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(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】2024-05-29
(45)【発行日】2024-06-06
(54)【発明の名称】ガラスの加工方法
(51)【国際特許分類】
B23K 26/0622 20140101AFI20240530BHJP
【ＦＩ】
B23K26/0622
【請求項の数】
20
(21)【出願番号】P 2022556721
(86)(22)【出願日】2020-10-13
(86)【国際出願番号】 JP2020038617
(87)【国際公開番号】W WO2022079798
(87)【国際公開日】2022-04-21
【審査請求日】2023-09-01
(73)【特許権者】
【識別番号】300073919
【氏名又は名称】ギガフォトン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100083116
【弁理士】
【氏名又は名称】松浦 憲三
(72)【発明者】
【氏名】川筋 康文
(72)【発明者】
【氏名】諏訪 輝
(72)【発明者】
【氏名】阿達 康弘
【審査官】齋藤 健児
(56)【参考文献】
【文献】特開２０００－９１６８４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１４－５１４７５４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｋ ２６／０６２２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
レーザ発振器を用いてパルスレーザ光を生成し、前記パルスレーザ光を加工対象の無アルカリガラスに照射することを含み、前記パルスレーザ光の波長は、２４８ｎｍから２６６ｎｍの範囲内であり、
前記パルスレーザ光は、パルスの立ち上がりから５ｎｓ以降４００ｎｓまでのエネルギの比率が９１％以上９９％以下である、
ガラスの加工方法。
【請求項2】
請求項１に記載のガラスの加工方法であって、前記レーザ発振器は、ＫｒＦエキシマレーザ装置である、
ガラスの加工方法。
【請求項3】
請求項１に記載のガラスの加工方法であって、前記レーザ発振器は、
波長が１０３０ｎｍ又は１０６４ｎｍのレーザ光を出力する固体レーザ装置と、
前記レーザ光の第４高調波を発生させる波長変換部と、を含む、
ガラスの加工方法。
【請求項4】
請求項３に記載のガラスの加工方法であって、前記波長変換部は、
２つの第２高調波発生結晶又は１つの第４高調波発生結晶を含む、
ガラスの加工方法。
【請求項5】
請求項１に記載のガラスの加工方法であって、前記パルスレーザ光の時間波形の時刻ｔにおける光強度をＩ（ｔ）とする場合に、
ＴＩＳ＝［∫Ｉ（ｔ）ｄｔ］２／∫Ｉ（ｔ）２ｄｔ
で定義されるパルス幅は、６２ｎｓ以上２５９ｎｓ以下である、
ガラスの加工方法。
【請求項6】
請求項１に記載のガラスの加工方法であって、前記パルスレーザ光の立ち上がりから５ｎｓ以降４００ｎｓまでのエネルギの比率が９１％以上９５％以下である、
ガラスの加工方法。
【請求項7】
請求項１に記載のガラスの加工方法であって、前記無アルカリガラスに前記パルスレーザ光を複数回照射することにより、前記無アルカリガラスに貫通穴を加工する、
ガラスの加工方法。
【請求項8】
レーザ発振器を用いて波長が２４８ｎｍから２６６ｎｍの範囲内である第１のパルスレーザ光を生成し、前記第１のパルスレーザ光の光路上に配置された光パルスストレッチャを用いて前記第１のパルスレーザ光のパルス幅を伸長することにより、パルスの立ち上がりから５ｎｓ以降４００ｎｓまでのエネルギの比率が９１％以上９９％以下である第２のパルスレーザ光を生成し、
前記第２のパルスレーザ光を、加工対象の無アルカリガラスに照射することを含む、
ガラスの加工方法。
【請求項9】
請求項８に記載のガラスの加工方法であって、前記光パルスストレッチャは、ビームスプリッタと複数の凹面ミラーとを含む、
ガラスの加工方法。
【請求項10】
請求項８に記載のガラスの加工方法であって、前記光パルスストレッチャが２段以上配置される、
ガラスの加工方法。
【請求項11】
請求項８に記載のガラスの加工方法であって、前記第２のパルスレーザ光は、前記第１のパルスレーザ光の一部が前記光パルスストレッチャの遅延光路を周回せずに前記光パルスストレッチャを通過した非周回光のパルスと、前記第１のパルスレーザ光の他の一部が前記遅延光路を１周回以上周回して前記光パルスストレッチャから出力された周回光のパルスとが連続して連なるように合成されたパルス波形を有し、
前記周回光のパルスは、先行するパルスの一部と重なり合っている、
ガラスの加工方法。
【請求項12】
複数のレーザ発振器を用いて波長が２４８ｎｍから２６６ｎｍの範囲内の複数のパルスレーザ光を異なるタイミングで生成し、前記複数のパルスレーザ光の光路軸を平行にする伝搬光学系を用いて前記複数のパルスレーザ光を合成することにより、パルスの立ち上がりから５ｎｓ以降４００ｎｓまでのエネルギの比率が９１％以上９９％以下である合成パルスレーザ光を生成し、
前記合成パルスレーザ光を、加工対象の物としての無アルカリガラスに照射することを含む、
ガラスの加工方法。
【請求項13】
請求項１２に記載のガラスの加工方法であって、前記レーザ発振器は、ＫｒＦエキシマレーザ装置である、
ガラスの加工方法。
【請求項14】
請求項１２に記載のガラスの加工方法であって、前記レーザ発振器は、
波長が１０３０ｎｍ又は１０６４ｎｍのレーザ光を出力する固体レーザ装置と、
前記レーザ光の第４高調波を発生させる波長変換部と、を含む、
ガラスの加工方法。
【請求項15】
請求項１４に記載のガラスの加工方法であって、前記波長変換部は、
２つの第２高調波発生結晶又は１つの第４高調波発生結晶を含む、
ガラスの加工方法。
【請求項16】
請求項１２に記載のガラスの加工方法であって、前記合成パルスレーザ光の時間波形の時刻ｔにおける光強度をＩ（ｔ）とする場合に、
ＴＩＳ＝［∫Ｉ（ｔ）ｄｔ］２／∫Ｉ（ｔ）２ｄｔ
で定義されるパルス幅は、６２ｎｓ以上２５９ｎｓ以下である、
ガラスの加工方法。
【請求項17】
請求項１２に記載のガラスの加工方法であって、前記複数のパルスレーザ光の発光タイミングの時間差を示す遅延時間を設定し、前記複数のレーザ発振器に発光トリガ信号を送信するタイミングを設定するプロセッサと、
前記プロセッサが設定した前記タイミングで前記複数のレーザ発振器に発光トリガ信号を送信する遅延回路と、
を用いて、前記複数のパルスレーザ光を異なるタイミングで生成する、
ガラスの加工方法。
【請求項18】
請求項１２に記載のガラスの加工方法であって、前記複数のレーザ発振器は、第１のレーザ発振器と、第２のレーザ発振器と、第３のレーザ発振器と、を含み、
前記複数のパルスレーザ光は、前記第１のレーザ発振器から出力される第１のパルスと、前記第２のレーザ発振器から出力される第２のパルスと、前記第３のレーザ発振器から出力される第３のパルスと、を含み、
前記伝搬光学系は、前記第１のレーザ発振器から出力された前記第１のパルスの光路軸が前記第２のパルスの光路軸と平行になるように前記第１のパルスを反射する第１のミラー及び第１のナイフエッジミラーを含み、さらに、
前記第３のレーザ発振器から出力された前記第３のパルスの光路軸が前記第２のパルスの光路軸と平行になるように前記第３のパルスを反射する第２のミラー及び第２のナイフエッジミラーを含む、
ガラスの加工方法。
【請求項19】
請求項１２に記載のガラスの加工方法であって、前記無アルカリガラスに前記合成パルスレーザ光を複数回照射することにより、前記無アルカリガラスに貫通穴を加工する、
ガラスの加工方法。
【請求項20】
請求項１２に記載のガラスの加工方法であって、前記合成パルスレーザ光は、前記複数のパルスレーザ光の各パルスが連続して連なるように合成されたパルス波形を有し、
前記複数のパルスレーザ光は、連続するパルス同士の一部が重なり合っている、
