Nova Patents
JP2002205181A

Device and method for laser beam machining

Abstract

[Task] To provide a laser processing apparatus capable of precisely cutting an object to be machined without melting or cracking off the planned cutting line on the surface of the object to be machined.

Solution.The peak power density of the laser light source 101 that emits pulsed laser light with a pulse width of 1 μs or less, the power adjusting unit 401 that adjusts the magnitude of the power of the pulsed laser light, and the focusing point P of the pulsed laser light is 1 × 10.8(W / cm2) The lens selection mechanism 403 including a plurality of condensing lenses that condense the pulsed laser light as described above, and the condensing point P of the pulsed laser light condensed by the condensing lens are inside the object 1 to be processed. The Z-axis stage 113 is provided, and the X (Y) -axis stage 109 (111) that relatively moves the condensing point P along the planned cutting line 5 of the object 1 to be processed is provided. The numerical apertures of the optical systems including the focusing lenses 105a to 105c are different. By adjusting the numerical aperture and the magnitude of the power of the pulsed laser beam, the dimensions of the modified spot formed inside the workpiece 1 are controlled. Dimensions are displayed before laser machining.

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Projected expiry passed 13 September 2021, 5 years ago.

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17 claims: 12 independent, 5 dependent

  1. 1
    【特許請求の範囲】 【請求項1】 パルス幅が1μs以下のパルスレーザ光を出射するレーザ光源と、 パルスレーザ光のパワー大きさの入力に基づいて前記レーザ光源から出射されるパルスレーザ光のパワーの大きさを調節するパワー調節手段と、 前記レーザ光源から出射されたパルスレーザ光の集光点のピークパワー密度が1×10 8 (W/cm 2 )以上になるようにパルスレーザ光を集光する集光手段と、 前記集光手段により集光されたパルスレーザ光の集光点を加工対象物の内部に合わせる手段と、 前記加工対象物の切断予定ラインに沿ってパルスレーザ光の集光点を相対的に移動させる移動手段と、 を備え、 前記内部に集光点を合わせて1パルスのパルスレーザ光を前記加工対象物に照射することにより、前記内部に1つの改質スポットが形成され、 前記パワー調節手段により調節されるパルスレーザ光のパワーの大きさと改質スポットの寸法との相関関係を予め記憶した相関関係記憶手段と、 前記入力されたパルスレーザ光のパワーの大きさに基づいて、この大きさのパワーで形成される改質スポットの寸法を前記相関関係記憶手段から選択する寸法選択手段と、 前記寸法選択手段により選択された改質スポットの寸法を表示する寸法表示手段と、 を備える、レーザ加工装置。
  2. 2
