(57)【要約】【課題】加工対象物の内部に改質領域を形成するのに要する時間を短縮する。【解決手段】装置１００は、載置台１０７と、直線偏光のレーザ光Ｌを出射する光源１０１と、レーザ光Ｌ３を出射する光源４１と、レーザ光Ｌの偏光方向を変更する波長板５１と、レーザ光Ｌを偏光方向がＸ軸方向のレーザ光Ｌ１及び偏光方向がＹ軸方向のレーザ光Ｌ２に分岐する偏光板５２と、分岐されたレーザ光Ｌ２の偏光方向をＸ軸方向とする波長板５５と、レーザ光Ｌ１，Ｌ３を集光するレンズ３１と、Ｘ軸方向に沿ってレンズ３１と並設されＸ軸方向を偏光方向とされたレーザ光Ｌ２を集光するレンズ３２と、反射光Ｌ４を検出することでレーザ光Ｌ２の集光点が表面３を基準として所定の位置に合うように素子２９を制御する制御部１０５と、Ｘ軸方向をライン５と略一致させ載置台１０７をライン５に沿って移動させる制御部１１５と、を備える。【選択図】図１６
2008087027.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の加工対象物の内部に集光点を合わせて加工用レーザ光を照射することにより、前記加工対象物の切断予定ラインに沿って、切断の起点となる改質領域を前記加工対象物の内部に形成するレーザ加工装置であって、
前記加工対象物が載置される載置台と、
前記加工用レーザ光を直線偏光として出射する加工用レーザ光源と、
前記加工対象物に照射するための測定用レーザ光を出射する測定用レーザ光源と、
前記加工用レーザ光源から出射された前記加工用レーザ光の偏光方向を変更する第１の１／２波長板と、
前記第１の１／２波長板を通過した前記加工用レーザ光を、所定の方向を偏光方向とする前記加工用レーザ光、及び前記所定の方向と交差する方向を偏光方向とする前記加工用レーザ光に分岐する偏光板と、
前記偏光板により分岐され且つ前記所定の方向と交差する方向を偏光方向とされた前記加工用レーザ光の偏光方向を前記所定の方向に変更する第２の１／２波長板と、
前記偏光板により分岐され且つ前記所定の方向を偏光方向とされた前記加工用レーザ光、及び前記測定用レーザ光源から出射された前記測定用レーザ光を前記加工対象物に向けて集光する第１の集光用レンズと、
前記所定の方向に沿って前記第１の集光用レンズと並設され、前記第２の１／２波長板を通過し且つ前記所定の方向を偏光方向とされた前記加工用レーザ光を前記加工対象物に向けて集光する第２の集光用レンズと、
前記加工対象物において前記測定用レーザ光が照射されるレーザ光照射面で反射した前記測定用レーザ光の反射光を検出することで、前記第２の集光用レンズにより集光される前記加工用レーザ光の集光点が前記レーザ光照射面を基準として所定の位置に合うように、前記レーザ光照射面と前記第２の集光用レンズとの距離を制御する制御手段と、
前記所定の方向が前記切断予定ラインと略一致した状態で、前記第１及び前記第２の集光用レンズ、並びに前記載置台の少なくとも一方を前記切断予定ラインに沿って相対移動させる移動手段と、を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
板状の加工対象物の内部に集光点を合わせて加工用レーザ光を照射することにより、前記加工対象物の切断予定ラインに沿って、切断の起点となる改質領域を前記加工対象物の内部に形成するレーザ加工装置であって、
前記加工対象物が載置される載置台と、
前記加工用レーザ光を直線偏光として出射する加工用レーザ光源と、
前記加工対象物に照射するための測定用レーザ光を出射する測定用レーザ光源と、
前記加工用レーザ光源から出射された前記加工用レーザ光の偏光方向を変更する第１の１／２波長板と、
前記第１の１／２波長板を通過した前記加工用レーザ光を、所定の方向を偏光方向とする前記加工用レーザ光、及び前記所定の方向と交差する方向を偏光方向とする前記加工用レーザ光に分岐する偏光板と、
前記偏光板により分岐され且つ前記所定の方向と交差する方向を偏光方向とされた前記加工用レーザ光の偏光方向を前記所定の方向に変更する第２の１／２波長板と、
前記第２の１／２波長板を通過し且つ前記所定の方向を偏光方向とされた前記加工用レーザ光、及び前記測定用レーザ光源から出射された前記測定用レーザ光を前記加工対象物に向けて集光する第１の集光用レンズと、
前記所定の方向に沿って前記第１の集光用レンズに並設され、前記偏光板により分岐され且つ前記所定の方向を偏光方向とされた前記加工用レーザ光を前記加工対象物に向けて集光する第２の集光用レンズと、
前記加工対象物において前記測定用レーザ光が照射されるレーザ光照射面で反射した前記測定用レーザ光の反射光を検出することで、前記第２の集光用レンズにより集光される前記加工用レーザ光の集光点が前記レーザ光照射面を基準として所定の位置に合うように、前記レーザ光照射面と前記第２の集光用レンズとの距離を制御する制御手段と、
前記所定の方向が前記切断予定ラインと略一致した状態で、前記第１及び前記第２の集光用レンズ、並びに前記載置台の少なくとも一方を前記切断予定ラインに沿って相対移動させる移動手段と、を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記レーザ光照射面で反射した前記測定用レーザ光の反射光を検出することで、前記第１の集光用レンズにより集光される前記加工用レーザ光の集光点が前記レーザ光照射面を基準として所定の位置に合うように、前記レーザ光照射面と前記第１の集光用レンズとの距離を制御することを特徴とする請求項１又は２記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記第１の１／２波長板は、前記加工用レーザ光の偏光方向を任意の方向に変更することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記加工用レーザ光の光路において前記加工用レーザ光源と前記第１の１／２波長板との間に配置され、前記加工用レーザ光の光量を調節するアッテネータを備えることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
前記加工用レーザ光の光路において前記偏光板と前記第１の集光用レンズとの間に配置され、前記加工用レーザ光が前記第１の集光レンズに入射するのを遮断するシャッタを備えることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項記載のレーザ加工装置。
【請求項７】
前記第２の集光用レンズは、前記第１の集光用レンズと所定の距離だけ離間して並設されており、
前記制御手段は、
前記レーザ光照射面と前記第１の集光用レンズとの距離が一定となるように前記第１の集光用レンズを動作すると共に当該動作に関する動作情報を取得しつつ、前記動作情報及び前記所定の距離に基づいて、前記第２の集光用レンズを動作する制御と、
予め取得された前記動作情報に基づいて、前記第１の集光用レンズを動作すると共に、予め取得された前記動作情報及び前記所定の距離に基づいて、前記第２の集光用レンズを動作する制御と、を実行することを特徴とする請求項１〜６の何れか一項記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、板状の加工対象物を切断予定ラインに沿って切断するためのレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のレーザ加工装置として、板状の加工対象物の内部に集光点を合わせて加工用レーザ光を照射することにより、加工対象物の切断予定ラインに沿って、切断の起点となる改質領域を加工対象物の内部に形成するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−３４３００８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上述のようなレーザ加工装置においては、例えば厚さが１００μｍ以上というような比較的厚い加工対象物を切断する場合、以下のことが必要となる。すなわち、加工対象物のレーザ光照射面から所定の位置に改質領域を精度良く形成するために、加工用レーザ光を照射して改質領域を形成する前に、レーザ光照射面の変位を測定するための測定用レーザ光を切断予定ラインに沿って照射すること（トレース）が予め必要である。さらに、加工対象物を精度良く切断するために、改質領域を加工対象物の厚さ方向に複数列形成することが要求され、よって、同一の切断予定ラインに沿った加工用レーザ光のスキャンを改質領域の列数に応じて複数回繰り返し行うことが必要である。従って、上述のようなレーザ加工装置では、加工対象物の内部に改質領域を形成するのに要する時間が長くなり、ひいてはランニングコストが増大するおそれがある。
