TWI392552B - Laser irradiation device and laser processing method - Google Patents

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Description

雷射照射裝置及雷射加工方法
本發明係有關於一種使用於陶瓷等之雷射加工之雷射照射裝置及使用該雷射照射裝置之雷射加工方法。
在裝配電子零件之電路基板等，使用陶瓷材料、玻璃材料、矽材料等硬脆性材料。為割斷由此種硬脆性材料形成之基板，必須在基板表面形成槽，或在基板內部形成微細孔。作為該形成手段，廣泛使用雷射加工。雷射加工係使用透鏡等之照射光學系統，將從光源射出之雷射光線聚光，將成為高功率密度之雷射聚光光點(光束腰)照射於基板表面或內部，藉以進行加工。
目前，為謀求電子零件之微細化、或減少加工部位、提高基板之產能，要求對基板形成微細槽或孔，形成該深槽或該深孔。又，當進行孔加工時，要求形成微細且圓錐少之孔。為實現這樣的要求，較佳係利用聚光後之雷射光線之光束腰之特性，在光軸方向形成複數個焦點。又，該光束腰之特性係以雷射光線之波長及光束品質為基本，取決於其後之照射光學系統(特別是聚光透鏡)之性質。
作為於雷射光線之光軸方向形成複數個焦點之方法，可舉例如：(A)使用雙重焦點透鏡，使雷射光線聚光於複數個焦點之方法(日本特開2006-192503號公報)，(B)使用分束器，空間分離雷射光線，在使一方之光束發散角改變再合成後，用同一聚光透鏡聚光於加工面上之方法(日本特表2006-525874號公報)，(C)邊用機械方式切換焦距相異之複數個透鏡、邊反覆複數次加工之方法(日本特開2007-290932號公報)等。
但是，上述(A)之方法中，必須要有特殊形狀之透鏡等聚光手段。又，上述(B)之方法中，由於要使合成後之2個雷射光線之光軸一致不易，且必須備有曲率半徑大之反射面，因此有製作及調製上之問題。又，上述(C)之方法中，有處理效率降低或各加工間之位置精度降低等問題。
專利文獻1：日本特開2006-192503號公報
專利文獻2：日本特表2006-525874號公報
專利文獻3：日本特開2007-290932號公報
本發明係鑑於該等問題而構成者，其目的在於提供一種雷射照射裝置及使用該雷射照射裝置之雷射加工方法，其係利用簡單構成之照射光學系統能實現複數個光束腰之形成，能在雷射光線之光軸上容易變更及調節複數個光束腰間隔。
為解決上述問題，本發明係一種雷射照射裝置，具備：光源，用以射出雷射光源；以及照射光學系統，具有1個或複數個透鏡，將從光源射出之雷射光線導光及聚光於對象物；其特徵在於：作為該照射光學系統之至少1個透鏡之原材料，係使用複折射材料。
該雷射照射裝置，係由使用以複折射材料作為照射光學系統之至少1個透鏡之原材料之單純且簡單之結構組成。以這種方式，作為照射光學系統之至少1個透鏡之原材料，係使用複折射材料，藉此能將從光源射出之雷射光線成分不用空間分離而分離為常光與異常光，利用該常光與異常光之折射率差，藉此能形成微分離於照射光學系統之光軸上之複數個光束腰。採用該單純且簡單之結構，藉此該雷射照射裝置能確實且容易形成複數個光束腰。
該照射光學系統包含擴束器，此擴束器於雷射光線之行進方向依序具有凹透鏡或凸透鏡之第1透鏡、及凸透鏡之第2透鏡，能改變該第1透鏡及第2透鏡之間隔，作為該第1透鏡及/或第2透鏡之原材料，可使用複折射材料。藉此，用使透鏡間隔改變之簡單操作，能容易調節複數個光束腰間之相對位置(間隔)。
該照射光學系統包含配置於雷射光線行進方向最後之聚光透鏡，作為該聚光透鏡之原材料，可使用複折射材料。藉此，照射光學系統中之聚光透鏡具有複折射性，不必另外準備及配置使用複折射材料來作為原材料，能謀求照射光學系統之單純化。
以該複折射材料作為原材料之結晶軸方向能與照射光學系統之光軸方向正交。以這種方式，將以複折射材料作為原材料之透鏡之結晶軸方向與照射光學系統之光軸方向正交，藉此能將從光源射出之雷射光線成分確實且高效率地分離為常光與異常光。
作為該複折射材料之原材料，較佳係光學水晶。以這種方式，能以光學水晶作為複折射材料之原材料，藉此能邊形成上述之複數個光束腰，邊對從光源射出之雷射光線發揮高抗光強度，並且能對廣波長範圍發揮高透射率。
該雷射照射裝置能具備相對移動手段，用以使對象物對該照射光學系統之位置，除了與照射光學系統光軸垂直之面內之正交2方向之外，亦相對移動於光軸方向。藉此能對對象物迅速進行連續性之槽加工或孔加工，並且能調節加工部位之焦深，能提高陶瓷等之割斷加工之精密度及產能。
