザ２５１は、半導体とグレーティングを含み、シングル縦モードで発振するレーザであってもよい。また、グレーティングの選択波長を変更するアクチュエータと半導体にパルス電流を流す電源を含んでいてもよい。量子カスケードレーザ２５１は、ＩｎＰ、ＧａＡｓ等の化合物半導体材料により形成されたものであってもよい。

また、ＭＯ２５０から出射されたレーザ光の光路上には、複数のＰＡを配置してもよい。例えば、図１８に示される場合では、ＭＯ２５０から出射されたレーザ光の光路上に、第１のＰＡ２６１、第２のＰＡ２６２、第３のＰＡ２６３を順に配置したものであってもよい。ここで、第１のＰＡ２６１は再生増幅器であってもよい。

モニタモジュール２４０は、第１のビームスプリッタ２４１、第２のビームスプリッタ２４２、エネルギセンサ１４２、波長センサ２４４を含むものであってもよい。波長センサ２４４は、グレーティングを含む分光器またはエタロンを含む分光器であってもよい。

尚、上記以外の内容については、図１３に示される短パルスＣＯ_２レーザ光源と同様であってもよい。

３．３．２ 動作
レーザコントローラ１５０は、制御部６０から、目標波長と目標のパルスエネルギを受信してもよい。レーザコントローラ１５０は、第１のＰＡ２６１、第２のＰＡ２６２、第３のＰＡ２６３における各々の電源に、目標のパルスエネルギに対応する励起を行うためのＲＦの信号を送信してもよい。

レーザコントローラ１５０は、量子カスケードレーザ２５１における不図示の波長選択素子に、目標の波長の光が選択されるように制御してもよい。レーザコントローラ１５０は、制御部６０におけるパルス発振器６１からの発振トリガに同期して、量子カスケードレーザ２５１における不図示のパルス電流電源に信号を入力してもよい。

量子カスケードレーザ２５１から出射されるパルスレーザ光は、量子カスケードレーザ２５１における不図示の波長選択素子において選択された波長でレーザ発振するレーザであってもよい。

これにより、量子カスケードレーザ２５１からパルス幅３０ｎｓ、波長（８μｍ〜１１μｍ）の間のいずれかの増幅ラインの波長のパルスレーザ光が出射されるレーザであってもよい。

このように、量子カスケードレーザ２５１から出射されたパルスレーザ光は、複数のＰＡ、即ち、第１のＰＡ２６１、第２のＰＡ２６２、第３のＰＡ２６３によって、ＣＯ_２レーザ媒質の増幅ラインと略一致した増幅ラインにおいて増幅される増幅器であってもよい。

このように増幅され第３のＰＡ２６３より出射されたレーザ光は、モニタモジュール２４０における第１のビームスプリッタ２４１により一部が反射されてもよい。第１のビームスプリッタ２４１により反射されたレーザ光の一部は、更に、第２のビームスピリッタ２４２により第２のビームスプリッタ２４２を透過する光と反射する光とに分岐されてもよい。第２のビームスプリッタ２４２を透過した光は、エネルギセンサ１４２に入射してもよく、第２のビームスプリッタ２４２を反射した光は、波長センサ２４４に入射してもよい。レーザコントローラ１５０は、目標波長となるように、波長センサ２４４において測定されたパルスレーザ光の波長に基づいて、量子カスケードレーザ２５１の発振波長を制御してもよい。

３．３．３ 作用
量子カスケードレーザ２５１の発振波長を９μｍ〜１１μｍの波長範囲において制御することにより、レーザ光源から出力されるパルスレーザ光の波長が制御されるものであってもよい。

３．４ ２波長のレーザ光を出射する短パルスＣＯ_２レーザ光源１
３．４．１ 構造
図１９に基づき、２波長のレーザ光を出射する短パルスＣＯ_２レーザ光源１について説明する。図１９に示される２波長のレーザ光を出射する短パルスＣＯ_２レーザ光源１は、ＭＯ部３１０が、第１のＭＯ３１１、第２のＭＯ３１２、第３のビームスプリッタ３１３を含むものであってもよい。

第１のＭＯ３１１と第２のＭＯ３１２とは、相互に異なる波長で発振する発振器であってもよい。第１のＭＯ３１１及び第２のＭＯ３１２は、各々不図示のグレーティングを含む量子カスケードレーザであってもよい。

第３のビームスプリッタ３１３は、第１のＭＯ３１１と第２のＭＯ３１２より出射される波長に対して、ハーフミラーとして機能するもの（５０％透過、５０％反射）であってもよい。第３のビームスプリッタ３１３は、第１のＭＯ３１１から出射されたパルスレーザ光の光路上に配置してもよく、また、第２のＭＯ３１２から出射されたパルスレーザ光の光路上に配置してもよい。

第３のビームスプリッタ３１３は、第１のＭＯ３１１より出射され第３のビームスプリッタ３１３を透過したパルスレーザ光と第２のＭＯ３１２より出射され第３のビームスプリッタ３１３で反射されたパルスレーザ光の光路軸の中心が一致するように設置してもよい。

また、ＭＯ部３１０から出射されたレーザ光の光路上に複数のＰＡを配置してもよい。例えば、図１９に示される場合では、ＭＯ部３１０から出射されたレーザ光の光路上に、第１のＰＡ２６１、第２のＰＡ２６２、第３のＰＡ２６３を順に配置したものであってもよい。

モニタモジュール２４０は、第１のビームスプリッタ２４１、第２のビームスプリッタ２４２、エネルギセンサ１４２、波長センサ２４４を含むものであってもよい。波長センサ２４４は、グレーティングを含む分光器またはエタロンを含む分光器であってもよい。

尚、上記以外の内容については、図１３に示される短パルスＣＯ_２レーザ光源と同様であってもよい。

３．４．２ 動作
レーザコントローラ１５０は、制御部６０から、２つの目標波長（λ１ｔ、λ２ｔ）と２つの目標のパルスエネルギ（Ｐ１ｔとＰ２ｔ）を受信してもよい。レーザコントローラ１５０は、第１のＭＯ３１１及び第２のＭＯ３１２の電流値の信号と、第１のＰＡ２６１、第２のＰＡ２６２、第３のＰＡ２６３における各々の電源に、目標のパルスエネルギに対応する励起を行うためにＲＦの信号を送信してもよい。

レーザコントローラ１５０は、第１のＭＯ３１１及び第２のＭＯ３１２が、量子カスケードレーザである場合に、第１のＭＯ３１１及び第２のＭＯ３１２における不図示の波長選択素子に、それぞれの目標の波長の光を選択するように制御してもよい。レーザコントローラ１５０は、制御部６０におけるパルス発振器６１からの発振トリガに同期させて、第１のＭＯ３１１及び第２のＭＯ３１２における不図示の量子カスケードレーザのパルス電流電源に信号を同時に入力してもよい。

第１のＭＯ３１１及び第２のＭＯ３１２は、各々に設けられた波長選択素子における選択波長において発振するＭＯであってもよい。第１のＭＯ３１１及び第２のＭＯ３１２より出射されたパルスレーザ光は、複数のＰＡ、即ち、第１のＰＡ２６１、第２のＰＡ２６２、第３のＰＡ２６３により、ＣＯ_２レーザ媒質の増幅ラインと略一致した各々の２つの波長において増幅される増幅器であってもよい。

第１のＰＡ２６１、第２のＰＡ２６２、第３のＰＡ２６３において増幅され、第３のＰＡ２６３より出射されたパルスレーザ光は、モニタモジュール２４０における第１のビームスプリッタ２４１により一部が反射されてもよい。第１のビームスプリッタ２４１により反射されたレーザ光の一部は、更に、第２のビームスピリッタ２４２により、第２のビームスプリッタ２４２を透過する光と反射する光とに分岐されてもよい。第２のビームスプリッタ２４２を透過した光は、エネルギセンサ１４２に入射してもよく、第２のビームスプリッタ２４２を反射した光は、波長センサ２４４に入射してもよい。レーザコントローラ１５０は、各々２つの目標波長となるように、波長センサ２４４において測定されたパルスレーザ光の波長に基づいて、第１のＭＯ３１１及び第２のＭＯ３１２における発振波長を制御してもよい。

具体的には、波長センサ２４４は、レーザ光の波長と光強度との関係を測定し得るので、２つの異なる波長のレーザ光における各々の光強度を測定してもよい。これにより、波長センサ２４４により、２つの異なる波長のレーザ光におけるピーク強度（Ｓ１、Ｓ２）を得てもよい。

エネルギセンサ１４２は、各々２つの異なる波長のパルスレーザ光のパルスエネルギの和Ｐｓｕｍを測定してもよい。これにより、測定された各々の波長（λ１、λ２）におけるパルスエネルギＰ１及びＰ２は、下記の（２）、（３）に示される式より算出してもよい。

Ｐ１＝Ｐｓｕｍ×Ｓ１／（Ｓ１＋Ｓ２）・・・・・（２）
Ｐ２＝Ｐｓｕｍ×Ｓ２／（Ｓ１＋Ｓ２）・・・・・（３）

レーザコントローラ１５０は、測定され算出された各々の波長（λ１、λ２）におけるパルスエネルギＰ１及びＰ２に基づいて、各々の波長の目標パルスエネルギＰ１ｔ及びＰ２ｔとなるように制御してもよい。具体的には、レーザコントローラ１５０は、パルスエネルギＰ１及びＰ２に基づいて、第１のＭＯ３１１、第２のＭＯ３１２、第１のＰＡ２６１、第２のＰＡ２６２、第３のＰＡ２６３における励起強度のフィードバック制御を行ってもよい。