【０００４】
そこで、本発明は、加工対象物の内部に改質領域を形成するのに要する時間を短縮することができるレーザ加工装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明に係るレーザ加工装置は、板状の加工対象物の内部に集光点を合わせて加工用レーザ光を照射することにより、加工対象物の切断予定ラインに沿って、切断の起点となる改質領域を加工対象物の内部に形成するレーザ加工装置であって、加工対象物が載置される載置台と、加工用レーザ光を直線偏光として出射する加工用レーザ光源と、加工対象物に照射するための測定用レーザ光を出射する測定用レーザ光源と、加工用レーザ光源から出射された加工用レーザ光の偏光方向を変更する第１の１／２波長板と、第１の１／２波長板を通過した加工用レーザ光を、所定の方向を偏光方向とする加工用レーザ光、及び所定の方向と交差する方向を偏光方向とする加工用レーザ光に分岐する偏光板と、偏光板により分岐され且つ所定の方向と交差する方向を偏光方向とされた加工用レーザ光の偏光方向を所定の方向に変更する第２の１／２波長板と、偏光板により分岐され且つ所定の方向を偏光方向とされた加工用レーザ光、及び測定用レーザ光源から出射された測定用レーザ光を加工対象物に向けて集光する第１の集光用レンズと、所定の方向に沿って第１の集光用レンズと並設され、第２の１／２波長板を通過し且つ所定の方向を偏光方向とされた加工用レーザ光を加工対象物に向けて集光する第２の集光用レンズと、加工対象物において測定用レーザ光が照射されるレーザ光照射面で反射した測定用レーザ光の反射光を検出することで、第２の集光用レンズにより集光される加工用レーザ光の集光点がレーザ光照射面を基準として所定の位置に合うように、レーザ光照射面と第２の集光用レンズとの距離を制御する制御手段と、所定の方向が切断予定ラインと略一致した状態で、第１及び第２の集光用レンズ、並びに載置台の少なくとも一方を切断予定ラインに沿って相対移動させる移動手段と、を備えることを特徴とする。
【０００６】
また、本発明に係るレーザ加工装置は、板状の加工対象物の内部に集光点を合わせて加工用レーザ光を照射することにより、加工対象物の切断予定ラインに沿って、切断の起点となる改質領域を加工対象物の内部に形成するレーザ加工装置であって、加工対象物が載置される載置台と、加工用レーザ光を直線偏光として出射する加工用レーザ光源と、加工対象物に照射するための測定用レーザ光を出射する測定用レーザ光源と、加工用レーザ光源から出射された加工用レーザ光の偏光方向を変更する第１の１／２波長板と、第１の１／２波長板を通過した加工用レーザ光を、所定の方向を偏光方向とする加工用レーザ光、及び所定の方向と交差する方向を偏光方向とする加工用レーザ光に分岐する偏光板と、偏光板により分岐され且つ所定の方向と交差する方向を偏光方向とされた加工用レーザ光の偏光方向を所定の方向に変更する第２の１／２波長板と、第２の１／２波長板を通過し且つ所定の方向を偏光方向とされた加工用レーザ光、及び測定用レーザ光源から出射された測定用レーザ光を加工対象物に向けて集光する第１の集光用レンズと、所定の方向に沿って第１の集光用レンズに並設され、偏光板により分岐され且つ所定の方向を偏光方向とされた加工用レーザ光を加工対象物に向けて集光する第２の集光用レンズと、加工対象物において測定用レーザ光が照射されるレーザ光照射面で反射した測定用レーザ光の反射光を検出することで、第２の集光用レンズにより集光される加工用レーザ光の集光点がレーザ光照射面を基準として所定の位置に合うように、レーザ光照射面と第２の集光用レンズとの距離を制御する制御手段と、所定の方向が切断予定ラインと略一致した状態で、第１及び第２の集光用レンズ、並びに載置台の少なくとも一方を切断予定ラインに沿って相対移動させる移動手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
この本発明に係るレーザ加工装置においては、直線偏光である加工用レーザ光は、加工用レーザ光源から出射され、第１の１／２波長板により偏光方向が変更され、偏光板に入射する。この偏光板により、加工用レーザ光は、所定の方向を偏光方向とする加工用レーザ光、及び所定の方向と交差する方向を偏光方向とする加工用レーザ光に分岐される。そして、偏光板により分岐され且つ所定の方向と交差する方向を偏光方向とされた加工用レーザ光は、第２の１／２波長板により、偏光方向を所定の方向に変更される。すなわち、直線偏光の加工用レーザ光は、所定の方向を偏光方向として、第１の集光用レンズに入射するものと第２の集光用レンズに入射するものとに分岐される。そして、例えば、移動手段により、所定の方向が切断予定ラインと略一致した状態で、第１及び第２の集光用レンズ、並びに載置台の少なくとも一方が切断予定ラインに沿って相対移動させられるのに併せて、測定用レーザ光源から測定用レーザ光が出射され、制御手段により、加工対象物のレーザ光照射面で反射した測定用レーザ光の反射光が検出されることで、第２の集光用レンズにより集光される加工用レーザ光の集光点がレーザ光照射面を基準として所定の位置に合うように、レーザ光照射面と第２の集光用レンズとの距離が制御される。従って、これらにより、測定用レーザ光によるレーザ光照射面の変位測定と加工用レーザ光による改質領域の形成とを同時に行うことが可能となり、加工対象物の厚さが比較的厚い場合であっても、予めトレースを行うことが不要となる。よって、加工対象物の内部に改質領域を形成するのに要する時間を短縮することができる。
【０００８】
また、制御手段は、レーザ光照射面で反射した測定用レーザ光の反射光を検出することで、第１の集光用レンズにより集光される加工用レーザ光の集光点がレーザ光照射面を基準として所定の位置に合うように、レーザ光照射面と第１の集光用レンズとの距離を制御することが好ましい。この場合、例えば、移動手段により、所定の方向が切断予定ラインと略一致した状態で、第１及び第２の集光用レンズ、並びに載置台の少なくとも一方が切断予定ラインに沿って相対移動させられるのに併せて、測定用レーザ光源から測定用レーザ光が出射され、制御手段により、加工対象物のレーザ光照射面で反射した測定用レーザ光の反射光が検出されることで、第１の集光用レンズにより集光される加工用レーザ光の集光点がレーザ光照射面を基準として所定の位置に合うように、レーザ光照射面と第１の集光用レンズとの距離が制御されると共に、第２の集光用レンズにより集光される加工用レーザ光の集光点がレーザ光照射面を基準として所定の位置に合うように、レーザ光照射面と第２の集光用レンズとの距離が制御される。従って、少なくとも２列の改質領域を加工対象物の内部に同時に形成することができる。その結果、加工対象物の厚さ方向に改質領域を複数列形成する場合、加工用レーザ光の同一の切断予定ラインに沿ったスキャンの繰返し回数を低減することが可能となる。
【０００９】
