特許 7579760 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】2024-10-30

(45)【発行日】2024-11-08

(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 20140101AFI20241031BHJP

   B23K 26/03 20060101ALI20241031BHJP

   C03B 33/09 20060101ALI20241031BHJP

【ＦＩ】

B23K26/53

B23K26/03

C03B33/09

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021108533

(22)【出願日】2021-06-30

(65)【公開番号】P2023006115

(43)【公開日】2023-01-18

【審査請求日】2024-04-17

(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

(72)【発明者】

【氏名】小柳津 雅輝

(72)【発明者】

【氏名】関本 祐介

【審査官】杉田 隼一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－６９５３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－１４２５２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－１９２３６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１３０５３８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ２６／５３

Ｂ２３Ｋ ２６／０３

Ｃ０３Ｂ ３３／０９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガラス基板を含む対象物にレーザ光を照射することで前記ガラス基板に改質領域を形成するレーザ加工装置であって、
前記対象物を支持する支持部と、
前記レーザ光を出射する光源と、
前記光源から出射された前記レーザ光に非点収差を付与する第１光学部と、
前記第１光学部によって前記非点収差が付与された前記レーザ光を、前記レーザ光の光軸に垂直な第１方向においては第１領域に集光し、前記光軸及び前記第１方向に垂直な第２方向においては前記レーザ光の進行方向における前記第１領域の下流側の第２領域に集光する第２光学部と、
前記第２光学部を前記支持部に対して相対的に移動させる移動部と、
前記改質領域の画像を取得する撮像部と、
前記非点収差として互いに異なる複数の非点収差のそれぞれが前記レーザ光に付与されるように前記第１光学部を制御し、前記ガラス基板において前記第１領域が前記第２方向に沿って相対的に移動するように前記移動部を制御し、前記撮像部によって取得された前記改質領域の前記画像を前記複数の非点収差のそれぞれに紐づけて出力する制御部と、を備える、レーザ加工装置。

【請求項2】

前記第１光学部は、空間光変調器であり、
前記制御部は、前記複数の非点収差のそれぞれに対応する複数の非点収差パターンのそれぞれを示す信号を前記空間光変調器に入力する、請求項１に記載のレーザ加工装置。

【請求項3】

前記複数の非点収差パターンのそれぞれは、前記第２方向における前記第１領域の幅を前記第１方向における前記第１領域の幅で除した値を互いに異ならせる非点収差パターンである、請求項２に記載のレーザ加工装置。

【請求項4】

前記制御部は、前記撮像部によって取得された前記改質領域の前記画像を前記複数の非点収差のそれぞれに紐づけて表示する表示部を有する、請求項１～３のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。

【請求項5】

前記制御部は、レーザ加工条件として前記複数の非点収差のいずれかの入力を受け付ける入力受付部を有する、請求項１～４のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。

【請求項6】

ガラス基板を含む対象物にレーザ光を照射することで前記ガラス基板に改質領域を形成するレーザ加工方法であって、
互いに異なる複数の非点収差のそれぞれを順次に前記レーザ光に付与し、前記複数の非点収差のそれぞれが付与された前記レーザ光の照射によって前記ガラス基板に形成された前記改質領域の画像を取得する第１ステップと、
前記改質領域の前記画像を前記複数の非点収差のそれぞれに紐づける第２ステップと、を備え、
前記第１ステップにおいては、前記複数の非点収差のそれぞれが付与された前記レーザ光を、前記レーザ光の光軸に垂直な第１方向においては第１領域に集光し、前記光軸及び前記第１方向に垂直な第２方向においては前記レーザ光の進行方向における前記第１領域の下流側の第２領域に集光し、前記ガラス基板において前記第１領域を前記第２方向に沿って相対的に移動させる、レーザ加工方法。

【請求項7】

前記改質領域の前記画像が紐づけられた前記複数の非点収差のいずれかをレーザ加工条件として設定する第３ステップを更に備える、請求項６に記載のレーザ加工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、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】

対象物にレーザ光を照射することで対象物に改質領域を形成するレーザ加工装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このようなレーザ加工装置は、対象物を支持する支持部と、レーザ光を出射する光源と、光源から出射されたレーザ光を変調する空間光変調器と、空間光変調器によって変調されたレーザ光を集光する集光部と、を備えている場合がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１１－０５１０１１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装置では、ガラス基板を含む対象物に複数のラインのそれぞれに沿ってレーザ光が照射されることで、ガラス基板に複数のラインのそれぞれに沿って改質領域が形成される場合がある。そのような場合において、ガラス基板を含む対象物が複数のラインのそれぞれに沿って切断されることで得られた複数のチップについては、十分な抗折強度が確保されていることが重要である。しかし、或るレーザ加工装置にとっては十分な抗折強度が確保され得るレーザ加工条件であっても、当該レーザ加工条件が当該レーザ加工装置と同一仕様の他のレーザ加工装置に適用されると、十分な抗折強度が確保されない場合がある。

【0005】

本発明は、ガラス基板を含む対象物が切断されることで得られた複数のチップについて十分な抗折強度を確保することを可能とす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】

