特許 7391645 レーザ加工装置及びレーザ加工方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-27

(45)【発行日】2023-12-05

(54)【発明の名称】レーザ加工装置及びレーザ加工方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/53 20140101AFI20231128BHJP

   H01S 3/00 20060101ALI20231128BHJP

   H01S 3/10 20060101ALI20231128BHJP

   C03B 23/203 20060101ALI20231128BHJP

【ＦＩ】

B23K26/53

H01S3/00 B

H01S3/10 Z

C03B23/203

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2019222194

(22)【出願日】2019-12-09

(65)【公開番号】P2021090982

(43)【公開日】2021-06-17

【審査請求日】2022-06-17

(73)【特許権者】

【識別番号】000236436

【氏名又は名称】浜松ホトニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100140442

【弁理士】

【氏名又は名称】柴山 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100148013

【弁理士】

【氏名又は名称】中山 浩光

(72)【発明者】

【氏名】武田 昂

(72)【発明者】

【氏名】福岡 大岳

【審査官】山下 浩平

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－０６２２６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／０３４４３０２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２０１２－５２７３５６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ２６／００ － ２６／７０

Ｈ０１Ｓ ３／００

Ｈ０１Ｓ ３／１０

Ｃ０３Ｂ ２３／２０３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の光透過性部材と第２の光透過性部材とをレーザ光の照射によって接合するレーザ加工装置であって、
前記第２の光透過性部材を透過し且つ前記第１の光透過性部材の内部に集光点が位置するようにパルスレーザ光を照射する光照射部と、
前記パルスレーザ光を前記第１の光透過性部材及び前記第２の光透過性部材の接合予定線に沿って走査する光走査部と、を備え、
前記第１の光透過性部材への前記パルスレーザ光の入射方向から見た場合に、前記第１の光透過性部材における前記パルスレーザ光の入射側表面から前記集光点に至る領域の少なくとも一部において、前記パルスレーザ光のビーム形状が前記接合予定線に沿った長尺状をなし、
前記光走査部は、前記第２の光透過性部材を透過し且つ前記第１の光透過性部材の内部に集光点が位置した状態で、前記パルスレーザ光を前記接合予定線に沿って走査するレーザ加工装置。

【請求項2】

前記第１の光透過性部材への前記パルスレーザ光の入射方向から見た場合に、少なくとも前記第１の光透過性部材における前記パルスレーザ光の入射側表面において、前記パルスレーザ光のビーム形状が前記接合予定線に沿った長尺状をなしている請求項１記載のレーザ加工装置。

【請求項3】

第１の光透過性部材と第２の光透過性部材とをレーザ光の照射によって接合するレーザ加工方法であって、
前記第２の光透過性部材を透過し且つ前記第１の光透過性部材の内部に集光点が位置するようにパルスレーザ光を照射する光照射ステップと、
前記パルスレーザ光を前記第１の光透過性部材及び前記第２の光透過性部材の接合予定線に沿って走査する光走査ステップと、を備え、
前記光照射ステップでは、前記第１の光透過性部材への前記パルスレーザ光の入射方向から見た場合に、前記第１の光透過性部材における前記パルスレーザ光の入射側表面から前記集光点に至る領域の少なくとも一部において、前記パルスレーザ光のビーム形状を前記接合予定線に沿った長尺状とし、
前記光走査ステップでは、前記第２の光透過性部材を透過し且つ前記第１の光透過性部材の内部に集光点を位置させた状態で、前記パルスレーザ光を前記接合予定線に沿って走査するレーザ加工方法。

【請求項4】

前記光照射ステップでは、前記第１の光透過性部材への前記パルスレーザ光の入射方向から見た場合に、少なくとも前記第１の光透過性部材における前記パルスレーザ光の入射側表面において、前記パルスレーザ光のビーム形状を前記接合予定線に沿った長尺状とする請求項３記載のレーザ加工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、レーザ加工装置及びレーザ加工方法に関する。