    【請求項2】 パルス幅が1μs以下のパルスレーザ光を出射するレーザ光源と、 前記レーザ光源から出射されたパルスレーザ光の集光点のピークパワー密度が1×10 8 (W/cm 2 )以上になるようにパルスレーザ光を集光する集光用レンズと、 開口数の大きさの入力に基づいて前記集光用レンズを含む光学系の開口数の大きさを調節する開口数調節手段と、 前記集光用レンズにより集光されたパルスレーザ光の集光点を加工対象物の内部に合わせる手段と、 前記加工対象物の切断予定ラインに沿ってパルスレーザ光の集光点を相対的に移動させる移動手段と、 を備え、 前記内部に集光点を合わせて1パルスのパルスレーザ光を前記加工対象物に照射することにより、前記内部に1つの改質スポットが形成され、 前記開口数調節手段により調節される開口数の大きさと改質スポットの寸法との相関関係を予め記憶した相関関係記憶手段と、 前記入力された開口数の大きさに基づいて、この大きさの開口数で形成される改質スポットの寸法を前記相関関係記憶手段から選択する寸法選択手段と、 前記寸法選択手段により選択された改質スポットの寸法を表示する寸法表示手段と、 を備える、レーザ加工装置。
  3. 3
    【請求項3】 パルス幅が1μs以下のパルスレーザ光を出射するレーザ光源と、 前記レーザ光源から出射されたパルスレーザ光の集光点のピークパワー密度が1×10 8 (W/cm 2 )以上になるようにパルスレーザ光を集光する集光用レンズを複数含みかつ前記複数の集光用レンズを選択可能なレンズ選択手段と、 を備え、 前記複数の集光用レンズを含む光学系はそれぞれ開口数が異なり、 前記レンズ選択手段で選択された集光用レンズにより集光されたパルスレーザ光の集光点を加工対象物の内部に合わせる手段と、 前記加工対象物の切断予定ラインに沿ってパルスレーザ光の集光点を相対的に移動させる移動手段と、 を備え、 前記内部に集光点を合わせて1パルスのパルスレーザ光を前記加工対象物に照射することにより、前記内部に1つの改質スポットが形成され、 前記複数の集光用レンズを含む光学系の開口数の大きさと改質スポットの寸法との相関関係を予め記憶した相関関係記憶手段と、 選択された前記集光用レンズを含む光学系の開口数の大きさに基づいて、この大きさの開口数で形成される改質スポットの寸法を前記相関関係記憶手段から選択する寸法選択手段と、 前記寸法選択手段により選択された改質スポットの寸法を表示する寸法表示手段と、 を備える、レーザ加工装置。
  4. 4
    【請求項4】 パルス幅が1μs以下のパルスレーザ光を出射するレーザ光源と、 パルスレーザ光のパワー大きさの入力に基づいて前記レーザ光源から出射されるパルスレーザ光のパワーの大きさを調節するパワー調節手段と、 前記レーザ光源から出射されたパルスレーザ光の集光点のピークパワー密度が1×10 8 (W/cm 2 )以上になるようにパルスレーザ光を集光する集光用レンズと、 開口数の大きさの入力に基づいて前記集光用レンズを含む光学系の開口数の大きさを調節する開口数調節手段と、 前記集光用レンズにより集光されたパルスレーザ光の集光点を加工対象物の内部に合わせる手段と、 前記加工対象物の切断予定ラインに沿ってパルスレーザ光の集光点を相対的に移動させる移動手段と、 を備え、 前記内部に集光点を合わせて1パルスのパルスレーザ光を前記加工対象物に照射することにより、前記内部に1つの改質スポットが形成され、 前記パワー調節手段により調節されるパルスレーザ光のパワーの大きさ及び前記開口数調節手段により調節される開口数の大きさの組と改質スポットの寸法との相関関係を予め記憶した相関関係記憶手段と、 前記入力されたパルスレーザ光のパワーの大きさに及び前記入力された開口数の大きさに基づいてこれらの大きさで形成される改質スポットの寸法を前記相関関係記憶手段から選択する寸法選択手段と、 前記寸法選択手段により選択された改質スポットの寸法を表示する寸法表示手段と、 を備える、レーザ加工装置。
  5. 5
    【請求項5】 パルス幅が1μs以下のパルスレーザ光を出射するレーザ光源と、 パルスレーザ光のパワー大きさの入力に基づいて前記レーザ光源から出射されるパルスレーザ光のパワーの大きさを調節するパワー調節手段と、 前記レーザ光源から出射されたパルスレーザ光の集光点のピークパワー密度が1×10 8 (W/cm 2 )以上になるようにパルスレーザ光を集光する集光用レンズを複数含みかつ前記複数の集光用レンズを選択可能なレンズ選択手段と、 を備え、 前記複数の集光用レンズを含む光学系はそれぞれ開口数が異なり、 前記レンズ選択手段で選択された前記集光用レンズにより集光されたパルスレーザ光の集光点を加工対象物の内部に合わせる手段と、 前記加工対象物の切断予定ラインに沿ってパルスレーザ光の集光点を相対的に移動させる移動手段と、 を備え、 前記内部に集光点を合わせて1パルスのパルスレーザ光を前記加工対象物に照射することにより、前記内部に1つの改質スポットが形成され、 前記パワー調節手段により調節されるパルスレーザ光のパワーの大きさ及び前記複数の集光用レンズを含む光学系の開口数の大きさの組と改質スポットの寸法との相関関係を予め記憶した相関関係記憶手段と、 前記入力されたパルスレーザ光のパワーの大きさに及び選択された前記集光用レンズを含む光学系の開口数の大きさに基づいて、これらの大きさで形成される改質スポットの寸法を前記相関関係記憶手段から選択する寸法選択手段と、 前記寸法選択手段により選択された改質スポットの寸法を表示する寸法表示手段と、 を備える、レーザ加工装置。