【0006】

本発明のレーザ加工装置は、ガラス基板を含む対象物にレーザ光を照射することでガラス基板に改質領域を形成するレーザ加工装置であって、対象物を支持する支持部と、レーザ光を出射する光源と、光源から出射されたレーザ光に非点収差を付与する第１光学部と、第１光学部によって非点収差が付与されたレーザ光を、レーザ光の光軸に垂直な第１方向においては第１領域に集光し、光軸及び第１方向に垂直な第２方向においてはレーザ光の進行方向における第１領域の下流側の第２領域に集光する第２光学部と、第２光学部を支持部に対して相対的に移動させる移動部と、改質領域の画像を取得する撮像部と、非点収差として互いに異なる複数の非点収差のそれぞれがレーザ光に付与されるように第１光学部を制御し、ガラス基板において第１領域が第２方向に沿って相対的に移動するように移動部を制御し、撮像部によって取得された改質領域の画像を複数の非点収差のそれぞれに紐づけて出力する制御部と、を備える。

【0007】

このレーザ加工装置では、互いに異なる複数の非点収差のそれぞれが順次にレーザ光に付与され、当該レーザ光の照射によってガラス基板に形成された改質領域の画像が、複数の非点収差のそれぞれに紐づけられて出力される。ここで、第１方向において集光されたレーザ光の第１領域が、ガラス基板において第２方向に沿って相対的に移動させられると、改質領域から延びる亀裂の方向が安定化する傾向がある。また、改質領域から延びる亀裂の方向が第２方向に沿っていると、対象物が切断されることで得られた複数のチップについて十分な抗折強度が確保されやすい。そこで、亀裂の方向が第２方向に沿った改質領域の画像に紐づけられた非点収差をレーザ光に付与することで、安定して十分な抗折強度が確保され得るレーザ加工条件を実現することができる。よって、このレーザ加工装置は、ガラス基板を含む対象物が切断されることで得られた複数のチップについて十分な抗折強度を確保することを可能とする。

【0008】

本発明のレーザ加工装置では、第１光学部は、空間光変調器であり、制御部は、複数の非点収差のそれぞれに対応する複数の非点収差パターンのそれぞれを示す信号を空間光変調器に入力してもよい。これにより、互いに異なる複数の非点収差のそれぞれを容易に且つ確実にレーザ光に付与することができる。

【0009】

本発明のレーザ加工装置では、複数の非点収差パターンのそれぞれは、第２方向における第１領域の幅を第１方向における第１領域の幅で除した値を互いに異ならせる非点収差パターンであってもよい。これにより、互いに異なる複数の非点収差のそれぞれを容易に且つ確実にレーザ光に付与することができる。

【0010】

本発明のレーザ加工装置では、制御部は、撮像部によって取得された改質領域の画像を複数の非点収差のそれぞれに紐づけて表示する表示部を有してもよい。これにより、非点収差と改質領域との関係をオペレータが客観的に認識することができる。

【0011】

本発明のレーザ加工装置では、制御部は、レーザ加工条件として複数の非点収差のいずれかの入力を受け付ける入力受付部を有してもよい。これにより、オペレータが適切な非点収差をレーザ加工条件として設定することができる。

【0012】

本発明のレーザ加工方法は、ガラス基板を含む対象物にレーザ光を照射することでガラス基板に改質領域を形成するレーザ加工方法であって、互いに異なる複数の非点収差のそれぞれを順次にレーザ光に付与し、複数の非点収差のそれぞれが付与されたレーザ光の照射によってガラス基板に形成された改質領域の画像を取得する第１ステップと、改質領域の画像を複数の非点収差のそれぞれに紐づける第２ステップと、を備え、第１ステップにおいては、複数の非点収差のそれぞれが付与されたレーザ光を、レーザ光の光軸に垂直な第１方向においては第１領域に集光し、光軸及び第１方向に垂直な第２方向においてはレーザ光の進行方向における第１領域の下流側の第２領域に集光し、ガラス基板において第１領域を第２方向に沿って相対的に移動させる。

【0013】

このレーザ加工方法では、上記レーザ加工装置と同様の理由により、亀裂の方向が第２方向に沿った改質領域の画像に紐づけられた非点収差をレーザ光に付与することで、安定して十分な抗折強度が確保され得るレーザ加工条件を実現することができる。よって。このレーザ加工方法は、ガラス基板を含む対象物が切断されることで得られた複数のチップについて十分な抗折強度を確保することを可能とする。本発明のレーザ加工方法は、改質領域の画像が紐づけられた複数の非点収差のいずれかをレーザ加工条件として設定する第３ステップを更に備えてもよい。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、ガラス基板を含む対象物が切断されることで得られた複数のチップについて十分な抗折強度を確保することを可能とするレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】一実施形態のレーザ加工装置の構成図である。

