(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工対象物の内部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の内部に改質領域を形成するレーザ加工方法であって、
前記加工対象物の内部に少なくとも３つの前記レーザ光を同時集光することにより、前記加工対象物の厚さ方向及び前記切断予定ラインの延在方向に対して直交する所定方向において前記切断予定ラインに対応する位置に位置する１又は複数の第１改質領域と、前記所定方向において前記第１改質領域よりも一方側に位置する１又は複数の第２改質領域と、前記所定方向において前記第１改質領域よりも他方側に位置する１又は複数の第３改質領域と、を同時形成すると共に、前記加工対象物の表面又は裏面に至る亀裂を前記第１改質領域から発生させるレーザ光集光ステップを含み、
前記切断予定ラインに沿って、前記加工対象物の厚さ方向に複数列の前記改質領域を形成するレーザ加工方法であって、
前記レーザ光集光ステップは、
前記加工対象物の前記表面に至る亀裂を前記第１改質領域から発生させる場合、前記加工対象物の厚さ方向に複数列の前記改質領域のうち前記加工対象物の前記表面に最も近い改質領域を形成する際に実行され、
前記加工対象物の前記裏面に至る亀裂を前記第１改質領域から発生させる場合、前記加工対象物の厚さ方向に複数列の前記改質領域のうち前記加工対象物の前記裏面に最も近い改質領域を形成する際に実行される、レーザ加工方法。
【請求項２】
前記切断予定ラインの延在方向における前記第１〜第３改質領域の位置は、互いに等しい、請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項３】
前記レーザ光は、超短パルスレーザ光である、請求項１又は２に記載のレーザ加工方法。
【請求項４】
前記加工対象物の厚さ方向における前記第１〜第３改質領域の位置は、互いに等しい、請求項１〜３の何れか一項に記載のレーザ加工方法。
【請求項５】
前記レーザ光集光ステップでは、１つの前記レーザ光が少なくとも３つに分岐されるように当該レーザ光を空間光変調器で変調する、請求項１〜４の何れか一項に記載のレーザ加工方法。
【請求項６】
前記レーザ光集光ステップでは、前記加工対象物の前記表面又は前記裏面に至る亀裂を前記第２及び第３改質領域から発生させない、請求項１〜５の何れか一項に記載のレーザ加工方法。
【請求項７】
前記切断予定ラインは、複数設定されており、
前記第１改質領域は、第１切断予定ライン上に位置し、
前記第２改質領域は、前記所定方向において前記第１切断予定ラインに対して一方側に隣接する第２切断予定ラインと前記第１切断予定ラインとの間に位置し、
前記第３改質領域は、前記所定方向において前記第１切断予定ラインに対して他方側に隣接する第３切断予定ラインと前記第１切断予定ラインとの間に位置している、請求項１〜６の何れか一項に記載のレーザ加工方法。
【請求項８】
加工対象物の内部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の内部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出射部と、
前記レーザ光出射部から出射された前記レーザ光を前記加工対象物の内部に集光する集光光学系と、
前記レーザ光出射部から出射されて前記集光光学系で集光される前記レーザ光を変調する空間光変調器と、
少なくとも前記レーザ光出射部及び前記空間光変調器の動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記レーザ光を前記レーザ光出射部から出射させ、前記レーザ光が少なくとも３つに分岐されて前記加工対象物の内部に前記集光光学系で同時集光されるように当該レーザ光を前記空間光変調器で変調させ、前記加工対象物の厚さ方向及び前記切断予定ラインの延在方向に対して直交する所定方向において前記切断予定ラインに対応する位置に位置する１又は複数の第１改質領域と、前記所定方向において前記第１改質領域よりも一方側に位置する１又は複数の第２改質領域と、前記所定方向において前記第１改質領域よりも他方側に位置する１又は複数の第３改質領域と、を同時形成させると共に、前記加工対象物の表面又は裏面に至る亀裂を前記第１改質領域から発生させるレーザ光集光制御を実行し、
前記切断予定ラインに沿って、前記加工対象物の厚さ方向に複数列の前記改質領域を形成するレーザ加工装置であって、
前記レーザ光集光制御は、
前記加工対象物の前記表面に至る亀裂を前記第１改質領域から発生させる場合、前記加工対象物の厚さ方向に複数列の前記改質領域のうち前記加工対象物の前記表面に最も近い改質領域を形成する際に実行され、
前記加工対象物の前記裏面に至る亀裂を前記第１改質領域から発生させる場合、前記加工対象物の厚さ方向に複数列の前記改質領域のうち前記加工対象物の前記裏面に最も近い改質領域を形成する際に実行される、レーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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、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が知られている。例えば特許文献１に記載されたレーザ加工方法では、切断予定ラインに沿って、改質領域を形成すると共に当該改質領域から加工対象物の表面又は裏面に至る亀裂（いわゆる、ハーフカット）を発生させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１３０９５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したようなレーザ加工方法では、例えば加工品質向上の要求が益々高まる中、改質領域から加工対象物の表面又は裏面に至る亀裂が切断予定ラインに対して蛇行してしまうのを抑制することが求められている。
【０００５】
本発明は、改質領域から加工対象物の表面又は裏面に至る亀裂が切断予定ラインに対して蛇行することを抑制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目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るレーザ加工方法は、加工対象物の内部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の内部に改質領域を形成するレーザ加工方法であって、加工対象物の内部に少なくとも３つのレーザ光を同時集光することにより、加工対象物の厚さ方向及び切断予定ラインの延在方向に対して直交する所定方向において切断予定ラインに対応する位置に位置する１又は複数の第１改質領域と、所定方向において第１改質領域よりも一方側に位置する１又は複数の第２改質領域と、所定方向において第１改質領域よりも他方側に位置する１又は複数の第３改質領域と、を同時形成すると共に、加工対象物の表面又は裏面に至る亀裂を第１改質領域から発生させるレーザ光集光ステップを含む。
【０００７】
