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WO2011018989A1 - レーザ加工装置及びレーザ加工方法 - Google Patents

レーザ加工装置及びレーザ加工方法 Download PDF

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WO2011018989A1
WO2011018989A1 PCT/JP2010/063352 JP2010063352W WO2011018989A1 WO 2011018989 A1 WO2011018989 A1 WO 2011018989A1 JP 2010063352 W JP2010063352 W JP 2010063352W WO 2011018989 A1 WO2011018989 A1 WO 2011018989A1
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WO
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pulse laser
laser beam
pulse
workpiece
wavelength
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2010/063352
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English (en)
French (fr)
Inventor
憲志 福満
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hamamatsu Photonics KK
Original Assignee
Hamamatsu Photonics KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to US13/322,301 priority patent/US20120061356A1/en
Priority to JP2011526726A priority patent/JP5580826B2/ja
Priority to KR1020117025336A priority patent/KR101770836B1/ko
Priority to CN201080035118.8A priority patent/CN102470484B/zh
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Definitions

  • the present invention relates to a laser processing apparatus and a laser processing method for forming a modified region in a workpiece.
  • Patent Document 1 As a conventional laser processing apparatus, there is known an apparatus that cuts a processing target by condensing first and second laser beams having different wavelengths from each other on the processing target.
  • Patent Document 1 a part of a substrate is cut out using a first radiation pulse having a first ultraviolet light wavelength and a second radiation pulse having a second ultraviolet light wavelength longer than the first ultraviolet light wavelength.
  • Patent Document 2 described below describes a laser processing apparatus that cuts an object to be processed using an oscillation wave of a laser beam and its harmonics.
  • the laser beam is focused on the object to be processed, and a plurality of modified spots are formed along the planned cutting line inside the object to be processed.
  • a laser processing apparatus for forming a modified region with a plurality of modified spots has been developed.
  • the laser processing apparatus as described above, it is required to improve the controllability of the modified spot. That is, for example, it is desired to accurately control the size of the modified spot and the length of a crack generated from the modified spot (hereinafter simply referred to as “crack length”) according to the thickness or material of the workpiece. It is rare.
  • an object of the present invention is to provide a laser processing apparatus and a laser processing method capable of improving the controllability of the modified spot.
  • a laser processing apparatus focuses a plurality of pulse laser beams on a processing target, and forms a plurality of modified spots along the planned cutting line inside the processing target.
  • a second laser light source that emits a second pulse laser beam having a wavelength of 2, a first half-wave plate that changes the polarization direction of the first pulse laser beam, and a second pulse laser beam
  • the second half-wave plate that changes the polarization direction, the first pulsed laser light whose polarization direction is changed by the first half-wave plate, and the polarization direction that is changed by the second half-wave plate Polarization component for polarization-separating the changed second pulse laser beam Means, a condensing lens for condensing the first and second pulse laser beams polarized and separated by the polarization separating means on the object to be processed, and first and second changing by the first and second half-wave plates And a light intensity control means for controlling the intensity of the first and second pulse laser light by changing the polarization direction of the second pulse laser light.
  • the laser processing apparatus condenses a plurality of pulsed laser beams on the workpiece, forms a plurality of modified spots along the planned cutting line inside the workpiece, A laser processing apparatus for forming a modified region by a spot, wherein a first laser light source that emits a first pulse laser beam having a first wavelength and a first pulse laser beam are incident thereon, A non-linear optical crystal that emits a second pulse laser beam having a second wavelength different from the first pulse laser beam and the first wavelength, and a first 1/2 that changes a polarization direction of the first pulse laser beam.
  • a light intensity control means for controlling the intensity of the first and second pulsed laser beams by changing the polarization directions of the first and second pulsed laser beams to be changed by the two-wavelength plate.
  • the polarization separation means performs polarization separation.
  • the ratio of the first and second pulse laser beams to be varied is varied.
  • the intensities of the first and second pulse laser beams are adjusted. Therefore, for example, the intensities of the first and second pulse laser beams are controlled as desired without greatly changing the pulse widths of the first and second pulse laser beams. Accordingly, it is possible to accurately form a high quality modified spot having a suitable modified spot size and crack length. That is, according to the present invention, the controllability of the modified spot can be improved.
  • a pulse width control means for controlling the pulse width of the first pulse laser light emitted from the first laser light source, and the pulse width control means changes the pulse width of the first pulse laser light.
  • the pulse width control means changes the pulse width of the first pulse laser light.
  • a coaxial means for coaxially combining the first and second pulse laser beams is provided.
  • the configuration of the optical system related to the first and second pulse laser beams can be simplified.
  • the polarization separation means includes a first polarization beam splitter that polarization-separates the first pulsed laser light whose polarization direction has been changed by the first half-wave plate, and a polarization that is polarized by the second half-wave plate.
  • a second polarization beam splitter that polarization-separates the second pulsed laser light whose direction is changed.
  • the controllable width of the intensity of the first pulse laser light is larger than the controllable width of the intensity of the second pulse laser light. In this case, a modified spot with good quality can be suitably formed on the workpiece.
  • the light intensity control means makes the intensity of the first pulsed laser light smaller than an intensity threshold at which a modified spot is formed when only the first pulsed laser light is focused on the object to be processed. It is preferable to control.
  • the second pulse laser beam acts as the main pulse laser beam
  • the first pulse laser beam acts as the auxiliary pulse laser beam.
  • the first pulse laser beam preferably acts so as not to adversely affect the second pulse laser beam. As a result, a high quality modified spot can be formed on the workpiece.
  • the laser processing apparatus condenses a plurality of pulsed laser beams on the workpiece, forms a plurality of modified spots along the planned cutting line inside the workpiece,
  • a laser processing apparatus for forming a modified region by a spot having a first laser light source that emits a first pulsed laser beam having a first wavelength, and a second wavelength that is different from the first wavelength
  • a second laser light source that emits the second pulse laser light
  • a condensing lens that condenses the first and second pulse laser lights on the object to be processed.
  • the intensity of the first pulse laser light is
  • the intensity threshold is set to be smaller than an intensity threshold at which a modified spot is formed.
  • the laser processing apparatus condenses a plurality of pulsed laser beams on the workpiece, forms a plurality of modified spots along the planned cutting line inside the workpiece,
  • a laser processing apparatus for forming a modified region by a spot wherein a first laser light source that emits a first pulse laser beam having a first wavelength and a first pulse laser beam are incident thereon,
  • a non-linear optical crystal that emits a second pulse laser beam having a second wavelength different from the first pulse laser beam and the first wavelength, and a collection that focuses the first and second pulse laser beams on a workpiece.
  • An optical lens, and the intensity of the first pulsed laser light is made smaller than an intensity threshold at which a modified spot is formed when only the first pulsed laser light is focused on the workpiece. It is characterized by.
  • the laser processing method condenses a plurality of pulsed laser beams on a workpiece, forms a plurality of modified spots along the planned cutting line inside the workpiece, and a plurality of modified A laser processing method for forming a modified region by a spot, comprising collecting a first pulse laser beam having a first wavelength and a second pulse laser beam having a second wavelength different from the first wavelength. Including a step of condensing the object to be processed with an optical lens. In the step, the modified spot is formed when the intensity of the first pulse laser beam is focused on the object to be processed only the first pulse laser beam. It is characterized by being made smaller than the intensity threshold.
  • the first and second pulse laser beams are focused on the object to be processed to form a plurality of modified spots, and these modified spots form a modified region.
  • the intensity of the first pulse laser beam is set to be smaller than an intensity threshold at which a modified spot is formed when only the first pulse laser beam is focused on the workpiece. Therefore, in this case, with respect to the formation of the modified spot, the second pulse laser beam acts as the main pulse laser beam, and the first pulse laser beam acts as the auxiliary pulse laser beam.
  • the first pulse laser beam preferably acts so as not to adversely affect the second pulse laser beam. As a result, a high quality modified spot can be formed on the workpiece.
  • the wavelength of the first pulse laser beam may be longer than the wavelength of the second pulse laser beam.
  • the controllability of the modified spot can be improved.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of the workpiece of FIG. It is a top view of the processing target after laser processing.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV of the workpiece in FIG. 3.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line VV of the workpiece in FIG. 3. It is a figure for demonstrating the relationship between the intensity
  • a plurality of pulsed laser beams are simultaneously focused on the processing object, and a plurality of modified spots are formed along the planned cutting line inside the processing object.
  • a modified region serving as a starting point for cutting is formed by a plurality of modified spots.
  • a scheduled cutting line 5 for cutting the workpiece 1 is set on the workpiece 1.
  • the planned cutting line 5 is a virtual line extending linearly.
  • the laser light L is projected along the planned cutting line 5 in a state where the focused point P is aligned with the inside of the workpiece 1. It moves relatively (that is, in the direction of arrow A in FIG. 1).
  • the modified region 7 is formed inside the workpiece 1 along the planned cutting line 5
  • the modified region 7 formed along the planned cutting line 5 is It becomes the cutting start area 8.
  • the workpiece 1 a semiconductor material, a piezoelectric material, or the like is used, and here, a glass substrate is used.
  • the condensing point P is a location where the laser light L is condensed.
  • the planned cutting line 5 is not limited to a straight line, but may be a curved line, or may be a line actually drawn on the surface 3 of the workpiece 1 without being limited to a virtual line.
  • the modified region 7 may be formed continuously or intermittently. Further, the modified region 7 may be in the form of a line or a dot. In short, the modified region 7 only needs to be formed at least inside the workpiece 1.
  • a crack may be formed starting from the modified region 7, and the crack and modified region 7 may be exposed on the outer surface (front surface, back surface, or outer peripheral surface) of the workpiece 1.
  • the laser light L here passes through the workpiece 1 and is particularly absorbed near the condensing point inside the workpiece 1, thereby forming the modified region 7 in the workpiece 1. (Ie, internal absorption laser processing). Therefore, the laser beam L is hardly absorbed on the surface 3 of the workpiece 1 and the surface 3 of the workpiece 1 is not melted. In general, when a removed portion such as a hole or a groove is formed by being melted and removed from the front surface 3 (surface absorption laser processing), the processing region gradually proceeds from the front surface 3 side to the back surface side.
  • the modified region formed in the present embodiment refers to a region in which density, refractive index, mechanical strength, and other physical characteristics are different from the surroundings.
  • the modified region include a melt treatment region, a crack region, a dielectric breakdown region, a refractive index change region, and the like, and there is a region where these are mixed.
  • the modified region there are a region where the density of the modified region in the material to be processed is changed compared to the density of the non-modified region, and a region where lattice defects are formed. Also called density transition region).
  • the melt treatment region, the refractive index change region, the region where the density of the modified region has changed compared to the density of the non-modified region, and the region where lattice defects are formed are the interior of these regions or the modified region.
  • cracks are included in the interface with the non-modified region. The included crack may be formed over the entire surface of the modified region, or may be formed in only a part or a plurality of parts.
  • the modified region 7 is formed by forming a plurality of modified spots (processing marks) along the planned cutting line 5.
  • the modified spot is a modified portion formed by one pulse shot of pulsed laser light (that is, one pulse of laser irradiation), and becomes a modified region 7 by collecting the modified spots.
  • Examples of the modified spot include a crack spot, a melting treatment spot, a refractive index change spot, or a mixture of at least one of these.
