WO2005037482A1 - 超短パルスレーザ加工方法 - Google Patents

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WO2005037482A1
WO2005037482A1 PCT/JP2004/014912 JP2004014912W WO2005037482A1 WO 2005037482 A1 WO2005037482 A1 WO 2005037482A1 JP 2004014912 W JP2004014912 W JP 2004014912W WO 2005037482 A1 WO2005037482 A1 WO 2005037482A1
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fluence
processing
threshold
shots
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Natsuki Tsuno
Keiji Uchiyama
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Olympus Corporation
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Definitions

  • the present invention relates to an ultrashort pulse laser processing method for micromachining a target object using an ultrashort pulse laser.
  • Japanese Patent No. 32 83 265 “laser-induced breakdown and method for efficiently generating laser-induced breakdown with pulse width and fluence in a region where the relationship between threshold fluence and pulse width in one pulse shows a unique relationship” The method of controlling the cutting shape is described.
  • fluence pulse width ⁇ light intensity Z spot area, and represents the amount of energy per unit area.
  • laser-induced breakdown is generated using a pulse laser with an ultrashort pulse width value that does not conform to the scaling law, and breakage, cutting, ablation, etc. It is a method of processing caw.
  • the threshold fluence hereinafter referred to as single-shot processing threshold fluence
  • the threshold fluence at the time of one pulse irradiation increases with a decrease in pulse width with a decrease in pulse width, and a high density and high strength is achieved for the object.
  • Energy can be given. That is, potential distortion such as tunneling occurs due to the application of high-intensity energy.
  • laser induced breakdown is localized by a certain force or relatively small photon absorption. This makes it possible to perform processing finer than the spot size and the Rayleigh range even at the wavelength to be absorbed.
  • the optical system causes energy reduction, dispersion, and dispersion of the pulse width, both of which make beam control difficult.
  • the force near the processing threshold fluence is the most characteristic and high precision processing is possible.
  • it is difficult to control energy and pulse width so if processing is not performed with a fluence that is sufficiently large from the processing threshold fluence.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a low energy and highly stable ultrashort pulse laser method.
  • a laser irradiation method for applying an ultrashort pulse laser to cover a target object comprising: A laser pulse is set to a fluence equal to or less than a single shot processing threshold fluence which is a processing threshold of fluence at the time of irradiation, and the laser pulse is irradiated to the workpiece for a plurality of shots.
  • the present invention is also realized as an ultrashort pulse laser apparatus for realizing the above ultrashort pulse laser method.
  • FIG. 1 is a view showing an entire configuration of an ultrashort pulse laser processing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing a micrograph of the surface of the workpiece according to the fluence and the number of shots according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a view showing the relationship between the pulse width and the number of threshold shots according to the second embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram showing theoretical values and experimental values of a single shot threshold fluence and a multi shot threshold fluence according to a second embodiment.
  • FIG. 5 shows the inside of the workpiece surface according to the fluence and the number of shots according to the third embodiment. It is a figure which shows the microscope picture of partial modification.
  • FIG. 6 is a view showing the relationship between the repetition frequency and the number of threshold shots according to the fourth embodiment.
  • FIG. 7 is a view showing the relationship between multi-shot Karoe threshold fluence and threshold shot number when the glass according to the fourth embodiment is subjected to abrasion.
  • FIG. 1 is a view showing the overall configuration of an ultrashort pulse laser calorie apparatus 10 for realizing the ultrashort pulse laser processing method of the present invention.
  • the ultrashort pulse laser system 10 also includes an ultrashort pulse laser generator 1, a shutter 2, a stage 3, a computer 4, and a focusing optical system 5. Place the load 6 on the stage 3 that is the object to be processed, and perform the force.
  • the laser light generated from the ultrashort pulse laser generation device 1 enters the condensing optical system 5 via the shutter 2.
  • the condensing optical system 5 shapes the laser beam into a desired beam shape and condenses the laser beam on a predetermined position on or in the surface of the workpiece 6 on the stage 3.
  • an aspheric single lens is used as the condensing optical system 5.
  • the load 6 is, for example, metal, wafer, glass, crystalline material, biomaterial, resin and the like.
  • a porosilicate glass hereinafter, BK7 is used as the workpiece 6.
  • the computer 4 functions as a control device that controls driving of the ultrashort pulse laser generation device 1, the shutter 2 and the stage 3. That is, the computer 4 outputs a drive signal to the ultrashort pulse laser generator 1, the shutter 2 and the stage 3.
  • the ultrashort pulse laser generation apparatus 1 generates a laser based on the fluence and pulse width instructed by the drive signal from the computer 4 and irradiates the laser to the outside of the apparatus. Specifically, drive of components such as, for example, a diffraction grating, a prism, and a light blocking filter in the ultrashort pulse laser generation device 1 is controlled by a drive signal from the computer 4.
  • the ultrashort pulse laser generation device 1 includes a laser irradiation source la, a laser light sensor lb, and a laser control device 1c.
  • the laser light from the laser irradiation source 1a is controlled by the laser control device 1c to a laser with desired characteristics.
  • Laser light sensor lb is a laser irradiation source la When it detects the irradiation of these laser beams, it outputs a detection signal to the computer 4.
  • the computer 4 can control the shutter 2 in synchronization with the timing of the detection signal to adjust the frequency of the irradiation laser or cut out the number of shots.
  • the shutter 2 can be set to a frequency lower than the frequency of the laser pulse from the ultrashort pulse laser generator 1 by cutting or breaking the laser pulse from the ultrashort pulse laser generator 1 at a predetermined frequency. it can.
  • the computer 4 controls the driving of the stage 3 to move the relative position of the pulse laser light and the object 6 according to the laser irradiation timing.
  • a drive signal for driving the condensing optical system 5 may be output from the computer 4, and the laser light irradiation position of the workpiece 6 may be relatively moved by driving the condensing optical system 5. It is possible to move both system 5 and stage 3 to realize this relative position movement.
  • the ultrashort pulse laser generator 1 uses a light source that can change the pulse repetition frequency to 5 kHz, a laser wavelength of 800 nm, and a pulse width of 150 fs-3 ps.
  • Shirtr 2 is realized with Pockels cell. By controlling this Pockels cell in synchronization with the laser light output detected by the laser light sensor lb, the number of laser light shots can be controlled.
  • basic parameters of the laser beam to be irradiated are set.
  • the setting of the basic parameters may be input, for example, using an input device provided in the computer 4.
  • the basic parameters to be input are, for example, fluence, pulse width, number of shots, etc. These basic parameters may be calculated automatically by an application program provided in the computer 4.