本発明に係るレーザ加工装置は、加工対象物の内部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の内部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出射部と、レーザ光出射部から出射されたレーザ光を加工対象物の内部に集光する集光光学系と、レーザ光出射部から出射されて集光光学系で集光されるレーザ光を変調する空間光変調器と、少なくともレーザ光出射部及び空間光変調器の動作を制御する制御部と、を備え、制御部は、レーザ光をレーザ光出射部から出射させ、レーザ光が少なくとも３つに分岐されて加工対象物の内部に集光光学系で同時集光されるように当該レーザ光を空間光変調器で変調させ、加工対象物の厚さ方向及び切断予定ラインの延在方向に対して直交する所定方向において切断予定ラインに対応する位置に位置する１又は複数の第１改質領域と、所定方向において第１改質領域よりも一方側に位置する１又は複数の第２改質領域と、所定方向において第１改質領域よりも他方側に位置する１又は複数の第３改質領域と、を同時形成させると共に、加工対象物の表面又は裏面に至る亀裂を第１改質領域から発生させるレーザ光集光制御を実行する。
【０００８】
このレーザ加工方法及びレーザ加工装置では、第１改質領域を形成すると共に第１改質領域から表面又は裏面に至る亀裂（以下、「ハーフカット」ともいう）を発生させる。これと同時に、第１改質領域の所定方向における一方側と他方側とのそれぞれに、第２及び第３改質領域をそれぞれ形成する。第２及び第３改質領域の形成により所定方向において第１改質領域を挟むような強い圧縮応力場を瞬間的に発生させ、当該圧縮応力場によってハーフカットの所定方向の進展を抑制できる。すなわち、ハーフカットの進展方向を安定化し、ハーフカットを第１改質領域から厚さ方向に沿って進展させ易くすることができる。したがって、ハーフカットが切断予定ラインに対して蛇行することを抑制することが可能となる。
【０００９】
本発明に係るレーザ加工方法では、切断予定ラインの延在方向における第１〜第３改質領域の位置は、互いに等しくてもよい。この場合、第２及び第３改質領域の形成による圧縮応力場を効果的にハーフカットの進展に作用させることができ、ハーフカットの所定方向の進展を効果的に抑制することが可能となる。
【００１０】
本発明に係るレーザ加工方法では、レーザ光は、超短パルスレーザ光であってもよい。この場合、第２及び第３改質領域の形成による圧縮応力場を一層瞬間的に発生させることができる。
【００１１】
本発明に係るレーザ加工方法では、加工対象物の厚さ方向における第１〜第３改質領域の位置は、互いに等しくてもよい。この場合、当該圧縮応力場を効果的にハーフカットの進展に作用させることができ、ハーフカットの所定方向の進展を効果的に抑制することが可能となる。
【００１２】
本発明に係るレーザ加工方法は、切断予定ラインに沿って、加工対象物の厚さ方向に複数列の改質領域を形成するレーザ加工方法であって、レーザ光集光ステップは、加工対象物の表面に至る亀裂を第１改質領域から発生させる場合、加工対象物の厚さ方向に複数列の改質領域のうち加工対象物の表面に最も近い改質領域を形成する際に実行され、加工対象物の裏面に至る亀裂を第１改質領域から発生させる場合、加工対象物の厚さ方向に複数列の改質領域のうち加工対象物の裏面に最も近い改質領域を形成する際に実行されてもよい。この場合、ハーフカットを効率よく発生させることができる。
【００１３】
本発明に係るレーザ加工方法は、レーザ光集光ステップでは、１つのレーザ光が少なくとも３つに分岐されるように当該レーザ光を空間光変調器で変調してもよい。この場合、空間光変調器を利用して第１〜第３改質領域を同時形成することができる。
【００１４】
本発明に係るレーザ加工方法は、レーザ光集光ステップでは、加工対象物の表面又は裏面に至る亀裂を第２及び第３改質領域から発生させなくてもよい。この場合、第２及び第３改質領域から表面又は裏面に至る亀裂によって当該圧縮応力場の応力が逃がされて低減してしまうことを回避できる。
【００１５】
本発明に係るレーザ加工方法では、切断予定ラインは、複数設定されており、第１改質領域は、第１切断予定ライン上に位置し、第２改質領域は、所定方向において第１切断予定ラインに対して一方側に隣接する第２切断予定ラインと第１切断予定ラインとの間に位置し、第３改質領域は、所定方向において第１切断予定ラインに対して他方側に隣接する第３切断予定ラインと第１切断予定ラインとの間に位置していてもよい。この場合、切断の起点として第１改質領域及びハーフカットを利用して、加工対象物を切断予定ラインに沿って精度よく切断できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、加工対象物の表面に至る亀裂が切断予定ラインに対して蛇行することを抑制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が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【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】一実施形態に係る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】レーザ光の分岐及び集光を説明するための図である。
【図１０】加工対象物の平面図である。
【図１１】（ａ）は、一実施形態に係るレーザ加工方法を説明するための加工対象物の平面図である。（ｂ）は、図１１（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。（ｃ）は、図１１（ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図１２】一実施形態に係るレーザ加工方法及びレーザ加工方法の作用を説明する図である。
【図１３】一実施形態に係るレーザ加工方法及びレーザ加工方法の作用を説明する他の図である。
【図１４】（ａ）は、比較例に係るレーザ加工結果を示す写真図である。（ｂ）は、一実施形態に係るレーザ加工結果を示す写真図である。
【図１５】（ａ）は、図１４（ａ）の一部拡大写真図である。（ｂ）は、図１４（ｂ）の一部拡大写真図である。
【図１６】（ａ）は、比較例に係るレーザ加工結果を示す写真図である。（ｂ）は、一実施形態に係るレーザ加工結果を示す写真図である。
【図１７】一実施形態に係るレーザ加工において分岐後の各レーザ光の出力比を変えた場合のレーザ加工結果を示す写真図である。
【図１８】第１〜第３改質領域の間隔を変えた場合のレーザ加工結果を示す図である。
【図１９】第１〜第３改質領域の間隔を変えた場合のレーザ加工結果を示す図である。
【図２０】第１〜第３改質領域の間隔を変えた場合のレーザ加工結果を示す図である。
【図２１】第１〜第３改質領域の間隔を変えた場合のレーザ加工結果を示す図である。
【図２２】加工対象物の切断面の一部拡大写真図である。
【図２３】変形例に係るレーザ加工を説明する図である。
【図２４】変形例に係るレーザ加工結果を示す写真図である。
【図２５】変形例に係るレーザ加工結果を示す写真図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
