专利名称：激光加工装置及激光加工方法
技术领域：
本发明涉及用于在加工对象物形成改质区域的激光加工装置及激光加工方法。
背景技术：
现有的激光加工装置，已知是通过将彼此之间波长不同的第1及第2激光聚光于加工对象物，而将加工对象物切断。例如下述专利文献1的激光加工装置，使用第1紫外光波长的第1放射脉冲及比第1紫外光波长更长的第2紫外光波长的第2放射脉冲，将基板的一部分切除。此外，例如下述专利文献2的激光加工装置，使用激光的振荡波及其高次谐波而将加工对象物切断。此外，近年来，例如下述专利文献3的激光加工装置在被开发，其使脉冲激光聚光于加工对象物，在加工对象物的内部沿着切断预定线形成多个改质点，通过多个改质点形成改质区域。现有技术文献专利文献专利文献1 日本特开平2-182389号公报专利文献2 日本专利第沈04395号公报专利文献3 日本特开2004-337903号公报
发明内容
本发明所要解决的课题在此，在如上述的激光加工装置中，被要求提高改质点的控制性。即期望例如对应于加工对象物的厚度和材质等，精度良好地控制改质点的大小和从改质点产生的龟裂的长度(以下简称为“龟裂长度”)。因此，本发明的课题是提供一种激光加工装置及激光加工方法，可以提高改质点的控制性。解决课题的手段为了解决上述课题，本发明的激光加工装置，是将多个脉冲激光在加工对象物聚光，在加工对象物的内部沿着切断预定线形成多个改质点，通过多个改质点形成改质区域的激光加工装置，其特征为，具备将具有第1波长的第1脉冲激光射出的第1激光光源；将具有与第1波长不同的第2波长的第2脉冲激光射出的第2激光光源；使第1脉冲激光的偏振方向变化的第一 1/2波长板；使第2脉冲激光的偏振方向变化的第二 1/2波长板；及偏振光分离单元，将由第一 1/2波长板改变了偏振方向的第1脉冲激光及由第二 1/2波长板改变了偏振方向的第2脉冲激光进行偏振光分离；聚光透镜，使由偏振光分离单元进行了偏振光分离的第1及第2脉冲激光聚光于加工对象物；以及光强度控制手段，通过使由第一及第二 1/2波长板变化的第1及第2脉冲激光的偏振方向可变，来控制第1及第2脉冲激光的强度。
此外，本发明的激光加工装置，是将多个脉冲激光聚光于加工对象物，在加工对象物的内部沿着切断预定线形成多个改质点，通过多个改质点形成改质区域的激光加工装置，其特征为，具备将具有第1波长的第1脉冲激光射出的第1激光光源；第1脉冲激光被入射，使该第1脉冲激光及具有与第1波长不同的第2波长的第2脉冲激光射出的非线性光学结晶；使第1脉冲激光的偏振方向变化的第一 1/2波长板；及使第2脉冲激光的偏振方向变化的第二 1/2波长板；偏振光分离单元，将由第一 1/2波长板改变了偏振方向的第1 脉冲激光及由第二 1/2波长板改变了偏振方向的第2脉冲激光进行偏振光分离；聚光透镜， 将由偏振光分离单元进行了偏振光分离的第1及第2脉冲激光聚光于加工对象物；及光强度控制单元，通过使由第一及第二 1/2波长板变化的第1及第2脉冲激光的偏振方向可变， 来控制第1及第2脉冲激光的强度。在这样的本发明中，通过光强度控制单元使由第一及第二 1/2波长板变化的第1 及第2脉冲激光的偏振方向可变的话，由偏振光分离单元进行偏振光分离的第1及第2脉冲激光的比率就可变。其结果，第1及第2脉冲激光的强度分别被调整。因此，例如不必大幅变更第1及第2脉冲激光的脉冲宽度，第1及第2脉冲激光的强度就可分别被所期望地控制。因此，可以精度良好地形成改质点的大小和龟裂长度合适的品质优良的改质点。艮口， 依据本发明，可提高改质点的控制性。此处，优选为具备脉冲宽度控制单元，可控制从第1激光光源射出的第1脉冲激光的脉冲宽度，脉冲宽度控制单元通过变更第1脉冲激光的脉冲宽度，以使第2脉冲激光不从非线性光学结晶射出的方式使非线性光学结晶的高次谐波变换效率下降。此情况下，可仅将第1脉冲激光聚光于加工对象物而形成改质点。此外，优选为具备同轴化单元，可将第1及第2脉冲激光同轴化。此情况下，第1 及第2脉冲激光的光学系统的结构可以简易化。此外，偏振光分离单元，也有包含将由第一 1/2波长板改变了偏振方向的第1脉冲激光进行偏振光分离的第1偏振光光束分光器、及将由第二 1/2波长板改变了偏振方向的第2脉冲激光进行偏振光分离的第2偏振光光束分光器的情况。此外，在光强度控制单元中，优选为第1脉冲激光的强度的可控制宽度比第2脉冲激光的强度的可控制宽度大。此情况下，质量佳的改质点可以合适地形成于加工对象物。而且，光强度控制单元优选为以使第1脉冲激光的强度，小于在仅将第1脉冲激光聚光于加工对象物的情况时形成有改质点的强度阈值的方式进行控制。此情况下，有关改质点的形成，第2脉冲激光是作为主要的脉冲激光作用，并且第1脉冲激光是作为辅助的脉冲激光作用。而且，第1脉冲激光可以以对于第2脉冲激光无不良影响的方式合适地起作用。其结果，可以将质量佳的改质点形成于加工对象物。而且，本发明的激光加工装置，是将多个脉冲激光聚光于加工对象物，在加工对象物的内部沿着切断预定线形成多个改质点，通过多个改质点形成改质区域的激光加工装置，其特征为，具备将具有第1波长的第1脉冲激光射出的第1激光光源；将具有与第1波长不同的第2波长的第2脉冲激光射出的第2激光光源；以及聚光透镜，将第1及第2脉冲激光聚光于加工对象物，第1脉冲激光的强度，小于在仅将第1脉冲激光聚光于加工对象物的情况时形成有改质点的强度阈值。