また、第１の１／２波長板は、加工用レーザ光の偏光方向を任意の方向に変更することが好ましい。この場合、第１の１／２波長板を通過した加工用レーザ光の偏光方向に応じて、偏光板により分岐される各加工用レーザ光の光量の配分を任意に調節することができる。
【００１０】
また、加工用レーザ光の光路において加工用レーザ光源と第１の１／２波長板との間に配置され、加工用レーザ光の光量を調節するアッテネータを備えることが好ましい。この場合、アッテネータにより、第１の１／２波長板に入射する加工用レーザ光の光量を調節して、加工用レーザ光の全体出力を自在に変更することができる。
【００１１】
また、加工用レーザ光の光路において偏光板と第１の集光用レンズとの間に配置され、加工用レーザ光が第１の集光レンズに入射するのを遮断するシャッタを備えることが好ましい。この場合、シャッタを閉とすることで、第１の集光用レンズにより加工用レーザ光が加工対象物に向けて集光されるのを確実且つ容易に抑止することができる。このことは、第１の集光用レンズを用いて測定用レーザ光によるレーザ光照射面の変位測定のみを行う場合に特に有効である。
【００１２】
また、第２の集光用レンズは、第１の集光用レンズと所定の距離だけ離間して並設されており、制御手段は、レーザ光照射面と第１の集光用レンズとの距離が一定となるように第１の集光用レンズを動作すると共に当該動作に関する動作情報を取得しつつ、動作情報及び所定の距離に基づいて、第２の集光用レンズを動作する制御と、予め取得された動作情報に基づいて、第１の集光用レンズを動作すると共に、予め取得された動作情報及び所定の距離に基づいて、第２の集光用レンズを動作する制御と、を実行する場合がある。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、加工対象物の内部に改質領域を形成するのに要する時間を短縮することができるレーザ加工装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。本実施形態のレーザ加工方法では、加工対象物の内部に改質領域を形成するために多光子吸収という現象を利用する。そこで、最初に、多光子吸収により改質領域を形成するためのレーザ加工方法について説明する。
【００１５】
材料の吸収のバンドギャップＥＧよりも光子のエネルギーｈνが小さいと光学的に透明となる。よって、材料に吸収が生じる条件はｈν＞ＥＧである。しかし、光学的に透明でも、レーザ光の強度を非常に大きくするとｎｈν＞ＥＧの条件（ｎ＝２，３，４，・・・）で材料に吸収が生じる。この現象を多光子吸収という。パルス波の場合、レーザ光の強度はレーザ光の集光点のピークパワー密度（Ｗ／ｃｍ２）で決まり、例えばピークパワー密度が１×１０８（Ｗ／ｃｍ２）以上の条件で多光子吸収が生じる。ピークパワー密度は、（集光点におけるレーザ光の１パルス当たりのエネルギー）÷（レーザ光のビームスポット断面積×パルス幅）により求められる。また、連続波の場合、レーザ光の強度はレーザ光の集光点の電界強度（Ｗ／ｃｍ２）で決まる。
【００１６】
このような多光子吸収を利用する本実施形態に係るレーザ加工方法の原理について、図１〜図６を参照して説明する。図１に示すように、ウェハ状（板状）の加工対象物１の表面３には、加工対象物１を切断するための切断予定ライン５がある。切断予定ライン５は直線状に延びた仮想線である。本実施形態に係るレーザ加工方法では、図２に示すように、多光子吸収が生じる条件で加工対象物１の内部に集光点Ｐを合わせてレーザ光Ｌを照射して改質領域７を形成する。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、仮想線に限らず加工対象物１に実際に引かれた線であってもよい。
【００１７】
そして、レーザ光Ｌを切断予定ライン５に沿って（すなわち、図１の矢印Ａ方向に）相対的に移動させることにより、集光点Ｐを切断予定ライン５に沿って移動させる。これにより、図３〜図５に示すように、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、この改質領域７が切断起点領域８となる。ここで、切断起点領域８とは、加工対象物１が切断される際に切断（割れ）の起点となる領域を意味する。この切断起点領域８は、改質領域７が連続的に形成されることで形成される場合もあるし、改質領域７が断続的に形成されることで形成される場合もある。
【００１８】
本実施形態に係るレーザ加工方法は、加工対象物１がレーザ光Ｌを吸収することにより加工対象物１を発熱させて改質領域７を形成するものではない。加工対象物１にレーザ光Ｌを透過させ加工対象物１の内部に多光子吸収を発生させて改質領域７を形成している。よって、加工対象物１の表面３ではレーザ光Ｌがほとん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。
【００１９】
加工対象物１の内部に切断起点領域８を形成すると、この切断起点領域８を起点として割れが発生し易くなるため、図６に示すように、比較的小さな力で加工対象物１を切断することができる。よって、加工対象物１の表面３に不必要な割れを発生させることなく、加工対象物１を高精度に切断することが可能になる。
【００２０】
この切断起点領域８を起点とした加工対象物１の切断には、次の２通りが考えられる。１つは、切断起点領域８形成後、加工対象物１に人為的な力が印加されることにより、切断起点領域８を起点として加工対象物１が割れ、加工対象物１が切断される場合である。これは、例えば加工対象物１の厚さが大きい場合の切断である。人為的な力が印加されるとは、例えば、加工対象物１の切断起点領域８に沿って加工対象物１に曲げ応力やせん断応力を加えたり、加工対象物１に温度差を与えることにより熱応力を発生させたりすることである。他の１つは、切断起点領域８を形成することにより、切断起点領域８を起点として加工対象物１の断面方向（厚さ方向）に向かって自然に割れ、結果的に加工対象物１が切断される場合である。これは、例えば加工対象物１の厚さが小さい場合には、１列の改質領域７により切断起点領域８が形成されることで可能となり、加工対象物１の厚さが大きい場合には、厚さ方向に複数列形成された改質領域７により切断起点領域８が形成されることで可能となる。なお、この自然に割れる場合も、切断する箇所において、切断起点領域８が形成されていない部位に対応する部分の表面３上にまで割れが先走ることがなく、切断起点領域８を形成した部位に対応する部分のみを割断することができるので、割断を制御よくすることができる。近年、シリコンウェハ等の加工対象物１の厚さは薄くなる傾向にあるので、このような制御性のよい割断方法は大変有効である。
【００２１】
さて、本実施形態に係るレーザ加工方法において、多光子吸収により形成される改質領域としては、次の（１）〜（３）の場合がある。
【００２２】
（１）改質領域が１つ又は複数のクラックを含むクラック領域の場合
加工対象物（例えばガラスやＬｉＴａＯ３からなる圧電材料）の内部に集光点を合わせて、集光点における電界強度が１×１０８（Ｗ／ｃｍ２）以上で且つパルス幅が１μｓ以下の条件でレーザ光を照射する。このパルス幅の大きさは、多光子吸収を生じさせつつ加工対象物の表面に余計なダメージを与えずに、加工対象物の内部にのみクラック領域を形成できる条件である。これにより、加工対象物の内部には多光子吸収による光学的損傷という現象が発生する。この光学的損傷により加工対象物の内部に熱ひずみが誘起され、これにより加工対象物の内部にクラック領域が形成される。電界強度の上限値としては、例えば１×１０１２（Ｗ／ｃｍ２）である。パルス幅は例えば１ｎｓ〜２００ｎｓが好ましい。なお、多光子吸収によるクラック領域の形成は、例えば、第４５回レーザ熱加工研究会論文集（１９９８年．１２月）の第２３頁〜第２８頁の「固体レーザー高調波によるガラス基板の内部マーキング」に記載されている。
【００２３】