実施形態に係るレーザ加工方法及びレーザ加工装置では、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。
【００２０】
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出射部であるレーザ光源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（パルスエネルギ，光強度）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。
【００２１】
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。
【００２２】
加工対象物１としては、半導体材料で形成された半導体基板や圧電材料で形成された圧電基板等を含む板状の部材（例えば、基板、ウェハ等）が用いられる。図２に示されるように、加工対象物１には、加工対象物１を切断するための切断予定ライン５が設定されている。切断予定ライン５は、直線状に延びた仮想線である。加工対象物１の内部に改質領域を形成する場合、図３に示されるように、加工対象物１の内部に集光点（集光位置）Ｐを合わせた状態で、レーザ光Ｌを切断予定ライン５に沿って（すなわち、図２の矢印Ａ方向に）相対的に移動させる。これにより、図４、図５及び図６に示されるように、改質領域７が切断予定ライン５に沿って加工対象物１に形成され、切断予定ライン５に沿って形成された改質領域７が切断起点領域８となる。
【００２３】
集光点Ｐとは、レーザ光Ｌが集光する箇所のことである。切断予定ライン５は、直線状に限らず曲線状であってもよいし、これらが組み合わされた３次元状であってもよいし、座標指定されたものであってもよい。切断予定ライン５は、仮想線に限らず加工対象物１の表面３に実際に引かれた線であってもよい。改質領域７は、連続的に形成される場合もあるし、断続的に形成される場合もある。改質領域７は列状でも点状でもよく、要は、改質領域７は少なくとも加工対象物１の内部に形成されていればよい。また、改質領域７を起点に亀裂が形成される場合があり、亀裂及び改質領域７は、加工対象物１の外表面（表面３、裏面、若しくは外周面）に露出していてもよい。改質領域７を形成する際のレーザ光入射面は、加工対象物１の表面３に限定されるものではなく、加工対象物１の裏面であってもよい。
【００２４】
ちなみに、加工対象物１の内部に改質領域７を形成する場合には、レーザ光Ｌは、加工対象物１を透過すると共に、加工対象物１の内部に位置する集光点Ｐ近傍にて特に吸収される。これにより、加工対象物１に改質領域７が形成される（すなわち、内部吸収型レーザ加工）。この場合、加工対象物１の表面３ではレーザ光Ｌが殆ど吸収されないので、加工対象物１の表面３が溶融することはない。一方、加工対象物１の表面３又は裏面に改質領域７を形成する場合には、レーザ光Ｌは、表面３又は裏面に位置する集光点Ｐ近傍にて特に吸収され、表面３又は裏面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）。
【００２５】
改質領域７は、密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲とは異なる状態になった領域をいう。改質領域７としては、例えば、溶融処理領域（一旦溶融後再固化した領域、溶融状態中の領域及び溶融から再固化する状態中の領域のうち少なくとも何れか一つを意味する）、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等があり、これらが混在した領域もある。更に、改質領域７としては、加工対象物１の材料において改質領域７の密度が非改質領域の密度と比較して変化した領域や、格子欠陥が形成された領域がある。加工対象物１の材料が単結晶シリコンである場合、改質領域７は、高転位密度領域ともいえる。
【００２６】
溶融処理領域、屈折率変化領域、改質領域７の密度が非改質領域の密度と比較して変化した領域、及び、格子欠陥が形成された領域は、更に、それら領域の内部や改質領域７と非改質領域との界面に亀裂（割れ、マイクロクラック）を内包している場合がある。内包される亀裂は、改質領域７の全面に渡る場合や一部分のみや複数部分に形成される場合がある。加工対象物１は、結晶構造を有する結晶材料からなる基板を含む。例えば加工対象物１は、窒化ガリウム（ＧａＮ）、シリコン（Ｓｉ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、ＬｉＴａＯ３、及び、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）の少なくとも何れかで形成された基板を含む。換言すると、加工対象物１は、例えば、窒化ガリウム基板、シリコン基板、ＳｉＣ基板、ＬｉＴａＯ３基板、又はサファイア基板を含む。結晶材料は、異方性結晶及び等方性結晶の何れであってもよい。また、加工対象物１は、非結晶構造（非晶質構造）を有する非結晶材料からなる基板を含んでいてもよく、例えばガラス基板を含んでいてもよい。
【００２７】
実施形態では、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り、改質領域７を形成することができる。この場合、複数の改質スポットが集まることによって改質領域７となる。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る。改質スポットとしては、クラックスポット、溶融処理スポット若しくは屈折率変化スポット、又はこれらの少なくとも１つが混在するもの等が挙げられる。改質スポットについては、要求される切断精度、要求される切断面の平坦性、加工対象物１の厚さ、種類、結晶方位等を考慮して、その大きさや発生する亀裂の長さを適宜制御することができる。また、実施形態では、切断予定ライン５に沿って、改質スポットを改質領域７として形成することができる。
【００２８】
次に、実施形態に係るレーザ加工方法及びレーザ加工装置について説明する。以下の説明では、レーザ光Ｌを加工対象物１に対して相対移動させる際に沿う切断予定ライン５の延在方向（加工進行方向に沿う方向）をＸ方向とし、加工対象物１の厚さ方向をＺ方向とし、Ｘ方向及びＺ方向に対して直交する方向をＹ方向（所定方向）とする。
【００２９】
図７に示されるように、レーザ加工装置３００は、レーザ光源（レーザ光出射部）２０２、反射型空間光変調器（空間光変調器）２０３、４ｆ光学系２４１、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。
【００３０】
レーザ光源２０２は、レーザ光Ｌを出射するものである。レーザ光源２０２は、２０ｐｓ以下のパルス幅を有するレーザ光である超短パルスレーザ光をレーザ光Ｌとして出射する。レーザ光源２０２は、レーザ発振器として超短パルスレーザ光源を含む。レーザ発振器としては、例えば固体レーザ、ファイバレーザ又は外部変調素子等で構成できる。レーザ光源２０２は、レーザ光Ｌの出力を調整する出力調整部を含んでいる。出力調整部としては、λ／２波長板ユニット及び偏光板ユニット等で構成できる。また、レーザ光源２０２は、レーザ光Ｌの径を調整しつつ平行化するビームエキスパンダを含んでいる。
【００３１】
