(57)【要約】【課題】高い付加価値を有する加工装置を提供する。【解決手段】レーザ加工装置２００は、加工対象物１に改質領域７を構成する改質スポットＳを形成する。レーザ加工装置２００は、第１光源２０１、第２光源２０２及び制御部２１６を備える。第１光源２０１は、制御部２１６により制御され、加工対象物１に第１レーザ光Ｌ１を照射し、加工対象物１の一部領域において吸収率を第１レーザ光Ｌ１の照射前よりも一時的に上昇させる。第２光源２０２は、制御部２１６により制御され、一部領域の吸収率が一時的に上昇している吸収率上昇期間に、当該一部領域に第２レーザ光Ｌ２を照射する。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工対象物に改質領域を構成する改質スポットを形成する加工装置であって、
前記加工対象物に第１の光を照射し、前記加工対象物の一部領域において吸収率を前記第１の光の照射前よりも一時的に上昇させる第１照射部と、
前記一部領域の吸収率が一時的に上昇している吸収率上昇期間に、当該一部領域に第２の光を照射する第２照射部と、を備える、加工装置。
【請求項２】
前記第２の光のエネルギは、第１の光のエネルギよりも高い、請求項１に記載の加工装置。
【請求項３】
前記第２の光のピーク強度は、第１の光のピーク強度よりも低い、請求項１又は２に記載の加工装置。
【請求項４】
前記第２の光の波長は、第１の光の波長と異なる、請求項１〜３の何れか一項に記載の加工装置。
【請求項５】
前記第２の光は、前記加工対象物への単独照射時に改質スポットが形成されない光である、請求項１〜４の何れか一項に記載の加工装置。
【請求項６】
前記加工対象物に対する前記第２の光の照射方向は、前記加工対象物に対する前記第１の光の照射方向と異なる、請求項１〜５の何れか一項に記載の加工装置。
【請求項７】
前記第２の光の集光位置に対して前記第２の光が集光する角度は、前記第１の光の集光位置に対して前記第１の光が集光する角度と異なる、請求項１〜６の何れか一項に記載の加工装置。
【請求項８】
前記第２の光のビームプロファイルは、前記第１の光のビームプロファイルと異なる、請求項１〜７の何れか一項に記載の加工装置。
【請求項９】
前記第２の光のエムスクエア値は、前記第１の光のエムスクエア値と異なる、請求項１〜８の何れか一項に記載の加工装置。
【請求項１０】
前記第２の光のパルス幅は、前記第１の光のパルス幅と異なる、請求項１〜９の何れか一項に記載の加工装置。
【請求項１１】
前記第２の光のパルス波形は、前記第１の光のパルス波形と異なる、請求項１〜１０の何れか一項に記載の加工装置。
【請求項１２】
前記第２の光の偏光方向は、前記第１の光の偏光方向と異なる、請求項１〜１１の何れか一項に記載の加工装置。
【請求項１３】
前記改質領域は、前記加工対象物を厚さ方向に沿って切断する切断起点領域である、請求項１〜１２の何れか一項に記載の加工装置。
【請求項１４】
前記改質領域は、前記加工対象物を厚さ方向と交差する方向に沿って切断する切断起点領域である、請求項１〜１２の何れか一項に記載の加工装置。
【請求項１５】
前記改質領域は、前記加工対象物において２次元状又は３次元状に延びる除去予定領域である、請求項１〜１２の何れか一項に記載の加工装置。
【請求項１６】
前記改質領域は、前記加工対象物の内部に形成された結晶領域、再結晶領域、又は、ゲッタリング領域である、請求項１〜１２の何れか一項に記載の加工装置。
【請求項１７】
前記第１照射部は、前記第１の光を出射する第１光源により構成され、
前記第２照射部は、前記第２の光を出射する第２光源と、前記第２の光が前記吸収率上昇期間に前記一部領域へ照射されるように前記第２光源の照射タイミングを制御する制御部と、により構成される、請求項１〜１６の何れか一項に記載の加工装置。
【請求項１８】
前記第１照射部及び前記第２照射部は、光源及び前記光源から出射された光を変調する外部変調器により構成され、
前記光源から出射され前記外部変調器により変調された光の一部は、前記加工対象物に前記第１の光として照射され、
前記光源から出射され前記外部変調器により変調された光の他部は、前記吸収率上昇期間に前記一部領域へ前記第２の光として照射される、請求項１〜１６の何れか一項に記載の加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、改質領域を構成する改質スポットを加工対象物に形成する加工装置が知られている。この種の技術として、例えば特許文献１には、レーザ加工装置が記載されている。特許文献１に記載されたレーザ加工装置では、加工対象物にレーザ光を照射することにより、加工対象物の内部に改質スポットを形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１８６８２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、上述した加工装置としては、多分野への適用が進む中、様々な加工要求（例えば、高分断力、加工対象物へのダメージ抑制、又はそれらの両立等）に容易に対応し得る付加価値の高いものが望まれている。
【０００５】
そこで、本発明は、高い付加価値を有する加工装置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】
本発明者らは鋭意検討を行った結果、光の照射によって加工対象物に改質スポットを形成する際、その始まりから終わりまでの間において特徴的な現象を見出した。具体的には、加工対象物への光の照射により、加工対象物の一部領域（例えば、当該光の集光点付近：以下、単に「一部領域」ともいう）で吸収率が一時的に上昇される（第１ステージ）。吸収率が一時的に上昇された一部領域への光の照射により、当該一部領域にエネルギが注入され、高温状態の一部領域が拡大される（第２ステージ）。その結果として、加工対象物に改質スポットが形成されるという現象を見出した。このような特徴的な現象を利用すれば、様々な加工要求にも容易に対応し、装置の付加価値を高め得ることを更に見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明に係る加工装置は、改質領域を構成する改質スポットを加工対象物に形成する加工装置であって、加工対象物に第１の光を照射し、加工対象物の一部領域において吸収率を第１の光の照射前よりも一時的に上昇させる第１照射部と、一部領域の吸収率が一時的に上昇している吸収率上昇期間に、当該一部領域に第２の光を照射する第２照射部と、を備える。
【０００８】
この加工装置では、加工対象物に第１の光を照射し、加工対象物の一部領域の吸収率を一時的に上昇させ、その間に当該一部領域に第２の光を照射することで、改質スポットを形成する。これにより、改質スポットを形成するに当たり、第１ステージ及び第２ステージの各現象それぞれに応じて、光を第１の光及び第２の光として分けて照射することができる。第１の光及び第２の光それぞれの各種パラメータないし照射態様を適宜変えることで、様々な加工要求に容易に対応可能となる。よって、高い付加価値を有する加工装置を実現可能となる。
【０００９】
本発明に係る加工装置では、第２の光のエネルギは、第１の光のエネルギよりも高くてもよい。これにより、第１ステージ及び第２ステージの各現象に一層応じて、第１の光及び第２の光を照射することができる。
【００１０】
本発明に係る加工装置では、第２の光のピーク強度は、第１の光のピーク強度よりも低くてもよい。これにより、第１ステージ及び第２ステージの各現象に一層応じて、第１の光及び第２の光を照射することができる。
【００１１】
本発明に係る加工装置では、第２の光の波長は、第１の光の波長と異なっていてもよい。第１の光の波長と第２の光の波長とを適宜に異ならせることで、加工対象物における第１の光及び第２の光の吸収ひいては加工結果を制御することができる。
【００１２】
本発明に係る加工装置では、第２の光は、加工対象物への単独照射時に改質スポットが形成されない光であってもよい。この場合、第２の光を常に又は予め照射しておいても改質スポットは形成されず、第1の光が改質スポットの形成を開始するトリガとして作用する。第２の光の照射タイミングを精密に制御することが不要になる。
【００１３】
本発明に係る加工装置では、加工対象物に対する第２の光の照射方向は、加工対象物に対する第１の光の照射方向と異なっていてもよい。第１の光の照射方向と第２の光の照射方向とを適宜に異ならせることで、改質スポット形成時に改質スポットが拡大していく方向及び改質領域の位置を制御できる。
【００１４】
本発明に係る加工装置では、第２の光の集光位置に対して第２の光が集光する角度は、第１の光の集光位置に対して第１の光が集光する角度と異なっていてもよい。第１の光の集光位置に対して第１の光が集光する角度と第２の光の集光位置に対して第２の光が集光する角度とを適宜に異ならせることで、加工領域の広狭を制御できる。
【００１５】
本発明に係る加工装置では、第２の光のビームプロファイルは、第１の光のビームプロファイルと異なっていてもよい。第１の光のビームプロファイルと第２の光のビームプロファイルとを適宜に異ならせることで、分断力及び加工対象物へのダメージを制御できる。
【００１６】
本発明に係る加工装置では、第２の光のエムスクエア値は、第１の光のエムスクエア値と異なっていてもよい。第１の光のエムスクエア値と第２の光のエムスクエア値とを適宜異ならせることで、装置の簡略化が可能となる。
【００１７】
本発明に係る加工装置では、第２の光のパルス幅は、第１の光のパルス幅と異なっていてもよい。第１の光のパルス幅と第２の光のパルス幅とを適宜異ならせることで、第１ステージ及び第２ステージの各現象に一層応じて第１の光及び第２の光を照射することができる。
【００１８】
本発明に係る加工装置では、第２の光のパルス波形は、第１の光のパルス波形と異なっていてもよい。第１の光のパルス波形と第２の光のパルス波形とを適宜異ならせることで、第１ステージ及び第２ステージの各現象に一層応じて第１の光及び第２の光を照射することができる。
【００１９】
本発明に係る加工装置では、第２の光の偏光方向は、第１の光の偏光方向と異なっていてもよい。第１の光の偏光方向と第２の光の偏光方向とを適宜異ならせることで、第１ステージ及び第２ステージの各現象に一層応じて第１の光及び第２の光を照射することができる。
【００２０】
本発明に係る加工装置では、改質領域は、加工対象物を厚さ方向に沿って切断する切断起点領域であってもよい。この場合、改質領域を切断の起点として、加工対象物を厚さ方向に沿って切断することができる。
【００２１】
本発明に係る加工装置では、改質領域は、加工対象物を厚さ方向と交差する方向に沿って切断する切断起点領域であってもよい。この場合、改質領域を切断の起点として、加工対象物を厚さ方向と交差する方向に沿って切断（例えばスライシング）することができる。
【００２２】
本発明に係る加工装置では、改質領域は、加工対象物において２次元状又は３次元状に延びる除去予定領域であってもよい。この場合、改質領域をエッチング等で選択的に除去し、加工対象物に２次元状又は３次元状に延びる空間を形成できる。
【００２３】
本発明に係る加工装置では、改質領域は、加工対象物の内部に形成された結晶領域、再結晶領域、又は、ゲッタリング領域であってもよい。この場合、改質領域を結晶領域、再結晶領域、又は、ゲッタリング領域として利用することができる。
【００２４】
本発明に係る加工装置では、第１照射部は、第１の光を出射する第１光源により構成され、第２照射部は、第２の光を出射する第２光源と、第２の光が吸収率上昇期間に一部領域へ照射されるように第２光源の照射タイミングを制御する制御部と、により構成されていてもよい。この場合、本発明の加工装置を、複数の光源を利用して構成できる。
【００２５】
本発明に係る加工装置では、第１照射部及び第２照射部は、光源及び光源から出射された光を変調する外部変調器により構成され、光源から出射され外部変調器により変調された光の一部は、加工対象物に第１の光として照射され、光源から出射され外部変調器により変調された光の他部は、吸収率上昇期間に一部領域へ第２の光として照射されていてもよい。この場合、本発明の加工装置を、同じ１つの光源を利用して構成できる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、高い付加価値を有する加工装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】改質領域の形成に用いられるレーザ加工装置の概略構成図である。
【図２】改質領域の形成の対象となる加工対象物の平面図である。
【図３】図２の加工対象物のIII−III線に沿っての断面図である。
【図４】レーザ加工後の加工対象物の平面図である。
【図５】図４の加工対象物のV−V線に沿っての断面図である。
【図６】図４の加工対象物のVI−VI線に沿っての断面図である。
【図７】改質スポットの形成メカニズムを説明する図である。
【図８】改質スポット形成後の加工対象物の断面を示す写真図である。
【図９】第１実施形態に係るレーザ加工装置の構成を示す概略図である。
【図１０】第１レーザ光、第２レーザ光及び吸収率を説明する図である。
【図１１】第１実施形態の第１変形例に係るレーザ加工装置の構成を示す概略図である。
