JP3292294B2 - レーザを用いたマーキング方法及びマーキング装置 - Google Patents
レーザを用いたマーキング方法及びマーキング装置Info
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- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザを用いたマ
ーキング方法及びマーキング装置に関し、特に薄板状の
被加工部材にマーキングを行うのに適したマーキング方
法及びマーキング装置に関する。
ーキング方法及びマーキング装置に関し、特に薄板状の
被加工部材にマーキングを行うのに適したマーキング方
法及びマーキング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザ光によるアブレーションを利用し
て、例えば透明ガラス基板等の被加工部材の表面にマー
キングする方法が知られている。この方法によると、被
加工部材の表面に微細な割れが発生し、その破片が製造
ラインに混入する場合がある。また、マーキングされた
位置の近傍に「デブリ」と称される付着物が堆積するた
め、この付着物を除去するための洗浄を行う必要があ
る。
て、例えば透明ガラス基板等の被加工部材の表面にマー
キングする方法が知られている。この方法によると、被
加工部材の表面に微細な割れが発生し、その破片が製造
ラインに混入する場合がある。また、マーキングされた
位置の近傍に「デブリ」と称される付着物が堆積するた
め、この付着物を除去するための洗浄を行う必要があ
る。
【０００３】被加工部材の表面に損傷を与えることな
く、その内部にレーザ光を集光し、被加工部材の内部に
マーキングを行う方法が、特開平３−１２４４８６号公
報に開示されている。この方法によると、被加工部材の
表面が損傷を受けないため、微細な割れの発生、及びデ
ブリの付着を防止できる。
く、その内部にレーザ光を集光し、被加工部材の内部に
マーキングを行う方法が、特開平３−１２４４８６号公
報に開示されている。この方法によると、被加工部材の
表面が損傷を受けないため、微細な割れの発生、及びデ
ブリの付着を防止できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述の特開平３−１２
４４８６号公報に開示された方法によると、被加工部材
の表面から０．５〜２．５ｍｍ程度の深さの位置にマー
キングを行うことができる。この方法を用いて、例えば
厚さ１ｍｍ以下の薄板状の被加工部材にマーキングする
と、内部に発生したクラックが表面まで到達する場合が
ある。表面まで達したクラックは、微細なパーティクル
発生の原因になる。
４４８６号公報に開示された方法によると、被加工部材
の表面から０．５〜２．５ｍｍ程度の深さの位置にマー
キングを行うことができる。この方法を用いて、例えば
厚さ１ｍｍ以下の薄板状の被加工部材にマーキングする
と、内部に発生したクラックが表面まで到達する場合が
ある。表面まで達したクラックは、微細なパーティクル
発生の原因になる。
【０００５】本発明の目的は、薄板状の被加工部材にマ
ーキングする際にも、表面まで達するクラックの発生を
抑制することができるマーキング方法及びマーキング装
置を提供することである。
ーキングする際にも、表面まで達するクラックの発生を
抑制することができるマーキング方法及びマーキング装
置を提供することである。
【０００６】
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、複数のレーザビームを得る工程と、前記複数のレー
ザビームのうち一部のレーザビームを、表と裏とを有す
る板状部材に、その表側から入射させ、他のレーザビー
ムを該板状部材に、その裏側から入射させ、該板状部材
の内部のある微小領域に集光することにより、前記被加
工部材の集光部分を変質させてマーキングする工程とを
有するマーキング方法が提供される。
と、複数のレーザビームを得る工程と、前記複数のレー
ザビームのうち一部のレーザビームを、表と裏とを有す
る板状部材に、その表側から入射させ、他のレーザビー
ムを該板状部材に、その裏側から入射させ、該板状部材
の内部のある微小領域に集光することにより、前記被加
工部材の集光部分を変質させてマーキングする工程とを
有するマーキング方法が提供される。
【０００８】複数のレーザビームが集光された微小領域
におけるレーザ光のエネルギ密度があるしきい値を超え
ると、被加工対象部材が変質し、微小領域にマーキング
することができる。１本のレーザビームを照射する場合
に比べて、しきい値を超えた領域を、より局在化させる
ことが可能になる。
におけるレーザ光のエネルギ密度があるしきい値を超え
ると、被加工対象部材が変質し、微小領域にマーキング
することができる。１本のレーザビームを照射する場合
に比べて、しきい値を超えた領域を、より局在化させる
ことが可能になる。
【０００９】本発明の他の観点によると、光軸に垂直な
仮想平面上において、中心から遠ざかるに従って光強度
が増大するような光強度分布を有するレーザビームを、
被加工部材の内部に集光し、前記被加工部材の集光部分
を変質させてマーキングするマーキング方法が提供され
る。
仮想平面上において、中心から遠ざかるに従って光強度
が増大するような光強度分布を有するレーザビームを、
被加工部材の内部に集光し、前記被加工部材の集光部分
を変質させてマーキングするマーキング方法が提供され
る。
【００１０】本発明の他の観点によると、光軸に垂直な
断面形状が円環状になるようなレーザビームを、被加工