  • the modified spot is too large and the crack length is too long, variations in the modified spot size and crack length increase, and the accuracy of cutting the workpiece 1 along the planned cutting line 5 is poor. Become. Moreover, since the unevenness
  • the size and crack length of the modified spots are appropriate, they can be formed uniformly and the deviation from the planned cutting line 5 can be suppressed. Furthermore, the cutting accuracy of the workpiece 1 along the planned cutting line 5 and the flatness of the cut surface can be improved.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the relationship between the intensity of the pulsed laser beam and the modified spot.
  • the modified spot S can be controlled by adjusting the intensity (power) of the pulse laser beam. Specifically, when the intensity of the pulse laser beam is reduced, the size of the modified spot S and the length of the crack C can be controlled to be small. On the other hand, when the intensity of the pulse laser beam is increased, the size of the modified spot S and the length of the crack C can be controlled largely.
  • the intensity of the pulsed laser beam is expressed by, for example, the peak power density per pulse, the energy per pulse (J), or the average output (W) obtained by multiplying the energy per pulse by the frequency of the pulsed laser beam. be able to.
  • a pulsed laser beam having a wavelength of 1064 nm (hereinafter referred to as a first pulsed laser beam) is focused solely on the workpiece 1, the intensity of the first pulsed laser beam is greater than or equal to the intensity threshold value ⁇ .
  • a modified spot S1 is formed.
  • a pulse laser beam having a wavelength of 532 nm shorter than the first pulse laser beam (hereinafter referred to as a second pulse laser beam) is focused on the workpiece 1 alone, the second pulse laser beam is used.
  • the intensity is higher than the intensity threshold ⁇ , the modified spot S2 is formed.
  • the intensity threshold ⁇ may be 15 ⁇ J and the intensity threshold ⁇ may be 6 ⁇ J.
  • the intensity threshold is the intensity of the laser beam that forms a modified spot on the workpiece 1 with that intensity.
  • the formation of the modified spot S here is intended to properly form the modified spot constituting the modified region serving as the starting point of cutting (hereinafter the same).
  • the modified spot S3 has the same characteristics as the modified spot formed by condensing a pulse laser beam of an ultrashort pulse (for example, several psec) on the workpiece, that is, a relatively small modified spot.
  • the length of the crack C is appropriate (half cut or full cut occurs).
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of modified spots formed on the object to be processed using the first and second pulse laser beams.
  • Each photograph in the figure is an enlarged plan view showing the workpiece 1 on which the modified spot S is formed.
  • the pulse pitch of the first and second pulse laser beams is 50 ⁇ m
  • the polarization direction is the scan direction (vertical direction in the figure).
  • the first pulse laser beam when the intensity is 0 ⁇ J is not focused on the workpiece 1 (that is, single irradiation of the second pulse laser beam).
  • the second pulse laser beam when the intensity is 0 ⁇ J is not focused on the workpiece 1 (that is, single irradiation of the first pulse laser beam).
  • a slide glass is used as the processing object 1.
  • the modified spot S cannot be formed on the object to be processed, and the processing is impossible. Further, when the intensity of the second pulse laser beam is 6 ⁇ J or less, the modified spot S cannot be formed continuously and accurately, and so-called idling phenomenon occurs. In particular, when the intensity of the second pulse laser beam is 4 ⁇ J, depending on the intensity of the first pulse laser beam (when the intensity of the first pulse laser beam is 0 to 10 ⁇ J), the idling phenomenon occurs greatly. Therefore, it can be understood that the idling phenomenon can be particularly suppressed by controlling the intensity of the second pulse laser beam. That is, the second pulse laser beam having a shorter wavelength than the wavelength of the first pulse laser beam is used as a main element for forming the modified spot S.
  • the size of the modified spot S can be particularly adjusted by controlling the intensity of the first pulse laser beam.
  • the laser intensity of the first pulse laser beam is used in a range of intensity smaller than the intensity threshold value of the workpiece 1 in the laser beam (the intensity threshold value of the workpiece 1 when the laser beam is irradiated alone). As a result, the size of the modified spot S can be easily controlled.
  • FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing the laser processing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • the laser processing apparatus 100 includes a housing 111 that houses an optical system related to the first and second pulsed laser beams, and a collector that focuses the first and second pulsed laser beams on the workpiece 1.
  • a stage 114 for movement and a stage control unit 115 for controlling the movement of the stage 114 are provided.
  • the laser processing apparatus 100 includes an autofocus unit 116 in order to form the modified region 7 by condensing the pulse laser beams L1 and L2 with high accuracy at a predetermined position inside the workpiece 1.
  • the pulsed laser beams L1 and L2 are controlled so as to be focused at a certain position from the front surface 3 and the back surface of the processing object 1.
  • FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing a main part of the laser processing apparatus of FIG.
  • the laser processing apparatus 100 includes first and second pulse laser light sources 101 and 102, a laser light source control unit 103, half-wave plates 104 and 105, polarizing beam splitters 106 and 107, and It is equipped with.
  • the first pulse laser light source (first laser light source) 101 emits first pulse laser light (first pulse laser light) L1 having a wavelength of 1064 nm and a pulse width of 23 nsec, for example.
  • the second pulse laser light source (second laser light source) 102 is, for example, a second pulse laser light (second pulse) having a wavelength of 532 nm and a pulse width of 15 nsec as pulse laser light having a shorter wavelength than the first pulse laser light L1.
  • Laser beam L2 is emitted.
  • each of the pulse laser light sources 101 and 102 here emits pulse laser beams L1 and L2 whose polarization direction is the vertical direction of the paper surface.
  • a fiber laser or the like can be used as the pulse laser light sources 101 and 102.
  • the laser light source control unit 103 is connected to the first pulse laser light source 101, and adjusts the pulse width, pulse timing, and the like of the pulse laser light L1 emitted from the first pulse laser light source 101.
  • the laser light source control unit 103 is also connected to the second pulse laser light source 102, and adjusts the pulse timing of the pulse laser light L2. Then, the laser light source control unit 103 controls the adjustment of the pulse timing of each laser beam of the pulse laser light sources 101 and 102.
  • the half-wave plates 104 and 105 are arranged at the subsequent stage of the pulse laser light sources 101 and 102 in the optical axes (optical paths) of the pulse laser beams L1 and L2, respectively.
  • the half-wave plate (first half-wave plate) 104 changes the polarization direction of the first pulsed laser light L1 emitted from the first pulsed laser light source 101.
  • the half-wave plate (second half-wave plate) 105 changes the polarization direction of the second pulsed laser light L2 emitted from the second pulsed laser light source 102.
  • the polarizing beam splitter (first polarizing beam splitter) 106 is disposed at the subsequent stage of the half-wave plate 104 on the optical axis of the first pulse laser beam L1.
  • the polarization beam splitter 106 separates the first pulsed laser light L1 whose polarization direction has been changed by the half-wave plate 104. Specifically, the polarization beam splitter 106 transmits the polarization direction component in the vertical direction of the paper surface and reflects the polarization direction component in the vertical direction of the paper surface of the first pulse laser beam L1.
  • the polarization beam splitter (second polarization beam splitter) 107 is disposed at the subsequent stage of the half-wave plate 105 on the optical axis of the second pulse laser beam L2.
  • This polarization beam splitter 107 separates the polarization of the second pulsed laser light L 2 whose polarization direction has been changed by the half-wave plate 105.
  • the polarization beam splitter 107 transmits the polarization direction component in the vertical direction of the paper surface and reflects the polarization direction component in the vertical direction of the paper surface of the second pulse laser light L2.
  • the laser processing apparatus 100 further includes a light intensity controller 121.
  • the light intensity control unit 121 controls the rotation angles of the half-wave plates 104 and 105 by an actuator or the like, and varies the polarization directions of the pulsed laser beams L1 and L2 changed by the half-wave plates 104 and 10, respectively. .
  • the polarization direction variable range of the first pulsed laser light L1 changed by the half-wave plate 104 is changed by the polarization direction variable range of the second pulsed laser light L2 changed by the half-wave plate 105.
  • the controllable width of the intensity of the first pulse laser light L1 is larger than the controllable width of the intensity of the second pulse laser light L2.
  • an expand tape is attached to the back surface 21 of the processing target 1 that is a glass substrate or a sapphire substrate, and the processing target 1 is placed on the stage 114. Placed on. Subsequently, with the surface 3 as the laser beam irradiation surface, the focusing point P is set inside the workpiece 1, and each of the pulse laser beams L 1 and L 2 is simultaneously irradiated from the pulse laser light sources 101 and 102. At this time, the laser light source controller 103 controls the pulse timing so that at least some of the pulses of the pulse laser beams L1 and L2 overlap each other.
  • the first pulse laser light L1 emitted from the first pulse laser light source 101 passes through the half-wave plate 104 and is subjected to polarization adjustment, and then is polarized and separated by the polarization beam splitter 106 (S2, S3). Then, the first pulsed laser light L1 transmitted through the polarization beam splitter 106 is sequentially reflected by the dichroic mirrors 108 to 110 and enters the condenser lens 112.
  • the second pulse laser light L2 emitted from the second pulse laser light source 102 passes through the half-wave plate 105 and is subjected to polarization adjustment, and then is polarized and separated by the polarization beam splitter 107 (S2, 3). . Then, the second pulse laser beam L2 that has passed through the polarization beam splitter 107 passes through the dichroic mirror 109 and is coaxial with the first pulse laser beam L1, and is reflected by the dichroic mirror 110 in this coaxial state, and is collected by a condenser lens. 112 is incident. Thereby, the pulse laser beams L1 and L2 are condensed inside the workpiece 1 in a state where the scanning direction is the polarization direction (S4).
  • the dichroic mirror 110 is preferably used when observing the workpiece 1 by transmitting light reflected by the workpiece 1 and observing it with a camera device (not shown). If there is not, a simple reflecting mirror may be used.
  • the stage 114 is driven together with the irradiation of the pulsed laser beams L1 and L2, and the workpiece 1 is moved (scanned) relative to the pulsed laser beams L1 and L2 along the planned cutting line 5.
  • a plurality of modified spots S along the planned cutting line 5 are formed inside 1, and a modified region 7 is formed by these modified spots S (S5, S6).
  • S5, S6 modified spots S
  • the workpiece 1 is cut along the scheduled cutting line 5 using the modified region 7 as a starting point for cutting.
  • the laser processing apparatus 100 of this embodiment includes a light intensity control unit 121. Therefore, in the laser processing apparatus 100, the polarization beam splitters 106 and 107 are operated by operating the light intensity control unit 121 and changing the polarization directions of the pulsed laser beams L1 and L2 passing through the half-wave plates 104 and 105.
  • the ratio of the pulsed laser beams L1 and L2 to be polarized and separated can be varied.
  • the ratio of the polarization direction component transmitted through the polarization beam splitters 106 and 107 is appropriately adjusted. Therefore, the intensities of the pulse laser beams L1 and L2 collected by the condenser lens 112 are respectively adjusted as desired.
  • the input range is largely adjusted due to the configuration of the pulse laser light sources 101 and 102. Have difficulty.
  • the intensity of the pulsed laser beams L1 and L2 can be controlled as desired without largely changing the input range of the pulsed laser beams L1 and L2. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to accurately form a high-quality modified spot S having a suitable size and crack length on the workpiece 1 and improve the controllability of the modified spot S. be able to.
  • the modified spot S is formed by simultaneously condensing the two pulse laser beams L1 and L2 having different wavelengths. Therefore, it is possible to reduce the total intensity of the pulsed laser light as compared with the case where either one of the pulsed laser light L1 and L2 is individually focused to form the modified spot S (see FIG. 6).
  • the pulse width has to be an ultrashort pulse (for example, several psec), and the pulse laser A special laser light source may be required for the light source.
