(57)【要約】【課題】レーザ光の入射側とは反対側の加工対象物の表面にダメージが発生するのを抑制することができるレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供する。【解決手段】レーザ加工装置３００は、レーザ光Ｌを出射するレーザ光源２０２と、レーザ光Ｌを加工対象物１に集光する集光光学系２０４と、レーザ光Ｌが少なくとも第１加工光及び第２加工光に分岐されて、第１加工光が第１集光点に集光されると共に第２加工光が第２集光点に集光されるように、レーザ光Ｌを変調する反射型空間光変調器２０３と、を備える。加工対象物１の表面３における第１加工光の半径をＷ１とし、当該表面３における第２加工光の半径をＷ２とし、当該表面３に垂直な方向から見た場合における第１集光点と第２集光点との距離をＤとすると、反射型空間光変調器２０３は、Ｄ＞Ｗ１＋Ｗ２を満たすようにレーザ光Ｌを変調する。【選択図】図７
2015226012.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工対象物にレーザ光を集光することにより、切断予定ラインに沿って前記加工対象物に改質領域を形成するレーザ加工装置であって、
前記レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源により出射された前記レーザ光を前記加工対象物に集光する集光光学系と、
前記レーザ光が少なくとも第１加工光及び第２加工光に分岐されて、前記集光光学系により前記第１加工光が第１集光点に集光されると共に前記第２加工光が第２集光点に集光されるように、前記レーザ光源により出射された前記レーザ光を変調する空間光変調器と、を備え、
前記第１集光点及び前記第２集光点は、前記加工対象物において、前記第１集光点が前記第２集光点に対して前記レーザ光の入射側とは反対側の前記加工対象物の第１表面側に位置し、且つ前記第１集光点が前記第２集光点に対して前記切断予定ラインに沿った前記レーザ光の相対的移動方向における前側に位置する位置関係を有し、
前記第１表面における前記第１加工光の半径をＷ１とし、前記第１表面における前記第２加工光の半径をＷ２とし、前記第１表面に垂直な方向から見た場合における前記第１集光点と前記第２集光点との距離をＤとすると、
前記空間光変調器は、
Ｄ＞Ｗ１＋Ｗ２
を満たすように前記レーザ光を変調する、レーザ加工装置。
【請求項２】
レンズとして機能する第１光学素子及び第２光学素子を有する調整光学系を更に備え、
前記第１光学素子及び前記第２光学素子は、前記空間光変調器と前記第１光学素子との間の光路の距離が前記第１光学素子の第１焦点距離となり、前記集光光学系と前記第２光学素子との間の光路の距離が前記第２光学素子の第２焦点距離となり、前記第１光学素子と前記第２光学素子との間の光路の距離が前記第１焦点距離と前記第２焦点距離との和となり、前記第１光学素子及び前記第２光学素子が両側テレセントリック光学系となるように、配置されており、
前記空間光変調器は、変調パターンを表示する複数の画素を有し、
隣り合う前記画素の間の距離をｄとし、前記調整光学系の倍率をｍとし、前記集光光学系の焦点距離をｆとし、前記レーザ光の波長をλとすると、
前記空間光変調器は、
Ｄ＜２×ｆ×tan［asin｛λ／（ｄ×４×ｍ）｝］
を満たすように前記レーザ光を変調する、請求項１記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記第１表面には、２次元状に配置された複数の機能素子、及び隣り合う前記機能素子の間の領域に配置された金属パターンが設けられており、
前記切断予定ラインは、前記第１表面に垂直な方向から見た場合に隣り合う前記機能素子の間の領域を通るように設定される、請求項１又は２記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
加工対象物にレーザ光を集光することにより、切断予定ラインに沿って前記加工対象物に改質領域を形成するレーザ加工方法であって、
前記レーザ光が少なくとも第１加工光及び第２加工光に分岐されて、前記第１加工光が第１集光点に集光されると共に前記第２加工光が第２集光点に集光されるように、前記レーザ光を変調し、前記加工対象物において前記第１集光点及び前記第２集光点のそれぞれに対応する複数の領域のそれぞれに前記改質領域を形成する工程を備え、
前記第１集光点及び前記第２集光点は、前記加工対象物において、前記第１集光点が前記第２集光点に対して前記レーザ光の入射側とは反対側の前記加工対象物の第１表面側に位置し、且つ前記第１集光点が前記第２集光点に対して前記切断予定ラインに沿った前記レーザ光の相対的移動方向における前側に位置する位置関係を有し、
前記第１表面における前記第１加工光の半径をＷ１とし、前記第１表面における前記第２加工光の半径をＷ２とし、前記第１表面に垂直な方向から見た場合における前記第１集光点と前記第２集光点との距離をＤとすると、
前記レーザ光は、
Ｄ＞Ｗ１＋Ｗ２
を満たすように変調される、レーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工対象物にレーザ光を集光することにより、切断予定ラインに沿って加工対象物に改質領域を形成する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】
従来、レーザ光が複数の加工光に分岐されて各加工光が複数の集光点のそれぞれに集光されるようにレーザ光を変調し、加工対象物において各集光点に対応する複数の領域のそれぞれに改質領域を形成するレーザ加工方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】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】
ところで、表面に複数の機能素子が設けられた加工対象物については、隣り合う機能素子の間の領域を通るように切断予定ラインを設定し、裏面から加工対象物にレーザ光を入射させて、切断予定ラインに沿って加工対象物に改質領域を形成する場合がある。しかしながら、そのような場合に、上述したようなレーザ加工方法を実施すると、例えば、レーザ光の入射側とは反対側の加工対象物の表面において切断予定ラインに沿った領域（すなわち、隣り合う機能素子の間の領域）にダメージが発生するおそれがあることが分かった。
【０００５】
そこで、本発明は、レーザ光を複数の加工光に分岐して各加工光により改質領域を形成する場合にレーザ光の入射側とは反対側の加工対象物の表面にダメージが発生するのを抑制することができ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、加工対象物にレーザ光を集光することにより、切断予定ラインに沿って加工対象物に改質領域を形成するレーザ加工装置であって、レーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光源により出射されたレーザ光を加工対象物に集光する集光光学系と、レーザ光が少なくとも第１加工光及び第２加工光に分岐されて、集光光学系により第１加工光が第１集光点に集光されると共に第２加工光が第２集光点に集光されるように、レーザ光源により出射されたレーザ光を変調する空間光変調器と、を備え、第１集光点及び第２集光点は、加工対象物において、第１集光点が第２集光点に対してレーザ光の入射側とは反対側の加工対象物の第１表面側に位置し、且つ第１集光点が第２集光点に対して切断予定ラインに沿ったレーザ光の相対的移動方向における前側に位置する位置関係を有し、第１表面における第１加工光の半径をＷ１とし、第１表面における第２加工光の半径をＷ２とし、第１表面に垂直な方向から見た場合における第１集光点と第２集光点との距離をＤとすると、空間光変調器は、Ｄ＞Ｗ１＋Ｗ２を満たすようにレーザ光を変調する。