部材の内部に集光し、前記被加工部材の集光部分を変質
させてマーキングするマーキング方法が提供される。
断面形状が円環状になるようなレーザビームを、被加工
部材の内部に集光し、前記被加工部材の集光部分を変質
させてマーキングするマーキング方法が提供される。
【００１１】通常レーザビームの中心近傍でしきい値を
超えやすい。中心部の光強度が周辺部に比べて弱いかま
たは０であるため、しきい値を超える領域を、レーザビ
ームの光軸方向に関してより局在化することができる。
超えやすい。中心部の光強度が周辺部に比べて弱いかま
たは０であるため、しきい値を超える領域を、レーザビ
ームの光軸方向に関してより局在化することができる。
【００１２】
【００１３】
【００１４】本発明の他の観点によると、レーザ光源
と、前記レーザ光源から放射されたレーザビームを、そ
の光軸に垂直な仮想平面上においてその中心から遠ざか
るに従って光強度が低下するように整形するビーム整形
手段と、前記ビーム整形手段により整形されたビーム
を、被加工部材の内部のある微小領域に集光する集光光
学系とを有するマーキング装置が提供される。
と、前記レーザ光源から放射されたレーザビームを、そ
の光軸に垂直な仮想平面上においてその中心から遠ざか
るに従って光強度が低下するように整形するビーム整形
手段と、前記ビーム整形手段により整形されたビーム
を、被加工部材の内部のある微小領域に集光する集光光
学系とを有するマーキング装置が提供される。
【００１５】本発明の他の観点によると、光軸に垂直な
仮想平面上の光照射領域が円環状になるようなレーザビ
ームを放射するレーザビーム放射手段と、前記レーザビ
ーム放射手段から放射されたレーザビームを、被加工部
材の内部のある領域に集光する集光光学系とを有するマ
ーキング装置が提供される。
仮想平面上の光照射領域が円環状になるようなレーザビ
ームを放射するレーザビーム放射手段と、前記レーザビ
ーム放射手段から放射されたレーザビームを、被加工部
材の内部のある領域に集光する集光光学系とを有するマ
ーキング装置が提供される。
【００１６】通常レーザビームの中心近傍でしきい値を
超えやすい。中心部の光強度が周辺部に比べて弱いかま
たは０であるため、しきい値を超える領域を、レーザビ
ームの光軸方向に関してより局在化することができる。
超えやすい。中心部の光強度が周辺部に比べて弱いかま
たは０であるため、しきい値を超える領域を、レーザビ
ームの光軸方向に関してより局在化することができる。
【００１７】
【００１８】
【００１９】
【００２０】
【発明の実施の形態】図１（Ａ）は、本発明の第１の実
施例によるマーキング装置の動作原理図を示す。
施例によるマーキング装置の動作原理図を示す。
【００２１】レーザ光源１から、１本のレーザビーム１
１が出射する。レーザビーム１１は、ビーム分割手段２
に入射する。ビーム分割手段２は、レーザビーム１１を
２つの部分ビーム１２Ａと１２Ｂとに分割する。分割さ
れた部分ビーム１２Ａと１２Ｂは、集光光学系３に入射
する。なお、部分ビーム１２Ａと１２Ｂとの総エネルギ
の和が、レーザビーム１１のエネルギにほぼ等しくな
り、エネルギロスの生じないように分割することが好ま
しい。
１が出射する。レーザビーム１１は、ビーム分割手段２
に入射する。ビーム分割手段２は、レーザビーム１１を
２つの部分ビーム１２Ａと１２Ｂとに分割する。分割さ
れた部分ビーム１２Ａと１２Ｂは、集光光学系３に入射
する。なお、部分ビーム１２Ａと１２Ｂとの総エネルギ
の和が、レーザビーム１１のエネルギにほぼ等しくな
り、エネルギロスの生じないように分割することが好ま
しい。
【００２２】集光光学系３に対向するように、保持台４
が配置されている。保持台４の上に被加工部材１０が載
置される。集光光学系３は、部分ビーム１２Ａと１２Ｂ
とを、被加工部材１０の内部の微小領域１３に集光す
る。微小領域１３及びその近傍においてレーザ光の密度
が高くなる。このレーザ光の密度が、あるしきい値より
も高くなると、光学的非線型現象による吸収が起こると
考えられる。この吸収に基づき、光学的損傷(Optical D
amage)あるいは光学的絶縁破壊(Optical Breakdown) が
生じ、被加工部材１０の微小領域１３が変質し、外部か
ら視認し得るようになる。このようにして、被加工部材
１０の内部にマーキングすることができる。
が配置されている。保持台４の上に被加工部材１０が載
置される。集光光学系３は、部分ビーム１２Ａと１２Ｂ
とを、被加工部材１０の内部の微小領域１３に集光す
る。微小領域１３及びその近傍においてレーザ光の密度
が高くなる。このレーザ光の密度が、あるしきい値より
も高くなると、光学的非線型現象による吸収が起こると
考えられる。この吸収に基づき、光学的損傷(Optical D
amage)あるいは光学的絶縁破壊(Optical Breakdown) が
生じ、被加工部材１０の微小領域１３が変質し、外部か
ら視認し得るようになる。このようにして、被加工部材
１０の内部にマーキングすることができる。
【００２３】微小領域１３から発生する光が、光検出器
５により観測される。光検出器５の観測結果が位置調節
手段６に通知される。一般的に、被加工部材１０の表面
でアブレーションが生ずると、その内部で光学的損傷あ
るいは光学的絶縁破壊が起きている場合に比べて、発光
強度が大きくなる。位置調節手段６は、光検出器５から
得られた発光強度情報に基づいて、被加工部材１０の表
面でアブレーションが生じないように、集光光学系３と
保持台４とのレーザビームの光軸方向に関する相対位置