該照射光學系統可包含以光軸為中心旋轉之1/2波長板；該1/2波長板係以雷射光線行進方向為基準，配置於以該複折射材料作為原材料之透鏡前方。藉此能連續性且容易改變複數個光束腰之強度比例。
又，該照射光學系統可包含1/4波長板；該1/4波長板係以雷射光線行進方向為基準，配置於以該複折射材料作為原材料之透鏡後方。藉此將雷射光線之直線偏光轉換為圓偏光，從複數個光束腰去除偏光之影響，藉此能謀求加工特性之穩定化。
作為該雷射光線之波長，較佳係在200nm以上11μm以下。將該雷射光線之波長設定在上述範圍，藉此主要能實現與陶瓷等之雷射加工相稱之雷射輸出，能提高陶瓷等之雷射加工之確實性及效率性。
作為該雷射光線之振盪手段，較佳係連續振盪或脈衝振盪。以這種方式，用連續振盪或脈衝振盪作為雷射光線之振盪手段，藉此能依據加工材料之種類或性質調節加工內容，能實現各種變化之加工。
又，為解決上述問題而構成之另一發明係使用該雷射照射裝置之雷射加工方法。採用這樣的雷射加工方法，藉此能對陶瓷等基板形成微細槽或孔，且能形成深的該槽或孔。
該雷射加工方法可將藉由該雷射照射裝置所形成之複數個光束腰間隔從雷利長度(Rayleigh length)之0.5倍調節到10倍。將該光束腰間隔設定在上述範圍，藉此在維持小光束腰徑之狀態下，能實現大焦深。
此處，所謂「照射光學系統之光軸」係含有成為該光軸之對比對象之透鏡或照射對象物部分之光軸之意味。所謂「光束腰」係含有聚光後之雷射光線之聚光光點之意味。
如以上說明，本發明之雷射照射裝置及雷射加工方法能確實且容易形成複數個光束腰，其結果，能對對象物迅速實現微細且焦深大之加工。又，調節複數個光束腰之位置，藉此能依據加工對象(例如陶瓷、玻璃、藍寶石等)之種類實現最合適加工。此外，在生坏薄片等之基板鑽孔加工中，亦能實現微細且錐形少之加工。
以下，邊適當參照圖式邊詳細說明本發明之實施形態。
圖1之雷射照射裝置主要具備有：光源1、載台2、以及照射光學系統3。
光源1係射出雷射光線P者。作為光源1之種類，並未特別限定，列舉有例如CO2 雷射等之氣體雷射、Nd：YAG雷射等之固態雷射、毫微微(10-15 )秒雷射等之超短脈衝雷射等。特別是，為在使用陶瓷材料等之硬脆性材料之電路基板等，以微細進行焦深大的加工，較佳係使用Nd：YAG雷射。此外，當使用超短脈衝雷射時，由於在聚光部位併發自動聚焦或斷絲作用，因此能抑制往加工部位周邊之熱影響，進一步實現大的焦深。
作為光源1之雷射光線之波長，較佳係在200nm以上11μm以下，更佳係在240nm以上1600nm以下。將該雷射光線之波長設定在上述範圍，藉此在使用陶瓷材料等硬脆性材料之電路基板等之割斷加工中，能實現最合適之雷射輸出，並能提高雷射加工之效率性及確實性。
較佳係採用連續振盪或脈衝振盪作為光源1之雷射光線之振盪手段。採用連續振盪作為該雷射光線之振盪手段，藉此能連續振盪一定之雷射輸出。又，採用脈衝振盪，藉此能獲得具有高峰值功率之雷射脈衝，熱影響層少，能進行更有效率之加工。其結果，能依據加工材料之種類或性質實現最合適之加工。
載台2係設置對象物Q者。作為該載台2之具體構造，並未特別限定，可採用例如能透射過雷射光線之透明板、或於雷射光線之照射位置設置狹縫等之開口部之台等。
載台2具備相對移動機構，用以使對象物Q對該照射光學系統3之位置，除了與照射光學系統3之光軸R垂直之面內之正交2方向(X軸方向、Y軸方向)之外，亦相對移動於光軸R之方向(Z軸方向)。藉由該相對移動機構能對對象物Q迅速進行連續性之槽加工或孔加工，並且能調節加工部位之焦深。特別是在進行微細基板之割斷加工時，能提高加工之精密度，並且能提高產能。此外，作為載台2之移動手段之具體構造，並未特別限定，可採用公知之手段。
照射光學系統3係將從光源1射出之雷射光源P導光及聚光於對象物者。依雷射光線P之行進方向順序，該照射光學系統3具備有：1/2波長板4、擴束器5、反射鏡6、複折射透鏡7、1/4波長板8、以及聚光透鏡9。
1/2波長板4係以雷射光線P之行進方向為基準，配置於複折射透鏡7之前方，用以使雷射光線之電場向量旋轉者。依圖2詳細說明該結構，當設1/2波長板4之相位滯後軸及入射雷射光線之電場向量(Ey )所形成之角度為θ時，只要雷射光線P透射過1/2波長板4，透射過後之電場向量就會旋轉2θ。
該1/2波長板4能以照射光學系統3之光軸R為中心進行旋轉，能依據其旋轉角度，使垂直於相位滯後軸之常光成分Ex 及與該Ex 正交之異常光成分Ey 之強度比例改變。藉此，能使2個光束腰之強度比連續性且容易變化，其結果，容易依據加工材料之種類或性質調節加工內容，提高雷射加工之效率性。此外，作為該1/2波長板4之旋轉手段，並未特別限定，能使用公知之手段。