ガラスの加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、ガラスの加工方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、半導体露光装置においては、半導体集積回路の微細化及び高集積化につれて、解像力の向上が要請されている。このため、露光用光源から放出される光の短波長化が進められている。例えば、露光用のガスレーザ装置としては、波長約２４８ｎｍのレーザ光を出力するＫｒＦエキシマレーザ装置、並びに波長約１９３ｎｍのレーザ光を出力するＡｒＦエキシマレーザ装置が用いられる。
【0003】
また、ガラスに微細穴を加工する方法として、フェムト秒レーザや紫外線レーザで変質部を作り、この変質部のエッチングレートが他の部分より大きいことを利用する方法や、エキシマレーザ装置で直接加工する方法などがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特表２０００－５１１１１３号公報
【文献】特開２０１０－２７４３２８号公報
【文献】特開２００７－１７５７２１号公報
【文献】国際公開第２０１６／１５１７２３号
【概要】
【0005】
本開示の１つの観点に係るガラスの加工方法は、レーザ発振器を用いてパルスレーザ光を生成し、パルスレーザ光を加工対象の無アルカリガラスに照射することを含み、パルスレーザ光の波長は、２４８ｎｍから２６６ｎｍの範囲内であり、パルスレーザ光は、パルスの立ち上がりから５ｎｓ以降４００ｎｓまでのエネルギの比率が９１％以上９９％以下である。
【0006】
本開示の他の１つの観点に係るガラスの加工方法は、レーザ発振器を用いて波長が２４８ｎｍから２６６ｎｍの範囲内である第１のパルスレーザ光を生成し、第１のパルスレーザ光の光路上に配置された光パルスストレッチャを用いて第１のパルスレーザ光のパルス幅を伸長することにより、パルスの立ち上がりから５ｎｓ以降４００ｎｓまでのエネルギの比率が９１％以上９９％以下である第２のパルスレーザ光を生成し、第２のパルスレーザ光を加工対象の無アルカリガラスに照射することを含む。
【0007】
本開示の他の１つの観点に係るガラスの加工方法は、複数のレーザ発振器を用いて波長が２４８ｎｍから２６６ｎｍの範囲内の複数のパルスレーザ光を異なるタイミングで生成し、複数のパルスレーザ光の光路軸を平行にする伝搬光学系を用いて複数のパルスレーザ光を合成することにより、パルスの立ち上がりから５ｎｓ以降４００ｎｓまでのエネルギの比率が９１％以上９９％以下である合成パルスレーザ光を生成し、合成パルスレーザ光を加工対象の無アルカリガラスに照射することを含む。
【図面の簡単な説明】
【0008】
本開示のいくつかの実施形態を、単なる例として、添付の図面を参照して以下に説明する。
【実施形態】
【0009】
－目次－
１．用語の説明
２．レーザ加工システムの概要
３．比較例に係るエキシマレーザ装置の説明
３．１ 構成
３．２ 動作
３．３ 課題
４．実施形態１
４．１ 構成
４．２ 動作
４．３ ロングパルスのパルスレーザ光の加工レートが高い要因
４．４ ＯＰＳ周回距離とＴＩＳとの関係
４．５ ＯＰＳ内のビームスプリッタの反射率とＴＩＳとの関係
４．６ 効果
４．７ 変形例
５．実施形態２
５．１ 構成
５．２ 動作
５．３ ＯＰＳの段数とパルス波形とＴＩＳとの関係
５．４ 効果
６．実施形態３
６．１ 構成
６．２ 動作
６．３ 効果
７．実施形態４
７．１ 構成
７．２ 動作
７．３ 効果
８．パルスレーザ光の好ましい条件の例
９．パルスレーザ光の波長について
１０．レーザ制御部のハードウェア構成について
１１．その他
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。以下に説明される実施形態は、本開示のいくつかの例を示すものであって、本開示の内容を限定するものではない。また、各実施形態で説明される構成及び動作の全てが本開示の構成及び動作として必須であるとは限らない。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。
１．用語の説明
２．レーザ加工システムの概要
３．比較例に係るエキシマレーザ装置の説明
３．１ 構成
３．２ 動作
３．３ 課題
４．実施形態１
４．１ 構成
４．２ 動作
４．３ ロングパルスのパルスレーザ光の加工レートが高い要因
４．４ ＯＰＳ周回距離とＴＩＳとの関係
４．５ ＯＰＳ内のビームスプリッタの反射率とＴＩＳとの関係
４．６ 効果
４．７ 変形例
５．実施形態２
５．１ 構成
５．２ 動作
５．３ ＯＰＳの段数とパルス波形とＴＩＳとの関係
５．４ 効果
６．実施形態３
６．１ 構成
６．２ 動作
６．３ 効果
７．実施形態４
７．１ 構成
７．２ 動作
７．３ 効果
８．パルスレーザ光の好ましい条件の例
９．パルスレーザ光の波長について
１０．レーザ制御部のハードウェア構成について
１１．その他
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。以下に説明される実施形態は、本開示のいくつかの例を示すものであって、本開示の内容を限定するものではない。また、各実施形態で説明される構成及び動作の全てが本開示の構成及び動作として必須であるとは限らない。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。
【0010】
１．用語の説明
「ＴＩＳ」は、パルスレーザ光のパルス幅の指標であり、以下の式（１）で表される。
「ＴＩＳ」は、パルスレーザ光のパルス幅の指標であり、以下の式（１）で表される。
【0011】
ＴＩＳ＝［∫Ｉ（ｔ）ｄｔ］２／∫Ｉ（ｔ）２ｄｔ （１）
式（１）中のＩ（ｔ）は、パルスレーザ光の光強度（インテンシティ）の時間関数である。
式（１）中のＩ（ｔ）は、パルスレーザ光の光強度（インテンシティ）の時間関数である。
【0012】
すなわち、パルスレーザ光の時間波形の時刻ｔにおける光強度をＩ（ｔ）とする場合に、式（１）で定義されるパルス幅をＴＩＳという。ＴＩＳは、矩形波ではないインテンシティの時間関数のパルス幅を定義する方法として知られている。ＴＩＳは、「ＴＩＳパルス時間幅」又は「ＴＩＳ幅」などと呼ばれることがある。
【0013】
２．レーザ加工システムの概要
図１は、エキシマレーザ装置１０でガラスＧＬに微細穴を直接加工する場合に用いられるレーザ加工システム１の例を概略的に示す。レーザ加工システム１は、エキシマレーザ装置１０と、アパーチャ又はマスク６０と、ミラー６２と、縮小転写光学系６４と、ＸＹＺステージ６６とを含む。
図１は、エキシマレーザ装置１０でガラスＧＬに微細穴を直接加工する場合に用いられるレーザ加工システム１の例を概略的に示す。レーザ加工システム１は、エキシマレーザ装置１０と、アパーチャ又はマスク６０と、ミラー６２と、縮小転写光学系６４と、ＸＹＺステージ６６とを含む。
【0014】
加工対象（被加工物）としてのガラスＧＬは、ＸＹＺステージ６６上に配置される。ＸＹＺステージ６６は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の直交３軸の各方向に移動可能なアクチュエータ付きのステージである。エキシマレーザ装置１０には、例えば、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザや波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザなどが用いられる。
【0015】
レーザ加工システム１は、エキシマレーザ装置１０から出力されたパルスレーザ光をアパーチャ又はマスク６０に照射し、アパーチャ又はマスク６０の像を縮小転写光学系６４にてガラスＧＬに照射することによりガラスＧＬを加工する。このようなレーザ加工システム１によれば、複数の微細穴の加工を同時に行うことが可能である。なお、図１に示す構成の他に、パルスレーザ光を集光レンズで集光し、穴あけ加工対象物に照射して加工する方法もある。
【0016】
３．比較例に係るエキシマレーザ装置の説明
３．１ 構成
図２は、比較例に係るエキシマレーザ装置１０の構成を概略的に示す。本開示の比較例とは、出願人のみによって知られていると出願人が認識している形態であって、出願人が自認している公知例ではない。
３．１ 構成
図２は、比較例に係るエキシマレーザ装置１０の構成を概略的に示す。本開示の比較例とは、出願人のみによって知られていると出願人が認識している形態であって、出願人が自認している公知例ではない。