  • the pulse width has to be an ultrashort pulse (for example, several psec)
  • the pulse laser A special laser light source may be required for the light source.
  • the intensity of the first pulse laser beam L1 is changed to be larger than the intensity of the second pulse laser beam L2. It is preferable to do so (see FIG. 7).
  • the controllable width of the intensity of the first pulsed laser light L1 is larger than the controllable width of the intensity of the second pulsed laser light L2. Therefore, suitable laser processing adapted to the intensity relationship between the pulsed laser beams L1 and L2 when forming the modified spot S can be performed, and the modified spot S with good quality is suitably formed on the workpiece 1. It becomes possible to do.
  • the configuration of the optical system related to the pulse laser beams L1 and L2 can be simplified.
  • the pulse width of the second pulse laser beam L2 is the first pulse laser as in this embodiment. It is preferable to be smaller than the pulse width of the light L1.
  • the intensity of the first pulse laser beam L1 is made smaller than the intensity threshold value ⁇ at which the modified spot S is formed when only the first pulse laser beam L1 is focused on the workpiece 1. Also good. In other words, the intensity of the first pulse laser beam L1 may be within a predetermined intensity range in which the modified spot S is not formed when the first pulse laser beam L1 is focused on the workpiece 1 alone.
  • the second pulse laser beam L2 acts as a main pulse laser beam
  • the first pulse laser beam L1 acts as an auxiliary pulse laser beam.
  • the first pulse laser beam L1 preferably acts so as not to adversely affect the second pulse laser beam L2.
  • the quality-modified spot S can be formed on the workpiece 1. That is, in this case, it is possible to perform excellent laser processing in which the pulsed laser beams L1 and L2 that are simultaneously irradiated with multiple wavelengths are suitably combined.
  • the modified spot S when the modified spot S is formed inside the workpiece 1 by condensing the pulse laser beam, the required wavelength and pulse of the pulsed laser beam depending on the type of the workpiece 1 and the like.
  • the width, peak power, etc. are different.
  • the wavelength of the pulse laser beam is 1064 nm and the pulse width is relatively long (100 to 200 nsec).
  • the modified spot S is formed on the workpiece 1 that is a glass substrate or a sapphire substrate as in this embodiment, it is preferable to increase the intensity (peak energy) by reducing the pulse width of the pulse laser beam.
  • the laser processing apparatus 100 can not only form the modified spot S on the processing target 1 such as a glass substrate or a sapphire substrate with high accuracy as described above, but also can be applied to the processing target 1 that is a silicon substrate.
  • the modified spot S can be formed with high accuracy.
  • a filter or the like is installed on the optical axis of the second pulse laser beam L2 so that the second pulse laser beam L2 is not focused on the workpiece 1.
  • the first pulse laser beam L1 having a pulse width of 200 nsec is focused on the workpiece 1.
  • the laser processing apparatus 100 can be used as a single apparatus for processing various substrates.
  • the single laser processing apparatus 100 can easily cope with the processing object 1 such as a bonded substrate of a silicon substrate and a glass substrate.
  • the polarization beam splitters 106 and 107 constitute the polarization separation means
  • the light intensity control unit 121 constitutes the light intensity control means.
  • the dichroic mirrors 108 and 109 constitute coaxial means
  • the laser light source control unit 103 constitutes pulse width control means.
  • FIG. 11 is a schematic configuration diagram showing a main part of a laser processing apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • the laser processing apparatus 200 of the present embodiment is different from the laser processing apparatus 100 in that it includes a polarizing beam splitter 201 instead of the polarizing beam splitters 106 and 107 (see FIG. 9), and 1 /
  • the dual wavelength plate 202 is further provided.
  • the polarizing beam splitter (first and second polarizing beam splitter) 201 is a stage subsequent to the half-wave plate 104 on the optical axis of the first pulsed laser light L1 and 1 / on the optical axis of the second pulsed laser light L2. It arrange
  • This polarization beam splitter 201 is compatible with two wavelengths, the first pulse laser beam L1 whose polarization direction has been changed by the half-wave plate 104, and the first pulse laser beam L1 whose polarization direction has been changed by the half-wave plate 105.
  • the two-pulse laser beam L2 is polarized and separated.
  • the polarization beam splitter 201 transmits the polarization direction component in the vertical direction on the paper surface of the first pulse laser beam L1 as it is and reflects the polarization direction component in the vertical direction on the paper surface.
  • the polarization direction component in the vertical direction of the paper surface of the second pulse laser light L1 is transmitted coaxially with the first pulse laser light L1, and the polarization direction component in the vertical direction of the paper surface is reflected.
  • the half-wave plate 202 is disposed downstream of the polarizing beam splitter 201 on the optical axis of the first pulsed laser beam L1.
  • the half-wave plate 202 changes the polarization direction of the first pulse laser beam L1 reflected by the polarization beam splitter 201 and transmits the second pulse laser beam L2 transmitted through the polarization beam splitter 201 as it is.
  • the half-wave plate 202 changes the polarization direction of the first pulsed laser light L1 in the direction perpendicular to the paper surface to the polarization direction in the vertical direction of the paper surface.
  • the first pulse laser light L1 emitted from the first pulse laser light source 101 passes through the half-wave plate 104 and is subjected to polarization adjustment, and then is dichroic mirror 203. The light is reflected and separated by the polarization beam splitter 201. Then, the first pulse laser beam L1 reflected by the polarization beam splitter 201 passes through the half-wave plate 202, is subjected to polarization adjustment, reflected by the dichroic mirror 110, and then enters the condenser lens 112.
  • the second pulse laser light L2 emitted from the second pulse laser light source 102 passes through the half-wave plate 105 and is subjected to polarization adjustment, and then polarized and separated by the polarization beam splitter 201. Then, the second pulse laser beam L2 transmitted through the polarization beam splitter 201 is coaxial with the first pulse laser beam L1, and passes through the half-wave plate 202 as it is in this coaxial state. Thereafter, the light is reflected by the dichroic mirror 110 and enters the condenser lens 112. As a result, the pulse laser beams L1 and L2 are condensed inside the workpiece 1 in a state where the scanning direction is the polarization direction.
  • the laser processing apparatus 200 can be used as a single laser processing apparatus for various substrates.
  • the polarization beam splitter 201 constitutes a polarization separation unit, and the polarization beam splitter 201 and the dichroic mirror 203 constitute a coaxial unit.
  • FIG. 12 is a schematic configuration diagram showing a main part of a laser processing apparatus according to the third embodiment of the present invention.
  • the laser processing apparatus 300 according to the present embodiment is mainly different from the laser processing apparatus 100 having two pulse laser light sources 101 and 102 in that the number of pulse laser light sources is one. Yes.
  • the laser processing apparatus 300 does not include the second pulse laser light source 102 but further includes a nonlinear optical crystal 301.
  • the nonlinear optical crystal 301 performs wavelength conversion of the pulsed laser light L1, and here, a KTP crystal is used as a second harmonic generation element (SHG crystal) that generates optical harmonics.
  • SHG crystal second harmonic generation element
  • the second pulse laser beam L2 having a wavelength of 532 nm as the second harmonic wave is input to the first pulse. It is emitted coaxially with the laser beam L1.
  • the nonlinear optical crystal 301 is incident with a first pulse laser beam L1 having a polarization direction inclined by 45 ° with respect to the vertical direction of the paper surface, so that the polarization direction of the first pulse laser light L1 and the direction perpendicular to the paper surface is incident.
  • the second pulse laser beam L2 is emitted coaxially.
  • a half-wave plate 302 that changes the polarization direction of the first pulse laser beam L1 is provided in front of the nonlinear optical crystal 301 on the optical axis of the first pulse laser beam L1.
  • the half-wave plate 302 changes the polarization direction of the first pulsed laser light L1 incident on the half-wave plate 302 in the vertical direction in the direction inclined by 45 ° with respect to the vertical direction of the paper. .
  • the first pulse laser light L1 emitted from the first pulse laser light source 101 is 1/2. After passing through the wave plate 302 and being subjected to polarization adjustment, it enters the nonlinear optical crystal 301 and undergoes wavelength conversion. Then, pulsed laser beams L 1 and L 2 are emitted coaxially from the nonlinear optical crystal 301.
  • the first pulse laser beam L1 emitted from the nonlinear optical crystal 301 passes through the dichroic mirror 303, passes through the quarter wavelength plate 144, adjusts the elliptically polarized light to linearly polarized light, and passes through the half wavelength plate 104. Then, after the polarization adjustment, the polarization is split by the polarization beam splitter 106. Then, the first pulsed laser light L1 transmitted through the polarization beam splitter 106 is sequentially reflected by the dichroic mirrors 118 to 109 and enters the condenser lens 112.
  • the second pulsed laser light L2 emitted from the nonlinear optical crystal 301 is sequentially reflected by the dichroic mirrors 303 and 304, passes through the half-wave plate 105 and is subjected to polarization adjustment, and then is separated by the polarization beam splitter 107. Then, the second pulsed laser light L2 that has passed through the polarizing beam splitter 201 passes through the dichroic mirror 109 and is coaxial with the first pulsed laser light L1, and is reflected by the dichroic mirror 110 in this coaxial state, and is collected by a condensing lens. 112 is incident. As a result, the pulse laser beams L1 and L2 are condensed inside the workpiece 1 in a state where the scanning direction is the polarization direction.
  • the pulse laser beams L1 and L2 are condensed on the workpiece 1 by using one first pulse laser light source 101, so that the pulses of the pulse laser beams L1 and L2 overlap each other. It becomes easy to set the pulse timing.
  • the modified spot S can be accurately formed on the workpiece 1 such as a glass substrate or a sapphire substrate, but the modified spot S can be formed on the workpiece 1 that is a silicon substrate. It can also be formed with high accuracy.
  • the pulse width of the first pulse laser light L1 emitted from the first pulse laser light source 101 is changed by the laser light source control unit 103.
  • the pulse width of the first pulse laser beam L1 is set to a pulse width (for example, 200 nsec) longer than the pulse width when the modified spot S is formed on the workpiece 1 such as a glass substrate or a sapphire substrate.
  • the harmonic conversion efficiency of the nonlinear optical crystal 301 is reduced, and only the first pulse laser light L1 is emitted from the nonlinear optical crystal 301 (in other words, the second pulse laser light L2 is not substantially emitted).
  • the pulsed laser beam L1 is condensed inside the workpiece 1 and the modified spot S is formed.
  • the laser processing apparatus 300 can be used as a single apparatus for processing various substrates.
  • the single laser processing apparatus 300 can easily cope with the processing object 1 such as a bonded substrate of a silicon substrate and a glass substrate.
  • the nonlinear optical crystal 301 and the dichroic mirrors 108 and 109 constitute a coaxial means.
  • FIG. 13 is a schematic configuration diagram showing a main part of a laser processing apparatus according to the fourth embodiment of the present invention.
  • the laser processing apparatus 400 of the present embodiment is configured so that the optical axes of the pulse laser beams L1 and L2 remain coaxial (completely coaxial) with respect to the laser processing apparatus 300. Mainly different in respect.
  • the laser processing apparatus 400 includes a nonlinear optical crystal 401 instead of the nonlinear optical crystal 301 (see FIG. 12), and a polarization beam splitter 402 instead of the polarizing beam splitters 106 and 107 (see FIG. 12). ing.
  • the nonlinear optical crystal 401 performs wavelength conversion of the pulsed laser light L1, and here, a BBO crystal is used.
  • the nonlinear optical crystal 401 emits the pulse laser beams L1 and L2 coaxially.
