WO2011030802A1

WO2011030802A1 - レーザ加工方法及びレーザ加工装置

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Publication number: WO2011030802A1
Application number: PCT/JP2010/065448
Authority: WO
Inventors: 貴文渥美; 優二池田; 大村　悦二
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2009-09-10
Filing date: 2010-09-01
Publication date: 2011-03-17
Anticipated expiration: 2012-03-10
Also published as: JP2011056544A; EP2476505A1; TWI465309B; JP5446631B2; TW201134592A; US20120223061A1; EP2476505B1; CN102574245B; KR20120050521A; CN102574245A; EP2476505A4; KR101364384B1

Abstract

加工速度が高く、エネルギー効率の高いレーザ加工方法及びレーザ加工装置を提供する。集光レンズ２１の光軸Ｏを被割断部材３の割断予定ラインＳ0に沿って相対的に移動させてレーザ光を被割断部材３に集光照射することにより、割断の起点となる改質領域を被割断部材３の内部に割断予定ラインＳ0に沿うように形成するレーザ加工方法であって、被割断部材３の表面３aから所定の深さ位置で集光レンズ２１の光軸Ｏと直交し表面３aと平行する断面３bの上に複数の断面集光スポットＰ0、Ｐ1・・を同時に形成し、その際、複数の断面集光スポットＰ0、Ｐ1・・のうち少なくとも一つの断面集光スポットを割断予定ラインＳ0の断面３bへの射影線上に形成して所望の形状の前記内部改質領域を一つ或いは複数形成することを特徴とする。

Description

レーザ加工方法及びレーザ加工装置

　本発明は、レーザ光を被割断部材の割断予定ラインに沿って集光照射して割断の起点となる改質領域を被割断部材の内部に形成するレーザ加工方法及びレーザ加工装置に関する。

　従来、半導体基板、圧電セラミック基板、サファイア基板、ガラス基板等の硬脆材料板体を割断するにあたり、被割断板体の内部に割断予定ラインに沿って板体に透明な波長を有する短パルスレーザ光を集光照射し、内部に微小クラックが群生した微細溶融痕（改質領域）を生成させ、その後応力を加えて、その微細溶融痕を起点に板体の厚さ方向に向かって生じるクラックを利用して割断していた（例えば、特許文献１参照。）。
　また、一つのパルスレーザ光を三つに分割して時間差を付け（一つより二つ、二つより三つと遅延させ）、その後位置をずらして集光照射する加工法も知られている（例えば、特許文献２参照。）。

特開２００５−２７１５６３号公報特開２００６−１６７８０４号公報

　しかし、この従来のレーザ加工方法では、レーザ光が円形スポットに集光されるため、クラックを発生させて成長させる内部応力が等方的に働く。そのため、クラックが割断予定ラインに沿う方向以外にも発生、成長してしまい、クラックの発生、成長を割断予定ライン方向に集中させることができない。その結果、割断面の平坦度が損なわれる。また、円形スポットを割断予定ラインに沿って照射する際、単位長さ当たりの照射スポットの数が多くなり、加工速度が低いという問題もある。さらに、被割断板体が厚い場合、焦点位置を厚み方向にずらして加工を繰り返す必要があるが、厚み方向にずらす量を少なくしなければならず、加工速度が益々低くなってしまう。
　一つのパルスレーザ光を三つに分割して時間差を付け、その後位置をずらして集光照射する加工方法は、割断予定ライン方向に三つのスポットを繋げて形成することで、割断予定ライン方向の加工速度（集光レンズの光軸の相対移動速度）を高くできることが期待される。また、三つのスポットを厚み方向に繋げて形成することで焦点位置を厚み方向にずらす量を大きくでき、厚み方向の加工速度（集光レンズの厚み方向の相対移動速度）を高くできることが期待される。
　しかしながら、時間差を付けて連続して照射される三つのパルス光のうち、最初に照射される一つ目のパルス光を除いて、後続のパルス光は、それより前に照射されたパルス光によって引き起こされる熱の影響を受けてしまう。すなわち、被割断部材である脆性材料はアモルファス転移が起こるような温度に熱せられると、延性材化するため、前のパルス光によって熱せられた領域付近に後続のパルス光が照射されても、温度差に伴う応力発生が生じにくくなると共に、材料物性の変化（例えば、溶解）が影響してクラックが成長し難くなる。その結果、期待されるほど程加工速度は高くならない。
　また、被割断部材である脆性材料のレーザ光に対する屈折率や吸収係数も温度によって変化するため、前のパルス光によって熱せられた領域付近に後続のパルス光が照射されても、レーザ光が集光点に至るまでに吸収されてしまい、集光点に十分なエネルギーが到達しない問題や、集光点の位置がずれてしまう問題も有している。集光点の位置がずれると、三つのスポットが厚み方向に繋がらず、焦点位置を厚み方向にずらす量を大きくできない。その結果、厚み方向の加工速度（集光レンズの厚み方向の相対移動速度）が低下する。
　本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、加工速度が高く、エネルギー効率の高いレーザ加工方法及びレーザ加工装置を提供することを課題とする。