【0017】
エキシマレーザ装置１０は、レーザ発振器１２と、モニタモジュール１６と、レーザ制御部２０とを含む。レーザ発振器１２は、チャンバ１２０と、リアミラー１２６と、出力結合ミラー１２８とを含む。出力結合ミラー１２８は、例えば、反射率が８％～１５％の部分反射ミラーであってもよい。出力結合ミラー１２８はリアミラー１２６と共に光共振器を構成するように配置される。
【0018】
チャンバ１２０は、光共振器の光路上に配置される。チャンバ１２０は、一対の電極１３０ａ、１３０ｂと、レーザ光が透過する２枚のウインドウ１３４、１３６とを含む。チャンバ１２０内には、図示しないガス供給源からエキシマレーザガスが供給される。エキシマレーザガスは、例えば、レアガスと、ハロゲンガスと、バッファガスとを含む。レアガスは、例えば、Ａｒ又はＫｒであってよい。ハロゲンガスは、例えば、Ｆ２であってよく、バッファガスは、例えば、Ｎｅであってよい。
【0019】
モニタモジュール１６は、レーザ発振器１２から出力されるパルスレーザ光の光路上に配置される。モニタモジュール１６は、ビームスプリッタ１６２と、集光レンズ１６３と、光センサ１６４とを含む。
【0020】
ビームスプリッタ１６２は、パルスレーザ光の光路上に配置される。ビームスプリッタ１６２の反射光が集光レンズ１６３を介して光センサ１６４に入射するようにビームスプリッタ１６２、集光レンズ１６３及び光センサ１６４が配置される。
【0021】
光センサ１６４は、集光レンズ１６３の焦点の位置に光センサ１６４の受光部が位置するように配置される。光センサ１６４は、例えば、高速応答のフォトダイオード又はバイプラナ光電管であってもよい。
【0022】
３．２ 動作
チャンバ１２０内の電極１３０ａ、１３０ｂ間で放電を発生させると、エキシマレーザガスが励起され、出力結合ミラー１２８とリアミラー１２６とで構成される光共振器で増幅されたパルスレーザ光が出力結合ミラー１２８から出力される。
チャンバ１２０内の電極１３０ａ、１３０ｂ間で放電を発生させると、エキシマレーザガスが励起され、出力結合ミラー１２８とリアミラー１２６とで構成される光共振器で増幅されたパルスレーザ光が出力結合ミラー１２８から出力される。
【0023】
レーザ発振器１２から出力されたパルスレーザ光の一部は、モニタモジュール１６内のビームスプリッタ１６２によって反射され、集光レンズ１６３を介して光センサ１６４に入射する。
【0024】
レーザ制御部２０は、光センサ１６４からの信号を受信し、このパルス時間波形を積分してパルスエネルギを計算する。
【0025】
レーザ制御部２０は、光センサ１６４で計測したパルスエネルギが目標パルスエネルギとなるように、レーザ発振器１２内の電極１３０ａ、１３０ｂ間に印加する電圧を制御する。
【0026】
３．３ 課題
エキシマレーザで直接ガラスに微細穴を加工する方法は、加工レート（加工性）が低く、そのため、加工コストが高いという課題がある。
エキシマレーザで直接ガラスに微細穴を加工する方法は、加工レート（加工性）が低く、そのため、加工コストが高いという課題がある。
【0027】
４．実施形態１
４．１ 構成
図３は、実施形態１に係るガラスの加工方法に使用されるエキシマレーザ装置１０Ａの構成を概略的に示す。図３に示す構成について、図２と異なる点を説明する。エキシマレーザ装置１０Ａは、レーザ発振器１２とモニタモジュール１６との間の光路上に光パルスストレッチャ（ＯＰＳ）１００を含むＫｒＦエキシマレーザ装置である。ＯＰＳ１００は、出力結合ミラー１２８から出力されたパルスレーザ光が入射するように配置される。
４．１ 構成
図３は、実施形態１に係るガラスの加工方法に使用されるエキシマレーザ装置１０Ａの構成を概略的に示す。図３に示す構成について、図２と異なる点を説明する。エキシマレーザ装置１０Ａは、レーザ発振器１２とモニタモジュール１６との間の光路上に光パルスストレッチャ（ＯＰＳ）１００を含むＫｒＦエキシマレーザ装置である。ＯＰＳ１００は、出力結合ミラー１２８から出力されたパルスレーザ光が入射するように配置される。
【0028】
ＯＰＳ１００は、ビームスプリッタＢＳ１と、４枚の凹面ミラー１０１、１０２、１０３、１０４とを含む。その他の構成は、図２と同様であってよい。
【0029】
図４は、ＯＰＳ１００の構成を概略的に示す。ビームスプリッタＢＳ１は、レーザ発振器１２の出力結合ミラー１２８から出力されたパルスレーザ光の光路上に配置される。ビームスプリッタＢＳ１は、入射したパルスレーザ光のうちの一部のパルスレーザ光を透過させ、その他のパルスレーザ光を反射する部分反射ミラーである。ビームスプリッタＢＳ１の反射率は、４０％～７０％であることが好ましく、約６０％であることがより好ましい。
【0030】
凹面ミラー１０１、１０２、１０３及び１０４は、ビームスプリッタＢＳ１の第１の面で反射されたパルスレーザ光の遅延光路を構成する。４枚の凹面ミラー１０１～１０４は、それぞれの焦点距離が全て略等しい凹面ミラーであってもよい。凹面ミラー１０１～１０４のそれぞれの焦点距離ｆは、例えば、ビームスプリッタＢＳ１から凹面ミラー１０１までの距離に相当してよい。
【0031】
凹面ミラー１０１は、ビームスプリッタＢＳ１の第１の面で反射されたパルスレーザ光を反射し、凹面ミラー１０２に入射させるように配置される。凹面ミラー１０１と凹面ミラー１０２とは、ビームスプリッタＢＳ１の第１の面で反射されたパルスレーザ光が、ビームスプリッタＢＳ１の第１の面における像を等倍（１：１）で第１の像として結像させるように配置される。
【0032】
凹面ミラー１０３は、凹面ミラー１０２で反射されたパルスレーザ光で反射し、凹面ミラー１０４に入射させるように配置される。凹面ミラー１０４は、凹面ミラー１０４で反射したパルスレーザ光をビームスプリッタＢＳ１の第１の面とは反対側の第２の面に入射させるように配置される。凹面ミラー１０３と凹面ミラー１０４とは、第１の像をビームスプリッタＢＳ１の第２の面に等倍で第２の像として結像させるように配置される。
【0033】
４．２ 動作
レーザ発振器１２のチャンバ１２０において放電が発生すると、エキシマレーザガスが励起され、出力結合ミラー１２８とリアミラー１２６とで構成される光共振器によって生成されたパルスレーザ光が出力結合ミラー１２８から出力される。出力結合ミラー１２８から出力されたパルスレーザ光は、ＯＰＳ１００に入射し、ＯＰＳ１００によってパルスレーザ光のパルス幅が伸長される。
レーザ発振器１２のチャンバ１２０において放電が発生すると、エキシマレーザガスが励起され、出力結合ミラー１２８とリアミラー１２６とで構成される光共振器によって生成されたパルスレーザ光が出力結合ミラー１２８から出力される。出力結合ミラー１２８から出力されたパルスレーザ光は、ＯＰＳ１００に入射し、ＯＰＳ１００によってパルスレーザ光のパルス幅が伸長される。
【0034】
すなわち、ＯＰＳ１００に入射したパルスレーザ光は、ビームスプリッタＢＳ１の第１の面に入射する。ビームスプリッタＢＳ１の第１の面に入射したパルスレーザ光のうちの一部は、ビームスプリッタＢＳ１を透過し、遅延光路を周回していない０周回光のパルスレーザ光としてＯＰＳ１００から出力される。なお、０周回光は非周回光と同義であり、「スルー光」とも呼ばれる。
【0035】
一方、ビームスプリッタＢＳ１の第１の面に入射したパルスレーザ光のうち、ビームスプリッタＢＳ１の第１の面で反射されたパルスレーザ光は遅延光路に進入し、凹面ミラー１０１～１０４によって反射される。凹面ミラー１０４からビームスプリッタＢＳ１の第２の面に入射したパルスレーザ光の一部は、ビームスプリッタＢＳ１の第２の面により反射され、遅延光路を１周回した１周回光のパルスレーザ光としてＯＰＳ１００から出力される。この１周回光のパルスレーザ光は、０周回光のパルスレーザ光から遅延時間Δｔ１だけ遅れて出力される。この遅延時間Δｔ１は、ＯＰＳ１００の遅延光路の光路長（周回距離）をＬＯＰＳ、光速をｃとすると、Δｔ１＝ＬＯＰＳ／ｃと表すことができる。
【0036】
