(57)【要約】【課題】形成される改質領域が切断予定ラインからずれるのを抑制することができるレーザ加工方法及びレーザ加工装置を提供する。【解決手段】加工対象物１の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、加工対象物１に設定された複数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１の内部に形成する。ここで、加工対象物１において手前側の領域Ｚ１、奥側の領域Ｚ２、中央の領域Ｚ３、の順序で、かかる領域に延在する切断予定ラインに沿って改質領域を形成する。これにより、一般的な切断予定ラインの加工順序で加工する場合に比し、レーザ加工の際に加工対象物が移動する影響を低減することができる。【選択図】図１７
2008087026.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レーザ光を照射することにより、前記加工対象物に設定された複数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方法であって、
所定の領域にて、所定の方向に延在する前記切断予定ラインに沿って前記改質領域を形成する工程と、
前記所定の方向及び前記加工対象物の厚さ方向と交差する方向において前記所定の領域の一方の側に位置する領域にて、前記所定の方向に延在する前記切断予定ラインに沿って前記改質領域を形成する工程と、
前記所定の方向及び前記加工対象物の厚さ方向と交差する方向において前記所定の領域の他方の側に位置する領域にて、前記所定の方向に延在する前記切断予定ラインに沿って前記改質領域を形成する工程と、を含み、
前記所定の領域の一方の側に位置する領域にて前記改質領域を形成する工程、前記所定の領域の他方の側に位置する領域にて前記改質領域を形成する工程、及び前記所定の領域にて前記改質領域を形成する工程、をこの順序で実施することを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項２】
前記改質領域を形成する工程のそれぞれでは、前記所定の方向及び前記加工対象物の厚さ方向と交差する方向において前記加工対象物の端部側に設定された前記切断予定ラインから前記加工対象物の中央部側に設定された前記切断予定ラインに向かう順序で、前記切断予定ラインに沿って前記改質領域を形成することを特徴とする請求項１記載のレーザ加工方法。
【請求項３】
前記加工対象物は半導体基板を備え、前記改質領域は溶融処理領域を含むことを特徴とする請求項１又は２記載のレーザ加工方法。
【請求項４】
前記改質領域を切断の起点として前記切断予定ラインに沿って前記加工対象物を切断する工程を含む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方法。
【請求項５】
板状の加工対象物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、前記加工対象物に設定された複数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、
前記レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記載置台に載置された前記加工対象物の内部に、前記レーザ光源から出射された前記レーザ光を集光する集光用レンズと、
前記載置台及び前記集光用レンズの少なくとも一方の挙動を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
所定の領域にて、所定の方向に延在する前記切断予定ラインに沿って前記改質領域を形成するために、前記載置台及び前記集光用レンズの少なくとも一方を動作させる制御と、
前記所定の方向及び前記加工対象物の厚さ方向と交差する方向において前記所定の領域の一方の側に位置する領域にて、前記所定の方向に延在する前記切断予定ラインに沿って前記改質領域を形成するために、前記載置台及び前記集光用レンズの少なくとも一方を動作させる制御と、
前記所定の方向及び前記加工対象物の厚さ方向と交差する方向において前記所定の領域の他方の側に位置する領域にて、前記所定の方向に延在する前記切断予定ラインに沿って前記改質領域を形成するために、前記載置台及び前記集光用レンズの少なくとも一方を動作させる制御と、を実行するものであって、
前記所定の領域の一方の側に位置する領域にて前記改質領域を形成するための制御、前記所定の領域の他方の側に位置する領域にて前記改質領域を形成するための制御、及び前記所定の領域にて前記改質領域を形成するための制御、をこの順序で実行することを特徴とするレーザ加工装置。
【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方法及びレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のレーザ加工方法として、板状の加工対象物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、加工対象物に設定された複数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方法が知られている（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方法では、加工対象物において切断予定ラインが延在する方向及び加工対象物の厚さ方向と略直交する方向において加工対象物の一端部側に設定された切断予定ラインから加工対象物の他端部側に設定された切断予定ラインに向かう順序で、切断予定ラインに沿って改質領域を形成することが一般的である。しかしながら、このような一般的な順序で加工対象物を加工すると、加工が進展するにつれて、形成される改質領域が切断予定ラインからずれ且つこのずれ量が次第に大きくなるという問題がある。特にμチップウェハ等のように、チップサイズが極小で且つ切断予定ラインが加工対象物に多数設定されたものを加工する場合には、この問題が顕著となる。
【０００４】