  • the pulse width is set to 500 fs
  • the fluence is set to 0.625, 1.25 j / cm 2 as the fluence below the single shot processing threshold fluence
  • the laser processing technique of the present invention For comparison with the above, the fluence is 1. 875, 2.5 j / cm 2 as the single shot processing threshold fluence based on the prior art.
  • the number of shots is further set to 10, 25, 50, 100, 1000, and 3000 shots, and for reference, one shot is similarly executed.
  • single shot processing threshold fluence refers to the case where a single laser pulse is applied to the object 6. This is the value of the fluence that processing of the loaded object 6 occurs with respect to the laser pulse width of the joint.
  • the computer 4 outputs a drive signal to the ultrashort pulse laser generator 1 based on the obtained basic parameters.
  • the ultrashort pulse laser generation device 1 When the ultrashort pulse laser generation device 1 receives the drive signal from the computer 4, the ultrashort pulse laser generation device 1 generates and outputs a laser beam of fluence and pulse width specified by the drive signal. When the sensor of the ultrashort pulse laser generation device 1 detects the output of the laser light, a detection signal is output to the computer 4.
  • the computer 4 controls the shutter 2 in synchronization with the detection signal to adjust to the designated number of shots. More specifically, for example, the modulation voltage applied to the Pockels cell constituting the shutter 2 may be controlled by the drive signal. Thereby, desired laser irradiation is performed.
  • the stage 3 or the focusing optical system 5 is driven to move the laser pulse and the object 6 relative to each other.
  • laser irradiation can be performed at a plurality of positions with respect to one force receiving object 6.
  • the stage 3 or the focusing optical system 5 by synchronizing the beam output and the relative position movement of the laser pulse irradiation position by the stage 3 or the focusing optical system 5 and controlling the number of yachts and the beam scanning speed, pattern processing without cracks and high accuracy is possible. realizable.
  • FIG. 2 shows an example of a microscope image in which surface abrasion of BK 7 is actually performed for each of the above-mentioned basic parameters.
  • the laser processing position corresponding to each condition is shown in the form of a matrix in the figure, and the number of forces S1, 10, 25, 50, 100, 1000, 3000 in the river page on the left side.
  • the ion tunneling and multiphoton absorption process absorb high intensity energy, and the bound electrons ionize directly. Furthermore, the electrons absorb the laser energy, energy transfer to the phononone takes place, the target workpiece is heated, passes through the melting temperature and is dissipated in a very short time of interaction. In the case of this single shot laser power, ion tunneling is dominant.
  • the possible generation principle of the ablation of the present invention is as follows: Single-shot processing When multiple shots are irradiated with laser pulses with fluence below the processing threshold fluence, there are more multiples than in the single-shot case. Energy is absorbed by the object 6 by the photon absorption process (about 2-4 photons). And, depending on the number of shots, direct ionization is caused stepwise. Then, the heating of electrons and ions and the energy transfer to phonone are repeated to activate the substance and cause degeneration. In addition, degradation due to repeated exposure to energy reduces the material's substantial threshold threshold fluence.
  • Such a substantial processing threshold fluence which is observed when irradiating a plurality of shots, is hereinafter referred to as multi-shot processing threshold fluence. That is, if it is equal to or higher than the multi-shot processing threshold fluence, ablation can be caused by energy irradiation of fluence lower than the single-shot processing threshold fluence. Also, even at fluence lower than the single-shot processing threshold fluence, the spot diameter increases as the number of shots increases, as in the case above the single-shot processing threshold fluence. Therefore, by controlling the number of shots, fine adjustment of the processing area becomes possible compared to the case of changing the beam output and the like. As a result, highly accurate processing can be realized.
  • laser power irradiation can be performed by performing laser pulse irradiation with the number of shots equal to or greater than the threshold number of shots.
  • the single shot threshold value fluence or less is used. Even with the lower fluence, laser irradiation of the workpiece can be performed by irradiating laser pulses of a plurality of shots. Therefore, even materials with high single shot processing threshold fluence can be processed with low fluence. For example, even materials that are susceptible to thermal destruction due to energy destruction can be obtained with sufficiently low fluence. In addition, it is easier to control the number of shots using a Pockels cell than to control the pulse width and fluence. Therefore, the processing algorithm can be simplified and the reproducibility can be improved. As a result, it is easy to control clean and high-precision processing with little influence of cracks etc. for various materials.
  • the present embodiment relates to a modification of the first embodiment.
  • the present embodiment is characterized in that the pulse width and the threshold shot number are calculated by analysis based on the multiphoton absorption process, and laser processing is performed based on the obtained threshold shot number.
  • the device configuration for realizing the present embodiment is
  • the processing in the ultrashort pulse region according to the scaling rule is assumed to be a two-photon absorption process, and the pulse width is determined by analysis. Calculate the relationship between the and the threshold shot number. The relationship between the calculated pulse width and the number of threshold shots is shown in Fig.3.
  • laser irradiation is performed in the same manner as in the first embodiment using the ultrashort pulse laser processing apparatus 10 with various fluences.
  • the focusing point of the focusing optical system 5 is set on the glass surface of BK 7 which is the force receiving object 6.
  • BK 7 which is the force receiving object 6.
  • an experimental value of the multi-shot processing threshold fluence is obtained.
  • the experimental values of the obtained multi-shot Karoe threshold fluence are shown in Fig. 4 together with the theoretical values.
  • Fig. 4 shows the experimental and theoretical values of the single-shot mask threshold fluence based on the multi-shot processing threshold fluence.
  • the threshold shot number in the scaling rule of was calculated as two-photon absorption. As shown in FIG. 3, as the pulse width increases, the threshold shot number decreases. Also, the scaling rules for multiple shot irradiation in Fig. 4, that is, to compare the theoretical values and the experimental values, make a curve almost in line with the scaling rules obtained with theoretical values, It can be confirmed that power can be generated with a threshold fluence lower than the single shot threshold fluence at the time of single shot irradiation.
  • the relationship with the multi-shot processing threshold fluence follows the scaling law, and phenomena such as tunneling caused by high-intensity energy found in the conventional so-called single-shot method Since the multiphoton absorption process is used as the dominant phenomenon, laser power can be stably and reproducibly performed.
  • stable controllable control conditions and processing algorithms can be set for various materials.
  • the threshold shot number can be determined by simulation, it is possible to realize high-efficiency laser processing that eliminates the need to perform laser power experiments using the same material in order to obtain the threshold shot number.
  • the present embodiment relates to a modification of the first embodiment.
  • the first embodiment shows an example in which ablation is performed as laser processing, but this embodiment is characterized in that the laser focus is set inside the workpiece 6 to perform internal modification of the workpiece 6.