凹面ミラー１０４からビームスプリッタＢＳ１の第２の面に入射したパルスレーザ光のうちビームスプリッタＢＳ１を透過したパルスレーザ光は、さらに遅延光路に進入し、４枚の凹面ミラー１０１～１０４により反射されて、ビームスプリッタＢＳ１の第２の面に入射する。そして、ビームスプリッタＢＳ１の第２の面により反射されたパルスレーザ光は、遅延光路を２周回した２周回光のパルスレーザ光としてＯＰＳ１００から出力される。この２周回光のパルスレーザ光は、１周回光のパルスレーザ光から遅延時間Δｔ１だけ遅れて出力される。
【0037】
こうして、光の遅延光路の周回が繰り返されることにより、ＯＰＳ１００からは、０周回光、１周回光、２周回光、３周回光・・・のそれぞれのパルスが重ね合わされたパルスレーザ光が出力される。ＯＰＳ１００から出力される各周回光は、遅延光路の周回数が多くなるほど光強度が低下する。
【0038】
１周回光以降の周回光は、０周回光に対して遅延時間Δｔ１の整数倍だけ遅れてそれぞれ合成されてＯＰＳ１００から出力されることにより、非周回光を含む各周回光のパルス波形が時間差を持って重ね合わされる。こうして、ＯＰＳ１００によってパルスレーザ光のパルス幅が伸長される。
【0039】
ＯＰＳ１００を通過したパルスレーザ光は、モニタモジュール１６を通過して、エキシマレーザ装置１０Ａから出力される。出力結合ミラー１２８から出力されたパルスレーザ光は本開示における「第１のパルスレーザ光」の一例である。ＯＰＳ１００によってパルス幅が伸長されたパルスレーザ光は本開示における「第２のパルスレーザ光」の一例である。
【0040】
図５は、エキシマレーザ装置１０Ａから出力されるパルスレーザ光の波形の例を示すグラフである。横軸は時間を表し、縦軸はインテンシティを表す。図５には、比較のために、比較例に係るエキシマレーザ装置１０から出力されるパルスレーザ光の波形も合わせて示す。ＯＰＳ１００を備えていない比較例に係るエキシマレーザ装置１０から出力されるパルスレーザ光のＴＩＳは、例えば３２ｎｓである。
【0041】
一方で、実施形態１に係るエキシマレーザ装置１０Ａにおいて、例えばＯＰＳ１００のビームスプリッタＢＳ１の反射率を６０％、周回距離を７ｍとすると、エキシマレーザ装置１０Ａから出力されるパルスレーザ光のＴＩＳは約７４ｎｓに伸長される。ＯＰＳ１００から出力されるパルスレーザ光は、非周回光のパルスと、遅延光路を１周回以上周回した各周回光のパルスとが連続して連なるように合成されたパルス波形を有し、合成されたパルス波形の全体が１つの照射パルスとなり得る。
【0042】
図６は、ガラスの微細穴加工における照射パルス数と加工深さとの関係を示すグラフである。横軸は照射パルス数を表し、縦軸は加工深さを表す。ここでは、加工対象のガラスは、板厚５００μｍの無アルカリガラスであり、無アルカリガラスに照射するパルスレーザ光の波長は２４８ｎｍである。無アルカリガラスは、例えばガラスインターポーザやマイクロＬＥＤ（Light-Emitting Diode）ディスプレイなどに用いられる。無アルカリガラスに加工される微細穴は、例えば配線のための貫通穴であってよい。無アルカリガラスにパルスレーザ光を複数回照射することにより、無アルカリガラスに貫通穴を直接加工することができる。
【0043】
図６には、ＴＩＳが３２ｎｓの比較例に係るパルスレーザ光を用いた場合の例と、ＴＩＳが７４ｎｓの実施形態１に係るパルスレーザ光を用いた場合の例とが示されている。図６に示すように、５００μｍの加工深さが得られる照射パルス数は、比較例に係るパルスレーザ光（ＴＩＳ：３２ｎｓ）のときは１２００パルスであるのに対し、実施形態１に係るパルスレーザ光（ＴＩＳ：７４ｎｓ）のときは９００パルスであった。
【0044】
よって、ＴＩＳを３２ｎｓから７４ｎｓに伸長すると、加工レートが向上し、加工に必要なパルス数が２５％減少する効果がある。
【0045】
図７は、無アルカリガラスにパルスレーザ光を１パルス照射したときのガラス表面を観察した結果を示す。図７に示す観察結果の画像において、パルスレーザ光の照射で加工された領域の長径をＤ１、短径をＤ２とし、Ｄ１とＤ２との積をＤ２とする。Ｄ２は、パルスレーザ光の照射で加工された領域の外接矩形の面積に相当する。Ｄ２の計測のために照射されるパルスレーザ光のビーム断面の光強度分布はガウシアンであってよい。
【0046】
図８は、パルスレーザ光のフルエンスと加工された領域の外接矩形の面積との関係を示すグラフである。横軸はフルエンスを表し、縦軸はＤ２を表す。ここで、図８に示すグラフから、Ｄ２が０のときのフルエンスがガラスの加工に必要なフルエンスの閾値（以下、加工閾値という。）になる。
【0047】
図８には、ＴＩＳが３２ｎｓ、６２ｎｓ及び７４ｎｓのそれぞれのパルスレーザ光のフルエンスとＤ２との関係が示されている。ＴＩＳが３２ｎｓのパルスレーザ光を用いたときのフルエンスとＤ２との関係から回帰直線ＲＬ３２が得られる。この回帰直線ＲＬ３２から、ＴＩＳが３２ｎｓのパルスレーザ光のときの加工閾値Ｆｔｈは１８．０Ｊ／ｃｍ２である。
【0048】
同様に、ＴＩＳが６２ｎｓ及び７４ｎｓのそれぞれのパルスレーザ光を用いたときのフルエンスとＤ２との関係から回帰直線ＲＬ６２及び回帰直線ＲＬ７４が得られる。回帰直線ＲＬ６２から、ＴＩＳが６２ｎｓのパルスレーザ光のときの加工閾値Ｆｔｈは１７．０Ｊ／ｃｍ２であり、回帰直線ＲＬ７４から、ＴＩＳが７４ｎｓのパルスレーザ光のときの加工閾値Ｆｔｈは１２．８Ｊ／ｃｍ２であった。
【0049】
よって、ＴＩＳを３２ｎｓから６２ｎｓに伸長すると、加工に必要なフルエンスが６％減少するため、同じパルスエネルギの場合、加工面積を６％大きくできる効果がある。また、ＴＩＳを３２ｎｓから７４ｎｓに伸長すると、加工に必要なフルエンスが２９％減少するため、同じパルスエネルギの場合、加工面積を２９％大きくできる効果がある。
【0050】
４．３ ロングパルスのパルスレーザ光の加工レートが高い要因
比較例に係るパルスレーザ光（ＴＩＳ：３２ｎｓ）に比べてパルス幅が伸長されたロングパルスのパルスレーザ光の方が加工レートが高い要因を調査するために、ガラス吸収量の時間変化を計測した。
比較例に係るパルスレーザ光（ＴＩＳ：３２ｎｓ）に比べてパルス幅が伸長されたロングパルスのパルスレーザ光の方が加工レートが高い要因を調査するために、ガラス吸収量の時間変化を計測した。
【0051】
図９は、ガラス吸収量の時間変化を計測する際の試験セットアップの説明図である。ここでは、波長２４８ｎｍのパルスレーザ光を使用し、集光レンズ５２を介して加工対象物であるガラスＧＬにパルスレーザ光を照射して、その透過光の光強度（透過光量）を波形センサ５４で計測した例を示す。ガラスＧＬは、無アルカリガラスである。波形センサ５４としてバイプラナ光電管を用いた。
【0052】
加工対象物であるガラスＧＬをパルスレーザ光の光路軸方向に移動させて集光レンズ５２とガラスＧＬとの相対距離を変えることによりデフォーカス量を変更し、フルエンスを変更して計測を実施した。デフォーカス時は、フルエンスが加工閾値に満たない低フルエンスの条件である。デフォーカス時に観測される透過光量の時間変化は、ガラスＧＬに照射されるパルスレーザ光のインテンシティの時間変化を示すものに相当すると理解してよい。
【0053】
図１０は、波形センサ５４によって計測されたガラスＧＬの透過光量の時間変化を示すグラフである。図１０中のグラフＧ１は、ガラス加工時の１パルス目の透過光量の時間変化である。グラフＧ２は、ガラス加工時の２パルス目の透過光量の時間変化である。グラフＧｄｆは、デフォーカス時（非加工時）の透過光量の時間変化である。
【0054】
図１０によれば、加工閾値以上の高フルエンスでの透過光量は、加工閾値よりも低い低フルエンスでの透過光量の約１０％である。このことから、加工のためにガラスＧＬにエネルギが吸収されていると理解される。
【0055】
また、グラフＧ１とグラフＧ２とを比較すると明らかなように、高フルエンスの１パルス目先頭部分のみ透過光量が大きい。これは、１パルス目先頭部分以降、ガラスＧＬに変質が発生し、光吸収量が増加しているためと考えられる。
【0056】
図１１は、加工時における２パルス目以降の透過光量の時間変化とデフォーカス時の透過光量の時間変化とを比較したグラフである。なお、デフォーカス時の透過光量は、入射光量と見做すことができる。図１１中のグラフＧ２１は、ガラス加工時の２パルス目の透過光量の時間変化である。
【0057】