而且，本发明的激光加工装置，是将多个脉冲激光聚光于加工对象物，在加工对象物的内部沿着切断预定线形成多个改质点，通过多个改质点形成改质区域的激光加工装置，其特征为，具备将具有第1波长的第1脉冲激光射出的第1激光光源；非线性光学结晶，使第1脉冲激光被入射，将该第1脉冲激光及具有与第1波长不同的第2波长的第2脉冲激光射出；以及聚光透镜，使第1及第2脉冲激光聚光于加工对象物，第1脉冲激光的强度，小于在仅将第1脉冲激光聚光于加工对象物的情况时形成有改质点的强度阈值。而且，本发明的激光加工方法，是将多个脉冲激光聚光于加工对象物，在加工对象物的内部沿着切断预定线形成多个改质点，通过多个改质点形成改质区域的激光加工方法，其特征为具有将具有第1波长的第1脉冲激光、及具有与第1波长不同的第2波长的第2脉冲激光由聚光透镜聚光于加工对象物的工序；在工序中，使第1脉冲激光的强度，小于在仅将第1脉冲激光聚光于加工对象物的情况时形成有改质点的强度阈值。在这样的本发明中，第1及第2脉冲激光是被聚光于加工对象物而形成多个改质点，通过这些改质点形成改质区域。此时，第1脉冲激光的强度，小于在仅将第1脉冲激光聚光于加工对象物的情况时形成有改质点的强度阈值。因此，此情况下，有关改质点的形成， 第2脉冲激光是作为主要的脉冲激光作用，并且第1脉冲激光是作为辅助的脉冲激光作用。 而且，第1脉冲激光可以以对于第2脉冲激光无不良影响的方式合适地起作用。其结果，可以将质量佳的改质点形成于加工对象物。而且，存在第1脉冲激光的波长比第2脉冲激光的波长更长的情况。发明的效果依据本发明，可提高改质点的控制性。
图1为显示成为改质区域的形成对象的加工对象物的一例的平面图。图2为图1的加工对象物的沿II-II线的剖面图。图3为激光加工后的加工对象物的平面图。图4为图3的加工对象物的沿IV-IV线的剖面图。图5为图3的加工对象物的沿V-V线的剖面图。图6为用于说明脉冲激光的强度及改质点的关系的图。图7为显示使用第1及第2脉冲激光而在加工对象物形成的改质点的例的图。图8为显示本发明的第1实施方式的激光加工装置的概略构成图。图9为显示图8的激光加工装置的主要部分的概略构成图。图10为显示使用图8的激光加工装置的激光加工方法的处理的流程图。图11为显示本发明的第2实施方式的激光加工装置的主要部分的概略构成图。图12为显示本发明的第3实施方式的激光加工装置的主要部分的概略构成图。图13为显示本发明的第4实施方式的激光加工装置的主要部分的概略构成图。
具体实施例方式以下，对于本发明的优选的实施方式，参照附图详细说明。此外，在各图中对于相同或相当要素中附加相同符号，并省略重复说明。在本实施方式的激光加工装置及激光加工方法中，使多个脉冲激光同时聚光于加工对象物，在加工对象物的内部沿着切断预定线形成多个改质点，通过这些多个改质点，形成成为切断起点的改质区域。在此，首先，对于改质区域的形成，参照图1 图5进行说明。如图1所示，在加工对象物1中，设定用于切断加工对象物1的切断预定线5。切断预定线5是朝直线状延伸的假想线。在加工对象物1的内部形成改质区域的情况下，如图2所示，在将聚光点P对准加工对象物1的内部的状态下，使激光L沿着切断预定线5 (即朝图1的箭头A方向)相对地移动。由此，如图3 图5所示，改质区域7就会沿着切断预定线5形成于加工对象物1的内部，使沿着切断预定线5被形成的改质区域7成为切断起点区域8。作为加工对象物1，是使用半导体材料和压电材料等，在此是使用玻璃基板。此外， 所谓聚光点P是激光L聚光的地方。而且，切断预定线5，不限定于直线状也可以是曲线状， 并且不限定于假想线也可以是加工对象物1的表面3实际划出的线。而且，改质区域7存在连续形成的情况，也存在间断地形成的情况。而且，改质区域7可以是列状也可以是点状，重要的是，改质区域7只要是至少形成于加工对象物1的内部即可。而且，也具有以改质区域7为起点形成龟裂的情况，龟裂及改质区域7，也可露出加工对象物1的外表面(表面、背面或外周面)。另外，此处的激光L，是透过加工对象物1并且特别在加工对象物1的内部的聚光点附近被吸收，由此，在加工对象物1形成有改质区域7 ( S卩，内部吸收型激光加工)。因此， 在加工对象物1的表面3中激光L几乎未被吸收，加工对象物1的表面3不会被熔融。一般，从表面3被熔融且被除去的孔或槽等的除去部(表面吸收型激光加工)被形成的情况， 加工区域是从表面3侧渐渐地朝背面侧进行。但是在本实施方式形成的改质区域，是指密度、折射率、机械强度和其它的物理特性成为与周围不同状态的区域。作为改质区域，是具有例如熔融处理区域、裂纹(crack)区域、绝缘破坏区域、折射率变化区域等，也有混合这些的区域。而且，作为改质区域，具有在加工对象物的材料中改质区域的密度与非改质区域的密度相比较有变化的区域、或形成有晶格缺陷的区域(也将这些总称为高密度转移区域)。而且，熔融处理区域或折射率变化区域、及改质区域的密度与非改质区域的密度相比较有变化的区域、及形成有晶格缺陷的区域，也有在那些区域的内部、或改质区域及非改质区域之间的界面内包龟裂(裂痕、微裂纹)的情况。