３．４．３ 作用
図２０に示されるように、第１のＭＯ３１１の発振波長を９μｍ〜１０μｍの波長範囲で、第２のＭＯ３１２の発振波長を１０〜１１μｍの波長範囲で制御することによって、レーザ光源から出力される２つの波長のパルスレーザ光を制御するレーザ光源であってもよい。

第１のＭＯ３１１及び第２のＭＯ３１２より出射された各々のパルスレーザ光の光路を第３のビームスプリッタ３１３により、光路軸を一致させて、同じ第１のＰＡ２６１、第２のＰＡ２６２、第３のＰＡ２６３によって増幅させてもよい。

被加工物がガラスを含んでいる場合、最大吸収係数の波長は、加工初期の温度においては９μｍ〜１０μｍの間にあり、加工により温度が上昇したときには、１０μｍ〜１１μｍとなるものであってもよい。この場合、ガラスを含む被加工物に、９μｍ〜１０μｍの波長範囲と１０〜１１μｍの波長範囲の２つの異なる波長のパルスレーザ光を照射することにより、被加工物におけるパルスレーザ光の吸収が増加するため、加工時間等を短くし得る。

３．４．４ その他
ＭＯ部３１０に含まれるＭＯは、２台に限定されることはなく、３台以上であってもよい。また、これらのＭＯは、各々の発振波長とパルスエネルギが独立に制御されるＭＯであってもよい。ＭＯ部３１０に含まれるＭＯは、量子カスケードレーザの他、図１３に示されるように、ＣＯ_２レーザ媒質で満たされたチャンバを有していてもよい。

３．５ ２波長のレーザ光を出射する短パルスＣＯ_２レーザ光源２
３．５．１ 構造
図２１に基づき、２波長のレーザ光を出射する短パルスＣＯ_２レーザ光源２について説明する。図２１に示される２波長のレーザ光を出射する短パルスＣＯ_２レーザ光源２は、第１のＭＯ３１１、第２のＭＯ３１２を含んでもよい。第１のＭＯ３１１は波長が１０．６μｍのパルスレーザ光を出射してもよく、第２のＭＯ３１２は波長が９．３μｍのパルスレーザ光を出射してもよい。また、第１のＭＯ３１１より出射されたパルスレーザ光の光路上には第１のＰＡ３２１ａ、第２のＰＡ３２２ａ、第３のＰＡ３２３ａが設けられていてもよい。また、第２のＭＯ３１２より出射されたパルスレーザ光の光路上には第１のＰＡ３２１ｂ、第２のＰＡ３２２ｂ、第３のＰＡ３２３ｂが設けられていてもよい。

第３のＰＡ３２３ａにおけるパルスレーザ光の出射側には、ダイクロイックミラー３３１が設けられていてもよい。ダイクロイックミラー３３１は、ダイヤモンド基板に、波長が１０．６μｍの光を高い透過率で透過し、波長が９．３μｍの光を高い反射率で反射する膜がコートされていてもよい。

第３のＰＡ３２３ｂにおけるパルスレーザ光の出射側には、波長が９．３μｍの光を高い反射率で反射する高反射ミラー３３２が設けられていてもよい。この高反射ミラー３３２とダイクロイックミラー３３１は、第３のＰＡ３２３ａより出射されたパルスレーザ光と第３のＰＡ３２３ｂより出射されたパルスレーザ光との光路軸の中心が互いに一致するように配置されていてもよい。

モニタモジュール２４０は、第１のビームスプリッタ２４１、第２のビームスプリッタ２４２、エネルギセンサ１４２、波長センサ２４４を含んでもよい。波長センサ２４４は、グレーティングを含む分光器またはエタロンを含む分光器であってもよい。

尚、上記以外の内容については、図１３に示される短パルスＣＯ_２レーザ光源と同様であってもよい。

３．５．２ 動作
レーザコントローラ１５０は、制御部６０から、波長λ１と波長λ２における各々の目標パルスエネルギ（Ｐ１ｔ、Ｐ２ｔ）を受信してもよい。レーザコントローラ１５０は、制御部６０より送信された発振トリガを受信してもよい。

第１のＭＯ３１１からは波長が１０．６μｍのパルスレーザ光が出射され、第２のＭＯ３１２からは波長が９．３μｍのパルスレーザ光が出射されてもよい。

第１のＭＯ３１１より出射されたパルスレーザ光は、第１のＰＡ３２１ａ、第２のＰＡ３２２ａ、第３のＰＡ３２３ａにより増幅してもよい。また、第２のＭＯ３１２より出射されたパルスレーザ光は、第１のＰＡ３２１ｂ、第２のＰＡ３２２ｂ、第３のＰＡ３２３ｂにより増幅してもよい。

第３のＰＡ３２３ｂより出射されたレーザ光は、高反射ミラー３３２により反射され、ダイクロイックミラー３３１に入射し、ダイクロイックミラー３３１により反射されてもよい。第３のＰＡ３２３ａより出射されたレーザ光は、ダイクロイックミラー３３１を透過してもよい。ダイクロイック３３１を透過した波長が１０．６μｍのパルスレーザ光と、ダイクロイックミラー３３２において反射された波長が９．３μｍのパルスレーザ光とは、同一の光路軸であってもよい。

ダイクロイックミラー３３１を透過した波長が１０．６μｍのパルスレーザ光及びダイクロイックミラー３３１において反射された波長が９．３μｍのパルスレーザ光はモニタモジュール２４０に入射してもよい。モニタモジュール２４０では、ダイクロイックミラー３３１を透過した波長１０．６μｍのパルスレーザ光の一部及びダイクロイックミラー３３１において反射された波長９．３μｍのパルスレーザ光の一部は、第１のビームスプリッタ２４１により反射されてもよい。第１のビームスプリッタ２４１により反射されたパルスレーザ光の一部は、更に、第２のビームスピリッタ２４２により、第２のビームスプリッタ２４２を透過する光と反射する光とに分岐されてもよい。第２のビームスプリッタ２４２を透過した光は、エネルギセンサ１４２に入射させてもよく、第２のビームスプリッタ２４２を反射した光は、波長センサ２４４に入射させてもよい。レーザコントローラ１５０は、各々２つの目標波長となるように、波長センサ２４４において測定されたパルスレーザ光の波長に基づいて、第１のＭＯ３１１及び第２のＭＯ３１２における発振波長を制御してもよい。

具体的には、波長センサ２４４は、レーザ光の波長と光強度との関係を測定し得るため、２つの異なる波長のレーザ光における各々の光強度を測定してもよい。これにより、波長センサ２４４により、２つの異なる波長のレーザ光におけるピーク強度（Ｓ１、Ｓ２）を得てもよい。

エネルギセンサ１４２は、各々２つの異なる波長のパルスレーザ光のパルスエネルギの和Ｐｓｕｍを測定してもよい。エネルギセンサ１４２により測定された各々の波長（λ１、λ２）におけるパルスエネルギＰ１及びＰ２は、下記の（２）、（３）に示される式より算出してもよい。

Ｐ１＝Ｐｓｕｍ×Ｓ１／（Ｓ１＋Ｓ２）・・・・・（２）
Ｐ２＝Ｐｓｕｍ×Ｓ２／（Ｓ１＋Ｓ２）・・・・・（３）

レーザコントローラ１５０は、測定され算出された各々の波長（λ１、λ２）におけるパルスエネルギＰ１及びＰ２に基づいて、各々の波長の目標パルスエネルギＰ１ｔ及びＰ２ｔとなるように制御してもよい。具体的には、レーザコントローラ１５０は、パルスエネルギＰ１に基づいて、第１のＭＯ３１１、第１のＰＡ３２１ａ、第２のＰＡ３２２ａ、第３のＰＡ３２３ａにおける励起強度のフィードバック制御を行ってもよい。また、レーザコントローラ１５０は、パルスエネルギＰ２に基づいて、第２のＭＯ３１２、第１のＰＡ３２１ａ、第２のＰＡ３２２ａ、第３のＰＡ３２３ａにおける励起強度のフィードバック制御を行ってもよい。

３．５．３ 作用
図２１に示されるように、レーザ光源からは、ダイクロイックミラー３３１によって、２つの異なる波長（９．３μｍ、１０．６μｍ）のパルスレーザ光が同一の光路軸で出射されてもよい。また、レーザコントローラ１５０では、各々の波長λ１及びλ２のパルスエネルギをそれぞれの目標パルスエネルギＰ１ｔ及びＰ２ｔとなるように制御されてもよい。第１のＭＯ３１１及び第２のＭＯ３１２は、図１３に示されるＭＯのように、ＭＯチャンバ内にはＣＯ_２ゲイン媒体が満たされていてもよい。この場合、光共振器長や高反射ミラー等の反射率のピーク波長が異なる波長（例えば、９．３μｍ、１０．６μｍ）であってもよい。

