TW201111084A - Laser machining device and laser machining method - Google Patents
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Description
201111084 六、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明,是有關於在加工對象物形成改質領域用的雷 射加工裝置及雷射加工方法。 【先前技術】 習知的雷射加工裝置,已知是藉由將彼此之間波長不 同的第1及第2雷射光集光在加工對象物,將加工對象物切 斷。例如下述專利文獻1的雷射加工裝置,是使用第1紫外 光波長的第1放射脈衝及比第1紫外光波長更長的第2紫外 光波長的第2放射脈衝將基板的一部分切除。且,例如下 述專利文獻2的雷射加工裝置,是使用雷射光的振盪波及 其高調波將加工對象物切斷。 且,近年來,例如下述專利文獻3的雷射加工裝置, 是使脈衝雷射光集光在加工對象物,在加工對象物的內部 沿著切斷預定線形成複數改質點,藉由複數改質點形成改 質領域。 [先行技術文獻] [專利文獻] [專利文獻1]日本特開平2_ 1 8 23 8 9號公報 [專利文獻2]曰本專利第26〇4395號公報 [專利文獻3]曰本特開2〇〇43379〇3號公報 201111084 【發明內容】 (本發明所欲解決的課題) 在此,在如上述的雷射加工裝置中,被要求提高改質 點的控制性。即被期望例如對應加工對象物的厚度和材質 等,精度佳控制改質點的大小和從改質點發生的龜裂的長 度(以下只是稱爲「龜裂長度」)。 在此,本發明的課題是提供一種雷射加工裝置及雷射 加工方法,可以提高改質點的控制性。 (用以解決課題的手段) 爲了解決上述課題,本發明的雷射加工裝置,是將複 數脈衝雷射光集光在加工對象物,在加工對象物的內部沿 著切斷預定線形成複數改質點,藉由複數改質點形成改質 領域,其特徵爲,具備:將具有第1波長的第1脈衝雷射光 射出的第1雷射光源;及將具有與第1波長不同的第2波長 的第2脈衝雷射光射出的第2雷射光源;及使第1脈衝雷射 光的偏光方向變化的第1的1/2波長板;及使第2脈衝雷射 光的偏光方向變化的第2的I/2波長板;及偏光分離手段, 使由第1的1/2波長板使偏光方向變化的第1脈衝雷射光、 及由第2的1/2波長板使偏光方向變化的第2脈衝雷射光偏 光分離;及集光透鏡,使由偏光分離手段被偏光分離的第 1及第2脈衝雷射光集光在加工對象物;及光強度控制手段 ,藉由使在第1及第2的I/2波長板變化的第1及第2脈衝雷 射光的偏光方向可變,來控制第1及第2脈衝雷射光的強度 -6' 201111084 且,本發明的雷射加工裝置,是將複數脈衝雷射光集 光在加工對象物,在加工對象物的內部沿著切斷預定線形 成複數改質點,藉由複數改質點形成改質領域,其特徵爲 ,具備:將具有第1波長的第1脈衝雷射光射出的第1雷射 光源;及第1脈衝雷射光被入射,使該第1脈衝雷射光及具 有與第1波長不同的第2波長的第2脈衝雷射光射出的非線 形光學結晶;及使第1脈衝雷射光的偏光方向變化的第1的 1/2波長板;及使第2脈衝雷射光的偏光方向變化的第2的 1/2波長板;及偏光分離手段,由第1的1/2波長板使偏光 方向變化的第1脈衝雷射光、和由第2的1 /2波長板使偏光 方向變化的第2脈衝雷射光偏光分離;及集光透鏡,將由 偏光分離手段被偏光分離第1及第2脈衝雷射光集光在加工 對象物;及光強度控制手段,藉由使由第1及第2的I/2波 長板變化的第1及第2脈衝雷射光的偏光方向可變,來控制 第1及第2脈衝雷射光的強度。 在如此的本發明中,藉由光強度控制手段使由第1及 第2的1/2波長板變化的第1及第2脈衝雷射光的偏光方向可 變的話,由偏光分離手段偏光分離的第1及第2脈衝雷射光 的比率就可變。其結果,第i及第2脈衝雷射光的強度各別 被調整。因此’例如第1及第2脈衝雷射光的脈衝寬度不會 大變更,第1及第2脈衝雷射光的強度就可各別所期地被控 制。因此,可以精度佳地形成改質點的大小和龜裂長度最 佳品質的改質點。即,依據本發明,可提高改質點的控制 201111084 性。 在此,具備脈衝寬度控制手段,可控制從第1雷射光 源被射出的第1脈衝雷射光的脈衝寬度,脈衝寬度控制手 段,是藉由變更第1脈衝雷射光的脈衝寬度,從非線形光 學結晶使第2脈衝雷射光不被射出的方式使非線形光學結 晶的高調波變換效率下降較佳。此情況,只有將第1脈衝 雷射光集光在加工對象物就可形成改質點。 且,具備同軸化手段,可將第1及第2脈衝雷射光同軸 化較佳。此情況,第1及第2脈衝雷射光的光學系的構成可 以簡易化。 且,偏光分離手段,也有包含:將由第1的1/2波長板 使偏光方向變化的第1脈衝雷射光偏光分離的第1偏光光束 分配器、及將由第2的I/2波長板使偏光方向變化的第2脈 衝雷射光偏光分離的第2偏光光束分配器。 且,在光強度控制手段中,第1脈衝雷射光的強度的 可控制寬度是比第2脈衝雷射光的強度的可控制寬度更大 較佳。此情況,品質佳的改質點可以最佳地形成於加工對 象物。 且’光強度控制手段,是使第1脈衝雷射光的強度, 在只有將第1脈衝雷射光集光在加工對象物的情況時,比 形成有改質點的強度門檻値更小的方式進行控制較佳。此 情況,有關改質點的形成,第2脈衝雷射光是作爲主要的 脈衝雷射光作用’並且第1脈衝雷射光是作爲補助的脈衝 雷射光作用。且’第1脈衝雷射光可對於第2脈衝雷射光無 201111084 不良影響的方式最佳地作用。