　上記の課題を解決するためになされた本発明のレーザ加工方法は、集光レンズの光軸を被割断部材の割断予定ラインに沿って相対的に移動させてレーザ光を被割断部材に集光照射することにより、割断の起点となる改質領域を前記被割断部材の内部に前記割断予定ラインに沿うように形成するレーザ加工方法であって、前記被割断部材の表面から所定の深さ位置で前記集光レンズの光軸と直交し前記表面と平行する断面上の位置に複数の断面集光スポットを同時に形成し、その際、前記複数の断面集光スポットのうち少なくとも一つの断面集光スポットを前記割断予定ラインの前記断面への射影線上に形成して所望の形状の前記内部改質領域を一つ或いは複数形成することを特徴とする。
　また、上記の課題を解決するためになされた本発明の別のレーザ加工方法は、集光レンズの光軸を被割断部材の割断予定ラインに沿って相対的に移動させてレーザ光を被割断部材に集光照射することにより、割断の起点となる改質領域を前記被割断部材の内部に前記割断予定ラインに沿うように形成するレーザ加工方法であって、前記被割断部材の表面から所定の深さ位置で深さ方向に複数の深さ集光スポットを同時に形成し、その際、前記複数の深さ集光スポットのうち少なくとも一つの深さ集光スポットを前記集光レンズの光軸上に形成して所望の形状の前記内部改質領域を一つ或いは複数形成することを特徴とする。
　また、上記の課題を解決するためになされた本発明の別のレーザ加工方法は、集光レンズの光軸を被割断部材の割断予定ラインに沿って相対的に移動させてレーザ光を被割断部材に集光照射することにより、割断の起点となる改質領域を前記被割断部材の内部に前記割断予定ラインに沿うように形成するレーザ加工方法であって、前記被割断部材の表面から所定の深さ位置で前記集光レンズの光軸と直交し前記表面と平行する断面上の位置に複数の断面集光スポットを同時に形成し、その際、前記複数の断面集光スポットのうち少なくとも一つの断面集光スポットを前記割断予定ラインの前記断面への射影線上に形成し、前記所定の深さ位置で深さ方向にも複数の深さ集光スポットを同時に形成し、その際、前記複数の深さ集光スポットのうち少なくとも一つの深さ集光スポットを前記集光レンズの光軸上に形成して所望の形状の前記内部改質領域を一つ或いは複数形成することを特徴とする。
　上記のレーザ加工方法において、前記レーザ光は、超短パルスレーザ光が好ましい。
　また、上記のレーザ加工方法において、前記複数の断面集光スポットを結ぶ図形が三角形であるとよい。
　また、前記複数の深さ集光スポットを結ぶ図形が三角形であるとよい。
　また、前記複数の断面集光スポットを結ぶ図形が平行四辺形であり、前記平行四辺形の鋭角をなす二つの頂点を前記割断予定ラインの前記断面への射影線上に位置するようにするとよい。
　また、前記複数の深さ集光スポットを結ぶ図形が平行四辺形であり、前記平行四辺形の鋭角をなす二つの頂点を前記集光レンズの光軸上に位置するようにするとよい。
　また、前記複数の断面集光スポットの前記断面上での空間位置と該集光スポットのエネルギー密度との組み合わせを用いることで前記所望の形状の前記内部改質領域を形成するようにするとよい。
　また、前記複数の深さ集光スポットの前記割断予定ラインを含む面内の空間位置と該集光スポットのエネルギー密度との組み合わせを用いることで前記所望の形状の前記内部改質領域を形成するようにするとよい。
　上記の課題を解決するためになされた本発明のレーザ加工装置は、集光レンズの光軸を被割断部材の割断予定ラインに沿って相対的に移動させてレーザ光を被割断部材に集光照射することにより、割断の起点となる改質領域を前記被割断部材の内部に前記割断予定ラインに沿うように形成するレーザ加工装置であって、前記被割断部材の表面から所定の深さ位置で前記集光レンズの光軸と直交し前記表面と平行する断面上の位置に複数の断面集光スポットを同時に形成し、その際、前記複数の断面集光スポットのうち少なくとも一つの断面集光スポットを前記割断予定ラインの前記断面への射影線上に形成する光学系を備え、所望の形状の前記内部改質領域を一つ或いは複数形成することを特徴とする。
　また、上記の課題を解決するためになされた本発明の別のレーザ加工装置は、集光レンズの光軸を被割断部材の割断予定ラインに沿って相対的に移動させてレーザ光を被割断部材に集光照射することにより、割断の起点となる改質領域を前記被割断部材の内部に前記割断予定ラインに沿うように形成するレーザ加工装置であって、前記被割断部材の表面から所定の深さ位置で深さ方向に複数の深さ集光スポットを同時に形成し、その際、前記複数の深さ集光スポットのうち少なくとも一つの深さ集光スポットを前記集光レンズの光軸上に形成する光学系を備え、所望の形状の前記内部改質領域を一つ或いは複数形成することを特徴とする。
　また、上記の課題を解決するためになされた本発明の別のレーザ加工装置は、集光レンズの光軸を被割断部材の割断予定ラインに沿って相対的に移動させてレーザ光を被割断部材に集光照射することにより、割断の起点となる改質領域を前記被割断部材の内部に前記割断予定ラインに沿うように形成するレーザ加工装置であって、前記被割断部材の表面から所定の深さ位置で前記集光レンズの光軸と直交し前記表面と平行する断面上の位置に複数の断面集光スポットを同時に形成し、その際、前記複数の断面集光スポットのうち少なくとも一つの断面集光スポットを前記割断予定ラインの前記断面への射影線上に形成し、前記所定の深さ位置で深さ方向にも複数の深さ集光スポットを同時に形成し、その際、前記複数の深さ集光スポットのうち少なくとも一つの深さ集光スポットを前記集光レンズの光軸上に形成する光学系を備え、所望の形状の前記内部改質領域を一つ或いは複数形成することを特徴とする。

　被割断部材の表面から所定の深さ位置で前記集光レンズの光軸と直交し前記表面と平行する断面上の位置に複数の断面集光スポットを同時に形成するので、延性材化による応力発生の抑制や物性変化によるクラック伸展の抑制がなく、割断予定ライン方向の加工速度が高くなる。
　被割断部材の表面から所定の深さ位置で深さ方向に複数の深さ集光スポットを同時に形成するので、延性材化による応力発生の抑制や物性変化によるクラック伸展の抑制がなく、厚み方向の加工速度が高くなる。
　被割断部材の表面から所定の深さ位置で前記集光レンズの光軸と直交し前記表面と平行する断面上の位置に複数の断面集光スポットを同時に形成し、所定の深さ位置で深さ方向にも複数の深さ集光スポットを同時に形成するので、割断予定ライン方向の加工速度及び厚み方向の加工速度を共に高くすることができる。
　レーザ光が超短パルスレーザ光であると、一つのレーザ光を複数に分岐しても各レーザ光のパルスのピーク尖頭値は、アモルファスの相転移に必要な一定の閾値に対して十分余裕がある。また、熱源が生成するまでにパルス照射が完了し、パルス自身が熱の影響を受けずに安定的に所望の熱源によるクラック制御ができる。
　複数の断面集光スポットを結ぶ図形が三角形であるので、割断予定ライン方向の一方向に楔効果が働き、割断予定ライン方向の加工速度を一層高めることができる。
　複数の深さ集光スポットを結ぶ図形が三角形であるので、厚み方向の一方向に楔効果が働き、厚み方向の加工速度を一層高めることができる。
　複数の断面集光スポットを結ぶ図形が平行四辺形であり、前記平行四辺形の鋭角をなす二つの頂点を前記割断予定ラインの前記断面への射影線上に位置させるので、割断予定ライン方向の両方向に楔効果が働き、割断予定ライン方向の加工速度をより一層高めることができる。
　複数の深さ集光スポットを結ぶ図形が平行四辺形であり、前記平行四辺形の鋭角をなす二つの頂点を前記集光レンズの光軸上に位置させるので、厚み方向の両方向に楔効果が働き、厚み方向の加工速度をより一層高めることができる。
　複数の断面集光スポットの前記断面上での空間位置と該集光スポットのエネルギー密度との組み合わせを用いることで、前記所望の形状の前記内部改質領域を形成されるので、割断予定ライン方向の楔効果の働きが自由に制御され得る。
　複数の深さ集光スポットの前記割断予定ラインを含む面内の空間位置と該集光スポットのエネルギー密度との組み合わせを用いることで、前記所望の形状の前記内部改質領域が形成されので、厚み方向の楔効果の働きが自由に制御され得る。

