レーザ加工方法
【課題】被加工物の内部に形成される改質領域の断面形状をより均一にすること。
【解決手段】レーザ光１４が入射される被加工物１の上面１ａに対してレーザ光１４の光軸を傾けるようにした。それゆえ、改質領域１９の長手方向を、被加工物の上面１ａと垂直なｚ軸方向に対して傾けることができる。そして、改質領域１９のｚ軸方向の長さを短くすることができる。そのため、例えば、被加工物１の内部に、ｚ軸方向に沿って並ぶ複数の改質領域１９からなる第１改質領域列と、ｘ軸方向に沿って並ぶ複数の改質領域１９からなる第２改質領域列とを形成した場合、第１改質領域列のｘ軸方向の幅と第２改質領域列のｚ軸方向の幅との差を低減できる。したがって、被加工物１の内部に形成される、複数の改質領域１９からなる改質領域列の断面形状をより均一にすることができる。
【解決手段】レーザ光１４が入射される被加工物１の上面１ａに対してレーザ光１４の光軸を傾けるようにした。それゆえ、改質領域１９の長手方向を、被加工物の上面１ａと垂直なｚ軸方向に対して傾けることができる。そして、改質領域１９のｚ軸方向の長さを短くすることができる。そのため、例えば、被加工物１の内部に、ｚ軸方向に沿って並ぶ複数の改質領域１９からなる第１改質領域列と、ｘ軸方向に沿って並ぶ複数の改質領域１９からなる第２改質領域列とを形成した場合、第１改質領域列のｘ軸方向の幅と第２改質領域列のｚ軸方向の幅との差を低減できる。したがって、被加工物１の内部に形成される、複数の改質領域１９からなる改質領域列の断面形状をより均一にすることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加工物の内部に改質領域を形成するレーザ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の技術としては、例えば、特許文献１に記載の技術がある。
この特許文献１に記載の技術では、まず、感光性ガラスの試料に、試料の外面と垂直な方向からレーザ光を出射する。そして、出射したレーザ光を試料の内部に集光し、集光したレーザ光を試料の内部で走査する。これにより、試料の内部に、レーザ光の走査方向に沿って多光子吸収による改質領域を形成する。ここで、レーザ光の走査方向としては、例えば、試料の外面と平行な方向や当該外面と垂直な方向を用いるようになっている。続いて、試料のうち改質領域を形成した部分をエッチングする。これにより、改質領域を形成した部分に空洞を形成するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３４０５７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献１に記載の技術では、感光性ガラスの試料、つまり、被加工物の内部にレーザ光を集光する際に、被加工物の内部でレーザ光の集光性が低下して、レーザ光の集光領域が分散する。また、このレーザ光の集光領域が分散する範囲は、レーザ光進行方向と直交する方向よりもレーザ光進行方向のほうが広くなる。そのため、被加工物の外面と平行な方向にレーザ光を走査して得られる改質領域の幅に比べ、当該外面と垂直な方向にレーザ光を走査して得られる改質領域の幅は狭くなる。その結果、改質領域を形成した部分に空洞を形成した場合、被加工物の外面と平行な方向に延びる空洞の幅に比べ、当該外面と垂直な方向に延びる空洞の幅は狭くなる。
本発明の技術的課題は、上記のような点に着目し、被加工物の内部に形成される改質領域の断面形状をより均一にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記技術的課題を解決するために、本発明の各態様は、以下のような構成からなる。
本発明の第１の態様は、
被加工物に対して透過性を有するレーザ光を当該被加工物の内部に集光すると共に、前記被加工物と前記レーザ光の集光位置との相対位置を順次移動させることで、前記被加工物の内部に、前記被加工物に対する前記集光位置の相対的な移動方向に沿って改質領域を順次形成するレーザ加工方法であって、前記レーザ光を前記被加工物の内部に集光する際に、前記レーザ光が入射される前記被加工物の外面と垂直な方向に対して前記レーザ光の光軸を傾けることを特徴とする。
【０００６】
このような態様によれば、改質領域の長手方向を、被加工物の外面と垂直な方向に対して傾けることができる。それゆえ、改質領域の、前記外面と垂直な方向の長さを短くすることができる。そのため、例えば、被加工物の内部に、前記外面と垂直な方向に沿って並ぶ複数の改質領域からなる第１改質領域列と、前記外面と平行な方向に沿って並ぶ複数の改質領域からなる第２改質領域列とを形成した場合、第１改質領域列における前記外面と平行な方向の幅と第２改質領域列における前記外面と垂直な方向の幅との差を低減できる。したがって、複数の改質領域からなる改質領域列の断面形状、つまり、被加工物の内部に形成される改質領域の断面形状をより均一にすることが可能となる。
【０００７】
本発明の第２の態様は、
前記レーザ光を前記被加工物の内部に集光する際に、前記レーザ光の集光によって前記被加工物の内部に形成される改質領域における前記外面と垂直な方向の長さ、および当該改質領域における前記集光位置の移動方向の長さが互いに等しくなるように、前記被加工物の外面と垂直な方向に対して前記レーザ光の光軸を傾けることを特徴とする。
このような態様によれば、改質領域における、被加工物の外面と垂直な方向の長さと、レーザ光の集光位置の移動方向の長さとを等しくすることができる。そのため、例えば、被加工物の内部に、前記外面と垂直な方向に沿って並ぶ複数の改質領域からなる第１改質領域列と、前記外面と平行な方向に沿って並ぶ複数の改質領域からなる第２改質領域列とを形成した場合、第１改質領域列における前記外面と平行な方向の幅と第２改質領域列における前記外面と垂直な方向の幅とを等しくすることができる。
【０００８】
本発明の第３の態様は、
被加工物に対して透過性を有するレーザ光を回折格子で複数の光束に分岐し、分岐した前記複数の光束それぞれを前記被加工物の内部に集光すると共に、前記被加工物と前記レーザ光の集光位置との相対位置を順次移動させることで、前記被加工物の内部に、前記被加工物に対する前記集光位置の相対的な移動方向に沿って、複数の改質領域からなる改質領域群を順次形成するレーザ加工方法であって、前記分岐した前記複数の光束それぞれを前記被加工物の内部に集光する際に、前記複数の光束それぞれの集光によって前記被加工物の内部に形成される前記改質領域群が、前記レーザ光が入射される前記被加工物の外面と平行な面を有する直方体状の改質領域を形成するように、前記複数の光束それぞれの集光領域を設定し、前記被加工物と前記レーザ光の集光位置との相対位置を順次移動させる際に、前記被加工物に対する前記集光位置の相対的な移動方向が前記直方体のいずれかの面の法線方向と平行となるように、前記相対位置の移動方向を設定することを特徴とする。
【０００９】
このような態様によれば、一回のレーザ光の出射で改質領域が形成される範囲の、レーザ光の集光位置の移動方向と直交する方向の長さを長くすることができる。そのため、例えば、被加工物の内部に、前記外面と垂直な方向に沿って並ぶ複数の改質領域群からなる第１改質領域群列と、前記外面と平行な方向に沿って並ぶ複数の改質領域群からなる第２改質領域群列とを形成した場合、第１改質領域群列における前記外面と平行な方向の幅と第２改質領域群列における前記外面と垂直な方向の幅との差を低減できる。したがって、複数の改質領域からなる改質領域群列の断面形状、つまり、被加工物の内部に形成される改質領域の断面形状をより均一にすることが可能となる。
【００１０】
本発明の第４の態様は、
前記レーザ光を前記被加工物の内部に集光する際に、前記改質領域群が形成する直方体状の改質領域の各辺の長さが互いに等しくなるように、前記分岐した複数の光束それぞれを前記被加工物の内部に集光することを特徴とする。
このような態様によれば、改質領域群における、被加工物の外面と垂直な方向の長さと、当該外面と平行な方向の各辺の長さとを等しくすることができる。そのため、例えば、被加工物の内部に、前記外面と垂直な方向に沿って並ぶ複数の改質領域群からなる第１改質領域群列と、前記外面と平行な方向に沿って並ぶ複数の改質領域群からなる第２改質領域群列とを形成した場合、第１改質領域群列における前記外面と平行な方向の幅と第２改質領域群列における前記外面と垂直な方向の幅とを等しくすることができる。
【００１１】
本発明の第５の態様は、
前記被加工物の内部に前記改質領域を形成した後に、前記被加工物における前記改質領域を形成した部分をエッチングして、前記改質領域を形成した部分に空洞を形成することを特徴とする。
このような態様によれば、被加工物のうちの改質領域を形成した部分に空洞を形成できる。そのため、被加工物の内部に、断面形状がより均一な空洞を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態のレーザ加工方法で得られる被加工物１の斜視図である。
【図２】レーザ加工装置４の概略構成を示す概念図である。
【図３】第１の工程の説明に用いる模式図である。
【図４】第２の工程の説明に用いる模式図である。
【図５】被加工物１の上面１ａからの距離が互いに異なる、複数の深さ位置それぞれに改質領域１９を形成して得られる被加工物１の断面図である。
【図６】被加工物１の上面１ａからの距離が互いに異なる、複数の深さ位置それぞれに改質領域１９を形成した場合の各改質領域１９の長さを示すグラフである。
【図７】第２実施形態のレーザ加工方法で得られる被加工物１の斜視図である。
【図８】第２実施形態のレーザ加工装置４の概略構成を示す概念図である。
【図９】集光レンズ１２および回折格子２１の構成を示す構成図である。
【図１０】改質領域群２２の説明に用いる模式図である。
【図１１】第２実施形態の第１の工程の説明に用いる模式図である。
【図１２】比較例の説明のための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。
本実施形態のレーザ加工方法では、まず、被加工物に対して透過性を有するレーザ光を当該被加工物の内部に集光すると共に、被加工物に対してレーザ光の集光位置を順次移動させることで、被加工物の内部に、集光位置の移動方向に沿って並ぶ複数の改質領域を形成する。その際、レーザ光が入射される被加工物の外面と垂直な方向に対してレーザ光の光軸を傾ける。続いて、改質領域を形成した部分をエッチングして、被加工物の内部に空洞を形成する。空洞としては、例えば、電極の通路や流路等を形成可能である。
【００１４】
（実施形態１）
（被加工物の構成）
まず、第１実施形態のレーザ加工方法を実行することによって得られる、内部に空洞２が形成された被加工物１について説明する。
図１は、第１実施形態のレーザ加工方法で得られる被加工物１の斜視図である。