そこで、本発明は、形成される改質領域が切断予定ラインからずれるのを抑制することができるレーザ加工方法及びレーザ加工装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を達成するために、本発明に係るレーザ加工方法は、板状の加工対象物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、加工対象物に設定された複数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方法であって、所定の領域にて、所定の方向に延在する切断予定ラインに沿って改質領域を形成する工程と、所定の方向及び加工対象物の厚さ方向と交差する方向において所定の領域の一方の側に位置する領域にて、所定の方向に延在する切断予定ラインに沿って改質領域を形成する工程と、所定の方向及び加工対象物の厚さ方向と交差する方向において所定の領域の他方の側に位置する領域にて、所定の方向に延在する切断予定ラインに沿って改質領域を形成する工程と、を含み、所定の領域の一方の側に位置する領域にて改質領域を形成する工程、所定の領域の他方の側に位置する領域にて改質領域を形成する工程、及び所定の領域にて改質領域を形成する工程、をこの順序で実施す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レーザ光を照射することにより、加工対象物に設定された複数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、レーザ光を出射するレーザ光源と、載置台に載置された加工対象物の内部に、レーザ光源から出射されたレーザ光を集光する集光用レンズと、載置台及び集光用レンズの少なくとも一方の挙動を制御する制御手段と、を備え、制御手段は、所定の領域にて、所定の方向に延在する切断予定ラインに沿って改質領域を形成するために、載置台及び集光用レンズの少なくとも一方を動作させる制御と、所定の方向及び加工対象物の厚さ方向と交差する方向において所定の領域の一方の側に位置する領域にて、所定の方向に延在する切断予定ラインに沿って改質領域を形成するために、載置台及び集光用レンズの少なくとも一方を動作させる制御と、所定の方向及び加工対象物の厚さ方向と交差する方向において所定の領域の他方の側に位置する領域にて、所定の方向に延在する切断予定ラインに沿って改質領域を形成するために、載置台及び集光用レンズの少なくとも一方を動作させる制御と、を実行するものであって、所定の領域の一方の側に位置する領域にて改質領域を形成するための制御、所定の領域の他方の側に位置する領域にて改質領域を形成するための制御、及び所定の領域にて改質領域を形成するための制御、をこの順序で実行することを特徴とする。
【０００７】
このように本発明によれば、まず、加工対象物において所定の領域の一方の側に位置する領域に設定された切断予定ラインに沿って、改質領域を形成する。その後に、加工対象物において所定の領域の他方の側に位置する領域に設定された切断予定ラインに沿って、改質領域を形成する。そして、最後に、加工対象物において所定の領域に設定された切断予定ラインに沿って、改質領域を形成する。このように、所定の領域の一方の側に位置する領域、所定の領域の他方の側に位置する領域、所定の領域の順序で、各領域に設定された切断予定ラインに沿って改質領域を形成することにより、上述した一般的な順序で加工対象物を加工する場合に比し、レーザ加工の際に加工対象物が移動する影響を低減することができる。すなわち、例えば、加工対象物の表面若しくは裏面にまで延びる亀裂（ハーフカット）が発生し、当該ハーフカットが開くことで加工対象物が押しやられ、加工対象物が移動する影響を低減することが可能となる。従って、本発明によれば、形成される改質領域が切断予定ラインからずれるのを抑制することが可能となる。
【０００８】
また、改質領域を形成する工程のそれぞれでは、所定の方向及び加工対象物の厚さ方向と交差する方向において加工対象物の端部側に設定された切断予定ラインから加工対象物の中央部側に設定された切断予定ラインに向かう順序で、切断予定ラインに沿って改質領域を形成することが好ましい。この場合、上述した一般的な順序で加工対象物を加工する場合に比し、レーザ加工に伴う加工対象物の移動の影響をより低減することができる。従って、形成される改質領域が切断予定ラインからずれるのをより抑制することが可能となる。
【０００９】
また、加工対象物が半導体基板を備え、改質領域が溶融処理領域を含む場合がある。
【００１０】
また、改質領域を切断の起点として切断予定ラインに沿って加工対象物を切断する工程を含むことが好ましい。これにより、加工対象物を切断予定ラインに沿って精度良く切断することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、形成される改質領域が切断予定ラインから外れるのを抑制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】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
（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。
【００２１】
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。
【００２２】
（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
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
（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。
【００２７】
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。
【００２８】
（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
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