擴束器5依雷射光線P之行進方向順序，具有：第1透鏡(凹透鏡10)及第2透鏡(凸透鏡11)。該凹透鏡10具體而言係平凹透鏡，係以雷射光線P入射於凹面之方式配置，係將從光源1射出之雷射光線P擴大者。又，凸透鏡11具體而言係平凸透鏡，係以雷射光線P入射於凸面之方式配置，使藉由凹透鏡10擴大後之雷射光線P形成平行光束者。作為該凹透鏡10之種類，除了平凹透鏡之外，列舉有雙凹透鏡、凹彎月形透鏡等，作為凸透鏡11之種類，除了平凸透鏡之外，列舉有雙凸透鏡、凸彎月形透鏡等。
反射鏡6係將透射過該擴束器5之雷射光線P導光於聚光透鏡9者。使用該反射鏡6，使雷射光線P之反射角度變化，藉此能容易調節雷射光線P之行進方向。此外，作為使用該反射鏡6之雷射光線P之反射角度之調節手段，並未特別限定，能採用公知之手段。
複折射透鏡7具體而言係單透鏡，使用複折射材料作為其原材料。該複折射透鏡7係將入射之雷射光線P分離為2個電場成分，用以形成2個光束腰者。依圖2詳細說明該結構，從光源1射出之雷射光線P，當初係直線偏光於電場方向，透射過1/2波長板4，藉此產生相位差。然後，射入複折射透鏡7之雷射光線P被分離為與結晶軸S垂直之成分Ex 及與Ex 正交之成分Ey ，成分Ex 係以常光12透射過，成分Ey 係以異常光透射過。此外，作為該複折射透鏡7之種類，列舉有雙凸透鏡、平凸透鏡、凸彎月形透鏡、雙凹透鏡、平凹透鏡、凹彎月形透鏡等。
以這種方式，複折射透鏡7具有如下特性，亦即具有兩種相異之折射率，利用該等折射率差，藉此能將入射之雷射光線P分離為常光12與異常光13，形成不同焦點。藉由該特性，決定2個光束腰中腰徑及腰間隔。因此，例如，在照射光學系統中，適當採用特性相異之各種複折射透鏡，用以調節2個光束腰中之腰徑及腰間隔，藉此能依據加工材料之性質，藉由透鏡交換之簡單手段亦能實現最合適加工。
複折射透鏡7之結晶軸S之方向可與照射光學系統之光軸R之方向正交。以這種方式，複折射透鏡7之結晶軸S之方向與照射光學系統之光軸R之方向正交，藉此該結晶軸S之方向與電場方向一致，其結果，能將從光源射出之雷射光線成分確實且有效率分離為常光與異常光。
作為複折射透鏡7之原材料，並未特別限定，能使用例如光學水晶、藍寶石、方解石等，其中，較佳係採用光學水晶。使用以光學水晶作為複折射透鏡7之原材料，藉此能對雷射光線發揮高抗光強度，並且能對廣波長範圍發揮高透射率。以這樣的光學水晶作為原材料之複折射透鏡7係將對代表性雷射波長所具有之折射率(no ：常光之折射率、ne ：異常光之折射率)表示於下列表1。如表1所示可知，以光學水晶作為原材料之複折射透鏡7，ne 值較no 值為大，異常光相當於短焦點。
又，關於以這樣的光學水晶作為原材料之複折射透鏡7所具有之複折射性，當曲率半徑R=100mm之光學水晶製平凸透鏡時，將近軸計算之焦距(fo ：常光之焦距、fe ：異常光之焦距)表示於下列表2。如表2所示可知，Nd：YAG雷射之基本波(1064nm)，由於fe 值較fo 值為小，因此異常光相當於短焦點。
1/4波長板8係以雷射光線P之行進方向為基準，配置於該複折射透鏡7之後端。藉由該1/4波長板8，使透射過複折射透鏡7之雷射光線P之直線偏光轉換為圓偏光，除去偏光影響，謀求加工特性之穩定化，藉此能確實且有效率地實現大的焦深。
聚光透鏡9，具體而言係對所使用之雷射光波長修正光學像差之單透鏡或組合透鏡，係將從該反射鏡6導光之雷射光線P聚光於對象物Q者。藉由該聚光透鏡9，將透射過1/4波長板8之雷射光線P之常光12及異常光13聚光於照射光學系統之光軸R上之分別相異位置，藉此能形成2個光束腰。此外，作為構成該聚光透鏡9之種類，列舉有例如雙凸透鏡、平凸透鏡、凸彎月形透鏡、雙凹透鏡、平凹透鏡、凹彎月形透鏡等。
此處，詳細說明該雷射照射裝置之作用效果。
設聚光透鏡之焦距為f，入射於聚光透鏡之光束徑為D，雷射波長為λ，利用下列數學式1能計算出該雷射照射 裝置形成之光束腰徑2 ω0 。根據下列數學式1，當想獲得微細之光束腰徑時，必須縮短雷射波長λ、縮小焦距f、增大入射於聚光透鏡之光束徑D。
其次，設光束腰之半徑為ω0 ，雷射波長為λ，利用下列之數學式2能計算出該雷射照射裝置射出之雷射光線之雷利長度df 。一般而言，為不易受雷射光線之散焦之影響，必須形成雷利長度之長光束。根據下列數學式2，雷利長度df 與光束腰之半徑ω0 有密切關係，為實現焦深大(雷利長度之長度)之光束腰，設波長λ為一定，則必須增大光束腰之半徑ω0 。另一方面，若光束腰之半徑ω0 變大，微細加工就會變得不易。
圖3之雷射照射裝置主要具備有光源1、載台2、以及照射光學系統14。由於光源1及載台2係與圖1之雷射照射裝置之情形一樣，因此附以同一號碼，其說明予以省略。