  • the apparatus configuration for realizing the present embodiment is the same as that shown in FIG. 1 of the first embodiment.
  • BK 7 is used as the workpiece 6.
  • the second embodiment is the same as the first embodiment except that the focusing point of the focusing optical system 5 is set inside the glass of the workpiece 6. That is, The laser pulse ⁇ from the short pulse laser generator 1 is used to collect light on the inside of the object 6 using a light optical system 5. Thereby, the inside of the workpiece 6 is reformed. The modified region changes its refractive index. By observing this change in refractive index with a microscope, it is possible to determine the presence or absence of laser processing.
  • the processing threshold fluence of the workpiece 6 can be reduced by irradiating a plurality of shots with low energy laser pulses and charging the internal portion with electrons. Therefore, it can be seen that laser power can be performed even at fluences below the single-shot processing threshold fluence. That is, if multiple laser pulses are applied due to the activation of the material by repeated irradiation and the associated decrease in processing threshold fluence, it is possible to perform laser beaming even with fluence that can not be processed in a single shot. I understand.
  • laser irradiation of multiple shots not only for ablation but also for internal modification enables laser processing below the single-shot processing threshold fluence.
  • the present embodiment relates to a modification of the first embodiment.
  • the present embodiment is characterized in that the threshold shot number of laser power is controlled by controlling the repetition frequency of the laser pulse, that is, the interval of the number of shots.
  • the apparatus configuration for realizing the present embodiment is the same as that shown in FIG. 1 of the first embodiment.
  • an electric shutter is used as the shutter 2.
  • the interval of the number of shots is controlled by using the computer 4 while synchronizing the open interval of the electric shutter with the repetition frequency of the laser light source.
  • surface ablation was performed using BK7 as the object to be treated.
  • the repetition frequency of the ultrashort pulse laser generation device 1 is 5 kHz, and the repetition frequency of 5 kHz or less is arbitrarily set by controlling the opening interval of the shutter.
  • the frequency of the opening timing of the electric shutter is 2.5 kHz
  • the frequency of the laser pulse passing through the shutter 2 is 2.5 kHz
  • the shutter The frequency of the laser pulse passing through 2 can be 1 kHz.
  • the repetition frequency of the laser pulse irradiated to the object 6 is set to 5000 Hz, 2500 Hz, 1000 Hz, 500 Hz and 100 Hz, and the presence or absence of the ablation of the workpiece 6 is observed to repeat the frequency and threshold shot.
  • the relationship between the numbers was sought. The relationship obtained is shown in FIG.
  • the number of threshold shots to be given increases. That is, the number of shots can be set arbitrarily by controlling the repetition frequency. If it is difficult to control the number of shots arbitrarily due to the performance of stage 5 due to the surface and internal pattern processing of the workpiece 6, etc., control of the repetition frequency will make the crack not occur delicately near the threshold. It becomes possible.
  • the number of shots can be reduced by controlling the repetition frequency. It can be easily controlled. That is, the shutter 2 can control the shot interval. Multi-shot processing For materials with high fluence, short shot intervals, and for materials with high thermal influence, it is possible to control the number of shots, for example, to set long shot intervals. In addition, since it is easier to control the number of shots using an electric shutter than to control the pulse width and fluence, it is possible to carry out the process while fixing the fluence and pulse width, thus simplifying the processing algorithm, Reproducibility is high, and it is possible to control clean and high-precision force with less influence of cracks etc. for various materials.
  • the present invention is not limited to the above embodiment.
  • the parameters such as the laser pulse width, fluence, the number of shots, the laser wavelength and the like used in the above embodiment are merely examples, and can be appropriately changed without departing from the scope of the present invention.
  • FIG. 7 shows the relationship between the multi-shot curtain threshold fluence and the threshold shot number when the glass is subjected to ablation by the same method as the laser processing method shown in the first embodiment, and the pulse width is 150 fs. , 350 fs and 500 fs are shown.
  • the fluence that can be processed is determined by each pulse width. For example, in 500 fs, it is from lj / cm 2 is a single shots processing threshold fluence up to about 0. lj / cm 2.
  • the lower limit value of fluence that is, the multi-shot processing threshold fluence
  • F is about 0.05 j / cm 2
  • F is about 0.2 j / cm 2
  • Multi shot thb the
  • the change slope of the threshold number of shots is large V, so stable curb control becomes difficult unless the number of shots is controlled against fluence fluctuations.
  • the upper limit S of the number of shots is 9000
  • the upper limit of the number of shots S at 350 fs is less than 7,000 shots, and the upper limit of the number of shots S at 500 fs is the fluence of up to 6000 th th tha yacht strength Less susceptible to fluctuations.
  • the pulse width depending on the material
  • the upper limit value of the number of shots of stability force is different power In order to perform more stable force,
  • the repetition frequency of the laser irradiated to the object 6 is preferably selected in the range of 1 Hz to 100 MHz.
  • the laser pulse width is preferably set to lOps or less at which the pulse width can obtain non-thermal power and multiphoton-absorbing photon density. In this way, light is compressed temporally, and by using an ultrashort pulse of less than lOps, direct ionization of a substance is possible sufficiently even in the region below the single shot threshold threshold fluence. Become.
  • repeated irradiation with pulsed laser light can cause stepwise ionization of a substance.
  • thermal effects can be suppressed, enabling more beautiful and delicate processing.
  • the wavelength can be obtained when wavelength conversion of a commercially available femtosecond laser 800 nm is performed, and it is desirable that the wavelength be set to about lOOnm-100 m, which is a wavelength range that may be used for processing.
  • lOOnm-100 m which is a wavelength range that may be used for processing.
  • Laser processing is not limited to ablation and internal modification shown in the above embodiment, but covers all processing techniques such as cutting, fracture, surface modification, refractive index change, modification of material structure and physical properties, etc. It can be done. Besides, it is also applicable to a pattern caulk technique in which a pulse laser is interfered to transfer interference fringes to a target object. This can be achieved by generating laser interference by using an optical system using Michelson interference method or the like between the shutter 2 and the object 6 of FIG. Thus, by utilizing the beam interference, it is possible to transfer the interference pattern onto the object finely and with high precision.
  • the material 6 to be used may be not only glass but also any material such as metal, crystal, resin, biomaterial and the like. Note The desired range of the above parameters can be changed as appropriate depending on the processing technology and the type of material.
  • the present invention is effective in the technical field of an ultrashort pulse laser processing method for micromachining a workpiece using an ultrashort pulse laser.