【図１２】第１実施形態の第２変形例に係るレーザ加工装置の構成を示す概略図である。
【図１３】第１実施形態の第３変形例に係るレーザ加工装置の構成を示す概略図である。
【図１４】第２実施形態に係るレーザ加工装置の構成を示す概略図である。
【図１５】第２実施形態の変形例に係るレーザ加工装置の構成を示す概略図である。
【図１６】第３実施形態に係るレーザ加工装置の構成を示す概略図である。
【図１７】第３実施形態の変形例に係るレーザ加工装置の構成を示す概略図である。
【図１８】第４実施形態に係るレーザ加工装置の構成を示す概略図である。
【図１９】第５実施形態に係るレーザ加工装置の構成を示す概略図である。
【図２０】第６実施形態に係るレーザ加工装置の構成を示す概略図である。
【図２１】第７実施形態に係るレーザ加工装置の構成を示す概略図である。
【図２２】第７実施形態の変形例に係るレーザ加工装置の構成を示す概略図である。
【図２３】第８実施形態に係るレーザ加工装置の構成を示す概略図である。
【図２４】第８実施形態の変形例に係るレーザ加工装置の構成を示す概略図である。
【図２５】第９実施形態に係るレーザ加工装置の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
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。
【００２９】
［改質領域の形成］
実施形態に係る加工装置は、加工対象物に光を集光することにより、改質領域を構成する改質スポットを加工対象物に形成する。そこで、まず、改質領域の形成について説明する。
【００３０】
図１に示されるレーザ加工装置１００は、加工装置の一例であって、熱応力を利用したレーザ加工を実施する。レーザ加工装置１００は、加工対象物１にレーザ光Ｌを集光することにより、切断予定ライン５に沿って加工対象物１に改質領域を形成する。レーザ加工装置１００は、レーザ光Ｌをパルス発振するレーザ光源１０１と、レーザ光Ｌの光軸（光路）の向きを９０°変えるように配置されたダイクロイックミラー１０３と、レーザ光Ｌを集光するための集光用レンズ１０５と、を備えている。また、レーザ加工装置１００は、集光用レンズ１０５で集光されたレーザ光Ｌが照射される加工対象物１を支持するための支持台１０７と、支持台１０７を移動させるためのステージ１１１と、レーザ光Ｌの出力やパルス幅、パルス波形等を調節するためにレーザ光源１０１を制御するレーザ光源制御部１０２と、ステージ１１１の移動を制御するステージ制御部１１５と、を備えている。
【００３１】
レーザ加工装置１００においては、レーザ光源１０１から出射されたレーザ光Ｌは、ダイクロイックミラー１０３によってその光軸の向きを９０°変えられ、支持台１０７上に載置された加工対象物１の内部に集光用レンズ１０５によって集光される。これと共に、ステージ１１１が移動させられ、加工対象物１がレーザ光Ｌに対して切断予定ライン５に沿って相対移動させられる。これにより、切断予定ライン５に沿った改質領域が加工対象物１に形成される。なお、ここでは、レーザ光Ｌを相対的に移動させるためにステージ１１１を移動させたが、集光用レンズ１０５を移動させてもよいし、或いはこれらの両方を移動させてもよい。
【００３２】
加工対象物１としては、半導体材料で形成された半導体基板や圧電材料で形成された圧電基板等を含む板状の部材（例えば、基板、ウェハ等）が用いられる。図２に示されるように、加工対象物１には、加工対象物１を切断するための切断予定ライン５が設定されている。切断予定ライン５は、直線状に延びた仮想線である。加工対象物１の内部に改質領域を形成する場合、図３に示されるように、加工対象物１の内部に集光点（集光位置）Ｐを合わせた状態で、レーザ光Ｌを切断予定ライン５に沿って（すなわち、図２の矢印Ａ方向に）相対的に移動させる。これにより、図４、図５及び図６に示されるように、改質領域７が切断予定ライン５に沿って加工対象物１に形成され、切断予定ライン５に沿って形成された改質領域７が切断起点領域８となる。切断起点領域８としての改質領域７が形成された加工対象物１に外力を加えることにより、あるいは、切断起点領域８としての改質領域７の形成時に、改質領域７を切断の起点として、加工対象物１を複数のチップへ分断できる。
【００３３】
集光点Ｐとは、レーザ光Ｌが集光する箇所のことである。切断予定ライン５は、直線状に限らず曲線状であってもよいし、これらが組み合わされた３次元状であってもよいし、座標指定されたものであってもよい。切断予定ライン５は、仮想線に限らず加工対象物１の表面３に実際に引かれた線であってもよい。切断予定ライン５は、改質領域形成予定ラインである。改質領域形成予定ラインは、改質領域７の形成が予定される予定ラインである。改質領域７は、連続的に形成される場合もあるし、断続的に形成される場合もある。改質領域７は列状でも点状でもよく、要は、改質領域７は少なくとも加工対象物１の内部に形成されていればよい。また、改質領域７を起点に亀裂が形成される場合があり、亀裂及び改質領域７は、加工対象物１の外表面（表面３、裏面、若しくは外周面）に露出していてもよい。改質領域７を形成する際のレーザ光入射面は、加工対象物１の表面３に限定されるものではなく、加工対象物１の裏面又は側面であってもよい。
【００３４】
加工対象物１の表面３又は裏面側には、複数の機能素子（フォトダイオード等の受光素子、レーザダイオード等の発光素子、又は回路として形成された回路素子等）がマトリックス状に形成されている。複数の切断予定ライン５は、隣り合う機能素子の間を通るように格子状に設定される。
【００３５】
ちなみに、加工対象物１の内部に改質領域７を形成する場合には、レーザ光Ｌは、加工対象物１を透過すると共に、加工対象物１の内部に位置する集光点Ｐ近傍にて特に吸収される。これにより、加工対象物１に改質領域７が形成される（すなわち、内部吸収型レーザ加工）。この場合、加工対象物１の表面３ではレーザ光Ｌが殆ど吸収されないので、加工対象物１の表面３が溶融することはない。一方、加工対象物１の表面３に改質領域７を形成する場合には、レーザ光Ｌは、表面３に位置する集光点Ｐ近傍にて特に吸収され、表面３から溶融され除去されて、穴や溝等の除去部が形成される（表面吸収型レーザ加工）。
【００３６】
改質領域７は、密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲とは異なる状態になった領域をいう。改質領域７としては、例えば、溶融処理領域（一旦溶融後再固化した領域、溶融状態中の領域及び溶融から再固化する状態中の領域のうち少なくとも何れか一つを意味する）、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等があり、これらが混在した領域もある。更に、改質領域７としては、加工対象物１の材料において改質領域７の密度が非改質領域の密度と比較して変化した領域や、格子欠陥が形成された領域がある。加工対象物１の材料が単結晶シリコンである場合、改質領域７は、高転位密度領域ともいえる。
【００３７】
溶融処理領域、屈折率変化領域、改質領域７の密度が非改質領域の密度と比較して変化した領域、及び、格子欠陥が形成された領域は、更に、それら領域の内部や改質領域７と非改質領域との界面に亀裂（割れ、マイクロクラック）を内包している場合がある。内包される亀裂は、改質領域７の全面に渡る場合や一部分のみや複数部分に形成される場合がある。加工対象物１は、結晶構造を有する結晶材料からなる基板を含む。例えば加工対象物１は、窒化ガリウム（ＧａＮ）、シリコン（Ｓｉ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、ＬｉＴａＯ３、ダイアモンド、ＧａＯｘ、及び、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）の少なくとも何れかで形成された基板を含む。換言すると、加工対象物１は、例えば、窒化ガリウム基板、シリコン基板、ＳｉＣ基板、ＬｉＴａＯ３基板、ダイアモンド基板、ＧａＯｘ基板、又はサファイア基板を含む。結晶材料は、異方性結晶及び等方性結晶の何れであってもよい。加工対象物１は、非結晶構造（非晶質構造）を有する非結晶材料からなる基板を含んでいてもよく、例えばガラス基板を含んでいてもよい。
【００３８】
実施形態では、改質スポット（加工痕，改質層）を１つ又は複数形成することにより、改質領域７を形成することができる。この場合、１つの改質スポットが、又は、集まった複数の改質スポットが、改質領域７となる。改質スポットは、改質領域７に１つ又は複数含まれた改質部分である。改質スポットは、改質領域７を構成する改質部分である。改質スポットは、スポット状の改質部分である。複数の改質スポットの少なくとも何れかは、互いに離間していてもよいし、互いに接触（連続）していてもよい。改質スポットとは、パルスレーザ光の１パルスのショット（つまり１パルスのレーザ照射：レーザショット）で形成される改質部分である。ここでは、改質スポットは、後述の第１レーザ光の１パルスのショットに応じて形成される改質部分である。改質スポットとしては、クラックスポット、溶融処理スポット若しくは屈折率変化スポット、又はこれらの少なくとも１つが混在するもの等が挙げられる。改質スポットについては、要求される切断精度、要求される切断面の平坦性、加工対象物１の厚さ、種類、結晶方位等を考慮して、その大きさや発生する亀裂の長さを適宜制御することができる。また、実施形態では、切断予定ライン５に沿って、改質スポットを改質領域７として形成することができる。改質スポットは、局所的又は点状のものに限定されない。改質スポットのサイズ及び形状は、特に限定されず、種々のサイズ及び形状であってもよい。
【００３９】
［改質スポットの形成メカニズム］
加工対象物１に改質スポットを形成する際、その始まりから終わりまでの間において、ステージ毎に分かれた特徴的な現象が見出される。以下、改質スポットの形成メカニズムについて説明する。
【００４０】
図７に示されるように、改質スポットＳの形成開始から完了までの現象は、その現象の内容に応じて５つのステージに分けることができる。なお、ここでの例では、加工対象物１をシリコンとする。
【００４１】
第１ステージは、加工対象物１に対してレーザ光Ｌのパルスが照射された直後の期間である。第１ステージでは、加工対象物１において、室温付近から初期吸収が発生し、集光点付近の一部領域（集光点を含む一部の領域：以下、単に「一部領域」ともいう）で局所的な温度上昇及びプラズマが発生し、当該一部領域で吸収率が一時的に上昇する。第１ステージの終点は、加工対象物１へのレーザ光Ｌの照射開始を起点にして、例えば、多光子吸収等の非線形な吸収現象である非線形吸収の場合には１ｐｓまでの時点であり、通常の吸収現象である線形吸収の場合には１ｍｓまでの時点である。第１ステージの加工対象物１は、例えば数１００００Ｋの温度を有する。第１ステージの加工対象物１は、プラズマ、蒸気又は液体の状態を有する。このような第１ステージのレーザ光Ｌでは、良好な集光性と、集光点までの透過性と、集光点での選択的吸収性と、高いピークパワーと、急峻な立上がりのパルス波形と、の少なくとも何れかが望まれる。
【００４２】
第２ステージは、局所的な温度上昇が進み、吸収率が上昇した一部領域が拡大する期間である。第２ステージは、レーザ光Ｌが照射されている期間である。第２ステージでは、加工対象物１において高温状態の一部領域（高温領域）へエネルギが注入され、上方（レーザ光Ｌの照射側）へ高温領域が拡大され，改質スポットの形成領域が画定される。第２ステージの終点は、加工対象物１へのレーザ光Ｌの照射開始を起点にして、例えば、７００ｎｓまでの時点である。第２ステージの加工対象物１は、例えば２０００〜１００００Ｋの温度を有する。第２ステージの加工対象物１は、液体の状態を有する。第２ステージにおいて、高温領域は溶融領域である。このような第２ステージのレーザ光Ｌでは、パルス波形や室温付近の加工前の加工対象物１に吸収されない波長であることが重要とされる。第２ステージのレーザ光Lでは、加工要求（加工目的）に応じた伝播プロファイルと、大きなパルスエネルギ及び持続時間と、の少なくとも何れかが望まれる。
【００４３】
第３ステージは、伝導冷却による急速な温度低下が進み、ボイド１３が固定されると共に、溶融領域の閉込め（溶融凝固領域１１の形成）が行われる期間である。第３ステージは、レーザ光Ｌの照射が停止された直後の期間である。第３ステージの終点は、加工対象物１へのレーザ光Ｌの照射開始を起点にして、例えば、２μｓまでの時点である。第３ステージの加工対象物１は、例えば５００〜２０００Ｋの温度を有する。第３ステージの加工対象物１は、固体の状態を有する。このような第３ステージでは、速やかな伝導冷却と、集光点付近で凝固が先行すること（ボイド１３の固定）と、分断に適した形状且つ大きな体積での融液閉じ込めと、の少なくとも何れかが望まれる。なお、ボイド１３の固定は、第３ステージで成されることに限定されず、第２ステージ中で成される場合もある。
【００４４】