（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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
次に、本発明の好適な実施形態について説明する。
[第１実施形態]
【００３８】
本発明の第１実施形態について説明する。図１４及び図１５に示すように、加工対象物１は、厚さ１５０μｍで６inchのＳｉベアウェハであるシリコンウェハ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。
【００３９】
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、又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に平行な矢印Ｈ方向及び垂直な矢印Ｂ方向にマトリックス状に多数形成されている。加工対象物１には、隣り合う機能素子間を通るように、複数の切断予定ライン５が格子状に設定されている。具体的には、加工対象物１には、オリエンテーションフラット６に平行な矢印Ｈ方向に延在する切断予定ライン５ａと、オリエンテーションフラット６に垂直な矢印Ｂ方向に延在する切断予定ライン５ｂとが設定されている。ここでは、切断予定ライン５ａを５８４ライン、切断予定ライン５ｂを５８４ラインとしている。このような加工対象物１は、切断予定ライン５に沿って切断されて、例えばチップサイズが０．２５ｍｍ×０．２５ｍｍの微小チップであるディスクリートデバイス等となるものである。
【００４０】
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Ｐを合わせてレーザ光Ｌを照射することにより、加工対象物１に設定された複数の切断予定ライン５に沿って、切断の起点となる改質領域を加工対象物１の内部に形成する装置である。
【００４１】
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の出力やパルス幅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、レーザ光Ｌの反射機能を有し且つレーザ光Ｌの光軸の向きを９０°変えるように配置されたダイクロイックミラー１０３と、ダイクロイックミラー１０３で反射されたレーザ光Ｌを集光する集光用レンズ１０５と、を備えている。さらに、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が載置される載置台１０７と、載置台１０７をＸ軸方向（紙面左右方向）に移動させるためのＸ軸ステージ１０９と、載置台１０７をＸ軸方向に直交するＹ軸方向（紙面垂直方向）に移動させるためのＹ軸ステージ１１１と、載置台１０７をＸ軸及びＹ軸方向に直交するＺ軸方向（紙面上下方向）に移動させるためのＺ軸ステージ１１３と、各ステージ１０９，１１１，１１３の移動を制御するステージ制御部（制御手段）１１５と、を備えている。
【００４２】
ステージ制御部１１５は、加工対象物１の所定の領域にて、所定の方向に延在する切断予定ライン５に沿って改質領域を形成するために、各ステージ１０９，１１１，１１３を動作させる制御と、所定の方向及び加工対象物の厚さ方向と略直交する方向において所定の領域の一方の側に位置する領域にて、所定の方向に延在する切断予定ライン５に沿って改質領域を形成するために、各ステージ１０９，１１１，１１３を動作させる制御と、所定の方向及び加工対象物の厚さ方向と略直交する方向において所定の領域の他方の側に位置する領域にて、所定の方向に延在する切断予定ライン５に沿って改質領域を形成するために、各ステージ１０９，１１１，１１３を動作させる制御と、を実行するものである。そして、ステージ制御部１１５は、所定の領域の一方の側に位置する領域にて改質領域を形成するための制御、所定の領域の他方の側に位置する領域にて改質領域を形成するための制御、及び所定の領域にて改質領域を形成するための制御、をこの順序で実行する。
【００４３】
すなわち、図１７（ａ）に示すように、ステージ制御部１１５は、例えば切断予定ライン５ａ（図１５参照）に沿って改質領域を形成する場合では、加工対象物１の表面３から見て紙面下方を手前、紙面上方を奥として加工対象物１の全体領域を矢印Ｈ方向に３つに区切った際に、手前側の領域Ｚ１に改質領域を形成するための制御回路、奥側の領域Ｚ２に改質領域を形成するための制御回路、及び中央の領域Ｚ３に改質領域を形成するための制御回路、を有し、これらの回路をこの順序で実行するものである（詳しくは後述）。
【００４４】
このレーザ加工装置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る。続いて、レーザ光源制御部１０２により加工対象物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レーザ光Ｌをレーザ光源１０１から照射し、各切断予定ライン５ａ（５ｂ）に沿って切断の起点となる改質領域を形成する。続いて、レーザ光源制御部１０２により加工対象物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レーザ光Ｌをレーザ光源１０１から照射し、各切断予定ライン５ｂ（５ａ）に沿って、切断の起点となる改質領域を形成する。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。
【００４５】
次に、上述した各切断予定ライン５に沿った改質領域の形成についてより詳細に説明する。ここでは、一例として、切断予定ライン５ａに沿った改質領域の形成について説明する。
【００４６】
まず、図１７（ａ）に示すように、シリコンウェハ１１の内部に集光点を合わせてレーザ光Ｌを加工対象物１に照射する。これと共に、ステージ制御部１１５によって加工対象物１の領域Ｚ１にて矢印Ｈ方向に延在する切断予定ライン５ａに沿って集光点を相対的に移動させる。具体的には、加工対象物１の手前側の領域Ｚ１において、ステージ制御部１１５により、切断予定ライン５ａに沿って集光点を相対的に移動させ、手前から奥に向かう方向である矢印Ｃ１の方向に載置台１０７を送る。これらを繰り返すことにより、当該領域Ｚ１に設定された切断予定ライン５ａに沿って、矢印Ｃ１の方向に例えば２００ラインだけ順次に、加工対象物１の内部に改質領域を形成する。換言すると、切断予定ライン５ａが延在する方向及び加工対象物１の厚さ方向と交差する方向である矢印Ｂ方向において領域Ｚ３の手前側（一方の側）に位置する領域Ｚ１にて、矢印Ｈ方向に延在する切断予定ライン５ａに沿って改質領域を形成する。
