板状物の加工方法及びレーザー加工装置
【課題】分割予定ラインの内部に改質層を形成すること。
【解決手段】複屈折性結晶材料から構成されたワーク１の光学軸の方向を検出し、検出された光学軸の方向と分割予定ライン１１の延伸方向とに基づいて、常光線、異常光線、及び常光線と異常光線との複合光線のうちのいずれか１つを分割予定ライン１１に照射するレーザー光線として選択し、選択されたレーザー光線を分割予定ライン１１に照射して走査する。これにより、分割予定ライン１１の内部に改質層を形成することができる。
【解決手段】複屈折性結晶材料から構成されたワーク１の光学軸の方向を検出し、検出された光学軸の方向と分割予定ライン１１の延伸方向とに基づいて、常光線、異常光線、及び常光線と異常光線との複合光線のうちのいずれか１つを分割予定ライン１１に照射するレーザー光線として選択し、選択されたレーザー光線を分割予定ライン１１に照射して走査する。これにより、分割予定ライン１１の内部に改質層を形成することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複屈折性結晶材料から構成された板状物の加工面にレーザー光線を照射して走査することによって、分割予定ラインの内部に改質層を形成して板状物を分割する切っ掛けを形成する板状物の加工方法及びレーザー加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等の板状物を分割予定ラインに沿って分割する方法として、分割予定ラインの内部に集光点を合わせて板状物に対し透過性を有する波長のレーザー光線を照射するレーザー加工方法が提案されている（特許文献１参照）。このレーザー加工方法では、分割予定ラインの内部に集光点を合わせて板状物に対し透過性を有する波長のレーザー光線を照射し、分割予定ラインに沿って板状物の内部に改質層を連続的に形成する。なお、本明細書中において、改質層とは、密度、屈折率、機械的強度等の物理的特性が周囲の物理的特性とは異なった状態になっている領域を意味し、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、これらの領域が混在している領域等を例示することができる。そして、改質層が形成されることによって強度が低下した分割予定ラインに沿って板状物に外力を加えることにより、分割予定ラインに沿って板状物を分割することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３４０８８０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本願発明の発明者は、鋭意研究を重ねてきた結果、従来のレーザー加工方法を用いて複屈折性結晶材料から構成された板状物を分割した場合、分割面に大きな凹凸が形成される、分割予定ラインに沿って分割できない等の不具合が発生し、板状物を品質高く分割できないことを知見した。そして、本願発明の発明者は、板状物を品質高く分割できない原因の１つとして、分割予定ラインの内部に改質層が形成されていないことを知見した。複屈折性結晶材料から構成された板状物は、変調器や圧電素子等の電子機器への利用が期待されている。このため、分割予定ラインの内部に改質層を形成可能な板状物の加工方法及びレーザー加工装置の提供が急務となっている。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、分割予定ラインの内部に改質層を形成可能な板状物の加工方法及びレーザー加工装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る板状物の加工方法は、複屈折性結晶材料から構成された板状物の加工面にレーザー光線を照射して走査することによって、分割予定ラインの内部に改質層を形成して板状物を分割する切っ掛けを形成する板状物の加工方法であって、前記複屈折性結晶材料の光学軸の方向を検出する検出工程と、前記検出工程によって検出された光学軸の方向と前記分割予定ラインの延伸方向とに基づいて、常光線、異常光線、及び常光線と異常光線との複合光線のうちのいずれか１つを前記分割予定ラインに照射するレーザー光線として選択する選択工程と、前記選択工程によって選択されたレーザー光線を前記分割予定ラインに照射して走査することによって、分割予定ラインの内部に改質層を形成する改質層形成工程と、を含む。
【０００７】
上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るレーザー加工装置は、複屈折性結晶材料から構成された板状物を保持する保持手段と、前記板状物を透過する波長を有するレーザー光線を発振する発振器と、前記保持手段に保持された板状物の内部に集光点を位置付けて該発振器が発振したレーザー光線を集光する集光部と、を有するレーザー加工手段と、前記板状物の光学軸の方向と前記分割予定ラインの延伸方向とに基づいて、前記レーザー光線の直線偏光方向を設定する偏光方向設定手段と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る板状物の加工方法及びレーザー加工装置によれば、板状物の光学軸の方向と分割予定ラインの延伸方向とに基づいて板状物に照射するレーザー光線の直線偏光方向を設定するので、分割予定ラインの内部に改質層を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本実施の一実施形態であるレーザー加工装置の構成を示す概略斜視図である。
【図２】図２は、図１に示すレーザー照射機構の構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、屈折率が光の進行方向や偏光状態によらず一定である媒質中における光の伝播の様子を説明するための模式図である。
【図４】図４は、複屈折性結晶材料中における光の伝播の様子を説明するための模式図である。
【図５】図５は、ワークの表面に対し傾きを有する光学軸の方向を説明するための模式図であり、図５（ａ）はワークの平面図であり、図５（ｂ）はワークの側面図である。
【図６】図６は、レーザー光線がｙ軸方向に振動する直線偏光成分Ｅｙのみを有する場合における改質層の形成位置を説明するための模式図である。
【図７】図７は、レーザー光線がｘ軸方向に振動する直線偏光成分Ｅｘのみを有する場合における改質層の形成位置を説明するための模式図である。
【図８】図８は、レーザー光線がｘ軸方向に振動する直線偏光成分Ｅｘとｙ軸方向に振動する直線偏光成分Ｅｙとを有する場合における改質層の形成位置を説明するための模式図である。
【図９】図９は、本発明の一実施形態であるレーザー加工処理の流れを示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、ワークの光学軸が、分割予定ラインとワークに照射されるレーザー光線の光軸とが形成する平面内に存在するが、ワークに照射されるレーザー光線の光軸と垂直に交わらない場合におけるワークの光学軸及び分割予定ラインの方向を説明するための模式図であり、図１０（ａ）はワークの平面図であり、図１０（ｂ）はワークの側面図である。
【図１１】図１１は、分割予定ラインにおけるワークの断面図であり、図１０（ａ）に示すワークのＡ−Ａ線断面図である。
【図１２】図１２は、ワークの光学軸がワークに照射されるレーザー光線の光軸と垂直に交わる場合におけるワークの光学軸及び分割予定ラインの方向を説明するための模式図であり、図１２（ａ）はワークの平面図であり、図１２（ｂ）はワークの側面図である。
【図１３】図１３は、分割予定ラインにおけるワークの断面図であり、図１２（ａ）に示すワークのＡ−Ａ線断面図である。
【図１４】図１４は、光学軸に対して垂直な直線偏光成分のみを有するレーザー光線を用いたレーザー加工方法を説明するための模式図であり、図１４（ａ）はワークの平面図であり、図１４（ｂ）はワークの側面図である。
【図１５】図１５は、光学軸に対して平行な直線偏光成分のみを有するレーザー光線を用いたレーザー加工方法を説明するための模式図であり、図１５（ａ）はワークの平面図であり、図１５（ｂ）はワークの側面図である。
【図１６】図１６は、ワークが０°回転ＹカットＸ伝搬ニオブ酸リチウムによって形成されている場合におけるレーザー加工方法を説明するための模式図であり、図１６（ａ）はワークの平面図であり、図１６（ｂ）はワークの側面図である。
【図１７】図１７は、図１６に示すレーザー加工方法を用いて分割されたワークを示す写真図である。
【図１８】図１８は、ワークが１２８°回転ＹカットＸ伝搬ニオブ酸リチウムによって形成されている場合におけるレーザー加工方法を説明するための模式図であり、図１８（ａ）はワークの平面図であり、図１８（ｂ）はワークの側面図である。
【図１９】図１９は、図１８に示すレーザー加工方法を用いて分割されたワークを示す写真図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態であるレーザー加工装置について説明する。
【００１１】
〔レーザー加工装置の構成〕
始めに、図１を参照して、本発明の一実施形態であるレーザー加工装置の構成について説明する。
【００１２】
図１は、本実施の一実施形態であるレーザー加工装置の構成を示す概略斜視図である。図１に示すように、本発明の一実施形態であるレーザー加工装置は、ワーク１を保持するための保持機構２と、保持機構２を加工送り方向であるＸ軸方向及び割り出し送り方向であるＹ軸方向に移動させるためのＸＹ駆動機構４と、保持機構２によって保持されたワーク１にレーザー光線を照射するためのレーザー照射機構５と、レーザー加工装置を構成する各部の動作を制御してレーザー加工装置を統括的に制御する制御装置６とを備える。
【００１３】
ワーク１は、略円板形状の板状物により構成されている。ワーク１の表面側は互いに直交する分割予定ライン１１によって格子状に区画され、区画された領域内にはデバイスが形成されている。ワーク１を形成する材料としては、特に限定はされないが、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）を主成分とするカルサイト等の複屈折性結晶材料を例示することができる。
【００１４】
保持機構２は、ワーク１に応じた大きさのチャックテーブルを主体とするものであり、図示しない吸引手段によって上面である保持面２１上に載置されたワーク１を吸引保持する。ワーク１は、図示しない搬送手段によって例えば表面側を上にして保持機構２に搬入され、保持面２１上に吸引保持される。このようにワーク１を保持面２１上で保持する保持機構２は、円筒部材２２の上端に設けられ、円筒部材２２内に配設された図示しないパルスモータによって鉛直軸を軸中心として回転自在な構成となっている。保持機構２は、本発明に係る保持手段として機能する。
【００１５】