被内包的龟裂具有横跨改质区域的整个面的情况、或仅形成于一部分或多个部分的情况。而且，在本实施方式中，通过沿着切断预定线5形成多个改质点(加工痕)，而形成改质区域7。改质点是由脉冲激光的1脉冲的照射(即1脉冲的激光照射)而形成的改质部分，通过改质点聚集而成为改质区域7。作为改质点可举例龟裂点、熔融处理点或折射率变化点，或是混合这些的至少1者等。对于此改质点，优选为考虑所要求的切断精度、所要求的切断面的平坦性、加工对象物的厚度、种类、结晶方位等，适宜控制其大小和产生的龟裂的长度(以下也称为「龟裂长度」)。另外，改质点过大及龟裂长度过长的话，改质点大小和龟裂长度的偏差会变大，沿着切断预定线5的加工对象物1的切断精度会变差。此外，加工对象物1的切断面的凹凸因为变大，所以该切断面的平坦性变差。另一方面，改质点极度过小的话，加工对象物的切断变得困难。对于此，若将改质点的大小及龟裂长度合适地形成的话，就可以将这些均一地形成且可抑制从切断预定线5的偏离。而且，可以提高沿着切断预定线5的加工对象物1的切断精度或切断面的平坦性。图6是用于说明脉冲激光的强度及改质点的关系的图。如图6所示，改质点S可以通过调节脉冲激光的强度(功率)进行控制。具体而言，减小脉冲激光的强度的话，可以控制减小改质点S的大小和龟裂C的长度。另一方面，加大脉冲激光的强度的话，可以控制加大改质点S的大小和龟裂C的长度。此外，脉冲激光的强度，例如可以表示为每1脉冲的峰值功率密度、每1脉冲的能量(J)或每1脉冲的能量乘上脉冲激光的频率的平均输出(W)。另外，在此，由波长为1064nm的脉冲激光(以下称为第1脉冲激光)单独聚光于加工对象物1的情况下，其第1脉冲激光的强度是强度阈值α以上时，形成改质点Si。此夕卜，例如，由波长比第1脉冲激光更短的波长532nm的脉冲激光(以下称为第2脉冲激光) 单独聚光在加工对象物1的情况，其第2脉冲激光的强度是强度阈值β以上时，形成改质 ；S2 ο此外，作为一例，是强度阈值α为15 μ J，强度阈值β为6 μ J的情况。所谓强度阈值，是由该强度在加工对象物1形成改质点的激光的强度。此外，此处的改质点S的形成， 是指构成成为切断起点的改质区域的改质点被合适地形成(以下相同)。而且，将第1及第2脉冲激光同时聚光在加工对象物1的情况，比将第1及第2脉冲激光单独聚光时强度更小时，也会形成改质点S3。而且，此改质点S3，与将超短脉冲(例如数psec等)的脉冲激光聚光于加工对象物而形成的改质点具有同样的特征，即，具有由比较小的改质点使龟裂C的长度合适(使半切断或是全切断发生)的特征。图7是显示使用第1及第2脉冲激光在加工对象物形成改质点的例的图。图中的各照片，是显示形成有改质点S的加工对象物1的扩大平面图。在此，第1及第2脉冲激光的脉冲间距为50μπι，将其偏振方向作为扫描方向(图中的上下方向)。此外，强度为OyJ 时的第1脉冲激光不会聚光于加工对象物1 (即第2脉冲激光单独照射)。强度为0 μ J时的第2脉冲激光不会聚光于加工对象物1 (即第1脉冲激光单独照射)。此外，作为加工对象物1是使用载玻片(slide glass)。如第7图所示，第2脉冲激光的强度为0μ J时，无法在加工对象物形成改质点S, 成为不可加工。而且，第2脉冲激光的强度为6 μ J以下时，改质点S无法连续且精度较佳地形成，会产生所谓落空的现象。特别是，第2脉冲激光的强度为4μ J时，依据第1脉冲激光的强度(第1脉冲激光的强度为0 IOyJ时)，落空现象会变大。因此，可知控制第2 脉冲激光的强度的话，可以特别抑制落空现象。即，比第1脉冲激光的波长短的波长的第2 脉冲激光，在改质点S的形成中是作为主要要素使用的。此外，可知随着第1脉冲激光的强度变大的话，改质点S的大小会变大，龟裂C也会大量产生，龟裂长度也会变长。因此可知，控制第1脉冲激光的强度的话，可以特别调整改质点S的大小。而且，第1脉冲激光的激光强度，是通过在比该激光中的加工对象物1的强度阈值(将该激光单独照射的情况的加工对象物1的强度阈值)更小的强度的范围使用，就容易进行改质点S的大小的控制。[第1实施方式]
接着，说明本发明的第1实施方式。图8，是显示本发明的第1实施方式的激光加工装置的概略构成图。如图8所示，激光加工装置100，具备容纳有关于第1及第2脉冲激光的光学系统的框体111、将第1及第2脉冲激光聚光于加工对象物1的聚光透镜112、 用于支撑由聚光透镜112聚光的脉冲激光Li、L2被照射的加工对象物1的支撑台113、用于将支撑台113朝X、Y、Z轴方向移动的平台114、以及控制平台114的移动的平台控制部 115。此外，激光加工装置100，是为了精度较佳地将脉冲激光L1、L2聚光于加工对象物 1的内部的规定位置而形成改质区域7，而具备自动对焦单元116。由此，在激光加工装置 100中，例如以聚光于距离加工对象物1的表面3或背面一定位置的方式使脉冲激光L1、L2 被控制。图9是显示图8的激光加工装置的主要部分的概略构成图。如图9所示，激光加工装置100，具备第1及第2脉冲激光光源101、102、激光光源控制部103、1/2波长板104、 105、及偏振光光束分光器106、107。