レーザ光源２０２から出射されるレーザ光Ｌの波長は、５００〜５５０ｎｍ、１０００〜１１５０ｎｍ又は１３００〜１４００ｎｍのいずれかの波長帯に含まれる。ここでのレーザ光Ｌの波長は、１０３０ｎｍである。このようなレーザ光源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。
【００３２】
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る。反射型空間光変調器２０３は、例えば反射型液晶（ＬＣＯＳ：Liquid  Crystal  on  Silicon）の空間光変調器（ＳＬＭ：Spatial  Light  Modulator）である。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。
【００３３】
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。
【００３４】
透明基板２１８は、所定平面に沿った表面２１８ａを有している。透明基板２１８の表面２１８ａは、反射型空間光変調器２０３の表面を構成する。透明基板２１８は、例えばガラス等の光透過性材料からなる。透明基板２１８は、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いる。透明導電膜２１７は、レーザ光Ｌを透過する導電性材料（例えばＩＴＯ）からなる。
【００３５】
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。複数の画素電極２１４は、例えばアルミニウム等の金属材料で形成されている。複数の画素電極２１４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。
【００３６】
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いる。アクティブ・マトリクス回路は、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。例えばアクティブ・マトリクス回路は、表面２１８ａに沿う一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、当該一方向に直交し且つ表面２１８ａに沿う他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、を有している。このようなアクティブ・マトリクス回路は、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。
【００３７】
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で形成されている。配向膜９９９ａ，９９９ｂにおける液晶層２１６との接触面には、ラビング処理等が施されている。
【００３８】
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いる。液晶層２１６は、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。
【００３９】
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によって付与することができる。換言すると、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（位相パターンとも称される）を、反射型空間光変調器４１０の液晶層２１６に表示させることができる。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、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。
【００４０】
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調整光学系である。４ｆ光学系２４１は、第１レンズ２４１ａ及び第２レンズ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。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が空間伝播により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。
【００４１】
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。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。
【００４２】
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。その後、レーザ光Ｌは、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。
【００４３】
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る。その後、レーザ光Ｌは、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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。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。
【００４７】
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。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。
【００４８】
更に、レーザ加工装置３００は、当該レーザ加工装置３００の各部の動作を制御する制御部２５０を備えている。制御部２５０は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）及びＲＡＭ（Random  Access  Memory）等によって構成されている。
【００４９】
制御部２５０は、レーザ光源２０２の動作を制御し、レーザ光源２０２からレーザ光Ｌを出射させる。制御部２５０は、レーザ光源２０２の動作を制御し、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。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。制御部２５０は、上記レーザ光源制御部１０２及び上記ステージ制御部１１５の機能を有する。
【００５０】
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る。これにより、制御部２５０は、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。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。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、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。