照射光學系統14係將從光源射出之雷射光線P導光及聚光於對象物Q者。依雷射光線P之行進方向順序，該照射光學系統14具備：1/2波長板4、擴束器15、1/4波長板8、反射鏡6、以及聚光透鏡9。由於雷射光線P、對象物Q、1/2波長板4、1/4波長板8、反射鏡6、以及聚光透鏡9係與圖1之雷射照射裝置之情形一樣，因此附以同一號碼，其說明予以省略。
依雷射光線P之行進方向順序，擴束器15具有：第1透鏡(凹透鏡16)及第2透鏡(凸透鏡17)，使用複折射材料作為該凸透鏡17之原材料。該擴束器15係以能變化凹透鏡16及凸透鏡17之間隔之方式構成者。藉此，不使從照射光學系統14射出之2個光束腰徑大變化，能容易調節光束腰間隔，能藉由容易之手段實現依據加工材料之最合適加工。此外，使凹透鏡16及凸透鏡17之任一方或雙方朝照射光學系統14之光軸R之方向移動，藉此能調節凹透鏡16及凸透鏡17之間隔。關於該透鏡之移動手段，並未特別限定，能採用公知之手段。
圖4係表示使該凹透鏡16及凸透鏡17之間隔變化時，將2個光束腰之間隔及光束腰之直徑(常光)變化之狀況試算之結果曲線圖。圖4之橫軸係以使該凹透鏡16及凸透鏡17之間隔對凹透鏡16相對移動之距離(相對移動距離)來表示。又，選定作為擴束器15之倍率或聚光透鏡9之焦距加以設定，使得最終的光束腰徑約為5μm。根據圖4，若使透鏡間隔變化約9mm，兩光束腰之間隔就會以90μm～150μm之間隔變化，光束腰直徑以5μm～6μm之範圍變化。因此，由於擴束器15能不使光束腰徑大變化，而使兩光束腰之間隔變化，因此能適合於加工材料性質，用小徑實現焦深大之雷射加工。
圖5之雷射照射裝置主要具備有：光源1、載台2、以及照射光學系統18。由於光源1及載台2係與圖1之雷射照射裝置之情形一樣，因此附以同一號碼，其說明予以省略。
照射光學系統18係將從光源1射出之雷射光線P導光及聚光於對象物Q者。依雷射光線P之行進方向順序，該照射光學系統18具備：擴束器5、反射鏡6、以及聚光透鏡19。由於雷射光線P、對象物Q、擴束器5、以及反射鏡6係與圖1之雷射照射裝置之情形一樣，因此附以同一號碼，其說明予以省略。
聚光透鏡19係用來將從反射鏡6導光之雷射光線P聚光於對象物者，使用複折射材料作為其原材料。該聚光透鏡19具有聚光雷射光線P之功能，並且具有將雷射光線P分離為常光12與異常光13，用以形成2個光束腰之功能。因此，不必另外準備及配置使用複折射材料作為原材料之透鏡，使用具有聚光性及複折射性之1個透鏡，容易形成2個光束腰，能謀求照射光學系統之單純化，並且能實現低成本化。
此處，亦可能構築利用上述圖1之雷射照射裝置、圖3之雷射照射裝置、圖5之雷射照射裝置之雷射加工方法。利用該雷射加工方法例如能以對象物內引起龜裂之間隔形成複數個光束腰。又，將一方光束腰配置於對象物表面附近內，將另一方光束腰配置於對象物內部，藉此能使加工龜裂誘因從對象物之表面到內部。
又，上述雷射加工方法可將藉由雷射照射裝置所形成之複數個光束腰間隔從雷利長度之0.5倍調節到10倍。藉由這樣的調節，能迴避雷射光線之散焦之影響，並且能邊維持小光束腰徑邊實現大焦深。為調節該雷利長度之長度，雖考量例如使複折射透鏡相對移動於照射光學系統之光軸R之方向，但關於其具體調節手段，並未特別限定，能採用公知手段。
又，本發明之雷射照射裝置及使用該雷射照射裝置之雷射加工方法並非限定於上述實施形態。例如，圖5之雷射照射裝置之聚光透鏡19具備使其相對移動於照射光學系統18之光軸R之方向之手段，藉此能容易調節2個光束腰之位置，能實現更單純且簡單之照射光學系統。
又，當設想利用加工材料性質來區別2個光束腰之偏光方向為有效時，在照射光學系統上不配置1/4波長板，藉此光束腰之上側與下側之偏光方向相互正交，能增大加工槽寬度，減小焦深。
(實施例)
以下，依照實施例詳述本發明，但依據該實施例之揭示，本發明並非被限定解釋者。
(測試1)
[實施施例1及實施例2]
(測試系統之說明)
使用至少具備光源、擴束器、1/2波長板、聚光透鏡之照射光學系統，在易觀察加工痕跡之硼矽酸玻璃之內部配置1個或2個光束腰，形成加工槽。其後，拍攝與該加工槽正交之截面觀察影像。
實施例1及實施例2所使用之擴束器具備具有凹透鏡與複折射性之凸透鏡，能改變雙透鏡之間隔。使該雙透鏡間隔(Lm)改變，藉此能使形成於光軸上之2個光束腰間隔改變。又，使實施例1及實施例2所使用之1/2波長板於照射光學系統之光軸周圍旋轉，則能使2個聚光光點之雷射功率分配改變。
[比較例1]
比較例1所使用之照射光學系統係至少具備：光源、擴束器、聚光透鏡之標準構成，擴束器之凸透鏡不是具有複折射性者，且不含1/2波長板。