【図2】図１に示される空間光変調器の一部分の断面図である。

【図3】一実施形態の対象物であるガラス基板の平面図である。

【図4】図１に示される空間光変調器に表示された非点収差パターンを示す図である。

【図5】図１に示される空間光変調器によって非点収差が付与されたレーザ光の光路を示す図である。

【図6】図１に示される空間光変調器によって非点収差が付与されたレーザ光の第１領域の形状を示す図である。

【図7】図１に示されるインターフェース部の表示状態及び入力受付状態を示す図である。

【図8】ガラス基板に形成された改質領域の画像を示す図である。

【図9】ガラス基板が切断されることで得られた複数のチップの抗折強度を示す図である。

【図10】集光レンズユニットごとの非点収差と改質領域の画像との関係を示す図である。

【図11】レーザ加工装置ごとの非点収差と改質領域の画像との関係を示す図である。

【図12】ガラス材料ごとの非点収差と改質領域の画像との関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
［レーザ加工装置の構成］

【0017】

図１に示されるように、レーザ加工装置１は、支持部２と、光源３と、光軸調整部４と、空間光変調器（第１光学部）５と、集光部（第２光学部）６と、移動部７と、可視撮像部（撮像部）８と、赤外撮像部９と、制御部１０と、を備えている。レーザ加工装置１は、対象物１１にレーザ光Ｌを照射することで対象物１１に改質領域１２を形成する装置である。以下の説明では、互いに直交する３方向を、それぞれ、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向という。本実施形態では、Ｘ方向は第１水平方向であり、Ｙ方向は第１水平方向に垂直な第２水平方向であり、Ｚ方向は鉛直方向である。

【0018】

支持部２は、対象物１１を支持する。一例として、支持部２は、対象物１１に貼り付けられたフィルム（図示省略）を吸着することで、対象物１１の表面１１ａがＺ方向と直交するように対象物１１を支持する。支持部２は、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれの方向に沿って移動可能であり、Ｚ方向に平行な軸線を中心線として回転可能である。

【0019】

光源３は、レーザ光Ｌを出射する。一例として、光源３は、パルス発振方式によってレーザ光Ｌを出射する。レーザ光Ｌは、対象物１１に対して透過性を有している。

【0020】

光軸調整部４は、光源３から出射されたレーザ光Ｌの光軸を調整する。本実施形態では、光軸調整部４は、光源３から出射されたレーザ光Ｌの進行方向をＺ方向に沿うように変更しつつ、レーザ光Ｌの光軸を調整する。光軸調整部４は、例えば、位置及び角度の調整が可能な複数の反射ミラーによって構成されている。

【0021】

空間光変調器５は、筐体Ｈ内に配置されている。空間光変調器５は、光源３から出射されたレーザ光Ｌを変調する。本実施形態では、光軸調整部４からＺ方向に沿って下側に進行したレーザ光Ｌが筐体Ｈ内に入射し、筐体Ｈ内に入射したレーザ光ＬがミラーＭ１によってＹ方向に対して角度を成すように水平に反射され、ミラーＭ１によって反射されたレーザ光Ｌが空間光変調器５に入射する。空間光変調器５は、そのように入射したレーザ光ＬをＹ方向に沿って水平に反射しつつ変調する。

【0022】

集光部６は、筐体Ｈの底壁に取り付けられている。集光部６は、空間光変調器５によって変調されたレーザ光Ｌを、支持部２によって支持された対象物１１に集光する。本実施形態では、空間光変調器５によってＹ方向に沿って水平に反射されたレーザ光ＬがダイクロイックミラーＭ２によってＺ方向に沿って下側に反射され、ダイクロイックミラーＭ２によって反射されたレーザ光Ｌが集光部６に入射する。集光部６は、そのように入射したレーザ光ＬをＺ方向に沿って表面１１ａ側から対象物１１に集光する。本実施形態では、集光部６は、集光レンズユニット６１が駆動機構６２を介して筐体Ｈの底壁に取り付けられることで構成されている。集光レンズユニット６１は、平行光を光軸上の一点に集光する機能を有している。駆動機構６２は、例えば圧電素子の駆動力によって、集光レンズユニット６１をＺ方向に沿って移動させる。

【0023】

なお、筐体Ｈ内において、空間光変調器５と集光部６との間には、結像光学系（図示省略）が配置されている。結像光学系は、空間光変調器５の反射面と集光部６の入射瞳面とが結像関係にある両側テレセントリック光学系を構成している。これにより、空間光変調器５の反射面でのレーザ光Ｌの像（空間光変調器５によって変調されたレーザ光Ｌの像）が集光部６の入射瞳面に相似に転像（結像）される。

【0024】

筐体Ｈの底壁には、Ｘ方向において集光レンズユニット６１の両側に位置するように一対の測距センサＳ１，Ｓ２が取り付けられている。各測距センサＳ１，Ｓ２は、対象物１１の表面１１ａに対して測距用の光（例えば、レーザ光）を出射し、表面１１ａで反射された測距用の光を検出することで、表面１１ａの変位データを取得する。