  • the nonlinear optical crystal 401 receives the first pulsed laser light L1 having a polarization direction in the vertical direction on the paper surface, so that the first pulsed laser light L1 and the second pulse laser light L2 in the polarization direction perpendicular to the paper surface are incident. Are output coaxially.
  • a polarizing beam splitter (first and second polarizing beam splitter) 402 is for two wavelengths, and is disposed downstream of the half-wave plates 104 and 105 on the optical axes of the pulsed laser beams L1 and L2. .
  • the polarization beam splitter 402 separates the polarized laser beams L1 and L2 whose polarization directions are changed by the half-wave plates 104 and 105, respectively.
  • the polarization beam splitter 402 transmits the polarization direction component in the vertical direction of the paper as it is, and reflects the polarization direction component in the vertical direction of the paper, among the pulse laser beams L1 and L2.
  • the first pulsed laser light L1 emitted from the first pulsed laser light source 101 is incident on the nonlinear optical crystal 401 and converted in wavelength, and the pulsed laser light L1 from the nonlinear optical crystal 401 is converted. , L2 are emitted coaxially.
  • the first pulse laser beam L1 emitted from the nonlinear optical crystal 401 passes through the half-wave plate 104 and is subjected to polarization adjustment, passes through the half-wave plate 105 as it is, and is separated by the polarization beam splitter 402. Is done.
  • the second pulse laser beam L2 emitted from the nonlinear optical crystal 401 passes through the half-wave plate 104 as it is, and is adjusted in polarization through the half-wave plate 105, and is polarized by the polarization beam splitter 402. To be separated.
  • the pulse laser beams L 1 and L 2 that have passed through the polarization beam splitter 402 are reflected by the dichroic mirror 110 and enter the condenser lens 112.
  • the pulse laser beams L1 and L2 are condensed inside the workpiece 1 in a state where the scanning direction is the polarization direction.
  • the laser processing apparatus 400 can be used as a single laser processing apparatus for various substrates.
  • the optical axes of the pulse laser beams L1 and L2 are configured to maintain the same axis, so that the configuration of the optical system related to the pulse laser beams L1 and L2 is further simplified. In addition, it is easier to set the pulse timing so that the pulses of the pulse laser beams L1 and L2 overlap each other.
  • the polarization beam splitter 402 constitutes a polarization separation means
  • the nonlinear optical crystal 401 constitutes a coaxial means
  • the laser processing apparatus according to the present invention is not limited to the laser processing apparatus 100, 200, 300, 400 according to the embodiment, and the present invention is not limited thereto.
  • Such a laser processing method is not limited to the laser processing method according to the embodiment.
  • the present invention may be modified without departing from the gist described in each claim or applied to other ones.
  • the controllability of the modified spot can be improved.
  • DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Processing object, 5 ... Planned cutting line, 7 ... Modified area
  • Laser processing apparatus 101 ... 1st pulse laser light source (1st laser light source), 102 ... 2nd pulse Laser light source (second laser light source), 103... Laser light source control unit (pulse width control means), 104... Half-wave plate (first half-wave plate), 105. 2 1/2 wavelength plate), 106... Polarization beam splitter (first polarization beam splitter, polarization separation means), 107... Polarization beam splitter (second polarization beam splitter, polarization separation means), 112. 108, 109, 203 ... Dichroic mirror (coaxial means), 121 ...
  • Light intensity controller (light intensity controller), 201 ... Polarization beam splitter (first and second polarization beam splitters, Light separation means, coaxial means), 301, 401 ... Nonlinear optical crystal (coaxial means), 402 ... Polarization beam splitter (first and second polarization beam splitters, polarization separation means), L1 ... First pulse laser beam (First pulse laser beam), L2 ... second pulse laser beam (second pulse laser beam), S ... modified spot, [alpha] ... intensity threshold.

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Abstract

　改質スポットの制御性を向上させる。レーザ加工装置１００は、第１パルスレーザ光Ｌ１を出射する第１レーザ光源１０１と、第２パルスレーザ光Ｌ２を出射する第２レーザ光源１０２と、パルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２の偏光方向をそれぞれ変化させる１／２波長板１０４，１０５と、偏光方向が変化されたパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２をそれぞれ偏光分離する偏光ビームスプリッタ１０６，１０７と、偏光分離されたパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２を加工対象物１に集光させる集光レンズ１１２と、を備えている。レーザ加工装置１００では、光強度制御部１２１により１／２波長板１０４，１０５で変化させるパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２の偏光方向が可変されると、偏光ビームスプリッタ１０６，１０７で偏光分離するパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２の比率が可変され、その結果、パルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２の各強度が調整される。

Description

レーザ加工装置及びレーザ加工方法
　本発明は、加工対象物に改質領域を形成するためのレーザ加工装置及びレーザ加工方法に関する。
　従来のレーザ加工装置としては、互いに波長が異なる第１及び第２のレーザ光を加工対象物に集光することで、加工対象物を切断するものが知られている。例えば下記特許文献１には、第１の紫外光波長の第１放射パルスと第１の紫外光波長より長い第２の紫外光波長の第２放射パルスとを用いて基板の一部を切除するレーザ加工装置が記載されている。また、例えば下記特許文献２には、レーザ光の発振波とその高調波とを用いて加工対象物を切断するレーザ加工装置が記載されている。
　また、近年、例えば下記特許文献３に記載されているように、加工対象物にパルスレーザ光を集光させて、加工対象物の内部に改質スポットを切断予定ラインに沿って複数形成し、複数の改質スポットによって改質領域を形成するレーザ加工装置が開発されている。
特開平２－１８２３８９号公報 特許第２６０４３９５号公報 特開２００４－３３７９０３号公報
　ここで、上述したようなレーザ加工装置では、改質スポットの制御性を向上させることが求められている。すなわち、例えば、加工対象物の厚さや材質等に応じて、改質スポットの大きさや改質スポットから生じる亀裂の長さ（以下、単に「亀裂長さ」という）を精度よく制御することが望まれている。
　そこで、本発明は、改質スポットの制御性を向上させることができるレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供することを課題とする。