(特性評價)
將加工條件及測試結果表示於下列表3、圖6～圖8。
比較例1中，在照射光學系統之光軸方向(硼矽酸玻璃之厚度方向)形成有長度約100μm之加工槽(圖6)。另一方面，在實施例1中，2個腰間隔(中心間隔)約為190μ m，各個腰之加工槽長度約為60μ m及70μ m(圖7)。這是考量由於實施例1中之2個加工槽長度(約60μ m及約70μ m)較用比較例1中之1光點加工時之長度(約100μ m)為短，因此實施例1中集中於1光點之雷射功率被分離為2。
實施例2中，其目的係在硼矽酸玻璃之厚度方向形成長的加工槽，為縮小2個腰間隔，將凹透鏡與具有複折射性之凸透鏡間隔設定小。具體而言，從實施例1之加工時，將擴束器透鏡間隔Lm縮小為10mm，其結果，涉及兩腰之加工槽，整體長度形成最大180μ m之加工槽(圖8)。由此可知，實施例2中之加工槽長度(約180μ m)較比較例1中之加工槽之長度(約100μ m)為長。一般而言，當以1光點形成長的加工槽時，必須要有高的雷射功率，但假設即使形成與實施例2同樣之深的加工溝，亦知增大加工槽寬之同時，要形成相當大寬度之加工變質部位。因此，實施例2中，考量能用少的雷射功率將槽寬方向之加工變質範圍控制在最小限度，能實現焦深大之槽加工。
(測試2) [實施例3及實施例4]
(測試系統之說明)
測試系統係與上述測試1之實施例1及實施例2之情形同樣。測試2中，設擴束器透鏡間隔Lm為一定，使1/2波長板旋轉於照射光學系統之光軸周圍，使2個腰之功率分配改變。
(特性評價)
將加工條件及測試結果表示於下列表4、圖9、圖10。
實施例3中，使雷射功率全部集中於下側之腰，以1光點進行加工(圖9)。另一方面，實施例4中，使1/2波長板旋轉，將雷射功率之成分分割成上側腰：最大30%，下側腰：最大70%，進行加工(圖10)。實施例3中，雖僅1處加工部位形成於硼矽酸玻璃內部，但實施例4中，將雷射功率分割成2腰，在表面附近亦形成加工部位。亦即，實施例3及實施例4中，用任意間隔在光軸方向形成2個腰，加於各個腰之加工部位之本來槽長度，利用各個加工部位間所產生之變形應力使產生龜裂，藉此能形成焦深更大之加工槽。
(測試3) [實施例5及比較例2]
(測試系統之說明)
測試3中，針對邊維持小光束腰邊實現深焦大之加工進行檢討。測試3中之試驗系統之構成係如圖1所示，擴束器係配置凹透鏡及凸透鏡之標準透鏡構成，具有複折射性之凸透鏡係與1/4波長板共同配置於聚光透鏡之正前方。此外，光束腰間隔設定成兩腰之雷利長度重疊，但該間隔並非最合適。
以這樣的構成，比較例2中，係用將雷射功率全部集中於下側腰之1光點進行槽加工。又，實施例5中，係用2光點將雷射功率等分為上下光點時進行槽加工。接著，在實施例5及比較例2中，分別檢討散焦量(焦點之相對位置)與槽深度(劃線深度比例)之相關(圖11)。
(特性評價)
將加工條件及測試結果表示於下列表5、圖11。實施例5之腰徑、雷利長度及功率密度在2個光束腰間表示大致相同值。
由圖11可知，相對於從實現最大劃線深度之焦點位置之散焦，實施例5與比較例2相較劃線深度之變動為少。因此，實施例5中，認為有抗散焦性。
如以上所述，本發明之雷射照射裝置及使用該雷射照射裝置之加工方法係使用單純且簡單之照射光學系統，能符合加工對象物之加工特性及加工品質，容易形成焦深大之加工槽或加工孔。因此，能作業容易化、裝置單純化、低成本化，能廣泛應用在雷射加工之領域。
1．．．光源
2．．．載台
3．．．照射光學系統
4．．．1/2波長板
5．．．擴束器
6．．．反射鏡
7．．．複折射透鏡
8．．．1/4波長板
9．．．聚光透鏡
10．．．凹透鏡
11．．．凸透鏡
12．．．常光
13．．．異常光
14．．．照射光學系統
15．．．擴束器
16．．．凹透鏡
17．．．複折射性凸透鏡
18．．．照射光學系統
19．．．複折射性聚光透鏡
P．．．雷射光線
Q．．．對象物
R．．．光軸
S．．．結晶軸
圖1係表示本發明之一實施形態之雷射照射裝置之概略構成圖。
圖2係說明圖1之雷射照射裝置形成2個光束腰之機構之概略構成圖。
圖3係表示與圖1之雷射照射裝置相異之實施形態之雷射照射裝置之概略構成圖。
圖4係表示使圖3之雷射照射裝置之擴束器之透鏡間隔(複折射性凸透鏡之相對移動距離)變化時，試算變化2個光束腰間隔及光束腰直徑狀態之結果曲線圖。
圖5係表示與圖1及圖3之雷射照射裝置相異之實施形態之雷射照射裝置之概略構成圖。
圖6係表示利用比較例1之1光點照射形成於硼矽酸玻璃之加工槽之截面觀察影像。
圖7係表示利用實施例1之2光點照射形成於硼矽酸玻璃之加工槽之截面觀察影像。
圖8係表示實施例2中縮小2光點間隔形成於硼矽酸玻璃之加工槽之截面觀察影像。