３．６ エタロンによる２波長のレーザ光を出射する短パルスＣＯ_２レーザ光源
３．６．１ 構造
図２２に基づき、エタロンによる２波長のレーザ光を出射する短パルスＣＯ_２レーザ光源について説明する。図２２に示されるエタロンによる２波長のレーザ光を出射する短パルスＣＯ_２レーザ光源は、ＭＯ３５０における光共振器内にエタロンを含む波長選択素子３６０を含んでいてもよい。

エタロンを含む波長選択素子３６０は、２枚のＺｎＳｅ基板３６１を含んでいてもよい。２枚のＺｎＳｅ基板３６１の各々の一方の面には部分反射膜３６１ａがコーティングされており、スペーサ３６２を介して部分反射膜３６１ａがコーティングされている面同士を対向させてエタロンを形成してもよい。このように形成されたエタロンは、回転ステージ３６３の上に設置されていてもよい。尚、部分反射膜３６１ａは反射率７０％〜９０％であってもよい。

このエタロンを含む波長選択素子３６０は、例えば、レーザ光の波長を９．９５μｍ、窒素ガスの屈折率ｎ＝１．０００と仮定した場合、下記の（４）に示す式を満たしていてもよい。

ＦＳＲ＝λ^２／（２ｎｄ）＝１．３μｍ （４）

上記の（４）より、部分反射膜３６１ａがコーティングされている面における２枚のＺｎＳｅ基板３６１の間隔はエタロンのミラー間隔はｄ＝３１μｍとしてもよい。

尚、上記以外の内容については、図１６に示される波長選択素子を含む短パルスＣＯ_２レーザ光源と同様であってもよい。

３．６．２ 動作
例えば、エタロンを含む波長選択素子３６０において、ＦＳＲ＝１．３μｍである場合、エタロンの入射角度を所定の角度に設置することにより、図２３に示されるように、エタロンの透過率のピーク波長が、９．３μｍと１０．６μｍとなるように設定してもよい。

これにより、ＭＯ３５０はエタロンの透過率のピーク波長付近であって、ゲインの高い２つの増幅ラインで発振するものであってもよい。ＭＯ３５０において、２つの増幅ラインで発振したパルスレーザ光はＰＡ１３０において増幅されてもよい。

ＰＡ１３０において増幅されたパルスレーザ光は、モニタモジュール２４０に入射してもよい。モニタモジュール２４０に入射したレーザ光は、モニタモジュール２４０における第１のビームスプリッタ２４１により一部が反射されてもよい。第１のビームスプリッタ２４１により反射されたレーザ光の一部は、更に、第２のビームスピリッタ２４２により、第２のビームスプリッタ２４２を透過する光と反射する光とに分岐されてもよい。第２のビームスプリッタ２４２を透過した光は、エネルギセンサ１４２に入射してもよく、第２のビームスプリッタ２４２を反射した光は、波長センサ２４４に入射してもよい。モニタモジュール２４０においては、波長センサ２４４とエネルギセンサ１４２により、２つの波長の異なるレーザ光のピーク波長とパルスエネルギとが計測されてもよい。レーザコントローラ１５０は、２つの波長の異なるレーザ光におけるピーク波長とパルスエネルギとが、目標の波長とパルスエネルギとなるようにフィードバック制御をしてもよい。

３．６．３ 作用
エタロンを含む波長選択素子３６０では、少なくとも２つの透過率のピークが、ＣＯ_２レーザ媒質の増幅ラインの分布に入るように設計することによって、波長の異なる２つのパルスレーザ光を出力し得るレーザ光源であってもよい。また、エタロンを含む波長選択素子３６０におけるエタロンの入射角度を制御することによって、２つの発振波長の差（ＦＳＲ）は略一定であるが、ＣＯ_２レーザのゲイン媒質の増幅ラインの範囲内で発振波長を可変可能なレーザ光源であってもよい。

３．７ 波長可変固体レーザ光源
レーザ光源１０は、波長可変固体レーザ光源であってもよい。図２４に基づき波長可変固体レーザ光源について説明する。

３．７．１ 構成
図２４に示されるように、レーザ装置１０は、ＭＯ４１０、ＰＡ４２０、ＯＰＯ（光パラメトリック発振器）４３０、モニタモジュール２４０、励起用パルスレーザ光源４４０、レーザコントローラ１５０を含んでいてもよい。また、励起用パルスレーザ光源４４０より出射されたパルスレーザ光の光路上には、第３のビームスプリッタ４５１、第４のビームスプリッタ４５２、第５のビームスプリッタ４５３、高反射ミラー４５４が設置されていてもよい。

励起用パルスレーザ光源４４０は、波長２μｍの数百ｎｓのパルスレーザ光を出力するＴｍ系のパルスレーザ装置（波長２μｍ）であってもよい。

ＭＯ４１０は高反射ミラー４１１、波長選択素子４１２、Ｃｒ：ＺｎＳｅ結晶４１３、Ｑスイッチ４１４、出力結合ミラー４１５を含んでいてもよい。光共振器は、高反射ミラー４１１と出力結合ミラー４１５により形成され、この光共振器内の光路上に波長選択素子４１２、Ｃｒ：ＺｎＳｅ結晶４１３、Ｑスイッチ４１４が設置されていてもよい。

波長選択素子４１２は、エタロン、グレーティング、プリズム等の波長選択素子であってもよい。Ｑスイッチ４１４は、図２４には不図示の偏光子とＥＯポッケルスセルの組み合わせであってもよい。

ＰＡ４２０は、複数のＣｒ：ＺｎＳｅ結晶、例えば、第１のＣｒ：ＺｎＳｅ結晶４２１、第２のＣｒ：ＺｎＳｅ結晶４２２、第３のＣｒ：ＺｎＳｅ結晶４２３を含み、ＭＯ４１０から出射されたパルスレーザ光の光路上に設置されていてもよい。

ＯＰＯ４３０は、高反射ミラー４３１、ＺｎＧｅＰ_２結晶４３２、出力結合ミラー４３３を含んでいてもよい。

モニタモジュール２４０は、第１のビームスプリッタ２４１、第２のビームスプリッタ２４２、エネルギセンサ１４２、波長センサ２４４を含んでいてもよい。波長センサ２４４は、図２４には不図示のグレーティングを含む分光器やエタロンを含む分光器であってもよい。

３．７．２ 動作
レーザコントローラ１５０は、制御部６０から、目標波長と目標のパルスエネルギを受信してもよい。レーザコントローラ１５０は、励起用パルスレーザ光源４４０に、目標のパルスエネルギに対応する励起パルスエネルギを送信してもよい。レーザコントローラ１５０は、ＭＯ４１０の波長選択素子４１２において、目標の波長の光を選択するような制御を行ってもよい。

レーザコントローラ１５０は、制御部６０におけるパルス発振器６１からの発振トリガに同期して、励起用パルスレーザ光源４４０とＭＯ４１０のＱスイッチ４１４に信号を送信してもよい。

励起用パルスレーザ光源４４０から出射されたパルスレーザ光は、第３のビームスプリッタ４５１において反射され、ＭＯ４１０におけるＣｒ：ＺｎＳｅ結晶４１３に入射させてもよい。また、励起用パルスレーザ光源４４０から出射されたパルスレーザ光は、第３のビームスプリッタ４５１を透過した後、第４のビームスプリッタ４５２において反射されてもよい。このように、第４のビームスプリッタ４５２において反射されたパルスレーザ光は、ＰＡ４２０における第１のＣｒ：ＺｎＳｅ結晶４２１に入射させてもよい。また、励起用パルスレーザ光源４４０から出射されたパルスレーザ光は、第３のビームスプリッタ４５１及び第４のビームスプリッタ４５２を透過した後、第５のビームスプリッタ４５３において反射されてもよい。このように第５のビームスプリッタ４５３において反射されたパルスレーザ光は、ＰＡ４２０の第２のＣｒ：ＺｎＳｅ結晶４２２に入射させてもよい。また、励起用パルスレーザ光源４４０から出射されたパルスレーザ光は、第３のビームスプリッタ４５１、第４のビームスプリッタ４５２及び第５のビームスプリッタ４５３を透過した後、高反射ミラー４５４において反射されてもよい。このように高反射ミラー４５４において反射されたパルスレーザ光は、ＰＡ４２０の第３のＣｒ：ＺｎＳｅ結晶４２３に入射させてもよい。

これにより、ＭＯ４１０におけるＣｒ：ＺｎＳｅ結晶４１３及びＰＡ４２０における第１のＣｒ：ＺｎＳｅ結晶４２１、第２のＣｒ：ＺｎＳｅ結晶４２２、第３のＣｒ：ＺｎＳｅ結晶４２３が励起し得る。

ＭＯ４１０における光共振器により、波長選択素子４１２において選択された波長の光が、Ｃｒ：ＺｎＳｅ結晶４１３において増幅されレーザ発振し、Ｑスイッチ４１４を介し出射されるものであってもよい。ＭＯ４１０から出射されるパルスレーザ光は、波長２μｍ〜２．７μｍの範囲の波長のパルスレーザ光（約１５ｎｓ）であってもよい。

ＰＡ４２０は、ＭＯ４１０から出射されたパルスレーザ光を、励起された第１のＣｒ：ＺｎＳｅ結晶４２１、第２のＣｒ：ＺｎＳｅ結晶４２２、第３のＣｒ：ＺｎＳｅ結晶４２３において増幅し得る。