其結果,可以將品質佳的改 質點形成於加工對象物。 且,本發明的雷射加工裝置’是將複數脈衝雷射光集 光在加工對象物,在加工對象物的內部沿著切斷預定線形 成複數改質點,藉由複數改質點形成改質領域,其特徵爲 ,具備:將具有第1波長的第1脈衝雷射光射出的第1雷射 光源;及將具有與第1波長不同的第2波長的第2脈衝雷射 光射出的第2雷射光源;及集光透鏡,將第1及第2脈衝雷 射光集光在加工對象物:第1脈衝雷射光的強度,是在只 有將第1脈衝雷射光集光在加工對象物的情況時,比形成 有改質點的強度門檻値更小。 且,本發明的雷射加工裝置,是將複數脈衝雷射光集 光在加工對象物,在加工對象物的內部沿著切斷預定線形 成複數改質點,藉由複數改質點形成改質領域,其特徵爲 ,具備:將具有第1波長的第1脈衝雷射光射出的第1雷射 光源;及非線形光學結晶,使第1脈衝雷射光被入射,將 該第1脈衝雷射光及具有與第1波長不同的第2波長的第2脈 衝雷射光射出;及集光透鏡’使第1及第2脈衝雷射光集光 在加工對象物:第1脈衝雷射光的強度,是在只有將第1脈 衝雷射光集光在加工對象物的情況時,比形成有改質點的 強度門檻値更小。 且’本發明的雷射加工方法,是將複數脈衝雷射光集 光在加工對象物,在加工對象物的內部沿著切斷預定線形 成複數改質點,藉由複數改質點形成改質領域,其特徵爲 -9- 201111084 :包含將具有第1波長的第1脈衝雷射光、及具有與第1波 長不同的第2波長的第2脈衝雷射光由集光透鏡集光在加工 對象物的過程;在過程中,使第1脈衝雷射光的強度,在 只有將第1脈衝雷射光集光在加工對象物的情況時,比形 成有改質點的強$門檻値更小。 在如此的本發明中,第1及第2脈衝雷射光是被集光在 加工對象物而形成複數改質點,藉由這些改質點形成改質 領域。此時,第1脈衝雷射光的強度,是在只有將第1脈衝 雷射光集光在加工對象物的情況時比形成有改質點的強度 門檻値更小。因此,此情況,有關改質點的形成,第2脈 衝雷射光是作爲主要的脈衝雷射光作用,並且第1脈衝雷 射光是作爲補助的脈衝雷射光作用。且,第1脈衝雷射光 ,是對於第2脈衝雷射光無不良影響的方式最佳地作用。 其結果,可以將品質佳的改質點形成於加工對象物。 且,第1脈衝雷射光的波長,是具有比第2脈衝雷射光 的波長更長的情況。 [發明的效果] 依據本發明,可提高改質點的控制性。 【實施方式】 以下,對於本發明的最佳的實施例,參照圖面詳細說 明。又,在各圖中對於同一或相當要素中附加同一符號, 並省略重複說明。 -10- 201111084 在本實施例的雷射加工裝置及雷射加工方法中,使複 數脈衝雷射光同時集光在加工對象物,在加工對象物的內 部沿著切斷預定線形成複數改質點,藉由這些複數改質點 ,形成成爲切斷起點的改質領域。在此,首先,對於改質 領域的形成,參照第1圖〜第5圖說明。 如第1圖所示,在加工對象物1中,設定將加工對象物 1切斷用的切斷預定線5。切斷預定線5,是朝直線狀延伸 的假想線》在加工對象物1的內部形成改質領域的情況, 如第2圖所示,在加工對象物1的內部對準集光點P的狀態 下,使雷射光L沿著切斷預定線5 (即朝第1圖的箭頭A方 向)相對地移動。由此,如第3圖〜第5圖所示,改質領域 7就會沿著切斷預定線5形成於加工對象物1的內部,使沿 著切斷預定線5被形成的改質領域7成爲切斷起點領域8。 加工對象物1,是使用半導體材料和壓電材料等,在 此是使用玻璃基板。又,集光點P,是雷射光L集光處。且 ,切斷預定線5,不限定於直線狀曲線狀也可以,不限定 於假想線而加工對象物1的表面3實際劃出的線也可以。且 ,改質領域7,也有連續形成的情況,也有間斷地形成的 情況。且,改質領域7是列狀或點狀也可以,即改質領域7 只要是形成於至少加工對象物1的內部即可。且,也具有 以改質領域7爲起點形成龜裂的情況,龜裂及改質領域7, 是露出加工對象物1的外表面(表面、背面或外周面)也 可以。 順便,在此的雷射光L,是透過加工對象物1並且特別 -11 - 201111084 在加工對象物1的內部的集光點附近被吸收,由此 工對象物1形成有改質領域7 (即內部吸收型雷射加 因此’在加工對象物1的表面3中雷射光L幾乎未被 加工對象物1的表面3不會被熔融。一般,形成有校 被熔融且被除去的如孔和溝等的除去部(表面吸收 加工)的情況,加工領域是從表面3側漸漸地朝背 行。 但是在本實施例形成的改質領域,是指密度、 、機械強度和其他的物理的特性成爲與周圍不同的 領域。改質領域,是具有例如熔融處理領域、龜裂 絕緣破壞領域、曲折率變化領域等,也有這些混合 。進一步,改質領域,具有:在加工對象物的材料 領域的密度與非改質領域的密度相比較有變化的領 形成有格子缺陷的領域(也將這些總稱爲高密度轉 )° 且,熔融處理領域和曲折率變化領域、及改質 密度與非改質領域的密度相比較有變化的領域、及 格子缺陷的領域,也有在那些領域的內部' 和改質 非改質領域之間的界面內包龜裂(破裂、微龜裂) 。被內包的龜裂具有橫跨改質領域的全面的情況、 形成於一部分和複數部分的情況° 且,在本實施例中,藉由沿著切斷預定線5形 改質點(加工痕)’而形成改質領域7。改質點, 衝雷射光的1脈衝的照射(即1脈衝的雷射照射)而 ,在加 工)。 吸收, 兰表面3 型雷射 面側進 曲折率 狀態的 領域、 的領域 中改質 域、和 移領域 領域的 形成有 領域及 的情況 及只有 成複數 是由脈 形成的 -12- 201111084 改質部分,改質點是藉由集中而成爲改質領域7。改質點 ,可舉例:龜裂束點、熔融處理束點或曲折率變化束點, 或是混合這些的至少1個者等。 對於此改質點,考慮所要求的切斷精度、所要求的切 斷面的平坦性、加工對象物的厚度、種類、結晶方位等, 適宜控制其大小和發生的龜裂的長度(以下也稱爲「龜裂 長度」)較佳。 即,改質點過大及龜裂長度是過長的話,改質點大小