図１に示すように、被加工物１は、長方体状に形成された透明材料からなる。透明材料としては、例えば、石英やホウケイ酸ガラス等を利用できる。また、被加工物１には、図１に示すように被加工物１に正対した状態を基準に、上面１ａ、下面１ｂ、左面１ｃ、右面１ｄ、前面１ｅ、および背面１ｆが定義されている。上面１ａは、図１の被加工物１の上側に位置する面である。同様に、下面１ｂは、被加工物１の下側に位置する面である。左面１ｃは、左側に位置する面である。右面１ｄは、右側に位置する面である。前面１ｅは、手前側に位置する面である。背面１ｆは、奥側に位置する面である。
さらに、被加工物１には、ｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向が定義されている。ｘ軸方向は、被加工物１の左面１ｃの法線方向である。同様に、ｙ軸方向は、被加工物１の背面１ｆの法線方向である。ｚ軸方向は、被加工物１の上面１ａの法線方向である。
【００１５】
また、被加工物１の内部には、第１〜第５の加工基準線３ａ〜３ｅが定義されている。第１の加工基準線３ａは、ｚ軸方向に沿って延在し、一端を被加工物１の下面１ｂに有し、他端を被加工物１の内部に有する直線である。同様に、第２の加工基準線３ｂは、ｘ軸方向に沿って延在し、一端を第１の加工基準線３ａの前記他端の位置に有し、他端を被加工物１の内部に有する直線である。第３の加工基準線３ｃは、ｚ軸方向に沿って延在し、一端を第２の加工基準線３ｂの前記他端の位置に有し、他端を被加工物１の内部に有する直線である。第４の加工基準線３ｄは、ｘ軸方向に沿って延在し、一端を第３の加工基準線３ｃの前記他端の位置に有し、他端を被加工物１の内部に有する直線である。第５の加工基準線３ｅは、ｚ軸方向に沿って延在し、一端を第４の加工基準線３ｄの前記他端の位置に有し、他端を被加工物１の上面１ａに有する直線である。
さらに、被加工物１の内部には、空洞２が形成される。空洞２は、第１〜第５の加工基準線３ａ〜３ｅそれぞれに沿って形成される。また、空洞２は、被加工物１の上面１ａおよび下面１ｂそれぞれに開口部を有し、それら開口部間を連通する。
【００１６】
（レーザ加工装置の構成）
次に、第１実施形態のレーザ加工方法で使用するレーザ加工装置４について説明する。
図２は、レーザ加工装置４の概略構成を示す概念図である。
図２に示すように、レーザ加工装置４は、照射機構部５および制御部６を備える。
照射機構部５は、載置台７、Ｘ軸移動部８、Ｙ軸移動部９、Ｚ軸移動部１０、レーザ光源１１、集光レンズ１２、および収差補正レンズ群１３を備える。
載置台７は、被加工物１を載置可能な平面が上部に形成された台である。また、載置台７には、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向が定義されている。Ｘ軸方向は、載置台７上部の平面内に設定した一方向である。同様に、Ｙ軸方向は、載置台７上部の平面内にあり且つ載置台７を上方から見た場合にＸ軸方向を時計回りに９０°回転させた方向である。また、Ｚ軸方向は、当該平面の法線方向である。
【００１７】
Ｘ軸移動部８は、制御部６からの信号に応じて、載置台７をＸ軸方向に沿って移動させる。Ｘ軸移動部８としては、例えば、Ｘ軸方向に沿って並進運動を行うスライダと、スライダを駆動するサーボモータとからなるものを利用できる。また同様に、Ｙ軸移動部９は、制御部６からの信号に応じて、載置台７をＹ軸方向に沿って移動させる。Ｚ軸移動部１０は、制御部６からの信号に応じて、載置台７をＺ軸方向に沿って移動させる。
レーザ光源１１は、載置台７の上方に配される。そして、レーザ光源１１は、制御部６からの信号に応じて、被加工物１に対して透過性を有するレーザ光１４を載置台７上部の平面に向けて出射する。レーザ光１４出射方向は、Ｘ-Ｚ平面と平行な面内にあり且つＺ軸方向に対して傾いた方向に設定する。Ｚ軸方向に対して傾いた方向としては、例えば、Ｚ軸方向に対して０°より大きく且つ９０°未満の範囲で傾いた方向が挙げられる。本実施形態では、一例として、Ｚ軸方向に対して４５°傾いた方向に設定する。
【００１８】
なお、レーザ光源１１としては、例えば、チタンサファイアを固体光源とし、チタンサファイアが発生するフェムト秒レーザ光を出射するものを利用できる。
集光レンズ１２は、レーザ光源１１と載置台７との間に配される。そして、集光レンズ１２は、レーザ光源１１から出射されるレーザ光１４を集光する。集光レンズ１２の光軸は、レーザ光源１１が出射するレーザ光１４との光軸と一致するように設定する。
収差補正レンズ群１３は、制御部６からの信号に応じて、集光レンズ１２の収差を調整する。そして、収差補正レンズ群１３は、集光レンズ１２で集光されたレーザ光１４の集光領域の長さを制御する。収差補正レンズ群１３としては、例えば、集光レンズ１２の鏡筒に移動可能に収容された複数枚のレンズからなるものを利用できる。
制御部６は、入力部１６、表示部１７、および演算部１８を備える。
【００１９】
入力部１６は、レーザ加工の際に用いる、Ｘ軸移動部８、Ｙ軸移動部９、Ｚ軸移動部１０、レーザ光源１１、および収差補正レンズ群１３に出力する信号のデータを利用者に入力させる。入力部１６としては、例えば、キーボードやマウスを利用できる。
表示部１７は、レーザ加工の際の各種情報を表示する。表示部１７としては、例えば、液晶ディスプレイやＣＲＴ(cathode ray tube)ディスプレイを利用できる。
演算部１８は、入力部１６から入力されたデータを演算処理し、その処理結果をもとに、Ｘ軸移動部８、Ｙ軸移動部９、Ｚ軸移動部１０、レーザ光源１１、および収差補正レンズ群１３に信号を出力する。演算部１８としては、例えば、Ａ/Ｄ変換回路、Ｄ/Ａ変換回路、中央演算処理装置、メモリ等から構成されたコンピュータを利用できる。
【００２０】
（レーザ加工方法の説明）
次に、前述したレーザ加工装置４を用いて、被加工物１の内部に、設定した第１〜第５の加工基準線３ａ〜３ｅに沿って空洞２を形成するレーザ加工方法について説明する。
レーザ加工方法は、以下の第１および第２の工程からなる。
【００２１】
（第１の工程）
第１の工程では、被加工物１の内部に、設定した第１〜第５の加工基準線３ａ〜３ｅに沿って多光子吸収による改質領域１９を形成する。
図３は、第１の工程の説明に用いる模式図である。図３では、被加工物１は、第１〜第５の加工基準線３ａ〜３ｅを含む面（図１のＡ面）で破断した断面図で表している。
具体的には、図３（ａ）に示すように、まず、被加工物１のｚ軸方向が照射機構部５のＺ軸方向に向くように被加工物１を載置台７に載置する。また、被加工物１のｘ軸方向が照射機構部５のＸ軸方向に向くように被加工物１を位置決めする。これにより、第１、第３および第５の加工基準線３ａ、３ｃ、３ｅが照射機構部５のＺ軸方向と平行となり、第２および第４の加工基準線３ｂ、３ｄが照射機構部５のＸ軸方向と平行となる。
【００２２】
これによって、第１〜第５の加工基準線３ａ〜３ｅそれぞれは、集光レンズ１２が集光するレーザ光１４の進行方向と傾いた方向となる。
次に、演算部１８により、Ｘ軸移動部８、Ｙ軸移動部９およびＺ軸移動部１０を制御して、集光レンズ１２が集光するレーザ光１４の集光領域の中央部が、第１の加工基準線３ａの下面１ｂ側端部に一致するように載置台７を移動させる。そして、演算部１８により、レーザ光源１１を制御して、レーザ光１４の出射を開始させる。これにより、第１の加工基準線３ａの下面１ｂ側端部を含む加工予定部分にレーザ光１４が集光される。そして、被加工物１の内部には、レーザ光１４の集光によって改質領域１９を形成可能なエネルギ密度となった部分に、多光子吸収による改質領域１９が形成される。
【００２３】
ここで、レーザ光１４出射方向は、Ｚ軸方向に対して４５°傾いた方向に設定されている。そのため、レーザ光１４の集光によって被加工物１の内部に形成される改質領域１９は、第１の加工基準線３ａに対して長手方向が４５°傾いた状態となる。それゆえ、改質領域１９のｚ軸方向の長さとｘ軸方向の長さとが等しくなる。
次に、演算部１８により、図３（ｂ）に示すように、Ｚ軸移動部１０を制御して、集光レンズ１２に対して載置台７をＺ軸方向と反対方向に所定ピッチずつ相対移動させながら、第１の加工基準線３ａを含む加工予定部分へのレーザ光１４の集光を同様に繰り返す。所定ピッチとしては、例えば、改質領域１９のレーザ光１４進行方向と直交する方向の幅を利用できる。これにより、被加工物１とレーザ光１４の集光位置との相対位置が順次移動され、第１の加工基準線３ａを含む加工予定部分に、被加工物１のｚ軸方向に沿って当該被加工物１の下面１ｂ側から上面１ａ側へ複数の改質領域１９が順次形成される。
【００２４】
これによって、被加工物１の内部に、被加工物１に対する集光位置の相対的な移動方向、つまり、ｚ軸方向に沿って並ぶ複数の改質領域１９が形成される。
なお、第１の加工基準線３ａを含む加工予定部分へのレーザ光１４の集光時には、演算部１８により、収差補正レンズ群１３を制御して、レーザ光１４の集光によって改質領域１９を形成可能なエネルギ密度となる部分のレーザ光１４進行方向の長さが一定となるように、集光レンズ１２の収差を適宜調整する。集光レンズ１２の収差の調整は、第２〜第５の加工基準線３ｂ〜３ｅにレーザ光１４を集光する際にも同様に行う。
【００２５】
次に、第１の加工基準線３ａを含む加工予定部分への改質領域１９の形成が終了すると、演算部１８により、図３（ｃ）に示すように、Ｘ軸移動部８を制御して、集光レンズ１２に対して載置台７を照射機構部５のＸ軸方向と反対方向に所定ピッチずつ相対移動させながら、第２の加工基準線３ｂを含む加工予定部分へのレーザ光１４の集光を繰り返す。これにより、被加工物１とレーザ光１４の集光位置との相対位置が順次移動され、第２の加工基準線３ｂを含む加工予定部分に、被加工物１のｘ軸方向に沿って当該被加工物１の右面１ｄ側から左面１ｃ側へ複数の改質領域１９が順次形成される。
これによって、被加工物１の内部に、被加工物１に対する集光位置の相対的な移動方向、つまり、ｘ軸方向に沿って並ぶ複数の改質領域１９が形成される。これら複数の改質領域１９からなる改質領域列のｚ軸方向の幅は、第１の加工基準線３ａ上の複数の改質領域１９からなる改質領域列のｘ軸方向の幅と等しい長さとなる。
【００２６】
次に、第２の加工基準線３ｂを含む加工予定部分への改質領域１９の形成が終了すると、演算部１８により、図３（ｄ）に示すように、Ｚ軸移動部１０を制御して、集光レンズ１２に対して載置台７を照射機構部５のＺ軸方向と反対方向に所定ピッチずつ相対移動させながら、第３の加工基準線３ｃを含む加工予定部分へのレーザ光１４の集光を繰り返す。これにより、被加工物１とレーザ光１４の集光位置との相対位置が順次移動され、第３の加工基準線３ｃを含む加工予定部分に、被加工物１のｚ軸方向に沿って当該被加工物１の下面１ｂ側から上面１ａ側へ複数の改質領域１９が順次形成される。
これによって、被加工物１の内部に、被加工物１に対する集光位置の相対的な移動方向、つまり、ｚ軸方向に沿って並ぶ複数の改質領域１９が形成される。これら複数の改質領域１９からなる改質領域列のｘ軸方向の幅は、第１の加工基準線３ａ上の複数の改質領域１９からなる改質領域列のｘ軸方向の幅と等しい長さとなる。
【００２７】