圖9係表示實施例3中將功率集中於1光點藉此形成於硼矽酸玻璃之加工槽之截面觀察影像。
圖10係表示實施例4中使2光點功率比例改變藉此形成於硼矽酸玻璃之加工槽之截面觀察影像。
圖11係表示實施例5及比較例2中焦點之相對位置與劃線比例之相關關係之曲線圖。
1．．．光源
2．．．載台
3．．．照射光學系統
4．．．1/2波長板
5．．．擴束器
6．．．反射鏡
7．．．複折射透鏡
8．．．1/4波長板
9．．．聚光透鏡
10．．．凹透鏡
11．．．凸透鏡
12．．．常光
13．．．異常光
14．．．照射光學系統
15．．．擴束器
16．．．凹透鏡
17．．．複折射性凸透鏡
18．．．照射光學系統
19．．．複折射性聚光透鏡
P．．．雷射光線
Q．．．對象物
R．．．光軸
S．．．結晶軸

Claims (11)

  1. 一種雷射照射裝置，具備：光源，用以射出雷射光源；以及照射光學系統，具有1個或複數個透鏡，將從光源射出之雷射光線導光及聚光於對象物；其特徵在於：作為該照射光學系統之至少1個透鏡之原材料，係使用複折射材料；以該複折射材料作為原材料之透鏡之結晶軸方向係與照射光學系統之光軸方向正交。
  2. 如申請專利範圍第1項之雷射照射裝置，其中，該照射光學系統包含擴束器，此擴束器於雷射光線之行進方向依序具有凹透鏡或凸透鏡之第1透鏡、及凸透鏡之第2透鏡，能改變該第1透鏡及第2透鏡之間隔；作為該第1透鏡及/或第2透鏡之原材料，係使用複折射材料。
  3. 如申請專利範圍第1項之雷射照射裝置，其中，該照射光學系統包含配置於雷射光線行進方向最後之聚光透鏡；作為該聚光透鏡之原材料，係使用複折射材料。
  4. 如申請專利範圍第1項之雷射照射裝置，其中，該複折射材料係光學水晶。
  5. 如申請專利範圍第1項之雷射照射裝置，其具備相對移動手段，用以使對象物對該照射光學系統之位置，除了與照射光學系統光軸垂直之面內之正交2方向之外，亦相 對移動於光軸方向。
  6. 如申請專利範圍第1項之雷射照射裝置，其中，該照射光學系統包含能以光軸為中心旋轉之1/2波長板；該1/2波長板係以雷射光線行進方向為基準，配置於以該複折射材料作為原材料之透鏡前方。
  7. 如申請專利範圍第1項之雷射照射裝置，其中，該照射光學系統包含1/4波長板；該1/4波長板係以雷射光線行進方向為基準，配置於以該複折射材料作為原材料之透鏡後方。
  8. 如申請專利範圍第1項之雷射照射裝置，其中，該雷射光線之波長在200nm以上11μm以下。
  9. 如申請專利範圍第1項之雷射照射裝置，其中，該雷射光線之振盪手段係連續振盪或脈衝振盪。
  10. 一種雷射加工方法，其特徵在於：使用申請專利範圍第1項之雷射照射裝置。
  11. 如申請專利範圍第10項之雷射加工方法，其係將藉由該雷射照射裝置所形成之複數個光束腰間隔從雷利長度之0.5倍調節到10倍。
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Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5940936B2 (ja) * 2012-08-22 2016-06-29 株式会社ディスコ レーザー加工装置
JP6034097B2 (ja) * 2012-08-28 2016-11-30 株式会社ディスコ レーザー加工装置
TWI598174B (zh) * 2013-01-25 2017-09-11 鴻海精密工業股份有限公司 藍寶石切割裝置
JP6148108B2 (ja) * 2013-08-05 2017-06-14 株式会社ディスコ レーザー加工装置
WO2015029466A1 (ja) * 2013-08-28 2015-03-05 三菱重工業株式会社 レーザ加工装置
US9759924B2 (en) * 2014-04-01 2017-09-12 Fermi Research Alliance, Llc Flat profile laser beam shaper
CN104142498A (zh) * 2014-08-01 2014-11-12 北京理工大学 一种新型相干测风激光雷达扩束器
WO2016026984A1 (de) * 2014-08-22 2016-02-25 Ceramtec-Etec Gmbh Trennen von werkstoffen mit transparenten eigenschaften
JP5953353B2 (ja) * 2014-10-10 2016-07-20 株式会社アマダホールディングス ピアス加工方法及びレーザ加工機