【背景技術】

【0002】

この種の分野の技術として、例えば特許文献１に記載のレーザ加工方法がある。このレーザ加工方法は、光透過性を有する第１の光透過性部材と第２の光透過性部材とを接合する方法である。この方法では、第１の光透過性部材及び第２の光透過性部材同士の接触面近傍において、これらの部材の一方の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射し、集光点付近で多光子吸収を発生させる。この多光子吸収により、第１の光透過性部材及び第２の光透過性部材に渡る改質領域を形成し、第１の光透過性部材と第２の光透過性部材とを接合する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００５‐００１１７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述したようなレーザ加工方法では、第１の光透過性部材と第２の光透過性部材との間のギャップ管理が重要となっている。第１の光透過性部材と第２の光透過性部材との間のギャップが大きくなると、レーザ光による入熱が不足し、接触面付近でパーティクルが生じて改質領域の形成が不十分となるおそれがある。

【0005】

レーザ光を用いて加工を行う場合、第１の光透過性部材と第２の光透過性部材との間のギャップは、使用するレーザ光の波長の１／４以下に抑えることが好ましいとされている。しかしながら、第１の光透過性部材及び第２の光透過性部材のサイズが大型化すると、接合予定線の全体に渡って第１の光透過性部材と第２の光透過性部材との間のギャップをレーザ光の波長の１／４以下に抑えることが困難となり、加工の歩留まりが低下することが考えられる。

【0006】

本開示は、上記課題の解決のためになされたものであり、部材間のギャップ管理を緩和でき、加工の歩留まりを向上できるレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一側面に係るレーザ加工装置は、第１の光透過性部材と第２の光透過性部材とをレーザ光の照射によって接合するレーザ加工装置であって、第２の光透過性部材を透過し且つ第１の光透過性部材の内部に集光点が位置するようにパルスレーザ光を照射する光照射部と、パルスレーザ光を第１の光透過性部材及び第２の光透過性部材の接合予定線に沿って走査する光走査部と、を備え、第１の光透過性部材へのパルスレーザ光の入射方向から見た場合に、第１の光透過性部材におけるパルスレーザ光の入射側表面から集光点に至る領域の少なくとも一部において、パルスレーザ光のビーム形状が接合予定線に沿った長尺状をなしている。

【0008】

このレーザ加工装置では、第２の光透過性部材を透過し且つ第１の光透過性部材の内部に集光点が位置するようにパルスレーザ光を照射する。パルスレーザ光が第１の光透過性部材及び第２の光透過性部材に対して時間的・空間的に狭ピッチで且つ同一箇所に複数回照射され、部材の温度が局所的に融解温度に達することで、第１の光透過性部材側から第２の光透過性部材側に向かって隆起する改質領域を形成できる。また、このレーザ加工装置では、第１の光透過性部材へのパルスレーザ光の入射方向から見た場合に、第１の光透過性部材におけるパルスレーザ光の入射側表面から集光点に至る領域の少なくとも一部において、パルスレーザ光のビーム形状が接合予定線に沿った長尺状をなしている。これにより、レーザ光による入熱が接合予定線に沿った方向に拡がり、改質領域を接合予定線に沿って連続的に隆起させることができる。したがって、このレーザ加工装置では、部材間にレーザ光の波長の１／４を超えるギャップが生じていたとしても、改質領域によって第１の光透過性部材と第２の透過性部材とを安定的に接合することができ、部材間のギャップ管理を緩和しつつ、加工の歩留まりの向上が図られる。

【0009】

また、第１の光透過性部材へのパルスレーザ光の入射方向から見た場合に、少なくとも第１の光透過性部材におけるパルスレーザ光の入射側表面において、パルスレーザ光のビーム形状が接合予定線に沿った長尺状をなしていてもよい。これにより、接合予定線に沿って連続的に隆起する改質領域をより安定して形成できる。したがって、部材間のギャップ管理が更に緩和され、加工の歩留まりの一層の向上が図られる。

【0010】

本開示の一側面に係るレーザ加工方法は、第１の光透過性部材と第２の光透過性部材とをレーザ光の照射によって接合するレーザ加工方法であって、第２の光透過性部材を透過し且つ第１の光透過性部材の内部に集光点が位置するようにパルスレーザ光を照射する光照射ステップと、パルスレーザ光を第１の光透過性部材及び第２の光透過性部材の接合予定線に沿って走査する光走査ステップと、を備え、光照射ステップでは、第１の光透過性部材へのパルスレーザ光の入射方向から見た場合に、第１の光透過性部材におけるパルスレーザ光の入射側表面から集光点に至る領域の少なくとも一部において、パルスレーザ光のビーム形状を接合予定線に沿った長尺状とする。