【０００７】
このレーザ加工装置では、Ｄ＞Ｗ１＋Ｗ２を満たすようにレーザ光を変調することで、加工対象物の第１表面に到達した第１加工光の漏れ光及び第２加工光の漏れ光が第１表面において干渉して強め合うことが防止される。よって、このレーザ加工装置によれば、レーザ光を複数の加工光に分岐して各加工光により改質領域を形成する場合にレーザ光の入射側とは反対側の加工対象物の表面（すなわち、第１表面）にダメージが発生するのを抑制することができる。なお、加工光とは、集光点に対応する領域に改質領域を形成し得るエネルギーを有する光であり、漏れ光とは、集光点に対応する領域において加工対象物に吸収されなかった光である（以下、同様）。
【０００８】
本発明のレーザ加工装置は、レンズとして機能する第１光学素子及び第２光学素子を有する調整光学系を更に備え、第１光学素子及び第２光学素子は、空間光変調器と第１光学素子との間の光路の距離が第１光学素子の第１焦点距離となり、集光光学系と第２光学素子との間の光路の距離が第２光学素子の第２焦点距離となり、第１光学素子と第２光学素子との間の光路の距離が第１焦点距離と第２焦点距離との和となり、第１光学素子及び第２光学素子が両側テレセントリック光学系となるように、配置されており、空間光変調器は、変調パターンを表示する複数の画素を有し、隣り合う画素の間の距離をｄとし、調整光学系の倍率をｍとし、集光光学系の焦点距離をｆとし、レーザ光の波長をλとすると、空間光変調器は、Ｄ＜２×ｆ×tan［asin｛λ／（ｄ×４×ｍ）｝］を満たすようにレーザ光を変調してもよい。第１表面に垂直な方向から見た場合における第１集光点と第２集光点との距離Ｄを大きくするためには、空間光変調器の変調パターンにおいてグレーティングピクセル数を小さくする必要があるが、グレーティングピクセル数を小さくし過ぎると、レーザ光において波面制御しきれない成分が増加して漏れ光が増加するおそれがある。Ｄ＜２×ｆ×tan［asin｛λ／（ｄ×４×ｍ）｝］を満たすようにレーザ光を変調することで、レーザ光において波面制御しきれない成分が増加して漏れ光が増加するのを抑制し、レーザ光の入射側とは反対側の加工対象物の表面にダメージが発生するのを抑制することができる。
【０００９】
本発明のレーザ加工装置では、第１表面には、２次元状に配置された複数の機能素子、及び隣り合う機能素子の間の領域に配置された金属パターンが設けられており、切断予定ラインは、第１表面に垂直な方向から見た場合に隣り合う機能素子の間の領域を通るように設定されてもよい。レーザ光の入射側とは反対側の加工対象物の表面において隣り合う機能素子の間の領域に金属パターンが配置されていると、金属パターンで漏れ光の吸収が起こって当該表面にダメージが発生し易くなるものの、そのような場合であっても、レーザ光の入射側とは反対側の加工対象物の表面にダメージが発生するのを抑制することができる。
【００１０】
本発明のレーザ加工方法は、加工対象物にレーザ光を集光することにより、切断予定ラインに沿って加工対象物に改質領域を形成するレーザ加工方法であって、レーザ光が少なくとも第１加工光及び第２加工光に分岐されて、第１加工光が第１集光点に集光されると共に第２加工光が第２集光点に集光されるように、レーザ光を変調し、加工対象物において第１集光点及び第２集光点のそれぞれに対応する複数の領域のそれぞれに改質領域を形成する工程を備え、第１集光点及び第２集光点は、加工対象物において、第１集光点が第２集光点に対してレーザ光の入射側とは反対側の加工対象物の第１表面側に位置し、且つ第１集光点が第２集光点に対して切断予定ラインに沿ったレーザ光の相対的移動方向における前側に位置する位置関係を有し、第１表面における第１加工光の半径をＷ１とし、第１表面における第２加工光の半径をＷ２とし、第１表面に垂直な方向から見た場合における第１集光点と第２集光点との距離をＤとすると、レーザ光は、Ｄ＞Ｗ１＋Ｗ２を満たすように変調される。
【００１１】
このレーザ加工方法によれば、上述したレーザ加工装置と同様の理由により、レーザ光を複数の加工光に分岐して各加工光により改質領域を形成する場合にレーザ光の入射側とは反対側の加工対象物の表面（すなわち、第１表面）にダメージが発生するのを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、レーザ光を複数の加工光に分岐して各加工光により改質領域を形成する場合にレーザ光の入射側とは反対側の加工対象物の表面にダメージが発生するのを抑制することができ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可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【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】本発明の一実施形態のレーザ加工装置の概略構成図である。
【図８】図７のレーザ加工装置の反射型空間光変調器の部分断面図である。
【図９】本発明の一実施形態のレーザ加工方法の対象となる加工対象物の（ａ）平面図及び（ｂ）一部拡大断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態のレーザ加工方法を説明するための加工対象物の断面図である。
【図１１】本発明の一実施形態のレーザ加工方法を説明するための加工対象物の断面図である。
【図１２】図８の反射型空間光変調器におけるグレーティングピクセル数を説明するための図である。
【図１３】本発明に関する実験結果を説明するための図である。
【図１４】図７のレーザ加工装置に用いられる光遮断部を説明するための図である。
【図１５】図７のレーザ加工装置に用いられる光遮断部を説明するための図である。
【図１６】図７のレーザ加工装置に用いられる光遮断部を説明するための図である。
【図１７】本発明に関する実験を説明するための図である。
【図１８】本発明の比較例を説明するための図である。
【図１９】図１８の比較例の場合の結果を説明するための図である。
【図２０】本発明の実施例を説明するための図である。
【図２１】図２０の実施例の場合の結果を説明するための図である。
【図２２】本発明の実施例を説明するための図である。
【図２３】図２２の実施例の場合の結果を説明するための図である。
【図２４】本発明に関する実験結果を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
本発明の一実施形態のレーザ加工装置及びレーザ加工方法では、加工対象物にレーザ光を集光することにより、切断予定ラインに沿って加工対象物に改質領域を形成する。そこで、まず、改質領域の形成について、図１〜図６を参照して説明する。
【００１６】
図１に示されるように、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。
【００１７】
このレーザ加工装置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。
【００１８】