ＸＹ駆動機構４は、２段の滑動ブロック４１，４２を備える。保持機構２は、円筒部材２２を介して２段の滑動ブロック４１，４２の上に搭載されている。ＸＹ駆動機構４は、ボールネジ４３１やパルスモータ４３２等によって構成された加工送り機構４３を備え、滑動ブロック４１は、この加工送り機構４３によってＸ軸方向への移動が自在である。そして、加工送り機構４３が駆動して滑動ブロック４１が移動し、レーザー照射機構５に対して保持機構２がＸ軸方向に移動することによって、滑動ブロック４１に搭載された保持機構２とレーザー照射機構５とをＸ軸方向に沿って相対的に移動させる。なお、以下の説明において、加工送り方向であるＸ軸方向について、図１中で矢印が指し示す方向を正の方向、その逆方向を負の方向と呼ぶ。
【００１６】
ＸＹ駆動機構４は、ボールネジ４４１やパルスモータ４４２等で構成された割り出し送り機構４４を備え、滑動ブロック４２は、割り出し送り機構４４によってＹ軸方向への移動が自在である。そして、割り出し送り機構４４が駆動して滑動ブロック４２が移動し、レーザー照射機構５に対して保持機構２がＹ軸方向に移動することによって、滑動ブロック４２に搭載された保持機構２とレーザー照射機構５とをＹ軸方向に沿って相対的に移動させる。
【００１７】
本実施形態では、保持機構２をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させることによって保持機構２とレーザー照射機構５とを相対的に移動させる構成とした。これに対して、保持機構２を移動させずにレーザー照射機構５をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させる構成としてもよい。また、保持機構２及びレーザー照射機構５の双方をＸ軸方向に沿って逆方向に移動させ、保持機構２及びレーザー照射機構５の双方をＹ軸方向に沿って逆方向に移動させてこれらを相対移動させる構成としてもよい。
【００１８】
加工送り機構４３に対しては、保持機構２の加工送り量を検出するための加工送り量検出手段４５が付設されている。加工送り量検出手段４５は、Ｘ軸方向に沿って配設されたリニアスケールや、滑動ブロック４１に配設されて滑動ブロック４１と共に移動することによってリニアスケールを読み取る読み取りヘッド等で構成される。同様に、割り出し送り機構４４に対しては、保持機構２の割り出し送り量を検出するための割り出し送り量検出手段４６が付設されている。割り出し送り量検出手段４６は、Ｙ軸方向に沿って配設されたリニアスケールや、滑動ブロック４２に配設されて滑動ブロック４２と共に移動することによってリニアスケールを読み取る読み取りヘッド等によって構成される。
【００１９】
レーザー照射機構５は、保持面２１上に吸引保持されたワーク１にレーザー光線を照射し、ワーク１の加工すべき位置に沿ってレーザー加工を施すためのものである。レーザー照射機構５は、本発明に係るレーザー加工手段として機能する。制御装置６は、レーザー加工装置の動作に必要な各種データを保持するメモリを内蔵したマイクロコンピュータ等によって構成される。
【００２０】
〔レーザー照射機構の構成〕
次に、図２を参照して、レーザー照射機構５の構成について説明する。
【００２１】
図２は、図１に示すレーザー照射機構の構成を示すブロック図である。図２に示すように、レーザー照射機構５は、発振器５１と、強度調整部（アッテネータ）５２と、偏光方向設定部５３と、ミラー素子５４と、集光レンズ５５とを備える。発振器５１は、所定波長のレーザー光線を発振するためのものであり、例えばＹＡＧレーザー発振器やＹＶＯ４レーザー発振器等からなるレーザー光線発振器、１０６４ｎｍ等の赤外線波長域のレーザー光線を発振する発振器等によって構成される。強度調整部５２は、１／２波長板５２１と、モータ５２２と、偏光ビームスプリッタ５２３と、アブソーバ５２４とを備える。
【００２２】
１／２波長板５２１は、モータ５２２によって回動可能な状態で発振器５１の後段に配設されている。１／２波長板５２１は、その回動角度に応じて発振器５１が発振したレーザー光線ＬＢの直線偏光方向を変化させる。偏光ビームスプリッタ５２３は、１／２波長板５２１を通過したレーザー光線のうち、所定の直線偏光方向を有するレーザー光線を偏光方向設定部５３に向けて透過すると共に、所定の直線偏光方向以外の直線偏光方向を有するレーザー光線をアブソーバ５２４側に分岐する。アブソーバ５２４は、偏光ビームスプリッタ５２３によって分岐されたレーザー光線を吸収するためのものであり、レーザー光線を良好に吸収すべく例えばつや消し黒色系金属によって構成するとよい。
【００２３】
偏光方向設定部５３は、１／２波長板５３１と、モータ５３２とを備える。１／２波長板５３１は、モータ５３２によって回動可能な状態で偏光ビームスプリッタ５２３の後段に配設されている。１／２波長板５３１は、その回動角度に応じて偏光ビームスプリッタ５２３を透過したレーザー光線の直線偏光方向を変化させる。偏光方向設定部５３は、本発明に係る偏光方向設定手段として機能する。ミラー素子５４は、１／２波長板５３１を通過したレーザー光線を集光レンズ５５側に向けて反射させるためのものである。集光レンズ５５は、ワーク１と対向するように配設され、ワーク１の内部に集光点を位置付けてミラー素子５４によって反射されたレーザー光線を集光するものである。集光レンズ５５は、本発明に係る集光部として機能する。但し、集光レンズ５５によって集光されるレーザー光線の少なくとも中央光が、本発明が規定するレーザー光線の要件を満たしていればよい。
【００２４】
このような構成を有するレーザー加工装置は、以下のように動作することによってワーク１の加工面に対してレーザー加工処理を施す。すなわち、始めに、保持機構２にワーク１を搬入し、保持面２１上でワーク１を吸引保持する。その後、円筒部材２２内に配設された図示しないパルスモータを駆動し、保持面２１上のワーク１の向きを、その表面の互いに直交するうちの一方の分割予定ライン１１がＸ軸方向に沿う向きに調整する。続いて、ＸＹ駆動機構４を駆動し、保持機構２をＸＹ平面内で移動させて保持面２１上のワーク１を図示しない撮像ユニットの鉛直下方に位置付ける。そして、図示しない撮像ユニットによって保持面２１上のワーク１を撮像することでアライメントを実施し、直交するうちの一方の分割予定ライン１１の１つである加工対象の分割予定ライン１１の一端部を集光レンズ５５の鉛直下方に位置付ける。
【００２５】
そして、このようにして加工対象の分割予定ライン１１の一端部を集光レンズ５５の鉛直下方に位置付けた後、保持機構２を加工送り方向であるＸ軸方向に往復移動させながらレーザー照射機構５によってレーザー光線を照射し、一方の分割予定ライン１１のそれぞれに沿ってレーザー加工を施す。例えば、最初に加工対象とする分割予定ライン１１に沿ったレーザー加工では、保持機構２を正のＸ軸方向に加工送りしながら往路加工を行い、加工対象の分割予定ライン１１の一端部から他端部までレーザービームを照射する。このように他端部までレーザー光線を照射したならば、保持機構２をＹ軸方向に移動させて隣接するレーザー光線の他端部を集光レンズ５４１の鉛直下方に位置付け、加工対象を移す。そして、保持機構２を負のＸ軸方向に加工送りしながら復路加工を行い、加工対象のレーザー光線の他端部から一端部までレーザー光線を照射する。
【００２６】
その後は、保持機構２をＹ軸方向に移動させて順次隣接するレーザー光線を集光レンズ５５の鉛直下方に位置付け、加工対象を移しながら往路加工と復路加工とを順番に行う。そして、直交する一方の分割予定ライン１１の全てに対して往路加工又は復路加工を行ったならば、保持機構２を９０度回転させることで直交する他方の分割予定ライン１１がＸ軸方向に沿うようにワーク１の姿勢を変更する。そして、一方の分割予定ライン１１に対する動作と同様にアライメントを行った後、順次他方の分割予定ライン１１を集光レンズ５５の鉛直下方に位置付けて加工対象を移しながら往路加工と復路加工とを順番に行い、この他方の分割予定ライン１１のそれぞれに沿って往路加工又は復路加工を行う。
【００２７】
〔複屈折性結晶材料のレーザー加工方法〕
本願発明の発明者は、鋭意研究を重ねてきた結果、レーザー加工装置を用いて複屈折性結晶材料から構成されたワーク１に対しレーザー加工処理を施した場合、分割面に大きな凹凸が形成される、分割予定ラインに沿って分割できない等の不具合が発生し、ワーク１を分割予定ラインに沿って品質高く分割できないことを知見した。そして、本願発明の発明者は、ワーク１を品質高く分割できない原因の１つとして、分割予定ラインの内部に改質層が形成されていないことを知見した。そこで、ワーク１が複屈折性結晶材料によって構成されている場合には、以下のようにしてワーク１に対しレーザー加工処理を施す。以下、ワーク１が複屈折性結晶材料によって構成されている場合におけるレーザー加工方法について説明する。
【００２８】
〔複屈折性結晶材料の物性〕
始めに、図３乃至図８を参照して、複屈折性結晶材料の物性について説明する。
【００２９】
空気やガラスのように分子が無秩序に分布する媒質中では、媒質の屈折率は光の進行方向や偏光状態によらず一定である。このため、媒質中において、光は、ホイヘンスの原理に従って図３に示すように伝播する。すなわち、図３に示すように、光は、光の波面上の点Ｐ１〜Ｐ４の各点において発生した円形形状の二次波Ｗ１〜Ｗ４及び二次波Ｗ１’〜Ｗ４’の包絡面を新たな光の波面ＷＰ及び波面ＷＰ’とすることによって媒質中を進行する。しかしながら、複屈折性結晶材料中では、屈折率は光の進行方向や偏光状態によって異なる。このため、光は図４に示すように進行する。
【００３０】
すなわち、図４に示すように、複屈折性結晶材料であるワーク１の加工面１ａに対し垂直な方向（ｚ軸方向）から光が入射した場合、光学軸ＯＡの延伸方向と光学軸ＯＡの延伸方向に対し垂直な方向とでは光の屈折率が異なるために、加工面１ａ上の点Ｐ１〜Ｐ４の各点において発生する二次波Ｗ１〜Ｗ４及び二次波Ｗ１’〜Ｗ４’の形状は回転楕円体になる。このため、二次波Ｗ１〜Ｗ４及び二次波Ｗ１’〜Ｗ４’の包絡面である新たな光の波面ＷＰ及び波面ＷＰ’は、加工面１ａに対して垂直な方向（ｚ軸方向）に対し角度を有して進行する。
【００３１】
これにより、複屈折性結晶材料に光が入射した場合、入射光線は常光線（Ordinary Wave，Ｏ線）と異常光線（Extraordinary Wave，Ｅ線）との２つの光線に分離される。ここで、常光線とは、光学軸ＯＡと入射光線の光軸とで形成される平面に対し直交するように振動する直線偏光成分を有する光線であり、光学軸ＯＡの影響を受けずに複屈折性結晶材料内で入射光線の光軸と同一直線上を進行する。一方、異常光線とは、光学軸ＯＡと入射光線の光軸とで形成される平面に対し平行になるように振動する直線偏光成分を有する光線であり、光学軸ＯＡの影響を受けて複屈折性結晶材料内で常光線と分離して進行する。
【００３２】