【0025】

移動部７は、集光部６を支持部２に対して相対的に移動させる。移動部７は、筐体Ｈ及び支持部２の少なくとも一方を移動させることで、集光部６を支持部２に対して相対的に移動させる移動機構（アクチュエータ、モータ等の駆動源を含む）である。本実施形態では、移動部７は、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれの方向に沿って支持部２を移動させ、Ｚ方向に平行な軸線を中心線として支持部２を回転させ、Ｚ方向に沿って筐体Ｈを移動させる。

【0026】

可視撮像部８は、筐体Ｈ内に配置されている。可視撮像部８は、可視光Ｖを出射し、可視光Ｖによる対象物１１の像を画像として取得する。本実施形態では、可視撮像部８から出射された可視光ＶがダイクロイックミラーＭ２及び集光部６を介して対象物１１の表面１１ａに照射され、表面１１ａで反射された可視光Ｖが集光部６及びダイクロイックミラーＭ２を介して可視撮像部８で検出される。

【0027】

赤外撮像部９は、筐体Ｈの側壁に取り付けられている。赤外撮像部９は、赤外光を出射し、赤外光による対象物１１の像を画像として取得する。本実施形態では、筐体Ｈ及び赤外撮像部９は、Ｚ方向に沿って一体的に移動可能である。

【0028】

制御部１０は、レーザ加工装置１の各部の動作を制御する。制御部１０は、処理部１０１と、記憶部１０２と、インターフェース部（表示部、入力受付部）１０３と、を有している。処理部１０１は、プロセッサ、メモリ、ストレージ及び通信デバイス等を含むコンピュータ装置として構成されている。処理部１０１では、プロセッサが、メモリ等に読み込まれたソフトウェア（プログラム）を実行し、メモリ及びストレージにおけるデータの読み出し及び書き込み、並びに、通信デバイスによる通信を制御する。記憶部１０２は、例えばハードディスク等であり、各種データを記憶する。インターフェース部１０３は、オペレータに各種データを表示したり、オペレータから各種データの入力を受け付けたりする。本実施形態では、インターフェース部１０３は、ＧＵＩ（Graphical User Interface）を構成している。

【0029】

以上のように構成されたレーザ加工装置１では、対象物１１の内部にレーザ光Ｌが集光されると、レーザ光Ｌの集光点Ｃに対応する部分においてレーザ光Ｌが吸収され、対象物１１の内部に改質領域１２が形成される。改質領域１２は、密度、屈折率、機械的強度、その他の物理的特性が周囲の非改質領域とは異なる領域である。改質領域１２としては、例えば、溶融処理領域、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等がある。改質領域１２は、改質領域１２からレーザ光Ｌの入射側及びその反対側に亀裂が延び易いという特性を有している。このような改質領域１２の特性は、対象物１１の切断に利用される。

【0030】

一例として、対象物１１を切断するためのライン１５に沿って、対象物１１の内部に改質領域１２を形成する場合におけるレーザ加工装置１の動作について説明する。

【0031】

まず、レーザ加工装置１は、対象物１１に設定されたライン１５がＸ方向に平行となるように、Ｚ方向に平行な軸線を中心線として支持部２を回転させる。続いて、レーザ加工装置１は、赤外撮像部９によって取得された画像（例えば、対象物１１が有する機能素子層の像）に基づいて、Ｚ方向から見た場合にレーザ光Ｌの集光点Ｃがライン１５上に位置するように、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれの方向に沿って支持部２を移動させる。

【0032】

続いて、レーザ加工装置１は、可視撮像部８によって取得された画像（例えば、対象物１１の表面１１ａの像）に基づいて、レーザ光Ｌの集光点Ｃが表面１１ａ上に位置するように、Ｚ方向に沿って筐体Ｈ（すなわち、集光部６）を移動させる。続いて、レーザ加工装置１は、その位置を基準として、レーザ光Ｌの集光点Ｃが表面１１ａから所定深さに位置するように、Ｚ方向に沿って筐体Ｈ（すなわち、集光部６）を移動させる。

【0033】

続いて、レーザ加工装置１は、光源３からレーザ光Ｌを出射させると共に、レーザ光Ｌの集光点Ｃがライン１５に沿って相対的に移動するように、Ｘ方向に沿って支持部２を移動させる。このとき、レーザ加工装置１は、一対の測距センサＳ１，Ｓ２のうち前側（対象物１１に対するレーザ光Ｌの相対的移動方向における前側）に位置する測距センサによって取得された表面１１ａの変位データに基づいて、レーザ光Ｌの集光点Ｃが表面１１ａから所定深さに位置するように、集光部６の駆動機構６２を動作させる。

【0034】

以上により、ライン１５に沿って且つ対象物１１の表面１１ａから一定深さに、一列の改質領域１２が形成される。パルス発振方式によって光源３からレーザ光Ｌが出射されると、複数の改質スポット１２ｓがＸ方向に沿って一列に並ぶように形成される。一つの改質スポット１２ｓは、１パルスのレーザ光Ｌの照射によって形成される。一列の改質領域１２は、一列に並んだ複数の改質スポット１２ｓの集合である。隣り合う改質スポット１２ｓは、レーザ光Ｌのパルスピッチ（対象物１１に対する集光点Ｃの相対的な移動速度をレーザ光Ｌの繰り返し周波数で除した値）によって、互いに繋がる場合も、互いに離れる場合もある。
［空間光変調器の構成］