【００５１】
本実施形態において、制御部２５０は、少なくともレーザ光源２０２及び反射型空間光変調器２０３の動作を制御し、レーザ光集光制御を実行する（詳しくは後述）。制御部２５０は、反射型空間光変調器２０３を制御し、レーザ光Ｌが少なくとも３つに分岐されて加工対象物１内に集光光学系２０４で同時集光される分岐パターンを、変調パターンとして液晶層２１６に表示させる。これにより、例えば図９に示されるように、反射型空間光変調器２０３は、レーザ光Ｌを３つのレーザ光Ｌ１〜Ｌ３に分岐させる。そして、加工対象物１内において、３次元方向の所望の３箇所に集光光学系２０４でレーザ光Ｌを同時に多点集光させ、当該３箇所に改質スポットとしての改質領域７を同時形成させる。具体的には、Ｙ方向において切断予定ライン５に対応する位置に位置する１又は複数の第１改質領域７ａと、Ｙ方向において第１改質領域７ａよりも一方側に位置する１又は複数の第２改質領域７ｂと、Ｙ方向において第１改質領域７ａよりも他方側（当該一方側の反対側）に位置する１又は複数の第３改質領域７ｃと、に同時形成させる。
【００５２】
Ｘ方向における第１〜第３改質領域７ａ〜７ｃの位置は、互いに等しい。換言すると、第１〜第３改質領域７ａ〜７ｃは、Ｙ方向に沿って直線状に並ぶように形成されている。Ｚ方向における第１〜第３改質領域７ａ〜７ｃの位置は、互いに等しい。換言すると、第１〜第３改質領域７ａ〜７ｃの位置は、互いに同じ深さ位置に形成されている。
【００５３】
Ｙ方向における第１改質領域７ａと第２改質領域７ｂとの間隔は、Ｙ方向における第１改質領域７ａと第３改質領域７ｃとの間隔に対して等しい。つまり、Ｙ方向における第１〜第３改質領域７ａ〜７ｃの間隔は、互いに等しい。第１〜第３改質領域７ａの間隔は、液晶層２１６に表示させる分岐パターンにより適宜調整できる。第１〜第３改質領域７ａの間隔は、特に限定されないが、例えば１μｍ〜１０μｍとすることができる。
【００５４】
第１改質領域７ａは、切断予定ライン（第１切断予定ライン）５上、すなわち、Ｚ方向から見て切断予定ライン５と重なる位置に形成されている。第２改質領域７ｂは、第１改質領域７ａに対応する切断予定ライン５と、該切断予定ライン５に対してＹ方向一方側に隣接する他の切断予定ライン５（第２切断予定ライン）と、の間に形成されている。第３改質領域７ｃは、第１改質領域７ａに対応する切断予定ライン５と、該切断予定ライン５に対してＹ方向他方側に隣接する他の切断予定ライン５（第３切断予定ライン）と、の間に形成されている。
【００５５】
制御部２５０は、レーザ加工装置３００の各部を制御し、第１〜第３改質領域７ａ〜７ｃの形成の際、加工対象物１の表面３に至る亀裂であるハーフカットＨｃを第１改質領域７ａから発生させる。このとき、第２及び第３改質領域７ｂ，７ｃからはハーフカットＨｃを発生させない。ハーフカットＨｃは、表面３に露出する表面亀裂である。
【００５６】
一例として、制御部２５０は、レーザ光源２０２を制御し、ハーフカットＨｃが第１改質領域７ａのみから発生するようにレーザ光Ｌの出力を調整する。具体的には、制御部２５０は、ハーフカットＨｃを発生させ得る最小出力値であるＨＣ閾値よりも、第１改質領域７ａの形成のために集光されるレーザ光Ｌ１の出力が大きくなるように、レーザ光Ｌ１の出力を制御する。なお、第１改質領域７ａからのハーフカットＨｃの発生は、レーザ光Ｌ１（レーザ光Ｌ）の特性、加工対象物１内におけるレーザ光Ｌを集光させる位置（表面３からの距離）、変調パターン、及び、その他の加工条件の少なくとも何れかを制御部２５０で適宜調整することで実現できる。ハーフカットＨｃの発生は、種々の公知手法を用いて実現できる。
【００５７】
制御部２５０は、レーザ光源２０２を制御し、分岐後におけるレーザ光Ｌ１〜Ｌ３の一部又は全部の出力比を、互いに同じになるように、又は、互いに異なるように調整する。例えば制御部２５０は、第１改質領域７ａを形成する第１レーザ光であるレーザ光Ｌ１の出力を第１出力とし、第２及び第３改質領域７ｂ，７ｃを形成する第２及び第３レーザ光であるレーザ光Ｌ２，Ｌ２の双方の出力を第１出力よりも小さい第２出力とする。
【００５８】
次に、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。
【００５９】
本実施形態のレーザ加工方法は、加工対象物１をレーザ加工して複数のチップを製造するためのチップの製造方法として用いられる。加工対象物１は、板状を呈している。加工対象物１は、例えば、サファイア基板、ＳｉＣ基板、ガラス基板（強化ガラス基板）、シリコン基板、半導体基板又は透明絶縁基板等である。ここでの加工対象物１は、サファイア基板である。
【００６０】
図１０に示されるように、加工対象物１においてレーザ光入射面側である表面３側には、機能素子層１５が形成されている。機能素子層１５は、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）を含んでいる。加工対象物１の表面３上には、隣り合う機能素子１５ａ間を通るように延びる切断予定ライン５が複数設定されている。複数の切断予定ライン５は、格子状に延在している。なお、加工対象物１がサファイア基板の場合には、そのＣ面が主面（表面３及び裏面２１）とされ、切断予定ライン５がサファイア基板のＲ面に沿った方向に延びるよう設定される。
【００６１】
本実施形態のレーザ加工方法では、まず、表面３がレーザ光入射面となるようにステージ１１１の支持台１０７上に加工対象物１を載置する。制御部２５０により、変調パターンを液晶層２１６（図８参照）に表示させ、この状態でレーザ光源２０２からレーザ光Ｌを出射させ、当該レーザ光Ｌを加工対象物１の内部に集光させる。併せて、制御部２５０によりステージ１１１の移動等を制御し、当該レーザ光Ｌを切断予定ライン５に沿った加工進行方向へ相対的に移動（スキャン）させ、加工対象物１の内部に改質領域７を切断予定ライン５に沿って１列形成する。
【００６２】
このような切断予定ライン５に沿ったレーザ光Ｌのスキャンを、Ｚ方向における集光位置を変えて複数回実施する。これにより、Ｚ方向の位置が互いに異なる複数列の改質領域７を、切断予定ライン５に沿って加工対象物１の内部に形成する。そして、加工対象物１に対して切断予定ライン５に沿うようにナイフエッジを押し当て、切断予定ライン５に沿って外部から加工対象物１に力を印加し、加工対象物１を複数のチップに切断する。
【００６３】
ここで、Ｚ方向に複数列の改質領域７のうち、表面３に最も近い列の改質領域７を形成するスキャンの際には、次のレーザ光集光ステップ（レーザ光集光制御）を実行する。すなわち、加工対象物１の内部にレーザ光Ｌ１〜Ｌ３を同時集光する。ここでは、切断予定ライン５上の第１集光点と、切断予定ライン５に対してＹ方向一方側の第２集光点と、切断予定ライン５に対してＹ方向他方側の第３集光点と、にレーザ光Ｌを同時集光する。これにより、図１１に示されるように、第１〜第３集光点のそれぞれに第１〜第３改質領域７ａ〜７ｃのそれぞれを同時形成すると共に、第１改質領域７ａからハーフカットＨｃを発生させる。
【００６４】