第1脉冲激光光源(第1激光光源)101，将例如波长1064nm脉冲宽度23nSec的第1脉冲激光(第1脉冲激光)Ll射出。第2脉冲激光光源(第2激光光源)102，将比第 1脉冲激光Ll更短的波长的脉冲激光，例如波长532nm脉冲宽度15nSec的第2脉冲激光 (第2脉冲激光)L2射出。此外，此处的各脉冲激光光源101、102，是将偏振方向为纸面上下方向的脉冲激光L1、L2分别射出。脉冲激光光源101、102，可以使用例如光纤激光等。激光光源控制部103，与第1脉冲激光光源101连接，调节从该第1脉冲激光光源 101射出的脉冲激光Ll的脉冲宽度和脉冲时间点(timing)等。此外，激光光源控制部103， 也与第2脉冲激光光源102连接，调节脉冲激光L2的脉冲时间点等。而且，通过激光光源控制部103，分别控制脉冲激光光源101、102的各激光的脉冲时间点的调整。1/2波长板104、105，在各脉冲激光L1、L2的光轴(光路)中分别被配置于脉冲激光光源101、102的后级。1/2波长板(第一 1/2波长板)104，使从第1脉冲激光光源101 射出的第1脉冲激光Ll的偏振方向变化。1/2波长板(第二 1/2波长板)105，使从第2脉冲激光光源102射出的第2脉冲激光L2的偏振方向变化。偏振光光束分光器(第1偏振光光束分光器)106，在第1脉冲激光Ll的光轴中被配置于1/2波长板104的后级。该偏振光光束分光器106，将由1/2波长板104改变了偏振方向的第1脉冲激光Ll进行偏振光分离。具体而言，偏振光光束分光器106，使第1脉冲激光Ll之中的纸面上下方向的偏振方向成分透过，并且使纸面垂直方向的偏振方向成分反射。偏振光光束分光器(第2偏振光光束分光器)107，在第2脉冲激光L2的光轴中被配置于1/2波长板105的后级。该偏振光光束分光器107，将由1/2波长板105改变了偏振方向的第2脉冲激光L2。具体而言，偏振光光束分光器107，使第2脉冲激光L2之中的纸面上下方向的偏振方向成分透过，并且使纸面垂直方向的偏振方向成分反射。此外，激光加工装置100，进一步具备光强度控制部121。光强度控制部121，通过致动器等分别控制1/2波长板104、105的旋转角，分别使由1/2波长板104、105变化的脉冲激光L1、L2的偏振方向可变。在该光强度控制部121中，使由1/2波长板104变化的第1脉冲激光Ll的偏振方向可变域，比由1/2波长板105变化的第2脉冲激光L2的偏振方向可变域更大。因此，在光强度控制部121中，第1脉冲激光Ll的强度的可控制宽度成为比第2脉冲激光L2的强度的可控制宽度更大。对于使用如以上构成的激光加工装置100的激光加工方法，一边参照图10所示的流程图一边说明。在本实施方式的激光加工装置100中，如图8、9所示，首先，在玻璃基板或蓝宝石基板的加工对象物1的背面21贴附扩展带，将加工对象物1载置在平台114上。接着，将表面3作为激光照射面将聚光点P对准加工对象物1的内部，从脉冲激光光源101、102分别将脉冲激光L1、L2同时照射。此时，通过激光光源控制部103，以使脉冲激光L1、L2的各脉冲的至少一部分彼此之间重叠的方式控制脉冲时间点。从第1脉冲激光光源101被射出的第1脉冲激光Li，通过1/2波长板104被偏振调整后，通过偏振光光束分光器106进行偏振光分离(S2、S3)。而且，透过偏振光光束分光器106的第1脉冲激光Li，经过分色镜108 110依次被反射，并被入射至聚光透镜112。此外，从第2脉冲激光光源102射出的第2脉冲激光L2，通过1/2波长板105被偏振调整后，通过偏振光光束分光器107进行偏振光分离(S2、;3)。而且，透过偏振光光束分光器107的第2脉冲激光L2，通过分色镜109而成为与第1脉冲激光Ll同轴，在此同轴的状态下通过分色镜110被反射，并入射至聚光透镜112。由此，在将扫描方向作为偏振方向的状态下，脉冲激光Li、L2被聚光于加工对象物1的内部(S4)。此外，为了观察加工对象物 1，分色镜110优选为在由加工对象物1反射的光透过并由照相机装置(未图示)观察的情况时使用，无该照相机装置的情况时，仅是反射镜也无妨。这样的脉冲激光Li、L2照射的同时将平台114驱动，将加工对象物1相对于脉冲激光Li、L2沿着切断预定线5相对移动(扫描)，在加工对象物1的内部形成多个沿着切断预定线5的改质点S，通过这些的改质点S形成改质区域7(S5、S6)。其后，通过将扩展带扩张，将改质区域7作为切断的起点，沿着切断预定线5将加工对象物1切断。此处，本实施方式的激光加工装置100具备光强度控制部121。因此，在激光加工装置100中，使此光强度控制部121动作，通过使通过1/2波长板104、105的脉冲激光Li、 L2的偏振方向可变，就可以使由偏振光光束分光器106、107进行偏振光分离的脉冲激光 L1、L2的比率可变。其结果，在脉冲激光L1、L2中，使透过偏振光光束分光器106、107的偏振方向成分的比率分别被适宜地调整。因此，由聚光透镜112聚光的脉冲激光Li、L2的强度，可分别被调整成所期望的强度。此点，如以往的激光加工装置，将例如脉冲激光Li、L2的输入调整来控制强度的情况下，在脉冲激光光源101、102的结构上，要大幅调整其输入范围是困难的。对于此，在本实施方式中，如上述，脉冲激光Li、L2的输入范围不需大幅变更，就可以分别将脉冲激光L1、L2的强度控制在所期望的强度。因此，根据本实施方式，其大小和龟裂长度合适的质量较佳的改质点S可精度良好地形成于加工对象物1，可以提高改质点S 的控制性。特别地，在本实施方式中，如上述，通过将具有不同波长的2个脉冲激光Li、L2同时聚光而形成改质点S。因此，与将各脉冲激光L1、L2的任意一个单独聚光来形成改质点S 的情况时相比，可减少脉冲激光的总强度(参照图6)。