本発明者は、電界強度とクラックの大きさとの関係を実験により求めた。実験条件は次ぎの通りである。
【００２４】
（Ａ）加工対象物：パイレックス（登録商標）ガラス（厚さ７００μｍ）
（Ｂ）レーザ
光源：半導体レーザ励起Ｎｄ：ＹＡＧレーザ
波長：１０６４ｎｍ
レーザ光スポット断面積：３．１４×１０−８ｃｍ２
発振形態：Ｑスイッチパルス
繰り返し周波数：１００ｋＨｚ
パルス幅：３０ｎｓ
出力：出力＜１ｍＪ／パルス
レーザ光品質：ＴＥＭ００
偏光特性：直線偏光
（Ｃ）集光用レンズ
レーザ光波長に対する透過率：６０パーセント
（Ｄ）加工対象物が載置される載置台の移動速度：１００ｍｍ／秒
【００２５】
なお、レーザ光品質がＴＥＭ００とは、集光性が高くレーザ光の波長程度まで集光可能を意味する。
【００２６】
図７は上記実験の結果を示すグラフである。横軸はピークパワー密度であり、レーザ光がパルスレーザ光なので電界強度はピークパワー密度で表される。縦軸は１パルスのレーザ光により加工対象物の内部に形成されたクラック部分（クラックスポット）の大きさを示している。クラックスポットが集まりクラック領域となる。クラックスポットの大きさは、クラックスポットの形状のうち最大の長さとなる部分の大きさである。グラフ中の黒丸で示すデータは集光用レンズ（Ｃ）の倍率が１００倍、開口数（ＮＡ）が０．８０の場合である。一方、グラフ中の白丸で示すデータは集光用レンズ（Ｃ）の倍率が５０倍、開口数（ＮＡ）が０．５５の場合である。ピークパワー密度が１０１１（Ｗ／ｃｍ２）程度から加工対象物の内部にクラックスポットが発生し、ピークパワー密度が大きくなるに従いクラックスポットも大きくなることが分かる。
【００２７】
次に、クラック領域形成による加工対象物の切断のメカニズムについて、図８〜図１１を参照して説明する。図８に示すように、多光子吸収が生じる条件で加工対象物１の内部に集光点Ｐを合わせてレーザ光Ｌを照射して切断予定ラインに沿って内部にクラック領域９を形成する。クラック領域９は１つ又は複数のクラックを含む領域である。このように形成されたクラック領域９が切断起点領域となる。図９に示すように、クラック領域９を起点として（すなわち、切断起点領域を起点として）クラックがさらに成長し、図１０に示すように、クラックが加工対象物１の表面３と裏面２１とに到達し、図１１に示すように、加工対象物１が割れることにより加工対象物１が切断される。加工対象物１の表面３と裏面２１とに到達するクラックは自然に成長する場合もあるし、加工対象物１に力が印加されることにより成長する場合もある。
【００２８】
（２）改質領域が溶融処理領域の場合
加工対象物（例えばシリコンのような半導体材料）の内部に集光点を合わせて、集光点における電界強度が１×１０８（Ｗ／ｃｍ２）以上で且つパルス幅が１μｓ以下の条件でレーザ光を照射する。これにより加工対象物の内部は多光子吸収によって局所的に加熱される。この加熱により加工対象物の内部に溶融処理領域が形成される。溶融処理領域とは一旦溶融後再固化した領域や、まさに溶融状態の領域や、溶融状態から再固化する状態の領域であり、相変化した領域や結晶構造が変化した領域ということもできる。また、溶融処理領域とは単結晶構造、非晶質構造、多結晶構造において、ある構造が別の構造に変化した領域ということもできる。つまり、例えば、単結晶構造から非晶質構造に変化した領域、単結晶構造から多結晶構造に変化した領域、単結晶構造から非晶質構造及び多結晶構造を含む構造に変化した領域を意味する。加工対象物がシリコン単結晶構造の場合、溶融処理領域は例えば非晶質シリコン構造である。電界強度の上限値としては、例えば１×１０１２（Ｗ／ｃｍ２）である。パルス幅は例えば１ｎｓ〜２００ｎｓが好ましい。
【００２９】
本発明者は、シリコンウェハ（半導体基板）の内部で溶融処理領域が形成されることを実験により確認した。実験条件は次の通りである。
【００３０】
（Ａ）加工対象物：シリコンウェハ（厚さ３５０μｍ、外径４インチ）
（Ｂ）レーザ
光源：半導体レーザ励起Ｎｄ：ＹＡＧレーザ
波長：１０６４ｎｍ
レーザ光スポット断面積：３．１４×１０−８ｃｍ２
発振形態：Ｑスイッチパルス
繰り返し周波数：１００ｋＨｚ
パルス幅：３０ｎｓ
出力：２０μＪ／パルス
レーザ光品質：ＴＥＭ００
偏光特性：直線偏光
（Ｃ）集光用レンズ
倍率：５０倍
Ｎ．Ａ．：０．５５
レーザ光波長に対する透過率：６０パーセント
（Ｄ）加工対象物が載置される載置台の移動速度：１００ｍｍ／秒
【００３１】
図１２は、上記条件でのレーザ加工により切断されたシリコンウェハの一部における断面の写真を表した図である。シリコンウェハ１１の内部に溶融処理領域１３が形成されている。なお、上記条件により形成された溶融処理領域１３の厚さ方向の大きさは１００μｍ程度である。
【００３２】
溶融処理領域１３が多光子吸収により形成されたことを説明する。図１３は、レーザ光の波長とシリコン基板の内部の透過率との関係を示すグラフである。ただし、シリコン基板の表面側と裏面側それぞれの反射成分を除去し、内部のみの透過率を示している。シリコン基板の厚さｔが５０μｍ、１００μｍ、２００μｍ、５００μｍ、１０００μｍの各々について上記関係を示した。
【００３３】
例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの波長である１０６４ｎｍにおいて、シリコン基板の厚さが５００μｍ以下の場合、シリコン基板の内部ではレーザ光が８０％以上透過することが分かる。図１２に示すシリコンウェハ１１の厚さは３５０μｍであるので、多光子吸収による溶融処理領域１３はシリコンウェハ１１の中心付近、つまり表面から１７５μｍの部分に形成される。この場合の透過率は、厚さ２００μｍのシリコンウェハを参考にすると、９０％以上なので、レーザ光がシリコンウェハ１１の内部で吸収されるのは僅かであり、ほとんどが透過する。このことは、シリコンウェハ１１の内部でレーザ光が吸収されて、溶融処理領域１３がシリコンウェハ１１の内部に形成（つまりレーザ光による通常の加熱で溶融処理領域が形成）されたものではなく、溶融処理領域１３が多光子吸収により形成されたことを意味する。多光子吸収による溶融処理領域の形成は、例えば、溶接学会全国大会講演概要第６６集（２０００年４月）の第７２頁〜第７３頁の「ピコ秒パルスレーザによるシリコンの加工特性評価」に記載されている。
【００３４】
なお、シリコンウェハは、溶融処理領域によって形成される切断起点領域を起点として断面方向に向かって割れを発生させ、その割れがシリコンウェハの表面と裏面とに到達することにより、結果的に切断される。シリコンウェハの表面と裏面に到達するこの割れは自然に成長する場合もあるし、シリコンウェハに力が印加されることにより成長する場合もある。そして、切断起点領域からシリコンウェハの表面と裏面とに割れが自然に成長する場合には、切断起点領域を形成する溶融処理領域が溶融している状態から割れが成長する場合と、切断起点領域を形成する溶融処理領域が溶融している状態から再固化する際に割れが成長する場合とのいずれもある。ただし、どちらの場合も溶融処理領域はシリコンウェハの内部のみに形成され、切断後の切断面には、図１２のように内部にのみ溶融処理領域が形成されている。このように、加工対象物の内部に溶融処理領域によって切断起点領域を形成すると、割断時、切断起点領域ラインから外れた不必要な割れが生じにくいので、割断制御が容易となる。ちなみに、溶融処理領域の形成は多光子吸収が原因の場合のみでなく、他の吸収作用が原因の場合もある。
【００３５】
（３）改質領域が屈折率変化領域の場合