を調節する。このようにして、被加工部材１０の表面に
損傷を与えることなく、その内部にマーキングすること
が可能になる。
５により観測される。光検出器５の観測結果が位置調節
手段６に通知される。一般的に、被加工部材１０の表面
でアブレーションが生ずると、その内部で光学的損傷あ
るいは光学的絶縁破壊が起きている場合に比べて、発光
強度が大きくなる。位置調節手段６は、光検出器５から
得られた発光強度情報に基づいて、被加工部材１０の表
面でアブレーションが生じないように、集光光学系３と
保持台４とのレーザビームの光軸方向に関する相対位置
を調節する。このようにして、被加工部材１０の表面に
損傷を与えることなく、その内部にマーキングすること
が可能になる。
【００２４】また、ビーム分割手段２と集光光学系３と
を被加工部材１０の表面に平行な面内で移動させること
により、面内の所望の位置にマーキングすることができ
る。
を被加工部材１０の表面に平行な面内で移動させること
により、面内の所望の位置にマーキングすることができ
る。
【００２５】また、２本の部分ビーム１２Ａと１２Ｂと
に分割して微小領域１３に集光するため、１本のレーザ
ビーム１１をそのまま集光する場合に比べて、被加工部
材１０の深さ方向に関するレーザ光の密度を、より微小
な領域に集中させることができる。このため、変質する
領域の深さ方向の長さを短くすることができ、変質領域
が被加工部材１０の表面まで達することを抑制すること
が可能になる。
に分割して微小領域１３に集光するため、１本のレーザ
ビーム１１をそのまま集光する場合に比べて、被加工部
材１０の深さ方向に関するレーザ光の密度を、より微小
な領域に集中させることができる。このため、変質する
領域の深さ方向の長さを短くすることができ、変質領域
が被加工部材１０の表面まで達することを抑制すること
が可能になる。
【００２６】被加工部材１０の深さ方向に関して、より
微小な領域にレーザビームを集光させるためには、集光
光学系３の対物レンズとして、なるべく開口数の大きな
レンズを用いることが好ましい。
微小な領域にレーザビームを集光させるためには、集光
光学系３の対物レンズとして、なるべく開口数の大きな
レンズを用いることが好ましい。
【００２７】なお、使用するレーザ光としては、被加工
部材１０との組み合わせにより適当なものを選択する。
例えば、石英ガラスにマーキングする場合には、石英ガ
ラスに対して透明な波長領域、すなわち赤外線領域、可
視光線領域、もしくは紫外線領域の波長を有するレーザ
光を使用することができる。また、一般的な板ガラスに
マーキングする場合には、板ガラスに対して透明な波長
領域、すなわち赤外線領域もしくは可視光線領域の波長
を有するレーザ光を使用することができる。また、ガラ
ス以外にも、例えばシリコン基板等にマーキングしたい
場合には、シリコン基板に対して透明な波長領域のレー
ザ光を用いればよい。
部材１０との組み合わせにより適当なものを選択する。
例えば、石英ガラスにマーキングする場合には、石英ガ
ラスに対して透明な波長領域、すなわち赤外線領域、可
視光線領域、もしくは紫外線領域の波長を有するレーザ
光を使用することができる。また、一般的な板ガラスに
マーキングする場合には、板ガラスに対して透明な波長
領域、すなわち赤外線領域もしくは可視光線領域の波長
を有するレーザ光を使用することができる。また、ガラ
ス以外にも、例えばシリコン基板等にマーキングしたい
場合には、シリコン基板に対して透明な波長領域のレー
ザ光を用いればよい。
【００２８】レーザ光源１としては、例えばＹＡＧレー
ザ、ＹＬＦレーザ等の固体レーザ装置を用いるのが便利
であろう。例えば、赤外線領域の波長を有するレーザ光
を出力するＹＡＧレーザ装置を用いた場合、波長変換器
を用いて波長を２倍にすれば可視光線領域の波長を有す
るレーザ光を得ることができる。また、４倍波とすれ
ば、紫外線領域の波長を有するレーザ光を得ることがで
きる。使用するレーザ光の波長が短くなるほど、マーキ
ングすべき位置の空間的解像度を高くすることができ
る。
ザ、ＹＬＦレーザ等の固体レーザ装置を用いるのが便利
であろう。例えば、赤外線領域の波長を有するレーザ光
を出力するＹＡＧレーザ装置を用いた場合、波長変換器
を用いて波長を２倍にすれば可視光線領域の波長を有す
るレーザ光を得ることができる。また、４倍波とすれ
ば、紫外線領域の波長を有するレーザ光を得ることがで
きる。使用するレーザ光の波長が短くなるほど、マーキ
ングすべき位置の空間的解像度を高くすることができ
る。
【００２９】さらに、レーザ光源１として、パルスレー
ザ装置を用いることにより、被加工部材１０のマーキン
グ部近傍の温度上昇を抑制することができる。このた
め、温度上昇による悪影響を回避し、マーキングされる
深さ方向の位置を均一に揃えることが可能になる。な
お、パルス幅の短いものを使用することが好ましい。こ
れは、熱的効果の大きさがパルス幅の平方根に比例する
ためである。具体的には、１ナノ秒以下のパルス幅で発
振するレーザ光源を用いることが好ましい。
ザ装置を用いることにより、被加工部材１０のマーキン
グ部近傍の温度上昇を抑制することができる。このた
め、温度上昇による悪影響を回避し、マーキングされる
深さ方向の位置を均一に揃えることが可能になる。な
お、パルス幅の短いものを使用することが好ましい。こ
れは、熱的効果の大きさがパルス幅の平方根に比例する
ためである。具体的には、１ナノ秒以下のパルス幅で発
振するレーザ光源を用いることが好ましい。
【００３０】図１（Ｂ）は、ビーム分割手段２の一構成
例を示す。ビーム分割手段２は、断面が２等辺三角形の