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另外，以往，将脉冲激光Li、L2的任意一个单独聚光来形成改质点S的情况下，其脉冲宽度有必要成为超短脉冲(例如数psec)，脉冲激光光源有必要为特殊的激光光源。对于此，在本实施方式中，可以减少脉冲激光Li、L2的脉冲宽度极小化的必要性，进而减少特殊的激光光源的必要性，可使用通常一般的激光光源。因此，可低成本化，且可以提高信赖性及泛用性。此外，通常，欲将脉冲激光Li、L2同时聚光而精度良好地形成改质点S的情况下， 优选为使第1脉冲激光Ll的强度比第2脉冲激光L2的强度更大(参照图7)。这一点，在本实施方式中，如上述，第1脉冲激光Ll的强度的可控制宽度成为比第2脉冲激光L2的强度的可控制宽度更大。因此，可以进行形成改质点S时的适应于脉冲激光Li、L2的强度关系合适的激光加工，可将质量佳的改质点S合适地形成于加工对象物1。此外，在本实施方式方式，如上述，因为将脉冲激光Li、L2同轴化，所以脉冲激光 L1、L2的光学系统的构成可以简易化。此外，由于第2脉冲激光L2是如上所述作为改质点S形成的主要要素被使用，因此，如本实施方式那样，优选为第2脉冲激光L2的脉冲宽度比第1脉冲激光Ll的脉冲宽度更小。但是在本实施方式中，照射脉冲激光L1、L2并聚光于加工对象物1时，也可以使光强度控制部121及激光光源控制部103的至少一方作动，使第1脉冲激光Ll的强度比强度阈值α (参照图6)更小。具体而言，也可使第1脉冲激光Ll的强度，小于仅将第1脉冲激光Ll聚光于加工对象物1的情况时形成改质点S的强度阈值α更小。换言之，也可将第1脉冲激光Ll的强度设定在，将第1脉冲激光Ll单独聚光于加工对象物1时不形成改质点S的规定的强度范围内。该情况下，有关改质点S的形成，第2脉冲激光L2是作为主要的脉冲激光而起作用，并且第1脉冲激光Ll是作为辅助的脉冲激光而起作用。而且，第1脉冲激光Li，以对于第2脉冲激光L2无不良影响的方式合适地作用。其结果，可以将质量良好的改质点S形成于加工对象物1。即，该情况下，可进行使多波长同时照射的脉冲激光L1、L2合适地协作的优异的激光加工。此处，一般地，将脉冲激光聚光使加工对象物1的内部形成改质点S的情况下，根据加工对象物1的种类等，所要求的脉冲激光的波长、脉冲宽度、峰值功率等不同。例如，在作为硅基板的加工对象物1形成改质点S的情况下，优选为将脉冲激光的波长设为1064nm 并将脉冲宽度设为较长(100 200nSec)。此外，如本实施方式在玻璃基板或蓝宝石基板的加工对象物1形成改质点S的情况下，优选为减小脉冲激光的脉冲宽度并提高强度(峰值能量)°此点，本实施方式的激光加工装置100，不仅可在如上述玻璃基板或蓝宝石基板等的加工对象物1精度良好地形成改质点S，也可以在硅基板的加工对象物1精度良好地形成改质点S。具体而言，在第2脉冲激光L2的光轴上设置滤波器等使第2脉冲激光L2不被聚光于加工对象物1。并且将例如脉冲宽度200nSec的第1脉冲激光Ll聚光于加工对象物
Io因此，在本实施方式中，可以由1台的激光加工装置100兼用各种基板的加工用装置。此外，对于硅基板及玻璃基板的贴合基板等的加工对象物1，也可容易由1台的激光加工装置100对应。以上，在本实施方式中，偏振光光束分光器106、107构成偏振光分离单元，光强度控制部121构成光强度控制单元。此外，分色镜108、109构成同轴化单元，激光光源控制部 103构成脉冲宽度控制单元。[第2实施方式]接着，说明本发明的第2实施方式。此外，在本实施方式的说明中，主要说明与上述第1实施方式不同的点。图11是显示本发明的第2实施方式的激光加工装置的主要部分的概略构成图。如图11所示，本实施方式的激光加工装置200中与上述激光加工装置100不同的点，是取代偏振光光束分光器106、107(参照图9)而具备偏振光光束分光器201，并且进一步具备1/2 波长板202的点。偏振光光束分光器(第1及第2偏振光光束分光器)201，是在第1脉冲激光Ll的光轴中被配置于1/2波长板104的后级，且在第2脉冲激光L2的光轴中被配置于1/2波长板105的后级。该偏振光光束分光器201对应于2波长，用来将由1/2波长板104使偏振方向变化的第1脉冲激光Li、及由1/2波长板105使偏振方向变化的第2脉冲激光L2进行偏振光分离。具体而言，偏振光光束分光器201，是使第1脉冲激光Ll之中的纸面上下方向的偏振方向成分直接透过，并且使纸面垂直方向的偏振方向成分反射。且，使第2脉冲激光L2 之中的纸面上下方向的偏振方向成分与第1脉冲激光Ll同轴地透过，并且使纸面垂直方向的偏振方向成分反射。