第４ステージは、更なる熱拡散により全体が凝固され、最後まで溶融していた領域から大きな応力Ｓｔが発生し、残留応力場が形成され且つマイクロクラックが発生及び伸展される期間である。図示する例では、発生及び進展したマイクロクラックは、それらが集まってマイクロクラック群９を形成している。マイクロクラック群９は、マイクロクラック集合体である。第４ステージは、レーザ光Ｌの照射が停止された期間である。第４ステージでは、転位領域が形成される。第４ステージの終点は、加工対象物１へのレーザ光Ｌの照射開始を起点にして、例えば、１０μｓまでの時点である。第４ステージの加工対象物１は、室温と同程度の温度を有する。第４ステージの加工対象物１は、固体の状態を有する。このような第４ステージでは、分断に適した凝固順序及び速度と、転位及び高圧領域の形成（残留応力の分布の支配）と、の少なくとも何れかが望まれる。
【００４５】
第５ステージは、レーザ光Ｌの次のパルスが加工対象物１に照射される期間であって、第１ステージと同様である。なお、第５ステージでは、それまでの第１ステージ〜第４ステージで形成された改質スポットＳにおいて、そのマイクロクラックが進展されマイクロクラック群９が拡がっている。
【００４６】
図８は、改質スポットＳの形成後の加工対象物１の断面を示す写真図である。図中の状態は、第５ステージの状態に対応する。図中の上側が、レーザ光Ｌの照射側である。図８に示されるように、改質スポットＳは、溶融凝固領域１１、マイクロクラック群９及びボイド１３を含む。溶融凝固領域１１は、第３ステージから第４ステージの再凝固の際に最後まで溶融していた領域である。溶融凝固領域１１の再凝固の際の体積膨張により、大きな応力を発生する。溶融凝固領域１１を中心とする応力により、クラック１４が生じている。マイクロクラック群９は、第３ステージから第４ステージの再凝固に伴う応力で形成される。マイクロクラック群９は、高密度な転位を伴うこともある。マイクロクラック群９は、集合及び成長してクラック１４となる。ボイド１３は、第２ステージにおける溶融及び蒸発後の再凝固の際に取り残された空洞である。図中の集光点Ｐは、加工の開始点であって、第１ステージの作用領域である。
【００４７】
［第１実施形態］
次に、第１実施形態に係るレーザ加工装置について説明する。
【００４８】
図９に示される第１実施形態に係るレーザ加工装置２００は、分断力を優先させた仕様の装置であって、高い分断力で加工対象物１を厚さ方向に沿って切断可能とする。レーザ加工装置２００は、第１光源２０１、第２光源２０２、第１アッテネータ２０３、第２アッテネータ２０４、第１ビームエキスパンダ２０５、第２ビームエキスパンダ２０６、空間光変調器２０７、リレー光学系２０８、ダイクロイックミラー２０９、集光光学系２１０、及び、シリンドリカルレンズユニット２１１を備える。
【００４９】
第１光源２０１は、パルスレーザ光の第１レーザ光（第１の光）Ｌ１を出射（パルス発振）する。一例として、第１光源２０１は、波長が１０６４ｎｍでパルス持続時間が３０ｎｓの第１レーザ光Ｌ１を出射する。第２光源２０２は、パルスレーザ光の第２レーザ光（第２の光）Ｌ２を出射（パルス発振）する。一例として、第２光源２０２は、波長が１５５０ｎｍでパルス持続時間が１０００ｎｓの第２レーザ光Ｌ２を出射する。第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２のそれぞれは、上述のレーザ光Ｌに対応する。
【００５０】
第１アッテネータ２０３は、第１光源２０１から出射された第１レーザ光Ｌ１の出力（光強度）及び偏光方向を調整する。第２アッテネータ２０４は、第２光源２０２から出射された第２レーザ光Ｌ２の出力及び偏光方向を調整する。第１ビームエキスパンダ２０５は、第１アッテネータ２０３を通過した第１レーザ光Ｌ１のビーム径及び発散角を調整する。第２ビームエキスパンダ２０６は、第２アッテネータ２０４を通過した第２レーザ光Ｌ２のビーム径及び発散角を調整する。
【００５１】
空間光変調器２０７は、第１ビームエキスパンダ２０５を通過してミラー２１２で反射した第１レーザ光Ｌ１を変調しつつ反射する。空間光変調器２０７は、例えば反射型液晶（ＬＣＯＳ：Liquid  Crystal  on  Silicon）の空間光変調器（ＳＬＭ：Spatial  Light  Modulator）である。空間光変調器２０７は、第１レーザ光Ｌ１が入射される表示部を有し、この表示部に表示させる変調パターンを適宜設定することにより、反射する第１レーザ光Ｌ１を変調（例えば、第１レーザ光Ｌ１の強度、振幅、位相、偏光等を変調）する。
【００５２】
リレー光学系２０８は、空間光変調器２０７の表示部での第１レーザ光Ｌ１の像（空間光変調器２０７において変調された第１レーザ光Ｌ１の像）を、集光光学系２１０の入射瞳面に転像（結像）させる。リレー光学系２０８としては、例えば４ｆレンズユニットを用いることができる。
【００５３】
ダイクロイックミラー２０９は、リレー光学系２０８を通過してミラー２１３で反射した第１レーザ光Ｌ１を集光光学系２１０に向かって透過させると共に、シリンドリカルレンズユニット２１１を通過した第２レーザ光Ｌ２を集光光学系２１０に向かって反射させる。
【００５４】
集光光学系２１０は、加工対象物１に対して第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２を集光する。集光光学系２１０は、複数のレンズと、複数のレンズを保持するホルダと、を有する。集光光学系２１０は、圧電素子等の駆動機構の駆動力によって、その光軸方向に沿って可動する。
【００５５】
シリンドリカルレンズユニット２１１は、第２ビームエキスパンダ２０６を通過してミラー２１４，２１５で反射した第２レーザ光Ｌ２のビームプロファイルを調整（ビーム形状を整形）する。シリンドリカルレンズユニット２１１は、加工対象物１に照射される第２レーザ光Ｌ２のビームプロファイルを、切断予定ライン５に沿う方向において長尺状とする。
【００５６】
制御部２１６は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）及びＲＡＭ（Random  Access  Memory）等によって構成されている。制御部２１６は、レーザ加工装置２００の各部の動作を制御する。制御部２１６は、上述したレーザ光源制御部１０２及びステージ制御部１１５（図１参照）の機能を有する。制御部２１６は、第１光源２０１及び第２光源２０２の動作を制御し、第１光源２０１及び第２光源２０２のそれぞれから第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２のそれぞれを出射させる。制御部２１６は、第１光源２０１及び第２光源２０２から出射される第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２の出力やパルス幅等を調節する。制御部２１６は、改質スポットＳを形成する際、第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２の集光点が所定深さに位置し且つ切断予定ライン５に沿って相対的に移動するように、レーザ加工装置２００の各部の動作を制御する。制御部２１６は、第１光源２０１及び第２光源２０２から第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２が出射されるタイミングを調節することで、加工点における第１レーザ光Ｌ１と第２レーザ光Ｌ２との到達タイミングを制御する。
【００５７】
制御部２１６は、改質スポットＳを形成する際、空間光変調器２０７の表示部に所定の変調パターンを表示させ、第１レーザ光Ｌ１を空間光変調器２０７で所望に変調させる。表示させる変調パターンは、例えば、改質スポットＳを形成しようとする深さ位置、第１レーザ光Ｌ１の波長、加工対象物１の材料、集光光学系２１０や加工対象物１の屈折率等に基づいて予め導出され、制御部２１６に記憶されている。変調パターンは、レーザ加工装置２００に生じる個体差を補正するための個体差補正パターン、球面収差を補正するための球面収差補正パターン、及び、非点収差を補正するための非点収差補正パターン等の少なくとも何れかを含んでいてもよい。
【００５８】
制御部２１６は、第１光源２０１を制御して第１レーザ光Ｌ１を出射させた後、第２光源２０２を制御して第２レーザ光Ｌ２を出射させる。具体的には、制御部２１６は、加工対象物１へ第１レーザ光Ｌ１を１パルス照射させ、加工対象物１の一部領域で吸収率が一時的に上昇している期間である吸収率上昇期間に、その一部領域に第２レーザ光Ｌ２を１パルス照射させる。制御部２１６は、第２レーザ光Ｌ２の１パルス照射後には、第１光源２０１及び第２光源２０２の出射を一定期間停止させる。その後、制御部２１６は、第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２の当該１パルス照射を繰り返す。
【００５９】
一部領域は、例えば第１レーザ光Ｌ１の集光点付近であり、第１レーザ光Ｌ１の照射及び集光に伴い吸収率が上昇している領域である。吸収率とは、第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２を単位長さあたり（例えば１ｃｍあたり）に吸収する割合である。吸収率上昇期間とは、第１レーザ光Ｌ１の照射前の吸収率を基準にして、一時的に吸収率が上昇している（一時的に吸収率が大きくなっている）期間である。吸収率上昇期間は、吸収率が第１レーザ光Ｌ１の照射前よりも大きい範囲において、吸収率が増加している期間と、吸収率が減少している期間と、を含む。例えば吸収率上昇期間では、第１レーザ光Ｌ１の照射前の吸収率よりも大きい範囲において、吸収率が時間経過に伴い増加した後に減少する。
【００６０】
より具体的には、制御部２１６は、次のように、第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２の照射タイミングを制御する。すなわち、図１０に示されるように、まず、第１レーザ光Ｌ１を１パルス照射させる。これにより、第１ステージが開始し、一部領域の吸収率が急峻に上昇し、ピークを迎えた後に下降する。この吸収率上昇期間Ｈに、第２レーザ光Ｌ２を１パルス照射させる。図示する例では、第１レーザ光Ｌ１のパルスの終了時に、第２レーザ光Ｌ２のパルスが立ち上がっている。第２レーザ光Ｌ２のパルスは、所定期間持続された後に終了する。第２レーザ光Ｌ２の照射によって、吸収率が上昇あるいは維持されている。当該終了に伴って、第２ステージが終了し、第３ステージが開始する。そして、第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２の照射が一定期間停止し、これにより。第３ステージ及び４ステージが進展する。
【００６１】
以上のように構成されたレーザ加工装置２００では、加工対象物１に第１レーザ光Ｌ１を照射し、加工対象物１の一部領域において吸収率を第１レーザ光Ｌ１の照射前よりも一時的に上昇させるステップと、一部領域の吸収率が一時的に上昇している吸収率上昇期間Ｈに、当該一部領域に第２レーザ光Ｌ２を照射するステップと、を含む加工方法を実施する。
【００６２】
ここで、レーザ加工装置２００において、加工対象物１に照射される第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２の特徴について、以下に詳説する。
【００６３】
第２レーザ光Ｌ２のエネルギは、第１レーザ光Ｌ１のエネルギよりも高い。ここでいうエネルギは、全時間軸において投入されるエネルギの総量である。第２レーザ光Ｌ２のピーク強度は、第１レーザ光Ｌ１のピーク強度よりも低い。ここでいうピーク強度とは、当該レーザ光Ｌが吸収される領域における単位面積及び単位時間当たりのエネルギである。第１レーザ光Ｌ１のエネルギ及びピーク強度は、例えば第１光源２０１及び第１アッテネータ２０３の少なくとも何れかにより制御できる。第２レーザ光Ｌ２のエネルギ及びピーク強度は、例えば第２光源２０２及び第２アッテネータ２０４の少なくとも何れかにより制御できる。第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２のエネルギ及びピーク強度は、ＥＯＭ（Electro-Optic  Modulator）又はＡＯＭ（acousto-Optic  Modulator）等の変調器を利用して制御することもできる。
【００６４】
第２レーザ光Ｌ２の波長は、第１レーザ光Ｌ１の波長と異なる。第２レーザ光Ｌ２の波長及び第２レーザ光Ｌ２の波長は、加工対象物１を透過する波長であり、ここでは、シリコンを透過する１０００〜８５００ｎｍである。第２レーザ光Ｌ２の波長は、第１レーザ光Ｌ１の波長よりも長い。加工対象物１がシリコンである場合、波長を１０００ｎｍ以上１１００未満とすると、加工対象物１への吸収が早く、ダメージが少なく、亀裂が伸びにくくなる。加工対象物１がシリコンである場合、波長を１１００ｎｍ以上２０００ｎｍ未満とすると、分断力が高くなり、加工対象物１へのダメージ抑制よりも分断力を優先（発生する亀裂を長く）できる。加工対象物１がシリコンである場合、波長を２０００ｎｍ以上８５００ｎｍ未満とすると、分断力がより高くなり、加工対象物１へのダメージ抑制よりも分断力をより優先できる。第１レーザ光Ｌ１の波長は、例えば第１光源２０１及び空間光変調器２０７の少なくとも何れかにより制御できる。第２レーザ光Ｌ２の波長は、例えば第２光源２０２により制御できる。第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２の波長は、ＥＯＭ又はＡＯＭ等の変調器を利用して制御することもできる。