このため、複屈折性結晶材料にレーザー光線を照射した場合には、常光線に由来する改質層と異常光線に由来する改質層とが形成される。具体例として、図５（ａ），（ｂ）に示すように、ワーク１の表面（加工面，ｘｙ平面）に対し傾き角度を有する光学軸ＯＡを有する複屈折性材料によって形成されたワーク１にレーザー光線を照射する場合を考える。この場合、図６に示すように、レーザー光線がｙ軸方向に振動する直線偏光成分Ｅｙ、すなわち光学軸ＯＡとレーザー光線の光軸とで形成される平面に対し直交する直線偏光成分Ｅｙのみを有する場合には、異常光線は発生せずに常光線のみが発生する。これにより、改質層はレーザー光線の照射位置Ｐ１の下方に形成される。
【００３３】
一方、図７に示すように、レーザー光線がｘ軸方向に振動する直線偏光成分Ｅｙ、すなわち光学軸ＯＡと入射光線の光軸とで形成される平面に対し平行な直線偏光成分Ｅｘのみを有する場合には、常光線は発生せずに異常光線のみが発生する。これにより、改質層は、レーザー光線の照射位置Ｐ１からｘ軸方向にずれた表面位置Ｐ２の下方に形成される。また、図８に示すように、レーザー光線の直線偏光成分Ｅがｘ軸及びｙ軸に対して傾きを有する場合には、レーザー光線の直線偏光成分Ｅをｘ軸方向成分Ｅｘとｙ軸方向成分Ｅｙとに分解することによって、各成分について図６及び図７に示す場合と同様に考えることができる。すなわち、レーザー光線の直線偏光成分Ｅがｘ軸及びｙ軸に対して傾きを有する場合には、図８に示すように、常光線に由来する改質層と異常光線に由来する改質層とがｘ軸方向に並んで形成される。
【００３４】
〔レーザー加工処理〕
以上のように、ワーク１が複屈折性結晶材料により形成されている場合には、レーザー光線の偏光方向及び複屈折性結晶材料の光学軸ＯＡの方向に応じて、常光線に由来する改質層、異常光線に由来する改質層、及び常光線に由来する改質層と異常光線に由来する改質層とが形成される。そこで、ワーク１が複屈折性結晶材料によって構成されている場合には、以下に示すレーザー加工処理を実行する。以下、図９を参照して、ワーク１が複屈折性結晶材料によって構成されている場合におけるレーザー加工処理の流れについて説明する。
【００３５】
図９は、ワーク１が複屈折性結晶材料によって構成されている場合におけるレーザー加工処理の流れを示すフローチャートである。図９に示すように、ワーク１が複屈折性結晶材料によって形成されている場合には、始めに、複屈折性結晶材料の光学軸ＯＡの方向を検出する（検出工程、ステップＳ１）。具体的には、複屈折性結晶材料の光学軸ＯＡの方向は、複屈折性結晶材料に照射されたレーザー光線が常光線と異常光線とに分離される現象を検出する、若しくは、ワーク１の製造工程から検出することができる。
【００３６】
次に、ステップＳ１の検出工程によって検出された複屈折性結晶材料の光学軸ＯＡの方向と分割予定ライン１１の延伸方向とに基づいて、常光線、異常光線、及び常光線と異常光線との複合光線のうちのいずれか１つを分割予定ライン１１に照射するレーザー光線として選択する（選択工程、ステップＳ２）。選択工程の詳細については後述する。次に、ステップＳ２の選択工程によって選択されたレーザー光線を分割予定ライン１１に照射して走査することによって、分割予定ライン１１に沿ってワーク１の内部に改質層を連続的に形成する（改質層形成工程、ステップＳ３）。これにより、一連のレーザー加工処理は完了する。以後、分割予定ライン１１に沿ってワーク１に外力を加えることにより、分割予定ライン１１に沿ってワーク１を分割することができる。
【００３７】
〔選択工程〕
次に、図１０乃至図１５を参照して、（１）ワーク１の光学軸ＯＡが、分割予定ライン１１とワーク１に照射されるレーザー光線の光軸とが形成する平面内に存在するが、ワーク１に照射されるレーザー光線の光軸と垂直に交わらない場合、（２）ワーク１の光学軸ＯＡがワーク１に照射されるレーザー光線の光軸と垂直に交わる場合、及び（３）ワーク１の光学軸ＯＡが分割予定ライン１１とワーク１に照射されるレーザー光線の光軸とが形成する平面内に存在せず、ワーク１に照射されるレーザー光線の光軸と垂直に交わらない場合における、上記ステップＳ２の選択工程について詳しく説明する。
【００３８】
〔ワークの光学軸が、分割予定ラインとワークに照射されるレーザー光線の光軸とが形成する平面内に存在するが、ワークに照射されるレーザー光線の光軸と垂直に交わらない場合〕
始めに、図１０及び図１１を参照して、ワーク１の光学軸ＯＡが、分割予定ライン１１とワーク１に照射されるレーザー光線の光軸とが形成する平面内に存在するが、ワーク１に照射されるレーザー光線の光軸と垂直に交わらない場合における選択工程について説明する。図１０は、ワークの光学軸及び分割予定ラインの方向を説明するための模式図であり、図１０（ａ）はワークの平面図であり、図１０（ｂ）はワークの側面図である。図１１は、分割予定ラインにおけるワークの断面図であり、図１０（ａ）に示すワークのＡ−Ａ線断面図である。
【００３９】
図１０（ａ），（ｂ）に示すように、ワーク１の光学軸ＯＡが、分割予定ライン１１とワーク１に照射されるレーザー光線の光軸とが形成する平面内に存在するが、ワーク１に照射されるレーザー光線の光軸と垂直に交わらない場合には、図５乃至図８を用いた議論から明らかなように、異常光線は分割予定ライン１１の延伸方向に沿って発生する。このため、異常光線が発生したとしても、異常光線に由来する改質層は分割予定ライン１１の下方に形成され、図１１に示すように、異常光線に由来する改質層の形成位置Ｐ２’は分割予定ライン１１の延伸方向に沿って常光線に由来する改質層の形成位置Ｐ１’に隣接する。従って、ワーク１の光学軸ＯＡが、分割予定ライン１１とワーク１に照射されるレーザー光線の光軸とが形成する平面内に存在するが、ワーク１に照射されるレーザー光線の光軸と垂直に交わらない場合、制御装置６は、分割予定ライン１１に照射するレーザー光線として常光線、異常光線、及び常光線と異常光線との複合光線のいずれが選択されるように、偏光方向設定部５３を制御することによってレーザー光線の直線偏光方向を調整する。
【００４０】
〔ワークの光学軸がワークに照射されるレーザー光線の光軸と垂直に交わる場合〕
次に、図１２及び図１３を参照して、ワーク１の光学軸ＯＡがワーク１に照射されるレーザー光線の光軸と垂直に交わる場合における選択工程について説明する。図１２は、ワークの光学軸及び分割予定ラインの方向を説明するための模式図であり、図１２（ａ）はワークの平面図であり、図１２（ｂ）はワークの側面図である。図１３は、分割予定ラインにおけるワークの断面図であり、図１２（ａ）に示すワークのＡ−Ａ線断面図である。
【００４１】
図１２（ａ），（ｂ）に示すように、ワーク１の光学軸ＯＡがワーク１に照射されるレーザー光線の光軸と垂直に交わる場合には、図５乃至図８を用いた議論から明らかなように、異常光線は分割予定ライン１１の延伸方向に沿って発生する。このため、異常光線が発生したとしても、異常光線によって由来する改質層は分割予定ライン１１の下方に形成され、図１３に示すように、異常光線に由来する改質層は、常光線に由来する改質層の形成位置Ｐ１’とは異なる深さ位置Ｐ２’に形成される。従って、ワーク１の光学軸ＯＡがワーク１に照射されるレーザー光線の光軸と垂直に交わる場合、制御装置６は、分割予定ライン１１に照射するレーザー光線として常光線、異常光線、及び常光線と異常光線との複合光線のいずれが選択されるように、偏光方向設定部５３を制御することによってレーザー光線の直線偏光方向を調整する。
【００４２】
〔ワークの光学軸が分割予定ラインとワークに照射されるレーザー光線の光軸とが形成する平面内に存在せず、ワークに照射されるレーザー光線の光軸と垂直に交わらない場合〕
次に、図１４及び図１５を参照して、ワーク１の光学軸ＯＡが分割予定ライン１１とワーク１に照射されるレーザー光線の光軸とが形成する平面内に存在せず、ワーク１に照射されるレーザー光線の光軸と垂直に交わらない場合における選択工程について説明する。図１４は、光学軸に対して垂直な直線偏光成分を有するレーザー光線を用いたレーザー加工方法を説明するための模式図であり、図１４（ａ）はワークの平面図であり、図１４（ｂ）はワークの側面図である。図１５は、光学軸に対して平行な直線偏光成分を有するレーザー光線を用いたレーザー加工方法を説明するための模式図であり、図１５（ａ）はワークの平面図であり、図１５（ｂ）はワークの側面図である。
【００４３】
図１４（ａ），（ｂ）に示すように、ワーク１の光学軸ＯＡが分割予定ライン１１とワーク１に照射されるレーザー光線の光軸とが形成する平面内に存在せず、ワーク１に照射されるレーザー光線の光軸と垂直に交わらない場合、常光線に由来する改質層と異常光線に由来する改質層とは分割予定ライン１１に沿って形成されない。そこで、ワーク１の光学軸ＯＡが分割予定ライン１１とワーク１に照射されるレーザー光線の光軸とが形成する平面内に存在せず、ワーク１に照射されるレーザー光線の光軸と垂直に交わらない場合には、制御装置６は、分割予定ライン１１に照射するレーザー光線として常光線又は異常光線が選択されるように、偏光方向設定部５３を制御することによってレーザー光線の直線偏光方向を調整する。具体的には、分割予定ライン１１に照射するレーザー光線として常光線を選択する場合、制御装置６は、図１４（ａ）に示すように、分割予定ライン１１ａ，１１ｂに沿って光学軸ＯＡに対して垂直な直線偏光成分のみを有するレーザー光線Ｌ１を照射する。なお、この場合、レーザー光線の直線偏光方向は、加工に悪影響を与えるほどの常光線が発生しない程度に調整されていればよい。一方、分割予定ライン１１に照射するレーザー光線として異常光線を選択する場合には、制御装置６は、図１５（ｂ）に示すように、レーザー光線の光軸からの異常光線の光軸の分離幅ｄを考慮して、分割予定ライン１１ａ，１１ｂに対し所定間隔ΔＬをあけてレーザー光線Ｌ２を照射する。なお、この場合、レーザー光線の直線偏光方向は、加工に悪影響を与えるほどの常光線が発生しない程度に調整されていればよい。
【００４４】
ここで、レーザー光線の光軸からの異常光線の光軸の分離幅ｄは以下の数式１によって算出することができる。数式１中、パラメータｔは改質層が形成される深さ位置を示し、パラメータθはレーザー光線の波面の法線と光学軸とがなす角度を示す。また、数式１中、パラメータｎＯ及びパラメータｎｅはそれぞれ、常光線及び異常光線の屈折率を示す。常光線及び異常光線の屈折率は、材料とレーザー光線の波長（λ）によって決まり、例えばニオブ酸リチウムの場合、以下の数式２，３によって算出することができる。
【００４５】
【数１】
【数２】
【数３】
【００４６】