　図１は、本発明に係る実施形態１のレーザ加工装置の概略構成図である。
　図２は、図１の被割断部材３の斜視図である。
　図３は、図１のＡ−Ａ線断面図である。
　図４は、実施形態１の変形態様を説明するための図１のＡ−Ａ線断面図である。
　図５は、実施形態１の別の変形態様を説明するための図１のＡ−Ａ線断面図である。
　図６は、実施形態１のレーザ加工装置における光学系の一例を示す図である。
　図７は、図６の光学系の変形態様を示す図である。
　図８は、実施形態２のレーザ加工装置の概略構成図である。
　図９は、図８の被割断部材３の斜視図である。
　図１０は、図９のＢ−Ｂ線断面図である。
　図１１は、実施形態２の変形態様を説明するための図９のＢ−Ｂ線断面図である。
　図１２は、実施形態２の別の変形態様を説明するための図９のＢ−Ｂ線断面図である。
　図１３は、実施形態２のレーザ加工装置における光学系の一例を示す図である。
　図１４は、図１３の光学系の変形態様を示す図である。
　図１５は、実施形態３のレーザ加工装置の概略構成図である。
　図１６は、図１５の被割断部材３の斜視図である。
　図１７は、図１６のＡ−Ａ線断面図及びＢ−Ｂ線断面図である。
　図１８は、実施形態３のレーザ加工装置における光学系の一例を示す図である。
　図１９は、図１８の光学系の変形態様を示す図である。
　図２０は、図１８の光学系の別の変形態様を示す図である。
　図２１は、図１８の光学系の別の変形態様を示す図である。
　図２２は、二つの集光スポット形成直後の熱源温度分布パターンである。
　図２３は、三つの集光スポットを時間差τを変えて形成した場合の１０ｎｓｅｃ後の熱源温度分布パターンである。
　図２４は、二つの集光スポット（スポット径：２μｍ）間隔が２μｍの場合の熱源温度分布パターンと応力分布パターンである。
　図２５は、二つの集光スポット（スポット径：２μｍ）間隔が４μｍの場合の熱源温度分布パターンと応力分布パターンである。
　図２６は、集光スポット間隔と応力の関係を示すグラフである。
　図２７は、応力の時間変化を示すグラフである。
　図２８は、実施例における集光スポットの空間配置を説明する図と、レーザ加工後のサファイアの透過写真である。
　図２９は、比較例における集光スポットの空間配置を説明する図と、レーザ加工後のサファイアの透過写真である。

　２１、２０１、２Ａ１、２０Ａ１、２０Ｂ１、２Ｂ１、２Ｃ１、２Ｄ１、２Ｅ１：集光レンズ、
　Ｏ：光軸、
　Ｓ０：割断予定ライン、
　３：被割断部材
　３ａ：表面
　３ｂ：断面
　Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３：断面集光スポット
　Ｑ０、Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３：深さ集光スポット
　２、２０、２Ａ、２０Ａ、２０Ｂ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、２Ｅ：光学系