【００６５】
第２レーザ光Ｌ２は、加工対象物１への単独照射時に改質スポットＳひいては改質領域７が形成されないレーザ光である。例えば第２レーザ光Ｌ２のピーク強度は、加工対象物１の加工閾値よりも低く、単独では改質スポットＳの形成が開始されない。この場合、第２レーザ光Ｌ２は、常に又は予め加工対象物１に照射されていてもよく、第１レーザ光Ｌ１のみが加工開始のトリガとして作用する。このとき、加工開始までの間の第２レーザ光Ｌ２は、加工対象物１に吸収されずに抜け光となる。「抜け光」とは、加工対象物１の一方側から入射した光であって、加工対象物１で吸収されずに他方側から抜ける（出射する）光である。光の入射面とは反対側の面に抜け光によりダメージが及ぶことを、「裏面ダメージ」とも称する。
【００６６】
第２レーザ光Ｌ２のＮＡ（Numerical  Aperture）は、第１レーザ光Ｌ１のＮＡと異なる。第１レーザ光Ｌ１のＮＡとは、第１レーザ光Ｌ１の集光位置に対して第１レーザ光Ｌ１が集光する角度である。第２レーザ光Ｌ２のＮＡとは、第２レーザ光Ｌ２の集光位置に対して第２レーザ光Ｌ２が集光する角度である。具体的には、第２レーザ光Ｌ２のＮＡは、第１レーザ光Ｌ１のＮＡよりも小さい。第２レーザ光Ｌ２は、平行ビームであってもよい。
【００６７】
第１レーザ光Ｌ１のＮＡは、例えば第１ビームエキスパンダ２０５、空間光変調器２０７及び集光光学系２１０の少なくとも何れかにより制御できる。第２レーザ光Ｌ２のＮＡは、例えば第２ビームエキスパンダ２０６及び集光光学系２１０の少なくとも何れかにより制御できる。要は、レーザ光ＬのＮＡは、対物レンズ又はピンホール等の有限開口、ビームエキスパンダ等のビーム調整系、及び、空間光変調器の少なくとも何れかにより制御できる。ＮＡは、その値が高いほど集光点のスポットサイズが小さくなり、集光点から離れるとビーム径が急速に増加するという傾向を有する。ＮＡは、集光光学系２１０でのレーザ光Ｌの径及び集光光学系２１０の焦点距離によって決定される。レーザ光Ｌのピーク強度の位置依存性は、ＮＡが高いほど大きくなる。レーザ光Ｌを深さ方向（光軸方向，厚さ方向）において局所的に集中させる場合には、ＮＡが高い方が有利である。一方、レーザ光Ｌを光軸方向に沿って長い領域に分布させる場合には、ＮＡが低い方が有利である。
【００６８】
第２レーザ光Ｌ２のビームプロファイルは、第１レーザ光Ｌ１のビームプロファイルと異なる。具体的には、第１レーザ光Ｌ１のビームプロファイルは、真円又は環状等の回転対称を有する。第２レーザ光Ｌ２のビームプロファイルは、切断予定ライン５に沿って長尺状の形状を有する。第２レーザ光Ｌ２のビームプロファイルは、切断予定ライン５に沿う方向を長手方向とする回転非対称な形状（例えば長円、楕円形、長方形又は多角形等）を有する。第１レーザ光Ｌ１のビームプロファイルは、空間光変調器２０７により制御できる。第２レーザ光Ｌ２のビームプロファイルは、シリンドリカルレンズユニット２１１により制御できる。なお、例えば回折光学素子（DOE：Diffractive  Optical  Element）又は空間光変調器を利用してビームプロファイルを制御してもよく、この場合には、長円又は多角形等の複雑なビームプロファイルも容易に得られる。
【００６９】
第２レーザ光Ｌ２のエムスクエア値は、第１レーザ光Ｌ１のエムスクエア値と異なる。エムスクエア値は、レーザ光Ｌ（レーザ光Ｌの横モード）の品質を示す値である。エムスクエア値は、レーザ光Ｌの集光性を表す値である。エムスクエア値は、Ｍ＾２とも表記される。エムスクエア値は、実際のレーザ光Ｌが理想的なＴＥＭ００のガウシアンレーザ光（基本モード光）に対してどれくらい離れているかを示す。エムスクエア値は、ＴＥＭ００のガウシアンレーザ光の拡がり角とビームウエスト径との積に対する、実際のレーザ光Ｌの拡がり角とビームウエスト径との積である。
【００７０】
第２レーザ光Ｌ２のエムスクエア値は、第１レーザ光Ｌ１のエムスクエア値よりも大きい。第１レーザ光Ｌ１には良好なビーム品質が必要であり、第１レーザ光Ｌ１のエムスクエア値は、１．５以下である。第２レーザ光Ｌ２には、第１レーザ光Ｌ１ほどのビーム品質は不要であり、第２レーザ光Ｌ２のエムスクエア値は、６．０以下である。第１レーザ光Ｌ１のエムスクエア値は、例えば第１光源２０１及び空間光変調器２０７の少なくとも何れかにより制御できる。第２レーザ光Ｌ２のエムスクエア値は、例えば第２光源２０２により制御できる。なお、レーザ光Ｌのエムスクエア値は、当該レーザ光Ｌのレーザ光源、空間フィルタ及び空間光変調器の少なくとも何れかを利用することで、制御してもよい。
【００７１】
第２レーザ光Ｌ２のパルス幅は、第１レーザ光Ｌ１のパルス幅と異なる。第２レーザ光Ｌ２のパルス幅は、第１レーザ光Ｌ１のパルス幅よりも長い。第１レーザ光Ｌ１のパルス幅は、例えば第１光源２０１により制御できる。第２レーザ光Ｌ２のパルス幅は、例えば第２光源２０２により制御できる。第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２のパルス幅は、ＥＯＭ又はＡＯＭ等の変調器を利用して制御することもできる。
【００７２】
第２レーザ光Ｌ２のパルス波形は、第１レーザ光Ｌ１のパルス波形と異なる。第１レーザ光Ｌ１のパルス波形は、矩形波形又はガウス波形である。第２レーザ光Ｌ２のパルス波形は、時間経過に連れて出力が高くなる波形であり、具体的には、第２レーザ光Ｌ２が吸収領域で吸収される実効的な面積が増加することに応じて、ピーク強度が一定になるように出力が高まる波形（以下、単に「後ろ上がり波形」ともいう）である。第２レーザ光Ｌ２のパルス波形は、例えば自乗曲線を有する。第１レーザ光Ｌ１のパルス波形は、例えば第１光源２０１により制御できる。第２レーザ光Ｌ２のパルス波形は、例えば第２光源２０２により制御できる。第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２のパルス波形は、ＥＯＭ又はＡＯＭ等の変調器を利用して制御することもできる。
【００７３】
第２レーザ光Ｌ２の偏光方向は、第１レーザ光Ｌ１の偏光方向と異なる。第１レーザ光Ｌ１の偏光方向は、垂直、水平、右回り円偏光、左回り円偏光、又はＺ偏光である。第２レーザ光Ｌ２の偏光方向は水平、垂直、左回り円偏光、右回り円偏光、又はＺ偏光である。第１レーザ光Ｌ１の偏光方向は、例えば波長板（不図示）及び空間光変調器２０７の少なくとも何れかにより制御できる。第２レーザ光Ｌ２の偏光方向は、例えば波長板（不図示）により制御できる。偏光としては、例えば直線偏光、直交偏光、円偏光、ランダム偏光、Ｚ偏光、及び、ラジアル偏光が挙げられる。波長板には、１／４波長板、１／２波長板、及びＺ波長板の少なくとも１つが含まれる。第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２の偏光方向は、波長板、偏光解消子及び空間光変調器の少なくとも何れかを利用して制御することもできる。
【００７４】
このようなレーザ加工装置２００では、第１ステージに必要且つ十分な第１レーザ光Ｌ１を、第１ステージに最適な時間的及び空間的分布で供給することができる。適切な時間間隔の後に、第２ステージに必要且つ十分な第２レーザ光Ｌ２を、第２ステージに最適な時間的及び空間的分布で供給することができる。その後、第３ステージ以降で速やかに冷却が行われるよう、鋭く第２レーザ光Ｌ２（及びその他の光）を遮断することができる。
【００７５】
ここでのレーザ加工装置２００は、加工対象物１に照射される第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２に関して、以下の特徴を有するように構成されている。
（波長）
第１レーザ光Ｌ１：１０２６〜１０６４ｎｍ
第２レーザ光Ｌ２：１１８０〜７５００ｎｍ
（ビーム品質（エムスクエア値））
第１レーザ光Ｌ１：１．０
第２レーザ光Ｌ２：３．０未満
（パルス持続時間）
第１レーザ光Ｌ１：２０〜５０ｎｓ
第２レーザ光Ｌ２：０．７〜５μｓ
（パルス立上がり時間）
第１レーザ光Ｌ１：５ｎｓ未満
第２レーザ光Ｌ２：５０ｎｓ未満
（パルス波形）
第１レーザ光Ｌ１：矩形波形又はガウス波形
第２レーザ光Ｌ２：後ろ上がり波形（自乗曲線）
（ピーク強度）
第１レーザ光Ｌ１：７０Ｗ
第２レーザ光Ｌ２：１５０〜２５０Ｗ
（繰返し周波数）
第１レーザ光Ｌ１：１５０ｋＨｚ以下
第２レーザ光Ｌ２：１５０ｋＨｚ以下
（照射タイミング）
第１レーザ光Ｌ１：任意
第２レーザ光Ｌ２：２０〜３０ｎｓ後
（第１レーザ光Ｌ１の照射開始を起点）
（集光系）
第１レーザ光Ｌ１：集光優先
第２レーザ光Ｌ２：経路優先
（収差補正）
第１レーザ光Ｌ１：あり
第２レーザ光Ｌ２：なし
（ビームプロファイルの対称性）
第１レーザ光Ｌ１：回転対称（真円）
第２レーザ光Ｌ２：切断予定ライン５に沿う方向に長尺状
（ＮＡ）
第１レーザ光Ｌ１：０．７以上
第２レーザ光Ｌ２：０．２〜０．６
【００７６】
以上、レーザ加工装置２００によれば、改質スポットＳを形成するに当たり、第１ステージ及び第２ステージの各現象それぞれに応じて、第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２として分けて照射することができる。第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２それぞれの各種パラメータないし照射態様を適宜変えることで、様々な加工要求に容易に対応可能となる。よって、高い付加価値を有するレーザ加工装置２００を実現可能となる。また、単純且つ安価な光学系を用いて分断力を向上することが可能となる。
【００７７】
レーザ加工装置２００では、第２レーザ光Ｌ２のエネルギは、第１レーザ光Ｌ１のエネルギよりも高い。これにより、第１ステージ及び第２ステージの各現象に一層応じて、第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２を照射することができる。
【００７８】
レーザ加工装置２００では、第２レーザ光Ｌ２のピーク強度は、第１レーザ光Ｌ１のピーク強度よりも低い。これにより、第１ステージ及び第２ステージの各現象に一層応じて、第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２を照射することができる。
【００７９】
レーザ加工装置２００では、第２レーザ光Ｌ２の波長は、第１レーザ光Ｌ１の波長と異なる。第１レーザ光Ｌ１の波長と第２レーザ光Ｌ２の波長とを適宜に異ならせることで、加工対象物１における第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２の吸収ひいては加工結果を制御することができる。さらに、半導体である加工対象物１は、バンドギャップ近傍で分光吸収特性が大きく変化するため、波長を変化させるとその吸収分布や加工結果を効果的に制御することができる。特にレーザ加工装置２００では、第２レーザ光Ｌ２の波長は、第１レーザ光Ｌ１の波長よりも長い。これにより、第１レーザ光Ｌ１の吸収を早めてダメージ抑制しつつ、第２レーザ光Ｌ２で分断力を高めること（高分断力とダメージ抑制との両立）ができる。
【００８０】
レーザ加工装置２００では、第２レーザ光Ｌ２は、加工対象物１への単独照射時に改質スポットＳが形成されない光である。これにより、第２レーザ光Ｌ２を常に又は予め照射しておいてもよく、この場合でも、改質スポットＳは形成されず、第１レーザ光Ｌ１が改質スポットＳの形成を開始するトリガとして作用する。第２レーザ光Ｌ２の照射タイミングを精密に制御することが不要になる。
【００８１】
レーザ加工装置２００では、第２レーザ光Ｌ２のＮＡは、第１レーザ光Ｌ１のＮＡと異なる。第１レーザ光Ｌ１のＮＡと第２レーザ光Ｌ２のＮＡとを適宜に異ならせることで、加工領域の広狭を制御できる。特にレーザ加工装置２００では、第２レーザ光Ｌ２のＮＡは、第１レーザ光Ｌ１のＮＡよりも小さい。これにより、第２レーザ光Ｌ２は集光点から離れた位置においてもビームの発散が抑制されるため、改質スポットＳを集光点から離れた位置まで誘導又は形成することができる。
【００８２】
レーザ加工装置２００では、第２レーザ光Ｌ２のビームプロファイルは、第１レーザ光Ｌ１のビームプロファイルと異なる。第１レーザ光Ｌ１のビームプロファイルと第２レーザ光Ｌ２のビームプロファイルとを適宜に異ならせることで、分断力及び加工対象物１へのダメージを制御できる。特にレーザ加工装置２００では、第１レーザ光Ｌ１のビームプロファイルは、回転対称の形状であり、これにより、第１レーザ光Ｌ１を小さな領域に集光することができ、高いパワー密度を実現できる。そのため、第１ステージの現象を最低限の漏れ光で実現できる。第２レーザ光Ｌ２のビームプロファイルは、切断予定ライン５に沿って長尺状の形状である。これにより、切断予定ライン５に沿って加工対象物１を切断しやすくできる。また、厚さ方向から見て切断予定ライン５に直交する方向が、第２レーザ光Ｌ２のビームプロファイルの短手方向になることから、加工対象物１の機能素子に対する第２レーザ光Ｌ２による悪影響を抑制できる。
【００８３】
レーザ加工装置２００では、第２レーザ光Ｌ２のエムスクエア値は、第１レーザ光Ｌ１のエムスクエア値と異なる。第１レーザ光Ｌ１のエムスクエア値と第２レーザ光Ｌ２のエムスクエア値とを適宜異ならせることで、装置の簡略化、低価格化及び簡易化が可能となる。特にレーザ加工装置２００では、第１レーザ光Ｌ１のエムスクエア値は第２レーザ光Ｌ２のエムスクエア値よりも小さい。これにより、第１レーザ光Ｌ１で必要なビーム品質を確保しつつ、第２レーザ光Ｌ２のビーム品質に係る制限を低減することが可能となる。