次に、第３の加工基準線３ｃを含む加工予定部分への改質領域１９の形成が終了すると、演算部１８により、図３（ｅ）に示すように、Ｘ軸移動部８を制御して、集光レンズ１２に対して載置台７を照射機構部５のＸ軸方向と反対方向に所定ピッチずつ相対移動させながら、第４の加工基準線３ｄを含む加工予定部分へのレーザ光１４の集光を繰り返す。これにより、被加工物１とレーザ光１４の集光位置との相対位置が順次移動され、第４の加工基準線３ｄを含む加工予定部分に、被加工物１のｘ軸方向に沿って当該被加工物１の右面１ｄ側から左面１ｃ側へ複数の改質領域１９が順次形成される。
これによって、被加工物１の内部に、被加工物１に対する集光位置の相対的な移動方向、つまり、ｘ軸方向に沿って並ぶ複数の改質領域１９が形成される。これら複数の改質領域１９からなる改質領域列のｚ軸方向の幅は、第１の加工基準線３ａ上の複数の改質領域１９からなる改質領域列のｘ軸方向の幅と等しい長さとなる。
【００２８】
次に、第４の加工基準線３ｄを含む加工予定部分への改質領域１９の形成が終了すると、演算部１８により、図３（ｆ）に示すように、Ｚ軸移動部１０を制御して、集光レンズ１２に対して載置台７を照射機構部５のＺ軸方向と反対方向に所定ピッチずつ相対移動させながら、第５の加工基準線３ｅを含む加工予定部分へのレーザ光１４の集光を繰り返す。これにより、被加工物１とレーザ光１４の集光位置との相対位置が順次移動され、第５の加工基準線３ｅを含む加工予定部分に、被加工物１のｚ軸方向に沿って当該被加工物１の左面１ｃ側から上面１ａ側へ複数の改質領域１９が順次形成される。
【００２９】
これによって、被加工物１の内部に、被加工物１に対する集光位置の相対的な移動方向、つまり、ｚ軸方向に沿って並ぶ複数の改質領域１９が形成される。これら複数の改質領域１９からなる改質領域列のｘ軸方向の幅は、第１の加工基準線３ａ上の複数の改質領域１９からなる改質領域列のｘ軸方向の幅と等しい長さとなる。
このように、第１の工程では、第１〜第５の加工基準線３ａ〜３ｅを含む加工予定部分に複数の改質領域１９が順次形成される。これにより、被加工物１の上面１ａには、第１の加工基準線３ａ上の上面１ａ側端部の改質領域１９が露出し、被加工物の下面１ｂには、第５の加工基準線３ｅ上の下面１ｂ側端部の改質領域１９が露出する。
【００３０】
（第２の行程）
第２の工程では、被加工物１の改質領域１９をエッチング液２０でエッチングする。
図４は、第２の工程の説明に用いる模式図である。図４では、被加工物１は、図１のＡ面で破断した断面図で表している。
具体的には、図４に示すように、被加工物１をエッチング液２０に浸漬する。エッチング液２０としては、例えば、フッ酸溶液HF５vol％を利用できる。そして、被加工物１の表面をエッチング液２０でエッチングする。ここで、改質領域１９は被加工物１のうちの他の部分よりもエッチングレートが速い。そのため、このエッチングレートの差により、被加工物１の上面１ａに露出している改質領域１９および下面１ｂに露出している改質領域１９のそれぞれから、つまり、被加工物１の外面側から内部側に改質領域１９のみ順次エッチングが進行する。その結果、改質領域１９が形成された部分に、つまり、第１〜第５の加工基準線３ａ〜３ｅを含む加工予定部分に空洞２が形成される。
【００３１】
（本実施形態の効果）
このように、本実施形態では、レーザ光１４を被加工物１の内部に集光する際に、レーザ光１４が入射される被加工物１の上面１ａに対してレーザ光１４の光軸を傾けるようにした。それゆえ、改質領域１９の長手方向を、被加工物の上面１ａと垂直なｚ軸方向に対して傾けることができる。そして、改質領域１９のｚ軸方向の長さを短くすることができる。そのため、例えば、被加工物１の内部に、ｚ軸方向に沿って並ぶ複数の改質領域１９からなる第１改質領域列と、ｘ軸方向に沿って並ぶ複数の改質領域１９からなる第２改質領域列とを形成した場合、第１改質領域列のｘ軸方向の幅と第２改質領域列のｚ軸方向の幅との差を低減できる。したがって、被加工物１の内部に形成される、複数の改質領域１９からなる改質領域列の断面形状をより均一にすることができる。その結果、改質領域１９を形成した部分に空洞２を形成した場合、ｘ軸方向と平行な方向に延びる空洞２の幅と、ｚ軸方向に延びる空洞２の幅とをより均一にすることができる。
【００３２】
図１２は、比較例の説明のための模式図である。図１２（ａ）は比較例の第１の工程を示す模式図であり、図１２（ｂ）は比較例の第２の工程を示す模式図である。
ここで、レーザ光１４の集光領域が分散する範囲は、レーザ光１４進行方向よりも当該進行方向と直交する方向のほうが狭い。そのため、例えば、図１２（ａ）（ｂ）に示すように、被加工物１の上面１ａに、被加工物１のｚ軸方向と平行な方向からレーザ光１４を出射する方法では、被加工物１のｘ軸方向と平行に延びる空洞２の幅に比べ、被加工物１のｚ軸方向と平行に延びる空洞２の幅が狭くなってしまう。
【００３３】
（応用例）
なお、第１実施形態では、収差補正レンズ群１３により、レーザ光１４の集光領域の長さを制御する例を示したが、他の構成も採用できる。例えば、レーザ光１４のエネルギを制御することで、レーザ光１４の集光領域の長さを制御する構成としてもよい。
図５は、被加工物１の上面１ａからの距離が互いに異なる、複数の深さ位置それぞれに改質領域１９を形成して得られる被加工物１の断面図である。この図５の被加工物１の改質領域１９は、レーザ光１４の集光領域の長さを制御せずに、被加工物１に上面１ａと垂直な方向からレーザ光１４を出射して形成したものである。図５（ａ）は、レーザ光１４のエネルギを５０μＪとした場合に得られる被加工物１の断面図であり、図５（ｂ）は、レーザ光１４のエネルギを５μＪとした場合に得られる被加工物１の断面図である。
【００３４】
図６は、被加工物１の上面１ａからの距離が互いに異なる、複数の深さ位置それぞれに改質領域１９を形成した場合の各改質領域１９の長さを示すグラフである。この図６の被加工物の改質領域１９は、図５と同様に、レーザ光１４の集光領域の長さを制御せずに、被加工物１に上面１ａと垂直な方向からレーザ光１４を出射して形成したものである。また、図６では、レーザ光１４のエネルギを５μＪ、１０μＪ、２０μＪ、および５０μＪとした場合それぞれの各改質領域１９の長さを示すグラフを記載している。
【００３５】
ここで、図５および図６に示すように、レーザ光１４の集光領域の長さは、レーザ光１４のエネルギが高いほど長くなる。そのため、レーザ光１４のエネルギを増大することで、レーザ光１４の集光領域を長くすることができる。また、レーザ光１４のエネルギを低減することで、レーザ光１４の集光領域を短くすることができる。これにより、被加工物１の上面１ａからレーザ光１４の集光位置までの距離に応じて、レーザ光１４の集光によって改質領域１９を形成可能なエネルギ密度となる部分のレーザ光１４進行方向の長さが一定となるように、レーザ光１４の集光領域の長さを適宜調整することができる。
【００３６】
また、例えば、レーザ光１４のエネルギを比較的低い一定値とすることで、レーザ光１４の集光領域の長さを一定とする構成としてもよい。
ここで、図６に示すように、レーザ光１４のエネルギが５μＪ、１０μＪ、２０μＪ等の比較的低い値である場合には、レーザ光１４の集光領域がレーザ光１４進行方向に分散しても、分散先のエネルギ密度は改質領域１９を形成可能なエネルギ密度よりも低くなる。それゆえ、被加工物１の上面１ａからレーザ光１４の集光位置までの距離が互いに異なる、複数の深さ位置それぞれで改質領域１９の長さが一定となる。
【００３７】
（第２実施形態）
次に、本発明に係る第２実施形態について図面を参照して説明する。
なお、前記第１実施形態と同様な構成等については、同一の符号を付して説明する。
本実施形態のレーザ加工方法の基本手順は、前記第１実施形態とほぼ同様である。ただし、空洞２の一部を被加工物１のｙ軸方向に沿って形成する点が異なっている。
【００３８】
（被加工物の構成）
まず、第２実施形態のレーザ加工方法を実行することによって得られる、内部に空洞２が形成された被加工物１について説明する。
図７は、第２実施形態のレーザ加工方法で得られる被加工物１の斜視図である。
図７に示すように、第２実施形態では、被加工物１の第３の加工基準線３ｃは、ｙ軸方向に沿って延在し、一端を第２の加工基準線３ｂの上面１ａ側端部の位置に有し、他端を第４の加工基準線３ｄの下面１ｃ側端部の位置に有する直線となる。
【００３９】
（レーザ加工装置の構成）
次に、第２実施形態のレーザ加工方法で使用するレーザ加工装置４について説明する。
図８は、第２実施形態のレーザ加工装置４の概略構成を示す概念図である。
図８に示すように、第２実施形態では、レーザ光源１１のレーザ光１４の出射方向は、照射機構部５のＺ軸方向と平行な方向に設定する。
また、集光レンズ１２は、レーザ光源１１との間に回折格子２１を有する。
図９は、集光レンズ１２および回折格子２１の構成を示す構成図である。
図１０は、改質領域群２２の説明に用いる模式図である。図１０（ａ）は、レーザ光１４進行方向と直交する方向から見た場合の改質領域群２２の側面図であり、図１０（ｂ）は、レーザ光１４の出射元から見た場合の改質領域群２２の平面図である。
【００４０】
図９に示すように、回折格子２１は、レーザ光源１１が出射するレーザ光１４を複数の光束に分岐する。そして、集光レンズ１２は、回折格子２１が分岐した複数の光束それぞれを被加工物１の内部に集光する。これにより、一回のレーザ光１４の出射で、被加工物１の内部に複数の改質領域１９からなる改質領域群２２を形成する。ここで、集光レンズ１２は、分岐した複数の光束それぞれを被加工物１の内部に集光する際に、複数の光束それぞれの集光によって被加工物１の内部に形成される改質領域群２２が、直方体状の改質領域を形成するように、複数の光束それぞれの集光領域を設定する。直方体状の改質領域の各辺は、Ｘ軸方向またはＹ軸方向と平行とする。また、各辺の長さは等しくする。すなわち、改質領域群２２によって、上面１ａと平行な面を有する立方体状の改質領域を形成する。複数の改質領域１９それぞれの配置は、直方体の内部に改質領域１９が隙間なく形成されるように設定する。本実施形態では、一例として、図１０に示すように、複数の改質領域１９がＸ軸方向およびＹ軸方向のそれぞれの方向に沿って並ぶように設定する。
また、収差補正レンズ群１３は、被加工物１の内部に形成される改質領域１９のＺ軸方向の長さが一定となるように、集光レンズ１２の収差を調整する。
【００４１】
（レーザ加工方法の説明）
次に、第２実施形態のレーザ加工装置４を用いて、被加工物１の内部に、第１〜第５の加工基準線３ａ〜３ｅに沿って空洞２を形成するレーザ加工方法について説明する。
（第１の工程）
図１１は、第２実施形態の第１の工程の説明に用いる模式図である。図１１（ａ）〜図１１（ｃ）では、被加工物１は、第１、第２の加工基準線３ａ、３ｂを含む面（図７のＢ面）で破断した断面図で表している。図１１（ｄ）では、第３の加工基準線３ｃを含む面（図７のＣ面）で破断した断面図で表している。図１１（ｅ）、図１１（ｆ）では、第４、第５の加工基準線３ｄ、３ｅを含む面（図７のＤ面）で破断した断面図で表している。
【００４２】