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Abstract

　超短パルスレーザを用いて被加工物を加工するレーザ加工方法であって、１パルス照射時のフルエンスの加工閾値であるシングルショット加工閾値フルエンス以下のフルエンスにレーザパルスを設定し、前記レーザパルスを複数ショット前記被加工物（６）に照射する。

Description

明 細 書
超短パルスレーザ加工方法
技術分野
[0001] 本発明は、超短パルスレーザを用いて被カ卩ェ物の微細加工を行う超短パルスレー ザ加工方法に関する。
背景技術
[0002] 1パルスにおける閾値フルエンスとパルス幅との関係が特異な関係を示す領域にお けるパルス幅とフルエンスでレーザ誘起破壊を効率的に発生させる方法が特許第 32 83265号「レーザ誘起破壊及び切断形状を制御する方法」に記載されている。
[0003] 比較的長!、パルス幅のレーザ光によるパルスレーザ加工では、パルス幅値 τと加 ェが生じる閾値フルエンス F との関係が、 T = a 'F 1/2の関係を示す、いわゆるス
th th
ケーリング則に従う。ここで、フルエンス =パルス幅 X光強度 Zスポット面積で表され 、単位面積あたりのエネルギ量を示している。
[0004] この従来のレーザ誘起破壊の方法の場合、スケーリング則に従わないような超短パ ルス幅値のパルスレーザを用いてレーザ誘起破壊を生じさせ、破断、切断、アブレ一 シヨン等の被カ卩ェ物の加工を行う方法である。この方法では、パルス幅の低下に伴い 所定のパルス幅を境に 1パルス照射時の閾値フルエンス（以下、シングルショット加工 閾値フルエンスと呼ぶ）が増加し、被カ卩ェ物に高密度で高強度のエネルギを与えるこ とができる。すなわち、高強度のエネルギが与えられることによりトンネルィ匕などのポ テンシャルひずみが発生する。多光子吸収過程ではある力 比較的少ない光子吸収 によってレーザ誘起破壊が局在化する。これにより、被吸収波長においてもスポット サイズ、レイリー範囲よりも微細な加工が可能となる。
発明の開示
[0005] しかしながら、特許第 3283265号のレーザ加工法の場合、パルス幅の低下に伴い シングルショット加工閾値フルエンスが増加する。したがって、加工閾値フルエンスの 高い材料では高強度のエネルギが必要となる。この場合、再生増幅器などを用いた 高出力の超短パルスレーザが必要となる。さらに、この方法では高強度のエネルギを 1ショットで被加工物に照射するため、特に熱的影響が大きくレーザ破壊を起こしや す ヽ榭脂材料や生体材料などでは、閾値フルエンス近傍の領域でカ卩ェフルエンスを 厳密に制御しなければ、熱による熔解やクラックなどが発生する。また、各材料によつ て異なった特異なパルス幅と閾値フルエンスの関係を利用するため、高精度にパル ス幅とフルエンスを制御し力卩ェを安定化する必要がある。しかしながら、パルス幅の 領域が数 ps以下の超短パルス領域では、光学系によるエネルギの低下、ばらつき、 分散によるパルス幅の変動が発生し、ともにビーム制御が困難である。特に、ェネル ギをコントロールする NDフィルタ、アツテネータなどは微調整が困難で、再現性や安 定性に乏しい。加工閾値フルエンス近傍が最も特性がよく高精度の加工が可能であ る力 実際にはエネルギ、パルス幅の制御が困難であるので、加工閾値フルエンス から十分大き 、フルエンスで力卩ェを行わなければならな 、。
[0006] 本発明は上記課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、低 エネルギで安定性の高い超短パルスレーザカ卩ェ方法を提供することにある。
[0007] 上記の目的を達成するために、本発明の一態様によれば、超短パルスレーザを用 Vヽて被力卩ェ物をカ卩ェするレーザカ卩ェ方法であって、 1パルス照射時のフルエンスの 加工閾値であるシングルショット加工閾値フルエンス以下のフルエンスにレーザパル スを設定し、前記レーザパルスを複数ショット前記被加工物に照射する。
[0008] また、本発明は、上記超短パルスレーザカ卩ェ方法を実現するための超短パルスレ 一ザカ卩ェ装置としても成立する。
図面の簡単な説明
[0009] [図 1]図 1は、本発明の第 1実施形態に係る超短パルスレーザ加工装置の全体構成 を示す図である。
[図 2]図 2は、第 1実施形態に係るフルエンスとショット数に応じた被加工物表面のァ ブレーシヨンの顕微鏡写真を示す図である。
[図 3]図 3は、第 2実施形態に係るパルス幅と閾値ショット数の関係を示す図である。
[図 4]図 4は、第 2実施形態に係るシングルショット閾値フルエンスとマルチショット閾 値フルエンスの理論値と実験値を示す図である。
[図 5]図 5は、第 3実施形態に係るフルエンスとショット数に応じた被加工物表面の内 部改質の顕微鏡写真を示す図である。
[図 6]図 6は、第 4実施形態に係る繰り返し周波数と閾値ショット数の関係を示す図で ある。
[図 7]図 7は、第 4実施形態に係るガラスをアブレーシヨンした際のマルチショットカロェ 閾値フルエンスと閾値ショット数の関係を示す図である。 発明を実施するための最良の形態
[0010] 以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
(第 1実施形態）
図 1は本発明の超短パルスレーザ加工方法を実現するための超短パルスレーザカロ ェ装置 10の全体構成を示す図である。超短パルスレーザカ卩ェ装置 10は、超短パル スレーザ生成装置 1と、シャッター 2と、ステージ 3と、コンピュータ 4と、集光光学系 5 力もなる。ステージ 3上に加工の対象物たる被力卩ェ物 6を載置して力卩ェを行う。
[0011] 超短パルスレーザ生成装置 1から発生したレーザ光は、シャッター 2を介して集光 光学系 5に入る。集光光学系 5はレーザ光を所望のビーム形状に成形しステージ 3上 の被加工物 6の表面又はその内部の所定の位置に集光させる。集光光学系 5として は例えば非球面の単レンズが用いられる。被力卩ェ物 6は、例えば金属、ウェハ、ガラ ス、結晶材料、生体材料、榭脂などである。本実施形態では、被加工物 6としてポロ シリケート系ガラス（以下、 BK7)を用いる。
[0012] コンピュータ 4は、超短パルスレーザ生成装置 1、シャッター 2及びステージ 3の駆動 を制御する制御装置として機能する。すなわち、コンピュータ 4は、駆動信号を超短 パルスレーザ生成装置 1、シャッター 2及びステージ 3に出力する。超短パルスレーザ 生成装置 1は、コンピュータ 4からの駆動信号で指示されたフルエンスとパルス幅に 基づきレーザを生成して装置外にレーザを照射する。具体的には、コンピュータ 4か らの駆動信号により超短パルスレーザ生成装置 1内の例えば回折格子、プリズム、遮 光フィルタ等の構成要素の駆動を制御する。
