(57)【要約】【課題】加工対象物のレーザ光照射面に対して所望の位置に改質領域を精度良く形成する。【解決手段】トレース記録に際して、平均差分γが所定の閾値を超えた値を有する場合、平均差分γが所定の閾値を超えたライン区間Ｓを含むパーティクル区間Ｚを決定する。これにより、切断予定ライン５上にパーティクルが存在し当該パーティクルで測定用レーザ光が乱反射していることが判断され、切断予定ライン区間においてパーティクルの存在によって制御信号に影響が及ぶ区間がパーティクル区間Ｚとして検出される。そして、パーティクル区間Ｚにおいて制御信号を補正することより、パーティクルの存在による影響で制御信号に誤差が含まれるために集光用レンズが必要以上に移動することを抑止し、表面３に対して加工用レーザ光の集光点を精度良く追従させる。【選択図】図１８
2008087054.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方法であって、
前記切断予定ラインに沿って測定用レーザ光を照射することにより、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する前記測定用レーザ光の反射光に応じた検出値を検出し、当該検出値が所定値となるように、前記加工用レーザ光を集光する集光用レンズを前記レーザ光照射面に対して所定の位置に移動させることにより、前記集光用レンズを移動させるための信号値を取得する工程と、
前記信号値に基づいて前記集光用レンズを前記レーザ光照射面に対して所定の位置に移動させることにより、前記加工用レーザ光の集光点を前記レーザ光照射面に対して所定の位置に合わせながら、前記集光用レンズを前記切断予定ラインに沿って相対移動させて、前記改質領域を前記加工対象物の内部に形成する工程と、を含み、
前記信号値を取得する工程では、前記検出値が所定の閾値を超えた値を有する場合、前記検出値が前記所定の閾値を超えたライン区間を含む所定のライン区間を決定し、当該所定のライン区間において前記信号値を補正することを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項２】
前記信号値を取得する工程では、前記検出値が前記所定の閾値を超えた値を有する場合、前記切断予定ラインに沿って、前記所定のライン区間以外の前記信号値を再度取得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】
前記所定のライン区間において前記信号値を一定にすることにより、前記所定のライン区間において前記信号値を補正することを特徴とする請求項１又は２記載のレーザ加工方法。
【請求項４】
前記所定のライン区間において前記信号値を当該所定のライン区間の近傍の前記信号値でスムージングすることにより、前記所定のライン区間において前記信号値を補正することを特徴とする請求項１又は２記載のレーザ加工方法。
【請求項５】
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１〜４の何れか一項記載のレーザ加工方法。
【請求項６】
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１〜５の何れか一項記載のレーザ加工方法。
【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）。
【０００３】
このようなレーザ加工方法では、加工対象物のレーザ光照射面に対して所望の位置に改質領域を精度良く形成するために、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し、この照射に応じてレーザ光照射面で反射された反射光を検出する場合がある。
【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】
【０００４】
しかしながら、上述のようなレーザ加工方法では、例えば切断予定ライン上に塵や埃等のパーティクルが存在すると、当該パーティクルで測定用レーザ光が乱反射してしまいその反射光を精度良く検出することができず、レーザ光照射面に対して所望の位置に改質領域を精度良く形成することができないおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、加工対象物のレーザ光照射面に対して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レーザ加工方法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】
【０００６】
上記課題を解決するために、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方法であって、切断予定ラインに沿って測定用レーザ光を照射することにより、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する測定用レーザ光の反射光に応じた検出値を検出し、当該検出値が所定値となるように、加工用レーザ光を集光する集光用レンズをレーザ光照射面に対して所定の位置に移動させることにより、集光用レンズを移動させるための信号値を取得する工程と、信号値に基づいて集光用レンズをレーザ光照射面に対して所定の位置に移動させることにより、加工用レーザ光の集光点をレーザ光照射面に対して所定の位置に合わせながら、集光用レンズを切断予定ラインに沿って相対移動させて、改質領域を加工対象物の内部に形成する工程と、を含み、信号値を取得する工程では、検出値が所定の閾値を超えた値を有する場合、検出値が所定の閾値を超えたライン区間を含む所定のライン区間を決定し、当該所定のライン区間において信号値を補正することを特徴とする。
【０００７】