具体的には、図１１（ａ）に示すように、まず、被加工物１のｚ軸方向が照射機構部５のＺ軸方向に向くように被加工物１を載置台７に載置する。また、被加工物１のｘ軸方向が照射機構部５のＸ軸方向に向くように被加工物１を位置決めする。これにより、第１および第５の加工基準線３ａ、３ｅが照射機構部５のＺ軸方向と平行となり、第２および第４の加工基準線３ｂ、３ｄが照射機構部５のＸ軸方向と平行となる。また、第３の加工基準線３ｃが照射機構部５のＹ軸方向と平行となる。
次に、演算部１８により、Ｘ軸移動部８、Ｙ軸移動部９およびＺ軸移動部１０を制御して、集光レンズ１２が集光するレーザ光１４の集光領域の中央部が、第１の加工基準線３ａの下面１ｂ側端部に一致するように載置台７を移動させる。そして、演算部１８により、レーザ光源１１を制御して、レーザ光１４の出射を開始させる。これにより、第１の加工基準線３ａの下面１ｂ側端部を含む加工予定部分にレーザ光１４が集光される。そして、被加工物１の内部には、レーザ光１４の集光によって改質領域１９を形成可能なエネルギ密度となった部分に、多光子吸収による改質領域１９が形成される。
【００４３】
ここで、レーザ光１４は、回折格子２１で複数の光束に分岐され、分岐された複数の光束それぞれは、集光レンズ１２で被加工物１の内部に集光される。そして、被加工物１の内部に複数の改質領域１９からなる改質領域群２２が形成される。
次に、演算部１８により、図１１（ｂ）に示すように、Ｚ軸移動部１０を制御して、集光レンズ１２に対して載置台７をＺ軸方向と反対方向に所定ピッチずつ相対移動させながら、第１の加工基準線３ａを含む加工予定部分へのレーザ光１４の集光を同様に繰り返す。所定ピッチとしては、例えば、立方体状の改質領域の一辺の長さを利用できる。これにより、被加工物１とレーザ光１４の集光位置との相対位置が順次移動され、第１の加工基準線３ａを含む加工予定部分に、被加工物１のｚ軸方向に沿って当該被加工物１の下面１ｂ側から上面１ａ側へ複数の改質領域群２２が順次形成される。
【００４４】
これによって、被加工物１の内部に、被加工物１に対する集光位置の相対的な移動方向、つまり、ｚ軸方向に沿って並ぶ複数の改質領域群２２が形成される。
なお、第１の加工基準線３ａを含む加工予定部分へのレーザ光１４の集光時には、演算部１８により、収差補正レンズ群１３を制御して、レーザ光１４の集光によって改質領域１９を形成可能なエネルギ密度となる部分のレーザ光１４進行方向の長さが一定となるように、集光レンズ１２の収差を適宜調整する。集光レンズ１２の収差の調整は、第２〜第５の加工基準線３ｂ〜３ｅにレーザ光１４を集光する際にも同様に行う。
【００４５】
次に、第１の加工基準線３ａを含む加工予定部分への改質領域１９の形成が終了すると、演算部１８により、図１１（ｃ）に示すように、Ｘ軸移動部８を制御して、集光レンズ１２に対して載置台７を照射機構部５のＸ軸方向と反対方向に所定ピッチずつ相対移動させながら、第２の加工基準線３ｂを含む加工予定部分へのレーザ光１４の集光を繰り返す。これにより、被加工物１とレーザ光１４の集光位置との相対位置が順次移動され、第２の加工基準線３ｂを含む加工予定部分に、被加工物１のｘ軸方向に沿って当該被加工物１の右面１ｄ側から左面１ｃ側へ複数の改質領域群２２が順次形成される。
これによって、被加工物１の内部に、被加工物１に対する集光位置の相対的な移動方向、つまり、ｘ軸方向に沿って並ぶ複数の改質領域群２２が形成される。これら複数の改質領域群２２からなる改質領域群列のｙ、ｚ軸方向の幅は、第１の加工基準線３ａ上の複数の改質領域群２２からなる改質領域群列のｘ、ｙ軸方向の幅と等しい長さとなる。
【００４６】
次に、第２の加工基準線３ｂを含む加工予定部分への改質領域１９の形成が終了すると、演算部１８により、図１１（ｄ）に示すように、Ｚ軸移動部１０を制御して、集光レンズ１２に対して載置台７を照射機構部５のＺ軸方向と反対方向に所定ピッチずつ相対移動させながら、第３の加工基準線３ｃを含む加工予定部分へのレーザ光１４の集光を繰り返す。これにより、被加工物１とレーザ光１４の集光位置との相対位置が順次移動され、第３の加工基準線３ｃを含む加工予定部分に、被加工物１のｚ軸方向に沿って当該被加工物１の下面１ｂ側から上面１ａ側へ複数の改質領域群２２が順次形成される。
これによって、被加工物１の内部に、被加工物１に対する集光位置の相対的な移動方向、つまり、ｙ軸方向に沿って並ぶ複数の改質領域群２２が形成される。これら複数の改質領域群２２からなる改質領域群列のｘ、ｚ軸方向の幅は、第１の加工基準線３ａ上の複数の改質領域群２２からなる改質領域群列のｘ、ｙ軸方向の幅と等しい長さとなる。
【００４７】
次に、第３の加工基準線３ｃを含む加工予定部分への改質領域１９の形成が終了すると、演算部１８により、図１１（ｅ）に示すように、Ｙ軸移動部９を制御して、集光レンズ１２に対して載置台７を照射機構部５のＹ軸方向と反対方向に所定ピッチずつ相対移動させながら、第４の加工基準線３ｄを含む加工予定部分へのレーザ光１４の集光を繰り返す。これにより、被加工物１とレーザ光１４の集光位置との相対位置が順次移動され、第４の加工基準線３ｄを含む加工予定部分に、被加工物１のｘ軸方向に沿って当該被加工物１の右面１ｄ側から左面１ｃ側へ複数の改質領域群２２が順次形成される。
これによって、被加工物１の内部に、被加工物１に対する集光位置の相対的な移動方向、つまり、ｘ軸方向に沿って並ぶ複数の改質領域群２２が形成される。これら複数の改質領域群２２からなる改質領域群列のｙ、ｚ軸方向の幅は、第１の加工基準線３ａ上の複数の改質領域群２２からなる改質領域群列のｘ、ｙ軸方向の長さと等しい長さとなる。
【００４８】
次に、第４の加工基準線３ｄを含む加工予定部分への改質領域１９の形成が終了すると、演算部１８により、図１１（ｆ）に示すように、Ｚ軸移動部１０を制御して、集光レンズ１２に対して載置台７を照射機構部５のＺ軸方向と反対方向に所定ピッチずつ相対移動させながら、第５の加工基準線３ｅを含む加工予定部分へのレーザ光１４の集光を繰り返す。これにより、被加工物１とレーザ光１４の集光位置との相対位置が順次移動され、第５の加工基準線３ｅを含む加工予定部分に、被加工物１のｚ軸方向に沿って当該被加工物１の左面１ｃ側から上面１ａ側へ複数の改質領域群２２が順次形成される。
【００４９】
これによって、被加工物１の内部に、被加工物１に対する集光位置の相対的な移動方向、つまり、ｚ軸方向に沿って並ぶ複数の改質領域群２２が形成される。これら複数の改質領域群２２からなる改質領域群列のｘ、ｙ軸方向の幅は、第１の加工基準線３ａ上の複数の改質領域群２２からなる改質領域群列のｘ、ｙ軸方向の長さと等しい長さとなる。
このように、第１の工程では、第１〜第５の加工基準線３ａ〜３ｅを含む加工予定部分に、複数の改質領域群２２からなる改質領域群列が形成される。
【００５０】
（第２の行程）
第２の工程では、被加工物１の改質領域１９をエッチング液２０でエッチングする。これにより、改質領域１９が形成された部分に、つまり、第１〜第５の加工基準線３ａ〜３ｅを含む加工予定部分に空洞２が形成される。被加工物１の改質領域１９をエッチングする方法としては、例えば、第１実施形態と同様の手順を利用できる。
【００５１】
（本実施形態の効果）
このように、本実施形態では、レーザ光１４を回折格子２１で複数の光束に分岐し、分岐した複数の光束それぞれを被加工物１の内部に集光するようにした。そして、その際、それら複数の光束の集光によって被加工物１の内部に形成される改質領域群２２が上面１ａと平行な面を有する直方体状の改質領域を形成するようにした。それゆえ、一回のレーザ光１４の出射で改質領域１９が形成される範囲の、レーザ光１４の集光位置の移動方向と直交する方向の長さを長くすることができる。そのため、例えば、被加工物１の内部に、ｚ軸方向に沿って並ぶ複数の改質領域群２２からなる第１改質領域群列と、ｘ軸方向に沿って並ぶ複数の改質領域群２２からなる第２改質領域群列とを形成した場合、第１改質領域群列のｘ、ｙ軸方向の幅と第２改質領域群列のｙ、ｚ軸方向の幅との差を低減できる。したがって、被加工物１の内部に形成される、複数の改質領域群１９からなる改質領域群列の断面形状をより均一にすることができる。その結果、改質領域群２２を形成した部分に空間２を形成した場合、ｘ軸方向と平行な方向に延びる空洞２の幅と、ｚ軸方向と平行な方向に延びる空洞２の幅とをより均一にすることができる。
【符号の説明】
【００５２】
１は被加工物、２は空洞、３ａは加工基準線、３ａ〜３ｅは第１〜第５の加工基準線、４はレーザ加工装置、５は照射機構部、６は制御部、７は載置台、８はＸ軸移動部、９はＹ軸移動部、１０はＺ軸移動部、１１はレーザ光源、１２は集光レンズ、１３は収差補正レンズ群、１４はレーザ光、１５は光軸、１６は入力部、１７は表示部、１８は演算部、１９は改質領域、２０はエッチング液、２１は回折格子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加工物の内部に改質領域を形成するレーザ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の技術としては、例えば、特許文献１に記載の技術がある。
この特許文献１に記載の技術では、まず、感光性ガラスの試料に、試料の外面と垂直な方向からレーザ光を出射する。そして、出射したレーザ光を試料の内部に集光し、集光したレーザ光を試料の内部で走査する。これにより、試料の内部に、レーザ光の走査方向に沿って多光子吸収による改質領域を形成する。ここで、レーザ光の走査方向としては、例えば、試料の外面と平行な方向や当該外面と垂直な方向を用いるようになっている。続いて、試料のうち改質領域を形成した部分をエッチングする。これにより、改質領域を形成した部分に空洞を形成するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３４０５７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献１に記載の技術では、感光性ガラスの試料、つまり、被加工物の内部にレーザ光を集光する際に、被加工物の内部でレーザ光の集光性が低下して、レーザ光の集光領域が分散する。また、このレーザ光の集光領域が分散する範囲は、レーザ光進行方向と直交する方向よりもレーザ光進行方向のほうが広くなる。そのため、被加工物の外面と平行な方向にレーザ光を走査して得られる改質領域の幅に比べ、当該外面と垂直な方向にレーザ光を走査して得られる改質領域の幅は狭くなる。その結果、改質領域を形成した部分に空洞を形成した場合、被加工物の外面と平行な方向に延びる空洞の幅に比べ、当該外面と垂直な方向に延びる空洞の幅は狭くなる。
本発明の技術的課題は、上記のような点に着目し、被加工物の内部に形成される改質領域の断面形状をより均一にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記技術的課題を解決するために、本発明の各態様は、以下のような構成からなる。
本発明の第１の態様は、
被加工物に対して透過性を有するレーザ光を当該被加工物の内部に集光すると共に、前記被加工物と前記レーザ光の集光位置との相対位置を順次移動させることで、前記被加工物の内部に、前記被加工物に対する前記集光位置の相対的な移動方向に沿って改質領域を順次形成するレーザ加工方法であって、前記レーザ光を前記被加工物の内部に集光する際に、前記レーザ光が入射される前記被加工物の外面と垂直な方向に対して前記レーザ光の光軸を傾けることを特徴とする。