【００４７】
次に、図１７（ｂ）に示すように、シリコンウェハ１１の内部に集光点を合わせてレーザ光Ｌを加工対象物１に照射する。これと共に、ステージ制御部１１５によって加工対象物１の領域Ｚ２にて矢印Ｈ方向に延在する切断予定ライン５ａに沿って集光点を相対的に移動させる。具体的には、加工対象物１の奥側の領域Ｚ２において、ステージ制御部１１５により、切断予定ライン５ａに沿って集光点を相対的に移動させ、手前から奥に向かう方向である矢印Ｃ２の方向に載置台１０７を送る。これらを繰り返すことにより、当該領域Ｚ２に設定された切断予定ライン５ａに沿って、矢印Ｃ２の方向に例えば２００ラインだけ順次に、加工対象物１の内部に改質領域を形成する。換言すると、切断予定ライン５ａが延在する方向及び加工対象物１の厚さ方向と交差する方向である矢印Ｂ方向において領域Ｚ３の奥側（他方の側）に位置する領域Ｚ２にて、矢印Ｈ方向に延在する切断予定ライン５ａに沿って改質領域を形成する。
【００４８】
そして、図１７（ｃ）に示すように、シリコンウェハ１１の内部に集光点を合わせてレーザ光Ｌを加工対象物１に照射する。これと共に、ステージ制御部１１５によって加工対象物１の領域Ｚ３にて矢印Ｈ方向に延在する切断予定ライン５ａに沿って集光点を相対的に移動させる。具体的には、加工対象物１の中央の領域Ｚ３において、ステージ制御部１１５により、切断予定ライン５ａに沿って集光点を相対的に移動させ、手前から奥に向かう方向である矢印Ｃの方向に載置台１０７を送る。これらを繰り返すことにより、当該領域Ｚ３に設定された切断予定ライン５ａに沿って、矢印Ｃ１の方向に例えば１８４ラインだけ順次に、加工対象物１の内部に改質領域を形成する。換言すると、切断予定ライン５ａが延在する方向及び加工対象物１の厚さ方向と交差する方向である矢印Ｂ方向において領域Ｚ３にて、矢印Ｈ方向に延在する切断予定ライン５ａに沿って改質領域を形成する。
【００４９】
以上により、切断予定ライン５ａ（図１５参照）に沿って、切断の起点となる改質領域が形成されることとなる。なお、切断予定ライン５ｂ（図１５参照）に沿った改質領域の形成については、この切断予定ライン５ａに沿った改質領域の形成に対し、加工対象物１がＺ軸を基軸に９０°回転した状態で載置台１０７に載置される以外は同様である。この場合、ステージ制御部１１５は、加工対象物１の表面３から見て紙面右方を手前、紙面左方を奥として加工対象物１の全体領域を矢印Ｂ方向に３つに区切った際に、手前側の領域に改質領域を形成するための制御回路、奥側の領域に改質領域を形成するための制御回路、及び中央の領域に改質領域を形成するための制御回路、を有しこれらの回路をこの順序で実行するものとなる。
【００５０】
ところで、従来のレーザ加工方法では、図２２に示すように、加工対象物１においてオリエンテーションフラット６に平行な方向に延在する複数の切断予定ライン５に沿って、改質領域を形成する場合、加工対象物１の一端（紙面下方）側に設定された切断予定ライン５から他端（紙面上方）側に設定された切断予定ライン５に向かう矢印Ｃ０の順序で、各切断予定ライン５に沿って改質領域を形成することが一般的である。しかし、この矢印Ｃ０の順序で加工対象物１を加工すると、加工が進展するにつれて、形成される改質領域が切断予定ライン５からずれ且つずれ量が次第に大きくなるおそれがある。
【００５１】
他方、形成される改質領域が切断予定ライン５からずれ、そのずれ量が一定以上（例えば、隣接する切断予定ラインの間隔が２０μｍのときに、ずれ量が約５μｍ以上）になると、品質不良となる。従って、レーザ加工方法においては、いわゆるインデックス補正を行う必要がある。インデックス補正とは、例えば、監視カメラ等により加工対象物の表面を監視してずれ量を監視しつつ、ずれ量が一定以上になった場合に、切断予定ラインに沿って正確にレーザ光が照射されるよう載置台を移動して加工対象物の位置を微修正する補正をいう。
【００５２】
従って、上述のように、従来のレーザ加工方法では、加工が進展するにつれて形成される改質領域が切断予定ライン５からずれ且つずれ量が次第に大きくなるため、例えば、２０ラインの切断予定ライン５を加工した後に１回のインデックス補正を行うという頻度で当該補正を行わなければならない。そのため、多大な手間と時間が費やさられる。
【００５３】
そこで、本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、加工が進展するにつれて形成される改質領域が切断予定ライン５からずれ且つずれ量が次第に大きくなる現象が、以下の現象に起因することを突き止めた。
【００５４】
すなわち、例えば、レーザ加工において加工対象物１の表面３若しくは裏面２１にまで延びる亀裂（ハーフカット）、若しくは表面３及び裏面２１にまで延びる亀裂（フルカット）が生じる場合、亀裂が開くことで当該亀裂を境にして、加工対象物１が開くことがある。つまり、亀裂を境にして、加工対象物１が亀裂を開く方向に押しやられ、加工対象物１が移動してしまうのである。この開きは、加工対象物の形状、大きさ、切断予定ラインの総数、位置等により異なり、一例としては、例えば、ハーフカットが約０．４μｍ開くことで、ハーフカットを境に奥側が奥へ移動し、手前側が手前にそれぞれ０．２μｍだけ移動するものである。
【００５５】
また、例えば、レーザ加工において形成される改質領域に溶融処理領域を含む場合、溶融処理領域の膨張により、当該領域を境にして奥側が奥へ移動し、手前側が手前にそれぞれ移動してしまうのである。
【００５６】
従って、上記現象に鑑み、本実施形態では、上述のように、加工対象物１において手前側の領域Ｚ１、奥側の領域Ｚ２、中央の領域Ｚ３、の順序で、各領域に延在する切断予定ライン５ａに沿って改質領域を形成する。これにより、従来の切断予定ラインの矢印Ｃ０の順序で加工する場合に比し、レーザ加工の際に加工対象物１が移動する影響を低減することができる。