ガラス吸収係数が一定であれば、両者の波形は同じ形になると考えられるが、図１１に示すとおり、両者は同じ波形ではない。これはガラスＧＬによる光吸収量がパルス中に変化していることを示している。なお、図１１では、２パルス目の透過光量のグラフを示すが、３パルス目以降も２パルス目と同様の時間変化を示す。
【0058】
図１２は、２パルス目以降の透過光量／入射光量の比をグラフ化したものである。ここでいう入射光量は、デフォーカス時の透過光量であってよい。透過光量／入射光量の比を「透過光量比」という。図１２に示すように、パルスの立ち上がりから５ｎｓ程度は透過光量比が大きい。つまり、ガラスＧＬによる吸収光量が小さい。これは、パルスの立ち上がりから最初の５ｎｓまでの期間は加工への寄与が小さいと考えられ、ロングパルスの加工レートが大きい結果と整合する。つまり、図１２のグラフから、加工レートの向上には、透過光量比が小さくなる（吸収光量が大きくなる）５ｎｓ以降の光エネルギの寄与が重要であるとの知見が得られた。
【0059】
また、２パルス目に限らず、３パルス目以降についても、図１２と同様の現象が観察されることから、加工対象物としてのガラスＧＬに繰り返し照射される複数パルスのそれぞれのビーム先頭でガラスＧＬの状態が２パルス目の状態にリセットしていると考えられる。
【0060】
レーザによるガラスの穴あけ加工の技術分野では、レーザ光のパルス幅を小さくすることが有益であると考えられているが、図１２の結果が示すように、ガラスＧＬの透過光量比が小さい状態は照射パルスの立ち下がり終端後の極めて短時間にリセットされることに鑑みると、パルス幅を小さくすることは、透過光量比が大きい状態においてエネルギを投入することを意味しており、加工レートの向上にはつながりにくい。
【0061】
図１０～図１２に基づく知見から、ガラスＧＬの透過光量比が小さい状態において照射されるパルスレーザ光のエネルギが加工レートの向上に寄与すると理解される。このため、ＯＰＳ１００から出力される各周回光のパルスは、それぞれが完全に分離した（独立した）複数のパルスとならずに、先行パルスとこれに続く後続パルスとの一部が重なり合って連なり、非周回光を含む複数の周回光のパルスが合成された合成波形の全体で１つのパルスが構成されることが好ましい。つまり、ＯＰＳ１００から出力される合成波形としての１つのパルスの途中においてエネルギが０になる期間が存在しないことが好ましい。
【0062】
４．４ ＯＰＳ周回距離とＴＩＳとの関係
図１３は、ＯＰＳ１００の周回距離を変えた場合に出力されるパルスレーザ光の波形の例を示すグラフである。横軸は時間を表し、縦軸はインテンシティを表す。図１３には、周回距離が７ｍのＯＰＳから出力されるパルスレーザ光の波形ＰＷ７と、周回距離が１４ｍのＯＰＳから出力されるパルスレーザ光の波形ＰＷ１４とが示されている。また、図１３には、参考のために、ＯＰＳなしの比較例に係るエキシマレーザ装置１０から出力されたパルスレーザ光の波形ＰＷ０も合わせて表示した。
図１３は、ＯＰＳ１００の周回距離を変えた場合に出力されるパルスレーザ光の波形の例を示すグラフである。横軸は時間を表し、縦軸はインテンシティを表す。図１３には、周回距離が７ｍのＯＰＳから出力されるパルスレーザ光の波形ＰＷ７と、周回距離が１４ｍのＯＰＳから出力されるパルスレーザ光の波形ＰＷ１４とが示されている。また、図１３には、参考のために、ＯＰＳなしの比較例に係るエキシマレーザ装置１０から出力されたパルスレーザ光の波形ＰＷ０も合わせて表示した。
【0063】
図１４は、ＯＰＳ周回距離と、出力されるパルスレーザ光のＴＩＳと、パルスの立ち上がりから５ｎｓ以降４００ｎｓまでのエネルギの比率との関係をまとめた図表である。図１４における「ＯＰＳ－Ｒ」とはビームスプリッタＢＳ１の反射率を表す。図１４には、ＯＰＳ１００の周回距離が７ｍ、１４ｍ及び２１ｍのそれぞれの例が示されている。「エネルギの比率」とは、パルスレーザ光の立ち上がりから立ち下がり（パルス終端）までの期間を含む４００ｎｓまでのパルスエネルギに対して、パルスの立ち上がりから５ｎｓ以降４００ｎｓまでのエネルギが占める割合（比率）である。図１４に示すとおり、ＯＰＳ１００の周回距離を長くすることにより、ＴＩＳを伸長することができる。ＯＰＳ１００の周回距離を１４ｍあるいは２１ｍと長くすることにより、ＴＩＳを９７ｎｓまで伸長することができる。またパルスの立ち上がりから５ｎｓ以降４００ｎｓまでのエネルギの比率を９５％まで上げることができる。
【0064】
ここで「４００ｎｓ」という終端時間は、パルスレーザ光のエネルギが０になるのに十分な時間という観点から定められている。ＯＰＳ１００の具体的構成などに依存してＯＰＳ１００から出力されるパルスレーザ光のパルス波形は異なり、パルスの立ち上がり後、そのパルス波形によりエネルギが０になる時間は異なる。様々なパルス波形が想定されるが実用的な構成を踏まえると、パルスの立ち上がりから遅くとも４００ｎｓまでにはパルスレーザ光のエネルギが０になり得る。本開示ではパルスの立ち上がりから５ｎｓ以降４００ｎｓまでのエネルギの比率を求めることで、パルスの立ち上がりから５ｎｓ以降パルス終端までのエネルギの比率を評価している。
【0065】
４．５ ＯＰＳ内のビームスプリッタの反射率とＴＩＳとの関係
図１５は、ＯＰＳ１００内のビームスプリッタＢＳ１の反射率を変えた場合に出力されるパルスレーザ光のＴＩＳの計算結果と、パルスの立ち上がりから５ｎｓ以降４００ｎｓまでのエネルギの比率とを示す図表である。図１５中の反射率４０％、ＴＩＳが６２ｎｓである条件は、図６で説明したＴＩＳが６２ｎｓの条件に相当するものである。また、図１５中の反射率６０％、ＴＩＳが７４ｎｓである条件は、図６で説明したＴＩＳが７４ｎｓの条件に相当するものである。
図１５は、ＯＰＳ１００内のビームスプリッタＢＳ１の反射率を変えた場合に出力されるパルスレーザ光のＴＩＳの計算結果と、パルスの立ち上がりから５ｎｓ以降４００ｎｓまでのエネルギの比率とを示す図表である。図１５中の反射率４０％、ＴＩＳが６２ｎｓである条件は、図６で説明したＴＩＳが６２ｎｓの条件に相当するものである。また、図１５中の反射率６０％、ＴＩＳが７４ｎｓである条件は、図６で説明したＴＩＳが７４ｎｓの条件に相当するものである。
【0066】
図１６は、ＯＰＳ１００内のビームスプリッタＢＳ１の反射率を変えた場合に出力されるパルスレーザ光の波形の例を示すグラフである。横軸は時間を表し、縦軸はインテンシティを表す。図１６には、ビームスプリッタＢＳ１の反射率が４０％であるＯＰＳから出力されるパルスレーザ光の波形ＰＷＲ４０と、ビームスプリッタＢＳ１の反射率が６０％であるＯＰＳから出力されるパルスレーザ光の波形ＰＷＲ６０と、ビームスプリッタＢＳ１の反射率が９０％であるＯＰＳから出力されるパルスレーザ光の波形ＰＷＲ９０とが示されている。また、図１６には、参考のために、ＯＰＳなしの比較例に係るエキシマレーザ装置１０から出力されたパルスレーザ光の波形ＰＷ０も合わせて表示した。
【0067】
【0068】
ＯＰＳ１００内のビームスプリッタＢＳ１の反射率を４０％よりもさらに大きくすることにより、ＴＩＳを７４ｎｓまで伸長することができる。また、ＯＰＳ１００内のビームスプリッタＢＳ１の反射率を４０％以上に大きくすることにより、パルスの立ち上がりから５ｎｓ以降４００ｎｓまでのエネルギの比率を９１％以上９９％まで上げることができる。
【0069】
４．６ 効果
図６で説明したグラフのＴＩＳの条件を、パルスの立ち上がりから５ｎｓ以降４００ｎｓまでのエネルギの比率の条件に置き換えて考察すると明らかなように、パルスの立ち上がりから５ｎｓ以降４００ｎｓまでのエネルギの比率が９１％以上のパルスレーザ光を無アルカリガラスに照射することにより、加工レートを向上させることができる。
図６で説明したグラフのＴＩＳの条件を、パルスの立ち上がりから５ｎｓ以降４００ｎｓまでのエネルギの比率の条件に置き換えて考察すると明らかなように、パルスの立ち上がりから５ｎｓ以降４００ｎｓまでのエネルギの比率が９１％以上のパルスレーザ光を無アルカリガラスに照射することにより、加工レートを向上させることができる。
【0070】
４．７ 変形例
実施形態１で説明したＯＰＳ１００は、４枚の凹面ミラー１０１～１０４によって遅延光路が構成される形態であるが、ＯＰＳの構成はこの例に限らない。例えば、６枚の凹面ミラーによって遅延光路を構成する形態も可能であるし、８枚以上の凹面ミラーによって遅延光路を構成する形態も可能である。