（実施形態１）
　本発明を実施するための形態を図面に基づいて以下に詳しく説明する。
　図１は、実施形態１のレーザ加工装置の概略構成図である。図２は、図１の被割断部材３の斜視図、図３は、図１のＡ−Ａ線断面図である。
　本実施形態のレーザ加工装置は、図１~図３に示すように、被割断部材３の表面３ａから所定の深さ位置Ｚ０で集光レンズ２１の光軸Ｏと直交し表面３ａと平行する断面３ｂの上に複数の断面集光スポットＰ０、Ｐ１を同時に形成し、その際、複数の断面集光スポットＰ０、Ｐ１のうち少なくとも一つの断面集光スポットを割断予定ラインＳ０の断面３ｂへの射影線Ｓ１上に形成する光学系２を備えている。
　１は、被割断部材３に対し透明な波長を有する繰り返し超短パルスレーザ光を発生する光源である。光源１として、波長が１~２μｍ、パルス幅が１０ｆｓ~２０ｐｓ、繰り返し周波数が１００ｋＨｚ~１０ＭＨｚのレーザ光を発生するＥｒまたはＹｂをドープしたモードロックファイバーレーザを用いることで、ガラス、サファイア、水晶、シリコン等の被割断部材３の集光スポット位置でレーザ光が多光子吸収され内部改質領域が形成される。
　本実施形態では、二つの集光スポットＰ０、Ｐ１が割断予定ラインＳ０の断面３ｂへの射影線Ｓ１上に形成される。図示しない移動ステージをＸ方向に移動させることで、二つの集光スポットＰ０、Ｐ１ペアがＳ１上に順次形成される。
　二つの集光スポットＰ０、Ｐ１は、互いに接触あるいは近接しているので、図３（ａ）に示すように短時間内で融合して楕円状熱源温度分布パターンｅになる。二つの集光スポットＰ０、Ｐ１が射影線Ｓ１上にあるので、楕円状熱源温度分布パターンｅの長軸も射影線Ｓ１上にある。その結果、応力の異方性、すなわち、長軸方向にクラックを成長させる応力が被割断部材３内に発生するので、次の二つのスポットＰ０、Ｐ１を形成する間隔を大きくすることができる。すなわち、移動ステージのＸ軸方向への送り速度（割断方向の加工速度）を高くすることができる。
　また、二つの集光スポットＰ０、Ｐ１は同時に形成されるので、集光点に十分なエネルギーが到達しない問題や、集光点の位置がずれてしまうといった問題がない。
　次に、実施形態１の変形態様を説明する。図３（ｂ）に示すように、二つの集光スポットＰ０、Ｐ１の間隔を広げて所定の間隔になるように形成してもよい。すると、もはや二つの集光スポットＰ０、Ｐ１は融合せず、独立した円形状熱源温度分布パターンγ０、γ１になる。独立した円形状熱源温度分布パターンγ０、γ１間には、引張応力が働き、射影線Ｓ１方向（割断方向）へのクラックの伸展が助長される。
　また、図４に示すように、三つの集光スポットＰ０、Ｐ１、Ｐ２を同時に形成してもよい。このとき、Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２に注入されるエネルギー密度をＥ０、Ｅ１、Ｅ２として、Ｅ０＞Ｅ１、Ｅ０＞Ｅ２を満たすようにすることで、応力の異方性（楔効果）が高まり、一層加工速度を高くすることができる。
　また、図５（ａ）に示すように、三つの集光スポットＰ０、Ｐ１、Ｐ２を結ぶ図形が三角形を描くようにするとよい。三つの集光スポットＰ０、Ｐ１、Ｐ２が融合して三角形状熱源温度分布パターンｆとなり、楔効果を左方向に作用させることができる。
　また、図５（ｂ）に示すように、四つの集光スポットＰ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を結ぶ図形が平行四辺形を描くようにし、平行四辺形の鋭角をなす二つの頂点Ｐ０、Ｐ３を射影線Ｓ１上に位置させてもよい。四つの集光スポットＰ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３が融合して平行四辺形状熱源温度分布パターンｇとなり、楔効果が左右に作用し、割断方向の加工速度を一層高くすることができる。
　ここで、本発明における複数の集光スポットを同時に形成する事項における「同時」について説明する。複数の集光スポットを空間的に異なる位置に全く同時に形成することは不可能であり、複数の集光スポットの間には自ずと時間幅（時間差）τがある。そこで、時間差τがどこまで許容されるかをシミュレーション実験で調べてみた（後述のシミュレーション２参照。）。その結果、被割断部材が典型的なサファイアの場合、τ＝０．３ｎｓｅｃを得た。そこで、本発明では、０~サブｎｓｅｃの範囲を「同時」と定義する。
　本実施形態のように、超短パルスレーザ光を用いることで、熱の発生を極めて局所的に且つ非常に高温にできるため、本実施形態は次の二つのメリットを有する。
　先ず、溶融領域が局所のため、延性材化する範囲が狭く、その周りの脆性が保たれる。その結果、熱応力が作用したときに良好にクラックが伸展する。パルス幅が長いと、溶融範囲が広がるため、延性材化によるクラック伸展の抑制がある。
　次に、ピークパワーが高いため、温度勾配が急峻になる。したがって、大きな熱応力が発生する。パルス幅が長いと、ピークパワーが小さいため、温度勾配がなだらかになる上、熱拡散しながら入熱が続く状態となり、温度勾配はますますなだらかになり、熱応力が発生しにくくなる。
　なお、複数のビームが同時に照射され且つ各スポットの間隔が波長の５倍程度以下と狭い場合、お互いのビームが干渉し合い、その程度に応じて強度分布が変動する可能性があるため、その影響を加味した加工を行う必要がある。したがって、意図した強度分布を維持し、より効率的に所望の熱源温度分布パターンを得るためには、各ビームをパルス幅程度の時間差を設けて照射するのことが望ましい。本実施形態のように、超短パルスレーザ光を用いることで、本発明で定義する「同時」の範囲の中でパルス幅程度の時間差を付けて照射することが可能になるため、時間的に前に照射されたパルスによって生じる熱の影響を回避できるメリットがある。
　本実施形態のレーザ加工方法における光学系２としては、例えば、図６に示すものがある。図中２２と２３は、ビームスプリッタ、２４と２５はミラーである。
　光源１から射出されたレーザ光は、ビームスプリッタ２２で二つに分割される。ビームスプリッタ２２で反射されたレーザ光は、ミラー２４で反射されて集光レンズ２１に光軸Ｏとθ０をなして入射される。ビームスプリッタ２２を透過したレーザ光は、次のビームスプリッタ２３でさらに二つに分割される。ビームスプリッタ２３で反射されたレーザ光は、ミラー２５で反射されて集光レンズ２１に光軸Ｏとθ１をなして入射される。ビームスプリッタ２２を透過したレーザ光は、光軸Ｏ上を進み集光レンズ２１に入射される。
　光軸Ｏ上を進んで入射されたレーザ光は、射影線Ｓ１と光軸Ｏの交点に集光され、集光スポットＰ０となる。光軸Ｏとθ０をなして入射されたレーザ光は、射影線Ｓ１上で集光スポットＰ０からＸ０離れた位置に集光され、集光スポットＰ２となる。光軸Ｏとθ１をなして入射されたレーザ光は、射影線Ｓ１上で集光スポットＰ０からＸ１離れた位置に集光され、集光スポットＰ１となる。
　集光レンズ２１の焦点距離をＦとすると、
　Ｘ０＝Ｆｔａｎθ０
　Ｘ１＝Ｆｔａｎθ１
の関係があるので、θを変えることで三つの集光スポットＰ０、Ｐ１、Ｐ２の間隔を変えることができる。
　なお、図６の光学系２では、三つの集光スポットＰ０、Ｐ１、Ｐ２を形成するレーザ光の光路が異なるが、上記の同時を満たすように光路差を小さくする必要がある。光遅延媒質を用いることで光路差を調整することができる。
　次に、光学系２の変形態様を説明する。光学系２として、図７に示す光学系２０を用いることができる。ＡＯＭ（音響光学変調器）２０２によって波長シフトを起こしたビーム（１次光）と波長シフトを起こさないビーム（０次光）を生成し、グレーティングペア２０３に挿入する。グレーティングペア２０３によって同時を満たすように二つのビームの光路差が調整される。ＡＯＭ２０２の音波振動数を変えることでθを変化させるか、またはグレーティングペア２０３の格子の本数（ピッチ）、次数を調整することによって集光レンズ２０１に入射する角度を変化させ、集光スポットのＸ方向の位置を変化させる。
　外部からの電気信号によって、ＡＯＭ２０２の音波振動数を変化させることで、集光スポットの位置を制御することができる。
（実施形態２）
　図８は、実施形態２のレーザ加工装置の概略構成図である。図９は、図８の被割断部材３の斜視図、図１０は、図９のＢ−Ｂ線断面図である。
　本実施形態のレーザ加工装置は、図８~１０に示すように、被割断部材３の表面３ａから所定の深さＺ０位置で深さ方向に複数の深さ集光スポットＱ０、Ｑ１を同時に形成し、その際、複数の深さ集光スポットＱ０、Ｑ１のうち少なくとも一つの深さ集光スポットを集光レンズ２Ａ１の光軸Ｏ上に形成する光学系２Ａを備えている。
　本実施形態では、集光スポットＱ０が光軸Ｏ上の表面３ａからＺ０の深さに形成され、集光スポットＱ１が光軸Ｏ上で集光スポットＱ０より深さ方向（Ｚ方向）に深い位置に形成される。図示しない移動ステージをＸ方向に移動させることで、二つの集光スポットＱ０、Ｑ１がＸ方向に順次形成される。