加工対象物（例えばガラス）の内部に集光点を合わせて、集光点における電界強度が１×１０８（Ｗ／ｃｍ２）以上で且つパルス幅が１ｎｓ以下の条件でレーザ光を照射する。パルス幅を極めて短くして、多光子吸収を加工対象物の内部に起こさせると、多光子吸収によるエネルギーが熱エネルギーに転化せずに、加工対象物の内部にはイオン価数変化、結晶化又は分極配向等の永続的な構造変化が誘起されて屈折率変化領域が形成される。電界強度の上限値としては、例えば１×１０１２（Ｗ／ｃｍ２）である。パルス幅は例えば１ｎｓ以下が好ましく、１ｐｓ以下がさらに好ましい。多光子吸収による屈折率変化領域の形成は、例えば、第４２回レーザ熱加工研究会論文集（１９９７年．１１月）の第１０５頁〜第１１１頁の「フェムト秒レーザー照射によるガラス内部への光誘起構造形成」に記載されている。
【００３６】
以上、多光子吸収により形成される改質領域として（１）〜（３）の場合を説明したが、ウェハ状の加工対象物の結晶構造やその劈開性などを考慮して切断起点領域を次のように形成すれば、その切断起点領域を起点として、より一層小さな力で、しかも精度良く加工対象物を切断することが可能になる。
【００３７】
すなわち、シリコンなどのダイヤモンド構造の単結晶半導体からなる基板の場合は、（１１１）面（第１劈開面）や（１１０）面（第２劈開面）に沿った方向に切断起点領域を形成するのが好ましい。また、ＧａＡｓなどの閃亜鉛鉱型構造のIII−V族化合物半導体からなる基板の場合は、（１１０）面に沿った方向に切断起点領域を形成するのが好ましい。さらに、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）などの六方晶系の結晶構造を有する基板の場合は、（０００１）面（Ｃ面）を主面として（１１２０）面（Ａ面）或いは（１１００）面（Ｍ面）に沿った方向に切断起点領域を形成するのが好ましい。
【００３８】
なお、上述した切断起点領域を形成すべき方向（例えば、単結晶シリコン基板における（１１１）面に沿った方向）、或いは切断起点領域を形成すべき方向に直交する方向に沿って基板にオリエンテーションフラットを形成すれば、そのオリエンテーションフラットを基準とすることで、切断起点領域を形成すべき方向に沿った切断起点領域を容易且つ正確に基板に形成することが可能になる。
【００３９】
次に、本発明の好適な実施形態について説明する。
【００４０】
図１４及び図１５に示すように、加工対象物１は、厚さ３００μｍ、直径８インチのシリコンウェハ１１と、複数の機能素子１５を含んでシリコンウェハ１１の表面１１ａに形成された機能素子層１６とを備えている。
【００４１】
機能素子１５は、例えば、結晶成長により形成された半導体動作層、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、或いは回路として形成された回路素子等であり、シリコンウェハ１１のオリエンテーションフラット６に平行な方向及び垂直な方向にマトリックス状に多数形成されている。このような加工対象物１は、隣り合う機能素子間を通るように格子状に設定された切断予定ライン５に沿って切断され、例えばチップサイズが１ｍｍ×１ｍｍのチップとなる。
【００４２】
図１６に示すように、レーザ加工装置１００は、板状の加工対象物１の内部に集光点を合わせてレーザ光（加工用レーザ光）Ｌを照射することにより、加工対象物１の切断予定ライン５に沿って、切断の起点となる改質領域を加工対象物１の内部に複数列形成するものである。
【００４３】
レーザ加工装置１００は、加工対象物１が水平に載置される載置台１０７と、レーザユニット１１０と、載置台１０７及びレーザユニット１１０を移動させる移動制御部（移動手段）１１５と、を備えている。移動制御部１１５は、載置台１０７を水平方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）に移動させ、レーザユニット１１０を鉛直方向（Ｚ軸方向）に移動させる。
【００４４】
レーザユニット１１０は、Ｘ軸方向（所定の方向）を偏光方向とする直線偏光の加工用レーザ光Ｌをパルス発振する加工用レーザ光源１０１を備えている。この加工用レーザ光源１０１から出射された加工用レーザ光Ｌは、加工用レーザ光Ｌの光量を調節するアッテネータ１０２を通過し、Ｘ軸方向を偏光方向とする直線偏光の加工用レーザ光Ｌ１とＹ軸方向（所定の方向と交差する方向）を偏光方向とする直線偏光の加工用レーザ光Ｌ２とに分岐するセパレータ１０３に導かれる。
【００４５】
分岐された加工用レーザ光Ｌ１は、加工用レーザ光Ｌ１の通過又は遮断を行うシャッタ３３、ビームサイズを拡大するビームエキスパンダ３５、ダイクロイックミラー４８に順次に導かれ、集光用レンズ（第１の集光用レンズ）３１により集光されて加工対象物１に照射される。集光用レンズ３１は、加工用レーザ光Ｌ１及び後述する測定用レーザ光Ｌ３を加工対象物１に向けて集光するものである。この集光用レンズ３１には、ピエゾ素子２８が取り付けられており、当該ピエゾ素子２８により集光用レンズ３１のＺ軸方向位置が調整される。ダイクロイックミラー４８は、加工用レーザ光Ｌ１を透過すると共に、後述する測定用レーザ光Ｌ３及びその反射光Ｌ４を反射させる。
【００４６】
一方、分岐された加工用レーザ光Ｌ２は、ミラー２２、シャッタ３４、ビームエキスパンダ３６に順次に導かれ、アッテネータ１０４によりＸ軸方向を偏光方向とする直線偏光とされ、集光用レンズ（第２の集光用レンズ）３２により集光されて加工対象物１に照射される。集光用レンズ３２は、集光用レンズ３１とＸ軸方向に所定の距離Ｄだけ離間して並設されており、加工用レーザ光Ｌ２を加工対象物１に向けて集光するものである。ここでは、距離Ｄは、３５ｍｍとしている。この集光用レンズ３２にも、集光用レンズ３１と同様に、ピエゾ素子２９が取り付けられており、当該ピエゾ素子２９により集光用レンズ３２のＺ軸方向位置が調整される。
【００４７】
また、レーザユニット１１０は、例えばレーザダイオードを用いた測定用レーザ光源４１を有している。この測定用レーザ光源４１は、加工対象物１に照射するための測定用レーザ光Ｌ３を出射するものであり、これにより、加工対象物１の表面３の変位を測定して、加工対象物１の内部における所望の位置に改質領域を精度良く形成することができる。測定用レーザ光源４１から出射された測定用レーザ光Ｌ３は、ミラー４６、ハーフミラー４７により順次に反射されて、ダイクロイックミラー４８に導かれる。そして、測定用レーザ光Ｌ３は、加工用レーザ光Ｌ１の光軸上を下方に向かって進行し、集光用レンズ３１により集光されて加工対象物１に照射される。加工対象物１の表面（レーザ光照射面）３で反射された測定用レーザ光Ｌ３の反射光Ｌ４は、集光用レンズ３１に再入射して加工用レーザ光Ｌ１の光軸上を上方に向かって進行し、ダイクロイックミラー４８により反射され、ハーフミラー４７を通過する。
【００４８】
ハーフミラー４７を通過した測定用レーザ光の反射光Ｌ４は、シリンドリカルレンズと平凸レンズとからなる整形光学系４９により非点収差が付加されて集光され、フォトダイオードを４等分してなる４分割フォトダイオード４２上に照射され、４分割フォトダイオード４２の受光面に集光像を形成する。この集光像は、整形光学系４９で非点収差が付加されていることより、加工対象物１の表面３の変位に応じて変化する。よって、４分割フォトダイオード４２は、表面３の変位に関する変位情報を電圧値として取得する。この４分割フォトダイオード４２には、集光用レンズ制御部（制御手段）１０５が接続されている。集光用レンズ制御部１０５には、上述したピエゾ素子２８，２９が接続されており、集光用レンズ制御部１０５は、取得した電圧値等に基づいて、集光用レンズ３１，３２により集光される加工用レーザ光Ｌ１，Ｌ２の集光点が表面３を基準として所定の位置に合うように、ピエゾ素子２８，２９の駆動を制御する。
【００４９】
具体的には、集光用レンズ制御部１０５は、４分割フォトダイオード４２により取得された電圧値に基づいて、加工対象物１の表面３と集光用レンズ３１との距離が一定となるように集光用レンズ３１を動作させると共に当該動作に関する動作情報を取得しつつ、動作情報及び距離Ｄに基づいて、集光用レンズ３２を動作させる制御を実行する。