この本発明に係るレーザ加工方法では、切断予定ラインに沿って測定用レーザ光を照射することにより、加工対象物のレーザ光照射面で反射する測定用レーザ光の反射光に応じた検出値を検出するが、その検出値が所定の閾値を超えた値を有する場合、検出値が所定の閾値を超えたライン区間を含む所定のライン区間を決定し、当該所定のライン区間において信号値を補正する。これにより、切断予定ライン上にパーティクルが存在し当該パーティクルで測定用レーザ光が乱反射していることを判断することができ、且つ、所定のライン区間としてパーティクルの存在によって検出値に影響が及ぶ区間を検出することが可能となる。そして、所定のライン区間において信号値を補正することにより、パーティクルの存在による影響で信号値に誤差が含まれるために集光用レンズが必要以上に移動することを抑止し、レーザ光照射面に対して加工用レーザ光の集光点を精度良く追従させることができる。従って、本発明によれば、加工対象物のレーザ光照射面に対して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。なお、ライン区間とは、加工対象物の切断予定ラインに沿った切断予定ライン区間において検出値が所定の閾値を超えた区間を指すものである。
【０００８】
また、信号値を取得する工程では、検出値が所定の閾値を超えた値を有する場合、切断予定ラインに沿って、所定のライン区間以外の信号値を再度取得することが好ましい。ここで、検出値に対する信号値の応答性の遅れのために、パーティクルの存在によって検出値に影響が及ぶ所定のライン区間の近傍で、信号値を精度良く取得することができない場合がある。そこで、所定のライン区間以外の信号値を再度取得することにより、所定のライン区間の近傍においても、レーザ光照射面に対して加工用レーザ光の集光点を精度良く追従させることができる。
【０００９】
また、所定のライン区間において信号値を一定にすることにより、所定のライン区間において信号値を補正する場合や、所定のライン区間において信号値を当該所定のライン区間の近傍の信号値でスムージングすることにより、所定のライン区間において信号値を補正する場合がある。これらの場合、レーザ光照射面に対して加工用レーザ光の集光点をスムーズに追従させることができる。
【００１０】
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。
【００１１】
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】
【００１２】
本発明によれば、加工対象物のレーザ光照射面から所望の位置に改質領域を精度良く形成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】
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
本実施形態に係るレーザ加工方法は、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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
（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。
【００２２】
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。
【００２３】
（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
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
（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。
【００２８】
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。
【００２９】
（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
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
（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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
次に、本発明の好適な実施形態について説明する。
【００３９】
図１４及び図１５に示すように、加工対象物１は、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。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。
【００４０】
次に、この加工対象物１を切断する場合の一例について説明する。まず、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て当該加工対象物１を載置台上に載置する。続いて、集光用レンズによりシリコンウェハ１１の内部に集光点を合わせ、多光子吸収が生じる条件で加工対象物１の表面３側から加工用レーザ光を照射し、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とにより、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。
【００４１】
次に、上述し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、加工対象物１の厚さ方向をＺ軸方向として説明する。
【００４２】
まず、切断予定ライン５上で、加工対象物１の表面３を例えばＣＣＤカメラにより集光用レンズを介して撮像し、投影されるレチクルパターンのコントラストが最大になるように載置台をＺ軸方向に相対移動させる。このときの表面３のＺ方向位置をピント位置（表面３の変位が０μｍ）とする。
【００４３】