　二つの集光スポットＱ０、Ｑ１は、一部重なる、接する或いは近接しているので、図１０（ａ）に示すように融合して楕円状スポットｅになる。二つの集光スポットＱ０、Ｑ１が光軸Ｏ上にあるので、楕円状スポットｅの長軸も光軸Ｏ上にある。その結果、応力の異方性、すなわち、長軸方向（深さ方向）にクラックを成長させる応力が発生され、深さ方向に別のスポットＱ０、Ｑ１を同時に形成する深さ方向の間隔を大きくすることができる。すなわち、移動ステージのＺ軸方向への送り速度（厚み方向の加工速度）を高くすることができる。
　また、二つの集光スポットＱ０、Ｑ１は同時に形成されるので、集光点に十分なエネルギーが到達しない問題や、集光点の位置がずれてしまうといった問題がない。
　次に、実施形態２の変形態様を説明する。図１０（ｂ）に示すように、二つの集光スポットＱ０、Ｑ１を所定の間隔以上あけて形成してもよい。すると、もはや二つの集光スポットＱ０、Ｑ１は融合せず、独立した円形状熱源温度分布パターンγ０、γ１になる。独立した円形状熱源温度分布パターンγ０、γ１間には、引張応力が働き、光軸Ｏ方向（厚さ方向）へのクラックの伸展が助長される。
　また、図１１に示すように、三つの集光スポットＱ０、Ｑ１、Ｑ２を同時に形成してもよい。このとき、Ｑ０、Ｑ１、Ｑ２に注入されるエネルギー密度をＥ０、Ｅ１、Ｅ２として、Ｅ０＞Ｅ１、Ｅ０＞Ｅ２を満たすようにすることで、応力の異方性（楔効果）が高まり、一層加工速度を高くすることができる。
　また、図１２（ａ）に示すように、三つの集光スポットＱ０、Ｑ１、Ｑ２を結ぶ図形が三角形を描くようにするとよい。三つの集光スポットＱ０、Ｑ１、Ｑ２が融合して三角形状熱源温度分布パターンｆとなり、楔効果を上方向に作用させることができる。
　また、図１２（ｂ）に示すように、四つの集光スポットＱ０、Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３を結ぶ図形が平行四辺形を描くようにし、平行四辺形の鋭角をなす二つの頂点Ｑ０、Ｑ３を光軸Ｏ上に位置させてもよい。四つの集光スポットＱ０、Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３が融合して平行四辺形状熱源温度分布パターンｇとなり、楔効果が上下に作用し、厚み方向の加工速度を一層高くすることができる。
　本実施形態のレーザ加工装置における光学系２Ａとしては、例えば、図１３に示すものがある。図中２Ａ２と２Ａ３はビームスプリッタ、２Ａ４と２Ａ５はミラーである。２Ａ６は、リレーレンズである。
　光源１から射出されたレーザ光は、ビームスプリッタ２Ａ２で二つに分割される。ビームスプリッタ２Ａ２を透過したレーザ光は、ビームスプリッタ２Ａ３を透過して集光レンズ２Ａ１に入射される。ビームスプリッタ２Ａ２で反射されたレーザ光は、リレー光学系２Ａ６で拡がり角αのレーザ光に変換され、その後ビームスプリッタ２Ａ３で反射されて集光レンズ２Ａ１に入射される。
　ビームスプリッタ２Ａ３を透過したレーザ光は、図１３（ｂ）に示すように集光レンズ２Ａ１の焦点位置に集光され、集光スポットＱ０となる。ビームスプリッタ２Ａ３で反射されたレーザ光は、集光スポットＱ０よりＺ１下方に集光され、集光スポットＱ１となる。
　ビームスプリッタ２Ａ３で反射されたレーザ光の集光レンズ２Ａ１でのビーム半径をＲとすると、
　Ｚ１＝｛ＲＦ／（Ｒ−Ｆｔａｎα）｝−Ｆ
の関係があるので、拡がり角αを変えることで、集光スポットＱ０、Ｑ１の間隔を変えることできる。
　なお、図１３の光学系２Ａでは、二つの集光スポットＱ０、Ｑ１を形成するレーザ光の光路が異なるが、上記の同時を満たすように光遅延媒質等を用いて光路差を小さくする必要がある。
　次に、光学系２Ａの変形態様を説明する。光学系２Ａとして、図１４に示す光学系２０Ａ、２０Ｂを用いることができる。
　図１４（ａ）に示すように、中心部と周辺部で曲率の異なる多焦点レンズ２０Ａ１を用いることで、集光スポットを分離することができる。図ではＺ方向の集光スポットを分離する方法を例示しているが、Ｘ方向の集光スポットを分離することもできる。
　また、図１４（ｂ）に示すように、回折レンズ（フレネルレンズ）２０Ｂ１を用いることで、Ｚ方向の集光スポットを分離できる。回折レンズ２０Ｂ１の溝形状を調整することで各々の回折光による集光スポットの強度を調整できる。
（実施形態３）
　図１５は、実施形態３のレーザ加工装置の概略構成図である。図１６は、図１５の被割断部材３の斜視図、図１７（ａ）は、図１６のＡ−Ａ線断面図、図１７（ｂ）は、図１６のＢ−Ｂ線断面図である。
　本実施形態のレーザ加工装置は、図１５~１７に示すように、被割断部材３の表面３ａから所定の深さ位置Ｚ０で集光レンズ２Ｂ１の光軸Ｏと直交し表面３ａと平行する断面３ｂの上に複数の断面集光スポットＰ０、Ｐ１を同時に形成し、その際、複数の断面集光スポットＰ０、Ｐ１のうち少なくとも一つの断面集光スポットを割断予定ラインＳ０の断面３ｂへの射影線Ｓ１上に形成し、所定の深さ位置Ｚ０で深さ方向にも複数の深さ集光スポットＱ０、Ｑ１を同時に形成し、その際、複数の深さ集光スポットＱ０、Ｑ１のうち少なくとも一つの深さ集光スポットを集光レンズ２Ｂ１の光軸Ｏ上に形成する光学系２Ｂを備えている。
　本実施形態では、二つの集光スポットＰ０、Ｐ１が割断予定ラインＳ０の断面（ＸＹ平面）３ｂへの射影線Ｓ１上に形成され、集光スポットＱ０が光軸Ｏ上で表面３ａからＺ０の深さに形成され、集光スポットＱ１が光軸Ｏ上で集光スポットＱ０より深い位置（表面３ａから（Ｚ０＋Ｚ１））に形成される。
　二つの集光スポットＰ０、Ｐ１は、互いに接触あるいは近接しているので、図１７（ａ）に示すように、短時間内に融合して楕円スポットｅ１になる。二つの集光スポットＰ０、Ｐ１が射影線Ｓ１上にあるので、楕円状熱源温度分布パターンｅ１の長軸も射影線Ｓ１上にある。その結果、応力の異方性、すなわち、長軸方向にクラックを成長させる応力が発生され、次の二つのスポットＰ０、Ｐ１を形成する間隔を大きくすることができる。したがって、移動ステージのＸ軸方向への送り速度（割断方向の加工速度）を高くすることができる。
　また、二つの集光スポットＱ０、Ｑ１は、一部重なる、接する或いは近接しているので、図１７（ｂ）に示すように、短時間内に融合して楕円状スポットｅ２になる。二つの集光スポットＱ０、Ｑ１が光軸Ｏ上にあるので、楕円状熱源温度分布パターンｅ２の長軸も光軸Ｏ上にある。その結果、応力の異方性、すなわち、長軸方向（深さ方向）にクラックを成長させる応力が発生され、深さ方向に別のスポットＱ０、Ｑ１を同時に形成する深さ方向の間隔を大きくすることができる。すなわち、焦点位置を厚み方向にずらす量を大きくでき、厚み方向の加工速度（集光レンズの厚み方向の相対移動速度）を高くすることができる。
　本実施形態のレーザ加工装置における光学系２Ｂとしては、例えば、図１８に示すものがある。図中２Ｂ２、２Ｂ３、２Ｂ４、２Ｂ５はビームスプリッタ、２Ｂ６、２Ｂ７、２Ｂ８、２Ｂ９はミラー、２Ｂ１０と２Ｂ１１はリレーレンズである。
　光源１から射出されたレーザ光は、ビームスプリッタ２Ｂ２で二つに分割され、一方のレーザ光はビームスプリッタ２Ｂ３でさらに分割される。
　ビームスプリッタ２Ｂ２を透過したレーザ光は、ビームスプリッタ２Ｂ３、２Ｂ４、２Ｂ５を透過して集光レンズ２Ｂ１に入射され、集光スポットＰ０（Ｑｏ）を形成する。
　ビームスプリッタ２Ｂ２で反射されたレーザ光は、リレーレンズ２Ｂ１０で拡がり角αのレーザ光に変換さる。その後、ビームスプリッタ２Ｂ４で反射されて集光レンズ２Ｂ１に入射され、集光スポットＱ１を形成する。なお、リレーレンズ２Ｂ１０のレンズ間隔（Ｚ方向の距離）を変えることで拡がり角を変えることができる。
　ビームスプリッタ２Ｂ３で反射されたレーザ光は、リレーレンズ２Ｂ１１で伝搬方向が変えられる。その後、ビームスプリッタ２Ｂ５で反射されて集光レンズ２Ｂ１に光軸Ｏとθをなす方向から入射され、集光スポットＰ１を形成する。なお、リレーレンズ２Ｂ１１の倍率が高い場合は、リレーレンズ２Ｂ１１の煽り角を変えることで伝搬方向をかえることができる。
　なお、図１８の光学系２Ｂでは、三つの集光スポットＰ０（Ｑ０）、Ｐ１、Ｑ１を形成するレーザ光の光路が異なるが、上記の同時を満たすように光路差を小さくする必要がある。
　次に、光学系２Ｂの変形態様を説明する。光学系２Ｂを図１９に示すような光学系２Ｃとしてもよい。回折格子２Ｃ２によって得られる複数次の回折光を独立にミラー２Ｃ３~２Ｃ７で反射させ、戻り光を集光レンズ２Ｃ１で集光する。
　各ｎ次光を独立に反射するミラー２Ｃ３~２Ｃ７を配置し、各ミラーの入射ビームに対する角度を調節することで、戻り光の集光レンズ２Ｃ１への入射角を各々変化させることが可能になり、集光スポットＰ０、Ｐ１が被割断部材３の割断予定ラインＳ０の断面（ＸＹ平面）への射影線Ｓ１上に形成される。
　ミラー２Ｃ７の調節角αと集光レンズ２Ｃ１への入射角βとの間には
　β＝２αｃｏｓθｔ／ｃｏｓθｉ
の関係があるので、αを調節することで入射角βを変えることができる。ここで、θｉは回折格子２Ｃ２への入射角、θｔは回折格子２Ｃ２からの射出角である。
　また、各ミラー２Ｃ３~２Ｃ７の反射面の曲率を調整することで、戻り光の集光レンズ２Ｃ１に入射する際の拡がり角（または、窄まり角）を各々変化させることが可能になり、Ｚ方向に対して所望の空間的に分離された集光スポットを形成することができる。