[0013] また、超短パルスレーザ生成装置 1はレーザ照射源 la、レーザ光センサ lb、レー ザ制御装置 1 cを備える。レーザ照射源 1 aからのレーザ光はレーザ制御装置 1 cによ り所望の特性を備えたレーザに制御される。レーザ光センサ lbがレーザ照射源 laか らのレーザ光の照射を検知すると検出信号をコンピュータ 4に出力する。コンピュータ 4は、この検出信号のタイミングに同期してシャッター 2を制御し、照射レーザの周波 数を調整したり、ショット数を切り出すことができる。シャッター 2は、所定の周波数で 超短パルスレーザ生成装置 1からのレーザパルスをしや断等することにより、超短パ ルスレーザ生成装置 1からのレーザパルスの周波数よりも低い周波数に設定すること ができる。また、コンピュータ 4は、ステージ 3の駆動を制御し、パルスレーザ光と被カロ ェ物 6の相対位置をレーザ照射タイミングに応じて移動させる。また、集光光学系 5を 駆動する駆動信号をコンピュータ 4から出力し、集光光学系 5の駆動により被加工物 6のレーザ光照射位置を相対的に移動させてもよいし、集光光学系 5とステージ 3の 双方を移動させてこの相対位置移動を実現してもよ 、。
[0014] 本実施形態では、超短パルスレーザ生成装置 1はパルスの繰り返し周波数は 5kH z、レーザ波長 800nm、パルス幅 150fs— 3psまで変更可能な光源を用いる。シャツ ター 2はポッケルスセルで実現される。レーザ光センサ lbで検出されたレーザ光の出 力に同期してこのポッケルスセルを制御することで、レーザ光のショット数を制御する ことができる。
[0015] 次に、上記超短パルスレーザカ卩ェ装置 10の動作を説明する。
まず、コンピュータ 4を用いて照射すべきレーザ光の基本パラメータを設定する。基 本パラメータの設定は、例えばコンピュータ 4に設けられた入力装置を用いて入力す ればよい。入力する基本パラメータとしては、例えばフルエンス、パルス幅、ショット数 などであるが、これら基本パラメータは、コンピュータ 4内に設けられたアプリケーショ ンプログラムが自動で算出してもよい。
[0016] 本実施形態では、基本パラメータのうち、パルス幅は 500fsとし、フルエンスはシン グルショット加工閾値フルエンス以下のフルエンスとして 0. 625, 1. 25j/cm2とし、 この本願発明のレーザ加工技術と対比するために、従来技術に基づくシングルショッ ト加工閾値フルエンス以上のフルエンスとして 1. 875, 2. 5j/cm2とする。また、これ ら各フノレエンスの場合について、さらにショッ卜数を 10, 25, 50, 100, 1000, 3000 ショットに設定し、また参考のため、 1ショットの場合も同様に実行する。ここで、シング ルショット加工閾値フルエンスとは、単一のレーザパルスを被力卩ェ物 6に照射した場 合のそのレーザパルス幅に対して被力卩ェ物 6の加工が生じるフルエンスの値である。
[0017] 得られた基本パラメータに基づきコンピュータ 4は超短パルスレーザ生成装置 1に 駆動信号を出力する。
[0018] コンピュータ 4からの駆動信号を超短パルスレーザ生成装置 1が受けると、超短パ ルスレーザ生成装置 1は駆動信号で指定されるフルエンス及びパルス幅のレーザ光 を生成して出力する。このレーザ光の出力を超短パルスレーザ生成装置 1のセンサ が検知すると、検出信号がコンピュータ 4に出力される。コンピュータ 4は、検出信号 に同期してシャッター 2を制御し、指定されたショット数に調整する。より具体的には、 例えばシャッター 2を構成するポッケルスセルに与える変調電圧を駆動信号により制 御すればよい。これにより、所望のレーザ照射が行われる。ある一点におけるレーザ 照射が指定されたショット数に達すると、ステージ 3あるいは集光光学系 5を駆動して レーザパルスと被力卩ェ物 6を相対的に移動させる。これにより、 1つの被力卩ェ物 6に対 して複数の位置にレーザ照射することができる。このように、ビーム出力とステージ 3 あるいは集光光学系 5によるレーザパルス照射位置の相対位置移動を同期させ、シ ヨット数やビーム走査速度を制御することで、クラックレスで高精度のパターン加工が 実現できる。
[0019] 上記基本パラメータの各々について実際に BK7の表面アブレーシヨンを行った顕 微鏡写真の一例を図 2に示す。各条件に対応するレーザ加工位置は同図ではマトリ タス状に示されており、左佃】力ら右佃】に川頁にショッ卜数力 S1, 10, 25, 50, 100, 1000 , 3000ショットにつ!/ヽて、また下佃】力ら上佃】に川頁にフノレエンス力 2. 5, 1. 875, 1. 2 5, 0. 625jZcm2の場合について示してある。
[0020] 図 2に示すように、シングルショット加工閾値フルエンス以上のフルエンスの場合、 1 ショットからアブレーシヨンが認められ、ショット数の増加に伴い加工径が大きくなつて いる。一方、シングルショット加工閾値フルエンス以下のフルエンスの場合、 1ショット では加工は行われず、 1. 25jZcm2では 50ショット以上、 0. 625jZcm2では 3000 ショット以上で力卩ェが認められている。これより、シングルショット加工閾値フルエンス 以下のフルエンスによるレーザ照射の場合、被力卩ェ物 6をカ卩ェするショット数の閾値 、すなわち閾値ショット数が存在することが分力る。 [0021] 超短パルスレーザによりシングルショット加工閾値フルエンス以上のエネルギを与え る従来のアブレーシヨンの考えられる発生原理は以下の通りである。
イオントンネル化と多光子吸収過程によって高強度のエネルギを吸収し、束縛電子 は直接イオンィ匕する。さらに電子はレーザエネルギを吸収し、フオノンへのエネルギ 移動が発生して、ターゲットである被加工物は加熱され、非常に短い相互作用の時 間で溶融温度を通り過ぎ蒸散される。このシングルショットレーザ力卩ェの場合、イオン トンネルィ匕が支配的である。