実施形態１で説明したＯＰＳ１００は、４枚の凹面ミラー１０１～１０４によって遅延光路が構成される形態であるが、ＯＰＳの構成はこの例に限らない。例えば、６枚の凹面ミラーによって遅延光路を構成する形態も可能であるし、８枚以上の凹面ミラーによって遅延光路を構成する形態も可能である。
【0071】
【0072】
エキシマレーザ装置１０Ｂは、レーザ発振器１２とモニタモジュール１６との間の光路上に複数段のＯＰＳ１００、２００を含む。エキシマレーザ装置１０Ｂは、ＯＰＳ１００とモニタモジュール１６との間の光路上にＯＰＳ２００が配置される。
【0073】
ＯＰＳ２００は、ビームスプリッタＢＳ２と、４枚の凹面ミラー２０１～２０４とを含む。ＯＰＳ２００の構成は、図４で説明したＯＰＳ１００の構成と同様であってよい。ＯＰＳ２００の周回距離は、ＯＰＳ１００の周回距離と同じであってもよいし、異なるものであってもよい。
【0074】
５．２ 動作
ＯＰＳ１００から出力されたパルスレーザ光は、ＯＰＳ２００に入射する。ＯＰＳ２００に入射したパルスレーザ光はＯＰＳ２００によってさらにパルス幅が伸長される。ＯＰＳ２００の動作はＯＰＳ１００と同様である。ＯＰＳ２００のビームスプリッタＢＳ２と凹面ミラー２０１～２０４とのそれぞれの役割は、ＯＰＳ１００の対応する要素と同様である。
ＯＰＳ１００から出力されたパルスレーザ光は、ＯＰＳ２００に入射する。ＯＰＳ２００に入射したパルスレーザ光はＯＰＳ２００によってさらにパルス幅が伸長される。ＯＰＳ２００の動作はＯＰＳ１００と同様である。ＯＰＳ２００のビームスプリッタＢＳ２と凹面ミラー２０１～２０４とのそれぞれの役割は、ＯＰＳ１００の対応する要素と同様である。
【0075】
パルスレーザ光の光路上に光パルスストレッチャ１００、２００を直接に複数段配置することにより、ＴＩＳをさらに伸ばすことができる。ここでは、ＯＰＳを２段配置する構成を例示するが、ＯＰＳの段数は２段に限らず、３段以上とすることも可能である。
【0076】
５．３ ＯＰＳの段数とパルス波形とＴＩＳとの関係
図１８は、ＯＰＳの段数を変えた場合に出力されるパルスレーザ光の波形の例を示すグラフである。横軸は時間を表し、縦軸はインテンシティを表す。図１８には、ＯＰＳを１段配置した構成（周回距離が７ｍ）から出力されるパルスレーザ光の波形ＰＷＳ１と、ＯＰＳを２段配置した構成（周回距離が７ｍ＋１４ｍ）から出力されるパルスレーザ光の波形ＰＷＳ２と、ＯＰＳを３段配置した構成（周回距離が７ｍ＋１４ｍ＋２１ｍ）から出力されるパルスレーザ光の波形ＰＷＳ３とが示されている。また、図１８には、参考のために、ＯＰＳなしの比較例に係るエキシマレーザ装置１０から出力されたパルスレーザ光の波形ＰＷ０も合わせて表示した。
図１８は、ＯＰＳの段数を変えた場合に出力されるパルスレーザ光の波形の例を示すグラフである。横軸は時間を表し、縦軸はインテンシティを表す。図１８には、ＯＰＳを１段配置した構成（周回距離が７ｍ）から出力されるパルスレーザ光の波形ＰＷＳ１と、ＯＰＳを２段配置した構成（周回距離が７ｍ＋１４ｍ）から出力されるパルスレーザ光の波形ＰＷＳ２と、ＯＰＳを３段配置した構成（周回距離が７ｍ＋１４ｍ＋２１ｍ）から出力されるパルスレーザ光の波形ＰＷＳ３とが示されている。また、図１８には、参考のために、ＯＰＳなしの比較例に係るエキシマレーザ装置１０から出力されたパルスレーザ光の波形ＰＷ０も合わせて表示した。
【0077】
図１９は、ＯＰＳの段数を変えた場合に出力されるパルスレーザ光のＴＩＳと、パルスの立ち上がりから５ｎｓ以降４００ｎｓまでのエネルギの比率とのそれぞれの計算結果を示す図表である。なお、ここでは、１段目のＯＰＳ１００の周回距離は７ｍであり、２段目のＯＰＳ２００の周回距離は１４ｍであり、図示しない３段目のＯＰＳの周回距離は２１ｍである場合を例示するが、それぞれの段におけるＯＰＳの周回距離はこの例に限らず様々な形態があり得る。
【0078】
【0079】
また、ＯＰＳを３段配置することにより、ＴＩＳは２５９ｎｓまで伸長され、パルスの立ち上がりから５ｎｓ以降４００ｎｓまでのエネルギの比率は９９％まで向上する。
【0080】
このように、ＯＰＳを１段以上配置する構成を採用することによりＴＩＳが伸長され、パルスの立ち上がりから５ｎｓ以降４００ｎｓまでのエネルギの比率を高めることができ、その結果、加工レートが向上する。
【0081】
なお、ＯＰＳの段数を３段以上に増やすとエネルギの損失が大きく増加するため、ＯＰＳの段数は１段又は２段であることが好ましい。
【0082】
５．４ 効果
実施形態２に係るガラスの加工方法によれば、実施形態１よりもさらにパルス幅を伸長することが可能であり、パルス立ち上がりから５ｎｓ以降４００ｎｓまでのエネルギの比率を高めることができるため、加工レートが一層向上する。
実施形態２に係るガラスの加工方法によれば、実施形態１よりもさらにパルス幅を伸長することが可能であり、パルス立ち上がりから５ｎｓ以降４００ｎｓまでのエネルギの比率を高めることができるため、加工レートが一層向上する。
【0083】
６．実施形態３
６．１ 構成
図２０は、実施形態３に係るレーザ装置１０Ｃの構成を概略的に示す。図２０に示す構成について、図３と異なる点を説明する。図３ではパルスレーザ光を出力するレーザ装置としてエキシマレーザ装置１０Ａを例示したが、図２０に示す実施形態３では、エキシマレーザ装置１０Ａに代えて、固体レーザの第４高調波光を出力するレーザ装置１０Ｃが用いられる。
６．１ 構成
図２０は、実施形態３に係るレーザ装置１０Ｃの構成を概略的に示す。図２０に示す構成について、図３と異なる点を説明する。図３ではパルスレーザ光を出力するレーザ装置としてエキシマレーザ装置１０Ａを例示したが、図２０に示す実施形態３では、エキシマレーザ装置１０Ａに代えて、固体レーザの第４高調波光を出力するレーザ装置１０Ｃが用いられる。
【0084】
レーザ装置１０Ｃは、図３のレーザ発振器１２に代えて、固体レーザ装置１２Ｃと、波長変換部１３とを含む。固体レーザ装置１２Ｃは、例えば、発振波長が１０３０ｎｍ又は１０６４ｎｍのＹＡＧレーザ装置であってよい。
【0085】
波長変換部１３は、固体レーザ装置１２ＣとＯＰＳ１００との間の光路上に配置される。なお、波長変換部１３は、ＯＰＳ１００とモニタモジュール１６との間の光路上に配置されてもよいが、エネルギ効率の観点から、図２０のように、ＯＰＳ１００の前段に配置されることが好ましい。
【0086】
波長変換部１３は、２つの第２高調波発生（ＳＨＧ）結晶又は１つの第４高調波発生（ＦＨＧ）結晶を含む構成であってよい。波長変換部１３に配置される非線形光学結晶は、例えばＬＢＯ（ＬｉＢ３Ｏ５）結晶やＣＬＢＯ（ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０）結晶であってもよい。固体レーザ装置１２Ｃと波長変換部１３との組み合わせは本開示における「レーザ発振器」の一例である。
【0087】
６．２ 動作
固体レーザ装置１２Ｃから出力されたパルスレーザ光は、波長変換部１３で１０３０ｎｍの第４高調波の波長２５７．５ｎｍ、又は１０６４ｎｍの第４高調波の波長２６６ｎｍのパルスレーザ光に変換される。
固体レーザ装置１２Ｃから出力されたパルスレーザ光は、波長変換部１３で１０３０ｎｍの第４高調波の波長２５７．５ｎｍ、又は１０６４ｎｍの第４高調波の波長２６６ｎｍのパルスレーザ光に変換される。
【0088】
波長変換部１３から出力されたパルスレーザ光はＯＰＳ１００によってパルス幅が伸長される。
【0089】
６．３ 効果
実施形態３に係るレーザ装置１０Ｃによれば、ＫｒＦエキシマレーザ装置の発振波長である２４８ｎｍと概ね同等の紫外波長である２５７．５ｎｍ又は２６６ｎｍのパルスレーザ光が得られるため、実施形態１と同等の効果が得られる。
実施形態３に係るレーザ装置１０Ｃによれば、ＫｒＦエキシマレーザ装置の発振波長である２４８ｎｍと概ね同等の紫外波長である２５７．５ｎｍ又は２６６ｎｍのパルスレーザ光が得られるため、実施形態１と同等の効果が得られる。
【0090】
７．実施形態４
７．１ 構成