【０００６】
このような態様によれば、改質領域の長手方向を、被加工物の外面と垂直な方向に対して傾けることができる。それゆえ、改質領域の、前記外面と垂直な方向の長さを短くすることができる。そのため、例えば、被加工物の内部に、前記外面と垂直な方向に沿って並ぶ複数の改質領域からなる第１改質領域列と、前記外面と平行な方向に沿って並ぶ複数の改質領域からなる第２改質領域列とを形成した場合、第１改質領域列における前記外面と平行な方向の幅と第２改質領域列における前記外面と垂直な方向の幅との差を低減できる。したがって、複数の改質領域からなる改質領域列の断面形状、つまり、被加工物の内部に形成される改質領域の断面形状をより均一にすることが可能となる。
【０００７】
本発明の第２の態様は、
前記レーザ光を前記被加工物の内部に集光する際に、前記レーザ光の集光によって前記被加工物の内部に形成される改質領域における前記外面と垂直な方向の長さ、および当該改質領域における前記集光位置の移動方向の長さが互いに等しくなるように、前記被加工物の外面と垂直な方向に対して前記レーザ光の光軸を傾けることを特徴とする。
このような態様によれば、改質領域における、被加工物の外面と垂直な方向の長さと、レーザ光の集光位置の移動方向の長さとを等しくすることができる。そのため、例えば、被加工物の内部に、前記外面と垂直な方向に沿って並ぶ複数の改質領域からなる第１改質領域列と、前記外面と平行な方向に沿って並ぶ複数の改質領域からなる第２改質領域列とを形成した場合、第１改質領域列における前記外面と平行な方向の幅と第２改質領域列における前記外面と垂直な方向の幅とを等しくすることができる。
【０００８】
本発明の第３の態様は、
被加工物に対して透過性を有するレーザ光を回折格子で複数の光束に分岐し、分岐した前記複数の光束それぞれを前記被加工物の内部に集光すると共に、前記被加工物と前記レーザ光の集光位置との相対位置を順次移動させることで、前記被加工物の内部に、前記被加工物に対する前記集光位置の相対的な移動方向に沿って、複数の改質領域からなる改質領域群を順次形成するレーザ加工方法であって、前記分岐した前記複数の光束それぞれを前記被加工物の内部に集光する際に、前記複数の光束それぞれの集光によって前記被加工物の内部に形成される前記改質領域群が、前記レーザ光が入射される前記被加工物の外面と平行な面を有する直方体状の改質領域を形成するように、前記複数の光束それぞれの集光領域を設定し、前記被加工物と前記レーザ光の集光位置との相対位置を順次移動させる際に、前記被加工物に対する前記集光位置の相対的な移動方向が前記直方体のいずれかの面の法線方向と平行となるように、前記相対位置の移動方向を設定することを特徴とする。
【０００９】
このような態様によれば、一回のレーザ光の出射で改質領域が形成される範囲の、レーザ光の集光位置の移動方向と直交する方向の長さを長くすることができる。そのため、例えば、被加工物の内部に、前記外面と垂直な方向に沿って並ぶ複数の改質領域群からなる第１改質領域群列と、前記外面と平行な方向に沿って並ぶ複数の改質領域群からなる第２改質領域群列とを形成した場合、第１改質領域群列における前記外面と平行な方向の幅と第２改質領域群列における前記外面と垂直な方向の幅との差を低減できる。したがって、複数の改質領域からなる改質領域群列の断面形状、つまり、被加工物の内部に形成される改質領域の断面形状をより均一にすることが可能となる。
【００１０】
本発明の第４の態様は、
前記レーザ光を前記被加工物の内部に集光する際に、前記改質領域群が形成する直方体状の改質領域の各辺の長さが互いに等しくなるように、前記分岐した複数の光束それぞれを前記被加工物の内部に集光することを特徴とする。
このような態様によれば、改質領域群における、被加工物の外面と垂直な方向の長さと、当該外面と平行な方向の各辺の長さとを等しくすることができる。そのため、例えば、被加工物の内部に、前記外面と垂直な方向に沿って並ぶ複数の改質領域群からなる第１改質領域群列と、前記外面と平行な方向に沿って並ぶ複数の改質領域群からなる第２改質領域群列とを形成した場合、第１改質領域群列における前記外面と平行な方向の幅と第２改質領域群列における前記外面と垂直な方向の幅とを等しくすることができる。
【００１１】
本発明の第５の態様は、
前記被加工物の内部に前記改質領域を形成した後に、前記被加工物における前記改質領域を形成した部分をエッチングして、前記改質領域を形成した部分に空洞を形成することを特徴とする。
このような態様によれば、被加工物のうちの改質領域を形成した部分に空洞を形成できる。そのため、被加工物の内部に、断面形状がより均一な空洞を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態のレーザ加工方法で得られる被加工物１の斜視図である。
【図２】レーザ加工装置４の概略構成を示す概念図である。
【図３】第１の工程の説明に用いる模式図である。
【図４】第２の工程の説明に用いる模式図である。
【図５】被加工物１の上面１ａからの距離が互いに異なる、複数の深さ位置それぞれに改質領域１９を形成して得られる被加工物１の断面図である。
【図６】被加工物１の上面１ａからの距離が互いに異なる、複数の深さ位置それぞれに改質領域１９を形成した場合の各改質領域１９の長さを示すグラフである。
【図７】第２実施形態のレーザ加工方法で得られる被加工物１の斜視図である。
【図８】第２実施形態のレーザ加工装置４の概略構成を示す概念図である。
【図９】集光レンズ１２および回折格子２１の構成を示す構成図である。
【図１０】改質領域群２２の説明に用いる模式図である。
【図１１】第２実施形態の第１の工程の説明に用いる模式図である。
【図１２】比較例の説明のための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。
本実施形態のレーザ加工方法では、まず、被加工物に対して透過性を有するレーザ光を当該被加工物の内部に集光すると共に、被加工物に対してレーザ光の集光位置を順次移動させることで、被加工物の内部に、集光位置の移動方向に沿って並ぶ複数の改質領域を形成する。その際、レーザ光が入射される被加工物の外面と垂直な方向に対してレーザ光の光軸を傾ける。続いて、改質領域を形成した部分をエッチングして、被加工物の内部に空洞を形成する。空洞としては、例えば、電極の通路や流路等を形成可能である。
【００１４】
（実施形態１）
（被加工物の構成）
まず、第１実施形態のレーザ加工方法を実行することによって得られる、内部に空洞２が形成された被加工物１について説明する。
図１は、第１実施形態のレーザ加工方法で得られる被加工物１の斜視図である。
図１に示すように、被加工物１は、長方体状に形成された透明材料からなる。透明材料としては、例えば、石英やホウケイ酸ガラス等を利用できる。また、被加工物１には、図１に示すように被加工物１に正対した状態を基準に、上面１ａ、下面１ｂ、左面１ｃ、右面１ｄ、前面１ｅ、および背面１ｆが定義されている。上面１ａは、図１の被加工物１の上側に位置する面である。同様に、下面１ｂは、被加工物１の下側に位置する面である。左面１ｃは、左側に位置する面である。右面１ｄは、右側に位置する面である。前面１ｅは、手前側に位置する面である。背面１ｆは、奥側に位置する面である。
さらに、被加工物１には、ｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向が定義されている。ｘ軸方向は、被加工物１の左面１ｃの法線方向である。同様に、ｙ軸方向は、被加工物１の背面１ｆの法線方向である。ｚ軸方向は、被加工物１の上面１ａの法線方向である。
【００１５】
また、被加工物１の内部には、第１〜第５の加工基準線３ａ〜３ｅが定義されている。第１の加工基準線３ａは、ｚ軸方向に沿って延在し、一端を被加工物１の下面１ｂに有し、他端を被加工物１の内部に有する直線である。同様に、第２の加工基準線３ｂは、ｘ軸方向に沿って延在し、一端を第１の加工基準線３ａの前記他端の位置に有し、他端を被加工物１の内部に有する直線である。第３の加工基準線３ｃは、ｚ軸方向に沿って延在し、一端を第２の加工基準線３ｂの前記他端の位置に有し、他端を被加工物１の内部に有する直線である。第４の加工基準線３ｄは、ｘ軸方向に沿って延在し、一端を第３の加工基準線３ｃの前記他端の位置に有し、他端を被加工物１の内部に有する直線である。第５の加工基準線３ｅは、ｚ軸方向に沿って延在し、一端を第４の加工基準線３ｄの前記他端の位置に有し、他端を被加工物１の上面１ａに有する直線である。
さらに、被加工物１の内部には、空洞２が形成される。空洞２は、第１〜第５の加工基準線３ａ〜３ｅそれぞれに沿って形成される。また、空洞２は、被加工物１の上面１ａおよび下面１ｂそれぞれに開口部を有し、それら開口部間を連通する。
【００１６】
（レーザ加工装置の構成）
次に、第１実施形態のレーザ加工方法で使用するレーザ加工装置４について説明する。
図２は、レーザ加工装置４の概略構成を示す概念図である。
図２に示すように、レーザ加工装置４は、照射機構部５および制御部６を備える。
照射機構部５は、載置台７、Ｘ軸移動部８、Ｙ軸移動部９、Ｚ軸移動部１０、レーザ光源１１、集光レンズ１２、および収差補正レンズ群１３を備える。
載置台７は、被加工物１を載置可能な平面が上部に形成された台である。また、載置台７には、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向が定義されている。Ｘ軸方向は、載置台７上部の平面内に設定した一方向である。同様に、Ｙ軸方向は、載置台７上部の平面内にあり且つ載置台７を上方から見た場合にＸ軸方向を時計回りに９０°回転させた方向である。また、Ｚ軸方向は、当該平面の法線方向である。
【００１７】
Ｘ軸移動部８は、制御部６からの信号に応じて、載置台７をＸ軸方向に沿って移動させる。Ｘ軸移動部８としては、例えば、Ｘ軸方向に沿って並進運動を行うスライダと、スライダを駆動するサーボモータとからなるものを利用できる。また同様に、Ｙ軸移動部９は、制御部６からの信号に応じて、載置台７をＹ軸方向に沿って移動させる。Ｚ軸移動部１０は、制御部６からの信号に応じて、載置台７をＺ軸方向に沿って移動させる。
レーザ光源１１は、載置台７の上方に配される。そして、レーザ光源１１は、制御部６からの信号に応じて、被加工物１に対して透過性を有するレーザ光１４を載置台７上部の平面に向けて出射する。レーザ光１４出射方向は、Ｘ-Ｚ平面と平行な面内にあり且つＺ軸方向に対して傾いた方向に設定する。Ｚ軸方向に対して傾いた方向としては、例えば、Ｚ軸方向に対して０°より大きく且つ９０°未満の範囲で傾いた方向が挙げられる。本実施形態では、一例として、Ｚ軸方向に対して４５°傾いた方向に設定する。
【００１８】
なお、レーザ光源１１としては、例えば、チタンサファイアを固体光源とし、チタンサファイアが発生するフェムト秒レーザ光を出射するものを利用できる。