【0011】

このレーザ加工方法では、第２の光透過性部材を透過し且つ第１の光透過性部材の内部に集光点が位置するようにパルスレーザ光を照射する。パルスレーザ光が第１の光透過性部材及び第２の光透過性部材に対して時間的・空間的に狭ピッチで且つ同一箇所に複数回照射され、部材の温度が局所的に融解温度に達することで、第１の光透過性部材側から第２の光透過性部材側に向かって隆起する改質領域を形成できる。また、このレーザ加工方法では、第１の光透過性部材へのパルスレーザ光の入射方向から見た場合に、第１の光透過性部材におけるパルスレーザ光の入射側表面から集光点に至る領域の少なくとも一部において、パルスレーザ光のビーム形状を接合予定線に沿った長尺状としている。これにより、レーザ光による入熱が接合予定線に沿った方向に拡がり、改質領域を接合予定線に沿って連続的に隆起させることができる。したがって、このレーザ加工方法では、部材間にレーザ光の波長の１／４を超えるギャップが生じていたとしても、改質領域によって第１の光透過性部材と第２の透過性部材とを安定的に接合することができ、部材間のギャップ管理を緩和しつつ、加工の歩留まりの向上が図られる。

【0012】

また、光照射ステップでは、第１の光透過性部材へのパルスレーザ光の入射方向から見た場合に、少なくとも第１の光透過性部材におけるパルスレーザ光の入射側表面において、パルスレーザ光のビーム形状を接合予定線に沿った長尺状としてもよい。これにより、接合予定線に沿って連続的に隆起する改質領域をより安定して形成できる。したがって、部材間のギャップ管理が更に緩和され、加工の歩留まりの一層の向上が図られる。

【発明の効果】

【0013】

本開示によれば、部材間のギャップ管理を緩和でき、加工の歩留まりを向上できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】レーザ加工装置の一実施形態を示す概略図である。

【図2】パルスレーザ光の照射中の第１の光透過性部材及び第２の光透過性部材の状態を示す模式的な断面図である。

【図3】パルスレーザ光の走査によって第１の光透過性部材及び第２の光透過性部材に形成される改質領域を示す模式的な断面図である。

【図4】図１に示したレーザ加工装置の動作を示すフローチャートである。

【図5】第１の光透過性部材と第２の光透過性部材との間に過剰なギャップが生じている場合のレーザ光による加工状態を示す概略的な断面図である。

【図6】第１の光透過性部材及び第２の光透過性部材に対するパルスレーザ光の集光状態を示す図である。

【図7】パルスレーザ光の位置を示す図である。

【図8】パルスレーザ光の位置とビーム形状との関係を示す図である。

【図9】部材の内部温度と接合予定線上の位置との関係を示す図である。

【図10】改質領域の形成試験結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図面を参照しながら、本開示の一側面に係るレーザ加工装置及びレーザ加工方法の好適な実施形態について詳細に説明する。

【0016】

図１は、レーザ加工装置の一実施形態を示す概略図である。図１に示すレーザ加工装置１は、第１の光透過性部材Ｓ１と第２の光透過性部材Ｓ２とをパルスレーザ光Ｌ１の照射によって接合する装置である。レーザ加工装置１は、加工対象物である第１の光透過性部材Ｓ１及び第２の光透過性部材Ｓ２を載置するステージ２と、第１の光透過性部材Ｓ１及び第２の光透過性部材Ｓ２にパルスレーザ光Ｌ１を照射する光照射部３と、第１の光透過性部材Ｓ１及び第２の光透過性部材Ｓ２の接合予定線Ｗ（図３参照）に沿ってパルスレーザ光Ｌ１を走査する光走査部４と、これらの構成要素を制御する制御部５とを含んで構成されている。

【0017】

第１の光透過性部材Ｓ１及び第２の光透過性部材Ｓ２は、例えばソーダライムガラス、クリスタルガラス、ホウケイ酸ガラスなどによって構成された板状の部材である。第１の光透過性部材Ｓ１及び第２の光透過性部材Ｓ２は、透明ポリエチレンテレフタレート、透明アクリル、透明ポリカーボネイトなどによって構成された板状の部材であってもよい。