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の内部に形成され、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。
【００１９】
なお、集光点Ｐとは、レーザ光Ｌが集光する箇所のことである。また、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。また、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。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。また、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２１、若しくは外周面）に露出していてもよい。また、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２１であってもよい。
【００２０】
ちなみに、ここでのレーザ光Ｌは、加工対象物１を透過すると共に加工対象物１の内部の集光点Ｐ近傍にて特に吸収され、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）。よって、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。一般的に、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）場合、加工領域は表面３側から徐々に裏面側に進行する。
【００２１】
ところで、本実施形態で形成される改質領域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（これらをまとめて高密転移領域ともいう）。
【００２２】
また、溶融処理領域や屈折率変化領域、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、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としては、例えばシリコン（Ｓｉ）、ガラス、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、ＬｉＴａＯ３又はサファイア（Ａｌ２Ｏ３）を含む、又はこれらからなるものが挙げられる。
【００２３】
また、本実施形態においては、切断予定ライン５に沿って改質スポット（加工痕）を複数形成することによって、改質領域７を形成している。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り、改質スポットが集まることにより改質領域７となる。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。この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。
【００２４】
次に、本発明の一実施形態のレーザ加工装置及びレーザ加工方法について説明する。図７に示されるように、レーザ加工装置３００は、レーザ光源２０２、反射型空間光変調器（空間光変調器）２０３、４ｆ光学系（調整光学系）２４１、光遮断部２２０及び集光光学系２０４を筐体２３１内に備えている。レーザ加工装置３００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７を形成する。
【００２５】
レーザ光源２０２は、例えば１０００ｎｍ〜１５００ｎｍの波長を有するレーザ光Ｌを出射するものであり、例えばファイバレーザである。ここでのレーザ光源２０２は、水平方向にレーザ光Ｌを出射するように、筐体２３１の天板２３６にねじ等で固定されている。
【００２６】
反射型空間光変調器２０３は、レーザ光源２０２から出射されたレーザ光Ｌを変調するものであり、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。ここでの反射型空間光変調器２０３は、水平方向から入射するレーザ光Ｌを変調すると共に、水平方向に対し斜め上方に反射する。
【００２７】
図８に示されるように、反射型空間光変調器２０３は、シリコン基板２１３、駆動回路層９１４、複数の画素電極２１４、誘電体多層膜ミラー等の反射膜２１５、配向膜９９９ａ、液晶層２１６、配向膜９９９ｂ、透明導電膜２１７、及びガラス基板等の透明基板２１８がこの順に積層されることで構成されている。
【００２８】
透明基板２１８は、ＸＹ平面に沿った表面２１８ａを有しており、この表面２１８ａは、反射型空間光変調器２０３の表面を構成している。透明基板２１８は、例えばガラス等の光透過性材料からなり、反射型空間光変調器２０３の表面２１８ａから入射した所定波長のレーザ光Ｌを、反射型空間光変調器２０３の内部へ透過する。透明導電膜２１７は、透明基板２１８の裏面上に形成されており、レーザ光Ｌを透過する導電性材料（例えばＩＴＯ）からなる。
【００２９】
複数の画素電極２１４は、透明導電膜２１７に沿ってシリコン基板２１３上にマトリックス状に配列されている。各画素電極２１４は、例えばアルミニウム等の金属材料からなり、これらの表面２１４ａは、平坦且つ滑らかに加工されている。複数の画素電極２１４は、駆動回路層９１４に設けられたアクティブ・マトリクス回路によって駆動される。
【００３０】
アクティブ・マトリクス回路は、複数の画素電極２１４とシリコン基板２１３との間に設けられており、反射型空間光変調器２０３から出力しようとする光像に応じて各画素電極２１４への印加電圧を制御する。このようなアクティブ・マトリクス回路は、例えば図示しないＸ軸方向に並んだ各画素列の印加電圧を制御する第１ドライバ回路と、Ｙ軸方向に並んだ各画素列の印加電圧を制御する第２ドライバ回路とを有しており、制御部２５０（図７参照）によって双方のドライバ回路で指定された画素の画素電極２１４に所定電圧が印加されるように構成されている。
【００３１】
配向膜９９９ａ，９９９ｂは、液晶層２１６の両端面に配置されており、液晶分子群を一定方向に配列させる。配向膜９９９ａ，９９９ｂは、例えばポリイミド等の高分子材料からなり、液晶層２１６との接触面にラビング処理等が施されている。
【００３２】
液晶層２１６は、複数の画素電極２１４と透明導電膜２１７との間に配置されており、各画素電極２１４と透明導電膜２１７とにより形成される電界に応じてレーザ光Ｌを変調する。すなわち、駆動回路層９１４のアクティブ・マトリクス回路によって各画素電極２１４に電圧が印加されると、透明導電膜２１７と各画素電極２１４との間に電界が形成され、液晶層２１６に形成された電界の大きさに応じて液晶分子２１６ａの配列方向が変化する。そして、レーザ光Ｌが透明基板２１８及び透明導電膜２１７を透過して液晶層２１６に入射すると、このレーザ光Ｌは、液晶層２１６を通過する間に液晶分子２１６ａによって変調され、反射膜２１５において反射した後、再び液晶層２１６により変調されて、出射する。
【００３３】
このとき、制御部２５０（図７参照）によって各画素電極２１４に印加される電圧が制御され、その電圧に応じて、液晶層２１６において透明導電膜２１７と各画素電極２１４とに挟まれた部分の屈折率が変化する（各画素に対応した位置の液晶層２１６の屈折率が変化する）。この屈折率の変化により、印加した電圧に応じて、レーザ光Ｌの位相を液晶層２１６の画素ごとに変化させることができる。つまり、ホログラムパターンに応じた位相変調を画素ごとに液晶層２１６によって与える（すなわち、変調を付与するホログラムパターンとしての変調パターンを反射型空間光変調器２０３の液晶層２１６に表示させる）ことができる。その結果、変調パターンに入射し透過するレーザ光Ｌは、その波面が調整され、そのレーザ光Ｌを構成する各光線において進行方向に直交する所定方向の成分の位相にずれが生じる。したがって、反射型空間光変調器２０３に表示させる変調パターンを適宜設定することにより、レーザ光Ｌが変調（例えば、レーザ光Ｌの強度、振幅、位相、偏光等が変調）可能となる。