I 和龜裂長度的參差不一(差異)會變大,沿著切斷預定線 5的加工對象物1的切斷的精度會變差。且,加工對象物1 的切斷面的凹凸因爲變大,所以該切斷面的平坦性變差。 另一方面,改質點極度過小的話,加工對象物的切斷成爲 困難。 對於此,若將改質點的大小及龜裂長度適切形成的話 ,就可以將這些均一地形成且可抑制從切斷預定線5偏離 。進一步,可以提高沿著切斷預定線5的加工對象物1的切 斷精度和切斷面的平坦性。 第6圖,是說明脈衝雷射光的強度及改質點的關係用 的圖。如第6圖所示,改質點S,可以藉由調節脈衝雷射光 的強度(電源(動力功率))進行控制。具體而言,減小 脈衝雷射光的強度的話,可以控制減小改質點S的大小和 龜裂C的長度。另一方面,加大脈衝雷射光的強度的話, 可以控制加大改質點S的大小和龜裂C的長度。又,脈衝 雷射光的強度,是例如可以由對於每1脈衝的尖峰電源( -13- 201111084 動力功率)密度、每1脈衝的能量(J)或每1脈衝的能量 乘上脈衝雷射光的頻率的平均輸出(W)顯示° 且,在此,由波長爲1 064nm的脈衝雷射光(以下稱 爲第1脈衝雷射光)單獨集光在加工對象物1的情況’其第 1脈衝雷射光的強度是強度門檻値α以上時,形成改質點 si。且,例如,由波長比第1脈衝雷射光更短的波長 532 nm的脈衝雷射光(以下稱爲第2脈衝雷射光)單獨集 光在加工對象物1的情況,其第2脈衝雷射光的強度是強度 門檻値々以上時,形成改質點S2。 又,其中一例,是強度門檻値α爲1 5 // J,強度門檻 値/3爲6 ν J的情況。強度門檻値,是由該強度在加工對象 物1形成改質點的雷射光的強度。順便,在此的改質點S的 形成,是意圖使構成成爲切斷起點的改質領域的改質點適 切地形成(以下相同)。 且,將第1及第2脈衝雷射光同時集光在加工對象物1 的情況.,比將第1及第2脈衝雷射光單獨集光時強度更小時 ,也會形成改質點S 3。且,此改質點S3,是與將超短脈衝 (例如數psec等)的脈衝雷射光集光在加工對象物而形成 的改質點具有同樣的特徵,即,具有由比較小的改質點使 龜裂C的長度適切(使半切斷或是全切斷發生)的特徵。 第7圖’是顯示使用第1及第2脈衝雷射光形成於加工 對象物的改質點的例的圖。圖中的各照片,是顯示形成有 改質點S的加工對象物1的擴大平面圖。在此,第1及第2脈 衝雷射光的脈衝間距爲5〇/zm’將其偏光方向作爲掃描方 "14- 201111084 向(圖中的上下方向)。且,強度爲OyJ時的第1脈衝雷 射光不會集光在加工對象物1 (即第2脈衝雷射光單獨照射 )的意思。強度爲0以J時的第2脈衝雷射光不會集光在加 工對象物1 (即第1脈衝雷射光單獨照射)的意思。又,加 工對象物1,是使用載玻片(slide glass )。 如第7圖所示,第2脈衝雷射光的強度爲〇 J時,無法 在加工對象物形成改質點S,成爲不可加工。且,第2脈衝 雷射光的強度爲6 J以下時,無法連續精度佳地形成改質 點S,會產生所謂落空(miss )的現象。特別是,第2脈衝 雷射光的強度爲4#J時,依據第1脈衝雷射光的強度(第1 脈衝雷射光的強度爲〇〜lOAJ時),落空現象會變大。因 此,可知控制第2脈衝雷射光的強度的話,特別可以抑制 落空現象。即,比第1脈衝雷射光的波長短的波長的第2脈 衝雷射光,在改質點S的形成中是作爲主要素使用。 且,可知隨著第1脈衝雷射光的強度變大的話,改質 點S的大小會變大,龜裂C也會多數發生,龜裂長度也會 變長。因此可知,控制第1脈衝雷射光的強度的話’特別 可以調整改質點S的大小。且,第1脈衝雷射光的雷射強度 ,是藉由在比其雷射光中的加工對象物1的強度門檻値( 將該雷射光單獨照射的情況的加工對象物1的強度門檻値 )更小的強度的範圍使用,就容易進行改質點S的大小的 控制。 [第1實施例] -15- 201111084 接著’說明本發明的第1實施例。第8圖,是顯示本發 明的第1實施例的雷射加工裝置的槪略構成圖。如第8圖所 示,雷射加工裝置100,具備:將有關於第1及第2脈衝雷 射光的光學系收容的框體111、及將第1及第2脈衝雷射光 集光在加工對象物1的集光透鏡112、及將使由集光透鏡 1 12被集光的脈衝雷射光LI、L2被照射的加工對象物1支撐 用的支撐台113、及將支撐台113朝X、Y、Z軸方向移動用 的平台114、及控制平台114的移動用的平台控制部115» 且,雷射加工裝置1 00,是爲了精度佳地將脈衝雷射 光LI' L2集光在加工對象物1的內部的預定位置而形成改 質領域7,而具備自動對焦組件1 1 6。由此,在雷射加工裝 置100中,例如從加工對象物1的表面3和背面被集光在一 定位置的方式使脈衝雷射光LI、L2被控制。 第9圖,是顯示第8圖的雷射加工裝置的要部的槪略構 成圖。如第9圖所示,雷射加工裝置100,具備:第1及第2 脈衝雷射光源101、102、及雷射光源控制部103、及1/2波 長板104、105、及偏光光束分配器106、107» 第1脈衝雷射光源(第.1雷射光源)101,是由例如波 長1 06411111將脈衝寬度23113^的第1脈衝雷射光(第1脈衝雷 射光)L1射出。第2脈衝雷射光源(第2雷射光源)102, 是比第1脈衝雷射光L1更短的波長也就是脈衝雷射光,由 例如波長532nm將脈衝寬度15 nsec的第2脈衝雷射光(第2 脈衝雷射光)L2射出。