(57)【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第１のレーザ光を照射し、前記加工対象物の内部に、切断の起点となる改質領域を形成するレーザ加工装置であって、
前記第１のレーザ光と、前記加工対象物において前記第１のレーザ光が照射されるレーザ光照射面で反射させるための第２のレーザ光とを前記加工対象物に向けて集光する集光用レンズと、
前記集光用レンズをその光軸方向に沿って動作させる駆動手段と、
前記レーザ光照射面で反射された前記第２のレーザ光の反射光に非点収差を付加する非点収差付加手段と、
非点収差が付加された前記第２のレーザ光の反射光を分割して受光し、分割されて受光された前記第２のレーザ光の反射光のそれぞれの光量に応じた出力値を出力する光検出素子と、
前記第１のレーザ光の集光点が前記レーザ光照射面から所定の距離に位置するように前記駆動手段を制御する制御手段とを備え、
前記第２のレーザ光は、その集光点が前記集光用レンズの焦点と前記集光用レンズとの間に位置するように、前記集光用レンズによって前記加工対象物に向けて集光され、
前記制御手段は、前記光検出素子によって出力された前記出力値に対し、前記出力値の総和による除算及び所定の演算を施すことで取得した演算値に基づいて、前記駆動手段を制御することを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記演算値が一定となるように前記駆動手段を制御することを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
板状の加工対象物の内部に集光用レンズで集光点を合わせて第１のレーザ光を照射し、前記加工対象物の内部に、切断の起点となる改質領域を前記加工対象物の切断予定ラインに沿って形成するレーザ加工装置であって、
前記集光用レンズによって前記第１のレーザ光を前記加工対象物の内部に集光させながら、前記加工対象物に対して前記集光用レンズを前記切断予定ラインに沿って相対的に移動させるのに併せて、
前記加工対象物において前記第１のレーザ光が照射されるレーザ光照射面で反射させるための第２のレーザ光を、その集光点が前記集光用レンズの焦点と前記集光用レンズとの間に位置するように、前記集光用レンズによって前記加工対象物に向けて集光し、
前記レーザ光照射面で反射された前記第２のレーザ光の反射光に非点収差を付加し、
非点収差が付加された前記第２のレーザ光の反射光を分割して受光し、分割されて受光された前記第２のレーザ光の反射光のそれぞれの光量に応じた出力値を出力し、
出力された前記出力値に対し、前記出力値の総和による除算及び所定の演算を施すことで取得した演算値に基づいて、前記第１のレーザ光の集光点が前記レーザ光照射面から所定の距離に位置するように、前記集光用レンズをその光軸方向に沿って動作させることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項４】
板状の加工対象物の内部に集光用レンズで集光点を合わせて第１のレーザ光を照射し、前記加工対象物の内部に、切断の起点となる改質領域を前記加工対象物の切断予定ラインに沿って形成するレーザ加工装置であって、
前記加工対象物において前記第１のレーザ光が照射されるレーザ光照射面で反射させるための第２のレーザ光を、その集光点が前記集光用レンズの焦点と前記集光用レンズとの間に位置するように、前記集光用レンズによって前記加工対象物に向けて集光させながら、前記加工対象物に対して前記集光用レンズを前記切断予定ラインに沿って相対的に移動させるのに併せて、
前記レーザ光照射面で反射された前記第２のレーザ光の反射光に非点収差を付加し、
非点収差が付加された前記反射光を分割して受光し、分割されて受光された前記第２のレーザ光の反射光のそれぞれの光量に応じた出力値を出力し、
出力された前記出力値に対し、前記出力値の総和による除算及び所定の演算を施すことで取得した演算値に基づいて、前記第１のレーザ光の集光点が前記レーザ光照射面から所定の距離に位置するように、前記集光用レンズをその光軸方向に沿って動作させ、前記集光用レンズの動作に関する動作情報を予め取得した後、
前記集光用レンズによって前記第１のレーザ光を前記加工対象物の内部に集光させながら、前記加工対象物に対して前記集光用レンズを前記切断予定ラインに沿って相対的に移動させるのに併せて、