【００８４】
レーザ加工装置２００では、第２レーザ光Ｌ２のパルス幅は、第１の光のパルス幅と異なる。第１レーザ光Ｌ１のパルス幅と第２レーザ光Ｌ２のパルス幅とを適宜異ならせることで、第１ステージ及び第２ステージの各現象に一層応じて第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２を照射することができる。特にレーザ加工装置２００では、第１レーザ光Ｌ１のパルス幅は第２レーザ光Ｌ２のパルス幅よりも長い。これにより、溶融領域が成長可能な速度に合わせて、あるいは溶融領域が成長に必要な時間に合わせて、第２レーザ光Ｌ２によるエネルギ供給が一層適切に行われ、一層適切な溶融領域ひいては改質スポットＳを形成できる。
【００８５】
レーザ加工装置２００では、第２レーザ光Ｌ２のパルス波形は、第１レーザ光Ｌ１のパルス波形と異なる。第１レーザ光Ｌ１のパルス波形と第２レーザ光Ｌ２のパルス波形とを適宜異ならせることで、第１ステージ及び第２ステージの各現象に一層応じて第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２を照射することができる。特にレーザ加工装置２００では、第１レーザ光Ｌ１のパルス波形は矩形波形又はガウス波形であり、これにより、鋭い立上り特性をパルス波形が備えることになり、加工前の漏れ光を最小限にできる。第２レーザ光Ｌ２のパルス波形は後ろ上がり波形であり、これにより、第２レーザ光Ｌ２の吸収領域の面積が増加する場合でも、それに応じてピーク強度を一定に保つことができる。
【００８６】
レーザ加工装置２００では、第２レーザ光Ｌ２の偏光方向は、第１レーザ光Ｌ１の偏光方向と異なる。第１レーザ光Ｌ１の偏光方向と第２レーザ光Ｌ２の偏光方向とを適宜異ならせることで、第１ステージ及び第２ステージの各現象に一層応じて第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２を照射することができる。第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２の結合及び分離が容易となる。特にレーザ加工装置２００では、第１レーザ光Ｌ１の偏光方向は、垂直、水平、右回り円偏光、左回り円偏光、又はＺ偏光であり、第２レーザ光Ｌ２の偏光方向は、水平、垂直、左回り円偏光、右回り円偏光、又はＺ偏光である。これにより、第１レーザ光Ｌ１の波長と第２レーザ光Ｌ２の波長とが同じ場合でも、偏光方向の相違を利用して同一光路へのビーム合成あるいは同一光路からのビーム分離が容易に可能になる。また、物質内部への透過率が高いＺ偏光のレーザ光Ｌを用いることで、一層適切に加工対象物１の内部加工を行うことができる。
【００８７】
レーザ加工装置２００では、改質領域７は、加工対象物１を厚さ方向に沿って切断する切断起点領域である。これにより、改質領域７を切断の起点として、加工対象物１を厚さ方向に沿って切断（分断）することができる。
【００８８】
レーザ加工装置２００は、第１光源２０１、第２光源２０２及び制御部２１６を含んでいる。第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２を加工対象物１へ照射するレーザ加工装置２００を、第１光源２０１及び第２光源２０２（複数の光源）を利用して構成することができる。
【００８９】
レーザ加工装置２００では、加工対象物１に対する第２レーザ光Ｌ２の照射方向は、加工対象物１に対する第１レーザ光Ｌ１の照射方向と同じである。この場合、第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２を同一方向から照射でき、光学系を簡便なものとすることができる。
【００９０】
なお、第１レーザ光Ｌ１の照射方向及び第２レーザ光Ｌ２の照射方向は、加工目的及び装置構成上の制約から適宜設定してもよい。第１レーザ光Ｌ１と第２レーザ光Ｌ２それぞれの集光点が共通であっても異なっていても、それらの照射方向（伝搬方向）を個別に制御することで加工を特徴付けることが可能である。例えば後述の変形例で示されるように、第１レーザ光Ｌ１を加工対象物１の表面（又は裏面）から垂直に入射する一方で、第２レーザ光Ｌ２を裏面（又は表面）から、側方から、それらの対向方向から、あるいは、それらを組合せた方向から入射してもよい。第１レーザ光Ｌ１の照射方向を適宜設定することで、初期の漏れ光の方向を制御できる。第２レーザ光Ｌ２の照射方向を適宜設定することで、分断力の方向付けを行ったり、改質スポットＳの形成方向及び位置を制御したり、特定の加工態様（例えば残存漏れ光の分布制御）に最適化させたり等することが可能となる。
【００９１】
レーザ加工装置２００では、上述したように、第２レーザ光Ｌ２は、切断予定ライン５に沿って長尺となる回転非対称のビーム形状であって、大きなエネルギ及び持続時間で供給される。これにより、第２ステージを長時間持続させ、溶融凝固領域１１を切断予定ライン５の延在方向に拡大することができる。
【００９２】
なお、本実施形態において、第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２の各種パラメータは、上記の値に特に限定されない。第１レーザ光Ｌ１の波長は、１０００ｎｍ〜１１００ｎｍであってもよく、特に、１０２６ｎｍ、１０２８ｎｍ、１０３０ｎｍ、１０４７ｎｍ、１０６４ｎｍ、又は１０８０ｎｍであると、装置製造が容易であるために有効である。第１レーザ光Ｌ１の波長は、９５００ｎｍ〜１００００ｎｍであってもよい。
【００９３】
第１レーザ光Ｌ１の集光状態は、高い集光強度を実現すべく、良好なビーム品質とするために、エムスクエア値が１．２未満であってもよい。第１レーザ光Ｌ１の球面収差補正に関して、集光点Ｐにおいて無収差集光であってもよい。第１レーザ光Ｌ１の集光スポット径（集光点でのビーム径）は、φ１μｍ以下であってもよい。第１レーザ光Ｌ１のパルス持続時間は、３０〜５０ｎｓ未満であってもよい。
【００９４】
第２レーザ光Ｌ２の照射タイミング（第１レーザ光Ｌ１からの遅れ時間）は、第１レーザ光Ｌ１の照射による一部領域の局所的な電子の励起あるいは温度上昇等の過渡的現象の開始後であって、励起された電子の緩和又は熱拡散により当該過渡的現象が終了あるいは減衰してキャリア等が拡散又は消滅する時点よりも早いタイミングであってもよい。第２レーザ光Ｌ２の波長は、１１５０ｎｍ〜９５００ｎｍであってもよい。第２レーザ光Ｌ２の波長は、加工対象物１を透過する波長であればよい。第２レーザ光Ｌ２のビーム品質への要求は、大幅に緩和され、例えば第２レーザ光Ｌ２のエムスクエア値が４でもよい。第２レーザ光Ｌ２の集光スポット径（集光点でのビーム径）は、φ３μｍ程度であってもよい。第２レーザ光Ｌ２のパルス波形の立上がりは、第１レーザ光Ｌ１の照射による一部領域の局所的な温度上昇が緩和しない程度の立上がりであればよい。第２レーザ光Ｌ２のパルス立上がり時間は、１０〜３０ｎｓであってもよい。
【００９５】
第２レーザ光Ｌ２のパルス持続時間は、５００〜５０００ｎｓであってもよい。第２レーザ光Ｌ２の偏光状態は、あらゆる状態であってもよい。第２光源２０２として、安価なランダム偏光レーザ光源を用いてもよい。第２レーザ光Ｌ２の集光状態は、加工性能を決定づけるため、加工要求に応じて設定されていてもよい。第２レーザ光Ｌ２は、第１レーザ光Ｌ１に比べ、集光点ではなく伝播状態が重要とされる。
【００９６】
上記において、第１光源２０１及び制御部２１６は第１照射部を構成し、第２光源２０２及び制御部２１６は第２照射部を構成する。
【００９７】
図１１は、第１実施形態の第１変形例に係るレーザ加工装置２２０の構成を示す概略図である。第１変形例に係るレーザ加工装置２２０が上記レーザ加工装置２００（図９参照）と異なる点は、第１レーザ光Ｌ１と対向するように第２レーザ光Ｌ２を更に照射する点である。レーザ加工装置２２０は、上記レーザ加工装置２００に対して、ハーフミラー２２１及び集光光学系２２４を更に備える。
【００９８】
ハーフミラー２２１は、第２レーザ光Ｌ２の光路上においてシリンドリカルレンズユニット２１１とダイクロイックミラー２０９との間に配置されている。ハーフミラー２２１は、シリンドリカルレンズユニット２１１を通過した第２レーザ光Ｌ２の一部を反射すると共に、当該第２レーザ光２の他部を透過させる。
【００９９】
集光光学系２２４は、ハーフミラー２２１で反射してミラー２２２，２２３で反射した第２レーザ光Ｌ２を加工対象物１に集光する。集光光学系２２４は、加工対象物１を介して集光光学系２１０と対向するように配置されている。集光光学系２２４は、集光光学系２１０のレーザ光入射面である表面（又は裏面）とは反対側の裏面（又は表面）をレーザ光入射面として、第２レーザ光Ｌ２を入射させる。集光光学系２２４は、集光光学系２１０と同様に構成されている。集光光学系２２４として、集光光学系２１０よりも特に高性能な光学系を用いることは不要である。このようなレーザ加工装置２２０では、加工対象物１において、表面側及び裏面側それぞれから第２レーザ光Ｌ２を同時照射し、表面側及び裏面側それぞれへ改質スポットＳを成長させて形成することが可能である。
【０１００】
以上、レーザ加工装置２２０においても、上記レーザ加工装置２００による上述した作用効果を奏する。また、レーザ加工装置２２０では、２つの第２レーザ光Ｌ２うちの一方の第２レーザ光Ｌ２の照射方向は、第１レーザ光Ｌ１の照射方向と異なる。第１レーザ光Ｌ１と第２レーザ光Ｌ２とで照射方向を適宜に異ならせることで、改質スポットＳ及び亀裂が拡大していく方向を制御可能（選択的誘導可能）になると共に、改質スポットＳ及び亀裂の位置を制御可能になる。特にレーザ加工装置２２０では、対向する集光光学系２１０，２２４による表面側及び裏面側からの改質スポットＳの同時成長及び分断力の極大化が可能となる。
【０１０１】
図１２は、第１実施形態の第２変形例に係るレーザ加工装置２３０の構成を示す概略図である。第２変形例に係るレーザ加工装置２３０が上記レーザ加工装置２００（図９参照）と装置構成で異なる点は、ビームシフター２３１を備える点である。
【０１０２】
ビームシフター２３１は、第２レーザ光Ｌ２の光路上においてシリンドリカルレンズユニット２１１とダイクロイックミラー２０９との間に配置されている。ビームシフター２３１は、第２レーザ光Ｌ２の位置をシフトさせる。具体的には、ビームシフター２３１は、集光光学系２１０で集光された第２レーザ光Ｌ２の照射方向（光軸）が、集光光学系２１０の光軸に対して傾斜する傾斜方向となるように、第２レーザ光Ｌ２の位置をシフトさせる。ここでの傾斜方向は、加工対象物１に近づくに連れて、レーザ光Ｌ（第１レーザ光ｌ及び第２レーザ光Ｌ２）のスキャンの進行方向における前側から後側に傾斜する方向である。
【０１０３】
なお、ビームシフター２３１としては、特に限定されず、第２レーザ光Ｌ２の位置をシフトできれば、種々の光学素子を用いることができる。以下、スキャンの進行方向を、単に「スキャン進行方向」と称する。スキャン進行方向は、レーザ光Ｌを走査する方向であり、加工進行方向である。
【０１０４】
以上、レーザ加工装置２３０においても、上記レーザ加工装置２００による上述した作用効果を奏する。また、レーザ加工装置２３０では、第２レーザ光Ｌ２を集光光学系２１０の光軸に対して傾斜する傾斜方向から照射させることができる。特に、当該傾斜方向は、加工対象物１に近づくに連れてスキャン進行方向の前側から後ろ側に傾斜する方向であることから、レーザ光Ｌのスキャンに対して改質スポットＳを先行するように形成することが可能となる。
【０１０５】
図１３は、第１実施形態の第３変形例に係るレーザ加工装置２４０の構成を示す概略図である。第３変形例に係るレーザ加工装置２４０が上記レーザ加工装置２００（図９参照）と異なる点は、加工対象物１の側面から第２レーザ光Ｌ２を照射すると共に、第１レーザ光Ｌ１と対向するように第２レーザ光Ｌ２を照射する点である。レーザ加工装置２２０は、上記レーザ加工装置２００に対して、ダイクロイックミラー２０９を備えず、ハーフミラー２４１及び集光光学系２４２，２４３を更に備える。レーザ加工装置２２０では、集光光学系２１０は、加工対象物１に対して第１レーザ光Ｌ１のみを集光する。
【０１０６】
ハーフミラー２４１は、第２レーザ光Ｌ２の光路上においてシリンドリカルレンズユニット２１１の下流側に配置されている。ハーフミラー２４１は、シリンドリカルレンズユニット２１１を通過してミラー２４４で反射した第２レーザ光Ｌ２の一部を反射すると共に、当該第２レーザ光２の他部を透過させる。
【０１０７】
集光光学系２４２は、ハーフミラー２４１で反射した第２レーザ光Ｌ２を加工対象物１に集光する。集光光学系２４２は、加工対象物１の側面と対向するように配置されている。集光光学系２４２は、加工対象物１の側面をレーザ光入射面として第２レーザ光Ｌ２を入射させる。集光光学系２４２は、集光光学系２１０と同様に構成されている。集光光学系２４３は、ハーフミラー２２１を透過してミラー２４５，２４６で反射した第２レーザ光Ｌ２を加工対象物１に集光する。集光光学系２４３は、加工対象物１を介して集光光学系２１０と対向するように配置されている。集光光学系２４３は、集光光学系２１０のレーザ光入射面である表面（又は裏面）とは反対側の裏面（又は表面）をレーザ光入射面として、第２レーザ光Ｌ２を入射させる。集光光学系２４３は、集光光学系２１０と同様に構成されている。集光光学系２４２，２４３として、集光光学系２１０よりも特に高性能な光学系を用いることは不要である。