【0035】

本実施形態の空間光変調器５は、反射型液晶（ＬＣＯＳ：Liquid Crystal on Silicon）の空間光変調器（ＳＬＭ：Spatial Light Modulator）である。図２に示されるように、空間光変調器５は、半導体基板５１上に、駆動回路層５２、画素電極層５３、反射膜５４、配向膜５５、液晶層５６、配向膜５７、透明導電膜５８及び透明基板５９がこの順序で積層されることで、構成されている。

【0036】

半導体基板５１は、例えば、シリコン基板である。駆動回路層５２は、半導体基板５１上において、アクティブ・マトリクス回路を構成している。画素電極層５３は、半導体基板５１の表面に沿ってマトリックス状に配列された複数の画素電極５３ａを含んでいる。各画素電極５３ａは、例えば、アルミニウム等の金属材料によって形成されている。各画素電極５３ａには、駆動回路層５２によって電圧が印加される。

【0037】

反射膜５４は、例えば、誘電体多層膜である。配向膜５５は、液晶層５６における反射膜５４側の表面に設けられており、配向膜５７は、液晶層５６における反射膜５４とは反対側の表面に設けられている。各配向膜５５，５７は、例えば、ポリイミド等の高分子材料によって形成されており、各配向膜５５，５７における液晶層５６との接触面には、例えば、ラビング処理が施されている。配向膜５５，５７は、液晶層５６に含まれる液晶分子５６ａを一定方向に配列させる。

【0038】

透明導電膜５８は、透明基板５９における配向膜５７側の表面に設けられており、液晶層５６等を挟んで画素電極層５３と向かい合っている。透明基板５９は、例えば、ガラス基板である。透明導電膜５８は、例えば、ＩＴＯ等の光透過性且つ導電性材料によって形成されている。透明基板５９及び透明導電膜５８は、レーザ光Ｌを透過させる。

【0039】

以上のように構成された空間光変調器５では、変調パターンを示す信号が制御部１０から駆動回路層５２に入力されると、当該信号に応じた電圧が各画素電極５３ａに印加され、各画素電極５３ａと透明導電膜５８との間に電界が形成される。当該電界が形成されると、液晶層５６において、各画素電極５３ａに対応する領域ごとに液晶分子２１６ａの配列方向が変化し、各画素電極５３ａに対応する領域ごとに屈折率が変化する。この状態が、液晶層５６に変調パターンが表示された状態である。

【0040】

液晶層５６に変調パターンが表示された状態で、レーザ光Ｌが、外部から透明基板５９及び透明導電膜５８を介して液晶層５６に入射し、反射膜５４で反射されて、液晶層５６から透明導電膜５８及び透明基板５９を介して外部に出射させられると、液晶層５６に表示された変調パターンに応じて、レーザ光Ｌが変調される。このように、空間光変調器５によれば、液晶層５６に表示する変調パターンを適宜設定することで、レーザ光Ｌの変調（例えば、レーザ光Ｌの強度、振幅、位相、偏光等の変調）が可能である。
［対象物の構成］

【0041】

本実施形態の対象物１１は、図３に示されるように、ガラス基板２０である。一例として、ガラス基板２０は、合成石英ガラス、無アルカリガラス、ホウケイ酸ガラス等によって、矩形板状に形成されている。なお、本実施形態の対象物１１は、ガラス基板２０に加え、他の層（例えば、ガラス基板２０の少なくとも一方の主面に形成された膜等）を更に備えていてもよい。

【0042】

ガラス基板２０には、複数のライン１５のそれぞれに沿ってレーザ光Ｌが照射される。これにより、ガラス基板２０には、複数のライン１５のそれぞれに沿って改質領域１２が形成される。本実施形態では、改質領域１２は、改質領域１２の全体がガラス基板２０の内部に位置するようにガラス基板２０に形成される。なお、改質領域１２は、改質領域１２の一部が外部に露出するようにガラス基板２０に形成されてもよい。

【0043】

改質領域１２が形成されたガラス基板２０は、改質領域１２からレーザ光Ｌの入射側及びその反対側に亀裂が延びることで、複数のライン１５のそれぞれに沿って複数のチップに切断される。本実施形態では、複数のライン１５は、ガラス基板２０の厚さ方向から見た場合に格子状に設定されている。各ライン１５は、レーザ加工装置１によってガラス基板２０に設定された仮想的なラインである。なお、各ライン１５は、ガラス基板２０に実際に引かれたラインであってもよい。
［制御部の機能］

【0044】

制御部１０は、図４に示されるように、非点収差パターンＡＳを示す信号を空間光変調器５に入力する。これにより、空間光変調器５の液晶層５６に非点収差パターンＡＳが表示され、集光部６に入射するレーザ光Ｌに非点収差が付与される。本実施形態では、レーザ光Ｌは、光源３から超短パルスレーザのバーストパルスによって発振される。