第１のプリズム２Ａと第２のプリズム２Ｂを含んで構成
される。第１及び第２のプリズム２Ａ及び２Ｂは、相互
に等しい頂角、例えば１２０°を有し、各々の底面同士
が相互に平行になり、かつ頂点に相当する稜同士が相互
に平行に対向するように配置されている。
例を示す。ビーム分割手段２は、断面が２等辺三角形の
第１のプリズム２Ａと第２のプリズム２Ｂを含んで構成
される。第１及び第２のプリズム２Ａ及び２Ｂは、相互
に等しい頂角、例えば１２０°を有し、各々の底面同士
が相互に平行になり、かつ頂点に相当する稜同士が相互
に平行に対向するように配置されている。
【００３１】レーザビーム１１が第１のプリズム２Ａの
底面に垂直入射する。レーザビーム１１の光軸に垂直な
方向に関する光強度分布を曲線１１ａで示す。中心にお
いて光強度が最大となり、中心から離れるに従って徐々
に低下している。
底面に垂直入射する。レーザビーム１１の光軸に垂直な
方向に関する光強度分布を曲線１１ａで示す。中心にお
いて光強度が最大となり、中心から離れるに従って徐々
に低下している。
【００３２】プリズム２Ａの１対の斜面から出射するレ
ーザビームは、２つの部分ビーム１２Ａと１２Ｂとに分
割される。部分ビーム１２Ａと１２Ｂは、それぞれプリ
ズム２Ｂの２つの斜面に入射する。プリズム２Ｂの底面
からは、２本の平行な部分ビーム１２Ａと１２Ｂが出射
する。
ーザビームは、２つの部分ビーム１２Ａと１２Ｂとに分
割される。部分ビーム１２Ａと１２Ｂは、それぞれプリ
ズム２Ｂの２つの斜面に入射する。プリズム２Ｂの底面
からは、２本の平行な部分ビーム１２Ａと１２Ｂが出射
する。
【００３３】このように、１対の２等辺三角形プリズム
を用いることにより、１本のレーザビーム１１を２本の
部分ビーム１２Ａと１２Ｂとに分割することができる。
なお、図１（Ｂ）の場合、レーザビーム１１の中心部
が、各部分ビーム１２Ａ、１２Ｂの外側に位置し、レー
ザビーム１１の周辺部が、各部分ビーム１２Ａ、１２Ｂ
の内側に位置する。このため、各部分ビーム１２Ａ、１
２Ｂの光強度分布は、曲線１２Ａａ、１２Ｂａで示すよ
うに、２本の部分ビーム１２Ａと１２Ｂとの中心から遠
ざかるに従って大きくなる。
を用いることにより、１本のレーザビーム１１を２本の
部分ビーム１２Ａと１２Ｂとに分割することができる。
なお、図１（Ｂ）の場合、レーザビーム１１の中心部
が、各部分ビーム１２Ａ、１２Ｂの外側に位置し、レー
ザビーム１１の周辺部が、各部分ビーム１２Ａ、１２Ｂ
の内側に位置する。このため、各部分ビーム１２Ａ、１
２Ｂの光強度分布は、曲線１２Ａａ、１２Ｂａで示すよ
うに、２本の部分ビーム１２Ａと１２Ｂとの中心から遠
ざかるに従って大きくなる。
【００３４】このように、２本の部分ビーム１２Ａと１
２Ｂの外側の光強度の方が、内側の光強度よりも強い。
このため、２本の部分ビームを微小領域に集光させる際
に、光強度がしきい値を超える領域をより小さな領域に
絞り込むことが可能になる。
２Ｂの外側の光強度の方が、内側の光強度よりも強い。
このため、２本の部分ビームを微小領域に集光させる際
に、光強度がしきい値を超える領域をより小さな領域に
絞り込むことが可能になる。
【００３５】なお、被加工部材１０の表面への各部分ビ
ーム３１の入射角がブリュスタ角と等しくなるように調
節することが好ましい。ブリュスタ角とすることによ
り、反射による損失を少なくすることができる。
ーム３１の入射角がブリュスタ角と等しくなるように調
節することが好ましい。ブリュスタ角とすることによ
り、反射による損失を少なくすることができる。
【００３６】次に、図２を参照して、第２の実施例につ
いて説明する。図２（Ａ）に示すように、第２の実施例
においては、図１（Ａ）のビーム分割手段２の代わり
に、ビーム整形手段２０を使用している。その他の構成
は図１（Ａ）の場合と同様である。
いて説明する。図２（Ａ）に示すように、第２の実施例
においては、図１（Ａ）のビーム分割手段２の代わり
に、ビーム整形手段２０を使用している。その他の構成
は図１（Ａ）の場合と同様である。
【００３７】レーザ光源１から出射したレーザビーム１
１の光軸に垂直な方向に関する光強度分布は、曲線１１
ａで示すように、中心において強く、中心から離れるに
従って弱くなる。
１の光軸に垂直な方向に関する光強度分布は、曲線１１
ａで示すように、中心において強く、中心から離れるに
従って弱くなる。
【００３８】ビーム整形手段２０は、レーザビーム１１
を整形し、中心において弱く、中心から遠ざかるに従っ
て強くなるような光強度分布を有するレーザビーム２１
を出力する。レーザビーム２１の光強度分布を曲線２１
ａで示す。
を整形し、中心において弱く、中心から遠ざかるに従っ
て強くなるような光強度分布を有するレーザビーム２１
を出力する。レーザビーム２１の光強度分布を曲線２１
ａで示す。
【００３９】レーザビーム１１をそのまま集光すると、
光軸方向に関して比較的長い領域において、その光軸近
傍の光強度がしきい値を超える。一方、レーザビーム２
１のように、その光軸近傍において光強度の弱いビーム
を集光する場合には、光軸方向に関してより短い領域で
のみしきい値を超えるように制御することが容易にな
る。
光軸方向に関して比較的長い領域において、その光軸近
傍の光強度がしきい値を超える。一方、レーザビーム２
１のように、その光軸近傍において光強度の弱いビーム
を集光する場合には、光軸方向に関してより短い領域で
のみしきい値を超えるように制御することが容易にな
る。
【００４０】このため、被加工部材１０の厚さ方向に関