集光レンズ１２は、レーザ光源１１と載置台７との間に配される。そして、集光レンズ１２は、レーザ光源１１から出射されるレーザ光１４を集光する。集光レンズ１２の光軸は、レーザ光源１１が出射するレーザ光１４との光軸と一致するように設定する。
収差補正レンズ群１３は、制御部６からの信号に応じて、集光レンズ１２の収差を調整する。そして、収差補正レンズ群１３は、集光レンズ１２で集光されたレーザ光１４の集光領域の長さを制御する。収差補正レンズ群１３としては、例えば、集光レンズ１２の鏡筒に移動可能に収容された複数枚のレンズからなるものを利用できる。
制御部６は、入力部１６、表示部１７、および演算部１８を備える。
【００１９】
入力部１６は、レーザ加工の際に用いる、Ｘ軸移動部８、Ｙ軸移動部９、Ｚ軸移動部１０、レーザ光源１１、および収差補正レンズ群１３に出力する信号のデータを利用者に入力させる。入力部１６としては、例えば、キーボードやマウスを利用できる。
表示部１７は、レーザ加工の際の各種情報を表示する。表示部１７としては、例えば、液晶ディスプレイやＣＲＴ(cathode ray tube)ディスプレイを利用できる。
演算部１８は、入力部１６から入力されたデータを演算処理し、その処理結果をもとに、Ｘ軸移動部８、Ｙ軸移動部９、Ｚ軸移動部１０、レーザ光源１１、および収差補正レンズ群１３に信号を出力する。演算部１８としては、例えば、Ａ/Ｄ変換回路、Ｄ/Ａ変換回路、中央演算処理装置、メモリ等から構成されたコンピュータを利用できる。
【００２０】
（レーザ加工方法の説明）
次に、前述したレーザ加工装置４を用いて、被加工物１の内部に、設定した第１〜第５の加工基準線３ａ〜３ｅに沿って空洞２を形成するレーザ加工方法について説明する。
レーザ加工方法は、以下の第１および第２の工程からなる。
【００２１】
（第１の工程）
第１の工程では、被加工物１の内部に、設定した第１〜第５の加工基準線３ａ〜３ｅに沿って多光子吸収による改質領域１９を形成する。
図３は、第１の工程の説明に用いる模式図である。図３では、被加工物１は、第１〜第５の加工基準線３ａ〜３ｅを含む面（図１のＡ面）で破断した断面図で表している。
具体的には、図３（ａ）に示すように、まず、被加工物１のｚ軸方向が照射機構部５のＺ軸方向に向くように被加工物１を載置台７に載置する。また、被加工物１のｘ軸方向が照射機構部５のＸ軸方向に向くように被加工物１を位置決めする。これにより、第１、第３および第５の加工基準線３ａ、３ｃ、３ｅが照射機構部５のＺ軸方向と平行となり、第２および第４の加工基準線３ｂ、３ｄが照射機構部５のＸ軸方向と平行となる。
【００２２】
これによって、第１〜第５の加工基準線３ａ〜３ｅそれぞれは、集光レンズ１２が集光するレーザ光１４の進行方向と傾いた方向となる。
次に、演算部１８により、Ｘ軸移動部８、Ｙ軸移動部９およびＺ軸移動部１０を制御して、集光レンズ１２が集光するレーザ光１４の集光領域の中央部が、第１の加工基準線３ａの下面１ｂ側端部に一致するように載置台７を移動させる。そして、演算部１８により、レーザ光源１１を制御して、レーザ光１４の出射を開始させる。これにより、第１の加工基準線３ａの下面１ｂ側端部を含む加工予定部分にレーザ光１４が集光される。そして、被加工物１の内部には、レーザ光１４の集光によって改質領域１９を形成可能なエネルギ密度となった部分に、多光子吸収による改質領域１９が形成される。
【００２３】
ここで、レーザ光１４出射方向は、Ｚ軸方向に対して４５°傾いた方向に設定されている。そのため、レーザ光１４の集光によって被加工物１の内部に形成される改質領域１９は、第１の加工基準線３ａに対して長手方向が４５°傾いた状態となる。それゆえ、改質領域１９のｚ軸方向の長さとｘ軸方向の長さとが等しくなる。
次に、演算部１８により、図３（ｂ）に示すように、Ｚ軸移動部１０を制御して、集光レンズ１２に対して載置台７をＺ軸方向と反対方向に所定ピッチずつ相対移動させながら、第１の加工基準線３ａを含む加工予定部分へのレーザ光１４の集光を同様に繰り返す。所定ピッチとしては、例えば、改質領域１９のレーザ光１４進行方向と直交する方向の幅を利用できる。これにより、被加工物１とレーザ光１４の集光位置との相対位置が順次移動され、第１の加工基準線３ａを含む加工予定部分に、被加工物１のｚ軸方向に沿って当該被加工物１の下面１ｂ側から上面１ａ側へ複数の改質領域１９が順次形成される。
【００２４】
これによって、被加工物１の内部に、被加工物１に対する集光位置の相対的な移動方向、つまり、ｚ軸方向に沿って並ぶ複数の改質領域１９が形成される。
なお、第１の加工基準線３ａを含む加工予定部分へのレーザ光１４の集光時には、演算部１８により、収差補正レンズ群１３を制御して、レーザ光１４の集光によって改質領域１９を形成可能なエネルギ密度となる部分のレーザ光１４進行方向の長さが一定となるように、集光レンズ１２の収差を適宜調整する。集光レンズ１２の収差の調整は、第２〜第５の加工基準線３ｂ〜３ｅにレーザ光１４を集光する際にも同様に行う。
【００２５】
次に、第１の加工基準線３ａを含む加工予定部分への改質領域１９の形成が終了すると、演算部１８により、図３（ｃ）に示すように、Ｘ軸移動部８を制御して、集光レンズ１２に対して載置台７を照射機構部５のＸ軸方向と反対方向に所定ピッチずつ相対移動させながら、第２の加工基準線３ｂを含む加工予定部分へのレーザ光１４の集光を繰り返す。これにより、被加工物１とレーザ光１４の集光位置との相対位置が順次移動され、第２の加工基準線３ｂを含む加工予定部分に、被加工物１のｘ軸方向に沿って当該被加工物１の右面１ｄ側から左面１ｃ側へ複数の改質領域１９が順次形成される。
これによって、被加工物１の内部に、被加工物１に対する集光位置の相対的な移動方向、つまり、ｘ軸方向に沿って並ぶ複数の改質領域１９が形成される。これら複数の改質領域１９からなる改質領域列のｚ軸方向の幅は、第１の加工基準線３ａ上の複数の改質領域１９からなる改質領域列のｘ軸方向の幅と等しい長さとなる。
【００２６】
次に、第２の加工基準線３ｂを含む加工予定部分への改質領域１９の形成が終了すると、演算部１８により、図３（ｄ）に示すように、Ｚ軸移動部１０を制御して、集光レンズ１２に対して載置台７を照射機構部５のＺ軸方向と反対方向に所定ピッチずつ相対移動させながら、第３の加工基準線３ｃを含む加工予定部分へのレーザ光１４の集光を繰り返す。これにより、被加工物１とレーザ光１４の集光位置との相対位置が順次移動され、第３の加工基準線３ｃを含む加工予定部分に、被加工物１のｚ軸方向に沿って当該被加工物１の下面１ｂ側から上面１ａ側へ複数の改質領域１９が順次形成される。
これによって、被加工物１の内部に、被加工物１に対する集光位置の相対的な移動方向、つまり、ｚ軸方向に沿って並ぶ複数の改質領域１９が形成される。これら複数の改質領域１９からなる改質領域列のｘ軸方向の幅は、第１の加工基準線３ａ上の複数の改質領域１９からなる改質領域列のｘ軸方向の幅と等しい長さとなる。
【００２７】
次に、第３の加工基準線３ｃを含む加工予定部分への改質領域１９の形成が終了すると、演算部１８により、図３（ｅ）に示すように、Ｘ軸移動部８を制御して、集光レンズ１２に対して載置台７を照射機構部５のＸ軸方向と反対方向に所定ピッチずつ相対移動させながら、第４の加工基準線３ｄを含む加工予定部分へのレーザ光１４の集光を繰り返す。これにより、被加工物１とレーザ光１４の集光位置との相対位置が順次移動され、第４の加工基準線３ｄを含む加工予定部分に、被加工物１のｘ軸方向に沿って当該被加工物１の右面１ｄ側から左面１ｃ側へ複数の改質領域１９が順次形成される。
これによって、被加工物１の内部に、被加工物１に対する集光位置の相対的な移動方向、つまり、ｘ軸方向に沿って並ぶ複数の改質領域１９が形成される。これら複数の改質領域１９からなる改質領域列のｚ軸方向の幅は、第１の加工基準線３ａ上の複数の改質領域１９からなる改質領域列のｘ軸方向の幅と等しい長さとなる。
【００２８】
次に、第４の加工基準線３ｄを含む加工予定部分への改質領域１９の形成が終了すると、演算部１８により、図３（ｆ）に示すように、Ｚ軸移動部１０を制御して、集光レンズ１２に対して載置台７を照射機構部５のＺ軸方向と反対方向に所定ピッチずつ相対移動させながら、第５の加工基準線３ｅを含む加工予定部分へのレーザ光１４の集光を繰り返す。これにより、被加工物１とレーザ光１４の集光位置との相対位置が順次移動され、第５の加工基準線３ｅを含む加工予定部分に、被加工物１のｚ軸方向に沿って当該被加工物１の左面１ｃ側から上面１ａ側へ複数の改質領域１９が順次形成される。
【００２９】
これによって、被加工物１の内部に、被加工物１に対する集光位置の相対的な移動方向、つまり、ｚ軸方向に沿って並ぶ複数の改質領域１９が形成される。これら複数の改質領域１９からなる改質領域列のｘ軸方向の幅は、第１の加工基準線３ａ上の複数の改質領域１９からなる改質領域列のｘ軸方向の幅と等しい長さとなる。
このように、第１の工程では、第１〜第５の加工基準線３ａ〜３ｅを含む加工予定部分に複数の改質領域１９が順次形成される。これにより、被加工物１の上面１ａには、第１の加工基準線３ａ上の上面１ａ側端部の改質領域１９が露出し、被加工物の下面１ｂには、第５の加工基準線３ｅ上の下面１ｂ側端部の改質領域１９が露出する。
【００３０】
（第２の行程）
第２の工程では、被加工物１の改質領域１９をエッチング液２０でエッチングする。
図４は、第２の工程の説明に用いる模式図である。図４では、被加工物１は、図１のＡ面で破断した断面図で表している。
具体的には、図４に示すように、被加工物１をエッチング液２０に浸漬する。エッチング液２０としては、例えば、フッ酸溶液HF５vol％を利用できる。そして、被加工物１の表面をエッチング液２０でエッチングする。ここで、改質領域１９は被加工物１のうちの他の部分よりもエッチングレートが速い。そのため、このエッチングレートの差により、被加工物１の上面１ａに露出している改質領域１９および下面１ｂに露出している改質領域１９のそれぞれから、つまり、被加工物１の外面側から内部側に改質領域１９のみ順次エッチングが進行する。その結果、改質領域１９が形成された部分に、つまり、第１〜第５の加工基準線３ａ〜３ｅを含む加工予定部分に空洞２が形成される。
【００３１】
（本実施形態の効果）
このように、本実施形態では、レーザ光１４を被加工物１の内部に集光する際に、レーザ光１４が入射される被加工物１の上面１ａに対してレーザ光１４の光軸を傾けるようにした。それゆえ、改質領域１９の長手方向を、被加工物の上面１ａと垂直なｚ軸方向に対して傾けることができる。そして、改質領域１９のｚ軸方向の長さを短くすることができる。そのため、例えば、被加工物１の内部に、ｚ軸方向に沿って並ぶ複数の改質領域１９からなる第１改質領域列と、ｘ軸方向に沿って並ぶ複数の改質領域１９からなる第２改質領域列とを形成した場合、第１改質領域列のｘ軸方向の幅と第２改質領域列のｚ軸方向の幅との差を低減できる。したがって、被加工物１の内部に形成される、複数の改質領域１９からなる改質領域列の断面形状をより均一にすることができる。その結果、改質領域１９を形成した部分に空洞２を形成した場合、ｘ軸方向と平行な方向に延びる空洞２の幅と、ｚ軸方向に延びる空洞２の幅とをより均一にすることができる。