続いて、測定用レーザ光を集光用レンズを介して加工対象物１に向けて照射し、表面３で反射した反射光を例えば４分割フォトダイオードで受光する。この反射光は、例えば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により非点収差が付加され、４分割フォトダイオードの受光面に集光されて、当該受光面に集光像を形成する。そのため、この集光像の形状は、加工対象物１の表面３の変位（表面３に対する測定用レーザ光の集光点の位置）に応じて変化するようになっている。よって、４分割フォトダイオードで反射光を受光することにより、表面３の変位が非点収差信号として検出されると共に、反射光の全光量値に相当する全光量信号が検出される。
【００４４】
続いて、例えばコントローラにより、非点収差信号と全光量信号とから変位センサ信号を求め、この変位センサ信号をフィードバック基準値（所定値）Ｖ０として保存する。つまり、ピント位置での変位センサ信号をフィードバック目標信号Ｖ０として保存する。なお、変位センサ信号とは、非点収差信号を全光量信号で除算したものであり、受光した全光量に対する非点収差信号の相対値である。これにより、光量が変化する場合であっても表面３の変位が安定して検出される。
【００４５】
続いて、切断予定ライン５に沿うように、例えば３００ｍｍ／ｓの速度で載置台を相対移動させながら測定用レーザ光を照射し、変位センサ信号を算出し、当該変位センサ信号がフィードバック基準値Ｖ０を維持するように、すなわち、表面３と集光用レンズとの離間距離がピント位置での離間距離になるように、例えばピエゾ素子により集光用レンズのＺ軸方向位置を制御する。これと共に、当該制御の制御信号（信号値）を、例えばコントローラに記録する（トレース記録）。ここでは、位置の制御は、サンプリング周期を０．０５ｍｓとするフィードバック制御としている。なお、加工対象物１の切断予定ライン５に沿った区間を切断予定ライン区間と称する。
【００４６】
ここで、加工対象物１の表面３の切断予定ライン５上に、塵、埃、又はゴミ等のパーティクルが存在する場合がある。この場合、従来のレーザ加工方法では、切断予定ライン区間においてパーティクルが存在する区間で測定用レーザ光が乱反射してしまう。そのため、図１９に示すように、変位センサ信号が大きく乱れ、これに応じてピエゾが必要以上に駆動されて制御信号も乱れている（図中の枠内参照）。
【００４７】
そこで、本実施形態では、以下の動作を実行する。まず、図１６に示すように、上述したトレース記録に併せて、変位センサ信号αをモニターし、変位センサ信号αの例えば８サンプリング分の平均値である移動平均βを算出する。そして、変位センサ信号αにおいてパーティクルが存在するために信号の波形が乱れる部分をより明確にするため、及び当該部分以外の他の部分での微小な信号の変化（ノイズ）を抑制するため、変位センサ信号αと移動平均βとの差である平均差分γを算出する。
【００４８】
続いて、図１７に示すように、平均差分γが所定の閾値を超えた場合、切断予定ライン区間において平均差分γが所定の閾値を超えたライン区間Ｓを含む所定のライン区間をパーティクル区間Ｚとする。具体的には、切断予定ライン区間において、平均差分γの絶対値が０．２Ｖ以上となった箇所Ｐ１から平均差分γの絶対値が０．０５Ｖ以下となった箇所Ｐ２に至るまでの切断予定ライン区間をパーティクル区間Ｚとする。これにより、切断予定ライン区間に存在するパーティクルを検出する。なお、加工対象物１の一端（図１６中の距離０ｍｍの箇所）及び他端（図１６中の距離１５０ｍｍの箇所）は測定用レーザ光の進入端及び抜け出し端となる理由により一端及び他端では測定用レーザ光が乱反射するため、本実施形態ではこれらの端での信号値を未考慮としている。
【００４９】
続いて、取得した切断予定ライン区間の制御信号（図１８（ａ）参照）においてパーティクル区間Ｚでの制御信号を一定にする（図１８（ｂ）の破線）ことにより、当該パーティクル区間Ｚにおいて制御信号を補正し、パーティクル区間Ｚ以外のトレース記録を再度行う（再トレース記録）。
【００５０】
具体的には、再び切断予定ライン５に沿うように載置台を相対移動させながら測定用レーザ光を照射し、変位センサ信号を算出し、当該変位センサ信号がフィードバック基準値Ｖ０を維持するように、ピエゾ素子により集光用レンズのＺ軸方向位置を制御すると共に、当該制御の制御信号を再記録する。このとき、パーティクル区間Ｚでは、ピエゾ素子を固定する。換言すると、再トレース記録の際には、パーティクル区間Ｚにおける集光用レンズのＺ軸方向位置は、固定としている。
【００５１】
或いは、パーティクル区間Ｚでの制御信号を当該パーティクル区間Ｚの近傍の制御信号でスムージング（図１８（ｃ）の破線）することにより、パーティクル区間Ｚにおいて制御信号を補完し、パーティクル区間Ｚ以外のトレース記録を再度行う。
【００５２】
具体的には、パーティクル区間Ｚよりも前側及び後側の切断予定ライン区間での制御信号に基づいて、これら前側及び後側の切断予定ライン区間が滑らかに連続するように、パーティクル区間Ｚでの制御信号を曲線補完する。その後、再び切断予定ライン５に沿うように載置台を相対移動させながら測定用レーザ光を照射し、変位センサ信号を算出し、当該変位センサ信号がフィードバック基準値Ｖ０を維持するように、ピエゾ素子により集光用レンズのＺ軸方向位置を制御すると共に、当該制御の制御信号を再記録する。このとき、パーティクル区間Ｚでは、ピエゾ素子を曲線補完した制御信号により駆動する。換言すると、再トレース記録の際には、パーティクル区間Ｚにおける集光用レンズのＺ軸方向位置は、曲線補完した制御信号による位置としている。
【００５３】
最後に、記録した制御信号をピエゾ素子で再生することにより集光用レンズをＺ軸方向に動作させると共に、シリコンウェハ１１の内部に集光点を合わせて加工用レーザ光を加工対象物１に照射する。このとき、パーティクル区間Ｚでは、加工用レーザ光をオフにする。換言すると、加工用レーザ光を照射する際には、パーティクル区間Ｚにおける加工用レーザ光の照射は、行わないようにしている。これにより、シリコンウェハ１１の内部に切断の起点となる改質領域が形成されることとなる。