1/2波长板202在第1脉冲激光Ll的光轴中被配置于偏振光光束分光器201的后级。该1/2波长板202，使由偏振光光束分光器201反射的第1脉冲激光Ll的偏振方向变化，并且将透过偏振光光束分光器201的第2脉冲激光L2直接透过。此处，1/2波长板 202，使第1脉冲激光Ll中的纸面垂直方向的偏振方向，朝纸面上下方向的偏振方向变化。在如此构成的激光加工装置200中，从第1脉冲激光光源101被射出的第1脉冲激光Li，通过1/2波长板104被偏振调整后，由分色镜203反射，通过偏振光光束分光器201 进行偏振光分离。而且，由偏振光光束分光器201反射的第1脉冲激光Li，通过1/2波长板 202被偏振调整，由分色镜110反射后，入射至聚光透镜112。此外，从第2脉冲激光光源102射出的第2脉冲激光L2，通过1/2波长板105被偏振调整后，通过偏振光光束分光器201进行偏振光分离。而且，透过偏振光光束分光器201 的第2脉冲激光L2，成为与第1脉冲激光Ll同轴，在此同轴的状态下直接通过1/2波长板 202。其后，通过分色镜110被反射，入射至聚光透镜112。由此，在扫描方向为偏振方向的状态下，使脉冲激光Li、L2聚光于加工对象物1的内部。以上，在本实施方式中，也可达成提高改质点S的控制性的与上述效果同样的效果。且，本实施方式也与上述第1实施方式同样，由1台的激光加工装置200就可以兼用作为各种基板的激光加工装置。以上，在本实施方式中，偏振光光束分光器201构成偏振光分离单元，偏振光光束分光器201及分色镜203构成同轴化单元。
[第3实施方式]接着，说明本发明的第3实施方式。此外，在本实施方式的说明中，主要说明与上述第1实施方式不同的点。图12是显示本发明的第3实施方式的激光加工装置的主要部分的概略构成图。如图12所示，本实施方式的激光加工装置300，对于具备2个脉冲激光光源101、102的上述激光加工装置100，主要是脉冲激光光源为1个这一点不同。具体而言，激光加工装置300，不具备第2脉冲激光光源102，而是进一步具备非线性光学结晶301。非线性光学结晶301进行脉冲激光Ll的波长变换，在此，使用KTP结晶作为使光高次谐波产生的2次谐波产生组件(SHG结晶)。该非线性光学结晶301，具体而言，若作为基波的波长1064nm的第1脉冲激光Ll 被入射的话，将作为2次谐波的波长532nm的第2脉冲激光L2与第1脉冲激光Ll同轴地射出。此处的非线性光学结晶301，通过使相对于纸面上下方向倾斜45°的方向的偏振方向的第1脉冲激光Ll被入射，将此第1脉冲激光Ll及纸面垂直方向的偏振方向的第2脉冲激光L2同轴地射出。此外，在第1脉冲激光Ll的光轴中在非线性光学结晶301的前级中，设有使第1 脉冲激光Ll的偏光方向变化的1/2波长板302。该1/2波长板302，将入射至1/2波长板 302的第1脉冲激光Ll的纸面上下方向的偏振方向，朝相对于纸面上下方向倾斜45 °的方向而使偏振方向变化。通过该激光加工装置300在玻璃基板或蓝宝石基板的加工对象物1的内部形成改质点S的情况下，从第1脉冲激光光源101射出的第1脉冲激光Ll，通过1/2波长板302被偏振调整后，被入射至非线性光学结晶301并被波长变换。而且，从非线性光学结晶301使脉冲激光Li、L2同轴地被射出。从非线性光学结晶301射出的第1脉冲激光Li，通过分色镜303，通过1/4波长板 144将椭圆偏振光调整为直线偏振光，通过1/2波长板104被偏振调整后，通过偏振光光束分光器106进行偏振光分离。而且，透过偏振光光束分光器106的第1脉冲激光Li，由分色镜108 109依次被反射，并入射至聚光透镜112。从非线性光学结晶301射出的第2脉冲激光L2，由分色镜303、304依次被反射，通过1/2波长板105被偏振调整后，由偏振光光束分光器107进行偏振光分离。而且，透过偏振光光束分光器201的第2脉冲激光L2，通过分色镜109成为与第1脉冲激光Ll同轴，在此同轴的状态下由分色镜110反射，并入射至聚光透镜112。由此，在扫描方向为偏振方向的状态下，脉冲激光Li、L2被聚光于加工对象物1的内部。以上，在本实施方式也可达成提高改质点S的控制性的与上述效果同样的效果。 此外，在本实施方式中，因为使用ι个第ι脉冲激光光源101将脉冲激光L1、L2聚光于加工对象物1，所以容易以脉冲激光L1、L2的各脉冲彼此之间重叠的方式设定脉冲时间点。此外，在本实施方式的激光加工装置300中，不仅可在玻璃基板或蓝宝石基板等的加工对象物1精度良好地形成改质点S,也可以在硅基板的加工对象物1精度良好地形成改质点S。具体而言，通过激光光源控制部103，变更从第1脉冲激光光源101射出的第1脉冲激光Ll的脉冲宽度。此处，将第1脉冲激光Ll的脉冲宽度，设成比在玻璃基板或蓝宝石