　上記課題を解決するため、本発明に係るレーザ加工装置は、加工対象物に複数のパルスレーザ光を集光させて、加工対象物の内部に改質スポットを切断予定ラインに沿って複数形成し、複数の改質スポットによって改質領域を形成するレーザ加工装置であって、第１の波長を有する第１のパルスレーザ光を出射する第１のレーザ光源と、第１の波長とは異なる第２の波長を有する第２のパルスレーザ光を出射する第２のレーザ光源と、第１のパルスレーザ光の偏光方向を変化させる第１の１／２波長板と、第２のパルスレーザ光の偏光方向を変化させる第２の１／２波長板と、第１の１／２波長板で偏光方向が変化された第１のパルスレーザ光、及び第２の１／２波長板で偏光方向が変化された第２のパルスレーザ光を偏光分離する偏光分離手段と、偏光分離手段で偏光分離された第１及び第２のパルスレーザ光を加工対象物に集光させる集光レンズと、第１及び第２の１／２波長板で変化させる第１及び第２のパルスレーザ光の偏光方向を可変することで、第１及び第２のパルスレーザ光の強度を制御する光強度制御手段と、を備えたことを特徴とする。
　また、本発明に係るレーザ加工装置は、加工対象物に複数のパルスレーザ光を集光させて、加工対象物の内部に改質スポットを切断予定ラインに沿って複数形成し、複数の改質スポットによって改質領域を形成するレーザ加工装置であって、第１の波長を有する第１のパルスレーザ光を出射する第１のレーザ光源と、第１のパルスレーザ光が入射され、該第１のパルスレーザ光及び第１の波長とは異なる第２の波長を有する第２のパルスレーザ光を出射する非線形光学結晶と、第１のパルスレーザ光の偏光方向を変化させる第１の１／２波長板と、第２のパルスレーザ光の偏光方向を変化させる第２の１／２波長板と、第１の１／２波長板で偏光方向が変化された第１のパルスレーザ光、及び第２の１／２波長板で偏光方向が変化された第２のパルスレーザ光を偏光分離する偏光分離手段と、偏光分離手段で偏光分離された第１及び第２のパルスレーザ光を加工対象物に集光させる集光レンズと、第１及び第２の１／２波長板で変化させる第１及び第２のパルスレーザ光の偏光方向を可変することで、第１及び第２のパルスレーザ光の強度を制御する光強度制御手段と、を備えたことを特徴とする。
　このような本発明では、光強度制御手段によって第１及び第２の１／２波長板で変化させる第１及び第２のパルスレーザ光の偏光方向が可変されると、偏光分離手段で偏光分離する第１及び第２のパルスレーザ光の比率が可変される。その結果、第１及び第２のパルスレーザ光の強度がそれぞれ調整される。よって、例えば第１及び第２のパルスレーザ光のパルス幅を大きく変更することなく、第１及び第２のパルスレーザ光の強度がそれぞれ所望に制御されることとなる。従って、改質スポットの大きさや亀裂長さが好適な品質のよい改質スポットを精度よく形成することができる。すなわち、本発明によれば、改質スポットの制御性を向上させることが可能となる。
　ここで、第１のレーザ光源から出射される第１のパルスレーザ光のパルス幅を制御するパルス幅制御手段を備え、パルス幅制御手段は、第１のパルスレーザ光のパルス幅を変更することで、非線形光学結晶から第２のパルスレーザ光が出射されないよう非線形光学結晶の高調波変換効率を低下させることが好ましい。この場合、第１のパルスレーザ光のみを加工対象物に集光させて改質スポットを形成することが可能となる。
　また、第１及び第２のパルスレーザ光を同軸化する同軸化手段を備えていることが好ましい。この場合、第１及び第２のパルスレーザ光に係る光学系の構成を簡易化することができる。
　また、偏光分離手段は、第１の１／２波長板で偏光方向が変化された第１のパルスレーザ光を偏光分離する第１の偏光ビームスプリッタと、第２の１／２波長板で偏光方向が変化された第２のパルスレーザ光を偏光分離する第２の偏光ビームスプリッタと、を含む場合がある。
　また、光強度制御手段では、第１のパルスレーザ光の強度の制御可能幅が第２のパルスレーザ光の強度の制御可能幅よりも大きくされていることが好ましい。この場合、品質のよい改質スポットを加工対象物に好適に形成することができる。
　また、光強度制御手段は、第１のパルスレーザ光の強度を、第１のパルスレーザ光のみを加工対象物に集光させた場合に改質スポットが形成される強度閾値よりも小さくなるように制御することが好ましい。この場合、改質スポットの形成に関し、第２のパルスレーザ光が主要的パルスレーザ光として作用すると共に、第１のパルスレーザ光が補助的パルスレーザ光として作用する。その上で、第１のパルスレーザ光にあっては、第２のパルスレーザ光に対し悪影響を及ぼさないよう好適に作用することとなる。その結果、品質のよい改質スポットを加工対象物に形成することができる。
　また、本発明に係るレーザ加工装置は、加工対象物に複数のパルスレーザ光を集光させて、加工対象物の内部に改質スポットを切断予定ラインに沿って複数形成し、複数の改質スポットによって改質領域を形成するレーザ加工装置であって、第１の波長を有する第１のパルスレーザ光を出射する第１のレーザ光源と、第１の波長とは異なる第２の波長を有する第２のパルスレーザ光を出射する第２のレーザ光源と、第１及び第２のパルスレーザ光を加工対象物に集光させる集光レンズと、を備え、第１のパルスレーザ光の強度は、第１のパルスレーザ光のみを加工対象物に集光させた場合に改質スポットが形成される強度閾値よりも小さくされることを特徴とする。
　また、本発明に係るレーザ加工装置は、加工対象物に複数のパルスレーザ光を集光させて、加工対象物の内部に改質スポットを切断予定ラインに沿って複数形成し、複数の改質スポットによって改質領域を形成するレーザ加工装置であって、第１の波長を有する第１のパルスレーザ光を出射する第１のレーザ光源と、第１のパルスレーザ光が入射され、該第１のパルスレーザ光及び第１の波長とは異なる第２の波長を有する第２のパルスレーザ光を出射する非線形光学結晶と、第１及び第２のパルスレーザ光を加工対象物に集光させる集光レンズと、を備え、第１のパルスレーザ光の強度は、第１のパルスレーザ光のみを加工対象物に集光させた場合に改質スポットが形成される強度閾値よりも小さくされることを特徴とする。
　また、本発明に係るレーザ加工方法は、加工対象物に複数のパルスレーザ光を集光させて、加工対象物の内部に改質スポットを切断予定ラインに沿って複数形成し、複数の改質スポットによって改質領域を形成するレーザ加工方法であって、第１の波長を有する第１のパルスレーザ光、及び第１の波長とは異なる第２の波長を有する第２のパルスレーザ光を集光レンズで加工対象物に集光させる工程を含み、工程では、第１のパルスレーザ光の強度を、第１のパルスレーザ光のみを加工対象物に集光させた場合に改質スポットが形成される強度閾値よりも小さくすることを特徴とする。
　このような本発明においては、第１及び第２のパルスレーザ光が加工対象物に集光されて複数の改質スポットが形成され、これら改質スポットによって改質領域が形成される。このとき、第１のパルスレーザ光の強度は、第１のパルスレーザ光のみを加工対象物に集光させた場合に改質スポットが形成される強度閾値よりも小さくされている。よって、この場合、改質スポットの形成に関し、第２のパルスレーザ光が主要的パルスレーザ光として作用すると共に、第１のパルスレーザ光が補助的パルスレーザ光として作用する。そして、その上で、第１のパルスレーザ光にあっては、第２のパルスレーザ光に対し悪影響を及ぼさないよう好適に作用することとなる。その結果、品質のよい改質スポットを加工対象物に形成することができる。
　また、第１のパルスレーザ光の波長は、第２のパルスレーザ光の波長より長い場合がある。
　本発明によれば、改質スポットの制御性を向上させることが可能となる。
改質領域の形成の対象となる加工対象物の一例を示す平面図である。 図１の加工対象物のII－II線に沿っての断面図である。 レーザ加工後の加工対象物の平面図である。 図３の加工対象物のIV－IV線に沿っての断面図である。 図３の加工対象物のV－V線に沿っての断面図である。 パルスレーザ光の強度と改質スポットとの関係を説明するための図である。 第１及び第２パルスレーザ光を用いて加工対象物に形成した改質スポットの例を示す図である。 本発明の第１実施形態に係るレーザ加工装置を示す概略構成図である。 図８のレーザ加工装置の要部を示す概略構成図である。 図８のレーザ加工装置を用いたレーザ加工方法の処理を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係るレーザ加工装置の要部を示す概略構成図である。 本発明の第３実施形態に係るレーザ加工装置の要部を示す概略構成図である。 本発明の第４実施形態に係るレーザ加工装置の要部を示す概略構成図である。
　以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
　本実施形態に係るレーザ加工装置及びレーザ加工方法では、加工対象物に複数のパルスレーザ光を同時に集光させ、加工対象物の内部に改質スポットを切断予定ラインに沿って複数形成し、これら複数の改質スポットによって、切断の起点となる改質領域を形成する。そこで、まず、改質領域の形成について、図１～図５を参照して説明する。
　図１に示すように、加工対象物１には、加工対象物１を切断するための切断予定ライン５が設定されている。切断予定ライン５は、直線状に延びた仮想線である。加工対象物１の内部に改質領域を形成する場合、図２に示すように、加工対象物１の内部に集光点Ｐを合わせた状態で、レーザ光Ｌを切断予定ライン５に沿って（すなわち、図１の矢印Ａ方向に）相対的に移動させる。これにより、図３～図５に示すように、改質領域７が切断予定ライン５に沿って加工対象物１の内部に形成され、切断予定ライン５に沿って形成された改質領域７が切断起点領域８となる。
　加工対象物１としては、半導体材料や圧電材料等が用いられ、ここでは、ガラス基板が用いられている。なお、集光点Ｐとは、レーザ光Ｌが集光する箇所のことである。また、切断予定ライン５は、直線状に限らず曲線状であってもよいし、仮想線に限らず加工対象物１の表面３に実際に引かれた線であってもよい。また、改質領域７は、連続的に形成される場合もあるし、断続的に形成される場合もある。また、改質領域７は列状でも点状でもよく、要は、改質領域７は少なくとも加工対象物１の内部に形成されていればよい。また、改質領域７を起点に亀裂が形成される場合があり、亀裂及び改質領域７は、加工対象物１の外表面（表面、裏面、若しくは外周面）に露出していてもよい。
　ちなみに、ここでのレーザ光Ｌは、加工対象物１を透過すると共に加工対象物１の内部の集光点近傍にて特に吸収され、これにより、加工対象物１に改質領域７が形成される（すなわち、内部吸収型レーザ加工）。よって、加工対象物１の表面３ではレーザ光Ｌが殆ど吸収されず、加工対象物１の表面３が溶融することはない。一般的に、表面３から溶融され除去されて穴や溝等の除去部が形成される（表面吸収型レーザ加工）場合、加工領域は表面３側から徐々に裏面側に進行する。
　ところで、本実施形態で形成される改質領域は、密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲とは異なる状態になった領域をいう。改質領域としては、例えば、溶融処理領域、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等があり、これらが混在した領域もある。さらに、改質領域としては、加工対象物の材料において改質領域の密度が非改質領域の密度と比較して変化した領域や、格子欠陥が形成された領域がある（これらをまとめて高密度転移領域ともいう）。
　また、溶融処理領域や屈折率変化領域、改質領域の密度が非改質領域の密度と比較して変化した領域、及び格子欠陥が形成された領域は、それら領域の内部や改質領域と非改質領域との界面に亀裂（割れ、マイクロクラック）を内包している場合がある。内包される亀裂は改質領域の全面に渡る場合や一部分のみや複数部分に形成される場合がある。
　また、本実施形態においては、切断予定ライン５に沿って改質スポット（加工痕）を複数形成することによって、改質領域７を形成している。改質スポットとは、パルスレーザ光の１パルスのショット（つまり１パルスのレーザ照射）で形成される改質部分であり、改質スポットが集まることにより改質領域７となる。改質スポットとしては、クラックスポット、溶融処理スポット若しくは屈折率変化スポット、又はこれらの少なくとも１つが混在するもの等が挙げられる。
　この改質スポットについては、要求される切断精度、要求される切断面の平坦性、加工対象物の厚さ、種類、結晶方位等を考慮して、その大きさや発生する亀裂の長さ（以下、「亀裂長さ」ともいう）を適宜制御することが好ましい。
　すなわち、改質スポットが大きすぎたり及び亀裂長さが長すぎたりすると、改質スポット大きさや亀裂長さのばらつきが大きくなり、切断予定ライン５に沿った加工対象物１の切断の精度が悪くなる。また、加工対象物１の切断面の凹凸が大きくなるため、該切断面の平坦性が悪くなる。一方、改質スポットが極度に小さすぎると、加工対象物の切断が困難となる。
　これに対して、改質スポットの大きさ及び亀裂長さを適正なものとすると、これらを均一に形成でき且つ切断予定ライン５からのずれを抑制できる。さらに、切断予定ライン５に沿った加工対象物１の切断精度や切断面の平坦性を向上させることができる。
　図６は、パルスレーザ光の強度と改質スポットとの関係を説明するための図である。図６に示すように、改質スポットＳは、パルスレーザ光の強度（パワー）を調節することで制御することができる。具体的には、パルスレーザ光の強度を小さくすると、改質スポットＳの大きさや亀裂Ｃの長さを小さく制御できる。一方、パルスレーザ光の強度を大きくすると、改質スポットＳの大きさや亀裂Ｃの長さを大きく制御できる。なお、パルスレーザ光の強度は、例えば、１パルス当たりのピークパワー密度、１パルス当たりのエネルギ（Ｊ）、又は１パルス当たりのエネルギにパルスレーザ光の周波数を乗じた平均出力（Ｗ）で表すことができる。