【0018】

ステージ２は、例えば３軸方向に移動可能なステージであり、光走査部４を構成している。ステージ２上には、第１の光透過性部材Ｓ１及び第２の光透過性部材Ｓ２を載置するサンプル台６が設置されていてもよい。図１の例では、サンプル台６上で第１の光透過性部材Ｓ１に第２の光透過性部材Ｓ２が重ね合わされており、パルスレーザ光Ｌ１は、第２の光透過性部材Ｓ２側から照射されるようになっている。ステージ２上には、第１の光透過性部材Ｓ１及び第２の光透過性部材Ｓ２をサンプル台６に対して押さえる押圧板がエアシリンダ等を介して設けられていてもよい。第１の光透過性部材Ｓ１及び第２の光透過性部材Ｓ２を押圧することで、第１の光透過性部材Ｓ１と第２の光透過性部材Ｓ２との間のギャップを抑えることができる。

【0019】

光照射部３は、パルスレーザ光Ｌ１を出射する光源１１と、光源１１から出射したパルスレーザ光Ｌ１を整形する整形光学系１２と、整形光学系１２で整形されたパルスレーザ光Ｌ１を集光する集光光学系１３とを有している。光源１１は、例えばモードロック再生増幅ＹＡＧレーザである。この場合、光源１１から出射するパルスレーザ光Ｌ１は、例えば繰り返し周波数５０ｋＨｚ／波長１０３０ｎｍ／パルス幅１０ｐｓのパルス光である。レーザ光Ｌ１のスポット径は、例えば直径３μｍ程度である。当該スポット径は、使用するレンズと当該レンズに入力するビーム径とによって算出され得る。

【0020】

整形光学系１２は、パルスレーザ光Ｌ１のビーム形状を整形する光学系である。整形光学系１２は、例えばシリンドリカルレンズ、回折光学素子、空間光変調器などによって構成されている。整形光学系１２は、所定の領域におけるビーム形状が接合予定線に沿った長尺状をなすようにパルスレーザ光Ｌ１を整形する（詳細は後述する）。集光光学系１３は、パルスレーザ光Ｌ１を第１の光透過性部材Ｓ１及び第２の光透過性部材Ｓ２に向けて集光する光学系である。集光光学系１３は、例えば対物レンズによって構成されている。

【0021】

制御部５は、プロセッサ、メモリ等を含んで構成されるコンピュータシステムである。制御部５は、各種の制御機能をプロセッサによって実行する。コンピュータシステムとしては、例えばパーソナルコンピュータ、マイクロコンピュータ、クラウドサーバ、スマートデバイス（スマートフォン、タブレット端末など）などが挙げられる。制御部５は、ＰＬＣ（programmable logic controller）によって構成されていてもよく、ＦＰＧＡ（Field-programmable gate array）等の集積回路によって構成されていてもよい。制御部５は、所定の入力操作を受け付け、光源１１からのパルスレーザ光Ｌ１の出力、整形光学系１２を構成する光学素子の位置、ステージ２の駆動などを制御する。

【0022】

図２は、パルスレーザ光の照射中の第１の光透過性部材Ｓ１及び第２の光透過性部材Ｓ２の状態を示す模式的な断面図である。同図に示すように、第１の光透過性部材Ｓ１及び第２の光透過性部材Ｓ２の内部にパルスレーザ光Ｌ１が照射されると、パルスレーザ光Ｌ１の集光点Ｐ及びその近傍において多光子吸収（或いは多光子吸収と同等の光吸収）が発生する。この多光子吸収により、第１の光透過性部材Ｓ１及び第２の光透過性部材Ｓ２に渡る改質領域Ｓａが形成される。改質領域Ｓａは、第１の光透過性部材Ｓ１及び第２の光透過性部材Ｓ２の構成材料が溶融及び凝固した溶融凝固領域と、第１の光透過性部材Ｓ１及び第２の光透過性部材Ｓ２の構成材料が炭化した変質領域とを含み得る。

【0023】

図２の例では、パルスレーザ光Ｌ１の集光点Ｐは、パルスレーザ光Ｌ１の照射側とは反対側となる第１の光透過性部材Ｓ１の内部において、第１の光透過性部材Ｓ１と第２の光透過性部材Ｓ２との接触面Ｃの近傍に位置している。パルスレーザ光Ｌ１による多光子吸収は、集光点Ｐを起点にして発生し、改質領域Ｓａは、第１の光透過性部材Ｓ１側の集光点Ｐから接触面Ｃを超えて第２の光透過性部材Ｓ２の内部まで達するように形成される。