且,在此的各脈衝雷射光源1 〇 1、 1〇2,是將偏光方向爲紙面上下方向的脈衝雷射光LI、L2 -16- .201111084 各別射出。脈衝雷射光源1 〇 1、1 02,可以使用例如纖維雷 射等。 雷射光源控制部103,是與第1脈衝雷射光源101連接 ,調節從該第1脈衝雷射光源101被射出的脈衝雷射光L1的 脈衝寬度和脈衝時間點等。且,雷射光源控制部1 〇3,也 與第2脈衝雷射光源102連接,調節脈衝雷射光L2的脈衝時 間點等。且,藉由雷射光源控制部1 03,各別控制脈衝雷 射光源1 01、1 02的各雷射光的脈衝時間點的調整。 1/2波長板104、105,是在各脈衝雷射光LI、L2的光 軸(光路)中各別被配置於脈衝雷射光源101、102的後段 。1/2波長板(第1的1/2波長板)104,是使從第1脈衝雷 射光源101被射出的第1脈衝雷射光L1的偏光方向變化。 1/2波長板(第2的1/2波長板)105,是使從第2脈衝雷射 光源102被射出的第2脈衝雷射光L2的偏光方向變化。 偏光光束分配器(第1偏光光束分配器)106,是在第 1脈衝雷射光L1的光軸中被配置於1/2波長板104的後段。 此偏光光束分配器106,是偏光分離由1/2波長板104使偏 光方向變化的第1脈衝雷射光L1。具體而言,偏光光束分 配器106,是讓第1脈衝雷射光L1之中的紙面上下方向的偏 光方向成分透過,並且讓紙面垂直方向的偏光方向成分反 射。 偏光光束分配器(第2偏光光束分配器)107,是在第 2脈衝雷射光L2的光軸中被配置於1/2波長板105的後段。 此偏光光束分配器107,是偏光分離由1/2波長板105使偏 -17- 201111084 光方向變化的第2脈衝雷射光L2。具體而言,偏光光束分 配器107,是讓第2脈衝雷射光L2之中的紙面上下方向的偏 光方向成分透過,並且是讓紙面垂直方向的偏光方向成分 反射。 且,雷射加工裝置1〇〇,是進一步具備光強度控制部 1 2 1。光強度控制部1 2 1,是藉由致動器等各別控制1 /2波 長板104、105的旋轉角,各別使由1/2波長板104、10 5變 化的脈衝雷射光L 1、L2的偏光方向可變。 在此光強度控制部121中,使由1/2波長板104變化的 第1脈衝雷射光L1的偏光方向可變域,是比由1/2波長板 105變化使第2脈衝雷射光L2的偏光方向可變域更大。因此 ,在光強度控制部121中,第1脈衝雷射光L1的強度的可控 制寬度是成爲比第2脈衝雷射光L2的強度的可控制寬度更 大。 對於使用如以上構成的雷射加工裝置1 〇〇的雷射加工 方法,一邊參照第10圖所示的流程圖一邊說明。 在本實施例的雷射加工裝置100中,如第8、9圖所示 ,首先,在玻璃基板或藍寶石基板也就是加工對象物1的 背面21貼附擴展帶,將加工對象物1載置在平台Π4上。接 著,將表面3作爲雷射光照射面將集光點P對準在加工對象 物1的內部,從脈衝雷射光源1 0 1、1 02各別將脈衝雷射光 LI、L2同時照射。此時,藉由雷射光源控制部1 〇3,使脈 衝雷射光L 1、L2的各脈衝的至少一部分彼此之間重疊的 方式控制脈衝時間點。 •18- 201111084 從第1脈衝雷射光源1 〇 1被射出的第1脈衝雷射光L1 ’ 是通過1/2波長板104被偏光調整後,藉由偏光光束分配器 106被偏光分離(S2、S3)。且,透過偏光光束分配器106 的第1脈衝雷射光L1,是藉由分色鏡108〜110依序被反射 ,並被入射至集光透鏡112。 且,從第2脈衝雷射光源1 02被射出的第2脈衝雷射光 L2,是通過1/2波長板105被偏光調整後,藉由偏光光束分 配器107被偏光分離(S2、3)。且,透過偏光光束分配器 107的第2脈衝雷射光L2,是通過分色鏡109被作成及第1脈 衝雷射光L1同軸,在此同軸的狀態下藉由分色鏡11〇被反 射,並入射至集光透鏡112。由此,在將掃描方向作爲偏 光方向的狀態下’脈衝雷射光LI、L2被集光在加工對象 物1的內部(S4)。又,分色鏡110,爲了觀察加工對象物 1 ’最好讓由加工對象物1反射的光透過並由照相機裝置( 未圖示)觀察的情況時使用,無此照相機裝置的情況時, 只是反射鏡子也無妨。 與這種脈衝雷射光LI、L2的照射一起將平台114驅動 ’將加工對象物1對於脈衝雷射光LI、L2沿著切斷預定線 5相對移動(掃描)’在加工對象物1的內部形成複數沿著 切斷預定線5的改質點S ’藉由這些的改質點s形成改質領 域7(S5、S6)。其後,藉由將擴展帶擴張,將改質領域7 作爲切斷的起點’沿著切斷預定線5將加工對象物1切斷。 在此’本實施例的雷射加工裝置i 00具備光強度控制 部121。因此’在雷射加工裝置1〇〇中’使此光強度控制部 201111084 121作動,藉由使通過1/2波長板104、105的脈衝雷射光Ll 、L2的偏光方向可變,就可以使由偏光光束分配器106、 107偏光分離的脈衝雷射光Ll、L2的比率可變。其結果, 在脈衝雷射光Ll、L2,使透過偏光光束分配器106、107 的偏光方向成分的比率各別適宜地被調整。因此,由集光 透鏡112被集光的脈衝雷射光Ll、L2的強度,可各別被調 整成所期的強度。 此點,如習知的雷射加工裝置,將例如脈衝雷射光L 1 、L2的輸入調整來控制強度的情況,在脈衝雷射光源1 〇 1 、102的構成上,欲加大其輸入範圍調整是困難的。 對於此,在本實施例中,如上述,脈衝雷射光L1、 L2的輸入範圍不需大變更,就可以如所期地各別控制脈衝 雷射光Ll、L2的強度。因此,依據本實施例,其大小和 龜裂長度品質最佳的改質點S可精度佳地形成在加工對象 物1,可以提高改質點S的控制性。 