【００５７】
それは、以下の理由によると考えられる。つまり、切断予定ライン５からの改質領域のずれは、上記移動に起因する。そして、この移動は、切断予定ライン５を境にした加工対象物１の各部分における互いの大きさや質量等の関係に依存する。すなわち、手前側の領域Ｚ１及び奥側の領域Ｚ２は上記移動の影響を受け易い一方、中央の領域Ｚ３は上記移動の影響を受け難い。他方、加工順序が後になる領域ほど、他の領域における加工による上記移動の影響を多く受ける。従って、上記移動の影響を受け易い領域Ｚ１及び領域Ｚ２に、上記移動の影響を受ける前に先んじて加工を施すことで、当該影響を抑制することが可能となるからである。
【００５８】
さらに、上述のように、領域Ｚ３に対して一方側の領域Ｚ１を形成した後、領域Ｚ３に対して他方側の領域Ｚ２に改質領域を形成する。すなわち領域Ｚ３を介して対称である領域Ｚ１，Ｚ２に、順に改質領域を形成する。これにより、領域Ｚ１に改質領域を形成したことによる上記移動の影響と、領域Ｚ２に改質領域を形成したことによる上記移動の影響と、が互いに打ち消す方向に効果的に作用するからである。
【００５９】
従って、本実施形態によれば、形成される改質領域が切断予定ライン５からずれるのを抑制することが可能となる。その結果、インデックス補正量の頻度を大きく減らすことができ、レーザ加工におけるタクトタイムの短縮を図り、加工効率を向上させることができる。ちなみに、領域Ｚ１の加工後に領域Ｚ２の加工を行うためのレーザ光Ｌの照射を伴わない載置台１０７の移動等が生じるため、一見、タクトタイムが増加するとも捉えられるが、本実施形態のレーザ加工方法は、それ以上にインデックス補正頻度の低減によりタクトタイムを短縮できるものである。
【００６０】
ここで、領域Ｚ１及び領域Ｚ２に延在する切断予定ライン５ａのそれぞれに沿って、改質領域を同時に２列形成する等、複数の領域における複数の切断予定ライン５ａに沿って、改質領域を同時に複数列形成することも考えられる。しかしながら、この場合、領域Ｚ１と領域Ｚ２とのそれぞれで中央に向かう上記移動が互いに同時に生じることになり、よって、これらに挟まれた中央の領域Ｚ３において圧縮応力が発生するおそれがある。その結果、加工対象物１に反りが生じ、又は反りの程度が大きくなり、例えば加工対象物が薄いものである場合には、破断することがある。すなわち、複数の領域における切断予定ラインに沿って、同時に複数列の改質領域を形成することは好ましくない。
【００６１】
これに対し、本実施形態では、改質領域を同時に複数列形成するのではなく、上述のように、切断予定ライン５ａに沿って順次に改質領域を形成する。これにより、加工対象物１の上記移動による応力は、当該移動によりその都度開放され、よって、加工対象物１における反りひいては破断のおそれを低減させることができる。なお、本実施形態では、上述のように、加工対象物１がエキスパンドテープに貼り付けられて載置台１０７に載置されており、当該エキスパンドテープも上記移動に伴いその弾性で延びることになる。
【００６２】
また、本実施形態では、上述のように加工対象物１を、いわゆるμチップウェハとしている。このように、チップサイズが極小で且つ切断予定ライン５が多数設定されているものを用いる場合、切断予定ライン５からの改質領域のずれが顕著であるため、本実施形態の効果が特に効果的に発揮される。
【００６３】
以上、説明した本実施形態のレーザ加工方法と従来のレーザ加工方法とのそれぞれで加工対象物１を加工した結果、従来の加工方法では、総インデックス補正回数が６０回であったのに対し、本実施形態の加工方法では、総インデックス補正回数が５０回となった。これにより、上述した効果、すなわち形成される改質領域が切断予定ライン５からずれるのを抑制でき、レーザ加工におけるタクトタイムの短縮を図り、加工効率を向上させるという効果を確認することができた。
〔第２実施形態〕
【００６４】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。ここで、上記第１実施形態と重複する説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
【００６５】
第２実施形態のレーザ加工装置が上記第１実施形態のレーザ加工装置１００と違う点は、図１６に示すように、ステージ制御部１１５に代えてステージ制御部２１５を備えた点である。ステージ制御部２１５は、Ｘ軸ステージ１０９とＹ軸ステージ１１１とＺ軸ステージ１１３との移動をそれぞれ制御するものである。
【００６６】
具体的には、図１８（ａ）に示すように、ステージ制御部２１５は、例えば切断予定ライン５ａに沿って改質領域を形成する場合では、加工対象物１の表面３から見て紙面下方を手前、紙面上方を奥として加工対象物１の全体領域を矢印Ｈ方向に５つに区切った際に、最も手前側の領域Ｚ４に改質領域を形成するための制御回路、最も奥側の領域Ｚ５に改質領域を形成するための制御回路、最も手前側の領域Ｚ４に隣接し当該領域Ｚ４の奥側に位置する領域Ｚ６に改質領域を形成するための制御回路、最も奥側の領域Ｚ５に隣接し当該領域Ｚ５の手前側に位置する領域Ｚ７に改質領域を形成するための制御回路、及び中央の領域Ｚ８に改質領域を形成するための制御回路、を有し、これらの回路をこの順序で実行するものである（詳しくは後述）。
【００６７】
このレーザ加工装置を用いて、切断予定ライン５に沿って改質領域を形成する場合についてより詳細に説明する。ここでは、一例として、切断予定ライン５ａに沿った改質領域の形成について説明する。
【００６８】
まず、図１８（ａ）に示すように、シリコンウェハ１１の内部に集光点を合わせてレーザ光Ｌを加工対象物１に照射する。これと共に、ステージ制御部２１５によって、加工対象物１の領域Ｚ４にて矢印Ｈ方向に延在する切断予定ライン５ａに沿って集光点を相対的に移動させる。具体的には、加工対象物１の最も手前側の領域Ｚ５において、ステージ制御部２１５により、矢印Ｈ方向に延在する切断予定ライン５ａに沿って集光点を相対的に移動させ、手前から奥に向かう方向である矢印Ｃ４の方向に載置台１０７を送る。これらを繰り返すことにより、当該領域Ｚ４に設定された切断予定ライン５ａに沿って、矢印Ｃ４の方向に例えば１００ラインだけ順次に、加工対象物１の内部に改質領域を形成する。