　また、ここでは、波長が１０６４ｎｍのパルスレーザ光（以下、第１パルスレーザ光という）を単独で加工対象物１に集光させた場合、その第１パルスレーザ光の強度が強度閾値α以上のとき、改質スポットＳ１が形成されている。また、例えば、第１パルスレーザ光よりも波長が短い波長５３２ｎｍのパルスレーザ光（以下、第２パルスレーザ光という）を単独で加工対象物１に集光させた場合、その第２パルスレーザ光の強度が強度閾値β以上のとき、改質スポットＳ２が形成されている。
　なお、一例としては、強度閾値αが１５μＪであり、強度閾値βが６μＪである場合がある。強度閾値とは、その強度で加工対象物１に改質スポットが形成されるレーザ光の強度である。ちなみに、ここでの改質スポットＳの形成とは、切断の起点となる改質領域を構成する改質スポットが適正に形成されることを意図している（以下、同じ）。
　そして、第１及び第２パルスレーザ光を加工対象物１に同時に集光させた場合、第１及び第２パルスレーザ光を単独で集光させたときよりも少ない強度のときにも、改質スポットＳ３が形成されている。そして、この改質スポットＳ３は、超短パルス（例えば、数ｐｓｅｃ等）のパルスレーザ光を加工対象物に集光させて形成した改質スポットと同様な特徴、すなわち、比較的小さい改質スポットで亀裂Ｃの長さが適正（ハーフカット又はフルカットが発生）という特徴を有することとなる。
　図７は、第１及び第２パルスレーザ光を用いて加工対象物に形成した改質スポットの例を示す図である。図中における各写真図は、改質スポットＳが形成された加工対象物１を示す拡大平面図である。ここでは、第１及び第２パルスレーザ光のパルスピッチを５０μｍとし、その偏光方向をスキャン方向（図中の上下方向）としている。また、強度が０μＪのときの第１パルスレーザ光は、加工対象物１に集光されていないこと（つまり、第２パルスレーザ光の単独照射）を意味している。強度が０μＪのときの第２パルスレーザ光は、加工対象物１に集光されていないこと（つまり、第１パルスレーザ光の単独照射）を意味している。なお、加工対象物１としては、スライドガラスを用いている。
　図７に示すように、第２パルスレーザ光の強度が０μＪのときには、加工対象物に改質スポットＳを形成できず、加工不可となっている。また、第２パルスレーザ光の強度が６μＪ以下のときには、改質スポットＳを連続して精度よく形成できず、いわゆる空振り現象が生じている。特に、第２パルスレーザ光の強度が４μＪのときには、第１パルスレーザ光の強度によっては（第１パルスレーザ光の強度が０～１０μＪのときには）、空振り現象が大きく生じている。よって、第２パルスレーザ光の強度を制御すると、空振り現象を特に抑制できることがわかる。つまり、第１パルスレーザ光の波長より短い波長の第２パルスレーザ光は、改質スポットＳの形成に係る主要素として用いられている。
　また、第１パルスレーザ光の強度が大きくなるにつれ、改質スポットＳの大きさが大きくなり、亀裂Ｃも多数発生し、亀裂長さも長くなっているのがわかる。よって、第１パルスレーザ光の強度を制御すると、改質スポットＳの大きさを特に調整できることがわかる。そして、第１パルスレーザ光のレーザ強度は、そのレーザ光における加工対象物１の強度閾値（そのレーザ光を単独で照射した場合の加工対象物１の強度閾値）よりも小さい強度の範囲で使用することで、改質スポットＳの大きさの制御が容易となる。
［第１実施形態］
　次に、本発明の第１実施形態について説明する。図８は、本発明の第１実施形態に係るレーザ加工装置を示す概略構成図である。図８に示すように、レーザ加工装置１００は、第１及び第２パルスレーザ光に関する光学系を収容する筐体１１１と、第１及び第２パルスレーザ光を加工対象物１に集光させる集光レンズ１１２と、集光レンズ１１２で集光されたパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２が照射される加工対象物１を支持するための支持台１１３と、支持台１１３をＸ、Ｙ、Ｚ軸方向に移動させるためのステージ１１４と、ステージ１１４の移動を制御するステージ制御部１１５と、を備えている。
　また、レーザ加工装置１００は、加工対象物１の内部の所定位置に精度よくパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２を集光させて改質領域７を形成するため、オートフォーカスユニット１１６を備えている。これにより、レーザ加工装置１００では、例えば加工対象物１の表面３や裏面から一定位置に集光されるようパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２が制御される。
　図９は、図８のレーザ加工装置の要部を示す概略構成図である。図９に示すように、レーザ加工装置１００は、第１及び第２パルスレーザ光源１０１，１０２と、レーザ光源制御部１０３と、１／２波長板１０４，１０５と、偏光ビームスプリッタ１０６，１０７と、を備えている。
　第１パルスレーザ光源（第１のレーザ光源）１０１は、例えば波長１０６４ｎｍでパルス幅２３ｎｓｅｃの第１パルスレーザ光（第１のパルスレーザ光）Ｌ１を出射する。第２パルスレーザ光源（第２のレーザ光源）１０２は、第１パルスレーザ光Ｌ１よりも短波長であるパルスレーザ光として、例えば波長５３２ｎｍでパルス幅１５ｎｓｅｃの第２パルスレーザ光（第２のパルスレーザ光）Ｌ２を出射する。また、ここでの各パルスレーザ光源１０１，１０２は、偏光方向が紙面上下方向のパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２をそれぞれ出射している。パルスレーザ光源１０１，１０２としては、例えばファイバレーザ等を用いることができる。
　レーザ光源制御部１０３は、第１パルスレーザ光源１０１に接続され、該第１パルスレーザ光源１０１から出射されるパルスレーザ光Ｌ１のパルス幅やパルスタイミング等を調節する。また、レーザ光源制御部１０３は、第２パルスレーザ光源１０２にも接続され、パルスレーザ光Ｌ２のパルスタイミング等を調節する。そして、レーザ光源制御部１０３により、パルスレーザ光源１０１，１０２のそれぞれのレーザ光のパルスタイミングの調整を制御する。
　１／２波長板１０４，１０５は、パルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２の光軸（光路）のそれぞれにおいてパルスレーザ光源１０１，１０２の後段にそれぞれ配置されている。１／２波長板（第１の１／２波長板）１０４は、第１パルスレーザ光源１０１から出射された第１パルスレーザ光Ｌ１の偏光方向を変化させる。１／２波長板（第２の１／２波長板）１０５は、第２パルスレーザ光源１０２から出射された第２パルスレーザ光Ｌ２の偏光方向を変化させる。
　偏光ビームスプリッタ（第１の偏光ビームスプリッタ）１０６は、第１パルスレーザ光Ｌ１の光軸において１／２波長板１０４の後段に配置されている。この偏光ビームスプリッタ１０６は、１／２波長板１０４で偏光方向が変化された第１パルスレーザ光Ｌ１を偏光分離する。具体的には、偏光ビームスプリッタ１０６は、第１パルスレーザ光Ｌ１のうち、紙面上下方向の偏光方向成分を透過させると共に、紙面垂直方向の偏光方向成分を反射させる。
　偏光ビームスプリッタ（第２の偏光ビームスプリッタ）１０７は、第２パルスレーザ光Ｌ２の光軸において１／２波長板１０５の後段に配置されている。この偏光ビームスプリッタ１０７は、１／２波長板１０５で偏光方向が変化された第２パルスレーザ光Ｌ２を偏光分離する。具体的には、偏光ビームスプリッタ１０７は、第２パルスレーザ光Ｌ２のうち、紙面上下方向の偏光方向成分を透過させると共に、紙面垂直方向の偏光方向成分を反射させる。
　また、レーザ加工装置１００は、光強度制御部１２１をさらに備えている。光強度制御部１２１は、アクチュエータ等によって１／２波長板１０４，１０５の回転角をそれぞれ制御し、１／２波長板１０４，１０で変化させるパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２の偏光方向をそれぞれ可変する。
　この光強度制御部１２１では、１／２波長板１０４で変化させる第１パルスレーザ光Ｌ１の偏光方向可変域が、１／２波長板１０５で変化させる第２パルスレーザ光Ｌ２の偏光方向可変域よりも大きくされている。よって、光強度制御部１２１においては、第１パルスレーザ光Ｌ１の強度の制御可能幅が第２パルスレーザ光Ｌ２の強度の制御可能幅よりも大きくなっている。
　以上のように構成されたレーザ加工装置１００を用いたレーザ加工方法について、図１０に示すフローチャートを参照しつつ説明する。
　本実施形態のレーザ加工装置１００では、図８，９に示すように、まず、ガラス基板又はサファイア基板である加工対象物１の裏面２１にエキスパンドテープを貼り付け、加工対象物１をステージ１１４上に載置する。続いて、表面３をレーザ光照射面として加工対象物１の内部に集光点Ｐを合わせ、パルスレーザ光源１０１，１０２からパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２のそれぞれを同時照射する。このとき、レーザ光源制御部１０３によって、パルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２の各パルスの少なくとも一部が互いに重なるようにパルスタイミングを制御する。
　第１パルスレーザ光源１０１から出射された第１パルスレーザ光Ｌ１は、１／２波長板１０４を通過して偏光調整された後、偏光ビームスプリッタ１０６により偏光分離される（Ｓ２，Ｓ３）。そして、偏光ビームスプリッタ１０６を透過した第１パルスレーザ光Ｌ１は、ダイクロイックミラー１０８～１１０により順次反射され、集光レンズ１１２に入射する。
　また、第２パルスレーザ光源１０２から出射された第２パルスレーザ光Ｌ２は、１／２波長板１０５を通過して偏光調整された後、偏光ビームスプリッタ１０７により偏光分離される（Ｓ２，３）。そして、偏光ビームスプリッタ１０７を透過した第２パルスレーザ光Ｌ２は、ダイクロイックミラー１０９を通過して第１パルスレーザ光Ｌ１と同軸とされ、この同軸の状態でダイクロイックミラー１１０により反射され、集光レンズ１１２に入射する。これにより、スキャン方向を偏光方向とした状態で、パルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２が加工対象物１の内部に集光される（Ｓ４）。なお、ダイクロイックミラー１１０は、加工対象物１を観察するために、加工対象物１で反射した光を透過させてカメラ装置（不図示）で観察する場合に使用されることが望ましく、このカメラ装置が無い場合には、単なる反射ミラーでも構わない。
　このようなパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２の照射と共にステージ１１４を駆動し、加工対象物１をパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２に対して切断予定ライン５に沿って相対移動（スキャン）して、加工対象物１の内部に切断予定ライン５に沿った改質スポットＳを複数形成し、これらの改質スポットＳによって改質領域７を形成する（Ｓ５，Ｓ６）。その後、エキスパンドテープを拡張させることで、改質領域７を切断の起点として、切断予定ライン５に沿って加工対象物１を切断する。
　ここで、本実施形態のレーザ加工装置１００は光強度制御部１２１を備えている。そのため、レーザ加工装置１００では、この光強度制御部１２１を作動させ、１／２波長板１０４，１０５を通過するパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２の偏光方向を可変することにより、偏光ビームスプリッタ１０６，１０７で偏光分離させるパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２の比率を可変することができる。その結果、パルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２それぞれにおいて、偏光ビームスプリッタ１０６，１０７を透過する偏光方向成分の比率が適宜調整される。よって、集光レンズ１１２で集光されるパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２の強度が、それぞれ所望に調整されることとなる。
　この点、従来のレーザ加工装置のように、例えばパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２の入力を調整して強度を制御する場合、パルスレーザ光源１０１，１０２の構成上、その入力範囲を大きく調整するのは困難である。
　これに対し、本実施形態では、上述したように、パルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２の入力範囲を大きく変更することなく、パルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２の強度をそれぞれ所望に制御することができる。従って、本実施形態によれば、その大きさや亀裂長さが好適な品質のよい改質スポットＳを加工対象物１に精度よく形成することが可能となり、改質スポットＳの制御性を向上させることができる。
　特に、本実施形態では、上述したように、異なる波長を有する２つのパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２を同時に集光させることによって改質スポットＳを形成している。よって、各パルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２の何れかを単独で集光させて改質スポットＳを形成する場合に比べ、パルスレーザ光の総強度を低減させることが可能となる（図６参照）。