【００３４】
図７に戻り、４ｆ光学系２４１は、反射型空間光変調器２０３によって変調されたレーザ光Ｌの波面形状を調整するものであり、第１レンズ（第１光学素子）２４１ａ及び第２レンズ（第２光学素子）２４１ｂを有している。第１レンズ２４１ａ及び第２レンズ２４１ｂは、反射型空間光変調器２０３と第１レンズ２４１ａとの間の光路の距離が第１レンズ２４１ａの第１焦点距離ｆ１となり、集光光学系２０４と第２レンズ２４１ｂとの間の光路の距離が第２レンズ２４１ｂの第２焦点距離ｆ２となり、第１レンズ２４１ａと第２レンズ２４１ｂとの間の光路の距離が第１焦点距離ｆ１と第２焦点距離ｆ２との和（すなわち、ｆ１＋ｆ２）となり、第１レンズ２４１ａ及び第２レンズ２４１ｂが両側テレセントリック光学系となるように、反射型空間光変調器２０３と集光光学系２０４との間の光路上に配置されている。この４ｆ光学系２４１によれば、反射型空間光変調器２０３で変調されたレーザ光Ｌが空間伝播によって波面形状が変化し収差が増大するのを抑制することができる。
【００３５】
光遮断部２２０は、後述する第１加工光Ｌ１及び第２加工光Ｌ２を通過させる開口２２０ａを有するアパーチャ部材である。光遮断部２２０は、第１レンズ２４１ａと第２レンズ２４１ｂとの間のフーリエ面（すなわち、共焦点Ｏを含む面）上に設けられている。
【００３６】
集光光学系２０４は、レーザ光源２０２により出射されて反射型空間光変調器２０３により変調されたレーザ光Ｌを加工対象物１の内部に集光するものである。この集光光学系２０４は、複数のレンズを含んで構成されており、圧電素子等を含んで構成された駆動ユニット２３２を介して筐体２３１の底板２３３に設置されている。
【００３７】
以上のように構成されたレーザ加工装置３００では、レーザ光源２０２から出射されたレーザ光Ｌは、筐体２３１内にて水平方向に進行した後、ミラー２０５ａによって下方に反射され、アッテネータ２０７によって光強度が調整される。そして、ミラー２０５ｂによって水平方向に反射され、ビームホモジナイザ２６０によってレーザ光Ｌの強度分布が均一化されて反射型空間光変調器２０３に入射する。
【００３８】
反射型空間光変調器２０３に入射したレーザ光Ｌは、液晶層２１６に表示された変調パターンを透過することにより当該変調パターンに応じて変調され、その後、ミラー２０６ａによって上方に反射され、λ／２波長板２２８によって偏光方向が変更され、ミラー２０６ｂによって水平方向に反射されて４ｆ光学系２４１に入射する。
【００３９】
４ｆ光学系２４１に入射したレーザ光Ｌは、平行光で集光光学系２０４に入射するよう波面形状が調整される。具体的には、レーザ光Ｌは、第１レンズ２４１ａを透過し収束され、ミラー２１９によって下方へ反射され、共焦点Ｏを経て発散すると共に、第２レンズ２４１ｂを透過し、平行光となるように再び収束される。そして、レーザ光Ｌは、ダイクロイックミラー２１０，２３８を順次透過して集光光学系２０４に入射し、ステージ１１１上に載置された加工対象物１内に集光光学系２０４によって集光される。
【００４０】
また、レーザ加工装置３００は、加工対象物１のレーザ光入射面を観察するための表面観察ユニット２１１と、集光光学系２０４と加工対象物１との距離を微調整するためのＡＦ（AutoFocus）ユニット２１２と、を筐体２３１内に備えている。
【００４１】
表面観察ユニット２１１は、可視光ＶＬ１を出射する観察用光源２１１ａと、加工対象物１のレーザ光入射面で反射された可視光ＶＬ１の反射光ＶＬ２を受光して検出する検出器２１１ｂと、を有している。表面観察ユニット２１１では、観察用光源２１１ａから出射された可視光ＶＬ１が、ミラー２０８及びダイクロイックミラー２０９，２１０，２３８で反射・透過され、集光光学系２０４で加工対象物１に向けて集光される。そして、加工対象物１のレーザ光入射面で反射された反射光ＶＬ２が、集光光学系２０４で集光されてダイクロイックミラー２３８，２１０で透過・反射された後、ダイクロイックミラー２０９を透過して検出器２１１ｂにて受光される。
【００４２】
ＡＦユニット２１２は、ＡＦ用レーザ光ＬＢ１を出射し、レーザ光入射面で反射されたＡＦ用レーザ光ＬＢ１の反射光ＬＢ２を受光し検出することで、切断予定ライン５に沿ったレーザ光入射面の変位データを取得する。そして、ＡＦユニット２１２は、改質領域７を形成する際、取得した変位データに基づいて駆動ユニット２３２を駆動させ、レーザ光入射面のうねりに沿うように集光光学系２０４をその光軸方向に往復移動させる。
【００４３】
更に、レーザ加工装置３００は、当該レーザ加工装置３００を制御するためのものとして、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる制御部２５０を備えている。この制御部２５０は、レーザ光源２０２を制御し、レーザ光源２０２から出射されるレーザ光Ｌの出力やパルス幅等を調節する。また、制御部２５０は、改質領域７を形成する際、レーザ光Ｌの集光点Ｐが加工対象物１の表面３又は裏面２１から所定距離に位置し且つレーザ光Ｌの集光点Ｐが切断予定ライン５に沿って相対的に移動するように、筐体２３１、ステージ１１１の位置、及び駆動ユニット２３２の駆動の少なくとも１つを制御する。
【００４４】
また、制御部２５０は、改質領域７を形成する際、反射型空間光変調器２０３における各画素電極２１４に所定電圧を印加し、液晶層２１６に所定の変調パターンを表示させ、これにより、レーザ光Ｌを反射型空間光変調器２０３で所望に変調させる。ここで、液晶層２１６に表示される変調パターンは、例えば、改質領域７を形成しようとする位置、照射するレーザ光Ｌの波長、加工対象物１の材料、及び集光光学系２０４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２５０に記憶されている。この変調パターンは、レーザ加工装置３００に生じる個体差（例えば、反射型空間光変調器２０３の液晶層２１６に生じる歪）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等を含んでいる。
【００４５】
以上のように構成されたレーザ加工装置３００において実施されるレーザ加工方法の対象となる加工対象物１は、図９に示されるように、例えばシリコン等の半導体材料からなる基板１１と、基板１１の表面１１ａに形成された機能素子層１５と、を備えている。機能素子層１５は、基板１１の表面１１ａに沿ってマトリックス状に配列された複数の機能素子１５ａ（例えば、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）と、隣り合う機能素子１５ａの間のストリート領域（領域）１７に形成された金属パターン１６（例えば、ＴＥＧ（Test  Element  Group）等）と、を含んでいる。このように、加工対象物１の表面（第１表面）３には、２次元状に配置された複数の機能素子１５ａ、及び隣り合う機能素子１５ａの間のストリート領域１７に配置された金属パターン１６が設けられている。なお、機能素子層１５は、基板１１の表面１１ａの全体に渡って形成された層間絶縁膜（例えば、Low-k膜等）を含んでいる。