具体的には、制御部２５０により液晶層２１６に分岐パターンを表示させた状態で、制御部２５０によりレーザ光源２０２からレーザ光Ｌを出射させ、当該レーザ光Ｌを液晶層２１６の分岐パターンで変調して３つのレーザ光Ｌ１〜Ｌ３へと分岐させる。これらレーザ光Ｌ１〜Ｌ３を集光光学系２０４を介して加工対象物１に照射し、第１〜第３集光点それぞれにレーザ光Ｌ１〜Ｌ３それぞれを同時集光させる。第１〜第３集光点の各位置を基準に、第１〜第３改質領域７ａ〜７ｃを同時形成する。
【００６５】
このとき又は事前に、例えば制御部２５０によりレーザ光Ｌ１の出力がＨＣ閾値以上となるようにレーザ光源２０２を制御する。これにより、第１〜第３改質領域７ａ〜７ｃの形成と同時に、第１改質領域７ａからハーフカットＨｃを発生させる。併せて、制御部２５０によりステージ１１１の移動等を制御し、当該レーザ光Ｌ１〜Ｌ３を切断予定ライン５に沿った加工進行方向へ相対的に移動させる。以上により、加工対象物１の内部に第１〜第３改質領域７ａ〜７ｃを切断予定ライン５に沿って形成すると共に、当該ハーフカットＨｃを切断予定ライン５に沿って進展させる。
【００６６】
図１２及び図１３は、一実施形態に係るレーザ加工方法及びレーザ加工装置３００の作用を説明する図である。図１２は、加工対象物１において改質領域７が形成されたＺ方向の位置におけるＸＹ面に沿う断面図である。図１３（ａ）は、比較例に係るレーザ加工後の加工対象物１の側断面図である。図１３（ｂ）は、本実施形態に係るレーザ加工後の加工対象物１の側断面図である。比較例に係るレーザ加工では、レーザ光Ｌを分岐させずに（例えば反射型空間光変調器２０３の液晶層２１６に分岐パターンを表示させずに）加工対象物１に集光させ、切断予定ライン５に沿って、第２及び第３改質領域７ｂ，７ｃを形成せずに改質領域７を形成する（以下の比較例において同様）。
【００６７】
以上に説明した本実施形態によれば、切断予定ライン５上に第１改質領域７ａを形成し、第１改質領域７ａからハーフカットＨｃを生じさせるのと同時に、当該第１改質領域７ａのＹ方向における一方側と他方側とのそれぞれに第２及び第３改質領域７ｂ，７ｃを形成する。第２及び第３改質領域７ｂ，７ｃの形成により、加工対象物１の内部において第１改質領域７ａのＹ方向における一方側と他方側とを局所的に膨張等させることができる。これにより、図１２に示されるように、Ｙ方向に第１改質領域７ａを挟むような強い圧縮応力場（図中の矢印参照）を瞬間的に且つ意図的に発生させることができる。当該圧縮応力場によって、ハーフカットＨｃのＹ方向の進展を抑制でき、改質領域７から生じるハーフカットＨｃがＹ方向に傾いて切断予定ライン５上から外れてしまうこと（図１３（ａ）参照）を抑制できる。すなわち、図１３（ｂ）に示されるように、ハーフカットＨｃの進展方向を安定化し、ハーフカットＨｃを第１改質領域７ａから表面３へＺ方向に真っ直ぐ進展させ易くすることができる。したがって、ハーフカットＨｃが切断予定ライン５に対して蛇行することを抑制することが可能となる。
【００６８】
本実施形態では、Ｘ方向における第１〜第３改質領域７ａ〜７ｃの位置は、互いに等しい。これにより、第２及び第３改質領域７ｂの形成で発生させた圧縮応力場が効果的に及ぶ範囲内にハーフカットＨｃを位置させ、当該圧縮応力場を効果的にハーフカットＨｃの進展に作用させることができる。ハーフカットＨｃのＹ方向の進展を効果的に抑制することが可能となる。
【００６９】
本実施形態において、レーザ光Ｌは、超短パルスレーザ光である。これにより、第２及び第３改質領域７ｂの形成による圧縮応力場を一層瞬間的に発生させることができる。また、分岐されたレーザ光Ｌ１〜Ｌ３の１パルスの照射においては、各集光点で熱の効果（影響）が現れる前に、当該レーザ光Ｌ１〜Ｌ３の照射を終了させることができる。その結果、当該圧縮応力場が効果的に発生し、当該圧縮応力場によってハーフカットＨｃのＹ方向の進展を抑制するという上記作用が顕著となる。
【００７０】
本実施形態では、Ｚ方向における第１〜第３改質領域７ａ〜７ｃの位置は、互いに等しい。これにより、第２及び第３改質領域７ｂの形成で発生させた圧縮応力場が効果的に及ぶ範囲内にハーフカットＨｃを位置させ、当該圧縮応力場を効果的にハーフカットＨｃの進展に作用させることができる。ハーフカットＨｃのＹ方向の進展を効果的に抑制することが可能となる。
【００７１】
本実施形態では、切断予定ライン５に沿ってＺ方向に複数列の改質領域７を形成する。表面３に至るハーフカットＨｃを発生させるレーザ光集光ステップ（レーザ光集光制御）を、Ｚ方向に複数列の改質領域７のうち加工対象物１の表面３に最も近い改質領域７を形成する際に実行する。これにより、第１改質領域７ａから表面３に至るハーフカットＨｃを効率よく発生させることができる。
【００７２】
本実施形態では、レーザ光Ｌが３つのレーザ光Ｌ１〜Ｌ３へ分岐されるように反射型空間光変調器２０３で変調し、これらレーザ光Ｌ１〜Ｌ３を加工対象物１内に同時集光する。このように、本実施形態では、反射型空間光変調器２０３を利用して第１〜第３改質領域７ａ〜７ｃを同時形成することができる。
【００７３】
本実施形態では、ハーフカットＨｃを、第２及び第３改質領域７ｂ，７ｃから発生させずに第１改質領域７ａのみから発生させている。これにより、第２及び第３改質領域７ｂ，７ｃからのハーフカットＨｃの影響で圧縮応力場の応力が逃がされて低減してしまうのを回避することができる。
【００７４】
本実施形態では、第２及び第３改質領域７ｂ，７ｃは切断予定ライン５上に位置していない。すなわち、第１改質領域７ａに対応する切断予定ライン５と当該切断予定ライン５に対してＹ方向の一方側に隣接する切断予定ライン５との間に、第２改質領域７ｂが位置している。第１改質領域７ａに対応する切断予定ライン５と当該切断予定ライン５に対してＹ方向の他方側に隣接する切断予定ライン５との間に、第３改質領域７ｃが位置している。この場合、切断の起点として、第２及び第３改質領域７ｂ，７ｃを利用せずに第１改質領域７ａ及びハーフカットＨｃを利用して、加工対象物１を切断予定ライン５に沿って精度よく切断できる。つまり、第１改質領域７ａ及びハーフカットＨｃは、切断の起点として利用される領域である。第２及び第３改質領域７ｂ，７ｃは、切断の起点として利用される領域ではない（換言すると、切断の起点として利用されない領域である）。
【００７５】
図１４及び図１５は、第２及び第３改質領域７ｂ，７ｃの有無に係るレーザ加工結果を示す写真図である。図１４（ａ）は、第２及び第３改質領域７ｂ，７ｃを形成しない比較例に係るレーザ加工後の加工対象物１の表面３を示す写真図である。図１４（ｂ）は、第２及び第３改質領域７ｂ，７ｃを形成した本実施形態に係るレーザ加工後の加工対象物１の表面３を示す写真図である。図１５（ａ）は図１４（ａ）の一部拡大図であり、図１５（ｂ）は図１４（ｂ）の一部拡大図である。
【００７６】
図１４及び図１５のレーザ加工において、加工対象物１はサファイアである。加工条件として、レーザ光Ｌのパルス幅を２ｐｓ、レーザ光Ｌの繰返し周波数を５０ｋＨｚ、レーザ光Ｌのスキャン速度（加工対象物１に対する相対速度）を５００ｍｍ／ｓとしている。図１４（ｂ）及び図１５（ｂ）に示されるレーザ加工では、第１〜第３改質領域７ａ〜７ｃの間隔（ピッチ）を３μｍとし、分岐後のレーザ光Ｌ１〜Ｌ３の出力（エネルギ）を互いに等しくしている。
【００７７】