ＰＡ４２０において増幅されたパルスレーザ光は、ＯＰＯ４３０における高反射ミラー４３１を透過し、ＺｎＧｅＰ_２結晶４３２に入射し、出力結合ミラー４３３と高反射ミラー４３１により形成される光共振器により、光パラメトリック発振し得る。光パラメトリック発振したパルスレーザ光は、ＯＰＯ４３０より、パルス幅約１５ｎｓ、波長８μｍ〜１０μｍ、パルスエネルギ約１０ｍＪで出射されてもよい。

この光パラメトリック発振したパルスレーザ光は、モニタモジュール２４０に入射してもよい。モニタモジュール２４０に入射したパルスレーザ光は、モニタモジュール２４０における第１のビームスプリッタ２４１により一部が反射されてもよい。第１のビームスプリッタ２４１により反射されたレーザ光の一部は、更に、第２のビームスピリッタ２４２により、第２のビームスプリッタ２４２を透過する光と反射する光とに分岐されてもよい。第２のビームスプリッタ２４２を透過した光は、エネルギセンサ１４２に入射させてもよく、第２のビームスプリッタ２４２を反射した光は、波長センサ２４４に入射させてもよい。

エネルギセンサ１４２と波長センサ２４４により、ＯＰＯ４３０より出射されたパルスレーザ光の波長とパルスエネルギを測定し、測定された情報をレーザコントローラ１５０に送信してもよい。レーザコントローラ１５０は、波長センサ２４４によって測定された波長に基づいて、波長選択素子４１２の透過波長のフィードバック制御を行ってもよい。また、レーザコントローラ１５０は、エネルギセンサ１４２により測定されたパルスエネルギに基づいて、励起用パルスレーザ光源４４０のパルスエネルギのフィードバック制御を行ってもよい。

３．７．３ 作用
この波長可変固体レーザ光源では、ＣＯ_２レーザガスを含むレーザ光源の発振波長範囲（９μｍ〜１１μｍ）に比べて、短い波長（８μｍ〜１０μｍ）の範囲でも、パルスレーザ光の生成を行うことができる。

４．加熱部を含むレーザ加工装置
４．１ レーザ加工装置
図２５に基づき、被加工物を加熱するための加熱部を含むレーザ加工装置について説明する。

図２５に示されるように、加熱部を含むレーザ加工装置は、テーブル５１の上に、加熱部５１０が設けられていてもよい。加熱部５１０は、テーブル５１の側にヒータ５１１が設けられており、被加工物７０は、ヒータ５１１の上に設置されており、被加工物７０を覆うように筐体部５１２が設けられていてもよい。筐体部５１２において、レンズ等のレーザ集光光学部材４４を介しパルスレーザ光が入射する領域には、開口部が設けられており、開口部にはＺｎＳｅにより形成された窓部５１３が設けられていてもよい。

また、筐体部５１２の内部には、温度センサ５１４が設けられており、ヒータ５１１を加熱するためのヒータ電源５２１、温度センサ５１４により温度を測定し、ヒータ電源５２１を介し、ヒータ５１１の制御を行う温度コントローラ５２２が設けられていてもよい。これにより、被加工物７０が所定の温度となるように制御してもよい。

４．２ レーザ加工方法
次に、図２６に基づき、加熱部を含むレーザ加工装置を用いたレーザ加工方法について説明する。

最初に、ステップ２０２（Ｓ２０２）において、制御部６０は、目標パルスエネルギＰｔをレーザ光源１０に送信してもよい。このレーザ光源１０は、短パルスのＣＯ_２レーザ光源であってもよい。例えば、レーザ光源１０は、波長が９μｍ〜１１μｍの範囲で波長可変可能なレーザ光源であって、パルス幅が３０ｎｓのパルスレーザ光を出射してもよい。

次に、ステップ２０４（Ｓ２０４）において、制御部６０は、温度コントローラ５２２における設定温度が目標の温度Ｔｔとなるように設定してもよい。この際、被加工物７０がシリカガラスを含むものの場合には、目標の温度Ｔｔは、４００℃以上、８００℃未満の温度となるように設定してもよい。

次に、ステップ２０６（Ｓ２０６）において、温度センサ５１４において測定された温度と、目標の温度Ｔｔとの差が、所定の温度差ΔＴｒ未満であるか否かを判断してもよい。即ち、ΔＴｒ＜｜Ｔｔ−Ｔ｜であるか否かを判断してもよい。ΔＴｒ＜｜Ｔｔ−Ｔ｜であると判断された場合には、ステップ２０８に移行してもよい。また、ΔＴｒ＜｜Ｔｔ−Ｔ｜ではないと判断された場合には、再度、ステップ２０６を行ってもよい。この際、所定の温度差ΔＴｒは、例えば、１℃〜１０℃であってもよい。

次に、ステップ２０８（Ｓ２０８）において、制御部６０は、パルス発振器６１において設定された繰返し周波数ｆに基づき発振トリガを出力してもよい。

次に、ステップ２１０（Ｓ２１０）において、発振トリガに基づきレーザ光源１０よりパルスレーザ光が出射され、出射されたパルスレーザ光は、集光された後、被加工物７０であるシリカガラス基板に照射させてもよい。

次に、ステップ２１２（Ｓ２１２）において、制御部６０は、レーザ加工装置による加工を停止するか否かを判断してもよい。具体的には、所定の加工時間を超えたか否か、または、所定のパルス数を照射したか否かにより、レーザ加工装置による加工を停止するか否かを判断してもよい。所定の加工時間を超えた場合、または、所定のパルス数を照射した場合には、制御部６０は、レーザ加工装置による加工を停止する判断を行い、ステップ２１４に移行してもよい。また、所定の加工時間を超えていない場合、または、所定のパルス数を照射していない場合には、制御部６０は、レーザ加工装置による加工を継続する判断を行い、ステップ２０８に移行してもよい。

次に、ステップ２１４（Ｓ２１４）において、制御部６０は、発振トリガ信号の出力を停止してもよい。具体的には、ステップ２１２において、レーザ加工装置による加工を停止する旨の判断がなされているため、制御部６０は、発振トリガ信号の出力を停止してもよい。これにより、レーザ光源１０からのレーザ光の出射も停止させてもよい。

次に、ステップ２１６（Ｓ２１６）において、制御部６０は、被加工物７０であるシリカガラス基板の加工位置を変更するか否かの判断を行ってもよい。制御部６０において、被加工物７０であるシリカガラス基板の加工位置を変更する旨の判断がなされた場合には、ステップ２１８に移行してもよい。また、制御部６０において、被加工物７０であるシリカガラス基板の加工位置を変更しない旨の判断がなされた場合には、レーザ加工装置による加工を終了してもよい。

次に、ステップ２１８（Ｓ２１８）において、制御部６０は、ＸＹＺステージ５０を動かし、被加工物７０であるシリカガラス基板の加工位置、即ち、被加工物７０であるシリカガラス基板に、パルスレーザ光が照射される位置を移動させてもよい。

このレーザ加工方法では、被加工物７０がシリカガラスにより形成されるガラス基板である場合、ヒータ５１２によりガラス基板の温度を約４００℃に加熱することにより、波長が１０．６μｍのパルスレーザ光の波長の吸収係数を大きくし得る。

４．３ 実施されたレーザ加工の説明３
次に、開示のレーザ加工装置において、被加工物７０としてシリカガラス基板を用いた場合について説明する。この説明では、被加工物７０の温度依存性に関する検討を行った結果について説明する。

図２７は、被加工物７０であるシリカガラス基板の温度が室温の場合と５００℃の場合において、繰返し周波数と被加工物７０であるシリカガラス基板に形成される開口部における加工穴の深さとの関係を示す。このレーザ加工における条件は、パルスレーザ光の波長が１０．６μｍ、パルス幅が１０ｎｓ、照射エネルギ密度が２Ｊ／ｃｍ^２・パルス、照射回数が８００ショットであった。シリカガラス基板の温度が常温の場合と比べて、シリカガラス基板の温度が５００℃である場合においては、繰返し周波数が同じであっても開口部における加工深さが深くなっており、加工が促進された。

図２８は、シリカガラス基板の温度と被加工物７０であるシリカガラス基板に形成される開口部における加工穴の深さとの関係を示す。このレーザ加工における条件は、パルスレーザ光の波長が１０．６μｍ、繰返し周波数が１０ｋＨｚ、パルス幅が１０ｎｓ、照射エネルギ密度が２Ｊ／ｃｍ^２・パルス、照射回数が８００ショットである。図２８に示されるように、シリカガラス基板の温度が、４００℃以上の場合に開口部における加工深さが深くなっており、加工が促進されている。シリカガラスは、温度が高くなると光吸収係数が変化するため、特に、シリカガラス基板の温度が、４００℃以上においては、レーザ加工に用いられるパルスレーザ光の吸収係数が高くなり、レーザ加工による加工が促進されると推定される。

尚、被加工物が硬質ガラス基板の場合では、硬質ガラス基板を加熱する際に、ステージ側からのヒータ加熱やランプ加熱では、硬質ガラス基板の内部における温度勾配により歪が生じ、温度が昇降する際に、硬質ガラス基板が割れてしまう場合がある。このような硬質ガラス基板の割れを抑制するためには、硬質ガラス基板の内部において温度勾配を生じさせることなく、硬質ガラス基板の温度を昇降させる必要がある。このため、被加工物が硬質ガラス基板等の場合においては、硬質ガラス基板等の内部における温度勾配を軽減するためにはオーブンによる加熱、または、硬質ガラス基板の両面をＳｉで挟み込んだ状態で加熱する等の方法が好ましい。