【0024】

図３に示すように、パルスレーザ光Ｌ１に対してステージ２を走査し、パルスレーザ光Ｌ１の集光点Ｐを接合予定線Ｗに沿って接合開始点Ｗａから接合終了点Ｗｂまで移動させることにより、接合予定線Ｗに沿って改質領域Ｓａが連続した状態で形成される。第１の光透過性部材Ｓ１と第２の光透過性部材Ｓ２とは、主に改質領域Ｓａにおける溶融凝固領域によって融着し、接着剤のような中間材料を用いることなく互いに強固に接合される。パルスレーザ光Ｌ１に対するステージ２の走査速度は、レーザ光Ｌ１の繰り返し周波数が５０ｋＨｚの場合に、例えば１０ｍｍ／ｓ～３０ｍｍ／ｓである。

【0025】

図４は、レーザ加工装置の動作を示すフローチャートである。同図に示すように、レーザ加工装置１では、まず、ステージ２上に第１の光透過性部材Ｓ１及び第２の光透過性部材Ｓ２が重ね合わされた状態でセットされる。次に、接合開始点Ｗａにパルスレーザ光Ｌ１の照射位置が一致し、かつパルスレーザ光Ｌ１の集光点Ｐが第１の光透過性部材Ｓ１及び第２の光透過性部材Ｓ２の内部に位置するように光照射部３が制御される（ステップＳ０１）。

【0026】

パルスレーザ光Ｌ１の照射位置を接合開始点Ｗａに一致させた後、パルスレーザ光Ｌ１の出射、整形、及び走査が開始される（ステップＳ０２）。パルスレーザ光Ｌ１の照射期間中は、パルスレーザ光Ｌ１の照射位置が接合終了点Ｗｂに到達したか否かが判断される（ステップＳ０３）。パルスレーザ光Ｌ１が接合終了点Ｗｂに到達したと判断された場合には、パルスレーザ光Ｌ１の照射、整形、及び走査が終了し、第１の光透過性部材Ｓ１及び第２の光透過性部材Ｓ２の加工が終了する。

【0027】

レーザ加工においては、第１の光透過性部材Ｓ１と第２の光透過性部材Ｓ２との間のギャップ管理が重要となっている。第１の光透過性部材Ｓ１と第２の光透過性部材Ｓ２との間のギャップが過剰になると、レーザ光による入熱が不足し、図５に示すように、接触面付近でパーティクルＦが生じて改質領域Ｓａの形成が不十分となるおそれがある。この場合、ギャップが過剰となっている箇所では、第１の光透過性部材Ｓ１と第２の光透過性部材Ｓ２とが改質領域Ｓａによって接合されず、第１の光透過性部材Ｓ１及び第２の光透過性部材Ｓ２の接合強度が不十分となることが考えられる。

【0028】

レーザ光を用いて加工を行う場合、第１の光透過性部材Ｓ１と第２の光透過性部材Ｓ２との間のギャップは、使用するレーザ光の波長の１／４以下に抑えることが好ましいとされている。しかしながら、第１の光透過性部材Ｓ１及び第２の光透過性部材Ｓ２のサイズが大型化すると、接合予定線Ｗの全体に渡って第１の光透過性部材Ｓ１と第２の光透過性部材Ｓ２との間のギャップをレーザ光の波長の１／４以下に抑えることが困難となり、加工の歩留まりが低下することが考えられる。

【0029】

これに対し、上述したレーザ加工装置１では、レーザ光としてパルスレーザ光Ｌ１が用いられるため、スポット径、繰り返し周波数、及び走査速度の調整により、部材の同一箇所にパルスを複数回照射することができる。このため、前パルスによる加熱が緩和される前に次パルスによる加熱がなされ、部材の温度を効率的に融解温度まで高めることが可能となる。