【００３２】
図１２は、比較例の説明のための模式図である。図１２（ａ）は比較例の第１の工程を示す模式図であり、図１２（ｂ）は比較例の第２の工程を示す模式図である。
ここで、レーザ光１４の集光領域が分散する範囲は、レーザ光１４進行方向よりも当該進行方向と直交する方向のほうが狭い。そのため、例えば、図１２（ａ）（ｂ）に示すように、被加工物１の上面１ａに、被加工物１のｚ軸方向と平行な方向からレーザ光１４を出射する方法では、被加工物１のｘ軸方向と平行に延びる空洞２の幅に比べ、被加工物１のｚ軸方向と平行に延びる空洞２の幅が狭くなってしまう。
【００３３】
（応用例）
なお、第１実施形態では、収差補正レンズ群１３により、レーザ光１４の集光領域の長さを制御する例を示したが、他の構成も採用できる。例えば、レーザ光１４のエネルギを制御することで、レーザ光１４の集光領域の長さを制御する構成としてもよい。
図５は、被加工物１の上面１ａからの距離が互いに異なる、複数の深さ位置それぞれに改質領域１９を形成して得られる被加工物１の断面図である。この図５の被加工物１の改質領域１９は、レーザ光１４の集光領域の長さを制御せずに、被加工物１に上面１ａと垂直な方向からレーザ光１４を出射して形成したものである。図５（ａ）は、レーザ光１４のエネルギを５０μＪとした場合に得られる被加工物１の断面図であり、図５（ｂ）は、レーザ光１４のエネルギを５μＪとした場合に得られる被加工物１の断面図である。
【００３４】
図６は、被加工物１の上面１ａからの距離が互いに異なる、複数の深さ位置それぞれに改質領域１９を形成した場合の各改質領域１９の長さを示すグラフである。この図６の被加工物の改質領域１９は、図５と同様に、レーザ光１４の集光領域の長さを制御せずに、被加工物１に上面１ａと垂直な方向からレーザ光１４を出射して形成したものである。また、図６では、レーザ光１４のエネルギを５μＪ、１０μＪ、２０μＪ、および５０μＪとした場合それぞれの各改質領域１９の長さを示すグラフを記載している。
【００３５】
ここで、図５および図６に示すように、レーザ光１４の集光領域の長さは、レーザ光１４のエネルギが高いほど長くなる。そのため、レーザ光１４のエネルギを増大することで、レーザ光１４の集光領域を長くすることができる。また、レーザ光１４のエネルギを低減することで、レーザ光１４の集光領域を短くすることができる。これにより、被加工物１の上面１ａからレーザ光１４の集光位置までの距離に応じて、レーザ光１４の集光によって改質領域１９を形成可能なエネルギ密度となる部分のレーザ光１４進行方向の長さが一定となるように、レーザ光１４の集光領域の長さを適宜調整することができる。
【００３６】
また、例えば、レーザ光１４のエネルギを比較的低い一定値とすることで、レーザ光１４の集光領域の長さを一定とする構成としてもよい。
ここで、図６に示すように、レーザ光１４のエネルギが５μＪ、１０μＪ、２０μＪ等の比較的低い値である場合には、レーザ光１４の集光領域がレーザ光１４進行方向に分散しても、分散先のエネルギ密度は改質領域１９を形成可能なエネルギ密度よりも低くなる。それゆえ、被加工物１の上面１ａからレーザ光１４の集光位置までの距離が互いに異なる、複数の深さ位置それぞれで改質領域１９の長さが一定となる。
【００３７】
（第２実施形態）
次に、本発明に係る第２実施形態について図面を参照して説明する。
なお、前記第１実施形態と同様な構成等については、同一の符号を付して説明する。
本実施形態のレーザ加工方法の基本手順は、前記第１実施形態とほぼ同様である。ただし、空洞２の一部を被加工物１のｙ軸方向に沿って形成する点が異なっている。
【００３８】
（被加工物の構成）
まず、第２実施形態のレーザ加工方法を実行することによって得られる、内部に空洞２が形成された被加工物１について説明する。
図７は、第２実施形態のレーザ加工方法で得られる被加工物１の斜視図である。
図７に示すように、第２実施形態では、被加工物１の第３の加工基準線３ｃは、ｙ軸方向に沿って延在し、一端を第２の加工基準線３ｂの上面１ａ側端部の位置に有し、他端を第４の加工基準線３ｄの下面１ｃ側端部の位置に有する直線となる。
【００３９】
（レーザ加工装置の構成）
次に、第２実施形態のレーザ加工方法で使用するレーザ加工装置４について説明する。
図８は、第２実施形態のレーザ加工装置４の概略構成を示す概念図である。
図８に示すように、第２実施形態では、レーザ光源１１のレーザ光１４の出射方向は、照射機構部５のＺ軸方向と平行な方向に設定する。
また、集光レンズ１２は、レーザ光源１１との間に回折格子２１を有する。
図９は、集光レンズ１２および回折格子２１の構成を示す構成図である。
図１０は、改質領域群２２の説明に用いる模式図である。図１０（ａ）は、レーザ光１４進行方向と直交する方向から見た場合の改質領域群２２の側面図であり、図１０（ｂ）は、レーザ光１４の出射元から見た場合の改質領域群２２の平面図である。
【００４０】
図９に示すように、回折格子２１は、レーザ光源１１が出射するレーザ光１４を複数の光束に分岐する。そして、集光レンズ１２は、回折格子２１が分岐した複数の光束それぞれを被加工物１の内部に集光する。これにより、一回のレーザ光１４の出射で、被加工物１の内部に複数の改質領域１９からなる改質領域群２２を形成する。ここで、集光レンズ１２は、分岐した複数の光束それぞれを被加工物１の内部に集光する際に、複数の光束それぞれの集光によって被加工物１の内部に形成される改質領域群２２が、直方体状の改質領域を形成するように、複数の光束それぞれの集光領域を設定する。直方体状の改質領域の各辺は、Ｘ軸方向またはＹ軸方向と平行とする。また、各辺の長さは等しくする。すなわち、改質領域群２２によって、上面１ａと平行な面を有する立方体状の改質領域を形成する。複数の改質領域１９それぞれの配置は、直方体の内部に改質領域１９が隙間なく形成されるように設定する。本実施形態では、一例として、図１０に示すように、複数の改質領域１９がＸ軸方向およびＹ軸方向のそれぞれの方向に沿って並ぶように設定する。
また、収差補正レンズ群１３は、被加工物１の内部に形成される改質領域１９のＺ軸方向の長さが一定となるように、集光レンズ１２の収差を調整する。
【００４１】
（レーザ加工方法の説明）
次に、第２実施形態のレーザ加工装置４を用いて、被加工物１の内部に、第１〜第５の加工基準線３ａ〜３ｅに沿って空洞２を形成するレーザ加工方法について説明する。
（第１の工程）
図１１は、第２実施形態の第１の工程の説明に用いる模式図である。図１１（ａ）〜図１１（ｃ）では、被加工物１は、第１、第２の加工基準線３ａ、３ｂを含む面（図７のＢ面）で破断した断面図で表している。図１１（ｄ）では、第３の加工基準線３ｃを含む面（図７のＣ面）で破断した断面図で表している。図１１（ｅ）、図１１（ｆ）では、第４、第５の加工基準線３ｄ、３ｅを含む面（図７のＤ面）で破断した断面図で表している。
【００４２】
具体的には、図１１（ａ）に示すように、まず、被加工物１のｚ軸方向が照射機構部５のＺ軸方向に向くように被加工物１を載置台７に載置する。また、被加工物１のｘ軸方向が照射機構部５のＸ軸方向に向くように被加工物１を位置決めする。これにより、第１および第５の加工基準線３ａ、３ｅが照射機構部５のＺ軸方向と平行となり、第２および第４の加工基準線３ｂ、３ｄが照射機構部５のＸ軸方向と平行となる。また、第３の加工基準線３ｃが照射機構部５のＹ軸方向と平行となる。
次に、演算部１８により、Ｘ軸移動部８、Ｙ軸移動部９およびＺ軸移動部１０を制御して、集光レンズ１２が集光するレーザ光１４の集光領域の中央部が、第１の加工基準線３ａの下面１ｂ側端部に一致するように載置台７を移動させる。そして、演算部１８により、レーザ光源１１を制御して、レーザ光１４の出射を開始させる。これにより、第１の加工基準線３ａの下面１ｂ側端部を含む加工予定部分にレーザ光１４が集光される。そして、被加工物１の内部には、レーザ光１４の集光によって改質領域１９を形成可能なエネルギ密度となった部分に、多光子吸収による改質領域１９が形成される。
【００４３】
ここで、レーザ光１４は、回折格子２１で複数の光束に分岐され、分岐された複数の光束それぞれは、集光レンズ１２で被加工物１の内部に集光される。そして、被加工物１の内部に複数の改質領域１９からなる改質領域群２２が形成される。
次に、演算部１８により、図１１（ｂ）に示すように、Ｚ軸移動部１０を制御して、集光レンズ１２に対して載置台７をＺ軸方向と反対方向に所定ピッチずつ相対移動させながら、第１の加工基準線３ａを含む加工予定部分へのレーザ光１４の集光を同様に繰り返す。所定ピッチとしては、例えば、立方体状の改質領域の一辺の長さを利用できる。これにより、被加工物１とレーザ光１４の集光位置との相対位置が順次移動され、第１の加工基準線３ａを含む加工予定部分に、被加工物１のｚ軸方向に沿って当該被加工物１の下面１ｂ側から上面１ａ側へ複数の改質領域群２２が順次形成される。
【００４４】
これによって、被加工物１の内部に、被加工物１に対する集光位置の相対的な移動方向、つまり、ｚ軸方向に沿って並ぶ複数の改質領域群２２が形成される。
なお、第１の加工基準線３ａを含む加工予定部分へのレーザ光１４の集光時には、演算部１８により、収差補正レンズ群１３を制御して、レーザ光１４の集光によって改質領域１９を形成可能なエネルギ密度となる部分のレーザ光１４進行方向の長さが一定となるように、集光レンズ１２の収差を適宜調整する。集光レンズ１２の収差の調整は、第２〜第５の加工基準線３ｂ〜３ｅにレーザ光１４を集光する際にも同様に行う。
【００４５】
次に、第１の加工基準線３ａを含む加工予定部分への改質領域１９の形成が終了すると、演算部１８により、図１１（ｃ）に示すように、Ｘ軸移動部８を制御して、集光レンズ１２に対して載置台７を照射機構部５のＸ軸方向と反対方向に所定ピッチずつ相対移動させながら、第２の加工基準線３ｂを含む加工予定部分へのレーザ光１４の集光を繰り返す。これにより、被加工物１とレーザ光１４の集光位置との相対位置が順次移動され、第２の加工基準線３ｂを含む加工予定部分に、被加工物１のｘ軸方向に沿って当該被加工物１の右面１ｄ側から左面１ｃ側へ複数の改質領域群２２が順次形成される。
これによって、被加工物１の内部に、被加工物１に対する集光位置の相対的な移動方向、つまり、ｘ軸方向に沿って並ぶ複数の改質領域群２２が形成される。これら複数の改質領域群２２からなる改質領域群列のｙ、ｚ軸方向の幅は、第１の加工基準線３ａ上の複数の改質領域群２２からなる改質領域群列のｘ、ｙ軸方向の幅と等しい長さとなる。
【００４６】
次に、第２の加工基準線３ｂを含む加工予定部分への改質領域１９の形成が終了すると、演算部１８により、図１１（ｄ）に示すように、Ｚ軸移動部１０を制御して、集光レンズ１２に対して載置台７を照射機構部５のＺ軸方向と反対方向に所定ピッチずつ相対移動させながら、第３の加工基準線３ｃを含む加工予定部分へのレーザ光１４の集光を繰り返す。これにより、被加工物１とレーザ光１４の集光位置との相対位置が順次移動され、第３の加工基準線３ｃを含む加工予定部分に、被加工物１のｚ軸方向に沿って当該被加工物１の下面１ｂ側から上面１ａ側へ複数の改質領域群２２が順次形成される。