して、より短い領域にのみマーキングすることができ、
クラックの表面への到達を抑制することが可能になる。
して、より短い領域にのみマーキングすることができ、
クラックの表面への到達を抑制することが可能になる。
【００４１】被加工部材１０の深さ方向に関して、より
微小な領域にレーザビームを集光させるためには、集光
光学系３の対物レンズとして、なるべく開口数の大きな
レンズを用いることが好ましい。
微小な領域にレーザビームを集光させるためには、集光
光学系３の対物レンズとして、なるべく開口数の大きな
レンズを用いることが好ましい。
【００４２】図２（Ｂ）は、第２の実施例で使用するビ
ーム整形手段２０の一構成例を示す。ビーム整形手段２
０は、第１の円錐プリズム２０Ａと第２の円錐プリズム
２０Ｂとを含んで構成される。第１及び第２の円錐プリ
ズム２０Ａと２０Ｂとは、相互にその中心軸を共通に
し、かつ頂点同士を対向させるように配置されている。
ーム整形手段２０の一構成例を示す。ビーム整形手段２
０は、第１の円錐プリズム２０Ａと第２の円錐プリズム
２０Ｂとを含んで構成される。第１及び第２の円錐プリ
ズム２０Ａと２０Ｂとは、相互にその中心軸を共通に
し、かつ頂点同士を対向させるように配置されている。
【００４３】レーザビーム１１が、第１の円錐プリズム
２０Ａの底面に垂直入射する。レーザビーム１１の外周
部の光束が第２の円錐プリズム２０Ｂの頂点近傍に入射
するように、第１の円錐プリズム２０Ａと第２の円錐プ
リズム２０Ｂとの間隔が調整されている。第２の円錐プ
リズム２０Ｂの底面から出射するレーザビーム２１の光
強度は、その中心近傍において強く、中心から遠ざかる
に従って弱くなる。
２０Ａの底面に垂直入射する。レーザビーム１１の外周
部の光束が第２の円錐プリズム２０Ｂの頂点近傍に入射
するように、第１の円錐プリズム２０Ａと第２の円錐プ
リズム２０Ｂとの間隔が調整されている。第２の円錐プ
リズム２０Ｂの底面から出射するレーザビーム２１の光
強度は、その中心近傍において強く、中心から遠ざかる
に従って弱くなる。
【００４４】このように、１対のプリズムを使用するこ
とにより、中心近傍において弱い光強度分布を有するレ
ーザビームを形成することができる。
とにより、中心近傍において弱い光強度分布を有するレ
ーザビームを形成することができる。
【００４５】次に、図３を参照して、第３の実施例につ
いて説明する。図３（Ａ）に示すように、第３の実施例
においては、図２（Ａ）のビーム整形手段２０の代わり
に、異なる特性を有するビーム整形手段３０を使用して
いる。その他の構成は図１（Ａ）の場合と同様である。
いて説明する。図３（Ａ）に示すように、第３の実施例
においては、図２（Ａ）のビーム整形手段２０の代わり
に、異なる特性を有するビーム整形手段３０を使用して
いる。その他の構成は図１（Ａ）の場合と同様である。
【００４６】レーザビーム１１は、その光軸に垂直な仮
想平面においてほぼ円形となるような断面形状１１ｂを
有する。ビーム整形手段３０は、レーザビーム１１の断
面形状１１ｂを整形し、光軸に垂直な仮想平面上の光照
射領域が円環状となるような断面形状３１ｂを有するレ
ーザビーム３１を出射する。すなわち、レーザビーム３
１の中心近傍における光強度がほぼ０になる。なお、レ
ーザビーム３１の総エネルギが整形前のレーザビーム１
１の総エネルギにほぼ等しくなり、エネルギロスが生じ
ないようにすることが好ましい。
想平面においてほぼ円形となるような断面形状１１ｂを
有する。ビーム整形手段３０は、レーザビーム１１の断
面形状１１ｂを整形し、光軸に垂直な仮想平面上の光照
射領域が円環状となるような断面形状３１ｂを有するレ
ーザビーム３１を出射する。すなわち、レーザビーム３
１の中心近傍における光強度がほぼ０になる。なお、レ
ーザビーム３１の総エネルギが整形前のレーザビーム１
１の総エネルギにほぼ等しくなり、エネルギロスが生じ
ないようにすることが好ましい。
【００４７】このような円環状のビーム断面形状を有す
るレーザビーム３１を、被加工部材１０内の微小領域に
集光する。レーザビーム３１の中心軸近傍における光強
度の増大を抑制でき、光軸方向に関してより短い領域で
のみしきい値を超えるように制御することが容易にな
る。
るレーザビーム３１を、被加工部材１０内の微小領域に
集光する。レーザビーム３１の中心軸近傍における光強
度の増大を抑制でき、光軸方向に関してより短い領域で
のみしきい値を超えるように制御することが容易にな
る。
【００４８】被加工部材１０の深さ方向に関して、より
微小な領域にレーザビームを集光させるためには、集光
光学系３の対物レンズとして、なるべく開口数の大きな
レンズを用いることが好ましい。
微小な領域にレーザビームを集光させるためには、集光
光学系３の対物レンズとして、なるべく開口数の大きな
レンズを用いることが好ましい。
【００４９】図３（Ｂ）は、第３の実施例で使用するビ
ーム整形手段３０の一構成例を示す。ビーム整形手段３
０は、第１の円錐プリズム３０Ａと第２の円錐プリズム
３０Ｂとを含んで構成される。第１及び第２の円錐プリ
ズム３０Ａと３０Ｂとは、相互にその中心軸を共通に
し、かつ頂点同士を対向させるように配置されている。
ーム整形手段３０の一構成例を示す。ビーム整形手段３
０は、第１の円錐プリズム３０Ａと第２の円錐プリズム
３０Ｂとを含んで構成される。第１及び第２の円錐プリ
ズム３０Ａと３０Ｂとは、相互にその中心軸を共通に
し、かつ頂点同士を対向させるように配置されている。
【００５０】図２（Ｂ）の場合には、レーザビーム１１
の外周部の光束が第２の円錐プリズム２０Ｂの頂点近傍