図２１は、実施形態４に係るレーザシステム１０Ｄの構成を概略的に示す。図２１に示す構成について、図３と異なる点を説明する。図３ではパルスレーザ光を出力するレーザ装置としてエキシマレーザ装置１０Ａを例示したが、図２１に示す実施形態４では、エキシマレーザ装置１０Ａに代えて、複数のレーザ発振器４１、４２、４３を含むレーザシステム１０Ｄが用いられる。なお、図２１では、３台のレーザ発振器４１、４２、４３を備える形態を例示するが、レーザ発振器の台数は３台に限らず、２台以上の適宜の台数を備える構成を採用し得る。
７．１ 構成
図２１は、実施形態４に係るレーザシステム１０Ｄの構成を概略的に示す。図２１に示す構成について、図３と異なる点を説明する。図３ではパルスレーザ光を出力するレーザ装置としてエキシマレーザ装置１０Ａを例示したが、図２１に示す実施形態４では、エキシマレーザ装置１０Ａに代えて、複数のレーザ発振器４１、４２、４３を含むレーザシステム１０Ｄが用いられる。なお、図２１では、３台のレーザ発振器４１、４２、４３を備える形態を例示するが、レーザ発振器の台数は３台に限らず、２台以上の適宜の台数を備える構成を採用し得る。
【0091】
レーザシステム１０Ｄは、複数のレーザ発振器４１、４２、４３と、遅延回路５０と、モニタモジュール１６と、レーザ制御部２０Ｄと、高反射ミラー７１、７２と、ナイフエッジミラー８１、８２とを含む。高反射ミラー７１、７２と、ナイフエッジミラー８１、８２とにより構成される伝搬光学系は本開示における「伝搬光学系」の一例である。高反射ミラー７１は本開示における「第１のミラー」の一例であり、高反射ミラー７２は本開示における「第２のミラー」の一例である。ナイフエッジミラー８１は本開示における「第１のナイフエッジミラー」の一例であり、ナイフエッジミラー８２は本開示における「第２のナイフエッジミラー」の一例である。
【0092】
レーザ発振器４１、４２、４３のそれぞれは、例えば、図３のレーザ発振器１２と同様の構成であってもよいし、又は図２０に示すようなＹＡＧレーザなどの固体レーザ装置１２Ｃと第４高調波を生成する波長変換部１３とを備えるレーザ発振器であってもよい。また、それぞれのレーザ発振器４１、４２、４３の光路上に図示しない光パルスストレッチャが１段以上配置されてもよい。
【0093】
高反射ミラー７１とナイフエッジミラー８１とは、レーザ発振器４１から出力された第１のパルスレーザ光ＰＬ１の光路上に配置される。高反射ミラー７１は第１のパルスレーザ光ＰＬ１を反射し、ナイフエッジミラー８１に入射させるように配置される。ナイフエッジミラー８１は、高反射ミラー７１を介して入射した第１のパルスレーザ光ＰＬ１を反射し、反射した第１のパルスレーザ光ＰＬ１の光路軸がレーザ発振器４２から出力される第２のパルスレーザ光ＰＬ２の光路軸と平行となるように配置される。
【0094】
高反射ミラー７２とナイフエッジミラー８２とは、レーザ発振器４３から出力された第３のパルスレーザ光ＰＬ３の光路上に配置される。高反射ミラー７２は第３のパルスレーザ光ＰＬ３を反射し、ナイフエッジミラー８２に入射させるように配置される。ナイフエッジミラー８２は、高反射ミラー７２を介して入射した第３のパルスレーザ光ＰＬ３を反射し、反射した第３のパルスレーザ光ＰＬ３の光路軸が第２のパルスレーザ光ＰＬ２の光路軸と平行となるように配置される。
【0095】
ナイフエッジミラー８１、８２を通過した第１のパルスレーザ光ＰＬ１、第２のパルスレーザ光ＰＬ２及び第３のパルスレーザ光ＰＬ３は、互いに平行な光路上を進み、モニタモジュール１６内のビームスプリッタ１６２でそれぞれの一部が反射され、集光レンズ１６３を透過後に光センサ１６４に入射する。
【0096】
遅延回路５０は、レーザ制御部２０Ｄから各レーザ発振器４１、４２、４３の発光遅延時間を受信して、それぞれの発光遅延時間に応じた発光タイミングで各レーザ発振器４１、４２、４３に発光トリガ信号を出力するように構成されている。
【0097】
レーザ発振器４１は本開示における「第１のレーザ発振器」の一例である。レーザ発振器４２は本開示における「第２のレーザ発振器」の一例である。レーザ発振器４３は本開示における「第３のレーザ発振器」の一例である。レーザ発振器４１、４２、４３のそれぞれを図２１及び図２２において「レーザ発振器１」、「レーザ発振器２」、「レーザ発振器３」と表記する。
【0098】
７．２ 動作
図２２は、レーザシステム１０Ｄの動作の例を示すフローチャートである。ステップＳ１１において、レーザ制御部２０Ｄは、複数のレーザ発振器４１、４２、４３のそれぞれから出力されるパルスレーザ光の遅延時間を設定し、遅延回路５０に送信する。第１のパルスレーザ光ＰＬ１の遅延時間（第１の遅延時間）をＴｄ１、第２のパルスレーザ光ＰＬ２の遅延時間（第２の遅延時間）をＴｄ２、第３のパルスレーザ光ＰＬ３の遅延時間（第３の遅延時間）をＴｄ３とすると、レーザ制御部２０Ｄは、例えば、Ｔｄ１＝３０ｎｓ、Ｔｄ２＝５０ｎｓ、Ｔｄ３＝７０ｎｓのように設定する。
図２２は、レーザシステム１０Ｄの動作の例を示すフローチャートである。ステップＳ１１において、レーザ制御部２０Ｄは、複数のレーザ発振器４１、４２、４３のそれぞれから出力されるパルスレーザ光の遅延時間を設定し、遅延回路５０に送信する。第１のパルスレーザ光ＰＬ１の遅延時間（第１の遅延時間）をＴｄ１、第２のパルスレーザ光ＰＬ２の遅延時間（第２の遅延時間）をＴｄ２、第３のパルスレーザ光ＰＬ３の遅延時間（第３の遅延時間）をＴｄ３とすると、レーザ制御部２０Ｄは、例えば、Ｔｄ１＝３０ｎｓ、Ｔｄ２＝５０ｎｓ、Ｔｄ３＝７０ｎｓのように設定する。
【0099】
レーザ制御部２０Ｄは、第１のパルスレーザ光ＰＬ１、第２のパルスレーザ光ＰＬ２及び第３のパルスレーザ光ＰＬ３を合成した合成パルスレーザ光におけるパルスの立ち上がりから５ｎｓ以降４００ｎｓまでのエネルギの比率が９１％以上９９％以下になるように、それぞれの遅延時間Ｔｄ１、Ｔｄ２、Ｔｄ３を設定することが好ましい。それぞれの遅延時間はＴｄ１＜Ｔｄ２＜Ｔｄ３の関係を満たすように設定されてよい。
【0100】
次いで、ステップＳ１２において、レーザ制御部２０Ｄは、複数のレーザ発振器４１、４２、４３のそれぞれから出力されるパルスレーザ光の目標パルスエネルギを設定する。第１のパルスレーザ光ＰＬ１の目標パルスエネルギ（第１の目標パルスエネルギ）をＥ１、第２のパルスレーザ光ＰＬ２の目標パルスエネルギ（第２の目標パルスエネルギ）をＥ２、第３のパルスレーザ光ＰＬ３の目標パルスエネルギ（第３の目標パルスエネルギ）をＥ３とすると、レーザ制御部２０Ｄは、例えば、Ｅ１＝７０ｍＪ、Ｅ２＝１００ｍＪ、Ｅ３＝１００ｍＪのように設定する。それぞれの目標パルスエネルギはＥ１＜Ｅ２≦Ｅ３の関係を満たすように設定されてよい。
【0101】
次いで、ステップＳ１３において、レーザ制御部２０Ｄは、遅延回路５０に発光トリガ信号を送信する。
【0102】
次いで、ステップＳ１４において、遅延回路５０は、遅延時間の設定に従い各レーザ発振器４１、４２、４３に発光トリガ信号を送信する。
【0103】
次いで、ステップＳ１５において、レーザ制御部２０Ｄは、加工対象物に対する加工を完了したか否かを判定する。ステップＳ１５の判定結果がＮｏ判定である場合、レーザ制御部２０ＤはステップＳ１３に戻る。一方、ステップＳ１５の判定結果がＹｅｓ判定である場合、レーザ制御部２０Ｄは図２２のフローチャートを終了する。
【0104】
図２３は、レーザシステム１０Ｄにおける複数のレーザ発振器４１、４２、４３からそれぞれ出力されるパルスレーザ光の遅延時間の説明図である。図１０～図１２を用いて考察したとおり、ガラスＧＬにパルスレーザ光を複数パルス照射して微細穴を加工する場合、指定の繰り返し周波数で複数回照射されるパルスのそれぞれのビーム先頭でガラスＧＬの状態がリセットしていると考えられる。したがって、図２３に示すように、複数のレーザ発振器４１、４２、４３からそれぞれ異なるタイミングで出力される複数のパルスレーザ光は、ガラスＧＬの透過光量比が小さい状態がリセットしない状態で、後続パルスが連続して照射されるように、連続するパルス同士の一部が重なり合って連なることが好ましい。すなわち、各遅延時間Ｔｄ１、Ｔｄ２、Ｔｄ３は、後続パルスが先行パルスの一部と重なるように設定されることが好ましい。
【0105】
図２４は、複数のレーザ発振器４１、４２、４３のそれぞれから出力されるパルスレーザ光の１パルス分のパルス波形の例を示す。図２４の上段に示すパルス波形ＰＷ１は、レーザ発振器４１から出力される第１のパルスレーザ光ＰＬ１のパルス波形の例である。図２４の中段に示すパルス波形ＰＷ２は、レーザ発振器４２から出力される第２のパルスレーザ光ＰＬ２のパルス波形の例である。図２４の下段に示すパルス波形ＰＷ３は、レーザ発振器４３から出力される第３のパルスレーザ光ＰＬ３のパルス波形の例である。