５．波長可変レーザ光源を含むレーザ加工装置
５．１ レーザ加工装置
図２９に基づき、波長可変レーザ光源を含むレーザ加工装置について説明する。

図２９に示されるように、波長可変レーザ光源を含むレーザ加工装置は、レーザ光源１０として、出射される波長を可変することが可能な波長可変レーザ光源であってもよい。波長可変レーザ光源では、出射されるレーザ光の波長を９μｍ〜１１μｍの範囲で可変可能であってもよい。このような波長可変レーザ光源は、例えば、図１６、図１８、図２４に示されるレーザ光源等であってもよい。

また、このレーザ加工装置においては、制御部６０には、記憶部６２が設けられており、記憶部６２には、吸収係数が最大となる波長λｍｘと加工時間ｔ、繰返し周波数ｆ、パルスエネルギＰとの関係式λｍｘ＝Ｇ（ｔ、ｆ、Ｐ）が記憶されていてもよい。この関係式λｍｘ＝Ｇ（ｔ、ｆ、Ｐ）における吸収係数が最大となる波長λｍｘと加工時間ｔとの関係は、図３０に示されるように、加工時間ｔが長くなると吸収係数が最大となる波長λｍｘが長くなる関係であってもよい。

５．２ レーザ加工方法
次に、図３１に基づき、波長可変レーザ光源を含むレーザ加工装置を用いたレーザ加工方法について説明する。

最初に、ステップ３０２（Ｓ３０２）において、制御部６０は、目標パルスエネルギＰｔをレーザ光源１０に送信してもよい。このレーザ光源１０は、短パルスのＣＯ_２レーザ光源であってもよい。例えば、レーザ光源１０は、波長が９μｍ〜１１μｍの範囲で波長可変可能であって、パルス幅が３０ｎｓのパルスレーザ光を出射してもよい。

次に、ステップ３０４（Ｓ３０４）において、制御部６０は、パルス発振器６１において設定された繰返し周波数ｆに基づき発振トリガを出力してもよい。

次に、ステップ３０６（Ｓ３０６）において、制御部６０は、加工時間ｔのタイマをリセットした後、スタートさせてもよい。

次に、ステップ３０８（Ｓ３０８）において、制御部６０は、加工時間ｔをステップ３０６においてスタートさせたタイマにより測定してもよい。

次に、ステップ３１０（Ｓ３１０）において、制御部６０における記憶部６２より、吸収係数が最大となる波長λｍｘと加工時間ｔ、繰返し周波数ｆ、パルスエネルギＰとの関係式λｍｘ＝Ｇ（ｔ、ｆ、Ｐ）を読み出してもよい。

次に、ステップ３１２（Ｓ３１２）において、制御部６０は、吸収係数が最大となる目標波長λｍｘｔを目標となるパルスエネルギＰｔ、加工時間ｔ、繰返し周波数ｆに基づき算出してもよい。

次に、ステップ３１４（Ｓ３１４）において、制御部６０は、レーザ光源１０にステップ３１２において算出された吸収係数が最大となる目標波長λｍｘｔを送信してもよい。

次に、ステップ３１６（Ｓ３１６）において、発振トリガに基づきレーザ光源１０よりパルスレーザ光が出射され、出射されたパルスレーザ光は、集光された後、被加工物７０であるシリカガラス基板に照射させてもよい。

次に、ステップ３１８（Ｓ３１８）において、制御部６０は、レーザ加工装置による加工を停止するか否かを判断してもよい。具体的には、所定の加工時間を超えたか否か、または、所定のパルス数を照射したか否かにより、レーザ加工装置による加工を停止するか否かを判断してもよい。所定の加工時間を超えた場合、または、所定のパルス数を照射した場合には、制御部６０は、レーザ加工装置による加工を停止する判断を行い、ステップ３２０に移行してもよい。また、所定の加工時間を超えていない場合、または、所定のパルス数を照射していない場合には、制御部６０は、レーザ加工装置による加工を継続する判断を行い、ステップ３０８に移行してもよい。

次に、ステップ３２０（Ｓ３２０）において、制御部６０は、発振トリガ信号の出力を停止してもよい。具体的には、ステップ３１８において、レーザ加工装置による加工を停止する旨の判断がなされているため、制御部６０は、発振トリガ信号の出力を停止してもよい。これにより、レーザ光源１０からのレーザ光の出射も停止させてもよい。

次に、ステップ３２２（Ｓ３２２）において、制御部６０は、被加工物７０であるシリカガラス基板の加工位置を変更するか否かの判断を行ってもよい。制御部６０において、被加工物７０であるシリカガラス基板の加工位置を変更する旨の判断がなされた場合には、ステップ３２４に移行してもよい。また、制御部６０において、被加工物７０であるシリカガラス基板の加工位置を変更しない旨の判断がなされた場合には、レーザ加工装置による加工を終了してもよい。

次に、ステップ３２４（Ｓ３２４）において、制御部６０は、ＸＹＺステージ５０を動かし、被加工物７０であるシリカガラス基板の加工位置、即ち、被加工物７０であるシリカガラス基板に、パルスレーザ光が照射される位置を移動させてもよい。

このレーザ加工方法では、制御部６０において、吸収係数が最大となる波長λｍｘと、加工時間ｔ、繰返し周波数ｆ、パルスエネルギＰとの関係式等より、吸収係数が最大となる目標波長λｍｘｔを算出してもよい。このように算出された吸収係数が最大となる目標波長λｍｘｔとなるようにレーザ光源１０の発振波長を制御することにより、シリカガラス等の被加工物７０において吸収される光が最大となり得る。

６．被加工物の温度測定部を含むレーザ加工装置
６．１ レーザ加工装置
図３２に基づき、被加工物の温度測定部を含むレーザ加工装置について説明する。

図３２に示されるように、被加工物の温度測定部を含むレーザ加工装置は、被加工物７０のレーザ加工領域における温度を測定する温度測定部を含んでもよい。この温度測定部５４０は放射温度計であってもよい。この放射温度計は、レーザ装置から出力されるパルスレーザ光の波長と異なる波長の赤外光等により温度を測定してもよい。例えば、温度検出をするための検出素子がＩｎＧａＡｓにより形成してもよい。ＩｎＧａＡｓにより形成されている検出素子では、検出波長が１．５５μｍであり、測定される温度範囲が３００℃から１６００℃であってもよい。

レーザ光源１０として、出射される波長を可変することが可能な波長可変レーザ光源を用いてもよい。波長可変レーザ光源においては、出射されるレーザ光の波長を９μｍ〜１１μｍの範囲で可変可能であってもよい。このような波長可変レーザ光源としては、例えば、図１６、図１８、図２４に示されるレーザ光源等であってもよい。

また、このレーザ加工装置においては、制御部６０には、記憶部６２が設けられており、記憶部６２には、吸収係数が最大となる波長λｍｘと被加工物７０のレーザ加工領域における温度Ｔとの関係式λｍｘ＝Ｆ（Ｔ）が記憶されていてもよい。この関係式λｍｘ＝Ｆ（Ｔ）における吸収係数が最大となる波長λｍｘと温度Ｔとの関係は、図３３に示されるように、温度Ｔが高くなると吸収係数が最大となる波長λｍｘが長くなる関係であってもよい。吸収係数が最大となる波長λｍｘと温度Ｔとの関係は、実測データより求めてもよく、また、文献等より得てもよい。

６．２ レーザ加工方法
次に、図３４に基づき、被加工物の温度測定部を含むレーザ加工装置を用いたレーザ加工方法について説明する。

最初に、ステップ４０２（Ｓ４０２）において、制御部６０は、目標パルスエネルギＰｔをレーザ光源１０に送信してもよい。このレーザ光源１０は、短パルスのＣＯ_２レーザ光源であってもよい。例えば、レーザ光源１０は、波長が９μｍ〜１１μｍの範囲で波長可変可能であって、パルス幅が３０ｎｓのパルスレーザ光を出射してもよい。

次に、ステップ４０４（Ｓ４０４）において、温度測定部５４０である放射温度計により被加工物７０の温度Ｔｍを測定してもよい。

次に、ステップ４０６（Ｓ４０６）において、制御部６０における記憶部６２より、吸収係数が最大となる波長λｍｘと被加工物７０の加工領域における温度Ｔとの関係式λｍｘ＝Ｆ（Ｔ）を読み出してもよい。

次に、ステップ４０８（Ｓ４０８）において、制御部６０は、吸収係数が最大となる目標波長λｍｘｔを温度測定部５４０である放射温度計により測定された被加工物７０の温度Ｔｍに基づき算出してもよい。

次に、ステップ４１０（Ｓ４１０）において、制御部６０は、レーザ光源１０にステップ４０８において算出された吸収係数が最大となる目標波長λｍｘｔを送信してもよい。

次に、ステップ４１２（Ｓ４１２）において、制御部６０は、パルス発振器６１において設定された繰返し周波数ｆに基づき発振トリガを出力してもよい。

次に、ステップ４１４（Ｓ４１４）において、発振トリガに基づきレーザ光源１０よりパルスレーザ光が出射され、出射されたパルスレーザ光は、集光された後、被加工物７０であるシリカガラス基板に照射させてもよい。