に入射するように、第１の円錐プリズム２０Ａと第２の
円錐プリズム２０Ｂとの間隔が調整されていたが、図３
（Ｂ）では、第１と第２の円錐プリズムの間隔がより長
くされている。このため、第２の円錐プリズム３０Ｂか
ら出射したレーザビーム３１が、円環状の断面形状を有
することになる。このようにして、円形断面を有するレ
ーザビームから円環状断面を有するレーザビームを得る
ことができる。
の外周部の光束が第２の円錐プリズム２０Ｂの頂点近傍
に入射するように、第１の円錐プリズム２０Ａと第２の
円錐プリズム２０Ｂとの間隔が調整されていたが、図３
（Ｂ）では、第１と第２の円錐プリズムの間隔がより長
くされている。このため、第２の円錐プリズム３０Ｂか
ら出射したレーザビーム３１が、円環状の断面形状を有
することになる。このようにして、円形断面を有するレ
ーザビームから円環状断面を有するレーザビームを得る
ことができる。
【００５１】図３では、円形断面を有するレーザビーム
から円環状断面を有するレーザビームを得る場合につい
て説明したが、当初から円環状断面を有するレーザビー
ムを出力するレーザ光源を使用してもよい。
から円環状断面を有するレーザビームを得る場合につい
て説明したが、当初から円環状断面を有するレーザビー
ムを出力するレーザ光源を使用してもよい。
【００５２】図４（Ａ）は、円環状断面を有するレーザ
ビームを出力するレーザ光源の一例の概略断面図を示
す。凹面鏡４０と、それよりも小口径の凸面鏡４１とに
より光共振器が構成されている。この光共振器は、その
内部を往復する光線束がある回数往復すると、凸面鏡４
１の縁から外れて外部に漏れるように構成された不安定
光共振器である。
ビームを出力するレーザ光源の一例の概略断面図を示
す。凹面鏡４０と、それよりも小口径の凸面鏡４１とに
より光共振器が構成されている。この光共振器は、その
内部を往復する光線束がある回数往復すると、凸面鏡４
１の縁から外れて外部に漏れるように構成された不安定
光共振器である。
【００５３】この光共振器内に、レーザ媒質４２が配置
されている。レーザ媒質４２内で誘導放出が起こり、レ
ーザ発振が生ずる。光共振器内を所定回数往復して増幅
されたレーザビームが、凸面鏡４１の縁から外れて外部
に放射される。放射されるレーザビームのその光軸に垂
直な断面形状は、円環状になる。
されている。レーザ媒質４２内で誘導放出が起こり、レ
ーザ発振が生ずる。光共振器内を所定回数往復して増幅
されたレーザビームが、凸面鏡４１の縁から外れて外部
に放射される。放射されるレーザビームのその光軸に垂
直な断面形状は、円環状になる。
【００５４】図３では、円環状のレーザビーム３１に整
形するビーム整形手段３０と、レーザビーム３１を集光
する集光光学系３とを異なる光学系で構成した場合を説
明したが、これらを１つの光学系で構成することもでき
る。
形するビーム整形手段３０と、レーザビーム３１を集光
する集光光学系３とを異なる光学系で構成した場合を説
明したが、これらを１つの光学系で構成することもでき
る。
【００５５】図４（Ｂ）は、ビーム整形手段３０の機能
と集光光学系３の機能の両者を併せ持つ光学系の一例を
示す。大口径の凹面鏡４５と小口径の凸面鏡４６が、そ
の中心軸を共有するように配置され、シュバルツシュル
ト型反射光学系を構成している。凹面鏡４５の中心部に
貫通孔４５ａが設けられ、レーザビーム１１が貫通孔４
５ａを通って凸面鏡４６に入射する。
と集光光学系３の機能の両者を併せ持つ光学系の一例を
示す。大口径の凹面鏡４５と小口径の凸面鏡４６が、そ
の中心軸を共有するように配置され、シュバルツシュル
ト型反射光学系を構成している。凹面鏡４５の中心部に
貫通孔４５ａが設けられ、レーザビーム１１が貫通孔４
５ａを通って凸面鏡４６に入射する。
【００５６】凸面鏡４６に入射したレーザビーム１１
は、凸面鏡４６と凹面鏡４５で反射し、収束光線束３１
となって、被加工部材１０内の微小領域１３に集光す
る。収束光線束３１の光軸に垂直な仮想平面における断
面形状は、円環状となる。シュバルツシュルト型反射光
学系を用いることにより、レーザビームの断面形状を円
環状とするとともに、収束光線束を形成することができ
る。
は、凸面鏡４６と凹面鏡４５で反射し、収束光線束３１
となって、被加工部材１０内の微小領域１３に集光す
る。収束光線束３１の光軸に垂直な仮想平面における断
面形状は、円環状となる。シュバルツシュルト型反射光
学系を用いることにより、レーザビームの断面形状を円
環状とするとともに、収束光線束を形成することができ
る。
【００５７】次に、図５を参照して、第２の実施例の変
形例について説明する。なお、これらの変形例は、第１
及び第３の実施例にも適用することが可能である。
形例について説明する。なお、これらの変形例は、第１
及び第３の実施例にも適用することが可能である。
【００５８】図５（Ａ）に示すように、被加工部材１０
が板状である場合、その表側から微小領域１３に向けて
レーザビーム２１Ａを集光すると同時に、裏側からもレ
ーザビーム２１Ｂを集光する。このため、被加工部材１
０の表側と裏側に、それぞれ集光光学系３Ａと３Ｂが配
置されている。
が板状である場合、その表側から微小領域１３に向けて
レーザビーム２１Ａを集光すると同時に、裏側からもレ
ーザビーム２１Ｂを集光する。このため、被加工部材１
０の表側と裏側に、それぞれ集光光学系３Ａと３Ｂが配
置されている。
【００５９】なお、表側から入射するレーザビーム２１
Ａの光軸と裏側から入射するレーザビーム２１Ｂの光軸
とを共通にする必要はない。一方のレーザビームを斜入