  6. 6
    【請求項6】 前記寸法選択手段で選択された寸法の改質スポットの画像を作成する画像作成手段と、 前記画像作成手段により作成された画像を表示する画像表示手段と、 を備える、請求項1~5のいずれかに記載のレーザ加工装置。
  7. 7
    【請求項7】 パルス幅が1μs以下のパルスレーザ光を出射するレーザ光源と、 前記レーザ光源から出射されるパルスレーザ光のパワーの大きさを調節するパワー調節手段と、 前記レーザ光源から出射されたパルスレーザ光の集光点のピークパワー密度が1×10 8 (W/cm 2 )以上になるようにパルスレーザ光を集光する集光手段と、 前記集光手段により集光されたパルスレーザ光の集光点を加工対象物の内部に合わせる手段と、 前記加工対象物の切断予定ラインに沿ってパルスレーザ光の集光点を相対的に移動させる移動手段と、 を備え、 前記内部に集光点を合わせて1パルスのパルスレーザ光を前記加工対象物に照射することにより、前記内部に1つの改質スポットが形成され、 前記パワー調節手段により調節されるパルスレーザ光のパワーの大きさと改質スポットの寸法との相関関係を予め記憶した相関関係記憶手段と、 改質スポットの寸法の入力に基づいて、この寸法に形成できるパルスレーザ光のパワーの大きさを前記相関関係記憶手段から選択するパワー選択手段と、 を備え、 前記パワー調節手段は、前記パワー選択手段により選択されたパワーの大きさとなるように前記レーザ光源から出射されるパルスレーザ光のパワーの大きさを調節する、レーザ加工装置。
  8. 8
    【請求項8】 パルス幅が1μs以下のパルスレーザ光を出射するレーザ光源と、 前記レーザ光源から出射されたパルスレーザ光の集光点のピークパワー密度が1×10 8 (W/cm 2 )以上になるようにパルスレーザ光を集光する集光用レンズと、 前記集光用レンズを含む光学系の開口数の大きさを調節する開口数調節手段と、 前記集光用レンズにより集光されたパルスレーザ光の集光点を加工対象物の内部に合わせる手段と、 前記加工対象物の切断予定ラインに沿ってパルスレーザ光の集光点を相対的に移動させる移動手段と、 を備え、 前記内部に集光点を合わせて1パルスのパルスレーザ光を前記加工対象物に照射することにより、前記内部に1つの改質スポットが形成され、 前記開口数調節手段により調節される開口数の大きさと改質スポットの寸法との相関関係を予め記憶した相関関係記憶手段と、 改質スポットの寸法の入力に基づいて、この寸法に形成できる開口数の大きさを前記相関関係記憶手段から選択する開口数選択手段と、 を備え、 前記開口数調節手段は、前記開口数選択手段により選択された開口数の大きさとなるように前記集光用レンズを含む光学系の開口数の大きさを調節する、レーザ加工装置。
  9. 9
    【請求項9】 パルス幅が1μs以下のパルスレーザ光を出射するレーザ光源と、 前記レーザ光源から出射されたパルスレーザ光の集光点のピークパワー密度が1×10 8 (W/cm 2 )以上になるようにパルスレーザ光を集光する集光用レンズを複数含みかつ前記複数の集光用レンズを選択可能なレンズ選択手段と、 を備え、 前記複数の集光用レンズを含む光学系はそれぞれ開口数が異なり、 前記レンズ選択手段で選択された前記集光用レンズにより集光されたパルスレーザ光の集光点を加工対象物の内部に合わせる手段と、 前記加工対象物の切断予定ラインに沿ってパルスレーザ光の集光点を相対的に移動させる移動手段と、 を備え、 前記内部に集光点を合わせて1パルスのパルスレーザ光を前記加工対象物に照射することにより、前記内部に1つの改質スポットが形成され、 前記複数の集光用レンズの開口数の大きさと改質スポットの寸法との相関関係を予め記憶した相関関係記憶手段と、 改質スポットの寸法の入力に基づいて、この寸法に形成できる開口数の大きさを前記相関関係記憶手段から選択する開口数選択手段と、 を備え、 前記レンズ選択手段は、前記開口数選択手段により選択された開口数の大きさとなるように前記複数の集光用レンズの選択をする、レーザ加工装置。
  10. 10