次に、ステップ４１６（Ｓ４１６）において、制御部６０は、レーザ加工装置による加工を停止するか否かを判断してもよい。具体的には、所定の加工時間を超えたか否か、または、所定のパルス数を照射したか否かにより、レーザ加工装置による加工を停止するか否かを判断してもよい。所定の加工時間を超えた場合、または、所定のパルス数を照射した場合には、制御部６０は、レーザ加工装置による加工を停止する判断を行い、ステップ４１８に移行してもよい。また、所定の加工時間を超えていない場合、または、所定のパルス数を照射していない場合には、制御部６０は、レーザ加工装置による加工を継続する判断を行い、ステップ４０４に移行してもよい。

次に、ステップ４１８（Ｓ４１８）において、制御部６０は、発振トリガ信号の出力を停止してもよい。具体的には、ステップ４１６において、レーザ加工装置による加工を停止する旨の判断がなされているため、制御部６０は、発振トリガ信号の出力を停止してもよい。これにより、レーザ光源１０からのレーザ光の出射も停止させてもよい。

次に、ステップ４２０（Ｓ４２０）において、制御部６０は、被加工物７０であるシリカガラス基板の加工位置を変更するか否かの判断を行ってもよい。制御部６０において、被加工物７０であるシリカガラス基板の加工位置を変更する旨の判断がなされた場合には、ステップ４２２に移行してもよい。また、制御部６０において、被加工物７０であるシリカガラス基板の加工位置を変更しない旨の判断がなされた場合には、レーザ加工装置による加工を終了してもよい。

次に、ステップ４２２（Ｓ４２２）において、制御部６０は、ＸＹＺステージ５０を動かし、被加工物７０であるシリカガラス基板の加工位置、即ち、被加工物７０であるシリカガラス基板に、パルスレーザ光が照射される位置を移動させてもよい。

このレーザ加工方法では、温度測定部５４０となる放射温度計により、被加工物７０の加工領域における温度Ｔｍを計測し得る。このように測定された温度Ｔｍに基づき、制御部６０により、最大の吸収係数となる目標波長λｍｘｔを算出し、レーザ光源１０の発振波長を目標波長λｍｘｔとなるように制御することにより、被加工物７０の光の吸収が常に最大となり得る。

７．２波長のレーザ光を出射するレーザ光源を含むレーザ加工装置
７．１ レーザ加工装置
図３５に基づき、２波長のレーザ光を出射するレーザ光源を含むレーザ加工装置について説明する。

図３５に示されるように、２波長のレーザ光を出射するレーザ光源を含むレーザ加工装置は、レーザ光源１０より出射されるレーザ光の波長が、９μｍ〜１０μｍの範囲の波長（λ１）と、１０μｍ〜１１μｍの範囲の波長（λ２）との双方を含んでもよい。このような波長可変レーザ光源としては、例えば、図１９、図２１に示されるレーザ光源等であってもよい。

また、制御部６０は、２波長のそれぞれの目標波長（λ１ｔ、λ２ｔ）と目標パルスエネルギ（Ｐ１ｔ、Ｐ２ｔ）をレーザ光源１０に設定してもよい。

尚、合成石英や無アルカリガラス等の電子デバイス材料として用いられるガラスの多くは、室温では波長８〜１０μｍにおいて吸収係数が最も大きくなり、レーザ加工がなされる温度の２０００Ｋ付近では、波長１０〜１１μmにおける光の吸収係数が最も大きくなり得る。よって、波長が８〜１０μmのレーザ光と波長１０〜１１μmのレーザ光とを同時に照射することにより、レーザ加工の際の被加工物の温度変化に伴う吸収特性の変化を抑制し、均質な温度の上昇をさせることにより、熱歪の少ないレーザ加工を行い得る。

７．２ レーザ加工方法（１）
次に、図３６に基づき、２波長のレーザ光を出射するレーザ光源を含むレーザ加工装置を用いたレーザ加工方法について説明する。このレーザ加工方法は、レーザ光源１０として、図１９に示される２波長のレーザ光を出射する短パルスＣＯ_２レーザ光源を用いてもよい。

最初に、ステップ５０２（Ｓ５０２）において、制御部６０は、第１の波長λ１のパルスレーザ光の目標パルスエネルギＰ１ｔをＰ１ｉと設定し、第２の波長λ２のパルスレーザ光の目標パルスエネルギＰ２ｔを０と設定してもよい。

次に、ステップ５０４（Ｓ５０４）において、制御部６０は、第１の波長λ１のパルスレーザ光の目標パルスエネルギＰ１ｔ及び第２の波長λ２のパルスレーザ光の目標パルスエネルギＰ２ｔをレーザ光源１０に送信してもよい。このレーザ光源１０は、短パルスのＣＯ_２レーザ光源であってもよい。例えば、レーザ光源１０は、波長の範囲が９μｍ〜１０μｍの第１の波長λ１のパルスレーザ光と、波長の範囲が１０μｍ〜１１μｍの第２の波長λ２のパルスレーザ光の双方を出射してもよい。また、レーザ光源１０より出射されるパルスレーザ光は、パルス幅が３０ｎｓのパルスレーザ光であってもよい。

次に、ステップ５０６（Ｓ５０６）において、制御部６０は、第１の波長λ１のパルスレーザ光の目標波長λ１ｔ及び第２の波長λ２のパルスレーザ光の目標波長λ２ｔをレーザ光源１０に送信してもよい。

次に、ステップ５０８（Ｓ５０８）において、制御部６０は、パルス発振器６１において設定された繰返し周波数ｆに基づき発振トリガを出力してもよい。

次に、ステップ５１０（Ｓ５１０）において、制御部６０は、加工時間ｔのタイマをリセットした後、スタートさせてもよい。

次に、ステップ５１２（Ｓ５１２）において、制御部６０は、加工時間ｔをステップ５１０においてスタートさせたタイマにより測定してもよい。

次に、ステップ５１４（Ｓ５１４）において、制御部６０における記憶部６２より、吸収係数が最大となる第１の波長λ１ｍｘと加工時間ｔ、繰返し周波数ｆ、パルスエネルギＰ１との関係式Ｐ１＝Ｇ（ｔ、ｆ、λ１ｍｘ）を読み出してもよい。また、制御部６０における記憶部６２より、吸収係数が最大となる第２の波長λ２ｍｘと加工時間ｔ、繰返し周波数ｆ、パルスエネルギＰ２との関係式Ｐ２＝Ｇ（ｔ、ｆ、λ２ｍｘ）を読み出してもよい。

関係式Ｐ１＝Ｇ（ｔ、ｆ、λ１ｍｘ）は、例えば、加工時間ｔ、繰返し周波数ｆ、吸収係数が最大となる第１の波長λ１ｍｘとパルスエネルギＰ１との関係の実験データ等から得てもよい。また、関係式Ｐ２＝Ｇ（ｔ、ｆ、λ２ｍｘ）は、例えば、加工時間ｔ、繰返し周波数ｆ、吸収係数が最大となる第２の波長λ２ｍｘとパルスエネルギＰ２との関係の実験データ等から得てもよい。具体的には、関係式Ｐ２＝Ｇ（ｔ、ｆ、λ２ｍｘ）は、２波長で発振させた際に、被加工物７０における第２の波長λ２のパルスレーザ光の吸収が最大となるように実験データ等から得てもよい。関係式Ｐ１＝Ｇ（ｔ、ｆ、λ１ｍｘ）における加工時間ｔとパルスエネルギＰ１との相関及び関係式Ｐ２＝Ｇ（ｔ、ｆ、λ２ｍｘ）における加工時間ｔとパルスエネルギＰ２との相関は、図３７に示される相関であってもよい。即ち、吸収係数が最大となる第１の波長λ１ｍｘのパルスレーザ光は、加工時間ｔの経過に伴いパルスエネルギＰ１が低下し、吸収係数が最大となる第２の波長λ２ｍｘのパルスレーザ光は、加工時間ｔの経過に伴いパルスエネルギＰ２が増加してもよい。

次に、ステップ５１６（Ｓ５１６）において、制御部６０は、第１の波長λ１のパルスレーザ光の目標となるパルスエネルギＰ１ｔを吸収係数が最大となる目標波長λ１ｔｍｘ、加工時間ｔ、繰返し周波数ｆに基づき算出してもよい。また、制御部６０は、第２の波長λ２のパルスレーザ光の目標となるパルスエネルギＰ２ｔを吸収係数が最大となる目標波長λ２ｔｍｘ、加工時間ｔ、繰返し周波数ｆに基づき算出してもよい。パルスエネルギＰ１ｔは、ステップ５１４において読み出された関係式に基づくＰ１ｔ＝Ｇ（ｔ、ｆ、λ１ｔｍｘ）より、パルスエネルギＰ２ｔは、ステップ５１４において読み出された関係式に基づくＰ２ｔ＝Ｇ（ｔ、ｆ、λ２ｔｍｘ）より算出してもよい。

次に、ステップ５１８（Ｓ５１８）において、制御部６０は、レーザ光源１０に、ステップ５１６において算出された吸収係数が最大となる目標となるパルスエネルギＰ１ｔ及びＰ２ｔを送信してもよい。