【0106】
第１のパルスレーザ光ＰＬ１のパルス波形ＰＷ１は本開示における「第１のパルス」の一例である。第２のパルスレーザ光ＰＬ２のパルス波形ＰＷ２は本開示における「第２のパルス」の一例である。第３のパルスレーザ光ＰＬ３のパルス波形ＰＷ３は本開示における「第３のパルス」の一例である。
【0107】
第１のパルスレーザ光ＰＬ１のパルス波形ＰＷ１におけるパルスの立ち上がりから立ち下がりまでのパルス持続時間をＤｕ１、第２のパルスレーザ光ＰＬ２のパルス波形ＰＷ２におけるパルスの立ち上がりから立ち下がりまでのパルス持続時間をＤｕ２、第３のパルスレーザ光ＰＬ３のパルス波形ＰＷ３におけるパルスの立ち上がりから立ち下がりまでのパルス持続時間をＤｕ３とすると、次のような関係を満たすことが好ましい。
【0108】
Ｔｄ２＜（Ｔｄ１＋Ｄｕ１）
Ｔｄ３＜（Ｔｄ２＋Ｄｕ２）
このように、連続する複数のパルスにおいて、後続パルスが先行パルスの一部と重なることにより、これら複数のパルスが合成された合成波形の全体でＴｄ３＋Ｄｕ３－Ｔｄ１のパルス持続時間を持つ合成パルスレーザ光を生成し得る。既述した図６～図１２の内容によれば、合成パルスレーザ光のＴＩＳが６２ｎｓ以上であることが好ましい。また、Ｄｕ１＞５ｎｓを満たし、かつＴｄ２－Ｔｄ１＞５ｎｓを満たすことが好ましい。
Ｔｄ３＜（Ｔｄ２＋Ｄｕ２）
このように、連続する複数のパルスにおいて、後続パルスが先行パルスの一部と重なることにより、これら複数のパルスが合成された合成波形の全体でＴｄ３＋Ｄｕ３－Ｔｄ１のパルス持続時間を持つ合成パルスレーザ光を生成し得る。既述した図６～図１２の内容によれば、合成パルスレーザ光のＴＩＳが６２ｎｓ以上であることが好ましい。また、Ｄｕ１＞５ｎｓを満たし、かつＴｄ２－Ｔｄ１＞５ｎｓを満たすことが好ましい。
【0109】
ナイフエッジミラー８１、８２によってパルス波形ＰＷ１、パルス波形ＰＷ２及びパルス波形ＰＷ３が合成されて得られる合成パルスレーザ光は本開示における「合成パルスレーザ光」の一例である。
【0110】
７．３ 効果
実施形態４に係るレーザシステム１０Ｄによれば、複数のレーザ発振器４１、４２、４３から出力される複数のパルスレーザ光を合成することにより、パルスの立ち上がりから５ｎｓ以降４００ｎｓまでのエネルギの比率が９１％以上９９％以下の合成パルスレーザ光を得ることができ、実施形態１～３と同等の効果が得られる。
実施形態４に係るレーザシステム１０Ｄによれば、複数のレーザ発振器４１、４２、４３から出力される複数のパルスレーザ光を合成することにより、パルスの立ち上がりから５ｎｓ以降４００ｎｓまでのエネルギの比率が９１％以上９９％以下の合成パルスレーザ光を得ることができ、実施形態１～３と同等の効果が得られる。
【0111】
８．パルスレーザ光の好ましい条件の例
実施形態１～４で説明したように、パルスレーザ光のＴＩＳについて好ましい範囲は、６２ｎｓ以上２５９ｎｓ以下であり、さらに好ましい範囲は６２ｎｓ以上１５５ｎｓ以下であり、さらに好ましくは６２ｎｓ以上７４ｎｓ以下である。
実施形態１～４で説明したように、パルスレーザ光のＴＩＳについて好ましい範囲は、６２ｎｓ以上２５９ｎｓ以下であり、さらに好ましい範囲は６２ｎｓ以上１５５ｎｓ以下であり、さらに好ましくは６２ｎｓ以上７４ｎｓ以下である。
【0112】
また、パルスの立ち上がりから５ｎｓ以降４００ｎｓまでのエネルギの比率について好ましい範囲は９１％以上９９％以下であり、さらに好ましくは９１％以上９５％以下である。
【0113】
９．パルスレーザ光の波長について
波長２４８ｎｍから２６６ｎｍの範囲のパルスレーザ光について、上述のとおりパルスの立ち上がりから５ｎｓ以降４００ｎｓまでのエネルギの比率を９１％以上にすることで加工レートの向上が確認された。
波長２４８ｎｍから２６６ｎｍの範囲のパルスレーザ光について、上述のとおりパルスの立ち上がりから５ｎｓ以降４００ｎｓまでのエネルギの比率を９１％以上にすることで加工レートの向上が確認された。
【0114】
一方で、ＡｒＦエキシマレーザ装置（波長１９３ｎｍ）を用いた場合には、パルス幅（ＴＩＳ）を変化させても加工レートに顕著な変化は確認されなかった。
【0115】
波長２４８ｎｍよりも短い波長の範囲あるいは波長２６６ｎｍよりも長い波長の範囲において、波長２４８ｎｍ～２６６ｎｍと同様に加工レートの向上が期待される波長が存在する可能性は推定されるものの、その波長条件を実証的に確認するには至っていない。
【0116】
現時点の知見では、少なくとも、ＫｒＦエキシマレーザ装置（波長２４８ｎｍ）などに代表される波長２４８ｎｍから２６６ｎｍの範囲のパルスレーザ光を無アルカリガラスに照射して加工を行うという条件の組み合わせにおいて特有の現象が起きていると考えることができる。本開示の技術はこのような新たな知見に基づき、特定の波長範囲（２４８ｎｍ～２６６ｎｍ）のパルスレーザ光を用いて加工レートの向上を実現した。
【0117】
１０．レーザ制御部のハードウェア構成について
レーザ制御部２０、２０Ｄは、１つ以上のプロセッサを用いて実現することが可能である。プロセッサとは、制御プログラムが記憶された記憶装置と、制御プログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）とを含む処理装置である。プロセッサは本開示に含まれる各種処理を実行するために特別に構成又はプログラムされている。
レーザ制御部２０、２０Ｄは、１つ以上のプロセッサを用いて実現することが可能である。プロセッサとは、制御プログラムが記憶された記憶装置と、制御プログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）とを含む処理装置である。プロセッサは本開示に含まれる各種処理を実行するために特別に構成又はプログラムされている。
【0118】
記憶装置は、有体物たる非一時的なコンピュータ可読媒体であり、例えば、主記憶装置であるメモリ及び補助記憶装置であるストレージを含む。コンピュータ可読媒体は、例えば、半導体メモリ、ハードディスクドライブ（Hard Disk Drive：ＨＤＤ）装置、若しくはソリッドステートドライブ（Solid State Drive：ＳＳＤ）装置又はこれらの複数の組み合わせであってよい。プロセッサが実行するプログラムはコンピュータ可読媒体に記憶されている。
【0119】
また、レーザ制御部２０、２０Ｄの処理機能の一部は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）に代表される集積回路を用いて実現してもよい。
【0120】
１１．その他
上記の説明は、制限ではなく単なる例示を意図している。したがって、特許請求の範囲を逸脱することなく本開示の実施形態に変更を加えることができることは、当業者には明らかである。また、本開示の実施形態を組み合わせて使用することも当業者には明らかである。
上記の説明は、制限ではなく単なる例示を意図している。したがって、特許請求の範囲を逸脱することなく本開示の実施形態に変更を加えることができることは、当業者には明らかである。また、本開示の実施形態を組み合わせて使用することも当業者には明らかである。
【0121】
本明細書及び特許請求の範囲全体で使用される用語は、明記が無い限り「限定的でない」用語と解釈されるべきである。例えば、「含む」、「有する」、「備える」、「具備する」などの用語は、「記載されたもの以外の構成要素の存在を除外しない」と解釈されるべきである。また、修飾語「１つの」は、「少なくとも１つ」又は「１又はそれ以上」を意味すると解釈されるべきである。また、「Ａ、Ｂ及びＣの少なくとも１つ」という用語は、「Ａ」「Ｂ」「Ｃ」「Ａ＋Ｂ」「Ａ＋Ｃ」「Ｂ＋Ｃ」又は「Ａ＋Ｂ＋Ｃ」と解釈されるべきである。さらに、それらと「Ａ」「Ｂ」「Ｃ」以外のものとの組み合わせも含むと解釈されるべきである。
【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20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】