【００４６】
レーザ加工装置３００において実施されるレーザ加工方法は、加工対象物１を機能素子１５ａごとに切断することにより複数のチップを製造するチップの製造方法として用いられる。そのため、当該レーザ加工方法では、加工対象物１に対して、表面３に垂直な方向から見た場合に隣り合う機能素子１５ａの間のストリート領域１７を通るように（例えば、加工対象物１の厚さ方向から見た場合にストリート領域１７の幅の中心を通るように）、複数の切断予定ライン５が格子状に設定される。そして、基板１１の裏面１１ｂである加工対象物１の裏面（第２表面）２１から入射させられたレーザ光Ｌが加工対象物１に集光され、各切断予定ライン５に沿って加工対象物１に改質領域７が形成される。なお、シリコン等の半導体材料からなる基板１１においては、改質領域７として、レーザ光Ｌの集光点Ｐの位置に微小空洞７ａが形成され、集光点Ｐに対してレーザ光Ｌの入射側に溶融処理領域７ｂが形成される場合がある。
【００４７】
以下、レーザ加工装置３００において実施されるレーザ加工方法について説明する。まず、切断予定ライン５に沿った方向にレーザ光Ｌを０次光及び±ｎ次光（ｎは自然数）に分岐する回折機能を含む変調パターを、反射型空間光変調器２０３の液晶層２１６に表示させる。このように、反射型空間光変調器２０３では、液晶層２１６が、変調パターンを表示する複数の画素として機能する。図１０に示されるように、０次光及び±ｎ次光のそれぞれの集光点は、加工対象物１において、次数を示す数値（０及び±ｎであり、＋の数値で絶対値が大きいものほど数値が大きいと表現し、−の数値で絶対値が大きい数値ほど数値が小さいと表現する）が大きくなるほど、レーザ光Ｌの入射側とは反対側の加工対象物１の表面３側に位置し、且つ切断予定ライン５に沿ったレーザ光Ｌの相対的移動方向における前側に位置する位置関係を有している。
【００４８】
当該レーザ加工方法では、図１０の（ａ）に示されるように、＋１次光及び−１次光をそれぞれ第１加工光Ｌ１及び第２加工光Ｌ２（加工光：集光点に対応する領域に改質領域を形成し得るエネルギーを有する光）として利用する。これにより、第１集光点Ｐ１及び第２集光点Ｐ２は、加工対象物１において、第１集光点Ｐ１が第２集光点Ｐ２に対してレーザ光Ｌの入射側とは反対側の加工対象物１の表面３側に位置し、且つ第１集光点Ｐ１が第２集光点Ｐ２に対して切断予定ライン５に沿ったレーザ光Ｌの相対的移動方向における前側に位置する位置関係を有することになる。なお、図１０の（ｂ）に示されるように、＋１次光、０次光及び−次光をそれぞれ第１加工光Ｌ１、第２加工光Ｌ２及び第３加工光Ｌ３として利用してもよい。つまり、第１加工光Ｌ１及び第２加工光Ｌ２は、加工対象物１に集光される０次光及び±ｎ次光のうち０次光及び±１次光から選択される。
【００４９】
以上のように、反射型空間光変調器２０３は、レーザ光Ｌが少なくとも第１加工光Ｌ１及び第２加工光Ｌ２を含む０次光及び±ｎ次光に分岐されて、集光光学系２０４により第１加工光Ｌ１が第１集光点Ｐ１に集光されると共に第２加工光Ｌ２が第２集光点Ｐ２に集光されるように、レーザ光源２０２により出射されたレーザ光Ｌを変調する。
【００５０】
ここで、加工対象物１の表面３に垂直な方向から見た場合における第１集光点Ｐ１と第２集光点Ｐ２との距離（加工対象物１の表面３に垂直な方向から見た場合に切断予定ライン５に沿った方向において隣り合う加工光の集光点の間の距離）をＤと定義する。そして、図１１に示されるように、表面３における第１加工光Ｌ１の半径をＷ１とし、表面３における第２加工光Ｌ２の半径をＷ２とすると、反射型空間光変調器２０３は、Ｄ＞Ｗ１＋Ｗ２を満たすようにレーザ光Ｌを変調する。これにより、加工対象物１の表面３に到達した第１加工光Ｌ１の漏れ光（集光点に対応する領域において加工対象物に吸収されなかった光）及び第２加工光Ｌ２の漏れ光が表面３において干渉して強め合うことが防止される。
【００５１】
一例として、厚さ３００μｍ、結晶方位（１００）、抵抗値１Ω・ｃｍＵＰのシリコンウェハを加工対象物１として準備し、図１１及び下記の表１に示される条件でレーザ光Ｌの照射を行った場合、レーザ光Ｌの入射側とは反対側の加工対象物１の表面３において第１加工光Ｌ１の漏れ光と第２加工光Ｌ２の漏れ光とが接するときの第１集光点Ｐ１と第２集光点Ｐ２との距離Ｄ（＝Ｗ１＋Ｗ２）は、３１．３２６４１μｍとなる。なお、レーザ光Ｌのスキャン速度とは、切断予定ライン５に沿っての第１集光点Ｐ１及び第２集光点Ｐ２の相対的移動速度である。
【表１】
2015226012.tif 000003
【００５２】
実験の結果、下記の表２のとおりとなり、第１集光点Ｐ１と第２集光点Ｐ２との距離Ｄが３０μｍ以下であると（当該距離Ｄが３１．３２６４１μｍよりも小さいと）表面３にダメージが発生し、第１集光点Ｐ１と第２集光点Ｐ２との距離Ｄが４０μｍ以上であると（当該距離Ｄが３１．３２６４１μｍよりも大きいと）表面３にダメージが発生しなかった。この結果から、Ｄ＞Ｗ１＋Ｗ２を満たすようにレーザ光Ｌを変調することで、加工対象物１の表面３に到達した第１加工光Ｌ１の漏れ光及び第２加工光Ｌ２の漏れ光が表面３において干渉して強め合うことが防止され、表面３におけるダメージの発生が抑制されることが分かった。
【表２】
2015226012.tif 000004
【００５３】
また、変調パターンを表示する複数の画素として機能する液晶層２１６において、隣り合う画素の間の距離をｄとし、４ｆ光学系２４１の倍率をｍとし、集光光学系２０４の焦点距離をｆとし、レーザ光Ｌの波長をλとすると、反射型空間光変調器２０３は、Ｄ＜２×ｆ×tan［asin｛λ／（ｄ×４×ｍ）｝］を満たすようにレーザ光Ｌを変調する。前述の式において「４」は、反射型空間光変調器２０３の変調パターンにおけるグレーティングピクセル数を示し、グレーティングピクセル数：４は、図１２の（ａ）の場合である。参考として、グレーティングピクセル数：２は、図１２の（ｂ）の場合である。
【００５４】
上述した第１集光点Ｐ１と第２集光点Ｐ２との距離Ｄを大きくするためには、反射型空間光変調器２０３の変調パターンにおいてグレーティングピクセル数を小さくする必要があるが、グレーティングピクセル数を小さくし過ぎると、レーザ光Ｌにおいて波面制御しきれない成分が増加して漏れ光が増加するおそれがある。そこで、厚さ３００μｍ、結晶方位（１００）、抵抗値１Ω・ｃｍＵＰのシリコンウェハを加工対象物１として準備し、図１１及び下記の表３に示される条件でレーザ光Ｌの照射を行うことで、グレーティングピクセル数と表面３におけるダメージの発生の有無との関係について調べた。なお、第１集光点Ｐ１と第２集光点Ｐ２との距離Ｄは、Ｄ＝２×ｆ×tan［asin｛λ／（ｄ×グレーティングピクセル数×ｍ）｝］により算出することができる。
【表３】
2015226012.tif 000005
【００５５】
実験の結果、下記の表４のとおりとなり、グレーティングピクセル数が４以下であると（換言すれば、第１集光点Ｐ１と第２集光点Ｐ２との距離Ｄが１０２μｍ以上であると）表面３にダメージが発生し、グレーティングピクセル数が５以上であると（換言すれば、第１集光点Ｐ１と第２集光点Ｐ２との距離Ｄが８０μｍ以下であると）表面３にダメージが発生しなかった。この結果から、Ｄ＜２×ｆ×tan［asin｛λ／（ｄ×４×ｍ）｝］を満たすようにレーザ光Ｌを変調することで、レーザ光Ｌにおいて波面制御しきれない成分が増加して漏れ光が増加することが抑制され、表面３におけるダメージの発生が抑制されることが分かった。