以上の説明から明らかなように、本発明の一実施形態であるレーザー加工方法では、複屈折性結晶材料から構成されたワーク１の光学軸ＯＡの方向を検出し、検出された光学軸ＯＡの方向と分割予定ライン１１の延伸方向とに基づいて、常光線、異常光線、及び常光線と異常光線との複合光線のうちのいずれか１つを分割予定ライン１１に照射するレーザー光線として選択し、選択されたレーザー光線を分割予定ラインに照射して走査する。そして、このようなレーザー加工方法によれば、ワーク１の光学軸ＯＡの方向と分割予定ライン１１の延伸方向とに基づいてワーク１に照射するレーザー光線の直線偏光方向を設定するので、分割予定ライン１１の内部に改質層を形成することができる。
【００４７】
〔具体例〕
最後に、選択工程の幾つかの具体例について説明する。
【００４８】
〔具体例１〕
始めに、図１６及び図１７を参照して、ワーク１が０°回転ＹカットＸ伝搬ニオブ酸リチウム（リチウムナイオベイト０°Ｙ）によって形成されている場合について説明する。図１６は、ワークが０°回転ＹカットＸ伝搬ニオブ酸リチウムによって形成されている場合におけるレーザー加工方法を説明するための模式図であり、図１６（ａ）はワークの平面図であり、図１６（ｂ）はワークの側面図である。図１７は、図１６に示すレーザー加工方法を用いて分割されたワークを示す写真図である。
【００４９】
図１６（ａ），（ｂ）に示すように、ワーク１が０°回転ＹカットＸ伝搬ニオブ酸リチウムによって形成されている場合、光学軸ＯＡはｘ軸方向に沿ってワーク１の加工面が存在する平面内に存在している。そこで、光学軸ＯＡの方向に対し平行な方向（ｘ軸方向）に第１の分割予定ライン１１ａを設定すると共に、第１の分割予定ライン１１ａに直交する方向（ｙ軸方向）に第２の分割予定ライン１１ｂを設定する。そして、制御装置６は、偏光方向設定部５３を制御することによって、第１の分割予定ライン１１ａに照射するレーザー光線ＬＢの直線偏光方向を、光学軸ＯＡとレーザー光線の光軸とが形成する面に直交する方向（ｙ軸方向に振動する直線偏光成分Ｅｙ）に調整することにより、第１の分割予定ライン１１ａに照射するレーザー光線として常光線を選択する。また、制御装置６は、偏光方向設定部５３を制御することによって、第２の分割予定ライン１１ｂに照射するレーザー光線ＬＢの直線偏光方向を、光学軸ＯＡとレーザー光線の光軸とが形成する面に直交する方向（ｙ軸方向に振動する直線偏光成分Ｅｙ）に調整することにより、第２の分割予定ライン１１ｂに照射するレーザー光線として常光線を選択する。この結果、図１７に示すように、分割予定ライン１１ａ，１１ｂに沿ってワーク１を分割することができた。
【００５０】
なお、この場合、レーザー光線の直線偏光方向は、加工に悪影響を与えるほどの異常光線が発生しない程度に調整されていればよい。また、往路加工及び復路加工のために保持機構２を９０度回転させる場合、第１の分割予定ライン１１ａを加工するときと第２の分割予定ライン１１ｂを加工するときとでレーザー光線ＬＢの直線偏光方向を９０度変化させる必要がある。また、保持機構２を回転させないで保持機構２をＸＹ方向に移動させて第１の分割予定ライン１１ａ及び第２の分割予定ライン１１ｂを加工する場合には、レーザー光線ＬＢの直線偏光方向を変える必要はない。
【００５１】
〔具体例２〕
次に、図１８及び図１９を参照して、ワーク１が１２８°回転ＹカットＸ伝搬ニオブ酸リチウム（リチウムナイオベイト１２８°Ｙ）によって形成されている場合について説明する。図１８は、ワークが１２８°回転ＹカットＸ伝搬ニオブ酸リチウムによって形成されている場合におけるレーザー加工方法を説明するための模式図であり、図１８（ａ）はワークの平面図であり、図１８（ｂ）はワークの側面図である。図１９は、図１８に示すレーザー加工方法を用いて分割されたワークを示す写真図である。
【００５２】
図１８（ａ），（ｂ）に示すように、ワーク１が１２８°回転ＹカットＸ伝搬ニオブ酸リチウムによって形成されている場合、光学軸ＯＡはｘ軸方向に延伸すると共にワーク１の加工面に対し角度３７．８°傾いている。そこで、光学軸ＯＡとレーザー光線の光軸とが形成する面内に第１の分割予定ライン１１ａを設定すると共に、第１の分割予定ライン１１ａに直交する方向に第２の分割予定ライン１１ｂを設定する。そして、制御装置６は、偏光方向設定部５３を制御することによって、第１の分割予定ライン１１ａに照射するレーザー光線の直線偏光方向を、光学軸ＯＡとレーザー光線の光軸とが形成する面に平行になる方向（ｘ軸方向に振動する直線偏光成分Ｅｘ）に調整することにより、第１の分割予定ライン１１ａに照射するレーザー光線として異常光線を選択する。なお、この場合、レーザー光線の直線偏光方向は、加工に悪影響を与えるほどの常光線が発生しない程度に調整されていればよい。また、制御装置６は、偏光方向設定部５３を制御することによって、第２の分割予定ライン１１ｂに照射するレーザー光線の直線偏光方向を、光学軸ＯＡとレーザー光線の光軸とが形成する面に直交する方向（ｙ軸方向に振動する直線偏光成分Ｅｙ）に調整することにより、第２の分割予定ライン１１ｂに照射するレーザー光線として常光線を選択する。この結果、図１９に示すように、分割予定ライン１１ａ，１１ｂに沿ってワーク１を分割することができた。
【００５３】
なお、この場合、レーザー光線の直線偏光方向は、加工に悪影響を与えるほどの異常光線が発生しない程度に調整されていればよい。また、往路加工及び復路加工のために保持機構２を９０度回転させる場合、レーザー光線ＬＢの直線偏光方向を変える必要はない。また、保持機構２を回転させないで保持機構２をＸＹ方向に移動させて第１の分割予定ライン１１ａ及び第２の分割予定ライン１１ｂを加工する場合には、第１の分割予定ライン１１ａを加工するときと第２の分割予定ライン１１ｂを加工するときとでレーザー光線ＬＢの直線偏光方向を９０度変化させる必要がある。
【００５４】
以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、上記実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、上記実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実施例、及び運用技術等は、全て本発明の範疇に含まれる。
【００５５】
最後に、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術思想を記載する。
（１）前記選択工程は、前記レーザー光線の直線偏光方向を、光学軸とレーザー光線の光軸とが形成する平面に直交する方向に調整することによって、前記分割予定ラインに照射するレーザー光線として常光線を選択する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の板状物の加工方法。
【００５６】
（２）前記選択工程は、前記レーザー光線の直線偏光方向を、光学軸とレーザー光線の光軸とが形成する平面に平行になる方向に調整することによって、前記分割予定ラインに照射するレーザー光線として異常光線を選択する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の板状物の加工方法。
【符号の説明】
【００５７】
１ ワーク
２ 保持機構
４ ＸＹ駆動機構
５ レーザー照射機構
６ 制御装置
１１ 分割予定ライン
２１ 保持面
２２ 円筒部材
４１，４２ 滑動ブロック
４３ 加工送り機構
４４ 割り出し送り機構
４５ 加工送り量検出手段
４６ 割り出し送り量検出手段
５１ 発振器
５２ 強度調整部（アッテネータ）
５３ 偏光方向設定部
５４ ミラー素子
５５ 集光レンズ
４３１，４４１ ボールネジ
４３２，４４２ パルスモータ
５２１，５３１ １／２波長板
５２２，５３２ モータ
５２３ 偏光ビームスプリッタ
５２４ アブソーバ
ＯＡ 光学軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複屈折性結晶材料から構成された板状物の加工面にレーザー光線を照射して走査することによって、分割予定ラインの内部に改質層を形成して板状物を分割する切っ掛けを形成する板状物の加工方法及びレーザー加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等の板状物を分割予定ラインに沿って分割する方法として、分割予定ラインの内部に集光点を合わせて板状物に対し透過性を有する波長のレーザー光線を照射するレーザー加工方法が提案されている（特許文献１参照）。このレーザー加工方法では、分割予定ラインの内部に集光点を合わせて板状物に対し透過性を有する波長のレーザー光線を照射し、分割予定ラインに沿って板状物の内部に改質層を連続的に形成する。なお、本明細書中において、改質層とは、密度、屈折率、機械的強度等の物理的特性が周囲の物理的特性とは異なった状態になっている領域を意味し、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、これらの領域が混在している領域等を例示することができる。そして、改質層が形成されることによって強度が低下した分割予定ラインに沿って板状物に外力を加えることにより、分割予定ラインに沿って板状物を分割することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３４０８８０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本願発明の発明者は、鋭意研究を重ねてきた結果、従来のレーザー加工方法を用いて複屈折性結晶材料から構成された板状物を分割した場合、分割面に大きな凹凸が形成される、分割予定ラインに沿って分割できない等の不具合が発生し、板状物を品質高く分割できないことを知見した。そして、本願発明の発明者は、板状物を品質高く分割できない原因の１つとして、分割予定ラインの内部に改質層が形成されていないことを知見した。複屈折性結晶材料から構成された板状物は、変調器や圧電素子等の電子機器への利用が期待されている。このため、分割予定ラインの内部に改質層を形成可能な板状物の加工方法及びレーザー加工装置の提供が急務となっている。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、分割予定ラインの内部に改質層を形成可能な板状物の加工方法及びレーザー加工装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る板状物の加工方法は、複屈折性結晶材料から構成された板状物の加工面にレーザー光線を照射して走査することによって、分割予定ラインの内部に改質層を形成して板状物を分割する切っ掛けを形成する板状物の加工方法であって、前記複屈折性結晶材料の光学軸の方向を検出する検出工程と、前記検出工程によって検出された光学軸の方向と前記分割予定ラインの延伸方向とに基づいて、常光線、異常光線、及び常光線と異常光線との複合光線のうちのいずれか１つを前記分割予定ラインに照射するレーザー光線として選択する選択工程と、前記選択工程によって選択されたレーザー光線を前記分割予定ラインに照射して走査することによって、分割予定ラインの内部に改質層を形成する改質層形成工程と、を含む。