射してもよく、双方のレーザビームを斜入射してもよ
い。また、２本に限らず、３本以上のレーザビームを微
小領域１３に集光させてもよい。
Ａの光軸と裏側から入射するレーザビーム２１Ｂの光軸
とを共通にする必要はない。一方のレーザビームを斜入
射してもよく、双方のレーザビームを斜入射してもよ
い。また、２本に限らず、３本以上のレーザビームを微
小領域１３に集光させてもよい。
【００６０】図５（Ｂ）に示すように、集光光学系３の
対物レンズ３ａと被加工部材１０の表面との間に、液体
５０を充満させてもよい。液体５０として、用いるレー
ザビームの波長域において透明な液体、例えば水を用い
ることができる。通常の液体の屈折率は大気の屈折率よ
りも大きいため、被加工部材１０の表面における屈折率
差を小さくすることができる。このため、液体５０を充
満させない場合に比べて、被加工部材１０内の集光角θ
を大きくすることができる。集光角を大きくすることに
より、微小領域１３近傍のしきい値を超えた領域を、よ
り局在化させることができる。
対物レンズ３ａと被加工部材１０の表面との間に、液体
５０を充満させてもよい。液体５０として、用いるレー
ザビームの波長域において透明な液体、例えば水を用い
ることができる。通常の液体の屈折率は大気の屈折率よ
りも大きいため、被加工部材１０の表面における屈折率
差を小さくすることができる。このため、液体５０を充
満させない場合に比べて、被加工部材１０内の集光角θ
を大きくすることができる。集光角を大きくすることに
より、微小領域１３近傍のしきい値を超えた領域を、よ
り局在化させることができる。
【００６１】図５（Ｃ）に示すように、被加工部材１０
の表面のうちレーザビーム２１の入射する領域に、ガス
吹付手段５５から清浄な空気等の気体を吹き付けながら
レーザ照射を行ってもよい。吹き付けられたガスによ
り、被加工部材１０の表面へのゴミの付着を抑制するこ
とができる。
の表面のうちレーザビーム２１の入射する領域に、ガス
吹付手段５５から清浄な空気等の気体を吹き付けながら
レーザ照射を行ってもよい。吹き付けられたガスによ
り、被加工部材１０の表面へのゴミの付着を抑制するこ
とができる。
【００６２】また、被加工部材１０の裏面のうちレーザ
ビーム２１が出射する領域及びその近傍に、水等の液体
を吹き付けながらレーザ照射を行ってもよい。水を吹き
付けることにより、裏面におけるレーザビームの反射を
抑制することができる。また、冷却効率を高めることが
できる。
ビーム２１が出射する領域及びその近傍に、水等の液体
を吹き付けながらレーザ照射を行ってもよい。水を吹き
付けることにより、裏面におけるレーザビームの反射を
抑制することができる。また、冷却効率を高めることが
できる。
【００６３】次に、図６を参照して、マ−キングした部
分を観察する方法について説明する。
分を観察する方法について説明する。
【００６４】図６は、マ−キングした部分を観察する方
法を説明するための概略図である。ガラス基板３０の内
部に、クラックによるマーク３１が形成されている。キ
セノンランプ等の照明手段３２が、ガラス基板３０の端
面から、その内部に照明光を照射する。ガラス基板３０
内に入射した照明光は、マーク３１により散乱される。
この散乱光を、ガラス基板３０の一方の表面側に配置さ
れたＣＣＤカメラ等の受光手段３３で受光し、マーク３
１を観察する。
法を説明するための概略図である。ガラス基板３０の内
部に、クラックによるマーク３１が形成されている。キ
セノンランプ等の照明手段３２が、ガラス基板３０の端
面から、その内部に照明光を照射する。ガラス基板３０
内に入射した照明光は、マーク３１により散乱される。
この散乱光を、ガラス基板３０の一方の表面側に配置さ
れたＣＣＤカメラ等の受光手段３３で受光し、マーク３
１を観察する。
【００６５】ガラス基板３０の他方の表面側には、受光
手段３３の視野を覆うように低反射板３４が配置されて
いる。低反射板３４は、例えば黒色の板状部材により形
成される。
手段３３の視野を覆うように低反射板３４が配置されて
いる。低反射板３４は、例えば黒色の板状部材により形
成される。
【００６６】図６に示す構成では、照明光をガラス基板
３０の端面から、その内部に入射させているため、照明
光のうちガラス基板３０を透過する光が、受光手段３３
に入射しない。すなわち、ほぼ散乱光のみが受光手段３
３に入射する。これに対し、ガラス基板３０の裏面側か
ら照明光を照射すると、ガラス基板３０を透過した光
が、受光手段３３に入射する。このため、Ｓ／Ｎ比が低
下してしまう。
３０の端面から、その内部に入射させているため、照明
光のうちガラス基板３０を透過する光が、受光手段３３
に入射しない。すなわち、ほぼ散乱光のみが受光手段３
３に入射する。これに対し、ガラス基板３０の裏面側か
ら照明光を照射すると、ガラス基板３０を透過した光
が、受光手段３３に入射する。このため、Ｓ／Ｎ比が低
下してしまう。
【００６７】レーザ照射によって形成されたマークを詳
細に観察すると、照射したレーザ光の光軸を含む平面状
のクラックが形成されていることがわかった。このた
め、ガラス基板３０の裏面からの照明光の照射では、マ
ーク３１を観察することが困難であった。図６に示すよ
うな構成とすることにより、Ｓ／Ｎ比の良好な状態でマ
ーク３１を観察することができる。
細に観察すると、照射したレーザ光の光軸を含む平面状
のクラックが形成されていることがわかった。このた
め、ガラス基板３０の裏面からの照明光の照射では、マ
ーク３１を観察することが困難であった。図６に示すよ
うな構成とすることにより、Ｓ／Ｎ比の良好な状態でマ
ーク３１を観察することができる。