【0045】

空間光変調器５によって非点収差が付与されたレーザ光Ｌが集光部６に入射すると、図５に示されるように、レーザ光Ｌは、集光レンズユニット６１によって、Ｙ方向（レーザ光Ｌの光軸に垂直な第１方向）においては第１領域Ｒ１に集光され、Ｘ方向（レーザ光Ｌの光軸及び第１方向に垂直な第２方向）においては第２領域Ｒ２に集光される。第２領域Ｒ２は、レーザ光Ｌの進行方向における第１領域Ｒ１の下流側に位置する。なお、図５では、空間光変調器５と集光部６との間に配置された光学部品の図示が省略されている。

【0046】

この状態で、制御部１０は、ガラス基板２０において第１領域Ｒ１がＸ方向に沿って相対的に移動するように移動部７を制御する。これにより、Ｘ方向に沿ってガラス基板２０に改質領域１２が形成される。続いて、制御部１０は、ガラス基板２０に形成された改質領域１２の画像を取得するように可視撮像部８を制御する。

【0047】

以上を前提として、制御部１０は、レーザ加工条件決定モードにおいて以下のように機能する。レーザ加工条件決定モードは、ガラス基板２０を複数のチップに切断する上で好適な改質領域１２を形成するためのレーザ加工条件を決定するモードである。なお、レーザ加工条件決定モードにおいて実施されるレーザ加工方法が、本実施形態のレーザ加工方法に相当する。

【0048】

まず、制御部１０は、互いに異なる複数の非点収差のそれぞれが順次にレーザ光Ｌに付与されるように空間光変調器５を制御し、複数の非点収差のそれぞれが付与されたレーザ光Ｌの照射によってガラス基板２０に形成された改質領域１２の画像が取得されるように可視撮像部８を制御する（第１ステップ）。複数の非点収差のそれぞれがレーザ光Ｌに付与されたそれぞれの状態において、制御部１０は、ガラス基板２０において第１領域Ｒ１がＸ方向に沿って相対的に移動するように移動部７を制御する。これにより、非点収差に応じた改質領域１２がガラス基板２０に形成される。

【0049】

第１ステップにおいて、制御部１０は、複数の非点収差のそれぞれに対応する複数の非点収差パターンＡＳのそれぞれを示す信号を空間光変調器５に入力する。複数の非点収差パターンＡＳのそれぞれは、図６に示されるように、Ｘ方向（図６では左右方向）における第１領域Ｒ１の幅をＹ方向（図６では上下方向）における第１領域Ｒ１の幅で除した値（以下、「楕円率」という）を互いに異ならせる非点収差パターンである。第１領域Ｒ１の楕円率が１である場合は、非点収差パターンＡＳが空間光変調器５に入力されていない場合、すなわち、非点収差がレーザ光Ｌに付与されていない場合である。図６において、楕円率が１である場合の第１領域Ｒ１の径は、例えば１μｍ程度である。なお、非点収差が付与されたレーザ光Ｌの第１領域Ｒ１の形状は、完全な楕円形状に限定されず、例えば、扁平円形状、長円形状等であってもよい。

【0050】

第１ステップの後に、制御部１０は、可視撮像部８によって取得された改質領域１２の画像を複数の非点収差のそれぞれに紐づけ（換言すれば、対応付け）（第２ステップ）、第２ステップの後に、制御部１０は、改質領域１２の画像が紐づけられた複数の非点収差のいずれかをレーザ加工条件として設定する（第３ステップ）。本実施形態では、図７に示されるように、インターフェース部１０３が、可視撮像部８によって取得された改質領域１２の画像（ガラス基板２０の厚さ方向から見た場合における改質領域１２の画像）を複数の非点収差（図７では楕円率）のそれぞれに紐づけて表示し、レーザ加工条件として複数の非点収差（図７では楕円率）のいずれかの入力を受け付ける。

【0051】

図７に示される一例では、第１領域Ｒ１の楕円率が大きくなるほど（換言すれば、レーザ光Ｌに付与される非点収差が強くなるほど）、改質領域１２から延びる亀裂の方向がＸ方向（図７では左右方向）に沿う傾向が表れている。図７に示される一例では、黒色の点状の領域が改質スポットに相当し、改質スポットから延びる黒色の線状の領域が亀裂に相当する。改質領域１２から延びる亀裂の方向がＸ方向に沿っていると（すなわち、亀裂の方向が、ライン１５が延びる方向に沿っていると）、ガラス基板２０が切断されることで得られた複数のチップについて十分な抗折強度が確保されやすい。このことから、オペレータは、亀裂の方向がＸ方向に沿った改質領域１２の画像を選択し、当該画像に紐づけられた非点収差（図７では楕円率）をレーザ加工条件として制御部１０に入力する。なお、抗折強度とは、抗折強度計測試験によって得られる破壊応力（チップが破壊される際の応力）である。抗折強度計測試験とは、平行に並べられた二本の第１円柱上にチップを配置し、その状態で、二本の第１円柱よりも狭い間隔で平行に並べられた二本の第２円柱を用いてチップに下向きに外力を付与し、チップが破壊された際の応力を計測する試験（四点曲げ試験）である。
［作用及び効果］