特別是,在本實施例中,如上述,藉由將具有不同波 長的2個脈衝雷射光Ll、L2同時集光使形成改質點S。因 此’與將各脈衝雷射光Ll、L2的任一單獨集光來形成改 質點S的情況時相比,可減少脈衝雷射光的總強度(第6圖 參照)。 且,習知,將脈衝雷射光Ll、L2的任一單獨集光來 形成改質點S的情況,其脈衝寬度有需要成爲超短脈衝( 例如數psec ),脈衝雷射光源有需要特殊的雷射光源。對 於此,在本實施例中,可以減少脈衝雷射光Ll、L2的脈 "20 - ♦ ♦201111084 衝寬度極小化的需要性,甚至特殊的雷射光源的需要性, 可使用通常一般的雷射光源。因此,可低成本化,且可以 提高信賴性及泛用性。 且,通常,欲將脈衝雷射光Ll、L2同時集光使精度 佳地形成改質點S的情況,使第1脈衝雷射光L1的強度比第 2脈衝雷射光L2的強度更大較佳(第7圖參照)。此點,在 本實施例中,如上述,第1脈衝雷射光L 1的強度的可控制 寬度是成爲比第2脈衝雷射光L2的強度的可控制寬度更大 。因此,可以進行適應形成改質點S時的脈衝雷射光L 1、 L2的強度關係最佳的雷射加工,可將品質佳的改質點S最 佳地形成於加工對象物1。 且,在本實施例中,如上述,因爲將脈衝雷射光L1、 L2同軸化,所以脈衝雷射光L 1、L2的光學系的構成可以 簡易化。 又,第2脈衝雷射光L2,是如上述使用作爲改質點S的 形成的主要素,如本實施例,第2脈衝雷射光L2的脈衝寬 度是比第1脈衝雷射光L1的脈衝寬度更小較佳。 但是在本實施例中,照射脈衝雷射光LI、L2並集光 在加工對象物1時,使光強度控制部121及雷射光源控制部 1 03的至少一方作動,使第1脈衝雷射光L 1的強度比強度門 檻値α (第6圖參照)更小也可以。 具體而言,第1脈衝雷射光L1的強度,在只有將第1脈 衝雷射光L1集光在加工對象物1的情況時,成爲比形成改 質點S的強度門檻値α更小也可以。換言之,第1脈衝雷射 £ -21 - 201111084 光L1的強度,在將第1脈衝雷射光L1單獨集光在加工對象 物1時,成爲不形成改質點S的預定的強度範圍內也可以。 此情況,有關改質點S的形成,第2脈衝雷射光L2是作 爲主要的脈衝雷射光作用,並且第1脈衝雷射光L1是作爲 補助的脈衝雷射光作用。且,第1脈衝雷射光L1,是成爲 對於第2脈衝雷射光L2無不良影響的方式最佳地作用。其 結果,可以將品質佳的改質點S形成於加工對象物1。即, 此情況,可進行使多波長同時照射的脈衝雷射光LI、L2 最佳協動的優異的雷射加工》 在此,一般將脈衝雷射光集光使加工對象物1的內部 形成改質點S的情況,依據加工對象物1的種類等,所要求 的脈衝雷射光的波長、脈衝寬度、尖峰電源(動力功率) 等不同。例如,在矽基板也就是加工對象物1形成改質點S 的情況,將脈衝雷射光的波長作爲l〇64nm使脈衝寬度較 長(100〜200nsec )較佳。且,如本實施例在玻璃基板和 藍寶石基板也就是加工對象物1形成改質點S的情況,減小 脈衝雷射光的脈衝寬度並提高強度(尖峰能量)較佳。 此點,本實施例的雷射加工裝置100,不只是可在如 上述玻璃基板和藍寶石基板等的加工對象物1精度佳形成 改質點S,且也可以在矽基板也就是加工對象物1精度佳地 形成改質點S。具體而言,在第2脈衝雷射光L2的光軸上設 置濾波器等使第2脈衝雷射光L2不被集光在加工對象物1。 並且將例如脈衝寬度200nSeC的第1脈衝雷射光L1集光在加 工對象物1。 -22- 201111084 因此,在本實施例中’可以由1台的雷射加工裝置100 兼用各種基板的加工用裝置。且,對於矽基板及玻璃基板 的貼配合基板等的加工對象物1,也可容易由1台的雷射加 工裝置100對應。 以上,在本實施例中,偏光光束分配器106、107是構 成偏光分離手段,光強度控制部1 2 1是構成光強度控制手 段。且,分色鏡108、109是構成同軸化手段,雷射光源控 制部1 03是構成脈衝寬度控制手段。
I
[第2實施例] 接著,說明本發明的第2實施例。又,在本實施例的 說明中,主要說明與上述第1實施例不同的點。 第11圖,是顯示本發明的第2實施例的雷射加工裝置 的要部的槪略構成圖。如第11圖所示,本實施例的雷射加 工裝置200中與上述雷射加工裝置100不同的點,是取代偏 光光束分配器106、107 (第9圖參照)而具備偏光光束分 配器201,並且進一步具備1/2波長板2 02的點。 偏光光束分配器(第1及第2偏光光束分配器)201, 是在第1脈衝雷射光L1的光軸中被配置於1/2波長板104的 後段,且在第2脈衝雷射光L2的光軸被配置於1/2波長板 105的後段。此偏光光束分配器201,是對應2波長者,用 來偏光分離由1/2波長板104使偏光方向變化的第1脈衝雷 射光L1、及由1/2波長板105使偏光方向變化的第2脈衝雷 射光L2。 -23- 201111084 具體而言,偏光光束分配器201,是讓第1脈衝雷射光 L1之中的紙面上下方向的偏光方向成分直接透過,並且讓 紙面垂直方向的偏光方向成分反射。且,讓第2脈衝雷射 光L2之中的紙面上下方向的偏光方向成分與第1脈衝雷射 光L1同軸地透過,並且讓紙面垂直方向的偏光方向成分反 射。 1/2波長板2 02,是在第1脈衝雷射光L1的光軸中被配 置於偏光光束分配器201的後段。此1/2波長板202,是使 由偏光光束分配器201被反射第1脈衝雷射光L1的偏光方向 變化,並且將透過偏光光束分配器201的第2脈衝雷射光L2 直接透過。