図１４及び図１５に示されるように、本実施形態では、第２及び第３改質領域７ｂ，７ｃを形成しない場合のレーザ加工に比べて、ハーフカットＨｃが切断予定ライン５に沿って安定して延びる。これにより、本実施形態においてハーフカットＨｃが切断予定ライン５に対して蛇行するのを抑制できるという上記効果を確認できる。
【００７８】
図１６は、第２及び第３改質領域７ｂ，７ｃの有無に係るレーザ加工結果を示す他の写真図である。図１６は、加工対象物１において改質領域７が形成されたＺ方向の位置におけるＸＹ面に沿う断面図を示している。図１６（ａ）は、第２及び第３改質領域７ｂ，７ｃを形成しない比較例に係るレーザ加工後の断面図を示す写真図である。図１６（ｂ）は、第２及び第３改質領域７ｂ，７ｃを形成した本実施形態に係るレーザ加工後の断面図を示す写真図である。
【００７９】
図１６のレーザ加工において、加工対象物１は石英ガラスである。加工条件として、レーザ光Ｌのパルス幅を２ｐｓ、レーザ光Ｌの繰返し周波数を５０ｋＨｚ、レーザ光Ｌのスキャン速度を５００ｍｍ／ｓとしている。レーザ光Ｌの出力は６μＪとし、改質領域７の形成位置は表面３から１０μｍの位置としている。図１６（ｂ）に示されるレーザ加工では、第１〜第３改質領域７ａ〜７ｃの間隔を１μｍとし、分岐後のレーザ光Ｌ１〜Ｌ３の出力を互いに等しくしている。
【００８０】
図１６に示されるように、本実施形態によれば、第２及び第３改質領域７ｂ，７ｃを形成しない場合のレーザ加工に比べて、内部亀裂の幅Ｗを狭くすることができる。これにより、本実施形態においてハーフカットＨｃが切断予定ライン５に対して蛇行するのを抑制できるという上記効果を確認できる。
【００８１】
図１７は、分岐後のレーザ光Ｌ１〜Ｌ３の出力比を変えたレーザ加工結果を示す写真図である。図１７は、加工対象物１において改質領域７が形成されたＺ方向の位置におけるＸＹ面に沿う断面図を示している。図中のレーザ加工において、加工対象物１は石英ガラスである。加工条件としては、図１６のレーザ加工と同様としている。図１７（ａ）では、レーザ光Ｌ１〜Ｌ３の出力比を３：３：３とし、図１７（ｂ）では、レーザ光Ｌ１〜Ｌ３の出力比を２：３：２とし、図１７（ｃ）では、レーザ光Ｌ１〜Ｌ３の出力比を１：３：１としている。
【００８２】
本実施形態では、レーザ光Ｌ１〜Ｌ３の出力比を変えてレーザ加工を行ってもよい。この場合でも、図１７に示されるように、内部亀裂の幅を狭くすることができ、ハーフカットＨｃが切断予定ライン５に対して蛇行することを抑制できる。特に、第１改質領域７ａを形成するレーザ光Ｌ１の出力を、第２及び第３改質領域７ｂ，７ｃを形成するレーザ光Ｌ２，Ｌ３の出力よりも大きくした場合、Ｘ方向にハーフカットＨｃを進展し易くできる。
【００８３】
図１８〜図２１は、第１〜第３改質領域７ａ〜７ｃの間隔を変えた場合のレーザ加工結果を示す図である。図１８及び図１９における結果の欄では、加工対象物１の表面３の写真図を示している。図２０及び図２１は、加工対象物１において改質領域７が形成されたＺ方向の位置におけるＸＹ面に沿う断面図を示している。図中において、間隔とは、第１〜第３改質領域７ａ〜７ｃの間隔である。間隔が「なし」とは、レーザ光Ｌを分岐させずに１点に集光させる場合であって、第２及び第３改質領域７ｂ，７ｃを形成しない比較例に係るレーザ加工を意味する。加工エネルギとは、レーザ光Ｌの出力である。図１８〜図２１のレーザ加工において、加工対象物１はサファイアである。加工条件としては、図１４及び図１５のレーザ加工と同様としている。改質領域７の形成位置は、表面３から２０μｍの位置としている。
【００８４】
図１８〜図２１に示されるように、本実施形態では、制御部２５０により第１〜第３改質領域７ａの間隔を制御することにより、ハーフカットＨｃの蛇行を抑制するという効果を制御できることがわかる。また、本実施形態では、第２及び第３改質領域７ｂ，７ｃを形成しない比較例に係るレーザ加工結果（間隔がなしの場合）に比べて、ハーフカットＨｃの発生に必要な加工エネルギが低減されることを確認できる。また、第１〜第３改質領域７ａ〜７ｃの間隔が一定値（図中では８μｍ）以上の場合、当該加工エネルギが高くなることがわかる。
【００８５】
なお、本実施形態では、制御部２５０によりレーザ光Ｌの集光スポット径及びレーザ光Ｌの波長等のレーザ特性の少なくとも何れかを制御してもよい。この場合においても、ハーフカットＨｃの蛇行を抑制するという効果を制御できることがわかる。
【００８６】
ここで、レーザ加工を施した加工対象物１の抗折強度を比較する抗折強度比較試験を行った。抗折強度比較試験では、第２及び第３改質領域７ｂ，７ｃを形成しない比較例と第２及び第３改質領域７ｂ，７ｃを形成した本実施形態とで、抗折強度を比較した。抗折強度の測定方法は、ＪＩＳ１６０３に準拠する方法とした。抗折強度比較試験のレーザ加工では、Ｚ方向に５列の改質領域７を形成した。比較例に係るレーザ加工では、レーザ光Ｌを分岐させずに改質領域７を５列形成した。本実施形態に係るレーザ加工では、最も表面３側の列の改質領域７を形成する際のみにレーザ光Ｌを分岐して第１〜第３改質領域７ａ〜７ｃを同時形成し、それ以外の４列の改質領域７を形成する際には、レーザ光Ｌを分岐させずに改質領域７を形成した。
【００８７】
このような抗折強度比較試験の結果によれば、比較例の結果を基準としたとき、本実施形態の場合では、加工対象物１の平均強度が１１８％となり、破壊確率１０％の強度が１２８％となった。これにより、本実施形態では、高い抗折強度が得られることが確認できた。また、本実施形態では、抗折強度のばらつきが非常に小さいことが確認できた。
【００８８】
図２２（ａ）は、第２及び第３改質領域７ｂ，７ｃを形成しない比較例に係るレーザ加工を施して加工対象物１を切断した場合における切断面の一部を拡大して示す写真図である。図２２（ｂ）は、本実施形態に係るレーザ加工を施して加工対象物１を切断した場合における切断面の一部を拡大して示す写真図である。図２２に示されるように、本実施形態では、第２及び第３改質領域７ｂ，７ｃを形成しないレーザ加工に比べて、ハーフカットＨｃの蛇行が抑制できることから、応力集中箇所であるエッジＥｇが切断面に形成されるのを抑制できることがわかる。これにより、本実施形態では、抗折強度を低下でき、ひいては、ばらつきを抑制できると考察できる。
【００８９】
なお、形成する第１〜第３改質領域７ａ〜７ｃの数及び配置関係は、上記実施形態に限定されない。例えば図２３（ａ）に示されるように、第２及び第３改質領域７ｂ，７ｃは、第１改質領域７ａに対して加工進行方向の後側に位置していてもよい。例えば図２３（ｂ）に示されるように、第２及び第３改質領域７ｂ，７ｃは、第１改質領域７ａに対して加工進行方向の前側に位置していてもよい。
【００９０】
例えば図２３（ｃ）に示されるように、第１改質領域７ａは、Ｘ方向に互いに離れて２つ形成されていてもよい。この場合、Ｘ方向において、第２及び第３改質領域７ｂ，７ｃは２つの第１改質領域７ａの間に位置していてもよい。例えば図２３（ｄ）に示されるように、第２改質領域７ｂは第１改質領域７ａに対して加工進行方向の前側に位置すると共に、第３改質領域７ｃは第１改質領域７ａに対して加工進行方向の後側に位置していてもよい。この場合、第１〜第３改質領域７ａ〜７ｃのＸ方向における間隔は、互いに等しくてもよい。なお、図２３（ｄ）に示される例では、第２改質領域７ｂが第１改質領域７ａに対して加工進行方向の後側に位置すると共に、第３改質領域７ｃが第１改質領域７ａに対して加工進行方向の前側に位置していてもよい。