　回折格子２Ｃ２の格子形状を調節することで、各ｎ次光の強度を所望の強度に最適化することができる。
　また、光学系２Ｂを図２０に示すような光学系２Ｄとしてもよい。光源１から射出される一つのビームがビームエキスパンダ２Ｄ２で拡げられ、多数のアパーチャ２Ｄ３~２Ｄ５に取り付けられたガラス棒２Ｄ６~２Ｄ８に入射される。ガラス棒２Ｄ６~２Ｄ８の射出側の端面角度を変えることで、集光レンズ２Ｄ１に入射するビームの角度を変化させ、集光スポットのＸ方向の位置を変化させることができる。
　また、ガラス棒２Ｄ６~２Ｄ８の射出側端面の曲率を調整することで、集光レンズ２Ｄ１に入射する際の拡がり角（または、窄まり角）を各々変化させ、Ｚ方向の位置を変化させることができる。あるいは、単なるガラス棒の代わりにセルフォックレンズ（径の外側に行くほど屈折率が小さくなる屈折率分布を有するレンズ）を用いることによって集光レンズ２Ｄ１に入射する際の拡がり角（または、窄まり角）を各々変化させることができ、Ｚ方向の位置を変化させることもできる。
　アパーチャ２Ｄ３~２Ｄ５にガラス棒２Ｄ６~２Ｄ８を取り付ける代わりに、６角形のガラスをスタックさせてフライアイレンズのようにすればケラレ部分が無くなるため、ロスが抑えられてさらに望ましい。
　通常のガウシアンビームでは、分離後の各焦点間の強度分布もガウシアンに準じたものになってしまう。各集光スポットの強度分布を均一にするためには、アパーチャ２Ｄ３~２Ｄ５の上流に、トップハット分布変換光学系を置いて各アパーチャに入射するビームの強度を等しくする必要がある。
　さらに、光学系２Ｂを図２１に示すような光学系２Ｅとしてもよい。穴あきアキシコンミラーペア２Ｅ２を用いて光源１から射出されるビームを中心の小さなビームとドーナツ型のビームに分離して、集光レンズ２Ｅ１で集光する。アキシコンミラーペア２Ｅ２内で折り返されたレーザ光と中心の穴から抜けるレーザ光の集光レンズ２Ｅ１への到達時間をそろえるために、遅延媒質２Ｅ３の長さは、アキシコンミラーペア２Ｅ２内での折り返しの光路長と、遅延媒質２Ｅ３内の実効光路長が揃うように調整されている。遅延媒質２Ｅ３の射出側端面角度を変えることで、集光レンズ２Ｅ１に入射するビームの角度を変化させ、集光スポットのＸ方向の位置を変化させることができる。また、遅延媒質２Ｅ３の射出側端面の曲率を調整することで、集光レンズに入射する際の拡がり角（または、窄まり角）を各々変化させ、Ｚ方向の位置を変化させることができる。あるいは、遅延媒質２Ｅ３として単なる均一媒質の代わりにセルフォックレンズを用いることによって、集光レンズ２Ｅ１に入射する際の拡がり角（または、窄まり角）を各々変化させることができ、Ｚ方向の位置を変化させることもできる。
　次に、本発明のシミュレーション結果と実験結果を説明する。
〔シミュレーション１〕実施形態１のレーザ加工装置によって同時且つ複数形成される集光スポットが短時間内に融合して一つの楕円状熱源温度分布パターンになる様子が「内部円筒熱源列による熱伝導数値解析モデル」を使用してシミュレーションされた。
　主なシミュレーション条件は、以下の通り。
　被割断部材：サファイア
　集光スポット形成深さＺ０：２０μｍ
　集光スポット径：２μｍ
　集光スポット中心間隔：２μｍ
　集光スポット数：３
　集光スポット当たりのレーザパルスエネルギー：０．２５μＪ
　シミュレーション結果を図２２に示す。レーザパルスを照射後約１０ｐｓ経過すると、図２２（ａ）に示す楕円状熱源温度分布パターンが形成された。図２２（ｂ）は、図２２（ａ）から１０ｎｓ経過した楕円状熱源温度分布パターンを示している。中心の最も黒い領域は約４０００°Ｋ、外側の白っぽい領域は約１５００°Ｋ、中間領域は２５００~３０００°Ｋであった。
　このシミュレーションから、レーザパルスが複数同時に集光照射されると、ほとんど瞬時（約１０ｐｓ後）に融合して楕円状熱源温度分布パターンが発現することがわかる。
〔シミュレーション２〕三つの集光スポットを時間差ゼロ（τ＝０）で形成した場合の熱源温度分布パターンの形状寸法と、時間差０．００３ｎｓｅｃ、０．０３ｎｓｅｃ、０．３ｎｓｅｃで形成した場合の熱源温度分布パターンの形状寸法とが、「内部円筒熱源列による熱伝導数値解析モデル」を使用してシミュレーションされた。
　主なシミュレーション条件は、以下の通り。
　被割断部材：サファイア
　集光スポット形成深さＺ０：５μｍ
　集光スポット径：２μｍ
　集光スポット中心間隔：２μｍ
　集光スポット数：３
　集光スポットの時間差：０ｓｅｃ、０．００３ｎｓｅｃ、０．０３ｎｓｅｃ、０．３ｎｓｅｃ
　集光スポット当たりのレーザパルスエネルギー：１μＪ
　シミュレーション結果を図２３に示す。図２３は、三つの集光スポットを形成してから１０ｎｓｅｃ後の熱源の温度分布パターンであり、（ａ）は三つの集光スポットを時間差ゼロで形成した場合の熱源の温度分布パターン、（ｂ）は真ん中の集光スポットを両側の集光スポットより０．００３ｎｓｅｃ遅らせて形成した場合の熱源の温度分布パターン、（ｃ）は両側の集光スポットを真ん中の集光スポットより０．００３ｎｓｅｃ遅らせて形成した場合の熱源の温度分布パターン、（ｄ）は真ん中の集光スポットを両側の集光スポットより０．０３ｎｓｅｃ遅らせて形成した場合の熱源の温度分布パターン、（ｅ）は両側の集光スポットを真ん中の集光スポットより０．０３ｎｓｅｃ遅らせて形成した場合の熱源の温度分布パターン、（ｆ）は真ん中の集光スポットを両側の集光スポットより０．３ｎｓｅｃ遅らせて形成した場合の熱源の温度分布パターン、（ｇ）は両側の集光スポットを真ん中の集光スポットより０．３ｎｓｅｃ遅らせて形成した場合の熱源の温度分布パターン、である。
　図２３より、本シミュレーションで最も大きく遅らせたτ＝０．３ｎｓｅｃの場合の温度分布パターン（ｆ）、（ｇ）でもτ＝０の場合の温度分布パターン（ａ）と形状及び寸法が同じであることがわかる。従って、複数の集光スポットをサファイアに形成する場合、複数の集光スポットの時間差が少なくとも０．３ｎｓｅｃ以内であれば、同時に（時間差ゼロで）形成した場合と同じ形状寸法の熱源温度分布パターンが得られる。
〔シミュレーション３〕二つの集光スポット間隔を変化させた場合の熱源の温度分布パターンが「内部円筒熱源列による熱伝導数値解析モデル」を使用してシミュレーションされた。次に、その時の応力分布が「有限要素法による応力解析モデル」を使用して求められた。
　主なシミュレーション条件は、以下の通り。
　被割断部材：サファイア
　集光スポット形成深さＺ０：２０μｍ
　集光スポット径：２μｍ
　集光スポット中心間隔：２μｍ、４μｍ、６μｍ
　集光スポット数：２
　集光スポット当たりのレーザパルスエネルギー：１μＪ
　解析領域：５μｍ×１０μｍ
　要素：２次元４節点線形要素
　要素数：５０００
　節点数：５１５１
　初期温度：０℃
　シミュレーション結果を図２４~図２６に示す。図２４及び図２５は、集光スポット中心間隔が２μｍ及び４μｍの場合の熱源温度分布パターン及び応力分布パターンをそれぞれ示している（集光スポット中心間隔が６μｍの場合は割愛）。図２６は、図２４等の応力分布パターンの最大応力を縦軸にとり、横軸に集光スポット間隔をとってグラフ化したものである。
　図２４及び図２５からスポット間隔が２μｍの場合は、熱源が発現してから２０ｎｓ後には融合して楕円状熱源温度分布パターンになるが、スポット間隔が少なくとも４μｍ以上になると、もはや融合しなくなることがわかる。
　また、スポット間隔が２μｍの場合は、熱源の外側にのみ引張応力が発生するのに対し、スポット間隔が少なくとも４μｍ以上になると、二つの円形熱源の間に引張応力が働くことがわかる。
〔シミュレーション４〕実施形態１のレーザ加工装置によって発現した楕円状熱源温度分布パターンにより発生する応力が「有限要素法による応力解析モデル」を使用して求められた。
　主なシミュレーション条件は、以下の通り。
　被割断部材：サファイア
　楕円状熱源の長径×短径：２μｍ×０．５μｍ
　楕円状熱源当たりのレーザパルスエネルギー：１μＪ
　シミュレーション結果を図２７に示す。レーザパルスを照射後約１００ｐｓ後に熱源の中心温度が９８４３°Ｋに達し、その時（図２７の横軸０ｎｓ時点）、最大応力を示した。曲線アがＹ方向の応力、曲線イがＸ方向の応力を示しているが、図２７から楕円状熱源温度分布パターンの長軸と直交する方向（Ｙ方向）の引張応力が長軸方向（Ｘ方向）の引張応力より大きいことがわかる。
　図２７には円熱源の応力曲線ウも示してある。これから楕円熱源温度分布パターン発生直後は、円熱源よりも大きな引張応力が作用するが、円熱源より冷却スピードが速いため、所定時間経過後は円熱源より引張応力が小さくなることもわかる。
　これらのことから、最大応力が作用するタイミングで長軸と直交する方向の応力が被割断部材の破壊閾値を超え、一方、長軸方向の応力が被割断部材の破壊閾値以下であるような熱源温度分布パターンが生じるようにパルスレーザを集光照射することで、楕円の長軸方向にのみクラックを生じさせることが可能になる。
　また、時間の経過とともに応力は減っていき、初期の、温度が高い状態のとき最も大きな応力が作用するので、クラックを生じる破壊応力が作用し得る限界時間までに楕円プロファイルを有する熱源を形成させておく必要があることが判る。