在此,1/2波長板202,是使第1脈衝雷射光L1 中的紙面垂直方向的偏光方向,朝紙面上下方向的偏光方 向變’化。 在如此構成的雷射加工裝置200中,從第1脈衝雷射光 源101被射出的第1脈衝雷射光L1,是通過1/2波長板104被 偏光調整後,由分色鏡203被反射,藉由偏光光束分配器 201被偏光分離。且,由偏光光束分配器201被反射的第1 脈衝雷射光L1,是通過1/2波長板2 02被偏光調整,由分色 鏡110被反射後,入射至集光透鏡112。 且,從第2脈衝雷射光源102被射出的第2脈衝雷射光 L2,是通過1/2波長板105被偏光調整後,藉由偏光光束分 配器201被偏光分離。且,透過偏光光束分配器201的第2 脈衝雷射光L2,是被作成與第1脈衝雷射光L1同軸,在此 同軸的狀態下讓W2波長板202直接通過。其後,藉由分色 -24 - 201111084 鏡110被反射,入射至集光透鏡112。由此,在掃描方向爲 偏光方向的狀態下,使脈衝雷射光LI、L2被集光在加工 對象物1的內部。 以上,在本實施例,也可達成提高改質點S的控制性 的與上述效果同樣的效果。且,本實施例也與上述第1實 施例同樣,由1台的雷射加工裝置2 00就可以兼用作爲各種 基板的雷射加工裝置。 以上,在本實施例中,偏光光束分配器20 1是構成偏 光分離手段,偏光光束分配器201及分色鏡203是構成同軸 化手段。 [第3實施例] 接著,說明本發明的第3實施例。又,在本實施例的 說明中,主要說明與上述第1實施例不同的點。 第12圖,是顯示本發明的第3實施例的雷射加工裝置 的要部的槪略構成圖。如第12圖所示,本實施例的雷射加 工裝置300,是對於具備2個脈衝雷射光源101、102的上述 雷射加工裝置1 00,主要是脈衝雷射光源爲1個的點相異。 具體而言,雷射加工裝置300,未具備第2脈衝雷射光源 1 〇 2,而是進一步具備非線形光學結晶3 0 1。 非線形光學結晶301,是進行脈衝雷射光L1的波長變 換者,在此,使用KTP結晶作爲使光高調波發生的第2高 調波發生元件(SHG結晶)。 此非線形光學結晶3 0 1,具體而言,若作爲基本波的 -25- 201111084 波長1 064nm的第1脈衝雷射光L1被入射的話,將作爲第2 高調波的波長5 3 2nm的第2脈衝雷射光L2與第1脈衝雷射光 L 1同軸地射出。在此的非線形光學結晶3 0 1,是藉由使對 於紙面朝上下方向45°傾斜的方向的偏光方向的第1脈衝雷 射光L1被入射,將此第1脈衝雷射光L1及紙面垂直方向的 偏光方向的第2脈衝雷射光L2同軸地射出。 且,在第1脈衝雷射光L1的光軸中在非線形光學結晶 301的前段中,設有使第1脈衝雷射光L1的偏光方向變化的 1/2波長板302。此I/2波長板302,是將入射至1/2波長板 302的第1脈衝雷射光L1的紙面上下方向的偏光方向,使在 對於紙面朝上下方向45°傾斜的方向朝偏光方向變化。 藉由此雷射加工裝置3 00在玻璃基板和藍寶石基板也 就是加工對象物1的內部形成改質點S的情況,從第1脈衝 雷射光源1〇1被射出的第1脈衝雷射光L1,是通過1/2波長 板302被偏光調整後,被入射至非線形光學結晶301並被波 長變換。且,從非線形光學結晶301使脈衝雷射光LI、L2 同軸地被射出。 從非線形光學結晶301被射出的第1脈衝雷射光L1,是 通過分色鏡3 03,通過1/4波長板144將橢圓偏光直線偏光 地調整,通過1/2波長板104被偏光調整後,藉由偏光光束 分配器106被偏光分離。且,透過偏光光束分配器106的第 1脈衝雷射光L1,是藉由分色鏡118〜109依序被反射,並 入射至集光透鏡112。 從非線形光學結晶301被射出的第2脈衝雷射光L2,是 -26- 201111084 藉由分色鏡3〇3、3〇4依序被反射,通過i/2波長板i〇5被偏 光調整後’藉由偏光光束分配器107被偏光分離。且,透 過偏光光束分配器201的第2脈衝雷射光L2,是通過分色鏡 109被作成與第1脈衝雷射光L1同軸,在此同軸的狀態下藉 由分色鏡110被反射’並入射至集光透鏡112。由此,在掃 描方向爲偏光方向的狀態下,脈衝雷射光LI、L2成爲被 集光在加工對象物1的內部。 以上,在本實施例也可達成提高改質點S的控制性的 與上述效果同樣的效果。且’在本實施例中,因爲使用1 個第1脈衝雷射光源101將脈衝雷射光LI、L2集光在加工 對象物1,所以容易使脈衝雷射光LI、L2的各脈衝彼此之 間重疊的方式設定脈衝時間點。
且’在本實施例的雷射加工裝置3〇〇中,不只可在玻 璃基板和藍寶石基板等的加工對象物1精度佳形成改質點S ’也可以在矽基板也就是加工對象物1精度佳地形成改質 點S。 具體而言,藉由雷射光源控制部1〇3,變更從第1脈衝 雷射光源101被射出的第1脈衝雷射光L1的脈衝寬度。在此 ’將第1脈衝雷射光L1的脈衝寬度,設成比在玻璃基板和 藍寶石基板等的加工對象物1形成改質點S的情況的脈衝寬 度更長的脈衝寬度(例如200nsec)。由此,非線形光學 結晶3 〇 1的高調波變換效率下降,從非線形光學結晶3 〇〗只 有第1脈衝雷射光L1被射出(換言之,第2脈衝雷射光L2 實質上不被射出)。其結果,只有脈衝雷射光以被集光在 -27- 201111084 加工對象物1的內部,形成改質點S。 因此’在本實施例中,1台的雷射加工裝置300可以兼 用作爲各種的基板的加工用裝置。且,對於砂基板及玻璃 基板的貼合基板等的加工對象物1,也可容易由1台的雷射 加工裝置3 00對應。 以上,在本實施例中,非線形光學結晶3 0 1及分色鏡 108、109是構成同軸化手段。 [第4實施例] 接著,說明本發明的第4實施例。