【０００７】
上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るレーザー加工装置は、複屈折性結晶材料から構成された板状物を保持する保持手段と、前記板状物を透過する波長を有するレーザー光線を発振する発振器と、前記保持手段に保持された板状物の内部に集光点を位置付けて該発振器が発振したレーザー光線を集光する集光部と、を有するレーザー加工手段と、前記板状物の光学軸の方向と前記分割予定ラインの延伸方向とに基づいて、前記レーザー光線の直線偏光方向を設定する偏光方向設定手段と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る板状物の加工方法及びレーザー加工装置によれば、板状物の光学軸の方向と分割予定ラインの延伸方向とに基づいて板状物に照射するレーザー光線の直線偏光方向を設定するので、分割予定ラインの内部に改質層を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本実施の一実施形態であるレーザー加工装置の構成を示す概略斜視図である。
【図２】図２は、図１に示すレーザー照射機構の構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、屈折率が光の進行方向や偏光状態によらず一定である媒質中における光の伝播の様子を説明するための模式図である。
【図４】図４は、複屈折性結晶材料中における光の伝播の様子を説明するための模式図である。
【図５】図５は、ワークの表面に対し傾きを有する光学軸の方向を説明するための模式図であり、図５（ａ）はワークの平面図であり、図５（ｂ）はワークの側面図である。
【図６】図６は、レーザー光線がｙ軸方向に振動する直線偏光成分Ｅｙのみを有する場合における改質層の形成位置を説明するための模式図である。
【図７】図７は、レーザー光線がｘ軸方向に振動する直線偏光成分Ｅｘのみを有する場合における改質層の形成位置を説明するための模式図である。
【図８】図８は、レーザー光線がｘ軸方向に振動する直線偏光成分Ｅｘとｙ軸方向に振動する直線偏光成分Ｅｙとを有する場合における改質層の形成位置を説明するための模式図である。
【図９】図９は、本発明の一実施形態であるレーザー加工処理の流れを示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、ワークの光学軸が、分割予定ラインとワークに照射されるレーザー光線の光軸とが形成する平面内に存在するが、ワークに照射されるレーザー光線の光軸と垂直に交わらない場合におけるワークの光学軸及び分割予定ラインの方向を説明するための模式図であり、図１０（ａ）はワークの平面図であり、図１０（ｂ）はワークの側面図である。
【図１１】図１１は、分割予定ラインにおけるワークの断面図であり、図１０（ａ）に示すワークのＡ−Ａ線断面図である。
【図１２】図１２は、ワークの光学軸がワークに照射されるレーザー光線の光軸と垂直に交わる場合におけるワークの光学軸及び分割予定ラインの方向を説明するための模式図であり、図１２（ａ）はワークの平面図であり、図１２（ｂ）はワークの側面図である。
【図１３】図１３は、分割予定ラインにおけるワークの断面図であり、図１２（ａ）に示すワークのＡ−Ａ線断面図である。
【図１４】図１４は、光学軸に対して垂直な直線偏光成分のみを有するレーザー光線を用いたレーザー加工方法を説明するための模式図であり、図１４（ａ）はワークの平面図であり、図１４（ｂ）はワークの側面図である。
【図１５】図１５は、光学軸に対して平行な直線偏光成分のみを有するレーザー光線を用いたレーザー加工方法を説明するための模式図であり、図１５（ａ）はワークの平面図であり、図１５（ｂ）はワークの側面図である。
【図１６】図１６は、ワークが０°回転ＹカットＸ伝搬ニオブ酸リチウムによって形成されている場合におけるレーザー加工方法を説明するための模式図であり、図１６（ａ）はワークの平面図であり、図１６（ｂ）はワークの側面図である。
【図１７】図１７は、図１６に示すレーザー加工方法を用いて分割されたワークを示す写真図である。
【図１８】図１８は、ワークが１２８°回転ＹカットＸ伝搬ニオブ酸リチウムによって形成されている場合におけるレーザー加工方法を説明するための模式図であり、図１８（ａ）はワークの平面図であり、図１８（ｂ）はワークの側面図である。
【図１９】図１９は、図１８に示すレーザー加工方法を用いて分割されたワークを示す写真図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態であるレーザー加工装置について説明する。
【００１１】
〔レーザー加工装置の構成〕
始めに、図１を参照して、本発明の一実施形態であるレーザー加工装置の構成について説明する。
【００１２】
図１は、本実施の一実施形態であるレーザー加工装置の構成を示す概略斜視図である。図１に示すように、本発明の一実施形態であるレーザー加工装置は、ワーク１を保持するための保持機構２と、保持機構２を加工送り方向であるＸ軸方向及び割り出し送り方向であるＹ軸方向に移動させるためのＸＹ駆動機構４と、保持機構２によって保持されたワーク１にレーザー光線を照射するためのレーザー照射機構５と、レーザー加工装置を構成する各部の動作を制御してレーザー加工装置を統括的に制御する制御装置６とを備える。
【００１３】
ワーク１は、略円板形状の板状物により構成されている。ワーク１の表面側は互いに直交する分割予定ライン１１によって格子状に区画され、区画された領域内にはデバイスが形成されている。ワーク１を形成する材料としては、特に限定はされないが、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）を主成分とするカルサイト等の複屈折性結晶材料を例示することができる。
【００１４】
保持機構２は、ワーク１に応じた大きさのチャックテーブルを主体とするものであり、図示しない吸引手段によって上面である保持面２１上に載置されたワーク１を吸引保持する。ワーク１は、図示しない搬送手段によって例えば表面側を上にして保持機構２に搬入され、保持面２１上に吸引保持される。このようにワーク１を保持面２１上で保持する保持機構２は、円筒部材２２の上端に設けられ、円筒部材２２内に配設された図示しないパルスモータによって鉛直軸を軸中心として回転自在な構成となっている。保持機構２は、本発明に係る保持手段として機能する。
【００１５】
ＸＹ駆動機構４は、２段の滑動ブロック４１，４２を備える。保持機構２は、円筒部材２２を介して２段の滑動ブロック４１，４２の上に搭載されている。ＸＹ駆動機構４は、ボールネジ４３１やパルスモータ４３２等によって構成された加工送り機構４３を備え、滑動ブロック４１は、この加工送り機構４３によってＸ軸方向への移動が自在である。そして、加工送り機構４３が駆動して滑動ブロック４１が移動し、レーザー照射機構５に対して保持機構２がＸ軸方向に移動することによって、滑動ブロック４１に搭載された保持機構２とレーザー照射機構５とをＸ軸方向に沿って相対的に移動させる。なお、以下の説明において、加工送り方向であるＸ軸方向について、図１中で矢印が指し示す方向を正の方向、その逆方向を負の方向と呼ぶ。
【００１６】
ＸＹ駆動機構４は、ボールネジ４４１やパルスモータ４４２等で構成された割り出し送り機構４４を備え、滑動ブロック４２は、割り出し送り機構４４によってＹ軸方向への移動が自在である。そして、割り出し送り機構４４が駆動して滑動ブロック４２が移動し、レーザー照射機構５に対して保持機構２がＹ軸方向に移動することによって、滑動ブロック４２に搭載された保持機構２とレーザー照射機構５とをＹ軸方向に沿って相対的に移動させる。
【００１７】
本実施形態では、保持機構２をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させることによって保持機構２とレーザー照射機構５とを相対的に移動させる構成とした。これに対して、保持機構２を移動させずにレーザー照射機構５をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させる構成としてもよい。また、保持機構２及びレーザー照射機構５の双方をＸ軸方向に沿って逆方向に移動させ、保持機構２及びレーザー照射機構５の双方をＹ軸方向に沿って逆方向に移動させてこれらを相対移動させる構成としてもよい。
【００１８】
加工送り機構４３に対しては、保持機構２の加工送り量を検出するための加工送り量検出手段４５が付設されている。加工送り量検出手段４５は、Ｘ軸方向に沿って配設されたリニアスケールや、滑動ブロック４１に配設されて滑動ブロック４１と共に移動することによってリニアスケールを読み取る読み取りヘッド等で構成される。同様に、割り出し送り機構４４に対しては、保持機構２の割り出し送り量を検出するための割り出し送り量検出手段４６が付設されている。割り出し送り量検出手段４６は、Ｙ軸方向に沿って配設されたリニアスケールや、滑動ブロック４２に配設されて滑動ブロック４２と共に移動することによってリニアスケールを読み取る読み取りヘッド等によって構成される。
【００１９】
レーザー照射機構５は、保持面２１上に吸引保持されたワーク１にレーザー光線を照射し、ワーク１の加工すべき位置に沿ってレーザー加工を施すためのものである。レーザー照射機構５は、本発明に係るレーザー加工手段として機能する。制御装置６は、レーザー加工装置の動作に必要な各種データを保持するメモリを内蔵したマイクロコンピュータ等によって構成される。
【００２０】
〔レーザー照射機構の構成〕
次に、図２を参照して、レーザー照射機構５の構成について説明する。
【００２１】
図２は、図１に示すレーザー照射機構の構成を示すブロック図である。図２に示すように、レーザー照射機構５は、発振器５１と、強度調整部（アッテネータ）５２と、偏光方向設定部５３と、ミラー素子５４と、集光レンズ５５とを備える。発振器５１は、所定波長のレーザー光線を発振するためのものであり、例えばＹＡＧレーザー発振器やＹＶＯ４レーザー発振器等からなるレーザー光線発振器、１０６４ｎｍ等の赤外線波長域のレーザー光線を発振する発振器等によって構成される。強度調整部５２は、１／２波長板５２１と、モータ５２２と、偏光ビームスプリッタ５２３と、アブソーバ５２４とを備える。
【００２２】
１／２波長板５２１は、モータ５２２によって回動可能な状態で発振器５１の後段に配設されている。１／２波長板５２１は、その回動角度に応じて発振器５１が発振したレーザー光線ＬＢの直線偏光方向を変化させる。偏光ビームスプリッタ５２３は、１／２波長板５２１を通過したレーザー光線のうち、所定の直線偏光方向を有するレーザー光線を偏光方向設定部５３に向けて透過すると共に、所定の直線偏光方向以外の直線偏光方向を有するレーザー光線をアブソーバ５２４側に分岐する。アブソーバ５２４は、偏光ビームスプリッタ５２３によって分岐されたレーザー光線を吸収するためのものであり、レーザー光線を良好に吸収すべく例えばつや消し黒色系金属によって構成するとよい。