次に、ステップ５２０（Ｓ５２０）において、発振トリガに基づきレーザ光源１０よりパルスレーザ光が出射され、出射されたパルスレーザ光は、集光された後、被加工物７０であるシリカガラス基板に照射させてもよい。

次に、ステップ５２２（Ｓ５２２）において、制御部６０は、レーザ加工装置による加工を停止するか否かを判断してもよい。具体的には、所定の加工時間を超えたか否か、または、所定のパルス数を照射したか否かにより、レーザ加工装置による加工を停止するか否かを判断してもよい。所定の加工時間を超えた場合、または、所定のパルス数を照射した場合には、制御部６０は、レーザ加工装置による加工を停止する判断を行い、ステップ５２４に移行してもよい。また、所定の加工時間を超えていない場合、または、所定のパルス数を照射していない場合には、制御部６０は、レーザ加工装置による加工を継続する判断を行い、ステップ５１２に移行してもよい。

次に、ステップ５２４（Ｓ５２４）において、制御部６０は、発振トリガ信号の出力を停止してもよい。具体的には、ステップ５２２において、レーザ加工装置による加工を停止する旨の判断がなされているため、制御部６０は、発振トリガ信号の出力を停止してもよい。これにより、レーザ光源１０からのレーザ光の出射も停止させてもよい。

次に、ステップ５２６（Ｓ５２６）において、制御部６０は、被加工物７０であるシリカガラス基板の加工位置を変更するか否かの判断を行ってもよい。制御部６０において、被加工物７０であるシリカガラス基板の加工位置を変更する旨の判断がなされた場合には、ステップ５２８に移行してもよい。また、制御部６０において、被加工物７０であるシリカガラス基板の加工位置を変更しない旨の判断がなされた場合には、レーザ加工装置による加工を終了してもよい。

次に、ステップ５２８（Ｓ５２８）において、制御部６０は、ＸＹＺステージ５０を動かし、被加工物７０であるシリカガラス基板の加工位置、即ち、被加工物７０であるシリカガラス基板に、パルスレーザ光が照射される位置を移動させてもよい。

このレーザ加工方法では、レーザ光源１０より、２波長（λ１、λ２）におけるパルスレーザ光のパルスエネルギＰ１及びＰ２を、加工時間の経過に伴い被加工物７０におけるパルスレーザ光の吸収が大きくなるように設定できる。よって、１つの波長でレーザ加工を行う場合と比べて、被加工物におけるパルスレーザ光の吸収が大きく、加工時間を減らし得る。

７．３ レーザ加工方法（２）
次に、図３８に基づき、他の２波長のレーザ光を出射するレーザ光源を含むレーザ加工装置を用いたレーザ加工方法について説明する。このレーザ加工方法は、レーザ光源１０として、図２１に示される２波長のレーザ光を出射する短パルスＣＯ_２レーザ光源を用いてもよい。

最初に、ステップ６０２（Ｓ６０２）において、制御部６０は、第１の波長λ１のパルスレーザ光の目標パルスエネルギＰ１ｔをＰ１ｉと設定し、第２の波長λ２のパルスレーザ光の目標パルスエネルギＰ２ｔを０と設定してもよい。

次に、ステップ６０４（Ｓ６０４）において、制御部６０は、第１の波長λ１のパルスレーザ光の目標パルスエネルギＰ１ｔ及び第２の波長λ２のパルスレーザ光の目標パルスエネルギＰ２ｔをレーザ光源１０に送信してもよい。このレーザ光源１０は、短パルスのＣＯ_２レーザ光源であってもよい。例えば、レーザ光源１０は、波長の範囲が９μｍ〜１０μｍの第１の波長λ１のパルスレーザ光と、波長の範囲が１０μｍ〜１１μｍの第２の波長λ２のパルスレーザ光の双方を出射してもよい。また、レーザ光源１０より出射されるパルスレーザ光は、パルス幅が３０ｎｓのパルスレーザ光であってもよい。

次に、ステップ６０６（Ｓ６０６）において、制御部６０は、パルス発振器６１において設定された繰返し周波数ｆに基づき発振トリガを出力してもよい。

次に、ステップ６０８（Ｓ６０８）において、制御部６０は、加工時間ｔのタイマをリセットした後、スタートさせてもよい。

次に、ステップ６１０（Ｓ６１０）において、制御部６０は、加工時間ｔをステップ６０８においてスタートさせたタイマにより測定してもよい。

次に、ステップ６１２（Ｓ６１２）において、制御部６０における記憶部６２より、第１の波長λ１のパルスレーザ光におけると加工時間ｔ、繰返し周波数ｆ、パルスエネルギＰ１との関係式Ｐ１＝Ｇ１（ｔ、ｆ）を読み出してもよい。また、制御部６０における記憶部６２より、第２の波長λ２のパルスレーザ光における加工時間ｔ、繰返し周波数ｆ、パルスエネルギＰ２との関係式Ｐ２＝Ｇ２（ｔ、ｆ）を読み出してもよい。関係式Ｐ１＝Ｇ１（ｔ、ｆ）は、例えば、第１の波長λ１のパルスレーザ光における加工時間ｔ、繰返し周波数ｆとパルスエネルギＰ１との関係の実験データ等から得てもよい。また、関係式Ｐ２＝Ｇ２（ｔ、ｆ）は、例えば、第２の波長λ２のパルスレーザ光における加工時間ｔ、繰返し周波数ｆとパルスエネルギＰ２との関係の実験データ等から得てもよい。具体的には、関係式Ｐ２＝Ｇ２（ｔ、ｆ）は、２波長で発信させた際に、被加工物７０における第２の波長λ２のパルスレーザ光の吸収が最大となるように実験データ等から得てもよい。関係式Ｐ１＝Ｇ１（ｔ、ｆ）における加工時間ｔとパルスエネルギＰ１との相関及び関係式Ｐ２＝Ｇ２（ｔ、ｆ）における加工時間ｔとパルスエネルギＰ２との相関は、図３９に示される相関であってもよい。即ち、第１の波長λ１のパルスレーザ光は、加工時間ｔの経過に伴いパルスエネルギＰ１が低下し、第２の波長λ２のパルスレーザ光は、加工時間ｔの経過に伴いパルスエネルギＰ２が増加してもよい。

次に、ステップ６１４（Ｓ６１４）において、制御部６０は、第１の波長λ１のパルスレーザ光の目標となるパルスエネルギＰ１ｔを加工時間ｔ、繰返し周波数ｆに基づき算出してもよい。また、制御部６０は、第２の波長λ２のパルスレーザ光の目標となるパルスエネルギＰ２ｔを加工時間ｔ、繰返し周波数ｆに基づき算出してもよい。パルスエネルギＰ１ｔは、ステップ６１２において読み出された関係式に基づきＰ１ｔ＝Ｇ１（ｔ、ｆ）より、パルスエネルギＰ２ｔは、ステップ６１２において読み出された関係式に基づきＰ２ｔ＝Ｇ２（ｔ、ｆ）より算出されてもよい。

次に、ステップ６１６（Ｓ６１６）において、制御部６０は、レーザ光源１０に、ステップ６１４において算出された吸収係数が最大となる目標となるパルスエネルギＰ１ｔ及びＰ２ｔを送信してもよい。

次に、ステップ６１８（Ｓ６１８）において、発振トリガに基づきレーザ光源１０よりパルスレーザ光が出射され、出射されたパルスレーザ光は、集光された後、被加工物７０であるシリカガラス基板に照射させてもよい。

次に、ステップ６２０（Ｓ６２０）において、制御部６０は、レーザ加工装置による加工を停止するか否かを判断してもよい。具体的には、所定の加工時間を超えたか否か、または、所定のパルス数を照射したか否かにより、レーザ加工装置による加工を停止するか否かを判断してもよい。所定の加工時間を超えた場合、または、所定のパルス数を照射した場合には、制御部６０は、レーザ加工装置による加工を停止する判断を行い、ステップ６２２に移行してもよい。また、所定の加工時間を超えていない場合、または、所定のパルス数を照射していない場合には、制御部６０は、レーザ加工装置による加工を継続する判断を行い、ステップ６１０に移行してもよい。

次に、ステップ６２２（Ｓ６２２）において、制御部６０は、発振トリガ信号の出力を停止してもよい。具体的には、ステップ６２０において、レーザ加工装置による加工を停止する旨の判断がなされているため、制御部６０は、発振トリガ信号の出力を停止してもよい。これにより、レーザ光源１０からのレーザ光の出射も停止させてもよい。

次に、ステップ６２４（Ｓ６２４）において、制御部６０は、被加工物７０であるシリカガラス基板の加工位置を変更するか否かの判断を行ってもよい。制御部６０において、被加工物７０であるシリカガラス基板の加工位置を変更する旨の判断がなされた場合には、ステップ６２６に移行してもよい。また、制御部６０において、被加工物７０であるシリカガラス基板の加工位置を変更しない旨の判断がなされた場合には、レーザ加工装置による加工を終了してもよい。

次に、ステップ６２６（Ｓ６２６）において、制御部６０は、ＸＹＺステージ５０を動かし、被加工物７０であるシリカガラス基板の加工位置、即ち、被加工物７０であるシリカガラス基板に、パルスレーザ光が照射される位置を移動させてもよい。