    【請求項10】 パルス幅が1μs以下のパルスレーザ光を出射するレーザ光源と、 前記レーザ光源から出射されるパルスレーザ光のパワーの大きさを調節するパワー調節手段と、 前記レーザ光源から出射されたパルスレーザ光の集光点のピークパワー密度が1×10 8 (W/cm 2 )以上になるようにパルスレーザ光を集光する集光用レンズと、 前記集光用レンズを含む光学系の開口数の大きさを調節する開口数調節手段と、 前記集光用レンズにより集光されたパルスレーザ光の集光点を加工対象物の内部に合わせる手段と、 前記加工対象物の切断予定ラインに沿ってパルスレーザ光の集光点を相対的に移動させる移動手段と、 を備え、 前記内部に集光点を合わせて1パルスのパルスレーザ光を前記加工対象物に照射することにより、前記内部に1つの改質スポットが形成され、 前記パワー調節手段により調節されるパルスレーザ光のパワーの大きさ及び前記開口数調節手段により調節される開口数の大きさの組と改質スポットの寸法との相関関係を予め記憶した相関関係記憶手段と、 改質スポットの寸法の入力に基づいて、この寸法に形成できるパワー及び開口数の大きさの組を前記相関関係記憶手段から選択する組選択手段と、 を備え、 前記パワー調節手段及び前記開口数調節手段は、前記組選択手段により選択されたパワー及び開口数の大きさとなるように前記レーザ光源から出射されるパルスレーザ光のパワーの大きさ及び前記集光用レンズを含む光学系の開口数の大きさを調節する、レーザ加工装置。
  11. 11
    【請求項11】 パルス幅が1μs以下のパルスレーザ光を出射するレーザ光源と、 前記レーザ光源から出射されるパルスレーザ光のパワーの大きさを調節するパワー調節手段と、 前記レーザ光源から出射されたパルスレーザ光の集光点のピークパワー密度が1×10 8 (W/cm 2 )以上になるようにパルスレーザ光を集光する集光用レンズを複数含みかつ前記複数の集光用レンズを選択可能なレンズ選択手段と、 を備え、 前記複数の集光用レンズを含む光学系はそれぞれ開口数が異なり、 前記レンズ選択手段で選択された前記集光用レンズにより集光されたパルスレーザ光の集光点を加工対象物の内部に合わせる手段と、 前記加工対象物の切断予定ラインに沿ってパルスレーザ光の集光点を相対的に移動させる移動手段と、 を備え、 前記内部に集光点を合わせて1パルスのパルスレーザ光を前記加工対象物に照射することにより、前記内部に1つの改質スポットが形成され、 前記パワー調節手段により調節されるパルスレーザ光のパワーの大きさ及び前記複数の集光用レンズの開口数の大きさの組と改質スポットの寸法との相関関係を予め記憶した相関関係記憶手段と、 改質スポットの寸法の入力に基づいて、この寸法に形成できるパワー及び開口数の大きさの組を前記相関関係記憶手段から選択する組選択手段と、 を備え、 前記パワー調節手段及び前記レンズ選択手段は、前記組選択手段により選択されたパワー及び開口数の大きさとなるように前記レーザ光源から出射されるパルスレーザ光のパワーの大きさの調節及び前記複数の集光用レンズの選択をする、レーザ加工装置。
  12. 12
    【請求項12】 前記パワー選択手段により選択されたパワーの大きさを表示する表示手段を備える、請求項7記載のレーザ加工装置。
  13. 13
    【請求項13】 前記開口数選択手段により選択された開口数の大きさを表示する表示手段を備える、請求項8又は9記載のレーザ加工装置。
  14. 14
    【請求項14】 前記組選択手段により選択された組のパワーの大きさ及び開口数の大きさを表示する表示手段を備える、請求項10又は11記載のレーザ加工装置。
  15. 15
    【請求項15】 前記切断予定ラインに沿って前記加工対象物の前記内部に形成された複数の前記改質スポットにより改質領域が規定され、 前記改質領域は、前記内部においてクラックが発生した領域であるクラック領域、前記内部において溶融処理した領域である溶融処理領域及び前記内部において屈折率が変化した領域である屈折率変化領域のうち少なくともいずれか一つを含む、請求項1~14のいずれかに記載のレーザ加工装置。
  16. 16
    【請求項16】 パルスレーザ光の集光点を加工対象物の内部に合わせて、前記加工対象物にパルスレーザ光を照射することにより、前記加工対象物の切断予定ラインに沿って前記加工対象物の内部に多光子吸収による改質領域を形成する第1工程と、 パルスレーザ光のパワーを前記第1工程より大きく又は小さくなるように調節し、かつパルスレーザ光の集光点を前記加工対象物の内部に合わせて、前記加工対象物にパルスレーザ光を照射することにより、前記加工対象物の他の切断予定ラインに沿って前記加工対象物の内部に多光子吸収による他の改質領域を形成する第2工程と、 を備える、レーザ加工方法。
  17. 17
    【請求項17】 パルスレーザ光の集光点を加工対象物の内部に合わせて、前記加工対象物にパルスレーザ光を照射することにより、前記加工対象物の切断予定ラインに沿って前記加工対象物の内部に多光子吸収による改質領域を形成する第1工程と、 パルスレーザ光を集光する集光用レンズを含む光学系の開口数を前記第1工程より大きく又は小さくなるように調節し、かつパルスレーザ光の集光点を前記加工対象物の内部に合わせて、前記加工対象物にパルスレーザ光を照射することにより、前記加工対象物の他の切断予定ラインに沿って前記加工対象物の内部に多光子吸収による他の改質領域を形成する第2工程と、 を備える、レーザ加工方法。
Independent claims17