【００２３】
偏光方向設定部５３は、１／２波長板５３１と、モータ５３２とを備える。１／２波長板５３１は、モータ５３２によって回動可能な状態で偏光ビームスプリッタ５２３の後段に配設されている。１／２波長板５３１は、その回動角度に応じて偏光ビームスプリッタ５２３を透過したレーザー光線の直線偏光方向を変化させる。偏光方向設定部５３は、本発明に係る偏光方向設定手段として機能する。ミラー素子５４は、１／２波長板５３１を通過したレーザー光線を集光レンズ５５側に向けて反射させるためのものである。集光レンズ５５は、ワーク１と対向するように配設され、ワーク１の内部に集光点を位置付けてミラー素子５４によって反射されたレーザー光線を集光するものである。集光レンズ５５は、本発明に係る集光部として機能する。但し、集光レンズ５５によって集光されるレーザー光線の少なくとも中央光が、本発明が規定するレーザー光線の要件を満たしていればよい。
【００２４】
このような構成を有するレーザー加工装置は、以下のように動作することによってワーク１の加工面に対してレーザー加工処理を施す。すなわち、始めに、保持機構２にワーク１を搬入し、保持面２１上でワーク１を吸引保持する。その後、円筒部材２２内に配設された図示しないパルスモータを駆動し、保持面２１上のワーク１の向きを、その表面の互いに直交するうちの一方の分割予定ライン１１がＸ軸方向に沿う向きに調整する。続いて、ＸＹ駆動機構４を駆動し、保持機構２をＸＹ平面内で移動させて保持面２１上のワーク１を図示しない撮像ユニットの鉛直下方に位置付ける。そして、図示しない撮像ユニットによって保持面２１上のワーク１を撮像することでアライメントを実施し、直交するうちの一方の分割予定ライン１１の１つである加工対象の分割予定ライン１１の一端部を集光レンズ５５の鉛直下方に位置付ける。
【００２５】
そして、このようにして加工対象の分割予定ライン１１の一端部を集光レンズ５５の鉛直下方に位置付けた後、保持機構２を加工送り方向であるＸ軸方向に往復移動させながらレーザー照射機構５によってレーザー光線を照射し、一方の分割予定ライン１１のそれぞれに沿ってレーザー加工を施す。例えば、最初に加工対象とする分割予定ライン１１に沿ったレーザー加工では、保持機構２を正のＸ軸方向に加工送りしながら往路加工を行い、加工対象の分割予定ライン１１の一端部から他端部までレーザービームを照射する。このように他端部までレーザー光線を照射したならば、保持機構２をＹ軸方向に移動させて隣接するレーザー光線の他端部を集光レンズ５４１の鉛直下方に位置付け、加工対象を移す。そして、保持機構２を負のＸ軸方向に加工送りしながら復路加工を行い、加工対象のレーザー光線の他端部から一端部までレーザー光線を照射する。
【００２６】
その後は、保持機構２をＹ軸方向に移動させて順次隣接するレーザー光線を集光レンズ５５の鉛直下方に位置付け、加工対象を移しながら往路加工と復路加工とを順番に行う。そして、直交する一方の分割予定ライン１１の全てに対して往路加工又は復路加工を行ったならば、保持機構２を９０度回転させることで直交する他方の分割予定ライン１１がＸ軸方向に沿うようにワーク１の姿勢を変更する。そして、一方の分割予定ライン１１に対する動作と同様にアライメントを行った後、順次他方の分割予定ライン１１を集光レンズ５５の鉛直下方に位置付けて加工対象を移しながら往路加工と復路加工とを順番に行い、この他方の分割予定ライン１１のそれぞれに沿って往路加工又は復路加工を行う。
【００２７】
〔複屈折性結晶材料のレーザー加工方法〕
本願発明の発明者は、鋭意研究を重ねてきた結果、レーザー加工装置を用いて複屈折性結晶材料から構成されたワーク１に対しレーザー加工処理を施した場合、分割面に大きな凹凸が形成される、分割予定ラインに沿って分割できない等の不具合が発生し、ワーク１を分割予定ラインに沿って品質高く分割できないことを知見した。そして、本願発明の発明者は、ワーク１を品質高く分割できない原因の１つとして、分割予定ラインの内部に改質層が形成されていないことを知見した。そこで、ワーク１が複屈折性結晶材料によって構成されている場合には、以下のようにしてワーク１に対しレーザー加工処理を施す。以下、ワーク１が複屈折性結晶材料によって構成されている場合におけるレーザー加工方法について説明する。
【００２８】
〔複屈折性結晶材料の物性〕
始めに、図３乃至図８を参照して、複屈折性結晶材料の物性について説明する。
【００２９】
空気やガラスのように分子が無秩序に分布する媒質中では、媒質の屈折率は光の進行方向や偏光状態によらず一定である。このため、媒質中において、光は、ホイヘンスの原理に従って図３に示すように伝播する。すなわち、図３に示すように、光は、光の波面上の点Ｐ１〜Ｐ４の各点において発生した円形形状の二次波Ｗ１〜Ｗ４及び二次波Ｗ１’〜Ｗ４’の包絡面を新たな光の波面ＷＰ及び波面ＷＰ’とすることによって媒質中を進行する。しかしながら、複屈折性結晶材料中では、屈折率は光の進行方向や偏光状態によって異なる。このため、光は図４に示すように進行する。
【００３０】
すなわち、図４に示すように、複屈折性結晶材料であるワーク１の加工面１ａに対し垂直な方向（ｚ軸方向）から光が入射した場合、光学軸ＯＡの延伸方向と光学軸ＯＡの延伸方向に対し垂直な方向とでは光の屈折率が異なるために、加工面１ａ上の点Ｐ１〜Ｐ４の各点において発生する二次波Ｗ１〜Ｗ４及び二次波Ｗ１’〜Ｗ４’の形状は回転楕円体になる。このため、二次波Ｗ１〜Ｗ４及び二次波Ｗ１’〜Ｗ４’の包絡面である新たな光の波面ＷＰ及び波面ＷＰ’は、加工面１ａに対して垂直な方向（ｚ軸方向）に対し角度を有して進行する。
【００３１】
これにより、複屈折性結晶材料に光が入射した場合、入射光線は常光線（Ordinary Wave，Ｏ線）と異常光線（Extraordinary Wave，Ｅ線）との２つの光線に分離される。ここで、常光線とは、光学軸ＯＡと入射光線の光軸とで形成される平面に対し直交するように振動する直線偏光成分を有する光線であり、光学軸ＯＡの影響を受けずに複屈折性結晶材料内で入射光線の光軸と同一直線上を進行する。一方、異常光線とは、光学軸ＯＡと入射光線の光軸とで形成される平面に対し平行になるように振動する直線偏光成分を有する光線であり、光学軸ＯＡの影響を受けて複屈折性結晶材料内で常光線と分離して進行する。
【００３２】
このため、複屈折性結晶材料にレーザー光線を照射した場合には、常光線に由来する改質層と異常光線に由来する改質層とが形成される。具体例として、図５（ａ），（ｂ）に示すように、ワーク１の表面（加工面，ｘｙ平面）に対し傾き角度を有する光学軸ＯＡを有する複屈折性材料によって形成されたワーク１にレーザー光線を照射する場合を考える。この場合、図６に示すように、レーザー光線がｙ軸方向に振動する直線偏光成分Ｅｙ、すなわち光学軸ＯＡとレーザー光線の光軸とで形成される平面に対し直交する直線偏光成分Ｅｙのみを有する場合には、異常光線は発生せずに常光線のみが発生する。これにより、改質層はレーザー光線の照射位置Ｐ１の下方に形成される。
【００３３】
一方、図７に示すように、レーザー光線がｘ軸方向に振動する直線偏光成分Ｅｙ、すなわち光学軸ＯＡと入射光線の光軸とで形成される平面に対し平行な直線偏光成分Ｅｘのみを有する場合には、常光線は発生せずに異常光線のみが発生する。これにより、改質層は、レーザー光線の照射位置Ｐ１からｘ軸方向にずれた表面位置Ｐ２の下方に形成される。また、図８に示すように、レーザー光線の直線偏光成分Ｅがｘ軸及びｙ軸に対して傾きを有する場合には、レーザー光線の直線偏光成分Ｅをｘ軸方向成分Ｅｘとｙ軸方向成分Ｅｙとに分解することによって、各成分について図６及び図７に示す場合と同様に考えることができる。すなわち、レーザー光線の直線偏光成分Ｅがｘ軸及びｙ軸に対して傾きを有する場合には、図８に示すように、常光線に由来する改質層と異常光線に由来する改質層とがｘ軸方向に並んで形成される。
【００３４】
〔レーザー加工処理〕
以上のように、ワーク１が複屈折性結晶材料により形成されている場合には、レーザー光線の偏光方向及び複屈折性結晶材料の光学軸ＯＡの方向に応じて、常光線に由来する改質層、異常光線に由来する改質層、及び常光線に由来する改質層と異常光線に由来する改質層とが形成される。そこで、ワーク１が複屈折性結晶材料によって構成されている場合には、以下に示すレーザー加工処理を実行する。以下、図９を参照して、ワーク１が複屈折性結晶材料によって構成されている場合におけるレーザー加工処理の流れについて説明する。
【００３５】
図９は、ワーク１が複屈折性結晶材料によって構成されている場合におけるレーザー加工処理の流れを示すフローチャートである。図９に示すように、ワーク１が複屈折性結晶材料によって形成されている場合には、始めに、複屈折性結晶材料の光学軸ＯＡの方向を検出する（検出工程、ステップＳ１）。具体的には、複屈折性結晶材料の光学軸ＯＡの方向は、複屈折性結晶材料に照射されたレーザー光線が常光線と異常光線とに分離される現象を検出する、若しくは、ワーク１の製造工程から検出することができる。
【００３６】
次に、ステップＳ１の検出工程によって検出された複屈折性結晶材料の光学軸ＯＡの方向と分割予定ライン１１の延伸方向とに基づいて、常光線、異常光線、及び常光線と異常光線との複合光線のうちのいずれか１つを分割予定ライン１１に照射するレーザー光線として選択する（選択工程、ステップＳ２）。選択工程の詳細については後述する。次に、ステップＳ２の選択工程によって選択されたレーザー光線を分割予定ライン１１に照射して走査することによって、分割予定ライン１１に沿ってワーク１の内部に改質層を連続的に形成する（改質層形成工程、ステップＳ３）。これにより、一連のレーザー加工処理は完了する。以後、分割予定ライン１１に沿ってワーク１に外力を加えることにより、分割予定ライン１１に沿ってワーク１を分割することができる。
【００３７】
〔選択工程〕
次に、図１０乃至図１５を参照して、（１）ワーク１の光学軸ＯＡが、分割予定ライン１１とワーク１に照射されるレーザー光線の光軸とが形成する平面内に存在するが、ワーク１に照射されるレーザー光線の光軸と垂直に交わらない場合、（２）ワーク１の光学軸ＯＡがワーク１に照射されるレーザー光線の光軸と垂直に交わる場合、及び（３）ワーク１の光学軸ＯＡが分割予定ライン１１とワーク１に照射されるレーザー光線の光軸とが形成する平面内に存在せず、ワーク１に照射されるレーザー光線の光軸と垂直に交わらない場合における、上記ステップＳ２の選択工程について詳しく説明する。
【００３８】
〔ワークの光学軸が、分割予定ラインとワークに照射されるレーザー光線の光軸とが形成する平面内に存在するが、ワークに照射されるレーザー光線の光軸と垂直に交わらない場合〕