【表４】
2015226012.tif 000006
【００５６】
更に、表２及び表４の結果から、第１集光点Ｐ１と第２集光点Ｐ２との距離が４０μｍ〜８０μｍとなるようにレーザ光Ｌを変調することで、表面３におけるダメージの発生が抑制されることが分かった。図１３に示されるように、第１集光点Ｐ１と第２集光点Ｐ２との距離Ｄが２０μｍであると、加工対象物１の表面３に到達した第１加工光Ｌ１の漏れ光及び第２加工光Ｌ２の漏れ光が表面３において干渉して強め合っていることが確認され（上段）、表面３にダメージが発生した（下段）。また、第１集光点Ｐ１と第２集光点Ｐ２との距離Ｄが１０２μｍであると、−１次光において漏れ光が増加していることが確認され（上段）、表面３にダメージが発生した（下段）。これらに対し、第１集光点Ｐ１と第２集光点Ｐ２との距離Ｄが４０μｍであると、加工対象物１の表面３に到達した第１加工光Ｌ１の漏れ光及び第２加工光Ｌ２の漏れ光が表面３において干渉して強め合っていること、及び−１次光において漏れ光が増加していることが確認されず（上段）、表面３にダメージが発生しなかった（下段）。なお、図１３の上段の図は、表面３における０次光及び±ｎ次光の状態を表面３側から観察した写真であり、改質領域未形成時のものである。また、図１３の下段の図は、切断予定ライン５に沿って切断した加工対象物１の切断面の写真である。
【００５７】
また、光遮断部２２０は、加工対象物１に集光される±ｎ次光のうち±２次光以上の高次光（ここでは、±２次光及び±３次光）を遮断する。このことから、光遮断部２２０は、加工対象物１に集光される０次光及び±ｎ次光のうち第１加工光Ｌ１及び第２加工光Ｌ２に対して外側に集光される光を遮断するといえる。或いは、光遮断部２２０は、加工対象物１に集光される０次光及び±ｎ次光のうち、第１加工光Ｌ１及び第２加工光Ｌ２に対してレーザ光Ｌの入射側とは反対側の加工対象物の表面３側に集光される光、及び第１加工光Ｌ１及び第２加工光Ｌ２に対してレーザ光Ｌの入射側の加工対象物の裏面２１側に集光される光を遮断するといえる。なお、反射型空間光変調器２０３は、遮断する光の少なくとも一部が光遮断部２２０の開口２２０ａの外側を通過するようにレーザ光Ｌを変調してもよい。
【００５８】
図１４の（ａ）に示されるように、４ｆ光学系２４１のフーリエ面上に位置する光遮断部２２０の開口２２０ａの半径をＸとし、上述したように、加工対象物１の表面３に垂直な方向から見た場合における第１集光点Ｐ１と第２集光点Ｐ２との距離をＤとし、第２レンズ２４１ｂの第２焦点距離をｆ２とし、集光光学系２０４の焦点距離をｆとすると、光遮断部２２０が±２次光以上の高次光（±２次光については中心よりも外側の部分）を遮断するためには、Ｄ×ｆ２／ｆ＜２Ｘ＜２Ｄ×ｆ２／ｆを満たす必要がある。つまり、反射型空間光変調器２０３が、（Ｘ×ｆ）／（２×ｆ２）＜Ｄ／２＜（Ｘ×ｆ）／ｆ２を満たすようにレーザ光Ｌを変調すれば、光遮断部２２０が±２次光以上の高次光（±２次光については中心よりも外側の部分）を遮断することができる。
【００５９】
また、図１４の（ｂ）に示されるように、光遮断部２２０が±３次光以上の高次光（±３次光については中心よりも外側の部分）を遮断するためには、Ｄ×ｆ２／ｆ＜２Ｘ＜３Ｄ×ｆ２／ｆを満たす必要がある。つまり、反射型空間光変調器２０３が、（Ｘ×ｆ）／（３×ｆ２）＜Ｄ／２＜（Ｘ×ｆ）／ｆ２を満たすようにレーザ光Ｌを変調すれば、光遮断部２２０が±３次光以上の高次光（±３次光については中心よりも外側の部分）を遮断することができる。
【００６０】
一例として、Ｄ＝５０μｍ、ｆ２＝１５０ｍｍ、ｆ＝１．８ｍｍであれば、４１６６．７μｍ＜２Ｘ＜８３３３μｍを満たすように、光遮断部２２０の開口２２０ａの半径Ｘを決定すれば、光遮断部２２０が±２次光以上の高次光（±２次光については中心よりも外側の部分）を遮断することができる。換言すれば、２Ｘ＝１００００μｍ、ｆ２＝１５０ｍｍ、ｆ＝１．８ｍｍであれば、３０μｍ＜Ｄ／２＜６０μｍを満たすように、第１集光点Ｐ１と第２集光点Ｐ２との距離Ｄを決定すれば、光遮断部２２０が±２次光以上の高次光（±２次光については中心よりも外側の部分）を遮断することができる。
【００６１】
また、Ｄ＝５０μｍ、ｆ２＝１５０ｍｍ、ｆ＝１．８ｍｍであれば、４１６６．７μｍ＜２Ｘ＜１２５００μｍを満たすように、光遮断部２２０の開口２２０ａの半径Ｘを決定すれば、光遮断部２２０が±３次光以上の高次光（±３次光については中心よりも外側の部分）を遮断することができる。換言すれば、２Ｘ＝１００００μｍ、ｆ２＝１５０ｍｍ、ｆ＝１．８ｍｍであれば、２０μｍ＜Ｄ／２＜６０μｍを満たすように、第１集光点Ｐ１と第２集光点Ｐ２との距離Ｄを決定すれば、光遮断部２２０が±３次光以上の高次光（±３次光については中心よりも外側の部分）を遮断することができる。
【００６２】
なお、レーザ光Ｌの入射側とは反対側の加工対象物１の表面３にダメージが発生するのを抑制するために、光遮断部２２０は、＋ｎ次光を遮断する部材であってもよい。その場合、図１５の（ａ）に示されるように、４ｆ光学系２４１のフーリエ面上において共焦点Ｏから光遮断部２２０（光遮断部２２０の共焦点Ｏ側の辺）までの距離をＸとすると、光遮断部２２０が＋２次光以上の高次光（＋２次光については中心よりも外側の部分）を遮断するためには、Ｄ×ｆ２／ｆ＜２Ｘ＜２Ｄ×ｆ２／ｆを満たす必要がある。つまり、反射型空間光変調器２０３が、（Ｘ×ｆ）／（２×ｆ２）＜Ｄ／２＜（Ｘ×ｆ）／ｆ２を満たすようにレーザ光Ｌを変調すれば、光遮断部２２０が＋２次光以上の高次光（＋２次光については中心よりも外側の部分）を遮断することができる。
【００６３】
また、図１５の（ｂ）に示されるように、光遮断部２２０が＋３次光以上の高次光（＋３次光については中心よりも外側の部分）を遮断するためには、Ｄ×ｆ２／ｆ＜２Ｘ＜３Ｄ×ｆ２／ｆを満たす必要がある。つまり、反射型空間光変調器２０３が、（Ｘ×ｆ）／（３×ｆ２）＜Ｄ／２＜（Ｘ×ｆ）／ｆ２を満たすようにレーザ光Ｌを変調すれば、光遮断部２２０が＋３次光以上の高次光（＋３次光については中心よりも外側の部分）を遮断することができる。
【００６４】
更に、光遮断部２２０は、集光光学系２０４のレンズ視野を制限するように、集光光学系２０４の光入射部に設けられていてもよい。図１６の（ａ）に示されるように、集光光学系２０４の光入射部に位置する光遮断部２２０の開口２２０ａの半径をＸとし、上述したように、加工対象物１の表面３に垂直な方向から見た場合における第１集光点Ｐ１と第２集光点Ｐ２との距離をＤとすると、反射型空間光変調器２０３が、Ｘ／２＜Ｄ／２＜Ｘを満たすようにレーザ光Ｌを変調すれば、光遮断部２２０が±２次光以上の高次光（±２次光については中心よりも外側の部分）を遮断することができる。また、図１６の（ｂ）に示されるように、反射型空間光変調器２０３が、Ｘ／３＜Ｄ／２＜Ｘを満たすようにレーザ光Ｌを変調すれば、光遮断部２２０が±３次光以上の高次光（±３次光については中心よりも外側の部分）を遮断することができる。
【００６５】
一例として、２Ｘ＝１５０μｍであれば、３７．５μｍ＜Ｄ／２＜７５μｍを満たすように、第１集光点Ｐ１と第２集光点Ｐ２との距離Ｄを決定すれば、光遮断部２２０が±２次光以上の高次光（±２次光については中心よりも外側の部分）を遮断することができる。また、２Ｘ＝１５０μｍであれば、２５μｍ＜Ｄ／２＜７５μｍを満たすように、第１集光点Ｐ１と第２集光点Ｐ２との距離Ｄを決定すれば、光遮断部２２０が±３次光以上の高次光（±３次光については中心よりも外側の部分）を遮断することができる。