【００６９】
次に、図１８（ｂ）に示すように、シリコンウェハ１１の内部に集光点を合わせてレーザ光Ｌを加工対象物１に照射する。これと共に、ステージ制御部２１５によって、加工対象物１の領域Ｚ５にて矢印Ｈ方向に延在する切断予定ライン５ａに沿って集光点を相対的に移動させる。具体的には、加工対象物１の最も奥側の領域Ｚ５において、ステージ制御部２１５により、矢印Ｈ方向に延在する切断予定ラインに沿って集光点を相対的に移動させ、手前から奥に向かう方向である矢印Ｃ５の方向に載置台１０７を送る。これらを繰り返すことにより、当該領域Ｚ５に設定された切断予定ライン５ａに沿って、矢印Ｃ５の方向に例えば１００ラインだけ順次に、加工対象物１の内部に改質領域を形成する。
【００７０】
次に、図１８（ｃ）に示すように、シリコンウェハ１１の内部に集光点を合わせてレーザ光Ｌを加工対象物１に照射する。これと共に、ステージ制御部２１５によって、加工対象物１の領域Ｚ６にて矢印Ｈ方向に延在する切断予定ライン５ａに沿って集光点を相対的に移動させる。具体的には、加工対象物１の最も手前側の領域Ｚ４に隣接し当該領域Ｚ４の奥側に位置する領域Ｚ６おいて、ステージ制御部２１５により、矢印Ｈ方向に延在する切断予定ラインに沿って集光点を相対的に移動させ、手前から奥に向かう方向である矢印Ｃ６の方向に載置台１０７を送る。これらを繰り返すことにより、当該領域Ｚ６に設定された切断予定ライン５ａに沿って、矢印Ｃ６の方向に例えば１００ラインだけ順次に、加工対象物１の内部に改質領域を形成する。
【００７１】
次に、図１９（ａ）に示すように、シリコンウェハ１１の内部に集光点を合わせてレーザ光Ｌを加工対象物１に照射する。これと共に、ステージ制御部２１５によって、加工対象物１の領域Ｚ７にて矢印Ｈ方向に延在する切断予定ライン５ａに沿って集光点を相対的に移動させる。具体的には、加工対象物１の最も奥側の領域Ｚ５に隣接し当該領域Ｚ５の手前側に位置する領域Ｚ７おいて、ステージ制御部２１５により、矢印Ｈ方向に延在する切断予定ライン５ａに沿って集光点を相対的に移動させ、手前から奥に向かう方向である矢印Ｃ７の方向に載置台１０７を送る。これらを繰り返すことにより、当該領域Ｚ７に設定された切断予定ライン５ａに沿って、矢印Ｃ７の方向に例えば１００ラインだけ順次に、加工対象物１の内部に改質領域を形成する。
【００７２】
そして、図１９（ｂ）に示すように、シリコンウェハ１１の内部に集光点を合わせてレーザ光Ｌを加工対象物１に照射する。これと共に、ステージ制御部２１５によって、加工対象物１の領域Ｚ８にて矢印Ｈ方向に延在する切断予定ライン５ａに沿って集光点を相対的に移動させる。具体的には、加工対象物１の中央の領域Ｚ８おいて、ステージ制御部２１５により、矢印Ｈ方向に延在する切断予定ライン５ａに沿って集光点を相対的に移動させ、手前から奥に向かう方向である矢印Ｃ８の方向に載置台１０７を送る。これらを繰り返すことにより、当該領域Ｚ８に設定された切断予定ライン５ａに沿って、矢印Ｃ８の方向に例えば１８４ラインだけ順次に、加工対象物１の内部に改質領域を形成する。
【００７３】
以上により、切断予定ライン５ａ（図１５参照）に沿って、切断の起点となる改質領域が形成されることとなる。なお、切断予定ライン５ｂ（図１５参照）に沿った改質領域の形成については、この切断予定ライン５ａに沿った改質領域の形成に対し、加工対象物１がＺ軸を基軸に９０°回転した状態で載置台１０７に載置される以外は同様である。この場合、ステージ制御部２１５は、加工対象物１の表面３から見て紙面右方を手前、紙面左方を奥として加工対象物１の全体領域を矢印Ｂ方向に５つに区切った際に、最も手前側の領域に改質領域を形成するための制御回路、最も奥側の領域に改質領域を形成するための制御回路、最も手前側の領域に隣接し当該領域の奥側に位置する領域に改質領域を形成するための制御回路、最も奥側の領域に隣接し当該領域の手前側に位置する領域に改質領域を形成するための制御回路、及び中央の領域に改質領域を形成するための制御回路、を有しこれらの回路をこの順序で実行するものとなる。
【００７４】
この本実施形態によれば、加工対象物１において最も手前側の領域Ｚ４、最も奥側の領域Ｚ５、領域Ｚ４に隣接し且つ領域Ｚ４の奥側の領域Ｚ６、領域Ｚ５に隣接し且つ領域Ｚ５の奥側の領域Ｚ７、中央の領域Ｚ８、の順序で、各領域に延在する切断予定ライン５ａに沿って改質領域を形成する。これにより、上記効果と同様の効果、すなわち形成される改質領域が切断予定ライン５からずれるのを抑制することが可能となり、その結果、インデックス補正量の頻度を大きく減らすことができ、レーザ加工におけるタクトタイムの短縮を図り、加工効率を向上させることが可能となるという効果を奏する。
【００７５】
以上、説明した本実施形態のレーザ加工方法と従来のレーザ加工方法とのそれぞれで加工対象物１を加工した結果、従来の加工方法では、総インデックス補正回数が６０回であったのに対し、本実施形態の加工方法では、総インデックス補正回数が３０回となった。これにより、上述した効果、すなわち形成される改質領域が切断予定ライン５からずれるのを抑制でき、レーザ加工におけるタクトタイムの短縮を図り、加工効率を向上させるという効果を確認することができた。
〔第３実施形態〕
【００７６】
次に、本発明の第３実施形態について説明する。ここで、上記第１実施形態と重複する説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
【００７７】
第３実施形態のレーザ加工装置が上記第１実施形態のレーザ加工装置１００と違う点は、図１６に示すように、ステージ制御部１１５に代えてステージ制御部３１５を備えた点である。ステージ制御部３１５は、Ｘ軸ステージ１０９とＹ軸ステージ１１１とＺ軸ステージ１１３との移動をそれぞれ制御するものである。
【００７８】