14基板等的加工对象物1形成改质点S的情况的脉冲宽度更长的脉冲宽度(例如200nSeC)。 由此，非线性光学结晶301的高次谐波变换效率下降，从非线性光学结晶301只有第1脉冲激光Ll被射出(换言之，第2脉冲激光L2实质上不被射出)。其结果，只有脉冲激光Ll被聚光于加工对象物1的内部，形成改质点S。因此，在本实施方式中，1台的激光加工装置300可以兼用作为各种的基板的加工用装置。此外，对于硅基板及玻璃基板的贴合基板等的加工对象物1，也可容易地由1台的激光加工装置300对应。以上，在本实施方式中，非线性光学结晶301及分色镜108、109构成同轴化单元。[第4实施方式]接着，说明本发明的第4实施方式。此外，在本实施方式的说明中，主要说明与上述第3实施方式不同的点。图13是显示本发明的第4实施方式的激光加工装置的主要部分的概略构成图。 如图13所示，本实施方式的激光加工装置400，相对于上述激光加工装置300，主要是使脉冲激光Li、L2的光轴维持同轴(完全同轴地)的结构的点不同。具体而言，激光加工装置 400，取代非线性光学结晶301(参照图12)而具备非线性光学结晶401，取代偏振光光束分光器106、107(参照图1 而具备偏振光光束分光器402。非线性光学结晶401进行脉冲激光Ll的波长变换，在此，使用BBO结晶。此非线性光学结晶401，若第1脉冲激光Ll被入射的话，将脉冲激光Li、L2同轴地射出。此处的非线性光学结晶401，通过使纸面上下方向的偏振方向的第1脉冲激光Ll被入射，将该第1 脉冲激光Ll及纸面垂直方向的偏振方向的第2脉冲激光L2同轴地射出。偏振光光束分光器(第1及第2偏振光光束分光器)402对应于2波长，在脉冲激光Li、L2的光轴中被配置于1/2波长板104、105的后级。该偏振光光束分光器402，将由 1/2波长板104、105改变偏振方向的脉冲激光Li、L2分别进行偏振光分离。具体而言，偏振光光束分光器402，使各脉冲激光L1、L2之中的纸面上下方向的偏振方向成分直接透过， 并且使纸面垂直方向的偏振方向成分反射。在如此构成的激光加工装置400中，从第1脉冲激光光源101射出的第1脉冲激光Ll被入射至非线性光学结晶401并被波长变换，从非线性光学结晶401使脉冲激光Li、 L2被同轴地射出。从非线性光学结晶401射出的第1脉冲激光Li，通过1/2波长板104被偏振调整， 并且直接通过1/2波长板105，通过偏振光光束分光器402进行偏振光分离。另一方面，从非线性光学结晶401射出的第2脉冲激光L2，直接通过1/2波长板104，并且通过1/2波长板105并被偏振调整，通过偏振光光束分光器402进行偏振光分离。而且，透过偏振光光束分光器402的脉冲激光L1、L2，由分色镜110被反射，并入射至聚光透镜112。由此，在扫描方向为偏振方向的状态下，脉冲激光Li、L2被聚光于加工对象物1的内部。以上，本实施方式也可达成提高改质点S的控制性的与上述效果同样的效果。此夕卜，本实施方式也与上述第3实施方式同样，由1台的激光加工装置400就可以兼用作为各种基板的激光加工装置。此外，在本实施方式中，如上述，因为脉冲激光Li、L2的光轴是以维持同轴的方式构成，所以脉冲激光L1、L2的光学系统的构成可以更简易化，并且更容易以脉冲激光L1、L2的各脉冲彼此之间重叠的方式设定脉冲时间点。以上，在本实施方式中，偏振光光束分光器402构成偏振光分离单元，非线性光学结晶401构成同轴化单元。以上，虽说明了本发明的优选的实施方式，但是本发明的激光加工装置，不限定于实施方式所涉及的上述激光加工装置100、200、300、400，且，本发明的激光加工方法，不限定于实施方式所涉及的上述激光加工方法。本发明当然也包含未实质变更各权利要求范围的变形、或可以适用于其它装置等。[产业上的利用可能性]依据本发明，可提高改质点的控制性。符号说明1 加工对象物5:切断预定线7:改质区域100、200、300、400 激光加工装置101 第1脉冲激光光源(第1激光光源)102 第2脉冲激光光源(第2激光光源)103 激光光源控制部(脉冲宽度控制单元)104 1/2波长板(第一 1/2波长板)105 :1/2波长板(第二 1/2波长板)106 偏振光光束分光器(第1偏振光光束分光器、偏振光分离单元)107 偏振光光束分光器(第2偏振光光束分光器、偏振光分离单元)112:聚光透镜108、109、203 分色镜(同轴化单元)121 光强度控制部(光强度控制单元)201 偏振光光束分光器(第1及第2偏振光光束分光器、偏振光分离单元、同轴化单元)301,401 非线性光学结晶(同轴化单元)402 偏振光光束分光器(第1及第2偏振光光束分光器、偏振光分离单元)Ll 第1脉冲激光(第1脉冲激光)L2 第2脉冲激光(第2脉冲激光)S 改质点α 强度阈值
权利要求
1.一种激光加工装置，其特征在于，是将多个脉冲激光聚光于加工对象物，在所述加工对象物的内部沿着切断预定线形成多个改质点，通过多个所述改质点形成改质区域的激光加工装置， 具备第1激光光源，将具有第1波长的第1脉冲激光射出； 第2激光光源，将具有与所述第1波长不同的第2波长的第2脉冲激光射出； 第一 1/2波长板，使所述第1脉冲激光的偏振方向变化； 第二 1/2波长板，使所述第2脉冲激光的偏振方向变化；偏振光分离单元，将由所述第一 1/2波长板改变了偏振方向的所述第1脉冲激光及由所述第二 1/2波长板改变了偏振方向的所述第2脉冲激光进行偏振光分离；聚光透镜，使由所述偏振光分离单元进行了偏振光分离的所述第1及第2脉冲激光聚光于所述加工对象物；及光强度控制单元，通过使由所述第一及第二 1/2波长板变化的所述第1及第2脉冲激光的偏振方向可变，来控制所述第1及第2脉冲激光的强度。