【0030】

部材の加熱領域では、熱膨張による力が作用する。レーザ加工装置１では、パルスレーザ光Ｌ１の集光点Ｐが第１の光透過性部材Ｓ１の表面近傍に位置している。これにより、溶融温度に達した部材が熱膨張によって機械的な拘束の小さい（熱容量の小さい）部材表面に飛び出し、図６に示すように、改質領域Ｓａによる隆起Ｓｂが第１の光透過性部材Ｓ１の表面（パルスレーザ光Ｌ１の入射側表面Ｓｃ）に形成される。この隆起Ｓｂの高さが第１の光透過性部材Ｓ１と第２の光透過性部材Ｓ２との間のギャップを超える場合、隆起Ｓｂが第１の光透過性部材Ｓ１の表面から第２の光透過性部材Ｓ２の表面まで到達する。この場合、第１の光透過性部材Ｓ１と第２の光透過性部材Ｓ２との間のギャップがパルスレーザ光Ｌ１の波長の１／４を超えている場合であっても、第１の光透過性部材Ｓ１と第２の光透過性部材Ｓ２とが改質領域Ｓａによって接合することが可能となる。

【0031】

ここで、レーザ加工装置１では、第１の光透過性部材Ｓ１へのパルスレーザ光Ｌ１の入射方向から見た場合に、第１の光透過性部材Ｓ１におけるパルスレーザ光Ｌ２の入射側表面Ｓｃから集光点Ｐに至る領域の少なくとも一部において、パルスレーザ光Ｌ１のビーム形状が接合予定線Ｗに沿った長尺状をなすように、整形光学系１２によるパルスレーザ光Ｌ１の整形がなされている。

【0032】

図７は、パルスレーザ光の位置を示す図である。また、図８は、パルスレーザ光の位置とビーム形状との関係を示す図である。図７及び図８に示すように、本実施形態では、集光光学系１３の瞳位置におけるパルスレーザ光Ｌ１のビーム形状Ｌａは、接合予定線Ｗに沿う方向を長軸とし、接合予定線Ｗに直交する方向を短軸とする楕円形状をなしている（図８（ａ）参照）。第１の光透過性部材Ｓ１への入射位置に対するパルスレーザ光Ｌ１のビーム形状Ｌｂは、図８（ａ）に比べて一回り小さい楕円形状をなしている（図８（ｂ）参照）。入射位置から集光点Ｐの近傍に至るまでのパルスレーザ光Ｌ１のビーム形状は、長軸方向の径及び短軸方向の径を徐々に縮小しつつ、図８（ａ）と同様の楕円形状を維持する。

【0033】

集光位置及びその近傍におけるパルスレーザ光Ｌ１のビーム形状Ｌｃは、ビーム形状Ｌａ，Ｌｂに対して長軸及び短軸が反転したものとなっている。すなわち、集光位置におけるパルスレーザ光Ｌ１のビーム形状Ｌｃは、接合予定線Ｗに沿う方向を短軸とし、接合予定線Ｗに直交する方向を長軸とする楕円形状となっている（図８（ｃ）参照）。集光位置を過ぎた後位置におけるパルスレーザ光Ｌ１のビーム形状Ｌｄは、ビーム形状Ｌｃに対して長軸及び短軸が再反転したものとなっている。すなわち、後位置におけるパルスレーザ光Ｌ１のビーム形状Ｌｄは、接合予定線Ｗに沿う方向を長軸とし、接合予定線Ｗに直交する方向を長軸とする楕円形状となっている（図８（ｄ）参照）。

【0034】

ビーム形状の整形を行わないパルスレーザ光では、一般に円形のビーム形状となる。この場合、パルスレーザ光による入熱は、接合予定線に沿う方向及び接合予定線に交差する方向にそれぞれ拡がる。このため、図９（ａ）に示すように、改質領域の隆起が生じた際の部材の表面積の増加に伴って部材の内部温度が隆起形成温度以下まで減少し易く、改質領域の隆起が接合予定線に沿って断続的に形成される。

【0035】

これに対し、上述のように整形されたパルスレーザ光Ｌ１では、パルスレーザ光Ｌ１による入熱が接合予定線Ｗに沿った方向に拡がる一方、接合予定線Ｗに交差する方向への入熱は制限される。このため、図９（ｂ）に示すように、改質領域の隆起が生じた際に部材の表面積が増加したとしても部材の内部温度が隆起形成温度以上に維持され、図６に示したように、改質領域Ｓａの隆起Ｓｂが接合予定線Ｗに沿って連続的に形成される。