具体的には、図２０（ａ）に示すように、ステージ制御部３１５は、例えば切断予定ライン５ｂ（図１５参照）に沿って改質領域を形成する場合では、加工対象物の表面１１ａから見て紙面下方を手前、紙面上方を奥として加工対象物の全体領域を矢印Ｂ方向に６つに区切った際に、最も手前側の領域Ｚ９に改質領域を形成するための制御回路、最も奥側の領域Ｚ１０に改質領域を形成するための制御回路、最も手前側の領域Ｚ９に隣接し当該領域Ｚ９の奥側に位置する領域Ｚ１１に改質領域を形成するための制御回路、最も奥側の領域Ｚ１０に隣接し当該領域Ｚ１０の手前側に位置する領域Ｚ１２に改質領域を形成するための制御回路、中央に位置する２領域のうち手前側の領域Ｚ１３に改質領域を形成するための制御回路、及び中央に位置する２領域のうち奥側の領域Ｚ１４に改質領域を形成するための制御回路、を有し、これらの回路をこの順序で実行するものである。特に、ステージ制御部３１５は、各領域に延在する複数の切断予定ラインに沿って改質領域を形成するに際して、中央に向かう方向に載置台１０７を移動し、複数の切断予定ラインを、中央の切断予定ラインに向かう方向に順次に沿って改質領域を形成するように、ステージ１０９，１１１，１１３をそれぞれ制御する（詳しくは後述）。
【００７９】
このレーザ加工装置を用いて、切断予定ライン５に沿って改質領域を形成する場合についてより詳細に説明する。ここでは、一例として、切断予定ライン５ｂに沿った改質領域の形成について説明する。
【００８０】
まず、図２０（ａ）に示すように、シリコンウェハ１１の内部に集光点を合わせてレーザ光Ｌを加工対象物１に照射する。これと共に、ステージ制御部３１５によって、加工対象物１の領域Ｚ９にて矢印Ｂ方向に延在する切断予定ライン５ｂに沿って集光点を相対的に移動させる。具体的には、加工対象物１の最も手前側の領域Ｚ９において、ステージ制御部３１５により、矢印Ｂ方向に延在する切断予定ライン５ｂに沿って集光点を相対的に移動させ、手前から中央に向かう方向である矢印Ｃ９の方向に載置台１０７を送る。これらを繰り返すことにより、当該領域Ｚ９に設定された切断予定ライン５ｂに沿って、矢印Ｃ９の方向に例えば１００ラインだけ順次に、加工対象物１の内部に改質領域を形成する。
【００８１】
次に、図２０（ｂ）に示すように、シリコンウェハ１１の内部に集光点を合わせてレーザ光Ｌを加工対象物１に照射する。これと共に、ステージ制御部３１５によって、加工対象物１の領域Ｚ１０にて矢印Ｂ方向に延在する切断予定ライン５ｂに沿って集光点を相対的に移動させる。具体的には、加工対象物１の最も奥側の領域Ｚ１０において、ステージ制御部３１５により、矢印Ｂ方向に延在する切断予定ライン５ｂに沿って集光点を相対的に移動させ、奥から中央に向かう方向である矢印Ｃ１０の方向に載置台１０７を送る。これらを繰り返すことにより、当該領域Ｚ１０に設定された切断予定ライン５ｂに沿って、矢印Ｃ１０の方向に例えば１００ラインだけ順次に、加工対象物１の内部に改質領域を形成する。
【００８２】
次に、図２０（ｃ）に示すように、シリコンウェハ１１の内部に集光点を合わせてレーザ光Ｌを加工対象物１に照射する。これと共に、ステージ制御部３１５によって、加工対象物１の領域Ｚ１１にて矢印Ｂ方向に延在する切断予定ライン５ｂに沿って集光点を相対的に移動させる。具体的には、加工対象物１の最も手前側の領域Ｚ９に隣接し当該領域Ｚ９の奥側に位置する領域Ｚ１１おいて、ステージ制御部３１５により、矢印Ｂ方向に延在する切断予定ライン５ｂに沿って集光点を相対的に移動させ、手前から中央に向かう方向である矢印Ｃ１１の方向に載置台１０７を送る。これらを繰り返すことにより、当該領域Ｚ１１に設定された切断予定ライン５ｂに沿って矢印Ｃ１１の方向に例えば１００ラインだけ順次に、加工対象物１の内部に改質領域を形成する。
【００８３】
次に、図２１（ａ）に示すように、シリコンウェハ１１の内部に集光点を合わせてレーザ光Ｌを加工対象物１に照射する。これと共に、ステージ制御部３１５によって、加工対象物１の領域Ｚ１２にて矢印Ｂ方向に延在する切断予定ライン５ｂに沿って集光点を相対的に移動させる。具体的には、加工対象物１の最も奥側の領域Ｚ１０に隣接し当該領域Ｚ１０の奥側に位置する領域Ｚ１２おいて、ステージ制御部３１５により、矢印Ｂ方向に延在する切断予定ライン５ｂに沿って集光点を相対的に移動させ且つ奥から中央に向かう方向である矢印Ｃ１２の方向に載置台１０７を送る。これらにより、当該領域Ｚ１２に設定された切断予定ライン５ｂに沿って矢印Ｃ１２の方向に例えば１００ラインだけ順次に、加工対象物１の内部に改質領域を形成する。
【００８４】
次に、図２１（ｂ）に示すように、シリコンウェハ１１の内部に集光点を合わせてレーザ光Ｌを加工対象物１に照射する。これと共に、ステージ制御部３１５によって、加工対象物１の領域Ｚ１３にて矢印Ｂ方向に延在する切断予定ライン５ｂに沿って集光点を相対的に移動させる。具体的には、加工対象物１の中央手前側に位置する領域Ｚ１３おいて、ステージ制御部３１５により、矢印Ｂ方向に延在する切断予定ライン５ｂに沿って集光点を相対的に移動させ且つ手前から中央に向かう方向である矢印Ｃ１３の方向に載置台１０７を送る。これらにより、当該領域Ｚ１３に設定された切断予定ライン５ｂに沿って矢印Ｃ１３の方向に例えば９２ラインだけ順次に、加工対象物１の内部に改質領域を形成する。
【００８５】
そして、図２１（ｃ）に示すように、シリコンウェハ１１の内部に集光点を合わせてレーザ光Ｌを加工対象物１に照射する。これと共に、ステージ制御部３１５によって、加工対象物１の領域Ｚ１４にて矢印Ｂ方向に延在する切断予定ライン５ｂに沿って集光点を相対的に移動させる。具体的には、加工対象物１の中央奥側に位置する領域Ｚ１４おいて、ステージ制御部３１５により、矢印Ｂ方向に延在する切断予定ライン５ｂに沿って集光点を相対的に移動させ且つ奥から中央に向かう方向である矢印Ｃ１４の方向に載置台１０７を送る。これらにより、当該領域Ｚ１４に設定された切断予定ライン５ｂに沿って矢印Ｃ１４の方向に例えば９２ラインだけ順次に、加工対象物１の内部に改質領域を形成する。
【００８６】