【００６６】
ここで、厚さ３００μｍ、結晶方位（１００）、抵抗値１Ω・ｃｍＵＰのシリコンウェハを加工対象物１として準備し、図１１及び上記の表３に示される条件でレーザ光Ｌの照射を行うことで、３次光と表面３におけるダメージの発生の有無との関係について調べた。なお、表面３におけるダメージの発生の有無を判別し易くするために、表面３に感熱性膜を形成して実験を行った。
【００６７】
実験の結果、図１７の（ｄ）に示されるように、少なくとも３次光の影響によって、レーザ光Ｌの入射側とは反対側の加工対象物１の表面３にダメージが発生することが分かった。図１７の（ａ）は、切断予定ライン５に沿って切断した加工対象物１の切断面における０次光及び±ｎ次光のそれぞれの集光点の位置関係を示す図である。図１７の（ｂ）は、表面３における０次光及び±ｎ次光の状態を表面３側から観察した写真であり、改質領域未形成時のものである。図１７の（ｃ）は、表面３における０次光及び±ｎ次光の状態を表面３側から観察した写真であり、改質領域形成時のものである。図１７の（ｄ）は、感熱性膜を表面３側から観察した写真であり、改質領域形成時のものである。
【００６８】
図１８は、本発明の比較例を説明するための図であり、（ａ）は、フーリエ面近傍でのレーザ光Ｌの状態を示すシミュレーション図であり、（ｂ）は、集光点近傍でのレーザ光Ｌの状態を示すシミュレーション図である。このように、＋３次光を遮断しないと、図１９に示されるように、＋３次光の影響によって、レーザ光Ｌの入射側とは反対側の加工対象物１の表面３に最も強いダメージが発生することが分かった。なお、図１９の上段は、０次光及び±ｎ次光のそれぞれの集光点を分岐させる方向に平行な方向にレーザ光Ｌを相対的に移動させた場合に感熱性膜を表面３側から観察した写真であり、図１９の下段は、０次光及び±ｎ次光のそれぞれの集光点を分岐させる方向に垂直な方向にレーザ光Ｌを相対的に移動させた場合に感熱性膜を表面３側から観察した写真である。
【００６９】
図２０は、本発明の実施例を説明するための図であり、（ａ）は、フーリエ面近傍でのレーザ光Ｌの状態を示すシミュレーション図であり、（ｂ）は、集光点近傍でのレーザ光Ｌの状態を示すシミュレーション図である。このように、光遮断部２２０により＋３次光の一部を遮断すると、図２１に示されるように、＋３次光の影響によって加工対象物１の表面３に発生するダメージが弱まることが分かった。なお、図２１の上段は、０次光及び±ｎ次光のそれぞれの集光点を分岐させる方向に平行な方向にレーザ光Ｌを相対的に移動させた場合に感熱性膜を表面３側から観察した写真であり、図２１の下段は、０次光及び±ｎ次光のそれぞれの集光点を分岐させる方向に垂直な方向にレーザ光Ｌを相対的に移動させた場合に感熱性膜を表面３側から観察した写真である。
【００７０】
図２２は、本発明の実施例を説明するための図であり、（ａ）は、フーリエ面近傍でのレーザ光Ｌの状態を示すシミュレーション図であり、（ｂ）は、集光点近傍でのレーザ光Ｌの状態を示すシミュレーション図である。このように、光遮断部２２０により＋３次光の全部を遮断すると、図２３に示されるように、＋３次光の影響によって加工対象物１の表面３に発生するダメージが略なくなることが分かった。なお、図２３の上段は、０次光及び±ｎ次光のそれぞれの集光点を分岐させる方向に平行な方向にレーザ光Ｌを相対的に移動させた場合に感熱性膜を表面３側から観察した写真であり、図２３の下段は、０次光及び±ｎ次光のそれぞれの集光点を分岐させる方向に垂直な方向にレーザ光Ｌを相対的に移動させた場合に感熱性膜を表面３側から観察した写真である。
【００７１】
図２４は、本発明に関する実験結果を説明するための図である。この場合、集光光学系２０４のレンズ視野を制限するように、光遮断部２２０が集光光学系２０４の光入射部に設けられており、第１集光点Ｐ１と第２集光点Ｐ２との距離Ｄが５０μｍ以上のときに＋３次光を遮断することができるレンズ視野となっている。図２４に示される実験結果から明らかなように、光遮断部２２０により＋３次光が遮断されると、＋３次光の影響によって加工対象物１の表面３に発生するダメージが略なくなることが分かった。なお、図２４の上段は、０次光及び±ｎ次光のそれぞれの集光点を分岐させる方向に平行な方向にレーザ光Ｌを相対的に移動させた場合に感熱性膜を表面３側から観察した写真であり、図２４の下段は、０次光及び±ｎ次光のそれぞれの集光点を分岐させる方向に垂直な方向にレーザ光Ｌを相対的に移動させた場合に感熱性膜を表面３側から観察した写真である。
【００７２】
以上により、レーザ加工装置３００において実施されるレーザ加工方法では、レーザ光Ｌが第１加工光Ｌ１及び第２加工光Ｌ２を含む０次光及び±ｎ次光に分岐されて、第１加工光Ｌ１が第１集光点Ｐ１に集光されると共に第２加工光Ｌ２が第２集光点Ｐ２に集光されるように、レーザ光Ｌを変調し、加工対象物１において第１集光点Ｐ１及び第２集光点Ｐ２のそれぞれに対応する複数の領域のそれぞれに改質領域７を形成する。
【００７３】
このとき、表面３における第１加工光Ｌ１の半径をＷ１とし、表面３における第２加工光Ｌ２の半径をＷ２とし、表面３に垂直な方向から見た場合における第１集光点Ｐ１と第２集光点Ｐ２との距離をＤとすると、Ｄ＞Ｗ１＋Ｗ２を満たすようにレーザ光Ｌを変調する。或いは、表面３に垂直な方向から見た場合における第１集光点Ｐ１と第２集光点Ｐ２との距離が４０μｍ〜８０μｍとなるようにレーザ光Ｌを変調する。
【００７４】
また、加工対象物１に集光される０次光及び±ｎ次光のうち第１加工光Ｌ１及び第２加工光Ｌ２に対して外側に集光される光を遮断する。或いは、加工対象物１に集光される０次光及び±ｎ次光のうち、第１加工光Ｌ１及び第２加工光Ｌ２に対してレーザ光Ｌの入射側とは反対側の加工対象物の表面３側に集光される光、及び第１加工光Ｌ１及び第２加工光Ｌ２に対してレーザ光Ｌの入射側の加工対象物の裏面２１側に集光される光を遮断する。
【００７５】
そして、加工対象物１に改質領域７を形成した後、加工対象物１の裏面２１にエキスパンドテープを貼り付け、当該エキスパンドテープを拡張させる。これにより、切断予定ライン５に沿って形成された改質領域７から加工対象物１の厚さ方向に伸展した亀裂を、加工対象物１の表面３及び裏面２１に到達させて、切断予定ライン５に沿って加工対象物１を機能素子１５ａごとに切断することにより、複数のチップを得る。
【００７６】
以上、説明したように、レーザ加工装置３００、及びレーザ加工装置３００において実施されるレーザ加工方法では、表面３における第１加工光Ｌ１の半径をＷ１とし、表面３における第２加工光Ｌ２の半径をＷ２とし、表面３に垂直な方向から見た場合における第１集光点Ｐ１と第２集光点Ｐ２との距離をＤとすると、Ｄ＞Ｗ１＋Ｗ２を満たすようにレーザ光Ｌを変調する。これにより、加工対象物１の表面３に到達した第１加工光Ｌ１の漏れ光及び第２加工光Ｌ２の漏れ光が表面３において干渉して強め合うことが防止される。よって、レーザ光Ｌを複数の加工光に分岐して各加工光により改質領域７を形成する場合にレーザ光Ｌの入射側とは反対側の加工対象物１の表面３にダメージが発生するのを抑制することができる。
【００７７】