CN104526892A (zh) * 2014-12-23 2015-04-22 苏州凯锝微电子有限公司 晶圆切割装置
US9576785B2 (en) * 2015-05-14 2017-02-21 Excelitas Technologies Corp. Electrodeless single CW laser driven xenon lamp
JP6204964B2 (ja) * 2015-12-08 2017-09-27 株式会社アマダホールディングス レーザ加工機
JP6644580B2 (ja) 2016-02-24 2020-02-12 浜松ホトニクス株式会社 レーザ光照射装置及びレーザ光照射方法
CN106125313A (zh) * 2016-06-29 2016-11-16 昆山国显光电有限公司 降低熔结密封过程中气泡的调节结构
US10587030B2 (en) * 2016-11-08 2020-03-10 LGS Innovations LLC Systems and methods of designing, tuning and producing ceramic filters
CN106981457A (zh) * 2017-02-13 2017-07-25 武汉澳谱激光科技有限公司 用于屏蔽集成电路高密度封装电磁干扰方法及激光加工设备
CN110198805B (zh) * 2017-06-01 2021-04-27 大族激光科技产业集团股份有限公司 激光切割光学系统
WO2019171726A1 (ja) * 2018-03-08 2019-09-12 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 レーザレーダ
JP7023184B2 (ja) * 2018-05-22 2022-02-21 株式会社アマダ レーザ加工ヘッド及びレーザ切断加工方法
CN108581189B (zh) * 2018-06-01 2020-04-17 业成科技（成都）有限公司 激光切割方法
US10814433B2 (en) * 2018-11-13 2020-10-27 Vertiled Co. Limited Laser based system for cutting transparent and semi-transparent substrates
JP6812490B2 (ja) * 2018-12-11 2021-01-13 日東電工株式会社 光伝送システムおよび電気光変換デバイス
WO2020230364A1 (ja) * 2019-05-13 2020-11-19 株式会社村田製作所 光学装置
WO2021044659A1 (ja) * 2019-09-04 2021-03-11 株式会社村田製作所 レンズユニット
KR20210144982A (ko) * 2020-05-21 2021-12-01 삼성디스플레이 주식회사 레이저 장치
KR20220030401A (ko) * 2020-08-31 2022-03-11 삼성디스플레이 주식회사 레이저 조사 장치
CN113751892B (zh) * 2021-08-24 2023-09-19 广东宏石激光技术股份有限公司 一种基于激光光斑能量整形的厚材切割系统
KR20240138301A (ko) * 2023-03-10 2024-09-20 주식회사 이오테크닉스 레이저 가공 장치 및 이를 이용한 레이저 빔 형성 방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003053578A (ja) * 2001-08-15 2003-02-26 Sumitomo Heavy Ind Ltd レーザビームのプロファイル調整方法及び装置
JP2007000931A (ja) * 2005-05-24 2007-01-11 Disco Abrasive Syst Ltd レーザー加工装置
JP2009131876A (ja) * 2007-11-30 2009-06-18 Sunx Ltd レーザ加工装置

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0718963Y2 (ja) * 1989-05-16 1995-05-01 ブラザー工業株式会社 光学式表面粗さ測定装置
JPH10209028A (ja) * 1997-01-16 1998-08-07 Nikon Corp 照明光学装置及び半導体素子の製造方法