【0052】

レーザ加工装置１、及びレーザ加工装置１において実施されるレーザ加工方法では、互いに異なる複数の非点収差のそれぞれが順次にレーザ光Ｌに付与され、当該レーザ光Ｌの照射によってガラス基板２０に形成された改質領域１２の画像が、複数の非点収差のそれぞれに紐づけられて出力される。ここで、Ｙ方向において集光されたレーザ光Ｌの第１領域Ｒ１が、ガラス基板２０においてＸ方向に沿って相対的に移動させられると、改質領域１２から延びる亀裂の方向が安定化する傾向がある。また、改質領域１２から延びる亀裂の方向がＸ方向に沿っていると、ガラス基板２０が切断されることで得られた複数のチップについて十分な抗折強度が確保されやすい。そこで、亀裂の方向がＸ方向に沿った改質領域１２の画像に紐づけられた非点収差をレーザ光Ｌに付与することで、安定して十分な抗折強度が確保され得るレーザ加工条件を実現することができる。よって、レーザ加工装置１、及びレーザ加工装置１において実施されるレーザ加工方法は、ガラス基板２０が切断されることで得られた複数のチップについて十分な抗折強度を確保することを可能とする。なお、改質領域１２の画像を複数の非点収差のそれぞれに紐づけて出力することには、それらをインターフェース部１０３に表示することに限定されず、それらをメモリ等の記憶装置に記憶することも含まれる。

【0053】

レーザ加工装置１では、制御部１０が、複数の非点収差のそれぞれに対応する複数の非点収差パターンＡＳのそれぞれを示す信号を空間光変調器５に入力する。これにより、互いに異なる複数の非点収差のそれぞれを容易に且つ確実にレーザ光Ｌに付与することができる。

【0054】

レーザ加工装置１では、複数の非点収差パターンＡＳのそれぞれが、Ｘ方向における第１領域Ｒ１の幅をＹ方向における第１領域Ｒ１の幅で除した値を互いに異ならせる非点収差パターンである。これにより、互いに異なる複数の非点収差のそれぞれを容易に且つ確実にレーザ光Ｌに付与することができる。

【0055】

レーザ加工装置１では、制御部１０が、可視撮像部８によって取得された改質領域１２の画像を複数の非点収差のそれぞれに紐づけて表示するインターフェース部１０３を有している。これにより、非点収差と改質領域１２との関係をオペレータが客観的に認識することができる。

【0056】

レーザ加工装置１では、制御部１０が、レーザ加工条件として複数の非点収差のいずれかの入力を受け付けるインターフェース部１０３を有している。これにより、オペレータが適切な非点収差をレーザ加工条件として設定することができる。
［実験結果］

【0057】

図８の（ａ）は、非点収差が付与されていないレーザ光の照射によって、無アルカリガラスからなる厚さ５００μｍのガラス基板に形成された改質領域の画像（ガラス基板の厚さ方向から見た場合における改質領域の画像）である。図８の（ｂ）は、楕円率１．６１の非点収差が付与されたレーザ光の照射によって、無アルカリガラスからなる厚さ５００μｍのガラス基板に形成された改質領域の画像（ガラス基板の厚さ方向から見た場合における改質領域の画像）である。図８の（ａ）と図８の（ｂ）とで、レーザ光に非点収差を付与したか否かを除き、レーザ加工条件を下記のとおり同一とした。図８の（ａ）及び（ｂ）の結果から、非点収差が付与されたレーザ光がＹ方向（図８では上下方向）において第１領域に集光され、当該第１領域がガラス基板においてＸ方向（図８では左右方向）に沿って相対的に移動させられると、改質領域から延びる亀裂の方向がＸ方向に沿った状態で安定化することが分かった。なお、レーザ加工条件は次のとおりである。
レーザ光の波長：１０２８ｎｍ
レーザ光のパルス幅：３００ｆｓ
レーザ光の繰り返し周波数：５０ｋＨｚ
ガラス基板に対するレーザ光の相対的移動速度：５００ｍｍ／ｓ
レーザ光のエネルギー：２μＪ
ガラス基板のレーザ光入射面からの改質領域までの距離：８０μｍ