【００５０】
より具体的には、集光用レンズ制御部１０５は、以下の制御を実行する。すなわち、集光用レンズ３１及び集光用レンズ３２が同一の切断予定ライン５上に配置される状態（加工用レーザ光の偏光方向であるＸ軸方向が切断予定ライン５と略一致した状態）で、載置台１０７を当該切断予定ライン５に沿って相対移動させるに際して、４分割フォトダイオード４２により取得された電圧値が一定になるようにピエゾ素子２８を駆動し、加工対象物１の表面３と集光用レンズ３１との距離が一定距離を維持するように集光用レンズ３１を動作させる。これと共に、ピエゾ素子２８を駆動させた指令電圧を切断予定ライン５に沿う座標と関連付けて、指令電圧データとしてメモリーしつつ、当該指令電圧データにおいて集光用レンズ３２のＸ座標（集光用レンズ３１のＸ座標に距離Ｄだけ加算した座標）での指令電圧データをピエゾ素子２９にて再生し、集光用レンズ３２を動作させる。換言すると、メモリーした指令電圧データを、載置台１０７が距離Ｄを相対移動するために必要な時間だけ遅らせてピエゾ素子２９で再生し、集光用レンズ３２を動作させる。
【００５１】
また、集光用レンズ制御部１０５は、予め取得された動作情報に基づいて、集光用レンズ３１を動作させると共に、予め取得された動作情報及び距離Ｄに基づいて、集光用レンズ３２を動作させる制御を実行する。
【００５２】
より具体的には、集光用レンズ制御部１０５は、以下の制御を実行する。すなわち、集光用レンズ３１及び集光用レンズ３２が同一の切断予定ライン５上に配置される状態で、載置台１０７を当該切断予定ライン５に沿って相対移動させるに際して、既にメモリーされた指令電圧データにおいて集光用レンズ３１のＸ座標での電圧指令データをピエゾ素子２８にて再生し、集光用レンズ３１を動作させる。これと共に、既にメモリーされた指令電圧データにおいて集光用レンズ３２のＸ座標での電圧指令データをピエゾ素子２９にて再生し、集光用レンズ３２を動作させる。
【００５３】
ところで、レーザ加工装置１００には、上述のように、セパレータ１０３が設けられている。セパレータ１０３は、１／２波長板（第１の１／２波長板）５１と偏光板５２とを有している。具体的には、１／２波長板５１と偏光板５２とは、加工用レーザ光Ｌの出射方向にこの順序で、加工用レーザ光Ｌの光軸上に配置されている。
【００５４】
１／２波長板５１は、加工用レーザ光Ｌの光軸回りに回転可能となっており、加工用レーザ光Ｌの偏光方向を任意の方向に変更することができる。すなわち、１／２波長板５１は、Ｘ軸方向の偏光方向を有する加工用レーザ光Ｌを、例えば、水平面（Ｘ−Ｙ平面）内においてＸ軸となす角度が４５°の方向を偏光方向としたり、水平面内においてＸ軸となす角度が６０°の方向を偏光方向としたりするものである。
【００５５】
偏光板５２は、加工用レーザ光Ｌを、Ｘ軸方向を偏光方向とする加工用レーザ光Ｌ１とＹ軸方向を偏光方向とする加工用レーザ光Ｌ２とに分岐する。具体的には、偏光板５２は、加工用レーザ光Ｌのうち偏光方向がＸ軸方向の加工用レーザ光を集光用レンズ３１に向けて加工用レーザ光Ｌ１として透過すると共に、偏光方向がＹ軸方向のレーザ光を集光用レンズ３２に向けて加工用レーザ光Ｌ２として反射する。
【００５６】
また、レーザ加工装置１００には、上述のように、アッテネータ１０２及びアッテネータ１０４が設けられている。アッテネータ１０２は、１／２波長板５３と偏光板５４とを有し、加工用レーザ光Ｌの出射方向にこの順序で、加工用レーザ光Ｌの光軸上に配置されている。このアッテネータ１０２は、１／２波長板５３により加工用レーザ光Ｌの偏光の向きを変更し、偏光板５４により偏光方向がＸ軸方向の加工用レーザ光Ｌのみを透過する。すなわち、アッテネータ１０２は、加工用レーザ光Ｌの光量を調整して加工用レーザ光Ｌの全体出力を自在に調整（変更）するいわゆる減衰器として主に機能する。
【００５７】
アッテネータ１０４は、１／２波長板（第２の１／２波長板）５５と偏光板５６とを有し、加工用レーザ光Ｌ２の出射方向にこの順序で、加工用レーザ光Ｌ２の光軸上に配置されている。１／２波長板５５は、加工用レーザ光Ｌ２の偏光方向を加工用レーザ光Ｌ１と同じＸ軸方向に変更する。すなわち、１／２波長板５５は、加工用レーザ光Ｌ２の偏光方向を加工用レーザ光Ｌ１と同じとするいわゆる偏光子として主に機能する。そして、偏光板５６は、偏光方向がＸ軸方向の加工用レーザ光Ｌ２のみを集光用レンズ３２に透過する。
【００５８】
以上、説明したレーザ加工装置１００を用いて加工対象物１を切断する場合、まず、加工対象物１の裏面２１に、例えばエキスパンドテープを貼り付けて当該加工対象物１を載置台１０７上に載置する。続いて、加工対象物１の表面３からシリコンウェハ１１の内部に集光点を合わせて多光子吸収が生じる条件で加工用レーザ光Ｌを照射して、各切断予定ライン５に沿って、切断の起点となる改質領域を加工対象物１の内部に形成する。そして、エキスパンドテープを拡張させる。これにより、改質領域を切断の起点として、加工対象物１が切断予定ライン５に沿って機能素子１５毎に精度良く切断され、複数の半導体チップが互いに離間することになる。なお、改質領域は、溶融処理領域の他に、クラック領域等を含む場合がある。
【００５９】
ここで、上述した改質領域の形成についてより詳細に説明する。なお、ここでは、上記と同様に、切断予定ライン５に沿った方向をＸ軸方向（Ｘ座標）、加工対象物１の厚さ方向をＺ軸方向（Ｚ座標）として説明する。
【００６０】
[ハイトセット]
まず、加工対象物１の表面３に投影した例えばレクチル画像のピントを合わせた状態で、測定用レーザ光Ｌ３を照射し、表面３で反射した測定用レーザ光Ｌ３の反射光Ｌ４を電圧値として検出し、検出された電圧値Ｖ０をメモリーする。このときの集光用レンズ３１のＺ座標を基準値（０μｍ）とし、表面３側から裏面２１側に向かう方向を正方向とする。
【００６１】
[第１アップカット加工]
続いて、図１７（ａ）に示すように、集光用レンズ３１のＸ座標が加工対象物１の右端から、例えば２５ｍｍ離れたＸ座標となるように、載置台１０７を移動させる。この集光用レンズ３１のＸ座標は、載置台１０７の移動速度が一定となるまでの載置台１０７の加減速距離である。加減速距離は、載置台１０７の移動速度に応じて適宜に設定してもよい。
【００６２】
続いて、集光用レンズ３１及び集光用レンズ３２が同一の切断予定ライン５上に配置されるようにして、移動制御部１１５により、載置台１０７を切断予定ライン５に沿って右方向に移動させる、すなわち、集光用レンズ３１，３２を加工対象物１の右端から左端に向かう方向（アップカットの方向）に相対移動させる。この移動に併せて、以下の動作を実行する。
【００６３】
図１７（ｂ）に示すように、測定用レーザ光源４１により測定用レーザ光Ｌ３を照射し、４分割フォトダイオード４２により反射光Ｌ４の電圧値を検出し、集光用レンズ制御部１０５により当該電圧値が電圧値Ｖ０になるようにピエゾ素子２８を駆動し、加工対象物１の表面３と集光用レンズ３１との距離がハイトセット時の距離を維持するように集光用レンズ３１をＺ軸方向に動作させる。これと共に、このピエゾ素子２８を駆動させた指令電圧をＸ座標と関連付けて、指令電圧データＣとして集光用レンズ制御部１０５にメモリー（記憶）する。ここで、メモリーする際には、シャッタ３３は閉としており、これにより、測定用レーザ光Ｌ３を照射時に集光用レンズ３１から加工用レーザ光Ｌ１が出射することを確実且つ容易に抑止している。このことは、集光用レンズ３１を用いて測定用レーザ光Ｌ３による表面３の変位測定のみを行う場合に特に有効である。
【００６４】