【０１０８】
このようなレーザ加工装置２４０では、加工対象物１において、第１レーザ光Ｌ１の照射方向の反対側及び加工対象物１の側面側から第２レーザ光Ｌ２を同時照射し、第１レーザ光Ｌ１の照射方向の反対側及び加工対象物１の側面側のそれぞれへ改質スポットＳを成長させることが可能である。
【０１０９】
以上、レーザ加工装置２４０においても、上記レーザ加工装置２００による上述した作用効果を奏する。また、レーザ加工装置２４０では、第２レーザ光Ｌ２が第１レーザ光Ｌ１の照射方向の反対側と加工対象物１の側面側とから照射されるため、改質スポットＳ及び亀裂が拡大していく方向を、第１レーザ光Ｌ１の照射方向の反対側と加工対象物１の側面側とへ制御可能（選択的誘導可能）になる。また、第２レーザ光Ｌ２が第１レーザ光Ｌ１の照射方向の反対側と加工対象物１の側面側とから照射されるため、抜け光による裏面ダメージを本質的に回避することが可能となる。
【０１１０】
［第２実施形態］
次に、第２実施形態に係るレーザ加工装置について説明する。以下、第１実施形態と異なる点を説明し、重複する説明は省略する。
【０１１１】
図１４に示される第２実施形態に係るレーザ加工装置３００は、加工対象物１へのダメージ抑制を優先させた仕様の装置であって、加工対象物１に与えるダメージ（特に裏面ダメージ）を抑制しつつ加工対象物１を厚さ方向に沿って切断可能とする。レーザ加工装置３００が上記レーザ加工装置２００と装置構成で異なる点は、シリンドリカルレンズユニット２１１を備えていない点である。シリンドリカルレンズユニット２１１を備えずに第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２の双方を回転対称のビームプロファイルとし、双方の伝搬経路及び集光点を一層一致させる。これにより、第１レーザ光Ｌ１により励起されて吸収率が一時的に上昇した一部領域に対して、第２レーザ光Ｌ２を一層効率的に作用させることが可能となる。
【０１１２】
レーザ加工装置３００では、第１レーザ光Ｌ１の漏れ光の抑制が優先されている。第１レーザ光Ｌ１は、加工対象物１の吸収の大きい波長で急峻な立上がりの波形を有する。このような第１レーザ光Ｌ１によれば、第１ステージのみを最小限の漏れ光で実施できる。レーザ加工装置３００では、第２レーザ光Ｌ２は、加工対象物１のバンドギャップ付近又はバンドギャップより長い波長、回転対称のビームプロファイル、大きなエネルギ、急峻な立ち上りのパルス波形、及び、長いパルス持続時間を有する。これにより、第１レーザ光Ｌ１の照射で一時的に吸収率が上昇している一部領域に時間的及び空間的に一致するよう、第２レーザ光Ｌ２を照射し、第２ステージを持続させ、溶融凝固領域１１を拡大できる。
【０１１３】
ここでのレーザ加工装置３００は、加工対象物１に照射される第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２に関して、以下の特徴を有するように構成されている。
（波長）
第１レーザ光Ｌ１：１０２６〜１０６４ｎｍ
第２レーザ光Ｌ２：１１２０〜２０００ｎｍ
（ビーム品質（エムスクエア値））
第１レーザ光Ｌ１：１．０
第２レーザ光Ｌ２：３．０未満
（パルス持続時間）
第１レーザ光Ｌ１：１０〜３０ｎｓ
第２レーザ光Ｌ２：０．５〜１μｓ
（パルス立上がり時間）
第１レーザ光Ｌ１：３ｎｓ未満
第２レーザ光Ｌ２：５０ｎｓ未満
（パルス波形）
第１レーザ光Ｌ１：矩形波形又はガウス波形
第２レーザ光Ｌ２：後ろ上がり波形（自乗曲線）
（ピーク強度）
第１レーザ光Ｌ１：７０Ｗ
第２レーザ光Ｌ２：１５０〜２５０Ｗ
（繰返し周波数）
第１レーザ光Ｌ１：３００ｋＨｚ以下
第２レーザ光Ｌ２：３００ｋＨｚ以下
（照射タイミング）
第１レーザ光Ｌ１：任意
第２レーザ光Ｌ２：１５〜２０ｎｓ後
（第１レーザ光Ｌ１の照射開始を起点）
（第１レーザ光Ｌ１のパルス幅、第１レーザ光Ｌ１
の立上り、及び、第２レーザ光Ｌ２の立上りに基
づき適宜に最適化）
（集光系）
第１レーザ光Ｌ１：集光優先
第２レーザ光Ｌ２：経路優先
（収差補正）
第１レーザ光Ｌ１：あり
第２レーザ光Ｌ２：なし
（ビームプロファイルの対称性）
第１レーザ光Ｌ１：回転対称（真円）
第２レーザ光Ｌ２：回転対称（真円）
（ＮＡ）
第１レーザ光Ｌ１：０．７以上
第２レーザ光Ｌ２：０．２〜０．６
【０１１４】
以上、レーザ加工装置３００においても、上記レーザ加工装置２００による上述した作用効果を奏する。特にレーザ加工装置３００では、単純且つ安価な光学系を用いて、抜け光を抑制し、加工対象物１へのダメージを抑制することが可能となる。
【０１１５】
図１５は、第２実施形態の変形例に係るレーザ加工装置３２０の構成を示す概略図である。変形例に係るレーザ加工装置３２０が上記レーザ加工装置３００（図１４参照）と異なる点は、第１レーザ光Ｌ１と対向するように第２レーザ光Ｌ２を照射する点である。レーザ加工装置３２０は、上記レーザ加工装置３００に対して、ダイクロイックミラー２０９を備えず、集光光学系３２１を更に備える。レーザ加工装置３２０では、集光光学系２１０は、加工対象物１に対して第１レーザ光Ｌ１のみを集光する。
【０１１６】
集光光学系３２１は、第２ビームエキスパンダ２０６を通過してミラー２１４，２１５，３２２，３２３，３２４で反射した第２レーザ光Ｌ２を加工対象物１に集光する。集光光学系３２１は、加工対象物１を介して集光光学系２１０と対向するように配置されている。集光光学系３２１は、集光光学系２１０のレーザ光入射面である表面（又は裏面）とは反対側の裏面（又は表面）をレーザ光入射面として、第２レーザ光Ｌ２を入射させる。集光光学系３２１は、集光光学系２１０と同様に構成されている。集光光学系３２１として、集光光学系２１０よりも特に高性能な光学系を用いることは不要である。
【０１１７】
このようなレーザ加工装置３２０では、加工対象物１において、第１レーザ光Ｌ１の照射方向の反対側から第２レーザ光Ｌ２を照射し、第１レーザ光Ｌ１の照射方向の反対側へ改質スポットＳを成長させて形成することが可能である。
【０１１８】
以上、レーザ加工装置３２０においても、上記レーザ加工装置３００による上述した作用効果を奏する。また、レーザ加工装置３２０では、第１レーザ光Ｌ１の照射方向の反対側から第２レーザ光Ｌ２を照射することで、改質スポットＳの形成時に改質スポットＳ及び亀裂が拡大していく方向を、第１レーザ光Ｌ１の照射方向の反対側へ制御可能（選択的誘導可能）になる。第１レーザ光Ｌ１の照射方向の反対側から第２レーザ光Ｌ２を照射することで、抜け光による裏面ダメージを本質的に回避することが可能となる。
【０１１９】
［第３実施形態］
次に、第３実施形態に係るレーザ加工装置について説明する。以下、第１実施形態と異なる点を説明し、重複する説明は省略する。
【０１２０】
図１６に示される第３実施形態に係るレーザ加工装置４００は、厚さ方向に長尺な改質スポットＳを加工対象物１に形成可能とする。レーザ加工装置４００が上記レーザ加工装置２００（図９参照）と装置構成で異なる点は、シリンドリカルレンズユニット２１１を備えていない点である。シリンドリカルレンズユニット２１１を備えずに第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２の双方を回転対称のビームプロファイルとし、双方の伝搬経路及び集光点を一層一致させる。これにより、第１レーザ光Ｌ１により励起されて吸収率が一時的に上昇した一部領域に対して、第２レーザ光Ｌ２を一層効率的に作用させることが可能となる。
【０１２１】
ここでのレーザ加工装置４００は、加工対象物１に照射される第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２に関して、以下の特徴を有するように構成されている。
（波長）
第１レーザ光Ｌ１：１０２６〜１０６４ｎｍ
第２レーザ光Ｌ２：１１２０〜２０００ｎｍ
（ビーム品質（エムスクエア値））
第１レーザ光Ｌ１：１．０
第２レーザ光Ｌ２：２．０未満
（パルス持続時間）
第１レーザ光Ｌ１：２０〜８０ｎｓ
第２レーザ光Ｌ２：２〜２００μｓ
（パルス立上がり時間）
第１レーザ光Ｌ１：３ｎｓ未満
第２レーザ光Ｌ２：５０ｎｓ未満
（パルス波形）
第１レーザ光Ｌ１：矩形波形又はガウス波形
第２レーザ光Ｌ２：後ろ上がり波形（自乗曲線）又は矩形波形
（ピーク強度）
第１レーザ光Ｌ１：７０Ｗ
第２レーザ光Ｌ２：１５０〜２５０Ｗ
（繰返し周波数）
第１レーザ光Ｌ１：３００ｋＨｚ以下
第２レーザ光Ｌ２：３００ｋＨｚ以下
（照射タイミング）
第１レーザ光Ｌ１：任意
第２レーザ光Ｌ２：１５〜２０ｎｓ後
（第１レーザ光Ｌ１の照射開始を起点）
（集光系）
第１レーザ光Ｌ１：集光優先
第２レーザ光Ｌ２：経路優先
（収差補正）
第１レーザ光Ｌ１：あり
第２レーザ光Ｌ２：なし
（ビームプロファイルの対称性）
第１レーザ光Ｌ１：回転対称（真円）
第２レーザ光Ｌ２：回転対称（真円）あるいは任意形状断面
（ＮＡ）
第１レーザ光Ｌ１：０．７以上
第２レーザ光Ｌ２：０．４〜０．６
【０１２２】
以上、レーザ加工装置４００においても、上記レーザ加工装置２００による上述した作用効果を奏する。特にレーザ加工装置４００では、厚さ方向に長尺な改質スポットＳ及び改質領域７を形成することが可能となる。
【０１２３】
図１７は、第３実施形態の変形例に係るレーザ加工装置４２０の構成を示す概略図である。変形例に係るレーザ加工装置４２０が上記レーザ加工装置４００（図１６参照）と装置構成で異なる点は、第２レーザ光Ｌ２の光路上においてミラー２１５とダイクロイックミラー２０９との間に、シリンドリカルレンズユニット４２１及びビームシフター４２２を更に備える点である。
【０１２４】
シリンドリカルレンズユニット４２１は、上記シリンドリカルレンズユニット２１１（図９参照）と同様に構成されている。ビームシフター４２２は、上記ビームシフター２３１（図１２参照）と同様に構成されている。このようなレーザ加工装置４２０では、第２レーザ光Ｌ２を平行ビームとして加工対象物１に照射できる。
【０１２５】
以上、レーザ加工装置４２０においても、上記レーザ加工装置４００による上述した作用効果を奏する。また、レーザ加工装置４２０では、第２レーザ光Ｌ２を平行ビームとして加工対象物１に照射することで、第２レーザ光Ｌ２の入射面側に無制限に長い改質スポットＳを形成することが可能となる。
【０１２６】
［第４実施形態］
次に、第４実施形態に係るレーザ加工装置について説明する。以下、第１実施形態と異なる点を説明し、重複する説明は省略する。
【０１２７】
図１８に示される第４実施形態に係るレーザ加工装置５００は、加工対象物１のへき開方向によらずに、加工対象物１を切断可能とする。レーザ加工装置５００が上記レーザ加工装置２００（図９参照）と装置構成で異なる点は、ビームシフター５０１及びビームシェイパー５０２を更に備える点である。
【０１２８】
ビームシフター５０１は、第２レーザ光Ｌ２の位置をシフトさせる。具体的には、ビームシフター５０１は、集光光学系２１０で集光された第２レーザ光Ｌ２の照射方向が集光光学系２１０の光軸に対して傾斜する傾斜方向となるように、第２レーザ光Ｌ２の位置をシフトさせる。ここでの傾斜方向は、加工対象物１に近づくに連れて、スキャン進行方向の後側から前側に傾斜する方向である。なお、ビームシフター５０１としては、特に限定されず、第２レーザ光Ｌ２の位置をシフトできれば、種々の光学素子を用いることができる。
【０１２９】
ビームシェイパー５０２は、第２レーザ光Ｌ２のビームプロファイルを、スキャン進行方向に非対称な異形プロファイルへ成形する。具体例としては、ビームシェイパー５０２は、集光光学系２１０で集光された第２レーザ光Ｌ２が、スキャン進行方向の前側が欠けた半円（スキャン進行方向において後側半分の半円）状のビームプロファイルとなるように、第２レーザ光Ｌ２のビームプロファイルを成形する。
【０１３０】
以上、レーザ加工装置５００においても、上記レーザ加工装置２００による上述した作用効果を奏する。特にレーザ加工装置５００では、スキャン進行方向の前側の亀裂を抑制すると共に、スキャン進行方向の後側に亀裂を発生させることができる。加工対象物１のへき開方向によらずに、切断予定ライン５に沿って加工対象物１が切断可能となる。
【０１３１】
［第５実施形態］
次に、第５実施形態に係るレーザ加工装置について説明する。以下、第１実施形態と異なる点を説明し、重複する説明は省略する。
【０１３２】
図１９に示される第５実施形態に係るレーザ加工装置６００は、結晶方位によらずに、厚さ方向に長尺な改質スポットＳを加工対象物１に形成可能とする。レーザ加工装置６００が上記レーザ加工装置２００（図９参照）と装置構成で異なる点は、第２レーザ光Ｌ２の光路上においてシリンドリカルレンズユニット２１１とダイクロイックミラー２０９との間に、ビームシフター６０２を更に備える点である。本実施形態の加工対象物１のへき開方向は、切断予定ライン５の延在方向に沿わず、切断予定ライン５と交差する。
【０１３３】