【0058】

図９の（ａ）は、非点収差が付与されていないレーザ光の照射によって、フツリン酸ガラスからなる厚さ２００μｍのガラス基板に改質領域を形成した場合に得られた複数のチップの抗折強度を示す図である。図９の（ｂ）は、楕円率１．６１の非点収差が付与されたレーザ光の照射によって、フツリン酸ガラスからなる厚さ２００μｍのガラス基板に改質領域を形成した場合に得られた複数のチップの抗折強度を示す図である。図９の（ａ）と図９の（ｂ）とで、レーザ光に非点収差を付与したか否かを除き、レーザ加工条件を下記のとおり同一とし、厚さ方向から見た場合におけるチップサイズも５ｍｍ×７ｍｍで同一とした。図９の（ａ）及び（ｂ）において、「入射面押し」は、レーザ光が入射された側のチップの表面（入射面）側からチップに荷重を作用させたことを示し、「裏面押し」は、チップの裏面（入射面とは反対側の表面）側からチップに荷重を作用させたことを示す。図９の（ａ）及び（ｂ）の結果から、非点収差が付与されていないレーザ光の照射によってガラス基板に改質領域を形成した場合には、抗折強度を示す破壊応力がばらつくのに対し、非点収差が付与されたレーザ光の照射によってガラス基板に改質領域を形成した場合には、抗折強度を示す破壊応力が高い値で安定化することが分かった。なお、レーザ加工条件は次のとおりである。
レーザ光の波長：１０２８ｎｍ
レーザ光のパルス幅：３００ｆｓ
レーザ光の繰り返し周波数：５０ｋＨｚ
ガラス基板に対するレーザ光の相対的移動速度：４００ｍｍ／ｓ
レーザ光のエネルギー：７μＪ
ガラス基板のレーザ光入射面からの改質領域までの距離：１００μｍ

【0059】

図１０は、集光レンズユニットごとの非点収差と改質領域の画像（ガラス基板の厚さ方向から見た場合における改質領域の画像）との関係を示す図である。図１０の結果から、非点収差が付与されていないレーザ光の照射（楕円率１のレーザ光の照射）によってガラス基板に形成された改質領域については、改質領域から延びる亀裂の方向が集光レンズユニットによってばらつくのに対し、楕円率１．０３～１．０８の非点収差が付与されたレーザ光の照射によってガラス基板に形成された改質領域については、楕円率が１．０８に近付くほど、改質領域から延びる亀裂の方向がＸ方向（図１０では左右方向）に沿った状態で安定化することが分かった。

【0060】

図１１は、レーザ加工装置ごとの非点収差と改質領域の画像（ガラス基板の厚さ方向から見た場合における改質領域の画像）との関係を示す図である。図１１の結果から、非点収差が付与されていないレーザ光の照射（楕円率１のレーザ光の照射）によってガラス基板に形成された改質領域については、改質領域から延びる亀裂の方向がレーザ加工装置によってばらつくのに対し、楕円率１．０８～１．６の非点収差が付与されたレーザ光の照射によってガラス基板に形成された改質領域については、楕円率が１．６に近付くほど、改質領域から延びる亀裂の方向がＸ方向（図１１では左右方向）に沿った状態で安定化することが分かった。

【0061】

図１２は、ガラス材料ごとの非点収差と改質領域の画像（ガラス基板の厚さ方向から見た場合における改質領域の画像）との関係を示す図である。図１２の結果から、非点収差が付与されていないレーザ光の照射（楕円率１のレーザ光の照射）によってガラス基板に形成された改質領域については、改質領域から延びる亀裂の方向がいずれのガラス材料でもばらつくのに対し、楕円率１．０４～１．６の非点収差が付与されたレーザ光の照射によってガラス基板に形成された改質領域については、楕円率が１．６に近付くほど、改質領域から延びる亀裂の方向がＸ方向（図１２では左右方向）に沿った状態で安定化することが分かった。
［変形例］

【0062】

本発明は、上記実施形態に限定されない。例えば、光源３から出射されたレーザ光Ｌに非点収差を付与する第１光学部は、空間光変調器５に限定されない。一例として、第１光学部は、光軸方向に沿って移動可能なシリンドリカルレンズを含む光学系であってもよい。ただし、空間光変調器５にスリットパターンを表示したり、或いは、機械的なスリットを配置したりすることで、光軸に垂直なレーザ光Ｌの断面形状を集光領域において長尺状にしただけでは、改質領域１２から延びる亀裂の方向を安定化させることは困難である。

【0063】

改質領域１２の画像を複数の非点収差のそれぞれに紐づけて表示する表示部は、インターフェース部１０３に限定されず、制御部１０とは別に設けられたディスプレイ等であってもよい。レーザ加工条件として複数の非点収差のいずれかの入力を受け付ける入力受付部は、インターフェース部１０３に限定されず、制御部１０とは別に設けられたマウス、キーボード等であってもよい。

【0064】

上記実施形態では、Ｘ方向が第１水平方向であり、Ｙ方向が第１水平方向に垂直な第２水平方向であり、Ｚ方向が鉛直方向であったが、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向のそれぞれは、それらの各方向に限定されない。例えば、Ｚ方向が鉛直方向と交差する方向であってもよい。

【符号の説明】

【0065】

１…レーザ加工装置、２…支持部、３…光源、５…空間光変調器（第１光学部）、６…集光部（第２光学部）、７…移動部、８…可視撮像部（撮像部）、１０…制御部、１１…対象物、１２…改質領域、２０…ガラス基板、１０３…インターフェース部（表示部、入力受付部）、ＡＳ…非点収差パターン、Ｌ…レーザ光、Ｒ１…第１領域、Ｒ２…第２領域。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】