これによって、被加工物１の内部に、被加工物１に対する集光位置の相対的な移動方向、つまり、ｙ軸方向に沿って並ぶ複数の改質領域群２２が形成される。これら複数の改質領域群２２からなる改質領域群列のｘ、ｚ軸方向の幅は、第１の加工基準線３ａ上の複数の改質領域群２２からなる改質領域群列のｘ、ｙ軸方向の幅と等しい長さとなる。
【００４７】
次に、第３の加工基準線３ｃを含む加工予定部分への改質領域１９の形成が終了すると、演算部１８により、図１１（ｅ）に示すように、Ｙ軸移動部９を制御して、集光レンズ１２に対して載置台７を照射機構部５のＹ軸方向と反対方向に所定ピッチずつ相対移動させながら、第４の加工基準線３ｄを含む加工予定部分へのレーザ光１４の集光を繰り返す。これにより、被加工物１とレーザ光１４の集光位置との相対位置が順次移動され、第４の加工基準線３ｄを含む加工予定部分に、被加工物１のｘ軸方向に沿って当該被加工物１の右面１ｄ側から左面１ｃ側へ複数の改質領域群２２が順次形成される。
これによって、被加工物１の内部に、被加工物１に対する集光位置の相対的な移動方向、つまり、ｘ軸方向に沿って並ぶ複数の改質領域群２２が形成される。これら複数の改質領域群２２からなる改質領域群列のｙ、ｚ軸方向の幅は、第１の加工基準線３ａ上の複数の改質領域群２２からなる改質領域群列のｘ、ｙ軸方向の長さと等しい長さとなる。
【００４８】
次に、第４の加工基準線３ｄを含む加工予定部分への改質領域１９の形成が終了すると、演算部１８により、図１１（ｆ）に示すように、Ｚ軸移動部１０を制御して、集光レンズ１２に対して載置台７を照射機構部５のＺ軸方向と反対方向に所定ピッチずつ相対移動させながら、第５の加工基準線３ｅを含む加工予定部分へのレーザ光１４の集光を繰り返す。これにより、被加工物１とレーザ光１４の集光位置との相対位置が順次移動され、第５の加工基準線３ｅを含む加工予定部分に、被加工物１のｚ軸方向に沿って当該被加工物１の左面１ｃ側から上面１ａ側へ複数の改質領域群２２が順次形成される。
【００４９】
これによって、被加工物１の内部に、被加工物１に対する集光位置の相対的な移動方向、つまり、ｚ軸方向に沿って並ぶ複数の改質領域群２２が形成される。これら複数の改質領域群２２からなる改質領域群列のｘ、ｙ軸方向の幅は、第１の加工基準線３ａ上の複数の改質領域群２２からなる改質領域群列のｘ、ｙ軸方向の長さと等しい長さとなる。
このように、第１の工程では、第１〜第５の加工基準線３ａ〜３ｅを含む加工予定部分に、複数の改質領域群２２からなる改質領域群列が形成される。
【００５０】
（第２の行程）
第２の工程では、被加工物１の改質領域１９をエッチング液２０でエッチングする。これにより、改質領域１９が形成された部分に、つまり、第１〜第５の加工基準線３ａ〜３ｅを含む加工予定部分に空洞２が形成される。被加工物１の改質領域１９をエッチングする方法としては、例えば、第１実施形態と同様の手順を利用できる。
【００５１】
（本実施形態の効果）
このように、本実施形態では、レーザ光１４を回折格子２１で複数の光束に分岐し、分岐した複数の光束それぞれを被加工物１の内部に集光するようにした。そして、その際、それら複数の光束の集光によって被加工物１の内部に形成される改質領域群２２が上面１ａと平行な面を有する直方体状の改質領域を形成するようにした。それゆえ、一回のレーザ光１４の出射で改質領域１９が形成される範囲の、レーザ光１４の集光位置の移動方向と直交する方向の長さを長くすることができる。そのため、例えば、被加工物１の内部に、ｚ軸方向に沿って並ぶ複数の改質領域群２２からなる第１改質領域群列と、ｘ軸方向に沿って並ぶ複数の改質領域群２２からなる第２改質領域群列とを形成した場合、第１改質領域群列のｘ、ｙ軸方向の幅と第２改質領域群列のｙ、ｚ軸方向の幅との差を低減できる。したがって、被加工物１の内部に形成される、複数の改質領域群１９からなる改質領域群列の断面形状をより均一にすることができる。その結果、改質領域群２２を形成した部分に空間２を形成した場合、ｘ軸方向と平行な方向に延びる空洞２の幅と、ｚ軸方向と平行な方向に延びる空洞２の幅とをより均一にすることができる。
【符号の説明】
【００５２】
１は被加工物、２は空洞、３ａは加工基準線、３ａ〜３ｅは第１〜第５の加工基準線、４はレーザ加工装置、５は照射機構部、６は制御部、７は載置台、８はＸ軸移動部、９はＹ軸移動部、１０はＺ軸移動部、１１はレーザ光源、１２は集光レンズ、１３は収差補正レンズ群、１４はレーザ光、１５は光軸、１６は入力部、１７は表示部、１８は演算部、１９は改質領域、２０はエッチング液、２１は回折格子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物に対して透過性を有するレーザ光を当該被加工物の内部に集光すると共に、前記被加工物と前記レーザ光の集光位置との相対位置を順次移動させることで、前記被加工物の内部に、前記被加工物に対する前記集光位置の相対的な移動方向に沿って改質領域を順次形成するレーザ加工方法であって、
前記レーザ光を前記被加工物の内部に集光する際に、前記レーザ光が入射される前記被加工物の外面と垂直な方向に対して前記レーザ光の光軸を傾けることを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項２】
前記レーザ光を前記被加工物の内部に集光する際に、前記レーザ光の集光によって前記被加工物の内部に形成される改質領域における前記外面と垂直な方向の長さ、および当該改質領域における前記集光位置の移動方向の長さが互いに等しくなるように、前記被加工物の外面と垂直な方向に対して前記レーザ光の光軸を傾けることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項３】
被加工物に対して透過性を有するレーザ光を回折格子で複数の光束に分岐し、分岐した前記複数の光束それぞれを前記被加工物の内部に集光すると共に、前記被加工物と前記レーザ光の集光位置との相対位置を順次移動させることで、前記被加工物の内部に、前記被加工物に対する前記集光位置の相対的な移動方向に沿って、複数の改質領域からなる改質領域群を順次形成するレーザ加工方法であって、
前記分岐した前記複数の光束それぞれを前記被加工物の内部に集光する際に、前記複数の光束それぞれの集光によって前記被加工物の内部に形成される前記改質領域群が、前記レーザ光が入射される前記被加工物の外面と平行な面を有する直方体状の改質領域を形成するように、前記複数の光束それぞれの集光領域を設定し、
前記被加工物と前記レーザ光の集光位置との相対位置を順次移動させる際に、前記被加工物に対する前記集光位置の相対的な移動方向が前記直方体のいずれかの面の法線方向と平行となるように、前記相対位置の移動方向を設定することを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項４】
前記レーザ光を前記被加工物の内部に集光する際に、前記改質領域群が形成する直方体状の改質領域の各辺の長さが互いに等しくなるように、前記分岐した複数の光束それぞれを前記被加工物の内部に集光することを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工方法。
【請求項５】
前記被加工物の内部に前記改質領域を形成した後に、前記被加工物における前記改質領域を形成した部分をエッチングして、前記改質領域を形成した部分に空洞を形成することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のレーザ加工方法。
【請求項１】
被加工物に対して透過性を有するレーザ光を当該被加工物の内部に集光すると共に、前記被加工物と前記レーザ光の集光位置との相対位置を順次移動させることで、前記被加工物の内部に、前記被加工物に対する前記集光位置の相対的な移動方向に沿って改質領域を順次形成するレーザ加工方法であって、
前記レーザ光を前記被加工物の内部に集光する際に、前記レーザ光が入射される前記被加工物の外面と垂直な方向に対して前記レーザ光の光軸を傾けることを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項２】
前記レーザ光を前記被加工物の内部に集光する際に、前記レーザ光の集光によって前記被加工物の内部に形成される改質領域における前記外面と垂直な方向の長さ、および当該改質領域における前記集光位置の移動方向の長さが互いに等しくなるように、前記被加工物の外面と垂直な方向に対して前記レーザ光の光軸を傾けることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項３】
被加工物に対して透過性を有するレーザ光を回折格子で複数の光束に分岐し、分岐した前記複数の光束それぞれを前記被加工物の内部に集光すると共に、前記被加工物と前記レーザ光の集光位置との相対位置を順次移動させることで、前記被加工物の内部に、前記被加工物に対する前記集光位置の相対的な移動方向に沿って、複数の改質領域からなる改質領域群を順次形成するレーザ加工方法であって、
前記分岐した前記複数の光束それぞれを前記被加工物の内部に集光する際に、前記複数の光束それぞれの集光によって前記被加工物の内部に形成される前記改質領域群が、前記レーザ光が入射される前記被加工物の外面と平行な面を有する直方体状の改質領域を形成するように、前記複数の光束それぞれの集光領域を設定し、
前記被加工物と前記レーザ光の集光位置との相対位置を順次移動させる際に、前記被加工物に対する前記集光位置の相対的な移動方向が前記直方体のいずれかの面の法線方向と平行となるように、前記相対位置の移動方向を設定することを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項４】
前記レーザ光を前記被加工物の内部に集光する際に、前記改質領域群が形成する直方体状の改質領域の各辺の長さが互いに等しくなるように、前記分岐した複数の光束それぞれを前記被加工物の内部に集光することを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工方法。
【請求項５】
前記被加工物の内部に前記改質領域を形成した後に、前記被加工物における前記改質領域を形成した部分をエッチングして、前記改質領域を形成した部分に空洞を形成することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のレーザ加工方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−２２１２８６（Ｐ２０１０−２２１２８６Ａ）
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−７３８２２（Ｐ２００９−７３８２２）
【出願日】平成２１年３月２５日（２００９．３．２５）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２５日（２００９．３．２５）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]