2.一种激光加工装置，其特征在于，是将多个脉冲激光聚光于加工对象物，在所述加工对象物的内部沿着切断预定线形成多个改质点，通过多个所述改质点形成改质区域的激光加工装置， 具备第1激光光源，将具有第1波长的第1脉冲激光射出；非线性光学结晶，入射所述第1脉冲激光，使该第1脉冲激光及具有与所述第1波长不同的第2波长的第2脉冲激光射出；第一 1/2波长板，使所述第1脉冲激光的偏振方向变化； 第二 1/2波长板，使所述第2脉冲激光的偏振方向变化；偏振光分离单元，将由所述第一 1/2波长板改变了偏振方向的所述第1脉冲激光及由所述第二 1/2波长板改变了偏振方向的所述第2脉冲激光进行偏振光分离；聚光透镜，将由所述偏振光分离单元进行了偏振光分离的所述第1及第2脉冲激光聚光于所述加工对象物；及光强度控制单元，通过使由所述第一及第二 1/2波长板变化的所述第1及第2脉冲激光的偏振方向可变，来控制所述第1及第2脉冲激光的强度。
3.如权利要求2所述的激光加工装置，其特征在于，具备脉冲宽度控制单元，其控制从所述第1激光光源射出的所述第1脉冲激光的脉冲宽度，所述脉冲宽度控制单元，通过变更所述第1脉冲激光的脉冲宽度，以使所述第2脉冲激光不从所述非线性光学结晶射出的方式，使所述非线性光学结晶的高次谐波变换效率下降。
4.如权利要求1 3中任一项所述的激光加工装置，其特征在于， 具备同轴化单元，其将所述第1及第2脉冲激光同轴化。
5.如权利要求1 4中任一项所述的激光加工装置，其特征在于， 所述偏振光分离单元包含第1偏振光光束分光器，将由所述第一 1/2波长板改变了偏振方向的所述第1脉冲激光进行偏振光分离；及第2偏振光光束分光器，将由所述第二 1/2波长板改变了偏振方向的所述第2脉冲激光进行偏振光分离。
6.如权利要求1 5中任一项所述的激光加工装置，其特征在于，在所述光强度控制单元中，所述第1脉冲激光的强度的可控制宽度比所述第2脉冲激光的强度的可控制宽度大。
7.如权利要求1 6中任一项所述的激光加工装置，其特征在于，所述光强度控制单元，以使所述第1脉冲激光的强度，小于在仅将所述第1脉冲激光聚光于所述加工对象物的情况时形成有所述改质点的强度阈值的方式进行控制。
8.一种激光加工装置，其特征在于，是将多个脉冲激光聚光于加工对象物，在所述加工对象物的内部沿着切断预定线形成多个改质点，通过多个所述改质点形成改质区域的激光加工装置， 具备第1激光光源，将具有第1波长的第1脉冲激光射出；第2激光光源，将具有与所述第1波长不同的第2波长的第2脉冲激光射出；及聚光透镜，将所述第1及第2脉冲激光聚光于所述加工对象物， 所述第1脉冲激光的强度，小于在仅将所述第1脉冲激光聚光于所述加工对象物的情况时形成有所述改质点的强度阈值。
9.一种激光加工装置，其特征在于，是将多个脉冲激光聚光于加工对象物，在所述加工对象物的内部沿着切断预定线形成多个改质点，通过多个所述改质点形成改质区域的激光加工装置， 具备第1激光光源，将具有第1波长的第1脉冲激光射出；非线性光学结晶，入射所述第1脉冲激光，将该第1脉冲激光及具有与所述第1波长不同的第2波长的第2脉冲激光射出；以及聚光透镜，使所述第1及第2脉冲激光聚光于所述加工对象物， 所述第1脉冲激光的强度，小于在仅将所述第1脉冲激光聚光于所述加工对象物的情况时形成有所述改质点的强度阈值。
10.如权利要求1 9中任一项所述的激光加工装置，其特征在于， 所述第1脉冲激光的波长，比所述第2脉冲激光的波长长。
11.一种激光加工方法，其特征在于，是将多个脉冲激光聚光于加工对象物，在所述加工对象物的内部沿着切断预定线形成多个改质点，通过多个所述改质点形成改质区域的激光加工方法， 具有将具有第1波长的第1脉冲激光、及具有与所述第1波长不同的第2波长的第2脉冲激光由聚光透镜聚光于所述加工对象物的工序，在所述工序中，使所述第1脉冲激光的强度，小于在仅将所述第1脉冲激光聚光于所述加工对象物的情况时形成有所述改质点的强度阈值。
12.如权利要求11所述的激光加工方法，其特征在于， 所述第1脉冲激光的波长，比所述第2脉冲激光的波长长。
全文摘要
提高改质点的控制性。激光加工装置(100)，具备将第1脉冲激光(L1)射出的第1激光光源(101)、将第2脉冲激光(L2)射出的第2激光光源(102)、将脉冲激光(L1、L2)的偏振方向分别变化的1/2波长板(104、105)、将偏振方向已变化的脉冲激光(L1、L2)分别进行偏振光分离的偏振光光束分光器(106、107)、及将进行了偏振光分离的脉冲激光(L1、L2)聚光于加工对象物(1)的聚光透镜(112)。在激光加工装置(100)中，通过光强度控制部(121)使在1/2波长板(104、105)变化的脉冲激光(L1、L2)的偏振方向可变的话，由偏振光光束分光器(106、107)进行偏振光分离的脉冲激光(L1、L2)的比率就可变，其结果，脉冲激光(L1、L2)的各强度被调整。
文档编号B23K26/38GK102470484SQ201080035118
公开日2012年5月23日 申请日期2010年8月6日 优先权日2009年8月11日
发明者福满宪志 申请人:浜松光子学株式会社