始めに、図１０及び図１１を参照して、ワーク１の光学軸ＯＡが、分割予定ライン１１とワーク１に照射されるレーザー光線の光軸とが形成する平面内に存在するが、ワーク１に照射されるレーザー光線の光軸と垂直に交わらない場合における選択工程について説明する。図１０は、ワークの光学軸及び分割予定ラインの方向を説明するための模式図であり、図１０（ａ）はワークの平面図であり、図１０（ｂ）はワークの側面図である。図１１は、分割予定ラインにおけるワークの断面図であり、図１０（ａ）に示すワークのＡ−Ａ線断面図である。
【００３９】
図１０（ａ），（ｂ）に示すように、ワーク１の光学軸ＯＡが、分割予定ライン１１とワーク１に照射されるレーザー光線の光軸とが形成する平面内に存在するが、ワーク１に照射されるレーザー光線の光軸と垂直に交わらない場合には、図５乃至図８を用いた議論から明らかなように、異常光線は分割予定ライン１１の延伸方向に沿って発生する。このため、異常光線が発生したとしても、異常光線に由来する改質層は分割予定ライン１１の下方に形成され、図１１に示すように、異常光線に由来する改質層の形成位置Ｐ２’は分割予定ライン１１の延伸方向に沿って常光線に由来する改質層の形成位置Ｐ１’に隣接する。従って、ワーク１の光学軸ＯＡが、分割予定ライン１１とワーク１に照射されるレーザー光線の光軸とが形成する平面内に存在するが、ワーク１に照射されるレーザー光線の光軸と垂直に交わらない場合、制御装置６は、分割予定ライン１１に照射するレーザー光線として常光線、異常光線、及び常光線と異常光線との複合光線のいずれが選択されるように、偏光方向設定部５３を制御することによってレーザー光線の直線偏光方向を調整する。
【００４０】
〔ワークの光学軸がワークに照射されるレーザー光線の光軸と垂直に交わる場合〕
次に、図１２及び図１３を参照して、ワーク１の光学軸ＯＡがワーク１に照射されるレーザー光線の光軸と垂直に交わる場合における選択工程について説明する。図１２は、ワークの光学軸及び分割予定ラインの方向を説明するための模式図であり、図１２（ａ）はワークの平面図であり、図１２（ｂ）はワークの側面図である。図１３は、分割予定ラインにおけるワークの断面図であり、図１２（ａ）に示すワークのＡ−Ａ線断面図である。
【００４１】
図１２（ａ），（ｂ）に示すように、ワーク１の光学軸ＯＡがワーク１に照射されるレーザー光線の光軸と垂直に交わる場合には、図５乃至図８を用いた議論から明らかなように、異常光線は分割予定ライン１１の延伸方向に沿って発生する。このため、異常光線が発生したとしても、異常光線によって由来する改質層は分割予定ライン１１の下方に形成され、図１３に示すように、異常光線に由来する改質層は、常光線に由来する改質層の形成位置Ｐ１’とは異なる深さ位置Ｐ２’に形成される。従って、ワーク１の光学軸ＯＡがワーク１に照射されるレーザー光線の光軸と垂直に交わる場合、制御装置６は、分割予定ライン１１に照射するレーザー光線として常光線、異常光線、及び常光線と異常光線との複合光線のいずれが選択されるように、偏光方向設定部５３を制御することによってレーザー光線の直線偏光方向を調整する。
【００４２】
〔ワークの光学軸が分割予定ラインとワークに照射されるレーザー光線の光軸とが形成する平面内に存在せず、ワークに照射されるレーザー光線の光軸と垂直に交わらない場合〕
次に、図１４及び図１５を参照して、ワーク１の光学軸ＯＡが分割予定ライン１１とワーク１に照射されるレーザー光線の光軸とが形成する平面内に存在せず、ワーク１に照射されるレーザー光線の光軸と垂直に交わらない場合における選択工程について説明する。図１４は、光学軸に対して垂直な直線偏光成分を有するレーザー光線を用いたレーザー加工方法を説明するための模式図であり、図１４（ａ）はワークの平面図であり、図１４（ｂ）はワークの側面図である。図１５は、光学軸に対して平行な直線偏光成分を有するレーザー光線を用いたレーザー加工方法を説明するための模式図であり、図１５（ａ）はワークの平面図であり、図１５（ｂ）はワークの側面図である。
【００４３】
図１４（ａ），（ｂ）に示すように、ワーク１の光学軸ＯＡが分割予定ライン１１とワーク１に照射されるレーザー光線の光軸とが形成する平面内に存在せず、ワーク１に照射されるレーザー光線の光軸と垂直に交わらない場合、常光線に由来する改質層と異常光線に由来する改質層とは分割予定ライン１１に沿って形成されない。そこで、ワーク１の光学軸ＯＡが分割予定ライン１１とワーク１に照射されるレーザー光線の光軸とが形成する平面内に存在せず、ワーク１に照射されるレーザー光線の光軸と垂直に交わらない場合には、制御装置６は、分割予定ライン１１に照射するレーザー光線として常光線又は異常光線が選択されるように、偏光方向設定部５３を制御することによってレーザー光線の直線偏光方向を調整する。具体的には、分割予定ライン１１に照射するレーザー光線として常光線を選択する場合、制御装置６は、図１４（ａ）に示すように、分割予定ライン１１ａ，１１ｂに沿って光学軸ＯＡに対して垂直な直線偏光成分のみを有するレーザー光線Ｌ１を照射する。なお、この場合、レーザー光線の直線偏光方向は、加工に悪影響を与えるほどの常光線が発生しない程度に調整されていればよい。一方、分割予定ライン１１に照射するレーザー光線として異常光線を選択する場合には、制御装置６は、図１５（ｂ）に示すように、レーザー光線の光軸からの異常光線の光軸の分離幅ｄを考慮して、分割予定ライン１１ａ，１１ｂに対し所定間隔ΔＬをあけてレーザー光線Ｌ２を照射する。なお、この場合、レーザー光線の直線偏光方向は、加工に悪影響を与えるほどの常光線が発生しない程度に調整されていればよい。
【００４４】
ここで、レーザー光線の光軸からの異常光線の光軸の分離幅ｄは以下の数式１によって算出することができる。数式１中、パラメータｔは改質層が形成される深さ位置を示し、パラメータθはレーザー光線の波面の法線と光学軸とがなす角度を示す。また、数式１中、パラメータｎＯ及びパラメータｎｅはそれぞれ、常光線及び異常光線の屈折率を示す。常光線及び異常光線の屈折率は、材料とレーザー光線の波長（λ）によって決まり、例えばニオブ酸リチウムの場合、以下の数式２，３によって算出することができる。
【００４５】
【数１】
【数２】
【数３】
【００４６】
以上の説明から明らかなように、本発明の一実施形態であるレーザー加工方法では、複屈折性結晶材料から構成されたワーク１の光学軸ＯＡの方向を検出し、検出された光学軸ＯＡの方向と分割予定ライン１１の延伸方向とに基づいて、常光線、異常光線、及び常光線と異常光線との複合光線のうちのいずれか１つを分割予定ライン１１に照射するレーザー光線として選択し、選択されたレーザー光線を分割予定ラインに照射して走査する。そして、このようなレーザー加工方法によれば、ワーク１の光学軸ＯＡの方向と分割予定ライン１１の延伸方向とに基づいてワーク１に照射するレーザー光線の直線偏光方向を設定するので、分割予定ライン１１の内部に改質層を形成することができる。
【００４７】
〔具体例〕
最後に、選択工程の幾つかの具体例について説明する。
【００４８】
〔具体例１〕
始めに、図１６及び図１７を参照して、ワーク１が０°回転ＹカットＸ伝搬ニオブ酸リチウム（リチウムナイオベイト０°Ｙ）によって形成されている場合について説明する。図１６は、ワークが０°回転ＹカットＸ伝搬ニオブ酸リチウムによって形成されている場合におけるレーザー加工方法を説明するための模式図であり、図１６（ａ）はワークの平面図であり、図１６（ｂ）はワークの側面図である。図１７は、図１６に示すレーザー加工方法を用いて分割されたワークを示す写真図である。
【００４９】
図１６（ａ），（ｂ）に示すように、ワーク１が０°回転ＹカットＸ伝搬ニオブ酸リチウムによって形成されている場合、光学軸ＯＡはｘ軸方向に沿ってワーク１の加工面が存在する平面内に存在している。そこで、光学軸ＯＡの方向に対し平行な方向（ｘ軸方向）に第１の分割予定ライン１１ａを設定すると共に、第１の分割予定ライン１１ａに直交する方向（ｙ軸方向）に第２の分割予定ライン１１ｂを設定する。そして、制御装置６は、偏光方向設定部５３を制御することによって、第１の分割予定ライン１１ａに照射するレーザー光線ＬＢの直線偏光方向を、光学軸ＯＡとレーザー光線の光軸とが形成する面に直交する方向（ｙ軸方向に振動する直線偏光成分Ｅｙ）に調整することにより、第１の分割予定ライン１１ａに照射するレーザー光線として常光線を選択する。また、制御装置６は、偏光方向設定部５３を制御することによって、第２の分割予定ライン１１ｂに照射するレーザー光線ＬＢの直線偏光方向を、光学軸ＯＡとレーザー光線の光軸とが形成する面に直交する方向（ｙ軸方向に振動する直線偏光成分Ｅｙ）に調整することにより、第２の分割予定ライン１１ｂに照射するレーザー光線として常光線を選択する。この結果、図１７に示すように、分割予定ライン１１ａ，１１ｂに沿ってワーク１を分割することができた。
【００５０】
なお、この場合、レーザー光線の直線偏光方向は、加工に悪影響を与えるほどの異常光線が発生しない程度に調整されていればよい。また、往路加工及び復路加工のために保持機構２を９０度回転させる場合、第１の分割予定ライン１１ａを加工するときと第２の分割予定ライン１１ｂを加工するときとでレーザー光線ＬＢの直線偏光方向を９０度変化させる必要がある。また、保持機構２を回転させないで保持機構２をＸＹ方向に移動させて第１の分割予定ライン１１ａ及び第２の分割予定ライン１１ｂを加工する場合には、レーザー光線ＬＢの直線偏光方向を変える必要はない。
【００５１】
〔具体例２〕
次に、図１８及び図１９を参照して、ワーク１が１２８°回転ＹカットＸ伝搬ニオブ酸リチウム（リチウムナイオベイト１２８°Ｙ）によって形成されている場合について説明する。図１８は、ワークが１２８°回転ＹカットＸ伝搬ニオブ酸リチウムによって形成されている場合におけるレーザー加工方法を説明するための模式図であり、図１８（ａ）はワークの平面図であり、図１８（ｂ）はワークの側面図である。図１９は、図１８に示すレーザー加工方法を用いて分割されたワークを示す写真図である。
【００５２】
図１８（ａ），（ｂ）に示すように、ワーク１が１２８°回転ＹカットＸ伝搬ニオブ酸リチウムによって形成されている場合、光学軸ＯＡはｘ軸方向に延伸すると共にワーク１の加工面に対し角度３７．８°傾いている。そこで、光学軸ＯＡとレーザー光線の光軸とが形成する面内に第１の分割予定ライン１１ａを設定すると共に、第１の分割予定ライン１１ａに直交する方向に第２の分割予定ライン１１ｂを設定する。そして、制御装置６は、偏光方向設定部５３を制御することによって、第１の分割予定ライン１１ａに照射するレーザー光線の直線偏光方向を、光学軸ＯＡとレーザー光線の光軸とが形成する面に平行になる方向（ｘ軸方向に振動する直線偏光成分Ｅｘ）に調整することにより、第１の分割予定ライン１１ａに照射するレーザー光線として異常光線を選択する。なお、この場合、レーザー光線の直線偏光方向は、加工に悪影響を与えるほどの常光線が発生しない程度に調整されていればよい。また、制御装置６は、偏光方向設定部５３を制御することによって、第２の分割予定ライン１１ｂに照射するレーザー光線の直線偏光方向を、光学軸ＯＡとレーザー光線の光軸とが形成する面に直交する方向（ｙ軸方向に振動する直線偏光成分Ｅｙ）に調整することにより、第２の分割予定ライン１１ｂに照射するレーザー光線として常光線を選択する。この結果、図１９に示すように、分割予定ライン１１ａ，１１ｂに沿ってワーク１を分割することができた。