そして、集光用レンズ３２のＸ座標が加工対象物１の右端に達した時点から（すなわち、集光用レンズ３１のＸ座標が加工対象物１の右端から距離Ｄだけ左端側に達した時点から）、集光用レンズ制御部１０５により、メモリーした指令電圧データＣにおいて集光用レンズ３２のＸ座標での指令電圧データをピエゾ素子２９にて再生し、集光用レンズ３２を動作させる。これと共に、図１７（ｂ）に示すように、シャッタ３４を開とし、加工対象物１の内部に集光点を合わせて加工用レーザ光Ｌ２を加工対象物１に照射し、加工対象物１の表面３を基準にしてＺ軸方向に７３μｍの位置に改質領域を形成する。
【００６５】
集光用レンズ３２のＸ座標が加工対象物１の左端に達した時点から、載置台１０７の移動速度を減速すると共にシャッタ３４を閉として加工用レーザ光Ｌ２の照射を停止する。その後、図１７（ｃ）に示すように、当該座標が加工対象物１の左端から２５ｍｍ離れた座標となった時点で、載置台１０７の移動を停止する。
【００６６】
[第１ダウンカット加工]
続いて、移動制御部１１５によりレーザ加工ユニット１１０をＺ軸方向に移動させ、集光用レンズ３１のＺ座標を例えば６５μｍとする。そして、集光用レンズ３１及び集光用レンズ３２が同一の切断予定ライン５上に配置されるようにして、移動制御部１１５により、載置台１０７を切断予定ライン５に沿って左方向に移動させる、すなわち、集光用レンズ３１，３２を加工対象物１の左端から右端に向かう方向（ダウンカットの方向）に相対移動させる。この移動に併せて、以下の動作を実行する。
【００６７】
図１８（ａ）に示すように、集光用レンズ３２のＸ座標が加工対象物１の左端に達した時点から、集光用レンズ制御部１０５により、既にメモリーした指令電圧データＣにおいて集光用レンズ３２のＸ座標での指令電圧データＣをピエゾ素子２９にて再生し、集光用レンズ３２を動作させる。換言すると、メモリーした指令電圧データＣを、取得した順と逆でピエゾ素子２９にて再生（逆再生）し、集光用レンズ３２を動作させる。これと共に、シャッタ３４を開とし、加工対象物１の内部に集光点を合わせて加工用レーザ光Ｌ２を加工対象物１に照射し、加工対象物１の表面３を基準にしてＺ軸方向に６５μｍの位置に改質領域を形成する。
【００６８】
図１８（ｂ）に示すように、集光用レンズ３１のＸ座標が加工対象物１の左端に達した時点から、集光用レンズ制御部１０５により、既にメモリーした指令電圧データＣにおいて集光用レンズ３１のＸ座標での指令電圧データＣをピエゾ素子２８にて再生し、集光用レンズ３１を動作させる。換言すると、メモリーした指令電圧データＣをピエゾ素子２８にて逆再生し、集光用レンズ３１を動作させる。これと共に、シャッタ３３を開とし、加工対象物１の内部に集光点を合わせて加工用レーザ光Ｌ１を加工対象物１に照射し、加工対象物１の表面３を基準にしてＺ軸方向に５７μｍの位置に改質領域を形成する。
【００６９】
そして、集光用レンズ３２のＸ座標が加工対象物１の右端に達した時点から、シャッタ３４を閉として加工用レーザ光Ｌ２の照射を停止した後、集光用レンズ３１のＸ座標が加工対象物１の右端に達した時点から、載置台１０７の移動速度を減速すると共にシャッタ３３を閉として加工用レーザ光Ｌ１の照射を停止する。その後、図１８（ｃ）に示すように、当該座標が加工対象物１の右端から２５ｍｍ離れた座標となった時点で、載置台１０７の移動を停止する。
【００７０】
[第２アップカット加工]
続いて、移動制御部１１５によりレーザ加工ユニット１１０をＺ軸方向に移動させ、集光用レンズ３１のＺ座標を例えば４８μｍとする。そして、集光用レンズ３１及び集光用レンズ３２が同一の切断予定ライン５上に配置されるようにして、移動制御部１１５により、載置台１０７を切断予定ライン５に沿って右方向に再び移動する。この移動に併せて、以下の動作を実行する。
【００７１】
図１９（ａ）に示すように、集光用レンズ３１のＸ座標が加工対象物１の右端に達した時点から、集光用レンズ制御部１０５により、既にメモリーした指令電圧データＣにおいて集光用レンズ３１のＸ座標での指令電圧データＣをピエゾ素子２８にて再生し、集光用レンズ３１を動作させる。これと共に、シャッタ３３を開とし、加工対象物１の内部に集光点を合わせて加工用レーザ光Ｌ１を加工対象物１に照射し、加工対象物１の表面３を基準にしてＺ軸方向に４８μｍの位置に改質領域を形成する。
【００７２】
図１９（ｂ）に示すように、集光用レンズ３２のＸ座標が加工対象物１の右端に達した時点から、集光用レンズ制御部１０５により、メモリーした指令電圧データＣにおいて集光用レンズ３２のＸ座標での指令電圧データＣをピエゾ素子２９にて再生し、集光用レンズ３２を動作させる。これと共に、シャッタ３４を開とし、加工対象物１の内部に集光点を合わせて加工用レーザ光Ｌ２を加工対象物１に照射し、加工対象物１の表面３を基準にしてＺ軸方向に３８μｍの位置に改質領域を形成する。
【００７３】
そして、集光用レンズ３１のＸ座標が加工対象物１の左端に達した時点から、シャッタ３３を閉として加工用レーザ光Ｌ１の照射を停止した後、集光用レンズ３２のＸ座標が加工対象物１の左端に達した時点から、載置台１０７の移動速度を減速すると共にシャッタ３４を閉として加工用レーザ光Ｌ２の照射を停止する。その後、図１９（ｃ）に示すように、当該座標が加工対象物１の右端から２５ｍｍ離れた座標となった時点で、載置台１０７の移動を停止する。
【００７４】
[第２ダウンカット加工]
続いて、移動制御部１１５によりレーザ加工ユニット１１０をＺ軸方向に移動させ、集光用レンズ３１のＺ座標を例えば２５μｍとする。そして、集光用レンズ３１及び集光用レンズ３２が同一の切断予定ライン５上に配置されるようにして、移動制御部１１５により、載置台１０７を切断予定ライン５に沿って左方向に移動する。この移動に併せて、上記第１ダウンカットにおける動作と同様の動作を実行し、加工対象物１の表面３を基準にしてＺ軸方向に２５μｍ及び１５μｍの位置に改質領域をそれぞれ形成する。
【００７５】
以上により、切断予定ライン５（図１４参照）に沿って、切断の起点となる改質領域が加工対象物１の厚さ方向に複数列形成されることとなる。
【００７６】
このように、本実施形態においては、偏光方向をＸ軸方向とする直線偏光の加工用レーザ光Ｌは、加工用レーザ光源１０１から出射され、１／２波長板５１により偏光方向が変更され、偏光板５２に入射する。この偏光板５２により、加工用レーザ光Ｌは、Ｘ軸方向を偏光方向とする加工用レーザ光Ｌ１及びＹ軸方向を偏光方向とする加工用レーザ光Ｌ２に分岐される。そして、加工用レーザ光Ｌ２は、１／２波長板５５により、偏光方向をＸ軸方向とする直線偏光に変更される。すなわち、加工用レーザ光Ｌは、偏光方向をＸ軸方向とする直線偏光として、集光用レンズ３１に入射するものと集光用レンズ３２に入射するものとに分岐される。
【００７７】
そして、上述の第１アップカット加工のように、移動制御部１１５により、Ｘ軸方向が切断予定ライン５と略一致した状態で切断予定ライン５に沿って載置台１０７を相対移動させるのに併せて、測定用レーザ光源４１により測定用レーザ光Ｌ３が照射され、４分割フォトダイオード４２により反射光Ｌ４の電圧値が検出され、集光用レンズ制御部１０５により当該電圧値がＶ０になるようにピエゾ素子２８が駆動され、加工対象物１の表面３と集光用レンズ３１との距離がハイトセット時の距離を維持するように、集光用レンズ３１がＺ軸方向に動作される。これと共に、ピエゾ素子２８を駆動させた指令電圧が、Ｘ座標と関連付けられた指令電圧データＣとして集光用レンズ制御部１０５にメモリーされる。そして、集光用レンズ制御部１０５により、メモリーした指令電圧データＣにおいて集光用レンズ３２のＸ座標での指令電圧データがピエゾ素子２９にて再生され、集光用レンズ３２が動作されつつ、加工用レーザ光Ｌ２が加工対象物１に照射され、加工用レーザ光Ｌ２の集光点が表面３を基準として所定の位置に合わされる。従って、これらにより、測定用レーザ光Ｌ３による表面３の変位測定と加工用レーザ光Ｌ２による改質領域の形成とを同時に行うことが可能となり、加工対象物１の厚さが比較的厚いものであっても、予めトレースを行うことが不要となる。