以上により、切断予定ライン５ｂ（図１５参照）に沿って、切断の起点となる改質領域が形成されることとなる。なお、切断予定ライン５ａ（図１５参照）に沿った改質領域の形成については、この切断予定ライン５ｂに沿った改質領域の形成に対し、加工対象物１がＺ軸を基軸に９０°回転した状態で載置台１０７に載置される以外は同様である。この場合、ステージ制御部３１５は、加工対象物の表面３から見て紙面右方を手前、紙面左方を奥として加工対象物の全体領域を矢印Ｂ方向に６つに区切った際に、最も手前側の領域に改質領域を形成するための制御回路、最も奥側の領域に改質領域を形成するための制御回路、最も手前側の領域に隣接し当該領域の奥側に位置する領域に改質領域を形成するための制御回路、最も奥側の領域に隣接し当該領域の手前側に位置する領域に改質領域を形成するための制御回路、中央に位置する２領域のうち手前側の領域に改質領域を形成するための制御回路、及び中央に位置する２領域のうち奥側の領域に改質領域を形成するための制御回路、を有し、これらの回路をこの順序で実行するものとなる。
【００８７】
この本実施形態によれば、加工対象物１において最も手前側の領域Ｚ９、最も奥側の領域Ｚ１０、領域Ｚ９に隣接し且つ領域Ｚ９の奥側の領域Ｚ１１、領域Ｚ１０に隣接し且つ領域Ｚ１０の手前側の領域Ｚ１２、中央手前側の領域Ｚ１３、中央奥側の領域Ｚ１４の順序で、各領域に延在する切断予定ライン５ｂに沿って改質領域を形成する。これにより、上記効果と同様の効果、すなわち形成される改質領域が切断予定ライン５からずれるのを抑制することが可能となり、その結果、インデックス補正量の頻度を大きく減らすことができ、レーザ加工におけるタクトタイムの短縮を図り、加工効率を向上させることが可能となるという効果を奏する。
【００８８】
さらに、本実施形態では、上述のように、各領域に改質領域を形成するに際して、切断予定ライン５ｂの延在方向である矢印Ｂ方向及び加工対象物１の厚さ方向に交差する矢印Ｈ方向において加工対象物１の端部側に設定された切断予定ライン５ｂから加工対象物の中央部側に設定された切断予定ライン５ｂに向かう順序で、切断予定ライン５ｂに沿って改質領域が形成される。すなわち、各領域Ｚ９〜Ｚ１４に延在する複数の切断予定ライン５ｂに沿って改質領域を形成するに際して、ステージ制御部３１５によって中央に向かう方向に載置台１０７を移動させ、中央の切断予定ライン５ｂに向かう矢印Ｃ９〜Ｃ１４方向に順次に加工を実施する。これにより、形成される改質領域が切断予定ライン５からずれるのをより抑制することが可能となる。その結果、インデックス補正量の頻度をより大きく減らすことができ、レーザ加工におけるタクトタイムの一層の短縮を図り、加工効率をより向上させることが可能となる。
【００８９】
それは、以下の理由によると考えられる。つまり、前述したが、切断予定ライン５からの改質領域のずれは、上記移動に起因し、この移動は、切断予定ライン５を境にした加工対象物１の各部分における互いの大きさや質量等の関係に依存する。よって、手前側及び奥側に位置する領域ほど上記移動の影響を受けやすい。一方、前述したが、加工順序が後になる領域ほど、他の領域における加工による上記移動の影響を多く受ける。また、加工が既に実施された領域に上記移動の影響が及んでも、既に加工が終了しているのであるから問題にならないのは当然である。従って、上記移動の影響を受け易い手前側及び奥側に位置する領域に、上記移動の影響を受ける前に先んじて加工を施すことで、当該影響を最小限に留めることが可能となるからである。
【００９０】
また、所定の領域を介して対称である領域のそれぞれにおいて、複数の切断予定ライン５のうち加工対象物１の中央に対し対称となるように順次に改質領域を形成することで、一方の領域に改質領域を形成したことによる上記移動の影響と、他方の領域に改質領域を形成したことによる上記移動の影響と、が互いに打ち消す方向により効果的に作用するからである。
【００９１】
従って、形成される改質領域が切断予定ライン５からずれるのをより抑制することが可能となり、その結果、インデックス補正量の頻度をより大きく減らすことができ、レーザ加工におけるタクトタイムの一層の短縮を図り、加工効率をより向上させることが可能となる。
【００９２】
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。
【００９３】
例えば、上記実施形態では、レーザ加工において加工対象物１の表面３から見て当該加工対象物１の全体領域を３，５，６つに区切り加工を実施したが、全体領域を４つに区切って加工を実施しても良く、７つ以上に区切って加工を実施してもよい。これらの場合であっても、上記実施形態と同様の領域の順序で、各領域に加工を実施することで、上述と同様の効果を奏する。
【００９４】
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、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】
【００９５】
【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XVI−XVI線に沿った部分断面図である。
【図１６】本発明の第１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】本発明の第１実施形態に係るレーザ加工方法を説明するための図である。
【図１８】本発明の第２実施形態に係るレーザ加工方法を説明するための図である。
【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である。
【図２０】本発明の第３実施形態に係るレーザ加工方法を説明するための図である。
【図２１】図１８に示すレーザ加工方法の続きを説明するための図である。
【図２２】従来のレーザ加工方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００９６】
１…加工対象物、５，５ａ，５ｂ…切断予定ライン、１０１…レーザ光源、１０５…集光用レンズ、１０７…載置台、１１５…ステージ制御部（制御手段）、Ｌ…レーザ光、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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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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