[0022] これに対して本願発明のアブレーシヨンの考えられる発生原理は以下の通りである シングルショット加工閾値フルエンス以下のフルエンスのレーザパルスを複数ショッ ト照射した場合、シングルショットの場合よりも多くの多光子吸収過程 (約 2— 4光子） によって被力卩ェ物 6にエネルギが吸収される。そして、そのショット数によって、直接 的なイオン化を段階的に引き起こす。そして、電子、イオンの加熱とフオノンへのエネ ルギ移動を繰り返し、物質を活性化させ変質を起こす。さらに、エネルギの繰り返し照 射による変質によって、物質の実質的なカ卩ェ閾値フルエンスが低下する。このような 実質的な加工閾値フルエンスは、複数ショット照射した場合に認められるもので、以 下マルチショット加工閾値フルエンスと呼ぶ。すなわち、マルチショット加工閾値フル エンス以上であれば、シングルショット加工閾値フルエンス以下のフルエンスのエネ ルギ照射でアブレーシヨンを起こすことができる。また、シングルショット加工閾値フル エンス以下のフルエンスでも、シングルショット加工閾値フルエンス以上の場合と同様 にショット数の増加によってスポット径が増加している。したがって、ショット数を制御 することにより、ビーム出力等を変更する場合よりも加工領域の微調整が可能となる。 その結果、高精度の加工を実現することができる。
[0023] 例えば、ショット数を様々な値に設定し、レーザ力卩ェの有無を各ショット数について 取得することで、閾値ショット数を実験的に求めることができる。そして、同一材料の 被加工物を加工する場合に、この閾値ショット数以上のショット数でレーザパルス照 射することにより、レーザ力卩ェを行うことができる。
[0024] 以上説明したように本実施形態によれば、シングルショットカ卩ェ閾値フルエンス以 下のフルエンスであっても、複数のショット数のレーザパルスを照射することにより被 加工物のレーザ力卩ェを行うことが出来る。したがって、シングルショット加工閾値フル エンスの高い材料においても低いフルエンスでカ卩ェできる。例えば、熱的影響が大き ぐエネルギ破壊を起こしやすい材料においても、十分に低いフルエンスでカ卩ェでき る。また、パルス幅やフルエンスを制御するよりも、ポッケルスセルを用いてショット数 を制御する方が容易である。したがって、加工アルゴリズムを簡易化でき、再現性が 高くなる。その結果、様々な材料に対してクラックなどの影響の少ない綺麗で高精度 な加工を制御することが容易である。
[0025] (第 2実施形態）
本実施形態は第 1実施形態の変形例に係わる。本実施形態は、多光子吸収過程 に基づく解析によりパルス幅と閾値ショット数を算出し、求められた閾値ショット数に基 づきレーザ加工を行うことを特徴とする。本実施形態を実現するための装置構成は第
1実施形態の図 1に示したものと共通する。
[0026] まず、 BK7のアブレーシヨンカ卩ェにおいて、コンピュータ 4、あるいは別のコンビユー タを用いて、スケーリング則に沿った超短パルス領域での加工を 2光子吸収過程と仮 定し、解析によりパルス幅と閾値ショット数の関係を算出する。算出されたパルス幅と 閾値ショット数の関係を図 3に示す。
[0027] そして、得られた閾値ショット数をショット数とし、かつ様々なフルエンスにより超短パ ルスレーザ加工装置 10を用いて第 1実施形態と同様にレーザ照射を行う。
[0028] このレーザ照射では、被力卩ェ物 6である BK7のガラス表面に集光光学系 5の集光 点を設定する。レーザ照射の結果、被加工物 6のレーザ加工の有無を観察すること で、マルチショット加工閾値フルエンスの実験値を得る。得られたマルチショットカロェ 閾値フルエンスの実験値を、理論値とあわせて図 4に示す。また、マルチショット加工 閾値フルエンスにカ卩えて、シングルショットカ卩ェ閾値フルエンスの実験値と理論値を あわせて図 4に示す。複数ショット照射時のパルス幅とマルチショット加工閾値フルェ ンスとのスケーリング則は F = α · τ 1/2とし、 1ショット照射時のパルス幅とシングル
th
ショット加工閾値フルエンスとの関係は F = β . τ 1/4で表した。複数ショット照射時
th
のスケーリング則における閾値ショット数は 2光子吸収時として算出した。 [0029] 図 3に示すように、パルス幅が長くなるにつれて、閾値ショット数は低下している。ま た、図 4の複数ショット照射時のスケーリング則、すなわち理論値と実験値を比較して 分力るように、ほぼ理論値で得られたスケーリング則に沿ったカ卩ェができており、シン グルショット照射時のシングルショット閾値フルエンス以下の閾値フルエンスで力卩ェが できて 、ることが確認できる。
[0030] すなわち、 2光子吸収モデルによって解析されるショット数時の加工は、スケーリン グ則に沿った現象を用いた加工であることが確認できる。以上より、高精度で形状の 整った加工を行う場合には、スケーリング則付近で加工することが望ましいことが分か る。理論式によって閾値ショット数を算出することで、安定にかつ再現性よくレーザカロ ェを行うことができる。
[0031] 以上説明したように本実施形態によれば、多光子吸収モデルに基づく解析によりス ケーリング則に沿ったパルス幅と閾値ショット数を算出し、この閾値ショット数をショット 数とするレーザ力卩ェを行う。ここで、フェムト秒の領域のパルス幅においても、マルチ ショット加工閾値フルエンスとの関係がスケーリング則に沿っており、従来のいわゆる シングルショット法で見られる高強度エネルギによって引き起こされるトンネル効果な どの現象を少なくし多光子吸収過程を支配的な現象として用いるので、安定に再現 性よくレーザ力卩ェを行うことができる。また、スケーリング則に沿った力卩ェを用いること により、各種材料で安定した制御容易な加工条件、加工アルゴリズムを設定すること ができる。また、シミュレーションにより閾値ショット数が求まるので、閾値ショット数を 求めるために同一材料でレーザ力卩ェの実験を行う必要がなぐ高効率のレーザ加工 が実現できる。
[0032] (第 3実施形態）
本実施形態は第 1実施形態の変形例に係わる。第 1実施形態はレーザ加工として アブレーシヨンを行う例を示したが、本実施形態は、被加工物 6の内部にレーザ焦点 を設定し被加工物 6の内部改質を行うことを特徴とする。本実施形態を実現するため の装置構成は第 1実施形態の図 1に示したものと共通する。
[0033] 本実施形態では、被加工物 6として BK7を用いる。また、集光光学系 5の集光点を 被加工物 6のガラス内部に設定する以外は、第 1実施形態と共通する。すなわち、超 短パルスレーザ生成装置 1からのレーザパルス^^光光学系 5を用いて被力卩ェ物 6 内部に集光させる。これにより、被加工物 6内部が改質する。改質された領域は屈折 率が変化する。この屈折率の変化を顕微鏡で観察することにより、レーザ加工の有無 を判断できる。