また、反射型空間光変調器２０３において隣り合う画素の間の距離をｄとし、４ｆ光学系２４１の倍率をｍとし、集光光学系２０４の焦点距離をｆとし、レーザ光Ｌの波長をλとすると、反射型空間光変調器２０３は、Ｄ＜２×ｆ×tan［asin｛λ／（ｄ×４×ｍ）｝］を満たすようにレーザ光Ｌを変調する。表面３に垂直な方向から見た場合における第１集光点Ｐ１と第２集光点Ｐ２との距離Ｄを大きくするためには、反射型空間光変調器２０３の変調パターンにおいてグレーティングピクセル数を小さくする必要があるが、グレーティングピクセル数を小さくし過ぎると、レーザ光Ｌにおいて波面制御しきれない成分が増加して漏れ光が増加するおそれがある。Ｄ＜２×ｆ×tan［asin｛λ／（ｄ×４×ｍ）｝］を満たすようにレーザ光Ｌを変調することで、レーザ光Ｌにおいて波面制御しきれない成分が増加して漏れ光が増加するのを抑制し、レーザ光Ｌの入射側とは反対側の加工対象物１の表面３にダメージが発生するのを抑制することができる。
【００７８】
また、レーザ光Ｌの入射側とは反対側の加工対象物１の表面３には、２次元状に配置された複数の機能素子１５ａ、及び隣り合う機能素子１５ａの間のストリート領域１７に配置された金属パターン１６が設けられており、切断予定ライン５は、表面３に垂直な方向から見た場合に隣り合う機能素子１５ａの間のストリート領域１７を通るように設定される。レーザ光Ｌの入射側とは反対側の加工対象物１の表面３において隣り合う機能素子１５ａの間のストリート領域１７に金属パターン１６が配置されていると、金属パターン１６で漏れ光の吸収が起こって当該表面３にダメージが発生し易くなるものの、そのような場合であっても、レーザ光Ｌの入射側とは反対側の加工対象物１の表面３にダメージが発生するのを抑制することができる。特に、基板１１の表面１１ａの全体に渡って層間絶縁膜（例えば、Low-k膜等）が形成されている場合には、当該層間絶縁膜の剥がれ等を抑制することができるので有効である。
【００７９】
また、加工対象物１に集光される０次光及び±ｎ次光のうち第１加工光Ｌ１及び第２加工光Ｌ２に対して外側に集光される光を遮断する。或いは、加工対象物１に集光される０次光及び±ｎ次光のうち、第１加工光Ｌ１及び第２加工光Ｌ２に対してレーザ光Ｌの入射側とは反対側の加工対象物の表面３側に集光される光、及び第１加工光Ｌ１及び第２加工光Ｌ２に対してレーザ光Ｌの入射側の加工対象物の裏面２１側に集光される光を遮断する。これらにより、当該光が加工対象物１の表面３近傍及び裏面２１近傍に集光することが防止される。よって、レーザ光Ｌを複数の加工光に分岐して各加工光により改質領域７を形成する場合に、レーザ光Ｌの入射側とは反対側の加工対象物１の表面３、及びレーザ光Ｌの入射側の加工対象物の裏面２１に、ダメージが発生するのを抑制することができる。
【００８０】
また、第１加工光Ｌ１及び第２加工光Ｌ２は、加工対象物１に集光される０次光及び±ｎ次光のうち０次光及び±１次光から選択され、光遮断部２２０は、加工対象物１に集光される±ｎ次光のうち±２次光及び±３次光を遮断する。これにより、相対的に大きいエネルギーを有する０次光及び±１次光を第１加工光Ｌ１及び第２加工光Ｌ２として効率良く利用しつつ、レーザ光Ｌの入射側とは反対側の加工対象物１の表面３、及びレーザ光Ｌの入射側の加工対象物１の裏面２１にダメージが発生するのをより確実に抑制することができる。特に、相対的に大きいエネルギーを有する＋３次光を遮断することは、レーザ光Ｌの入射側とは反対側の加工対象物１の表面３にダメージが発生するのを抑制する上で重要である。
【００８１】
また、光遮断部２２０は、第１加工光Ｌ１及び第２加工光Ｌ２を通過させる開口２２０ａを有している。これにより、少なくとも第１加工光Ｌ１及び第２加工光Ｌ２を通過させ且つ第１加工光Ｌ１及び第２加工光Ｌ２以外の所定の光を遮断する光遮断部２２０を簡単な構成で実現することができる。
【００８２】
また、光遮断部２２０は、第１レンズ２４１ａと第２レンズ２４１ｂとの間のフーリエ面上に設けられている。これにより、第１加工光Ｌ１及び第２加工光Ｌ２以外の所定の光を確実に遮断することができる。なお、光遮断部２２０が、集光光学系２０４の光入射部に設けられていても、第１加工光Ｌ１及び第２加工光Ｌ２以外の所定の光を確実に遮断することができる。また、反射型空間光変調器２０３が、遮断する光の少なくとも一部が開口２２０ａの外側を通過するようにレーザ光Ｌを変調してもよい。これによれば、第１加工光Ｌ１及び第２加工光Ｌ２以外の所定の光をより確実に遮断することができる。
【００８３】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、加工対象物１の構成及び材料は、上述したものに限定されない。一例として、基板１１は、シリコン基板以外の半導体基板、サファイア基板、ＳｉＣ基板、ガラス基板（強化ガラス基板）、透明絶縁基板等があってもよい。
【００８４】
また、０次光及び±ｎ次光のそれぞれの集光点は、加工対象物１において、次数を示す数値が小さくなるほど、レーザ光Ｌの入射側とは反対側の加工対象物１の表面３側に位置し、且つ切断予定ライン５に沿ったレーザ光Ｌの相対的移動方向における前側に位置する位置関係を有していてもよい。また、加工対象物１の表面３側からレーザ光Ｌを入射させてもよい。この場合、裏面２１がレーザ光Ｌの入射側とは反対側の加工対象物１の第１表面となり、表面３がレーザ光Ｌの入射側の加工対象物１の第２表面となる。
【００８５】
また、光遮断部２２０は、＋ｎ次光を遮断する部材と、−ｎ次光を遮断する部材と、を有し、対向する部材の間の領域において第１加工光Ｌ１及び第２加工光Ｌ２を通過させるものであってもよい。また、光遮断部２２０は、加工対象物１に集光される±ｎ次光のうち、第１加工光Ｌ１及び第２加工光Ｌ２に対してレーザ光Ｌの入射側とは反対側の加工対象物の表面３側に集光される光のみを遮断する、或いは＋３次光のみを遮断する等、±２次光以上の高次光を選択的に遮断してもよい。
【符号の説明】
【００８６】
１…加工対象物、３…表面（第１表面）、５…切断予定ライン、７…改質領域、１５ａ…機能素子、１６…金属パターン、１７…ストリート領域（領域）、２１…裏面（第２表面）、２０２…レーザ光源、２０３…反射型空間光変調器（空間光変調器）、２０４…集光光学系、２１６…液晶層（複数の画素）、２４１…４ｆ光学系（調整光学系）、２４１ａ…第１レンズ（第１光学素子）、２４１ｂ…第２レンズ（第２光学素子）、３００…レーザ加工装置、Ｌ…レーザ光、Ｌ１…第１加工光、Ｌ２…第２加工光、Ｐ１…第１集光点、Ｐ２…第２集光点。
【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１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１８】
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【図２０】
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【図２２】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１７】
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【図１９】
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【図２１】
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【図２３】
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【図２４】
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