　実施形態１のレーザ加工装置で加工実験を行った。加工条件は以下の通りである。
　光源１：下記仕様・性能のモードロックファイバレーザ（米国イムラ社、モデルＤ１０００）
　中心波長　　　：１０４５ｎｍ
　ビーム径　　　：４ｍｍ
　モード　　　　：シングル（ガウシアン）
　パルス幅　　　：７００ｆｓ
　パルスエネルギ：１０μＪ（最大）
　繰り返し周波数：１００ｋＨｚ（最大）
　平均パワー　　：１０００ｍＷ（最大）
　集光レンズ２１：顕微鏡用対物レンズ（焦点距離：４ｍｍ、開口数：０．６５）
　集光スポット径：２μｍ
　被割断部材３：サファイア
　同時集光スポット数：２
　集光スポット中心間隔：２μｍ
　ステージ走査速度：１０００ｍｍ／ｓ（隣り合う二つの集光スポットの間隔が１０μｍ、図２８（ａ）参照。）
　図２８（ｂ）は、サファイアを内部加工した透過像である。二つの同時集光スポットから割断方向にきれいにクラックが延びているのがわかる。
＜比較例＞
　上記実施例の加工条件において、同時集光スポット数を１にしたこととステージ走査速度を５００ｍｍ／ｓ（スポット間隔が５μｍ、図２９（ａ）参照。）にしたこと以外は、上記実施例と同じ加工条件である。
　図２９（ｂ）は、サファイアを内部加工した透過像である。集光スポットを繋ぐ方向とは異なる方向（結晶方位）に、割断に寄与しない余分なクラックが発生していることがわかる。