　また、従来、パルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２の何れかを単独で集光させて改質スポットＳを形成する場合、そのパルス幅を超短パルス（例えば、数ｐｓｅｃ）にする必要があり、パルスレーザ光源に特殊なレーザ光源が要されることがある。これに対し、本実施形態では、パルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２のパルス幅を極小化する必要性、ひいては特殊なレーザ光源の必要性を低減でき、通常の一般的なレーザ光源を用いることが可能である。よって、低コスト化が可能となり、且つ信頼性及び汎用性を高めることができる。
　また、通常、パルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２を同時集光させて改質スポットＳを精度よく形成しようとする場合、第２パルスレーザ光Ｌ２の強度よりも第１パルスレーザ光Ｌ１の強度を大きく変更することが好ましい（図７参照）。この点、本実施形態では、上述したように、第１パルスレーザ光Ｌ１の強度の制御可能幅が第２パルスレーザ光Ｌ２の強度の制御可能幅よりも大きくなっている。よって、改質スポットＳを形成する際のパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２の強度関係に適応させた好適なレーザ加工を行うことができ、品質のよい改質スポットＳを加工対象物１に好適に形成することが可能となる。
　また、本実施形態では、上述したように、パルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２を同軸化していることから、パルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２に係る光学系の構成を簡易化することができる。
　なお、第２パルスレーザ光Ｌ２は、上記のように改質スポットＳの形成に係る主要素として用いられることから、本実施形態のように第２パルスレーザ光Ｌ２のパルス幅が第１パルスレーザ光Ｌ１のパルス幅よりも小さい方が好ましい。
　ところで、本実施形態では、パルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２を照射し加工対象物１に集光させる際、光強度制御部１２１及びレーザ光源制御部１０３の少なくとも一方を作動させ、第１パルスレーザ光Ｌ１の強度を強度閾値α（図６参照）よりも小さくしてもよい。
　具体的には、第１パルスレーザ光Ｌ１の強度を、第１パルスレーザ光Ｌ１のみを加工対象物１に集光させた場合に改質スポットＳが形成される強度閾値αよりも小さくさせてもよい。換言すると、第１パルスレーザ光Ｌ１の強度を、第１パルスレーザ光Ｌ１を単独で加工対象物１に集光させたときにおいて改質スポットＳが形成されない所定の強度範囲内としてもよい。
　この場合、改質スポットＳの形成に関し、第２パルスレーザ光Ｌ２が主要的パルスレーザ光として作用すると共に、第１パルスレーザ光Ｌ１が補助的パルスレーザ光として作用する。そして、第１パルスレーザ光Ｌ１が、第２パルスレーザ光Ｌ２に対し悪影響を及ぼさないよう好適に作用することとなる。その結果、品質のよい改質スポットＳを加工対象物１に形成することができる。すなわち、この場合、多波長同時照射のパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２を好適に協働させた優れたレーザ加工が可能となる。
　ここで、一般的に、パルスレーザ光を集光させて加工対象物１の内部に改質スポットＳを形成する場合、加工対象物１の種類等によって、要求されるパルスレーザ光の波長、パルス幅、ピークパワー等が異なる。例えば、シリコン基板である加工対象物１に改質スポットＳを形成する場合、パルスレーザ光の波長を１０６４ｎｍとしパルス幅を比較的長く（１００～２００ｎｓｅｃ）することが好ましい。また、本実施形態のようにガラス基板やサファイア基板である加工対象物１に改質スポットＳを形成する場合、パルスレーザ光のパルス幅を小さくして強度（ピークエネルギ）を高めることが好ましい。
　この点、本実施形態のレーザ加工装置１００は、上述したようにガラス基板やサファイア基板等の加工対象物１に改質スポットＳを精度よく形成できるだけでなく、シリコン基板である加工対象物１に改質スポットＳを精度よく形成することもできる。具体的には、第２パルスレーザ光Ｌ２の光軸上にフィルタ等を設置して第２パルスレーザ光Ｌ２が加工対象物１に集光されないようにする。これと共に、例えばパルス幅２００ｎｓｅｃの第１パルスレーザ光Ｌ１を加工対象物１に集光させる。
　従って、本実施形態では、レーザ加工装置１００を種々の基板に対する加工用装置として、１台で兼用することができる。また、シリコン基板とガラス基板との貼合わせ基板等の加工対象物１に対しても、１台のレーザ加工装置１００で容易に対応可能となる。
　以上、本実施形態において、偏光ビームスプリッタ１０６，１０７が偏光分離手段を構成し、光強度制御部１２１が光強度制御手段を構成する。また、ダイクロイックミラー１０８，１０９が同軸化手段を構成し、レーザ光源制御部１０３がパルス幅制御手段を構成する。
［第２実施形態］
　次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明では、上記第１実施形態と異なる点について主に説明する。
　図１１は、本発明の第２実施形態に係るレーザ加工装置の要部を示す概略構成図である。図１１に示すように、本実施形態のレーザ加工装置２００が上記レーザ加工装置１００と異なる点は、偏光ビームスプリッタ１０６，１０７（図９参照）に代えて偏光ビームスプリッタ２０１を備えると共に、１／２波長板２０２をさらに備えた点である。
　偏光ビームスプリッタ（第１及び第２の偏光ビームスプリッタ）２０１は、第１パルスレーザ光Ｌ１の光軸において１／２波長板１０４の後段で、且つ第２パルスレーザ光Ｌ２の光軸において１／２波長板１０５の後段に配置されている。この偏光ビームスプリッタ２０１は、２波長対応のものであり、１／２波長板１０４で偏光方向が変化された第１パルスレーザ光Ｌ１、及び１／２波長板１０５で偏光方向が変化された第２パルスレーザ光Ｌ２を偏光分離する。
　具体的には、偏光ビームスプリッタ２０１は、第１パルスレーザ光Ｌ１のうち、紙面上下方向の偏光方向成分をそのまま透過させると共に、紙面垂直方向の偏光方向成分を反射させる。また、第２パルスレーザ光Ｌ１のうち、紙面上下方向の偏光方向成分を第１パルスレーザ光Ｌ１と同軸にして透過させると共に、紙面垂直方向の偏光方向成分を反射させる。
　１／２波長板２０２は、第１パルスレーザ光Ｌ１の光軸において偏光ビームスプリッタ２０１の後段に配置されている。この１／２波長板２０２は、偏光ビームスプリッタ２０１で反射された第１パルスレーザ光Ｌ１の偏光方向を変化させると共に、偏光ビームスプリッタ２０１を透過した第２パルスレーザ光Ｌ２をそのまま透過する。ここでは、１／２波長板２０２は、第１パルスレーザ光Ｌ１における紙面垂直方向の偏光方向を、紙面上下方向の偏光方向へと変化させる。
　このように構成されたレーザ加工装置２００では、第１パルスレーザ光源１０１から出射された第１パルスレーザ光Ｌ１は、１／２波長板１０４を通過して偏光調整された後、ダイクロイックミラー２０３で反射され、偏光ビームスプリッタ２０１によって偏光分離される。そして、偏光ビームスプリッタ２０１で反射された第１パルスレーザ光Ｌ１は、１／２波長板２０２を通過して偏光調整され、ダイクロイックミラー１１０で反射された後、集光レンズ１１２に入射する。
　また、第２パルスレーザ光源１０２から出射された第２パルスレーザ光Ｌ２は、１／２波長板１０５を通過して偏光調整された後、偏光ビームスプリッタ２０１により偏光分離される。そして、偏光ビームスプリッタ２０１を透過した第２パルスレーザ光Ｌ２は、第１パルスレーザ光Ｌ１と同軸とされ、この同軸の状態で１／２波長板２０２をそのまま通過する。その後、ダイクロイックミラー１１０により反射され、集光レンズ１１２に入射する。これにより、スキャン方向を偏光方向とした状態で、パルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２が加工対象物１の内部に集光されることとなる。
　以上、本実施形態においても、改質スポットＳの制御性を向上させるという上記効果と同様な効果を奏する。また、本実施形態でも、上記第１実施形態と同様に、レーザ加工装置２００を種々の基板に対するレーザ加工装置として１台で兼用することができる。
　以上、本実施形態では、偏光ビームスプリッタ２０１が偏光分離手段を構成し、偏光ビームスプリッタ２０１及びダイクロイックミラー２０３が同軸化手段を構成する。
［第３実施形態］
　次に、本発明の第３実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明では、上記第１実施形態と異なる点について主に説明する。
　図１２は、本発明の第３実施形態に係るレーザ加工装置の要部を示す概略構成図である。図１２に示すように、本実施形態のレーザ加工装置３００は、２つのパルスレーザ光源１０１，１０２を備えた上記レーザ加工装置１００に対し、パルスレーザ光源が１つである点で主に異なっている。具体的には、レーザ加工装置３００は、第２パルスレーザ光源１０２を備えず、非線形光学結晶３０１をさらに備えている。
　非線形光学結晶３０１は、パルスレーザ光Ｌ１の波長変換を行うものであり、ここでは、光高調波を発生させる第２高調波発生素子（ＳＨＧ結晶）としてのＫＴＰ結晶が用いられている。
　この非線形光学結晶３０１は、具体的には、基本波としての波長１０６４ｎｍの第１パルスレーザ光Ｌ１が入射されると、第２高調波としての波長５３２ｎｍの第２パルスレーザ光Ｌ２を第１パルスレーザ光Ｌ１と同軸に出射する。ここでの非線形光学結晶３０１は、紙面上下方向に対し４５°傾斜する方向の偏光方向の第１パルスレーザ光Ｌ１が入射されることで、この第１パルスレーザ光Ｌ１と紙面垂直方向の偏光方向の第２パルスレーザ光Ｌ２とを同軸にして出射する。
　また、第１パルスレーザ光Ｌ１の光軸において非線形光学結晶３０１の前段には、第１パルスレーザ光Ｌ１の偏光方向を変化させる１／２波長板３０２が設けられている。この１／２波長板３０２は、１／２波長板３０２に入射する第１パルスレーザ光Ｌ１の紙面上下方向の偏光方向を、紙面上下方向に対し４５°傾斜する方向に偏光方向へと変化させる。
　このレーザ加工装置３００によってガラス基板やサファイア基板である加工対象物１の内部に改質スポットＳを形成する場合、第１パルスレーザ光源１０１から出射された第１パルスレーザ光Ｌ１は、１／２波長板３０２を通過して偏光調整された後、非線形光学結晶３０１に入射され波長変換される。そして、非線形光学結晶３０１からパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２が同軸に出射される。
　非線形光学結晶３０１から出射された第１パルスレーザ光Ｌ１は、ダイクロイックミラー３０３を通過し、１／４波長板１４４を通過して楕円偏光を直線偏光に調整し、１／２波長板１０４を通過して偏光調整された後、偏光ビームスプリッタ１０６によって偏光分離される。そして、偏光ビームスプリッタ１０６を透過した第１パルスレーザ光Ｌ１は、ダイクロイックミラー１１８～１０９により順次反射され、集光レンズ１１２に入射する。
　非線形光学結晶３０１から出射された第２パルスレーザ光Ｌ２は、ダイクロイックミラー３０３，３０４により順次反射され、１／２波長板１０５を通過して偏光調整された後、偏光ビームスプリッタ１０７により偏光分離される。そして、偏光ビームスプリッタ２０１を透過した第２パルスレーザ光Ｌ２は、ダイクロイックミラー１０９を通過して第１パルスレーザ光Ｌ１と同軸とされ、この同軸の状態でダイクロイックミラー１１０により反射され、集光レンズ１１２に入射する。これにより、スキャン方向を偏光方向とした状態で、パルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２が加工対象物１の内部に集光されることとなる。
　以上、本実施形態においても、改質スポットＳの制御性を向上させるという上記効果と同様な効果を奏する。また、本実施形態では、１つの第１パルスレーザ光源１０１を用いてパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２を加工対象物１に集光させていため、パルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２の各パルスが互いに重なるようにパルスタイミングを設定することが容易になる。
　また、本実施形態のレーザ加工装置３００では、ガラス基板やサファイア基板等の加工対象物１に改質スポットＳを精度よく形成できるだけでなく、シリコン基板である加工対象物１に改質スポットＳを精度よく形成することもできる。
　具体的には、レーザ光源制御部１０３によって、第１パルスレーザ光源１０１から出射される第１パルスレーザ光Ｌ１のパルス幅を変更する。ここでは、第１パルスレーザ光Ｌ１のパルス幅を、ガラス基板やサファイア基板等の加工対象物１に改質スポットＳを形成する場合のパルス幅より長いパルス幅（例えば、２００ｎｓｅｃ）とする。これにより、非線形光学結晶３０１の高調波変換効率が低下され、非線形光学結晶３０１から第１パルスレーザ光Ｌ１のみが出射される（換言すると、第２パルスレーザ光Ｌ２が実質的に出射されない）。その結果、パルスレーザ光Ｌ１のみ加工対象物１の内部に集光され、改質スポットＳが形成されることとなる。