【0036】

以上のことから、このレーザ加工装置１では、第１の光透過性部材Ｓ１と第２の光透過性部材Ｓ２間にパルスレーザ光Ｌ１の波長の１／４を超えるギャップが生じていたとしても、改質領域Ｓａによって第１の光透過性部材Ｓ１と第２の光透過性部材Ｓ２とを安定的に接合することができ、部材間のギャップ管理を緩和しつつ、加工の歩留まりの向上が図られる。

【0037】

また、レーザ加工装置１では、第１の光透過性部材Ｓ１へのパルスレーザ光Ｌ１の入射方向から見た場合に、少なくとも第１の光透過性部材Ｓ１におけるパルスレーザ光Ｌ１の入射側表面Ｓｃにおいて、パルスレーザ光Ｌ１のビーム形状が接合予定線Ｗに沿った長尺状をなしている。これにより、接合予定線Ｗに沿って連続的に隆起する改質領域Ｓａをより安定して形成できる。したがって、部材間のギャップ管理が更に緩和され、加工の歩留まりの一層の向上が図られる。

【0038】

図１０は、改質領域の形成試験結果を示す図である。この試験は、パルスレーザ光のビーム形状を変化させた場合の改質領域の隆起の様子をＳＥＭによって撮像し、ビーム形状と改質領域の隆起形状の関係性を調べたものである。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）において、画像上は瞳位置におけるビーム径、画像中央は第１の光透過性部材の入射側表面、画像下は改質領域の隆起を拡大したものである。ここでは、接合予定線に沿う方向をＹ軸、接合予定線に直交する方向をＸ軸とする。

【0039】

図１０（ａ）は、集光光学系１３の瞳位置におけるＹ軸方向の径が３．１ｍｍ、Ｘ軸方向の径が３．３ｍｍの略円形状をなすパルスレーザ光を用いた場合の結果である。この略円形状のパルスレーザ光を用いた場合、改質領域の隆起の形状が略球形状となっており、当該隆起が接合予定線に沿って断続的に形成されている。

【0040】

図１０（ｂ）は、集光光学系１３の瞳位置におけるＹ軸方向の径が３．２ｍｍ、Ｘ軸方向の径が１．７ｍｍの略楕円形状をなすパルスレーザ光を用いた場合の結果である。この略楕円形状のパルスレーザ光を用いた場合、改質領域の隆起の形状が接合予定線方向を長軸とする楕円体形状となり、当該隆起が接合予定線に沿って連続的に形成されている。以上の結果から、パルスレーザ光Ｌ１のビーム形状を接合予定線Ｗに沿った長尺状とすることで、改質領域の隆起を接合予定線に沿って連続的に形成できることが分かる。なお、上記結果から、楕円率が低いパルスレーザ光を用いた場合に比べて、楕円率が高いパルスレーザ光を用いた場合の方が改質領域の隆起の連続性が高まる傾向がみられるが、楕円率が高すぎると集光径を絞りにくくなることが考えられる。したがって、パルスレーザ光の整形は、集光径を十分に小さくできる範囲で行うことが好ましい。

【0041】

本開示は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上記実施形態では、集光点Ｐにおけるパルスレーザ光Ｌ１のビーム形状が、接合予定線Ｗに沿う方向を短軸とし、接合予定線Ｗに直交する方向を長軸とする楕円形状となっているが、集光点Ｐにおけるパルスレーザ光Ｌ１のビーム形状が、接合予定線Ｗに沿う方向を長軸とし、接合予定線Ｗに直交する方向を短軸とする楕円形状となっていてもよい。この場合、第１の光透過性部材Ｓ１及び第２の光透過性部材Ｓ２を透過する領域の全体において、パルスレーザ光Ｌ１のビーム形状が、接合予定線Ｗに沿う方向を長軸とし、接合予定線Ｗに直交する方向を短軸とする楕円形状となっていてもよい。

【符号の説明】

【0042】

１…レーザ加工装置、２…ステージ（光走査部）、３…光照射部、５…制御部、Ｓ１…第１の光透過性部材、Ｓ２…第２の光透過性部材、Ｗ…接合予定線、Ｐ…集光点、Ｓｃ…入射側表面。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】