又,在本實施例的 說明中,主要說明與上述第3實施例不同的點。 第13圖’是顯示本發明的第4實施例的雷射加工裝置 的要部的槪略構成圖。如第1 3圖所示,本實施例的雷射加 工裝置400 ’是對於上述雷射加工裝置3 00,主要是使脈衝 雷射光LI、L2的光軸維持同軸(完全同軸地)的構成的 點相異。具體而言,雷射加工裝置40〇,是取代非線形光 學結晶301 (第12圖參照)而具備非線形光學結晶4〇1,取 代偏光光束分配器106、107 (第12圖參照)而具備偏光光 束分配器402。 非線形光學結晶401,是進行脈衝雷射光L1的波長變 換者,在此,使用BBO結晶。此非線形光學結晶401,若 第1脈衝雷射光L1被入射的話,將脈衝雷射光LI、L2同軸 地射出。在此的非線形光學結晶40 1,是藉由使紙面上下 方向的偏光方向的第1脈衝雷射光L1被入射,將此第1脈衝 -28- 201111084 雷射光L1及紙面垂直方向的偏光方向的第2脈衝雷射光L2 同軸地射出。 偏光光束分配器(第1及第2偏光光束分配器)4 02, 是對應2波長者,在脈衝雷射光LI、L2的光軸前被配置於 1/2波長板1〇4、105的後段。此偏光光束分配器4 02,是由 1/2波長板104、105使偏光方向變化的脈衝雷射光LI、L2 各別被偏光分離。具體而言,偏光光束分配器402,是讓 各脈衝雷射光LI、L2之中的紙面上下方向的偏光方向成 分直接透過,並且讓紙面垂直方向的偏光方向成分反射。 在如此構成的雷射加工裝置400中,從第1脈衝雷射光 源1 〇 1被射出的第1脈衝雷射光L 1被入射至非線形光學結晶 401並被波長變換,從非線形光學結晶401使脈衝雷射光L1 、L2被同軸地射出。 從非線形光學結晶40 1被射出的第1脈衝雷射光L 1,是 通過1/2波長板104被偏光調整,並且直接通過1/2波長板 105,藉由偏光光束分配器402被偏光分離。另一方,從非 線形光學結晶401被射出的第2脈衝雷射光L2,是直接通過 1/2波長板104,並且通過1/2波長板105並被偏光調整,藉 由偏光光束分配器402被偏光分離。且,透過偏光光束分 配器402的脈衝雷射光LI、L2,是藉由分色鏡110被反射 ,入射至集光透鏡112。由此,在掃描方向爲偏光方向的 狀態下,脈衝雷射光LI、L2成爲被集光在加工對象物1的 內部。 以上,本實施例也可達成提高改質點S的控制性的與 -29 201111084 上述效果同樣的效果。且,由本實施例也與上述第3實施 例同樣,由1台的雷射加工裝置400就可以兼用作爲各種基 板的雷射加工裝置。 且,在本實施例中,如上述,因爲脈衝雷射光L1、 L2的光軸是維持同軸的方式構成,所以脈衝雷射光L1、 L2的光學系的構成可以更簡易化,並且更容易使脈衝雷射 光L 1、L2的各脈衝彼此之間重疊的方式設定脈衝時間點 〇 以上,在本實施例中,偏光光束分配器402是構成偏 光分離手段,非線形光學結晶40 1是構成同軸化手段。 以上,雖說明了本發明的最佳的實施例,但是本發明 的雷射加工裝置,不限定於實施例的上述雷射加工裝置 100、200、300、400,且,本發明的雷射加工方法,不限 定於實施例的上述雷射加工方法。本發明當然也包含未實 質變更各請求項範圍的變形、或可以適用於其他裝置等。 [產業上的利用可能性] 依據本發明,可提高改質點的控制性。 【圖式簡單說明】 [第1圖]顯示成爲改質領域的形成對象的加工對象物 的一例的平面圖。 [第2圖]第1圖的加工對象物的II-II線的剖面圖。 [第3圖]雷射加工後的加工對象物的平面圖。 -30- 201111084 [第4圖]第3圖的加工對象物的1V_IV線的剖面圖。 [第5圖]第3圖的加工對象物的V-V線的剖面圖。 [第6圖]說明脈衝雷射光的強度及改質點的關係用的 圖。 [第7圖]顯示使用第1及第2脈衝雷射光形成於加工對 象物的改質點的例的圖。 [第8圖]顯示本發明的第1實施例的雷射加工裝置的槪 略構成圖。 [第9圖]顯示第8圖的雷射加工裝置的要部的槪略構成 圖。 [第10圖]顯示使用第8圖的雷射加工裝置的雷射加工 方法的處理的流程圖。 [第11圖]顯示本發明的第2實施例的雷射加工裝置的 要部的槪略構成圖。 [第1 2圖]顯示本發明的第3實施例的雷射加工裝置的 要部的槪略構成圖。 [第13圖]顯示本發明的第4實施例的雷射加工裝置的 要部的槪略構成圖。 【主要元件符號說明】 1 :加工對象物 5 :切斷預定線 7 :改質領域 100、200、300、400:雷射加工裝置 -31 - 201111084 101:第1脈衝雷射光源(第1雷射光源) 102 :第2脈衝雷射光源(第2雷射光源) 1 03 :雷射光源控制部(脈衝寬度控制手段) 104: 1/2波長板(第1的1/2波長板) 105: 1/2波長板(第2的1/2波長板) 106:偏光光束分配器(第1偏光光束分配器、偏光分 離手段) 107:偏光光束分配器(第2偏光光束分配器、偏光分 離手段) 1 12 :集光透鏡 108、109、203:分色鏡(同軸化手段) 1 2 1 :光強度控制部(光強度控制手段) 201:偏光光束分配器(第1及第2偏光光束分配器、 偏光分離手段、同軸化手段) 301 ' 401 :非線形光學結晶(同軸化手段) 4〇2:偏光光束分配器(第1及第2偏光光束分配器、 偏光分離手段) L1:第1脈衝雷射光(第1脈衝雷射光) L2 :第2脈衝雷射光(第2脈衝雷射光) S :改質點 α :強度門檻値 -32-
Claims (1)