ビームシフター６０２は、上記ビームシフター２３１（図１２参照）と同様に構成されている。このようなレーザ加工装置６００では、第２レーザ光Ｌ２を平行ビームとして加工対象物１に照射できる。本実施形態の制御部２１６は、第２レーザ光Ｌ２の照射タイミングを制御し、亀裂が生じないように溶融凝固領域１１の凝固速度を制御する。
【０１３４】
以上、レーザ加工装置６００においても、上記レーザ加工装置２００による上述した作用効果を奏する。特にレーザ加工装置６００では、第２レーザ光Ｌ２を平行ビームとして加工対象物１に照射し、へき開方向への亀裂の発生を抑制しながら、厚さ方向に長尺な改質スポットＳを形成することができる。
【０１３５】
［第６実施形態］
次に、第６実施形態に係るレーザ加工装置について説明する。以下、第１実施形態と異なる点を説明し、重複する説明は省略する。
【０１３６】
図２０に示される第６実施形態に係るレーザ加工装置７００は、廉価な装置構成を可能とする。レーザ加工装置７００が上記レーザ加工装置２００（図９参照）と装置構成で異なる点は、第２アッテネータ２０４及びシリンドリカルレンズユニット６０１を備えず、第１光源２０１に代えて第１光源７０１を備え、第２光源２０２に代えて第２光源７０２を備える点である。
【０１３７】
第１光源７０１は、第１光源２０１（図９参照）に対して出力が小さい光源である。第２光源７０２は、レーザダイオード、ＣＷ（Continuous  Wave：連続発振）ファイバーレーザ、又は、ＱＣＷ（Quasi   Continuous  Wave：準連続発振）ファイバーレーザを用いた光源である。一例として、第２光源７０２は、波長が１０６４ｎｍでパルス持続時間が１μｓの第２レーザ光Ｌ２を出射する。
【０１３８】
以上、レーザ加工装置７００においても、上記レーザ加工装置２００による上述した作用効果を奏する。特にレーザ加工装置７００では、極めて安価な加工装置を構築可能となる。
【０１３９】
［第７実施形態］
次に、第７実施形態に係るレーザ加工装置について説明する。以下、第１実施形態と異なる点を説明し、重複する説明は省略する。
【０１４０】
図２１に示される第７実施形態に係るレーザ加工装置８００は、加工対象物１を厚さ方向と直交（交差）する方向に沿って切断（スライシング）することを可能とする。レーザ加工装置８００では、加工対象物１に設定されたスライス予定面に直交する方向からレーザ光Ｌ（第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２）を入射し、当該スライス予定面に沿う平面状の改質領域７を加工対象物１の内部に形成する。本実施形態の改質領域７は、スライシングする切断起点領域である。
【０１４１】
スライス予定面は、加工対象物１をスライシングするための仮想面であり、平面状に拡がる。スライス予定面は、平面状に限らず曲面状であってもよいし、これらが組み合わされた３次元状であってもよいし、座標指定されたものであってもよい。スライス予定面は、改質領域形成予定面である。改質領域形成予定面は、改質領域７の形成が予定される予定面である。
【０１４２】
レーザ加工装置８００が上記レーザ加工装置２００（図９参照）と装置構成で異なる点は、第２レーザ光Ｌ２の光路上においてシリンドリカルレンズユニット２１１とダイクロイックミラー２０９との間に、ビームシフター８０１を更に備える点である。ビームシフター８０１は、上記ビームシフター２３１（図１２参照）と同様に構成されている。このようなレーザ加工装置６００では、第２レーザ光Ｌ２を平行ビームとして加工対象物１に照射できる。本実施形態の制御部２１６は、第２レーザ光Ｌ２の照射タイミングを制御し、厚さ方向へは亀裂が生じないように溶融凝固領域１１の凝固速度を制御する。
【０１４３】
レーザ加工装置８００において、第１レーザ光Ｌ１は、バンドギャップ付近又はバンドギャップより長い波長、及び、急峻な立上がりのパルス波形を有する。第１レーザ光Ｌ１のパルス波形は、矩形波形又はガウス波形である。第１レーザ光Ｌ１は、加工対象物１におけるスライス予定面の深さ位置あるいはそれよりも深い深さ位置に、短時間のみ照射される。このような第１レーザ光Ｌ１の照射により、第１ステージの吸収現象をスライス予定面に最小限の高さ（厚さ方向の幅）で誘起する。
【０１４４】
一方、第２レーザ光Ｌ２は、基底状態の加工対象物１に対して吸収が無い波長を有する。第２レーザ光Ｌ２は、パルス波形を有する。第２レーザ光Ｌ２のパルス波形は、矩形波形又はガウス波形である。第２レーザ光Ｌ２は、加工対象物１に短時間で断続的に照射される。これにより、第２ステージを断続的に生じさせ、改質スポットＳがスライス予定面からの厚さ方向に逸脱することを抑制する。これと共に、スライス予定面で分断を容易にするため、複数点同時照射等でスライス予定面に沿った改質領域７を形成する。厚さ方向への亀裂の進展を抑制する。
【０１４５】
ここでのレーザ加工装置８００は、加工対象物１に照射される第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２に関して、以下の特徴を有するように構成されている。
（波長）
第１レーザ光Ｌ１：１０２６〜１０６４ｎｍ
第２レーザ光Ｌ２：１１８０〜１７００ｎｍ
（ビーム品質（エムスクエア値））
第１レーザ光Ｌ１：１．０
第２レーザ光Ｌ２：３．０未満
（パルス持続時間）
第１レーザ光Ｌ１：１０〜５０ｎｓ
第２レーザ光Ｌ２：０．３〜０．７μｓ
（パルス立上がり時間）
第１レーザ光Ｌ１：３ｎｓ未満
第２レーザ光Ｌ２：５０ｎｓ未満
（パルス波形）
第１レーザ光Ｌ１：矩形波形又はガウス波形
第２レーザ光Ｌ２：矩形波形又はガウス波形
（ピーク強度）
第１レーザ光Ｌ１：７０Ｗ
第２レーザ光Ｌ２：１５０〜２５０Ｗ
（繰返し周波数）
第１レーザ光Ｌ１：３００ｋＨｚ以下
第２レーザ光Ｌ２：３００ｋＨｚ以下
（照射タイミング）
第１レーザ光Ｌ１：任意
第２レーザ光Ｌ２：２０〜３０ｎｓ後
（複数パルス列）
（集光系）
第１レーザ光Ｌ１：集光優先
第２レーザ光Ｌ２：経路優先
（収差補正）
第１レーザ光Ｌ１：あり
第２レーザ光Ｌ２：なし
（ビームプロファイルの対称性）
第１レーザ光Ｌ１：回転対称（真円）
第２レーザ光Ｌ２：四角形状
（ＮＡ）
第１レーザ光Ｌ１：０．７以上
第２レーザ光Ｌ２：０．６以上
【０１４６】
以上、レーザ加工装置８００においても、上記レーザ加工装置２００による上述した作用効果を奏する。特にレーザ加工装置８００では、改質領域７は、加工対象物１をスライシングする場合の切断起点領域である。これにより、改質領域７を切断の起点として加工対象物１をスライシングすることができる。
【０１４７】
図２２は、第７実施形態の変形例に係るレーザ加工装置８２０の構成を示す概略図である。変形例に係るレーザ加工装置８２０が上記レーザ加工装置８００（図２１参照）と異なる点は、加工対象物１の側面から第２レーザ光Ｌ２を照射する点である。レーザ加工装置８２０は、上記レーザ加工装置８００に対して、ダイクロイックミラー２０９を備えず、集光光学系８２１を更に備える。レーザ加工装置８２０では、集光光学系２１０は、加工対象物１に対して第１レーザ光Ｌ１のみを集光する。
【０１４８】
集光光学系８２１は、シリンドリカルレンズユニット２１１を通過してミラー８２２，８２３を反射した第２レーザ光Ｌ２を加工対象物１に集光する。集光光学系８２１は、加工対象物１の側面と対向するように配置されている。集光光学系８２１は、加工対象物１の側面をレーザ光入射面として第２レーザ光Ｌ２を入射させる。集光光学系８２１は、集光光学系２１０と同様に構成されている。集光光学系８２１として、集光光学系２１０よりも特に高性能な光学系を用いることは不要である。
【０１４９】
レーザ加工装置８２０において、第１レーザ光Ｌ１は、バンドギャップ付近又はバンドギャップより長い波長、及び、急峻な立上がりのパルス波形を有する。第１レーザ光Ｌ１は、加工対象物１におけるスライス予定面に照射される。第１レーザ光Ｌ１は、ダメージ抑制条件を満たす。このような第１レーザ光Ｌ１の照射により、第１ステージの一時的な吸収領域の誘起を最小限に実施する。一方、第２レーザ光Ｌ２は、基底状態の加工対象物１に対して吸収が無い波長、大きなエネルギ、及び長いパルス持続時間を有する。第２レーザ光Ｌ２は、分断力優先条件を満たす。第２レーザ光Ｌ２は、ビームプロファイルがスライス予定面に沿っている。第２レーザ光Ｌ２は、スライス予定面に沿った方向から、スライス予定面に沿ったビームプロファイルで、スライス予定面に照射される。これにより、第２ステージを長時間持続させ、スライス予定面内において、溶融凝固領域１１を拡大させ、大きな分断力を発生可能となる。
【０１５０】
ここでのレーザ加工装置８２０は、加工対象物１に照射される第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２に関して、以下の特徴を有するように構成されている。
（波長）
第１レーザ光Ｌ１：１０２６〜１０６４ｎｍ
第２レーザ光Ｌ２：１１８０〜７５００ｎｍ
（ビーム品質（エムスクエア値））
第１レーザ光Ｌ１：１．０
第２レーザ光Ｌ２：２．０未満
（パルス持続時間）
第１レーザ光Ｌ１：１０〜３０ｎｓ
第２レーザ光Ｌ２：０．７〜５μｓ
（パルス立上がり時間）
第１レーザ光Ｌ１：３ｎｓ未満
第２レーザ光Ｌ２：５０ｎｓ未満
（パルス波形）
第１レーザ光Ｌ１：矩形波形又はガウス波形
第２レーザ光Ｌ２：後ろ上がり波形（自乗曲線）
（ピーク強度）
第１レーザ光Ｌ１：７０Ｗ
第２レーザ光Ｌ２：１５０〜２５０Ｗ
（繰返し周波数）
第１レーザ光Ｌ１：１５０ｋＨｚ以下
第２レーザ光Ｌ２：１５０ｋＨｚ以下
（照射タイミング）
第１レーザ光Ｌ１：任意
第２レーザ光Ｌ２：２０〜３０ｎｓ後
（集光系）
第１レーザ光Ｌ１：集光優先
第２レーザ光Ｌ２：経路優先
（収差補正）
第１レーザ光Ｌ１：あり
第２レーザ光Ｌ２：深さに応じて対応
（ビームプロファイルの対称性）
第１レーザ光Ｌ１：回転対称（真円）
第２レーザ光Ｌ２：スライス予定面に沿って長尺
（ＮＡ）
第１レーザ光Ｌ１：０．７以上
第２レーザ光Ｌ２：０．０５〜０．４
【０１５１】
以上、レーザ加工装置８２０においても、上記レーザ加工装置８００による上述した作用効果を奏する。また、レーザ加工装置８２０では、スライス予定面に沿う方向から第２レーザ光Ｌ２を照射することで、改質スポットＳ及び亀裂が拡大していく方向を、スライス予定面に沿う方向へ制御可能（選択的誘導可能）になる。
【０１５２】
［第８実施形態］
次に、第８実施形態に係るレーザ加工装置について説明する。以下、第１実施形態と異なる点を説明し、重複する説明は省略する。
【０１５３】
図２３に示される第８実施形態に係るレーザ加工装置９００は、例えばインターポーザ又はマイクロ流路の製造に用いられる加工装置であって、加工対象物１において２次元状又は３次元状に延びる改質領域７を形成可能とする。本実施形態の改質領域７は、エッチング等が選択的に進展されて除去される除去予定領域である。レーザ加工装置９００は、加工対象物１に対して第２レーザ光Ｌ２を多方向照射することにより、改質領域７を超高速に誘導する。
【０１５４】
レーザ加工装置９００が上記レーザ加工装置２００（図９参照）と装置構成で異なる点は、ハーフミラー９０１，９０２、集光光学系９０３，９０４、及び、シャッタ９０７〜９０９を更に備える点である。ハーフミラー９０１は、第２レーザ光Ｌ２の光路上においてシリンドリカルレンズユニット２１１とダイクロイックミラー２０９との間に配置されている。ハーフミラー９０１は、シリンドリカルレンズユニット２１１を通過した第２レーザ光Ｌ２の一部を反射すると共に、当該第２レーザ光２の他部を透過させる。
【０１５５】
ハーフミラー９０２は、第２レーザ光Ｌ２の光路上においてハーフミラー９０１の下流側に配置されている。ハーフミラー９０２は、ハーフミラー９０１で反射した第２レーザ光Ｌ２の一部を反射すると共に、当該第２レーザ光２の他部を透過させる。
【０１５６】
集光光学系９０３は、ハーフミラー９０２で反射した第２レーザ光Ｌ２を加工対象物１に集光する。集光光学系９０３は、加工対象物１の側面と対向するように配置されている。集光光学系９０３は、加工対象物１の側面をレーザ光入射面として第２レーザ光Ｌ２を入射させる。集光光学系９０３は、集光光学系２１０と同様に構成されている。集光光学系９０４は、ハーフミラー９０２を透過してミラー９０５，９０６で反射した第２レーザ光Ｌ２を加工対象物１に集光する。集光光学系９０４は、加工対象物１を介して集光光学系２１０と対向するように配置されている。集光光学系９０４は、集光光学系２１０のレーザ光入射面である表面（又は裏面）とは反対側の裏面（又は表面）をレーザ光入射面として、第２レーザ光Ｌ２を入射させる。集光光学系９０４は、集光光学系２１０と同様に構成されている。集光光学系９０３，９０４として、集光光学系２１０よりも特に高性能な光学系を用いることは不要である。
【０１５７】
シャッタ９０７〜９０９は、第２レーザ光Ｌ２の遮断及び開放を制御する。シャッタ９０７は、例えば第２レーザ光Ｌ２の光路上においてハーフミラー９０１とダイクロイックミラー２０９との間に配置されている。シャッタ９０８は、例えば第２レーザ光Ｌ２の光路上においてハーフミラー９０２と集光光学系９０３との間に配置されている。シャッタ９０９は、例えば第２レーザ光Ｌ２の光路上においてハーフミラー９０２とミラー９０５との間に配置されている。