【００５４】
なお、本実施形態では、上述のように、変位センサ信号αと移動平均βとの差を平均差分γをとし、当該平均差分γに閾値を設けて切断予定ライン区間に存在するパーティクルを検出するが、変位センサ信号αとフィードバック基準値Ｖ０との差を平均差分とし、当該平均差分に閾値を設けてもよい。また、平均差分とせずに、変位センサ信号に直接に閾値を設けて切断予定ライン区間に存在するパーティクルを検出する場合もある。ちなみに、これらいずれの場合でも、検出値に所定の閾値を設けることに相当する。
【００５５】
以上、本実施形態によれば、トレース記録に際して、平均差分γの絶対値が０．２Ｖを超えたライン区間Ｓを含むパーティクル区間Ｚを決定し、当該パーティクル区間Ｚにおいて制御信号を補正する。これにより、切断予定ライン区間においてパーティクルが存在する区間がライン区間Ｓとして検出され、切断予定ライン５上にパーティクルが存在し、このパーティクルで測定用レーザ光が乱反射していることを判断することができる。これと共に、切断予定ライン区間においてパーティクルの存在によって制御信号に影響が及ぶ区間をパーティクル区間Ｚとして検出することが可能となる。そして、パーティクル区間Ｚにおいて制御信号を補正することより、パーティクルの存在による影響で制御信号に誤差が含まれるために集光用レンズが必要以上にＺ軸方向に移動してしまうのを抑止し、加工対象物１の表面３に対して加工用レーザ光の集光点を精度良く追従させることができる。従って、表面３に対して所望の位置に集光点を合わせることができ、表面３に対して所望の位置に改質領域を精度良く形成することが可能となる。その結果、加工用レーザ光がパーティクルに照射されることで当該パーティクルが粉砕して周囲に撒き散ることが防止され、ひいては、かかる粉砕により加工対象物１の全体にダメージが及ぶことが防止される。
【００５６】
ここで、一般的なレーザ加工方法においては、平均差分γに対する制御信号の応答性の遅れのために、パーティクル区間Ｚの近傍で制御信号を精度良く取得することができないことがある。例えば、切断予定ライン区間においてパーティクル区間Ｚよりも後側にて、平均差分γの波形では乱れが収束して安定しているが、制御信号の波形では乱れが未だ続いていることがある。そこで、本実施形態では、上述のように、パーティクル区間Ｚ以外の制御信号を再度取得する再トレース記録を実施することにより、パーティクル区間Ｚの近傍においても制御信号を精度良く取得することができ、表面３に対して加工用レーザ光の集光点をより精度良く追従させることが可能となる。
【００５７】
また、本実施形態では、上述のように、パーティクル区間Ｚにおいて、制御信号を一定にすること、或いは制御信号をパーティクル区間Ｚの近傍の制御信号でスムージングすることにより、制御信号を補正している。これらにより、加工用レーザ光の集光点の表面３に対する追従がスムーズなものとなる。
【００５８】
ところで、加工対象物１の裏面２１側に貼り付けられたエキスパンドテープと載置台との間に、パーティクルが混入する場合がある。この場合、パーティクルが混入した部分では、当該パーティクルによって加工対象物１が極端に変形し、表面３が大きく変位してしまう。よって、従来、測定用レーザ光により表面３の変位を検出しきれず、加工用レーザ光の集光点を表面３に精度良く追従させることができないおそれがある。そこで、本実施形態では、上述のように、パーティクル区間Ｚを決定し当該パーティクル区間Ｚにおいて制御信号を補正することより、エキスパンドテープと載置台との間にパーティクルが混入する場合に本実施形態のレーザ加工方法を適用させることができ、この場合であっても加工用レーザ光の集光点を表面３に精度良く追従させることが可能となる。
【００５９】
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。
【００６０】
例えば、上記実施形態では、再トレース記録を実施したが、制御信号の応答性の遅れを考慮する必要が少ない場合には、再トレースを行わなくともよい。
【００６１】
また、上記実施形態では、算出精度及び算出速度の点で好ましいとして、移動平均βを変位センサ信号αの８サンプリング分の平均値としたが、１０サンプリング分の平均値としてもよく、適宜に設定してもよい。
【００６２】
また、スムージングは、パーティクル区間Ｚよりも前側又は後側のいずれか一方の切断予定ライン区間における制御信号のみでパーティクル区間の制御信号を補完してもよい。さらに、曲線補完に代えて直線補完する場合もある。
【００６３】
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】
【００６４】
【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方法における平均差分を説明するための図である。
【図１７】本発明の一実施形態に係るレーザ加工方法におけるパーティクル区間を説明するための図である。
【図１８】本発明の一実施形態に係るレーザ加工方法におけるパーティクル区間での制御信号を説明するための図である。
【図１９】従来のレーザ加工方法におけるパーティクル区間での制御信号を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６５】
１…加工対象物、３…表面（レーザ光照射面）、５…切断予定ライン、Ｌ…レーザ光、Ｐ…集光点、Ｓ…ライン区間、Ｖ０…フィードバック基準値（所定値）、Ｚ…パーティクル区間（所定のライン区間）。
【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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