【００９１】
図２４及び図２５は、変形例に係るレーザ加工方法及びレーザ加工装置によるレーザ加工結果を示す写真図である。図２４及び図２５は、加工対象物１において改質領域７が形成されたＺ方向の位置におけるＸＹ面に沿う断面図を示している。図２４及び図２５のレーザ加工において、加工対象物１は石英ガラスである。加工条件としては、図１６のレーザ加工と同様としている。
【００９２】
図２４（ａ）は、第１〜第３改質領域７ａ〜７ｃの数及び配置関係が図２３（ａ）に示される場合のレーザ加工結果である。図２４（ｂ）は、第１〜第３改質領域７ａ〜７ｃの数及び配置関係が図２３（ｂ）に示される場合のレーザ加工結果である。図２５（ａ）は、第１〜第３改質領域７ａ〜７ｃの数及び配置関係が図２３（ｃ）に示される場合のレーザ加工結果である。図２５（ｂ）は、第１〜第３改質領域７ａ〜７ｃの数及び配置関係が図２５（ａ）に示される場合に対してＸ方向及びＹ方向の間隔が狭いときのレーザ加工結果である。図２５（ｃ）は、第１〜第３改質領域７ａ〜７ｃの数及び配置関係が図２３（ｄ）に示される場合のレーザ加工結果である。
【００９３】
図２４及び図２５に示されるように、変形例に係るレーザ加工装置及びレーザ加工方法においても、内部亀裂の幅を狭くし、ハーフカットＨｃが切断予定ライン５に対して蛇行することを抑制することが可能となる。
【００９４】
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、上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用してもよい。
【００９５】
上記実施形態において、第２及び第３改質領域７ｂ，７ｃが形成される位置は、上記に限定されない。第２及び第３改質領域７ｂ，７ｃを第１改質領域７ａに対してＹ方向の一方側と他方側とに同時形成すればよい。第２及び第３改質領域７ｂ，７ｃが形成される位置は、第２及び第３改質領域７ｂ，７ｃの形成による各応力がハーフカットＨｃに作用する位置であればよい。第１〜第３改質領域７ａ〜７ｃの配置関係は、例えば、反射型空間光変調器２０３の変調パターンを適宜設定することにより制御できる。
【００９６】
上記実施形態において、第１〜第３改質領域７ａ〜７ｃそれぞれの数は上記に限定されない。第１改質領域７ａは、切断予定ライン５に対応する位置に複数形成されていてもよい。第２改質領域７ｂは、第１改質領域７ａのＹ方向の一方側に複数形成されていてもよい。第３改質領域７ｃは、第１改質領域７ａのＹ方向の他方側に複数形成されていてもよい。第１〜第３改質領域７ａ〜７ｃそれぞれの数は、例えば、反射型空間光変調器２０３の変調パターンを適宜設定することにより制御できる。
【００９７】
上記実施形態は、空間光変調器として反射型空間光変調器２０３を備えているが、空間光変調器は反射型のものに限定されず、透過型の空間光変調器を備えていてもよい。上記実施形態では、加工対象物１の表面３をレーザ光入射面としたが、加工対象物１の裏面２１をレーザ光入射面としてもよい。切断予定ライン５に対応する位置は、Ｙ方向において、切断予定ライン５に一致する場合だけでなく、切断予定ライン５に略一致する場合、及び、切断予定ライン５に近接する場合を含む。切断予定ライン５に対応する位置は、例えば加工対象物１の切断後の品質に影響が及ばない程度に切断予定ライン５から離れた位置を含んでいる。
【００９８】
上記実施形態では、第１改質領域７ａから表面３に至るハーフカットＨｃを発生させたが、第１改質領域７ａから裏面２１に至るハーフカットを発生させてもよい。上記実施形態では、Ｚ方向に複数列のうち表面３に最も近い列の改質領域７を形成するスキャンの際に、表面３に至るハーフカットＨｃを発生させるレーザ光集光ステップ（レーザ光集光制御）を実行したが、Ｚ方向に複数列のうち裏面２１に最も近い列の改質領域７を形成するスキャンの際に、裏面２１に至るハーフカットを発生させるレーザ光集光ステップ（レーザ光集光制御）を実行してもよい。
【００９９】
上記実施形態では、レーザ光Ｌを反射型空間光変調器２０３でレーザ光Ｌ１〜Ｌ３へ分岐して加工対象物１に集光したが、これに限定されない。例えば少なくとも３つのレーザ光源を用い、これらのそれぞれからレーザ光Ｌを照射することで、加工対象物１の内部に少なくとも３つのレーザ光を同時集光してもよい。上記実施形態において、Ｙ方向における第１〜第３改質領域７ａ〜７ｃの間隔は、互いに異なっていてもよい。
【０１００】
上記実施形態では、加工対象物１を切断するためにナイフエッジを用いたが、加工対象物１を切断する方法は特に限定されない。例えばエキスパンドテープを加工対象物１の表面３又は裏面２１に貼り付け、このエキスパンドテープを拡張して加工対象物１を切断してもよい。例えばブレーカー装置又はローラー装置を用いて加工対象物１を切断してもよい。上記実施形態では、レーザ光Ｌの出力を調整する出力調整部をレーザ光源２０２が備えているが、それとは別の出力調整部を備えていてもよい。これら何れの場合にも、制御部２５０によりレーザ光Ｌ（レーザ光Ｌ１〜Ｌ３）の出力を制御できる。
【符号の説明】
【０１０１】
１…加工対象物、３…表面、５…切断予定ライン（第１切断予定ライン〜第３切断予定ライン）、７…改質領域、７ａ…第１改質領域、７ｂ…第２改質領域、７ｃ…第３改質領域、２１…裏面、１００，３００…レーザ加工装置、１０１，２０２…レーザ光源（レーザ光出射部）、２０３…反射型空間光変調器（空間光変調器）、２０４…集光光学系、２５０…制御部、Ｈｃ…ハーフカット（亀裂）、Ｌ，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３…レーザ光。
【図１】
0006715632.tif 000002
【図２】
0006715632.tif 000003
【図３】
0006715632.tif 000004
【図４】
0006715632.tif 000005
【図５】
0006715632.tif 000006
【図６】
0006715632.tif 000007
【図７】
0006715632.tif 000008
【図８】
0006715632.tif 000009
【図９】
0006715632.tif 000010
【図１０】
0006715632.tif 000011
【図１１】
0006715632.tif 000012
【図１２】
0006715632.tif 000013
【図１３】
0006715632.tif 000014
【図１４】
0006715632.tif 000015
【図１５】
0006715632.tif 000016
【図１６】
0006715632.tif 000017
【図１７】
0006715632.tif 000018
【図１８】
0006715632.tif 000019
【図１９】
0006715632.tif 000020
【図２０】
0006715632.tif 000021
【図２１】
0006715632.tif 000022
【図２２】
0006715632.tif 000023
【図２３】
0006715632.tif 000024
【図２４】
0006715632.tif 000025
【図２５】
0006715632.tif 000026