KR100269244B1 (ko) * 1998-05-28 2000-12-01 정선종 복굴절 물질로 만들어진 투과형 광학부품을 사용한 리소그래피장비용 광학계의 초점심도 확장 방법 및 장치
KR100877022B1 (ko) * 2000-10-10 2009-01-07 가부시키가이샤 니콘 결상성능의 평가방법
US6995908B2 (en) * 2001-10-30 2006-02-07 Asml Netherlands B.V. Methods for reducing aberration in optical systems
RU2226183C2 (ru) 2002-02-21 2004-03-27 Алексеев Андрей Михайлович Способ резки прозрачных неметаллических материалов
GB2402230B (en) 2003-05-30 2006-05-03 Xsil Technology Ltd Focusing an optical beam to two foci
JP2005028438A (ja) * 2003-07-11 2005-02-03 Disco Abrasive Syst Ltd レーザ光線を利用する加工装置
JP2005129851A (ja) * 2003-10-27 2005-05-19 Disco Abrasive Syst Ltd レーザ光線を利用した加工方法
TWI395068B (zh) * 2004-01-27 2013-05-01 尼康股份有限公司 光學系統、曝光裝置以及曝光方法
EP1721695A4 (en) * 2004-03-05 2009-04-01 Olympus Corp LASER PROCESSING FACILITY
JP2006123228A (ja) * 2004-10-27 2006-05-18 Disco Abrasive Syst Ltd レーザ加工方法およびレーザ加工装置
FR2880567B1 (fr) 2005-01-12 2007-02-23 Air Liquide Coupage laser avec lentille a double focale de pieces metalliques de faible epaisseur
US7528342B2 (en) * 2005-02-03 2009-05-05 Laserfacturing, Inc. Method and apparatus for via drilling and selective material removal using an ultrafast pulse laser
US7402773B2 (en) 2005-05-24 2008-07-22 Disco Corporation Laser beam processing machine
JP4483793B2 (ja) * 2006-01-27 2010-06-16 セイコーエプソン株式会社 微細構造体の製造方法及び製造装置
JP2007290932A (ja) 2006-04-27 2007-11-08 Seiko Epson Corp スクライブ装置ならびにスクライブ方法
JP2008036641A (ja) * 2006-08-01 2008-02-21 Laser System:Kk レーザ加工装置およびレーザ加工方法
JP4451483B2 (ja) 2007-11-29 2010-04-14 株式会社名機製作所 導光板の成形金型

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003053578A (ja) * 2001-08-15 2003-02-26 Sumitomo Heavy Ind Ltd レーザビームのプロファイル調整方法及び装置
JP2007000931A (ja) * 2005-05-24 2007-01-11 Disco Abrasive Syst Ltd レーザー加工装置
JP2009131876A (ja) * 2007-11-30 2009-06-18 Sunx Ltd レーザ加工装置

Also Published As

Publication number Publication date
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