　従って、本実施形態では、レーザ加工装置３００を種々の基板に対する加工用装置として、１台で兼用することができる。また、シリコン基板とガラス基板との貼合わせ基板等の加工対象物１に対しても、１台のレーザ加工装置３００で容易に対応可能となる。
　以上、本実施形態では、非線形光学結晶３０１及びダイクロイックミラー１０８，１０９が同軸化手段を構成する。
［第４実施形態］
　次に、本発明の第４実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明では、上記第３実施形態と異なる点について主に説明する。
　図１３は、本発明の第４実施形態に係るレーザ加工装置の要部を示す概略構成図である。図１３に示すように、本実施形態のレーザ加工装置４００は、上記レーザ加工装置３００に対し、パルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２の光軸が同軸を維持するように（完全同軸に）構成されている点で主に異なっている。具体的には、レーザ加工装置４００は、非線形光学結晶３０１（図１２参照）に代えて非線形光学結晶４０１を備え、偏光ビームスプリッタ１０６，１０７（図１２参照）に代えて偏光ビームスプリッタ４０２を備えている。
　非線形光学結晶４０１は、パルスレーザ光Ｌ１の波長変換を行うものであり、ここでは、ＢＢＯ結晶が用いられている。この非線形光学結晶４０１は、第１パルスレーザ光Ｌ１が入射されると、パルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２を同軸に出射する。ここでの非線形光学結晶４０１は、紙面上下方向の偏光方向の第１パルスレーザ光Ｌ１が入射されることで、この第１パルスレーザ光Ｌ１と紙面垂直方向の偏光方向の第２パルスレーザ光Ｌ２とを同軸にして出射する。
　偏光ビームスプリッタ（第１及び第２の偏光ビームスプリッタ）４０２は、２波長対応のものであり、パルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２の光軸において１／２波長板１０４，１０５の後段に配置されている。この偏光ビームスプリッタ４０２は、１／２波長板１０４，１０５で偏光方向が変化されたパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２のそれぞれを偏光分離する。具体的には、偏光ビームスプリッタ４０２は、各パルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２のうち、紙面上下方向の偏光方向成分をそのまま透過させると共に、紙面垂直方向の偏光方向成分を反射させる。
　このように構成されたレーザ加工装置４００では、第１パルスレーザ光源１０１から出射された第１パルスレーザ光Ｌ１が非線形光学結晶４０１に入射されて波長変換され、非線形光学結晶４０１からパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２が同軸に出射される。
　非線形光学結晶４０１から出射された第１パルスレーザ光Ｌ１は、１／２波長板１０４を通過して偏光調整されると共に、１／２波長板１０５をそのまま通過し、偏光ビームスプリッタ４０２によって偏光分離される。他方、非線形光学結晶４０１から出射された第２パルスレーザ光Ｌ２は、１／２波長板１０４をそのまま通過すると共に、１／２波長板１０５を通過して偏光調整され、偏光ビームスプリッタ４０２によって偏光分離される。そして、偏光ビームスプリッタ４０２を透過したパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２は、ダイクロイックミラー１１０により反射され、集光レンズ１１２に入射する。これにより、スキャン方向を偏光方向とした状態で、パルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２が加工対象物１の内部に集光されることとなる。
　以上、本実施形態においても、改質スポットＳの制御性を向上させるという上記効果と同様な効果を奏する。また、本実施形態でも、上記第３実施形態と同様に、レーザ加工装置４００を、種々の基板に対するレーザ加工装置として１台で兼用することができる。
　また、本実施形態では、上述したように、パルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２の光軸が同軸を維持するように構成されているため、パルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２に係る光学系の構成を一層簡易化することができると共に、パルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２の各パルスが互いに重なるようにパルスタイミングを設定することが一層容易になる。
　以上、本実施形態では、偏光ビームスプリッタ４０２が偏光分離手段を構成し、非線形光学結晶４０１が同軸化手段を構成する。
　以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明に係るレーザ加工装置は、実施形態に係る上記レーザ加工装置１００，２００，３００，４００に限られるものではなく、また、本発明に係るレーザ加工方法は、実施形態に係る上記レーザ加工方法に限られるものではない。本発明は、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形したもの、又は他のものに適用したものであっても勿論よい。
　本発明によれば、改質スポットの制御性を向上させることが可能となる。
　１…加工対象物、５…切断予定ライン、７…改質領域、１００，２００，３００，４００…レーザ加工装置、１０１…第１パルスレーザ光源（第１のレーザ光源）、１０２…第２パルスレーザ光源（第２のレーザ光源）、１０３…レーザ光源制御部（パルス幅制御手段）、１０４…１／２波長板（第１の１／２波長板）、１０５…１／２波長板（第２の１／２波長板）、１０６…偏光ビームスプリッタ（第１の偏光ビームスプリッタ，偏光分離手段）、１０７…偏光ビームスプリッタ（第２の偏光ビームスプリッタ，偏光分離手段）、１１２…集光レンズ、１０８，１０９，２０３…ダイクロイックミラー（同軸化手段）、１２１…光強度制御部（光強度制御手段）、２０１…偏光ビームスプリッタ（第１及び第２の偏光ビームスプリッタ，偏光分離手段，同軸化手段）、３０１，４０１…非線形光
学結晶（同軸化手段）、４０２…偏光ビームスプリッタ（第１及び第２の偏光ビームスプリッタ，偏光分離手段）、Ｌ１…第１パルスレーザ光（第１のパルスレーザ光）、Ｌ２…第２パルスレーザ光（第２のパルスレーザ光）、Ｓ…改質スポット、α…強度閾値。

Claims (12)

  1. 　加工対象物に複数のパルスレーザ光を集光させて、前記加工対象物の内部に改質スポットを切断予定ラインに沿って複数形成し、複数の前記改質スポットによって改質領域を形成するレーザ加工装置であって、
    　第１の波長を有する第１のパルスレーザ光を出射する第１のレーザ光源と、
    　前記第１の波長とは異なる第２の波長を有する第２のパルスレーザ光を出射する第２のレーザ光源と、
    　前記第１のパルスレーザ光の偏光方向を変化させる第１の１／２波長板と、
    　前記第２のパルスレーザ光の偏光方向を変化させる第２の１／２波長板と、
    　前記第１の１／２波長板で偏光方向が変化された前記第１のパルスレーザ光、及び前記第２の１／２波長板で偏光方向が変化された前記第２のパルスレーザ光を偏光分離する偏光分離手段と、
    　前記偏光分離手段で偏光分離された前記第１及び第２のパルスレーザ光を前記加工対象物に集光させる集光レンズと、
    　前記第１及び第２の１／２波長板で変化させる前記第１及び第２のパルスレーザ光の偏光方向を可変することで、前記第１及び第２のパルスレーザ光の強度を制御する光強度制御手段と、を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
  2. 　加工対象物に複数のパルスレーザ光を集光させて、前記加工対象物の内部に改質スポットを切断予定ラインに沿って複数形成し、複数の前記改質スポットによって改質領域を形成するレーザ加工装置であって、
    　第１の波長を有する第１のパルスレーザ光を出射する第１のレーザ光源と、
    　前記第１のパルスレーザ光が入射され、該第１のパルスレーザ光及び前記第１の波長とは異なる第２の波長を有する第２のパルスレーザ光を出射する非線形光学結晶と、
    　前記第１のパルスレーザ光の偏光方向を変化させる第１の１／２波長板と、
    　前記第２のパルスレーザ光の偏光方向を変化させる第２の１／２波長板と、
    　前記第１の１／２波長板で偏光方向が変化された前記第１のパルスレーザ光、及び前記第２の１／２波長板で偏光方向が変化された前記第２のパルスレーザ光を偏光分離する偏光分離手段と、
    　前記偏光分離手段で偏光分離された前記第１及び第２のパルスレーザ光を前記加工対象物に集光させる集光レンズと、
    　前記第１及び第２の１／２波長板で変化させる前記第１及び第２のパルスレーザ光の偏光方向を可変することで、前記第１及び第２のパルスレーザ光の強度を制御する光強度制御手段と、を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
  3. 　前記第１のレーザ光源から出射される前記第１のパルスレーザ光のパルス幅を制御するパルス幅制御手段を備え、
    　前記パルス幅制御手段は、前記第１のパルスレーザ光のパルス幅を変更することで、前記非線形光学結晶から前記第２のパルスレーザ光が出射されないよう前記非線形光学結晶の高調波変換効率を低下させることを特徴とする請求項２記載のレーザ加工装置。
  4. 　前記第１及び第２のパルスレーザ光を同軸化する同軸化手段を備えていることを特徴とする請求項１～３の何れか一項記載のレーザ加工装置。
  5. 　前記偏光分離手段は、
    　前記第１の１／２波長板で偏光方向が変化された前記第１のパルスレーザ光を偏光分離する第１の偏光ビームスプリッタと、
    　前記第２の１／２波長板で偏光方向が変化された前記第２のパルスレーザ光を偏光分離する第２の偏光ビームスプリッタと、を含むことを特徴とする請求項１～４の何れか一項記載のレーザ加工装置。
  6. 　前記光強度制御手段では、前記第１のパルスレーザ光の強度の制御可能幅が前記第２のパルスレーザ光の強度の制御可能幅よりも大きくされていることを特徴とする請求項１～５の何れか一項記載のレーザ加工装置。
  7. 　前記光強度制御手段は、前記第１のパルスレーザ光の強度を、前記第１のパルスレーザ光のみを前記加工対象物に集光させた場合に前記改質スポットが形成される強度閾値よりも小さくなるように制御することを特徴とする請求項１～６の何れか一項記載のレーザ加工装置。
  8. 　加工対象物に複数のパルスレーザ光を集光させて、前記加工対象物の内部に改質スポットを切断予定ラインに沿って複数形成し、複数の前記改質スポットによって改質領域を形成するレーザ加工装置であって、
    　第１の波長を有する第１のパルスレーザ光を出射する第１のレーザ光源と、
    　前記第１の波長とは異なる第２の波長を有する第２のパルスレーザ光を出射する第２のレーザ光源と、
    　前記第１及び第２のパルスレーザ光を前記加工対象物に集光させる集光レンズと、を備え、
    　前記第１のパルスレーザ光の強度は、前記第１のパルスレーザ光のみを前記加工対象物に集光させた場合に前記改質スポットが形成される強度閾値よりも小さくされることを特徴とするレーザ加工装置。
  9. 　加工対象物に複数のパルスレーザ光を集光させて、前記加工対象物の内部に改質スポットを切断予定ラインに沿って複数形成し、複数の前記改質スポットによって改質領域を形成するレーザ加工装置であって、
    　第１の波長を有する第１のパルスレーザ光を出射する第１のレーザ光源と、
    　前記第１のパルスレーザ光が入射され、該第１のパルスレーザ光及び前記第１の波長とは異なる第２の波長を有する第２のパルスレーザ光を出射する非線形光学結晶と、
    　前記第１及び第２のパルスレーザ光を前記加工対象物に集光させる集光レンズと、を備え、
    　前記第１のパルスレーザ光の強度は、前記第１のパルスレーザ光のみを前記加工対象物に集光させた場合に前記改質スポットが形成される強度閾値よりも小さくされることを特徴とするレーザ加工装置。
  10. 　前記第１のパルスレーザ光の波長は、前記第２のパルスレーザ光の波長より長いことを特徴とする請求項１～９の何れか一項記載のレーザ加工装置。
  11. 　加工対象物に複数のパルスレーザ光を集光させて、前記加工対象物の内部に改質スポットを切断予定ラインに沿って複数形成し、複数の前記改質スポットによって改質領域を形成するレーザ加工方法であって、
    　第１の波長を有する第１のパルスレーザ光、及び前記第１の波長とは異なる第２の波長を有する第２のパルスレーザ光を集光レンズで前記加工対象物に集光させる工程を含み、
    　前記工程では、前記第１のパルスレーザ光の強度を、前記第１のパルスレーザ光のみを前記加工対象物に集光させた場合に前記改質スポットが形成される強度閾値よりも小さくすることを特徴とするレーザ加工方法。
  12. 　前記第１のパルスレーザ光の波長は、前記第２のパルスレーザ光の波長より長いことを特徴とする請求項１１記載のレーザ加工方法。
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