【００７８】
また、上述の第１ダウンカット等のように、移動制御部１１５により、Ｘ軸方向が切断予定ライン５と略一致した状態で切断予定ライン５に沿って載置台１０７を相対移動させるのに併せて、集光用レンズ制御部１０５により、既にメモリーした指令電圧データＣにおいて集光用レンズ３２のＸ座標での指令電圧データＣをピエゾ素子２９にて再生し、集光用レンズ３２を動作させると共に、既にメモリーした指令電圧データＣにおいて集光用レンズ３１のＸ座標での指令電圧データＣをピエゾ素子２８にて再生し、集光用レンズ３１を動作させる。従って、少なくとも２列の改質領域を加工対象物１の内部に同時に形成することができ、加工対象物１の厚さ方向に改質領域を複数列形成する場合、同一の切断予定ラインに沿った加工用レーザ光のスキャンの繰返し回数を低減することが可能となる。
【００７９】
よって、例えば、上述のように、加工対象物１の内部に切断予定ライン５に沿って改質領域を厚さ方向に７列（奇数列）形成する場合、従来のレーザ加工装置ではトレースを含めたスキャンを８回繰り返して行う必要があったが、本実施形態では４回（１／２の回数）のスキャンで足りることとなる。従って、本実施形態によれば、レーザ加工における改質層の形成時間を短縮すると共にタクトタイムを短縮し、ランニングコストを低減することが可能となる。
【００８０】
また、本実施形態では、上述のように、１／２波長板５３が加工用レーザ光Ｌの偏光方向を任意の方向に変更するため、１／２波長板５３を通過した加工用レーザ光Ｌの偏光方向は任意の方向となり、よって、偏光板５２により分岐される加工用レーザ光Ｌ１，Ｌ２の光量の配分を任意に調節することができる。
【００８１】
また、本実施形態では、上述のように、加工用レーザ光Ｌ１，Ｌ２の偏光方向が切断予定ライン５と略一致した状態で、載置台１０７が移動制御部１１５により移動している。これにより、切断予定ラインに沿った改質領域を効率的に形成することが可能となる。それは、偏光の加工用レーザ光の照射により形成される改質領域は、その偏光方向に改質領域の形成が促進される（レーザ光の偏光方向に拡がる特性を有する）からである。さらに、このように、レーザ光Ｌ１，Ｌ２の偏光方向が切断予定ライン５と略一致することで、切断予定ライン５に沿った方向以外において改質領域の形成が抑制されるため、加工対象物１を切断予定ライン５に沿って精密に切断することもできる。
【００８２】
ちなみに、本実施形態では、上述のように、測定用レーザ光Ｌ３を出射する際に、シャッタ３３を閉として、集光用レンズ３１により加工用レーザ光Ｌ１が加工対象物１に向けて集光しないようにしているが、これに限定されるものではない。例えば、測定用レーザ光Ｌ３を出射する際に、シャッタ３３を開として、集光用レンズ３１が加工用レーザ光Ｌ１も加工対象物１に向けて集光するようにし、加工対象物１の表面３の変位情報を検出しながら加工用レーザ光Ｌ１により加工対象物１の内部に改質領域を形成（いわゆるリヤルタイム加工）するのも勿論可能である。このように、本実施形態のレーザ加工装置１００でリヤルタイム加工を実施する場合、加工対象物の厚さ方向に形成する改質領域の列数が偶数列であっても、例えばトレースのみを行うスキャン（加工用レーザ光Ｌ２による加工を行わないスキャン）が不要となる。
【００８３】
ここで、説明した本実施形態のレーザ加工装置１００と従来のレーザ加工装置とのそれぞれで加工対象物１を加工した。その結果、本実施形態のレーザ加工装置１００では、従来の加工装置によるタクトタイムを基準にして４０％前後のタクトタイムの短縮を実現することが可能となり、上記効果、すなわちレーザ加工における改質層の形成時間を短縮するという効果を確認することができた。
【００８４】
以上、本発明の好適な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。
【００８５】
例えば、上記実施形態では、レーザ加工装置１００における光学系を簡易且つ低廉とするために好ましいとして、集光用レンズ３１の光軸側に測定用レーザ光源４１を設けてレーザ光照射面３の変位測定を行うが、集光用レンズ３２の光軸側にレーザ光源を設けてレーザ光照射面の変位測定を行っても勿論良く、これら双方を設けても良い。
【００８６】
また、上記実施形態のレーザ加工装置１００は、集光用レンズ３１と集光用レンズ３２との２つのレンズを備えたものであるが、３つ以上のレンズを備えるものであってもよい。この場合でも、上記と同様の効果を奏する。
【００８７】
また、上記実施形態では、載置台１０７を切断予定ライン５に沿って移動させたが、集光用レンズ３１，３２を切断予定ラインに沿って移動させても良い。
【００８８】
また、シリコンウェハ１１でなくとも、例えば、ガリウム砒素等の半導体化合物材料、圧電材料、サファイヤ等の結晶性を有する材料でもよい。また、本実施形態では、加工用レーザ光の照射条件は、パルスピッチ幅や出力等により限定されるものではなく様々な照射条件とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本実施形態に係るレーザ加工装置によるレーザ加工中の加工対象物の平面図である。
【図２】図１に示す加工対象物のII−II線に沿った断面図である。
【図３】本実施形態に係るレーザ加工装置によるレーザ加工後の加工対象物の平面図である。
【図４】図３に示す加工対象物のIV−IV線に沿った断面図である。
【図５】図３に示す加工対象物のV−V線に沿った断面図である。
【図６】本実施形態に係るレーザ加工装置により切断された加工対象物の平面図である。
【図７】本実施形態に係るレーザ加工装置における電界強度とクラックスポットの大きさとの関係を示すグラフである。
【図８】本実施形態に係るレーザ加工装置の第１工程における加工対象物の断面図である。
【図９】本実施形態に係るレーザ加工装置の第２工程における加工対象物の断面図である。
【図１０】本実施形態に係るレーザ加工装置の第３工程における加工対象物の断面図である。
【図１１】本実施形態に係るレーザ加工装置の第４工程における加工対象物の断面図である。
【図１２】本実施形態に係るレーザ加工装置により切断されたシリコンウェハの一部における断面の写真を表す図である。
【図１３】本実施形態に係るレーザ加工装置におけるレーザ光の波長とシリコン基板の内部の透過率との関係を示すグラフである。
【図１４】加工対象物を示す正面図である。
【図１５】図１５中のXV−XV線に沿った部分断面図である。
【図１６】本発明の一実施形態に係るレーザ加工装置を示す概略構成図である。
【図１７】図１６のレーザ加工装置によるレーザ加工方法を説明するための図１４中のXVII−XVII線に沿った部分断面図である。
【図１８】図１７に示すレーザ加工方法の続きを説明するため図１４中のXVII−XVII線に沿った部分断面図である。
【図１９】図１８に示すレーザ加工方法の続きを説明するための図１４中のXVII−XVII線に沿った部分断面図である。
【符号の説明】
【００９０】
１…加工対象物、３…表面（レーザ光照射面）、５…切断予定ライン、７…改質領域、３１…集光用レンズ（第１の集光用レンズ）、３２…集光用レンズ（第２の集光用レンズ）、３３，３４…シャッタ、４１…測定用レーザ光源、４２…４分割フォトダイオード（変位取得手段）、５１…１／２波長板（第１の波長板）、５２…偏光板、５５…１／２波長板（第２波長板）、１０１…加工用レーザ光源、１０２…アッテネータ、１０５…集光用レンズ制御部（制御手段）、１０７…載置台、１１５…移動制御部（移動手段）、Ｌ，Ｌ１，Ｌ２…加工用レーザ光、Ｌ３…測定用レーザ光、Ｌ４…反射光、Ｐ…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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