【０１５８】
本実施形態の制御部２１６は、シャッタ９０７〜９０９の開閉を適宜切り替えることで、加工対象物１に対する第２レーザ光Ｌ２の多方向照射を実現する。例えば制御部２１６は、シャッタ９０７〜９０９の何れかのみを適時に開くことで、加工対象物１に対して第２レーザ光Ｌ２を、加工対象物１の表面側、裏面側及び側面側のうちの何れかから照射可能とする。あるいは、第２レーザ光Ｌ２の照射方向の切替えを、複数の光源を組み合わせて適切なタイミングで発光させることにより実現してもよい。
【０１５９】
レーザ加工装置９００において、第１レーザ光Ｌ１は、バンドギャップ付近又はバンドギャップより長い波長、及び、急峻な立上がりのパルス波形を有する。第１レーザ光Ｌ１は、加工対象物１の除去予定位置に照射される。このような第１レーザ光Ｌ１の照射により、第１ステージの一時的な吸収領域の誘起を最小限に実施する。一方、第２レーザ光Ｌ２は、基底状態の加工対象物１に対して吸収が無い波長、大きなエネルギ、及び長いパルス持続時間を有する。第２レーザ光Ｌ２は、加工対象物１の除去予定経路に沿って照射される。このような第２レーザ光Ｌ２の照射により、第２ステージを長時間持続し、エッチングに有効な改質領域７を任意の長さで形成する。
【０１６０】
除去予定経路は、加工対象物１に除去予定領域を形成するための仮想経路である。除去予定経路は、直線状に限らず曲線状であってもよいし、これらが組み合わされた３次元状であってもよいし、座標指定されたものであってもよい。除去予定経路は、改質領域形成予定経路である。改質領域形成予定経路は、改質領域７の形成が予定される経路である。
【０１６１】
ここでのレーザ加工装置９００は、加工対象物１に照射される第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２に関して、以下の特徴を有するように構成されている。なお、ビア径とは、除去予定領域としての改質領域７における延在方向と直交する断面での径に対応する。
（波長）
第１レーザ光Ｌ１：１０２６〜１０６４ｎｍ
第２レーザ光Ｌ２：１１８０〜７５００ｎｍ
（ビーム品質（エムスクエア値））
第１レーザ光Ｌ１：１．０
第２レーザ光Ｌ２：３．０未満
（パルス持続時間）
第１レーザ光Ｌ１：１０〜３０ｎｓ
第２レーザ光Ｌ２：０．１〜５μｓ
（パルス立上がり時間）
第１レーザ光Ｌ１：３ｎｓ未満
第２レーザ光Ｌ２：５０ｎｓ未満
（パルス波形）
第１レーザ光Ｌ１：矩形波形又はガウス波形
第２レーザ光Ｌ２：後ろ上がり波形（自乗曲線）
（ピーク強度）
第１レーザ光Ｌ１：７０Ｗ
第２レーザ光Ｌ２：８０〜１８０Ｗ
（繰返し周波数）
第１レーザ光Ｌ１：８０ｋＨｚ以下
第２レーザ光Ｌ２：８０ｋＨｚ以下
（照射タイミング）
第１レーザ光Ｌ１：任意
第２レーザ光Ｌ２：２０〜３０ｎｓ後
（集光系）
第１レーザ光Ｌ１：集光優先
第２レーザ光Ｌ２：経路優先
（収差補正）
第１レーザ光Ｌ１：あり
第２レーザ光Ｌ２：深さ及びビア径に応じて対応
（ビームプロファイルの対称性）
第１レーザ光Ｌ１：回転対称（真円）
第２レーザ光Ｌ２：改質領域７に依存
（ＮＡ）
第１レーザ光Ｌ１：０．７以上
第２レーザ光Ｌ２：０．０５〜０．４
【０１６２】
以上、レーザ加工装置９００においても、上記レーザ加工装置２００による上述した作用効果を奏する。特にレーザ加工装置９００では、改質領域７は、加工対象物１において２次元状又は３次元状に延びる除去予定領域である。この場合、改質領域７をエッチング等で選択的に除去し、加工対象物に２次元状又は３次元状に延びる空間を形成できる。
【０１６３】
レーザ加工装置９００では、加工対象物１に対して第２レーザ光Ｌ２を所望な照射方向から照射し、改質領域７の進展を超高速で３次元的に誘導することができる。所望な３次元状の改質領域７を加工対象物１に形成することが可能となる。
【０１６４】
なお、レーザ加工装置９００では、装置構成上の制約から、第２レーザ光Ｌ２の照射方向を除去予定経路の延びる方向に一致させることが困難な場合がある。この場合、第２レーザ光Ｌ２のパルス持続時間を短くし、当該第２レーザ光Ｌ２を断続的に照射してスキャンすることで、第２レーザ光Ｌ２の照射方向以外の方向に改質領域７を進展することも可能である。レーザ加工装置９００の光学系は、図２３に示される構成に特に限定されず、加工対象物１に対して多方向照射が可能であれば、他の構成であってもよい。例えば、高速分岐ユニット（ＥＯＭ又はＡＯＭ等）を用いることで、瞬間的に光路を切り替えることが可能であり、この場合、第２レーザ光Ｌ２の出力の利用効率を大幅に改善できる。
【０１６５】
図２４は、第８実施形態の変形例に係るレーザ加工装置９２０の構成を示す概略図である。変形例に係るレーザ加工装置９２０が上記レーザ加工装置９００（図２３参照）と装置構成で異なる点は、ダイクロイックミラー２０９、ハーフミラー９０１，９０２、集光光学系９０４、ミラー９０５，９０６及びシャッタ９０７〜９０９を備えていない点である。レーザ加工装置９２０では、集光光学系２１０は、加工対象物１に対して第１レーザ光Ｌ１のみを集光する。レーザ加工装置９２０では、集光光学系９０３は、シリンドリカルレンズユニット２１１を通過してミラー９２１，９２２を反射した第２レーザ光Ｌ２を加工対象物１に集光する。
【０１６６】
レーザ加工装置９２０において、第１レーザ光Ｌ１は、加工対象物１に吸収の大きい波長、及び、急峻な立上がりのパルス波形を有する。このような第１レーザ光Ｌ１を照射することにより、第１ステージのみを最小限の溶融凝固領域１１で実施する。一方、第２レーザ光Ｌ２は、加工対象物１に対して完全に透明な波長、大きなエネルギ、及び、長いパルス持続時間を有する。このような第２レーザ光Ｌ２を照射することにより、第２ステージを長時間持続させ、エッチングに有効な改質領域７を形成すると共に、改質領域７を任意のサイズに拡大させる。
【０１６７】
以上、レーザ加工装置９２０においても、上記レーザ加工装置９００による上述した作用効果を奏する。なお、レーザ加工装置９２０による加工では、加工対象物１の内部に切断起点領域として改質領域７を形成する場合と異なり、レーザ光Ｌを狭ピッチで３次元状にスキャンする。よって、スキャン速度を遅くし、加工ピッチを細かく刻むことで改質領域７を繋げることもできる。レーザ加工装置９２０による加工では、第２ステージで改質領域７をエッチングに有効な状態に促進できる。
【０１６８】
［第９実施形態］
次に、第９実施形態に係るレーザ加工装置について説明する。
【０１６９】
図２５に示される第９実施形態に係るレーザ加工装置１０００は、第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２の加工対象物１への照射を、１つの光源１００１で実現する。レーザ加工装置１０００は、光源１００１、外部変調器１００２、分岐用光学素子１００３、結合用光学素子１００４、ミラー１００５，１００６、集光光学系１００７及び制御部１００８を備える。
【０１７０】
光源１００１は、パルスレーザ光のレーザ光Ｌを出射（パルス発振）する。外部変調器１００２は、光源１００１が出射したレーザ光Ｌについて、下流側の変調器に適した分岐用光学素子１００３で第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２として分岐されるように変調する。外部変調器１００２としては、特に限定されず、種々の変調器を用いることができる。
【０１７１】
分岐用光学素子１００３は、外部変調器１００２で変調されたレーザ光Ｌが入射され、その短波長側あるいは水平又は垂直偏光を第１レーザ光Ｌ１として透過すると共に、その長波長側あるいは垂直又は水平偏光を第２レーザ光Ｌ２として反射する。分岐用光学素子１００３は、例えばダイクロイックミラー又は偏光子である。結合用光学素子１００４は、分岐用光学素子１００３を透過した第１レーザ光Ｌ１を透過すると共に、分岐用光学素子１００３を反射してミラー１００５，１００６で反射した第２レーザ光Ｌ２を反射する。結合用光学素子１００４の構成は、分岐用光学素子１００３の構成と同様である。
【０１７２】
集光光学系１００７は、結合用光学素子１００４を透過した第１レーザ光Ｌ１及び結合用光学素子１００４で反射した第２レーザ光Ｌ２を加工対象物１に集光する。集光光学系１００７は、上記集光光学系２１０（図９参照）と同様に構成されている。制御部１００８は、光源１００１及び外部変調器１００２の動作を制御する。制御部１００８は、上記制御部２１６（図９参照）と同様の機能を有する。光源１００１、外部変調器１００２及び制御部１００８は、第１照射部及び第２照射部を構成する。
【０１７３】
このように構成されたレーザ加工装置１０００では、光源１００１からレーザ光Ｌが出射され、出射されたレーザ光Ｌは外部変調器１００２で変調される。外部変調器１００２で変調されたレーザ光Ｌの一部は、分岐用光学素子１００３を第１レーザ光Ｌ１として透過する。外部変調器１００２で変調されたレーザ光Ｌの他部は、分岐用光学素子１００３で第２レーザ光Ｌ２として反射する。
【０１７４】
分岐用光学素子１００３を透過した第１レーザ光Ｌ１は、結合用光学素子１００４を透過し、集光光学系１００７を介して加工対象物１に照射される。これにより、加工対象物１の一部領域の吸収率が一時的に上昇する。当該吸収率上昇期間Ｈにおいて、分岐用光学素子１００３を反射した第２レーザ光Ｌ２は、ミラー１００５，１００６及び結合用光学素子１００４を順次反射し、集光光学系１００７を介して加工対象物１の一部領域に照射される。
【０１７５】
以上、レーザ加工装置１０００においても、上記レーザ加工装置２００による上述した作用効果を奏する。なお、レーザ加工装置１０００では、同じ１つの光源１００１を利用して構成することができる。
【０１７６】
［変形例］
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されない。
【０１７７】
上記実施形態では、第２光源２０２は特に限定されず、安価で高出力なガスレーザやマルチモードレーザ光源であってもよい。第２光源２０２としては、例えば歯科用又は美容整形用に普及しているような波長が１．８〜２．３μｍ領域のレーザ光源も利用可能である。また、第１光源２０１及び第２光源２０２の少なくとも何れかは、必ずしもレーザ光源でなくてもよく、インコヒーレントな光を出力するランプ等であってもよいし、プラズマ光源であってもよいし、マイクロ波を発生させるマイクロ波発振器であってもよい。
【０１７８】
上記実施形態では、第２光源２０２の数は特に限定されず、２つ以上の第２光源２０２を備えていてもよい。この場合、一部領域の吸収率が一時的に上昇している吸収率上昇期間Ｈに、複数の第２光源２０２それぞれから複数の第２レーザ光Ｌ２が順次に、複数の第２光源２０２の少なくとも一部が同時に照射される。
【０１７９】
上記実施形態では、第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２を、加工対象物１の表面、裏面又は側面に対して垂直な垂直方向から入射させたが、これに限定されない。第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２の少なくとも何れかを、当該垂直方向に対して傾斜する傾斜方向から入射させてもよい。
【０１８０】
本発明に係る加工装置は、上述した加工以外の他の加工へ適用されてもよく、要は、加工対象物１に改質領域７を形成するものであればよい。改質領域７は、例えば加工対象物１の内部に形成された結晶領域、再結晶領域、又は、ゲッタリング領域であってもよい。結晶領域は、加工対象物１の加工前の構造を維持している領域である。再結晶領域は、一旦は蒸発、プラズマ化あるいは溶融した後、再凝固する際に単結晶あるいは多結晶として凝固した領域である。ゲッタリング領域は、重金属等の不純物を集めて捕獲するゲッタリング効果を発揮する領域であり、連続的に形成されていてもよいし、断続的に形成されていてもよい。また、例えば加工装置は、アブレーション等の加工へ適用されてもよい。
【０１８１】
本発明は、レーザ加工装置、改質領域形成装置又はチップの製造装置として捉えるとこともできる。また、本発明は、加工方法、レーザ加工方法、改質領域形成方法又はチップの製造方法として捉えることもできる。上記実施形態及び上記変形例それぞれにおいては、他の上記実施形態及び上記変形例それぞれの構成のうちの少なくとも一部を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【０１８２】
１…加工対象物、７…改質領域、１００，２００，２２０，２３０，２４０，３００，３２０，４００，４２０，５００，６００，７００，８００，８２０，９００，１０００…レーザ加工装置（加工装置）、２０１…第１光源（第１照射部）、２０２…第２光源（第２照射部）、２１６…制御部（第１照射部，第２照射部）、１００１…光源（第１照射部，第２照射部）、１００２…外部変調器（第１照射部，第２照射部）、１００８…制御部（第１照射部，第２照射部）、Ｌ１…第１レーザ光（第１の光）、Ｌ２…第２レーザ光（第２の光）、Ｓ…改質スポット。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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