【００５３】
なお、この場合、レーザー光線の直線偏光方向は、加工に悪影響を与えるほどの異常光線が発生しない程度に調整されていればよい。また、往路加工及び復路加工のために保持機構２を９０度回転させる場合、レーザー光線ＬＢの直線偏光方向を変える必要はない。また、保持機構２を回転させないで保持機構２をＸＹ方向に移動させて第１の分割予定ライン１１ａ及び第２の分割予定ライン１１ｂを加工する場合には、第１の分割予定ライン１１ａを加工するときと第２の分割予定ライン１１ｂを加工するときとでレーザー光線ＬＢの直線偏光方向を９０度変化させる必要がある。
【００５４】
以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、上記実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、上記実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実施例、及び運用技術等は、全て本発明の範疇に含まれる。
【００５５】
最後に、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術思想を記載する。
（１）前記選択工程は、前記レーザー光線の直線偏光方向を、光学軸とレーザー光線の光軸とが形成する平面に直交する方向に調整することによって、前記分割予定ラインに照射するレーザー光線として常光線を選択する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の板状物の加工方法。
【００５６】
（２）前記選択工程は、前記レーザー光線の直線偏光方向を、光学軸とレーザー光線の光軸とが形成する平面に平行になる方向に調整することによって、前記分割予定ラインに照射するレーザー光線として異常光線を選択する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の板状物の加工方法。
【符号の説明】
【００５７】
１ ワーク
２ 保持機構
４ ＸＹ駆動機構
５ レーザー照射機構
６ 制御装置
１１ 分割予定ライン
２１ 保持面
２２ 円筒部材
４１，４２ 滑動ブロック
４３ 加工送り機構
４４ 割り出し送り機構
４５ 加工送り量検出手段
４６ 割り出し送り量検出手段
５１ 発振器
５２ 強度調整部（アッテネータ）
５３ 偏光方向設定部
５４ ミラー素子
５５ 集光レンズ
４３１，４４１ ボールネジ
４３２，４４２ パルスモータ
５２１，５３１ １／２波長板
５２２，５３２ モータ
５２３ 偏光ビームスプリッタ
５２４ アブソーバ
ＯＡ 光学軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複屈折性結晶材料から構成された板状物の加工面にレーザー光線を照射して走査することによって、分割予定ラインの内部に改質層を形成して板状物を分割する切っ掛けを形成する板状物の加工方法であって、
前記複屈折性結晶材料の光学軸の方向を検出する検出工程と、
前記検出工程によって検出された光学軸の方向と前記分割予定ラインの延伸方向とに基づいて、常光線、異常光線、及び常光線と異常光線との複合光線のうちのいずれか１つを前記分割予定ラインに照射するレーザー光線として選択する選択工程と、
前記選択工程によって選択されたレーザー光線を前記分割予定ラインに照射して走査することによって、分割予定ラインの内部に改質層を形成する改質層形成工程と、
を含む板状物の加工方法。
【請求項２】
前記複屈折性結晶材料は、０°回転ＹカットＸ伝搬ニオブ酸リチウムであり、
前記分割予定ラインは、前記光学軸の方向に対し平行な方向に設定された第１の分割予定ラインと、第１の分割予定ラインに直交する方向に設置された第２の分割予定ラインとを含み、
前記選択工程は、
前記第１の分割予定ラインに照射するレーザー光線の直線偏光方向を、前記光学軸と前記レーザー光線の光軸とが形成する平面に垂直な方向に調整することによって、第１の分割予定ラインに照射するレーザー光線として常光線を選択する工程と、
前記第２の分割予定ラインに照射するレーザー光線の直線偏光方向を、前記光学軸と前記レーザー光線の光軸とが形成する平面に垂直な方向に調整することによって、第２の分割予定ラインに照射するレーザー光線として常光線を選択する工程と、を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の板状物の加工方法。
【請求項３】
前記複屈折性結晶材料は、１２８°回転ＹカットＸ伝搬ニオブ酸リチウムであり、
前記分割予定ラインは、前記光学軸と前記レーザー光線の光軸とが形成する平面内に設定された第１の分割予定ラインと、第１の分割予定ラインに直交する方向に設置された第２の分割予定ラインとを含み、
前記選択工程は、
前記第１の分割予定ラインに照射するレーザー光線の直線偏光方向を、前記光学軸と前記レーザー光線の光軸とが形成する平面に平行な方向に調整することによって、第１の分割予定ラインに照射するレーザー光線として異常光線を選択する工程と、
前記第２の分割予定ラインに照射するレーザー光線の直線偏光方向を、前記光学軸と前記レーザー光線の光軸とが形成する平面に垂直な方向に調整することによって、第１の分割予定ラインに照射するレーザー光線として常光線を選択する工程と、を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の板状物の加工方法。
【請求項４】
複屈折性結晶材料から構成された板状物を保持する保持手段と、
前記板状物を透過する波長を有するレーザー光線を発振する発振器と、前記保持手段に保持された板状物の内部に集光点を位置付けて該発振器が発振したレーザー光線を集光する集光部と、を有するレーザー加工手段と、
前記板状物の光学軸の方向と前記分割予定ラインの延伸方向とに基づいて、前記レーザー光線の直線偏光方向を設定する偏光方向設定手段と、
を備えることを特徴とするレーザー加工装置。
【請求項１】
複屈折性結晶材料から構成された板状物の加工面にレーザー光線を照射して走査することによって、分割予定ラインの内部に改質層を形成して板状物を分割する切っ掛けを形成する板状物の加工方法であって、
前記複屈折性結晶材料の光学軸の方向を検出する検出工程と、
前記検出工程によって検出された光学軸の方向と前記分割予定ラインの延伸方向とに基づいて、常光線、異常光線、及び常光線と異常光線との複合光線のうちのいずれか１つを前記分割予定ラインに照射するレーザー光線として選択する選択工程と、
前記選択工程によって選択されたレーザー光線を前記分割予定ラインに照射して走査することによって、分割予定ラインの内部に改質層を形成する改質層形成工程と、
を含む板状物の加工方法。
【請求項２】
前記複屈折性結晶材料は、０°回転ＹカットＸ伝搬ニオブ酸リチウムであり、
前記分割予定ラインは、前記光学軸の方向に対し平行な方向に設定された第１の分割予定ラインと、第１の分割予定ラインに直交する方向に設置された第２の分割予定ラインとを含み、
前記選択工程は、
前記第１の分割予定ラインに照射するレーザー光線の直線偏光方向を、前記光学軸と前記レーザー光線の光軸とが形成する平面に垂直な方向に調整することによって、第１の分割予定ラインに照射するレーザー光線として常光線を選択する工程と、
前記第２の分割予定ラインに照射するレーザー光線の直線偏光方向を、前記光学軸と前記レーザー光線の光軸とが形成する平面に垂直な方向に調整することによって、第２の分割予定ラインに照射するレーザー光線として常光線を選択する工程と、を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の板状物の加工方法。
【請求項３】
前記複屈折性結晶材料は、１２８°回転ＹカットＸ伝搬ニオブ酸リチウムであり、
前記分割予定ラインは、前記光学軸と前記レーザー光線の光軸とが形成する平面内に設定された第１の分割予定ラインと、第１の分割予定ラインに直交する方向に設置された第２の分割予定ラインとを含み、
前記選択工程は、
前記第１の分割予定ラインに照射するレーザー光線の直線偏光方向を、前記光学軸と前記レーザー光線の光軸とが形成する平面に平行な方向に調整することによって、第１の分割予定ラインに照射するレーザー光線として異常光線を選択する工程と、
前記第２の分割予定ラインに照射するレーザー光線の直線偏光方向を、前記光学軸と前記レーザー光線の光軸とが形成する平面に垂直な方向に調整することによって、第１の分割予定ラインに照射するレーザー光線として常光線を選択する工程と、を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の板状物の加工方法。
【請求項４】
複屈折性結晶材料から構成された板状物を保持する保持手段と、
前記板状物を透過する波長を有するレーザー光線を発振する発振器と、前記保持手段に保持された板状物の内部に集光点を位置付けて該発振器が発振したレーザー光線を集光する集光部と、を有するレーザー加工手段と、
前記板状物の光学軸の方向と前記分割予定ラインの延伸方向とに基づいて、前記レーザー光線の直線偏光方向を設定する偏光方向設定手段と、
を備えることを特徴とするレーザー加工装置。
【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１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１１−２４８２４１（Ｐ２０１１−２４８２４１Ａ）
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２３３３８（Ｐ２０１０−１２３３３８）
【出願日】平成２２年５月２８日（２０１０．５．２８）
【出願人】（０００１３４０５１）株式会社ディスコ (2,397)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２８日（２０１０．５．２８）
【出願人】（０００１３４０５１）株式会社ディスコ (2,397)
【Ｆターム（参考）】
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