【００６８】また、マーク３１の背景には、低反射板３
４が写し出されるため、背景が暗くなり、よりＳ／Ｎ比
を向上させることができる。なお、低反射板３４を黒体
で形成してもよい。
４が写し出されるため、背景が暗くなり、よりＳ／Ｎ比
を向上させることができる。なお、低反射板３４を黒体
で形成してもよい。
【００６９】なお、図６では、照明光をガラス基板３０
の端面から入射させる場合を説明したが、ガラス基板３
０を透過した照明光が受光手段３３に入射しないような
方向から照明光を照射してもよい。また、照明手段３２
として、ＣＣＤカメラと同期するパルス点灯管を用いる
ことにより、Ｓ／Ｎ比をより向上させることができるで
あろう。
の端面から入射させる場合を説明したが、ガラス基板３
０を透過した照明光が受光手段３３に入射しないような
方向から照明光を照射してもよい。また、照明手段３２
として、ＣＣＤカメラと同期するパルス点灯管を用いる
ことにより、Ｓ／Ｎ比をより向上させることができるで
あろう。
【００７０】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
【００７１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
被加工部材の内部に局所的にマーキングすることができ
る。マーキングによるクラックの発生が表面まで到達し
ないようにできるため、被加工部材の破片等が原因とな
るゴミの発生を抑制することができる。
被加工部材の内部に局所的にマーキングすることができ
る。マーキングによるクラックの発生が表面まで到達し
ないようにできるため、被加工部材の破片等が原因とな
るゴミの発生を抑制することができる。
【図１】本発明の第１の実施例によるマーキング装置の
概略図である。
概略図である。
【図２】本発明の第２の実施例によるマーキング装置の
概略図である。
概略図である。
【図３】本発明の第３の実施例によるマーキング装置の
概略図である。
概略図である。
【図４】第３の実施例の構成例を示す概略図である。
【図５】第２の実施例の変形によるマーキング装置の概
略図である。
略図である。
【図６】ガラス基板内のマークを観察する方法を説明す
るための概略図である。
るための概略図である。
１ レーザ光源 ２ ビーム分割手段 ３ 集光光学系 ４ 保持台 ５ 光検出器 ６ 位相調節手段 １０ 被加工部材 １１ レーザビーム １２Ａ、１２Ｂ 部分ビーム １３ 微小領域 ２０ ビーム整形手段 ２０Ａ、２０Ｂ 円錐プリズム ３０ ガラス基板 ３１ マーク ３２ 照明手段 ３３ 受光手段 ３４ 低反射板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−124486（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−121813（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−13588（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−68288（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−76167（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−51328（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−71792（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B41J 2/44 B23K 26/00 G02B 26/10 B41M 5/24
Claims (5)
- 【請求項１】 複数のレーザビームを得る工程と、 前記複数のレーザビームのうち一部のレーザビームを、
表と裏とを有する板状部材に、その表側から入射させ、
他のレーザビームを該板状部材に、その裏側から入射さ
せ、該板状部材の内部のある微小領域に集光することに
より、前記被加工部材の集光部分を変質させてマーキン
グする工程とを有するマーキング方法。 - 【請求項２】 光軸に垂直な仮想平面上において、中心
から遠ざかるに従って光強度が増大するような光強度分
布を有するレーザビームを、被加工部材の内部に集光
し、前記被加工部材の集光部分を変質させてマーキング
するマーキング方法。 - 【請求項３】 光軸に垂直な断面形状が円環状になるよ
うなレーザビームを、被加工部材の内部に集光し、前記
被加工部材の集光部分を変質させてマーキングするマー
キング方法。 - 【請求項４】 レーザ光源と、 前記レーザ光源から放射されたレーザビームを、その光
軸に垂直な仮想平面上においてその中心から遠ざかるに
従って光強度が強くなるように整形するビーム整形手段
と、 前記ビーム整形手段により整形されたビームを、被加工
部材の内部のある微小領域に集光する集光光学系とを有
するマーキング装置。 - 【請求項５】 光軸に垂直な仮想平面上の光照射領域が
円環状になるようなレーザビームを放射するレーザビー
ム放射手段と、 前記レーザビーム放射手段から放射されたレーザビーム
を、被加工部材の内部のある領域に集光する集光光学系
とを有するマーキング装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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