Claims

集光レンズの光軸を被割断部材の割断予定ラインに沿って相対的に移動させてレーザ光を被割断部材に集光照射することにより、割断の起点となる改質領域を前記被割断部材の内部に前記割断予定ラインに沿うように形成するレーザ加工方法であって、
　前記被割断部材の表面から所定の深さ位置で前記集光レンズの光軸と直交し前記表面と平行する断面上の位置に複数の断面集光スポットを同時に形成し、その際、前記複数の断面集光スポットのうち少なくとも一つの断面集光スポットを前記割断予定ラインの前記断面への射影線上に形成して所望の形状の前記内部改質領域を一つ或いは複数形成することを特徴とするレーザ加工方法。
集光レンズの光軸を被割断部材の割断予定ラインに沿って相対的に移動させてレーザ光を被割断部材に集光照射することにより、割断の起点となる改質領域を前記被割断部材の内部に前記割断予定ラインに沿うように形成するレーザ加工方法であって、
　前記被割断部材の表面から所定の深さ位置で深さ方向に複数の深さ集光スポットを同時に形成し、その際、前記複数の深さ集光スポットのうち少なくとも一つの深さ集光スポットを前記集光レンズの光軸上に形成して所望の形状の前記内部改質領域を一つ或いは複数形成することを特徴とするレーザ加工方法。
集光レンズの光軸を被割断部材の割断予定ラインに沿って相対的に移動させてレーザ光を被割断部材に集光照射することにより、割断の起点となる改質領域を前記被割断部材の内部に前記割断予定ラインに沿うように形成するレーザ加工方法であって、
　前記被割断部材の表面から所定の深さ位置で前記集光レンズの光軸と直交し前記表面と平行する断面上の位置に複数の断面集光スポットを同時に形成し、その際、前記複数の断面集光スポットのうち少なくとも一つの断面集光スポットを前記割断予定ラインの前記断面への射影線上に形成し、
　前記所定の深さ位置で深さ方向にも複数の深さ集光スポットを同時に形成し、その際、前記複数の深さ集光スポットのうち少なくとも一つの深さ集光スポットを前記集光レンズの光軸上に形成して所望の形状の前記内部改質領域を一つ或いは複数形成することを特徴とするレーザ加工方法。
前記複数の断面集光スポットを結ぶ図形が三角形である請求項１または３に記載のレーザ加工方法。
前記複数の深さ集光スポットを結ぶ図形が三角形である請求項２または３に記載のレーザ加工方法。
前記複数の断面集光スポットを結ぶ図形が平行四辺形であり、前記平行四辺形の鋭角をなす二つの頂点を前記割断予定ラインの前記断面への射影線上に位置させる請求項１または３に記載のレーザ加工方法。
前記複数の深さ集光スポットを結ぶ図形が平行四辺形であり、前記平行四辺形の鋭角をなす二つの頂点を前記集光レンズの光軸上に位置させる請求項２または３に記載のレーザ加工方法。
前記複数の断面集光スポットの前記断面上での空間位置と該集光スポットのエネルギー密度との組み合わせを用いることで前記所望の形状の前記内部改質領域を形成する請求項１、３、４及び６のいずれか１項に記載のレーザ加工方法。
前記複数の深さ集光スポットの前記割断予定ラインを含む面内の空間位置と該集光スポットのエネルギー密度との組み合わせを用いることで前記所望の形状の前記内部改質領域を形成する請求項２、３、５及び７のいずれか１項に記載のレーザ加工方法。
集光レンズの光軸を被割断部材の割断予定ラインに沿って相対的に移動させてレーザ光を被割断部材に集光照射することにより、割断の起点となる改質領域を前記被割断部材の内部に前記割断予定ラインに沿うように形成するレーザ加工装置であって、
　前記被割断部材の表面から所定の深さ位置で前記集光レンズの光軸と直交し前記表面と平行する断面上の位置に複数の断面集光スポットを同時に形成し、その際、前記複数の断面集光スポットのうち少なくとも一つの断面集光スポットを前記割断予定ラインの前記断面への射影線上に形成する光学系を備え、所望の形状の前記内部改質領域を一つ或いは複数形成することを特徴とするレーザ加工装置。
集光レンズの光軸を被割断部材の割断予定ラインに沿って相対的に移動させてレーザ光を被割断部材に集光照射することにより、割断の起点となる改質領域を前記被割断部材の内部に前記割断予定ラインに沿うように形成するレーザ加工装置であって、
　前記被割断部材の表面から所定の深さ位置で深さ方向に複数の深さ集光スポットを同時に形成し、その際、前記複数の深さ集光スポットのうち少なくとも一つの深さ集光スポットを前記集光レンズの光軸上に形成する光学系を備え、所望の形状の前記内部改質領域を一つ或いは複数形成することを特徴とするレーザ加工装置。
集光レンズの光軸を被割断部材の割断予定ラインに沿って相対的に移動させてレーザ光を被割断部材に集光照射することにより、割断の起点となる改質領域を前記被割断部材の内部に前記割断予定ラインに沿うように形成するレーザ加工装置であって、
　前記被割断部材の表面から所定の深さ位置で前記集光レンズの光軸と直交し前記表面と平行する断面上の位置に複数の断面集光スポットを同時に形成し、その際、前記複数の断面集光スポットのうち少なくとも一つの断面集光スポットを前記割断予定ラインの前記断面への射影線上に形成し、前記所定の深さ位置で深さ方向にも複数の深さ集光スポットを同時に形成し、その際、前記複数の深さ集光スポットのうち少なくとも一つの深さ集光スポットを前記集光レンズの光軸上に形成する光学系を備え、所望の形状の前記内部改質領域を一つ或いは複数形成することを特徴とするレーザ加工装置。
前記光学系はビームスプリッタ、ミラー及び集光レンズを備え、
　前記レーザ光を前記ビームスプリッタにより分割し、分割したレーザ光を前記ミラーにより反射させて光軸に対して所定角度θ０を成して前記集光レンズに入射させることにより、前記割断予定ラインに沿うよう複数の断面集光スポットを形成するようにした請求項１０に記載のレーザ加工装置。
　前記光学系は音響光学変調器、グレーティングペア及び集光レンズを備え、
　前記レーザ光を前記音響光学変調器により波長シフトした１次光ビームと波長シフトを起こさない０次光ビームを生成し、前記グレーティングペアにより光路差を設けて、前記集光レンズに入射させることにより、前記割断予定ラインに沿うよう複数の断面集光スポットを形成するようにした請求項１０に記載のレーザ加工装置。
前記光学系はビームスプリッタ、ミラー、リレーレンズ及び集光レンズを備え、
　前記レーザ光を前記ビームスプリッタを介して前記集光レンズに入射させると共に、前記ビームスプリッタにより反射させたレーザ光を前記リレーレンズで広がり角αのレーザ光にして前記集光レンズに入射させることにより、深さ方向に複数の深さ集光スポットを形成するようにした請求項１１に記載のレーザ加工装置。