[0034] フノレエンス ίま 6. 25, 5, 2. 5, 1. 25mj/cm2の 4通り【こつ!ヽて行! ヽ、ショット数 ίま 1 , 25, 50, 100, 1000ショットの 5通り【こつ!ヽて計 20通り【こつ!ヽて行う。ノ ノレス幅 ίま 5 OOfsである。レーザ照射により得られた BK7の顕微鏡写真の一例を図 5に示す。各 条件に対応するレーザ加工位置は同図ではマトリクス状に示されており、左側力 右 佃】に川頁にショッ卜数力 S1, 25, 50, 100, 1000ショッ卜につ!ヽて、また下佃】力ら上佃】に 川頁にフノレエンス力 S6. 25, 5, 2. 5, 1. 25niJ/cm2の場合につ!ヽて示してある。
[0035] 図 5に示すように、シングルショット加工閾値フルエンス以上のフルエンスの場合、 1 ショットから内部改質が認められ、ショット数の増加に伴い改質領域が増加している。 一方、シングルショット加工閾値フルエンス以下のフルエンスの場合、 1ショットでは加 ェは行われず、 2. 5mj/cm2では 50ショット以上、 1. 25niJ/cm2では 100ショット 以上で加工が認められている。これより、シングルショット加工閾値フルエンス以下の フルエンスによるレーザ照射の場合、被力卩ェ物 6の内部改質を起こすショット数の閾 値、すなわち閾値ショット数が存在することが分力る。
[0036] 内部屈折率変化においても、低エネルギのレーザパルスを複数ショット照射し、内 部の電子チャージなどによって、被加工物 6が持つ加工閾値フルエンスを低下させる ことができる。したがって、シングルショット加工閾値フルエンス以下のフルエンスでも レーザ力卩ェを行うことができることが分かる。すなわち、繰り返し照射による物質の活 性化と、それに伴う加工閾値フルエンスの低下によって、複数のレーザパルスを照射 すれば、シングルショットでは加工が行えなかつたフルエンスでもレーザカ卩ェを行うこ とができることが分かる。さらに、シングルショットカ卩ェ閾値フルエンスを超えるような高 強度のエネルギ照射では、レーザ電界の影響によって純粋な多光子吸収過程を起 こすことは困難であり、この場合クラック等の影響が被加工物内に強く見られていた。 これに対して本実施形態のように、マルチショットレーザ照射技術を用いることにより、 シングルショットの場合よりも繊細な多光子吸収過程を引き起こすことができ、より繊 細で綺麗な加工が可能となる。
[0037] このように本実施形態によれば、アブレーシヨンのみならず内部改質においても複 数ショットのレーザパルス照射により、シングルショット加工閾値フルエンス以下のレ 一ザ力卩ェが可能となる。
[0038] (第 4実施形態）
本実施形態は第 1実施形態の変形例に係わる。本実施形態は、レーザパルスの繰 り返し周波数、すなわちショット数の間隔を制御することによりレーザ力卩ェの閾値ショ ット数を制御することを特徴とする。本実施形態を実現するための装置構成は第 1実 施形態の図 1に示したものと共通する。
[0039] 本実施形態では、シャッター 2として電気シャッターを用いる。ショット数の間隔は、 コンピュータ 4を用いてこの電気シャッターの開放間隔をレーザ光源の繰り返し周波 数と同期させながら制御する。また、被カ卩ェ物として BK7を用い、表面アブレーシヨン を行った。
[0040] 具体的には、超短パルスレーザ生成装置 1の繰り返し周波数は 5kHzであり、シャツ ターの開放間隔を制御することにより、 5kHz以下の繰り返し周波数を任意に設定す る。例えば、電気シャッターの開放のタイミングの周波数を 2. 5kHzとすれば、シャツ ター 2を通過するレーザパルスの周波数は 2. 5kHzになり、電気シャッターの開放の タイミングの周波数を 1kHzとすれば、シャッター 2を通過するレーザパルスの周波数 を 1kHzにできる。このようにして、被力卩ェ物 6に照射されるレーザパルスの繰り返し 周波数を 5000Hz、 2500Hz, 1000Hz、 500Hz、 100Hzにし、被加工物 6のアブ レーシヨンの有無を観察して繰り返し周波数と閾値ショット数の関係を求めた。得られ た関係は図 6に示される。
[0041] 図 6に示すように、繰り返し周波数が低下するに従って、与える閾値ショット数が増 カロしている。すなわち、繰り返し周波数の制御によりショット数を任意に設定できる。 被加工物 6の表面及び内部パターン加工などで、ステージ 5の性能などによって任 意のショット数制御が困難な場合、繰り返し周波数を制御することにより、閾値近傍で の繊細でクラックの生じな 、力卩ェが可能となる。
[0042] このように本実施形態によれば、繰り返し周波数を制御することにより、ショット数を 容易に制御することができる。すなわち、シャッター 2によりショット間隔の制御が可能 である。マルチショット加工閾値フルエンスの高い材料ではショット間隔を短ぐまた熱 的影響の大きい材料ではショット間隔を長く設定する等のためにショット数を制御する ことができる。また、パルス幅やフルエンスを制御するよりも、電気シャッターを用いて ショット数を制御する方が容易であるから、フルエンスやパルス幅を固定したままでカロ ェできるので、加工アルゴリズムを簡易化でき、再現性が高くなり、様々な材料に対し てクラックなどの影響の少ない綺麗で高精度な力卩ェを制御することができる。
[0043] 本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
上記実施形態で用いられるレーザのノ ルス幅、フルエンス、ショット数、レーザ波長 などのパラメータはほんの一例にすぎず、本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変 更可能である。
[0044] 例えば、ショット数は、 2ショット一 10000ショット程度の範囲で選択するのが望まし い。図 7は第 1実施形態に示されたレーザ加工方法と同様の方法でガラスをアブレ一 シヨンした際のマルチショットカ卩ェ閾値フルエンスと閾値ショット数の関係を示したもの であり、パルス幅 150fs、 350fs、 500fsの 3種類について示している。シングルショッ ト加工閾値フルエンス以下のフルエンスで加工する上記実施形態の方法では、各パ ルス幅により加工可能なフルエンスが決まっている。例えば 500fsでは、シングルショ ット加工閾値フルエンスである lj/cm2から 0. lj/cm2程度までである。フルエンス の下限値、すなわちマルチショット加工閾値フルエンスは、誘起するレーザ誘起破壊 、すなわちレーザ力卩ェの種類、被カ卩ェ物の材料、レーザ波長により決定される。各パ ルス幅のマルチショット加工閾値フルエンスは、 500fsでは F =0. ljZcm2