- 肯 201111084 七、申請專利範圍: 1. 一種雷射加工裝置,是將複數脈衝雷射光集光在加 工對象物,在前述加工對象物的內部沿著切斷預定線形成 複數改質點,藉由複數前述改質點形成改質領域,其特徵 爲,具備: 將具有第1波長的第1脈衝雷射光射出的第1雷射光源- :及 將具有與前述第丨波長不同的第2波長的第2脈衝雷射 光射出的第2雷射光源:及 使前述第1脈衝雷射光的偏光方向變化的第1的1/2波 長板;及 使前述第2脈衝雷射光的偏光方向變化的第2的1/2波 長板;及 偏光分離手段,使由前述第1的1/2波長板使偏光方向 變化的前述第1脈衝雷射光、及由前述第2的1/2波長板使 偏光方向變化的前述第2脈衝雷射光偏光分離;及 集光透鏡,使由前述偏光分離手段被偏光分離的前述 第1及第2脈衝雷射光集光在前述加工對象物;及 光強度控制手段,藉由使在前述第1及第2的1/2波長 板變化的前述第1及第2脈衝雷射光的偏光方向可變,來控 制前述第1及第2脈衝雷射光的強度。 2. —種雷射加工裝置’是將複數脈衝雷射光集光在加 工對象物’在前述加工對象物的內部沿著切斷預定線形成 複數改質點’藉由複數前述改質點形成改質領域,其特徵 -33- 201111084 爲,具備: 將具有第1波長的第1脈衝雷射光射出的第1雷射光源 :及 前述第1脈衝雷射光被入射,使該第1脈衝雷射光及具 有與前述第1波長不同的第2波長的第2脈衝雷射光射出的 非線形光學結晶;及 使前述第1脈衝雷射光的偏光方向變化的第1的1/2波 長板;及 使前述第2脈衝雷射光的偏光方向變化的第2的1/2波 長板;及 偏光分離手段,由前述第1的1/2波長板使偏光方向變 化的前述第1脈衝雷射光、和由前述第2的1/2波長板使偏 光方向變化的前述第2脈衝雷射光偏光分離;及 集光透鏡,將由前述偏光分離手段被偏光分離之前述 第1及第2脈衝雷射光集光在前述加工對象物;及 光強度控制手段,藉由使由前述第1及第2的1/2波長 板變化的前述第1及第2脈衝雷射光的偏光方向可變,來控 制前述第1及第2脈衝雷射光的強度。 3·如申請專利範圍第2項的雷射加工裝置,其中,具 備脈衝寬度控制手段,可控制從前述第1雷射光源被射出 的前述第1脈衝雷射光的脈衝寬度, 前述脈衝寬度控制手段,是藉由變更前述第1脈衝雷 射光的脈衝寬度,從前述非線形光學結晶使前述第2脈衝 雷射光不被射出的方式使前述非線形光學結晶的高調波變 -34- 201111084 換效率下降。 4.如申請專利範圍第1〜3項中任一項的雷射加工裝置 ,其中’具備同軸化手段,可將前述第1及第2脈衝雷射光 同軸化。 5 ·如申請專利範圍第1〜4項中任一項的雷射加工裝置 ,其中,前述偏光分離手段,包含:將由前述第1的1/2波 長板使偏光方向變化的前述第1脈衝雷射光偏光分離的第1 偏光光束分配器、及 將由前述第2的1/2波長板使偏光方向變化的前述第2 脈衝雷射光偏光分離的第2偏光光束分配器。 6. 如申請專利範圍第1〜5項中任一項的雷射加工裝置 ,其中,在前述光強度控制手段中,前述第1脈衝雷射光 的強度的可控制寬度是比前述第2脈衝雷射光的強度的可 控制寬度更大。 7. 如申請專利範圍第1〜6項中任一項的雷射加工裝置 ,其中’前述光強度控制手段’是使前述第1脈衝雷射光 的強度,在只有將前述第1脈衝雷射光集光在前述加工對 象物的情況時,比形成有前述改質點的強度門檻値更小的 方式進行控制。 8. —種雷射加工裝置’是將複數脈衝雷射光集光在加 工對象物,在前述加工對象物的內部沿著切斷預定線形成 複數改質點,藉由複數前述改質點形成改質領域,其特徵 爲,.具備: 將具有第1波長的第1脈衝雷射光射出的第1雷射光源 -35- 201111084 ;及 將具有與前述第1波長不同的第2波長的第2脈衝雷射 光射出的第2雷射光源;及 集光透鏡,將前述第1及第2脈衝雷射光集光在前述加 工對象物; 前述第1脈衝雷射光的強度,是在只有將前述第1脈衝 雷射光集光在前述加工對象物的情況時,比形成有前述改 質點的強度門檻値更小。 9. 一種雷射加工裝置,是將複數脈衝雷射光集光在加 工對象物,在前述加工對象物的內部沿著切斷預定線形成 複數改質點,藉由複數前述改質點形成改質領域,其特徵 爲,具備: 將具有第1波長的第1脈衝雷射光射出的第丨雷射光源 :及 非線形光學結晶,使前述第1脈衝雷射光被入射,將 該第1脈衝雷射光及具有與前述第1波長不同的第2波長的 第2脈衝雷射光射出;及 集光透鏡’使前述第1及第2脈衝雷射光集光在前述加 工對象物; 前述第1脈衝雷射光的強度,是在只有將前述第1脈衝 雷射光集光在前述加工對象物的情況時,比形成有前述改 質點的強度門檻値更小。 10. 如申請專利範圍第1〜9項中任一項的雷射加工裝 置’其中’前述第1脈衝雷射光的波長,是比前述第2脈衝 •36- 201111084 雷射光的波長更長。 11. 一種雷射加工方法,是將複數脈衝雷射光集光在 加工對象物’在前述加工對象物的內部沿著切斷預定線形 成複數改質點,藉由複數前述改質點形成改質領域,其特 徵爲: 包含將具有第1波長的第1脈衝雷射光、及具有與前述 第1波長不同的第2波長的第2脈衝雷射光由集光透鏡集光 在前述加工對象物的過程; 在前述過程中,使前述第1脈衝雷射光的強度,在只 有將前述第1脈衝雷射光集光在前述加工對象物的情況時 ’比形成有前述改質點的強度門檻値更小。 1 2 ·如申請專利範圍第1 i項的雷射加工方法,其中, 前述第1脈衝雷射光的波長,是比前述第2脈衝雷射光的波 長更長。 S: -37-
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