このレーザ加工方法では、レーザ光源１０より、２波長（λ１、λ２）におけるパルスレーザ光のパルスエネルギＰ１及びＰ２を、加工時間の経過に伴い被加工物７０におけるパルスレーザ光の吸収が大きくなるように設定し得る。よって、１つの波長でレーザ加工を行う場合と比べて、被加工物におけるパルスレーザ光の吸収が大きく、加工時間を減らし得る。

８．付記
付記（１）：
８μｍ〜１１μｍの波長範囲においてピークを有し、パルス幅が３０ｎｓ以下のパルスレーザ光を出射するレーザ光源と、
被加工物に前記パルスレーザ光を集光し照射する光学系と、
前記レーザ光源より出射される前記パルスレーザ光の繰返し周波数が２５ｋＨｚ以上となるように制御を行う制御部と、
を備えたレーザ加工装置。

付記（２）：
前記被加工物は、二酸化シリコンを含む材料により形成されている付記（１）に記載のレーザ加工装置。

付記（３）：
前記レーザ光源は、パルスレーザ光を出射するマスタオシレータと、前記マスタオシレータより出射されたパルスレーザ光の光強度を増幅する増幅器と、を備えている付記（１）または（２）に記載のレーザ加工装置。

付記（４）：
前記マスタオシレータは、８μｍから１１μｍの範囲のいずれかの波長を選択する波長選択素子を備えた量子カスケードレーザを備えており、
前記増幅器は、ＣＯ_２ガスをレーザ媒質とするものである付記（１）から（３）のいずれかに記載のレーザ加工装置。

付記（５）：
前記マスタオシレータは、ＣＯ_２ガスをレーザ媒質とするものであって、９μｍから１１μｍの範囲のいずれかの波長を選択する波長選択素子と、Ｑスイッチと、を備えており、
前記増幅器は、ＣＯ_２ガスをレーザ媒質とするものである付記（１）から（３）のいずれかに記載のレーザ加工装置。

付記（６）：
前記レーザ光源は、出射される前記パルスレーザ光の波長を８μｍ〜１１μｍの範囲において可変可能なものであって、
前記被加工物において前記パルスレーザ光が照射されている領域の温度を測定する温度測定部を備えており、
前記制御部は、前記測定部により測定された温度に対応する前記被加工物の吸収係数が最大となる波長を算出し、
前記レーザ光源は前記算出された波長のレーザ光を出射する付記（１）から（３）のいずれかに記載のレーザ加工装置。

付記（７）：
前記レーザ光源は、８μｍから１０μｍの範囲のいずれかの波長の第１のパルスレーザ光と、
１０μｍから１１μｍの範囲のいずれかの波長の第２のパルスレーザ光と、
を出射する付記（１）から（３）のいずれかに記載のレーザ加工装置。

付記（８）：
８μｍ〜１１μｍの波長範囲においてピークを有し、パルス幅が３０ｎｓ以下、繰り返し周波数が２５ｋＨｚ以上、２００ｋＨｚ以下のパルスレーザ光をレーザ光源より出射する工程と、
前記レーザ光源より出射された前記パルスレーザ光を、二酸化シリコンを含む材料により形成された被加工物に照射する工程と、
を含むレーザ加工方法。

付記（９）：
前記繰り返し周波数は、５０ｋＨｚ以上、２００ｋＨｚ以下である付記（８）に記載のレーザ加工方法。

付記（１０）：
前記繰り返し周波数は、１００ｋＨｚ以上、２００ｋＨｚ以下である付記（８）に記載のレーザ加工方法。

付記（１１）：
前記被加工物を４００℃以上、前記被加工物のガラス転位点以下に加熱する工程を含み、
前記被加工物への前記パルスレーザ光の照射は、前記被加工物を４００℃以上、前記被加工物のガラス転位点以下に加熱した状態で行われる付記（８）から（１０）のいずれかに記載のレーザ加工方法。

付記（１２）：
前記パルスレーザ光における最短のパルスの間隔が１０μｓ以下である付記（８）から（１１）のいずれかに記載のレーザ加工方法。

上記の説明は、制限ではなく単なる例示を意図している。従って、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく本開示の実施形態に変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。

本明細書及び添付の特許請求の範囲全体で使用される用語は、「限定的でない」用語と解釈されるべきである。例えば、「含む」又は「含まれる」という用語は、「含まれるものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。「有する」という用語は、「有するものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。また、本明細書、及び添付の特許請求の範囲に記載される不定冠詞「１つの」は、「少なくとも１つ」又は「１又はそれ以上」を意味すると解釈されるべきである。

本出願は、２０１２年１１月２０日に出願された日本国特許出願第２０１２−２５４４７５号に基づく優先権を主張するものであると共に日本国特許出願第２０１２−２５４４７５号の全体の内容はここに援用される。

１０ レーザ光源
２０ 光路管
３０ フレーム
４０ 光学系
４１ 第１の高反射ミラー
４２ 第２の高反射ミラー
４３ 第３の高反射ミラー
４４ レーザ集光光学部材
５０ ＸＹＺステージ
５１ テーブル
６０ 制御部
６１ パルス発振器
６２ 記憶部
７０ 被加工物
７１ 開口部
７１ａ 側壁
１１０ ＭＯ
１１１ ＭＯチャンバ
１１２ 高反射ミラー
１１３ ＭＯ電源
１１４ 出力結合ミラー
１１５ａ リア側ウインド
１１５ｂ フロント側ウインド
１１６ａ 電極
１１６ｂ 電極
１２０ Ｑスイッチ
１２１ 偏光子
１２２ ＥＯポッケルスセル
１２３ ＥＯ電源
１３０ ＰＡ
１３１ ＰＡチャンバ
１３３ ＰＡ電源
１３５ａ 入射ウインド
１３５ｂ 出射ウインド
１３６ａ 電極
１３６ｂ 電極
１４０ モニタモジュール
１４１ ビームスプリッタ
１４２ エネルギセンサ
１５０ レーザコントローラ

Claims (12)

1. ８μｍ〜１１μｍの波長範囲においてピークを有し、パルス幅が３０ｎｓ以下のパルスレーザ光を出射するレーザ光源と、
   被加工物に前記パルスレーザ光を集光し照射する光学系と、
   前記レーザ光源より出射される前記パルスレーザ光の繰返し周波数が２５ｋＨｚ以上となるように制御を行う制御部と、
   を備えたレーザ加工装置。
2. 前記被加工物は、二酸化シリコンを含む材料により形成されている請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. 前記レーザ光源は、パルスレーザ光を出射するマスタオシレータと、前記マスタオシレータより出射されたパルスレーザ光の光強度を増幅する増幅器と、を備えている請求項１に記載のレーザ加工装置。
4. 前記マスタオシレータは、８μｍから１１μｍの範囲のいずれかの波長を選択する波長選択素子を備えた量子カスケードレーザを備えており、
   前記増幅器は、ＣＯ_２ガスをレーザ媒質とするものである請求項１に記載のレーザ加工装置。
5. 前記マスタオシレータは、ＣＯ_２ガスをレーザ媒質とするものであって、９μｍから１１μｍの範囲のいずれかの波長を選択する波長選択素子と、Ｑスイッチと、を備えており、
   前記増幅器は、ＣＯ_２ガスをレーザ媒質とするものである請求項１に記載のレーザ加工装置。
6. 前記レーザ光源は、出射される前記パルスレーザ光の波長を８μｍ〜１１μｍの範囲において可変可能なものであって、
   前記被加工物において前記パルスレーザ光が照射されている領域の温度を測定する温度測定部を備えており、
   前記制御部は、前記測定部により測定された温度に対応する前記被加工物の吸収係数が最大となる波長を算出し、
   前記レーザ光源は前記算出された波長のレーザ光を出射する請求項１に記載のレーザ加工装置。
7. 前記レーザ光源は、８μｍから１０μｍの範囲のいずれかの波長の第１のパルスレーザ光と、
   １０μｍから１１μｍの範囲のいずれかの波長の第２のパルスレーザ光と、
   を出射する請求項１に記載のレーザ加工装置。
8. ８μｍ〜１１μｍの波長範囲においてピークを有し、パルス幅が３０ｎｓ以下、繰り返し周波数が２５ｋＨｚ以上、２００ｋＨｚ以下のパルスレーザ光をレーザ光源より出射する工程と、
   前記レーザ光源より出射された前記パルスレーザ光を、二酸化シリコンを含む材料により形成された被加工物に照射する工程と、
   を含むレーザ加工方法。
9. 前記繰り返し周波数は、５０ｋＨｚ以上、２００ｋＨｚ以下である請求項８に記載のレーザ加工方法。
10. 前記繰り返し周波数は、１００ｋＨｚ以上、２００ｋＨｚ以下である請求項８に記載のレーザ加工方法。
11. 前記被加工物を４００℃以上、前記被加工物のガラス転位点以下に加熱する工程を含み、
    前記被加工物への前記パルスレーザ光の照射は、前記被加工物を４００℃以上、前記被加工物のガラス転位点以下に加熱した状態で行われる請求項８に記載のレーザ加工方法。
12. 前記パルスレーザ光における最短のパルスの間隔が１０μｓ以下である請求項８に記載のレーザ加工方法。