tha 、 350f sでは F =0. 05j/cm2、 150fsでは F =0. 02j/cm2程度である。マルチショッ thb the
ト加工閾値フルエンス近傍では、同図に示すように閾値ショット数の変化勾配が大き V、ため、フルエンスの変動に対してショット数を制御しなければ安定したカ卩ェ制御が 難しくなる。 150fsのパルス幅でカ卩ェした場合はショット数の上限値 S は 9000ショッ
the
ト程度までがフルエンスの変動の影響を受けにくぐ 350fsの場合のショット数の上限 値 S は 7000ショット弱程度まで、 500fsの場合のショット数の上限値 S は 6000シ thb tha ヨット強までがフルエンス変動の影響を受けにくい。このように、パルス幅、材料により 安定力卩ェのショット数の上限値は異なっている力 より安定した力卩ェを行うためには、
2ショット一 10000ショット程度に設定することが望ましい。さらに好ましい範囲として ίま、 2ショット一 4000ショット程度力よ!ヽ。
[0045] また、被力卩ェ物 6に照射されるレーザの繰り返し周波数は、 1Hz— 100MHzの範 囲で選択するのが望ましい。レーザパルス幅は、パルス幅が非熱力卩ェが可能なレべ ルで多光子吸収可能な光子密度が得られる lOps以下に設定されるのが望ましい。こ のように、時間的に光が圧縮されて 、る lOps以下の超短パルスを用いることにより、 シングルショットカ卩ェ閾値フルエンス以下の領域でも、十分に物質の直接的なイオン 化が可能となる。したがって、パルスレーザ光を繰り返し照射することで物質の段階 的なイオン化を引き起こすことができる。さらに超短パルス光では熱的な影響を抑制 することができるので、より綺麗で繊細な加工が可能となる。また、波長は市販のフエ ムト秒レーザ 800nmを波長変換した際に得ることができ、加工に用いられる可能性 のある波長域である lOOnm— 100 m程度に設定されるのが望ましい。このように、 レーザ光の波長を変更し、かつショット数を制御するマルチショット法を採用すること により、通常レーザ波長で制約される回折限界以下の大きさの高精度の加工が可能 となり、加工分解能を向上させることができる。フルエンスは、パルス幅、被加工物の 材料、レーザ加工の種別、レーザ波長などにより定まる力 0.： J/cm2— 100J/ cm2程度に設定するのが望ましい。特に、榭脂を 500フェムト秒パルスで内部改質し た場合には、 10 jZcm2— 1000 jZcm2程度が望ましぐガラスのアブレーシヨン の場合、 0. ljZcm2— lOjZcm2程度が望ましい。
[0046] レーザ加工は、上記実施形態で示したアブレーシヨン及び内部改質に限らず、切 断、破断、表面の改質、屈折率変化、材料構造や物性の変性など、あらゆる加工技 術を対象とすることができる。他にも、パルスレーザを干渉させ干渉縞を被カ卩ェ物に 転写するパターンカ卩ェ技術にも適用可能である。これは、図 1のシャッター 2と被カロェ 物 6との間にマイケルソン干渉法等を利用した光学系を用いることによりレーザ干渉 を発生させればよい。このように、ビームの干渉を利用することによって、微細かつ高 精度に干渉パターンを被カ卩ェ物に転写することができる。また、被力卩ェ物 6は、ガラス のみならず、金属、結晶、榭脂、生体材料など、あらゆる材料が対象となり得る。なお 、これら加工技術や材料の種別により、上記パラメータの望ましい範囲は適宜変更可 能である。
[0047] 以上本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何ら限 定されるものではなぐ本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の態様で実 施し得ることはもちろんである。
産業上の利用可能性
[0048] 以上説明したようにこの発明は、超短パルスレーザを用いて被加工物の微細加工 を行う超短パルスレーザ加工方法の技術分野に有効である。

Claims

請求の範囲
[1] 超短パルスレーザを用いて被力卩ェ物を加工するレーザカ卩ェ方法であって、
1パルス照射時のフルエンスの加工閾値であるシングルショット加工閾値フルエンス 以下のフルエンスにレーザパルスを設定し、
前記レーザパルスを複数ショット前記被加工物に照射する
ことを特徴とする超短パルスレーザ加工方法。
[2] 前記パルスレーザのショット数は 2— 10000ショットであり、繰り返し周波数が 1Hz 一 100MHzである請求項 1に記載の超短パルスレーザカ卩ェ方法。
[3] 前記パルスレーザのパルス幅が 10ps以下であり、レーザ波長が 100ナノメートル以 上 100マイクロメートルである請求項 1に記載の超短パルスレーザカ卩ェ方法。
[4] 前記フルエンスは、 0. 1マイクロジュール Zcm2以上 100ジュール Zcm2以下であ る請求項 1に記載の超短パルスレーザ加工方法。
[5] 複数パルス照射時のフルエンスの加工閾値であるマルチショット加工閾値フルェン スとパルス幅に基づき多光子吸収モデルを用いた解析により閾値ショット数を設定し
、前記パルスレーザのショット数を前記閾値ショット数以上に設定する請求項 1に記 載の超短パルスレーザカ卩ェ方法。
[6] 前記パルスレーザのフルエンスは、複数パルス照射時のフルエンスの加工閾値で あるマルチショットカ卩ェ閾値フルエンスとパルス幅との関係がほぼスケーリング則に沿 う場合の前記マルチショット加工閾値フルエンスに設定される請求項 1に記載の超短 パルスレーザ加工方法。
[7] 前記ショット数を制御することにより、前記被加工物の加工スポットを制御する請求 項 1又は 5に記載の超短パルスレーザ加工方法。
[8] さらに前記被加工物に照射されるパルスレーザ^^光光学系により所望のビーム 形状に成形し、
前記パルスレーザと前記被加工物を相対的に移動させる
請求項 1又は 5に記載の超短パルスレーザ加工方法。
[9] 前記被カ卩ェ物へのパルスレーザの照射は、前記パルスレーザを干渉させ干渉縞を 前記被加工物に転写するものである請求項 1又は 5に記載の超短パルスレーザカロェ 方法。
前記被加工物は、金属、結晶、ガラス、榭脂、生体材料の少なくとも 1つであり、前 記被加工物の種類に応じて前記閾値ショット数が変更される請求項 1又は 5に記載 の超短パルスレーザ加工方法。
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