予め取得された前記動作情報に基づいて前記集光用レンズを動作させ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、加工対象物を切断予定ラインに沿って切断するために使用される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は、例えば特許文献１に記載されたレーザ加工装置が知られている。このレーザ加工装置においては、集光用レンズによって、第１のレーザ光（加工用レーザ光）と第２のレーザ光（測距用レーザ光）とが集光されるのに併せて、集光点位置制御手段によって、加工対象物のレーザ光照射面で反射された第２のレーザ光の反射光が検出され、第１のレーザ光の集光点の位置が制御される。これにより、第１のレーザ光の集光点をレーザ光照射面から所定の距離に位置させることができ、加工対象物の内部の所望の位置に改質領域を形成することが可能になる。
【特許文献１】特開２００４−１８８４２２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、上述したようなレーザ加工装置においては、切断予定ラインに沿った加工対象物の切断品質を更に向上させるために、加工対象物の内部の所望の位置に、切断の起点となる改質領域をより一層精度良く形成することが望まれている。
【０００４】
そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、加工対象物の内部の所望の位置に、切断の起点となる改質領域を精度良く形成することができる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】
【０００５】
上記目的を達成するために、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第１のレーザ光を照射し、加工対象物の内部に、切断の起点となる改質領域を形成するレーザ加工装置であって、第１のレーザ光と、加工対象物において第１のレーザ光が照射されるレーザ光照射面で反射させるための第２のレーザ光とを加工対象物に向けて集光する集光用レンズと、集光用レンズをその光軸方向に沿って動作させる駆動手段と、レーザ光照射面で反射された第２のレーザ光の反射光に非点収差を付加する非点収差付加手段と、非点収差が付加された第２のレーザ光の反射光を分割して受光し、分割されて受光された第２のレーザ光の反射光のそれぞれの光量に応じた出力値を出力する光検出素子と、第１のレーザ光の集光点がレーザ光照射面から所定の距離に位置するように駆動手段を制御する制御手段とを備え、第２のレーザ光は、その集光点が集光用レンズの焦点と集光用レンズとの間に位置するように、集光用レンズによって加工対象物に向けて集光され、制御手段は、光検出素子によって出力された出力値に対し、出力値の総和による除算及び所定の演算を施すことで取得した演算値に基づいて、駆動手段を制御することを特徴とする。
【０００６】
このレーザ加工装置では、集光用レンズによって加工対象物に向けて集光された第２のレーザ光の集光点が集光用レンズの焦点と集光用レンズとの間に位置しているため、集光用レンズの光軸方向において、レーザ光照射面の位置に関する位置情報の取得可能範囲が集光用レンズの焦点を基準として集光用レンズ側に移動することになる。なぜなら、位置情報は、第２のレーザ光の反射光の集光像が変化することにより取得されるため、その取得可能範囲は、集光用レンズの光軸方向において、第２のレーザ光の集光点を中心として対称な範囲に存在するからである。これにより、第１のレーザ光を照射すると同時に第２のレーザ光を照射する場合には、集光用レンズの焦点を加工対象物の内部に合わせた状態、すなわち、レーザ光照射面を集光用レンズの焦点よりも集光用レンズに近づけた状態で第１及び第２のレーザ光が照射されるため、実質的に位置情報の取得可能範囲を広げることが可能となる。従って、レーザ光照射面からより深い位置に改質領域を形成する際においても、精度良くレーザ光照射面の位置情報を取得することが可能となり、加工対象物の内部の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。
【０００７】
また、集光用レンズによって加工対象物に向けて集光された第２のレーザ光の集光点が集光用レンズの焦点と集光用レンズとの間に位置しているため、集光用レンズの焦点位置における第２のレーザ光の集光像の面積が大きくなる。これにより、第１のレーザ光を照射する前に集光用レンズの焦点位置をレーザ光照射面に合わせた状態で第２のレーザ光を照射する場合には、例えばレーザ光照射面が切削痕の多いバックグラインド面であったとしても、切削痕が集光像に占める割合が小さいため、レーザ光照射面の切削痕によって第２のレーザ光の反射光が散乱するなどといった悪影響を抑制することが可能となる。従って、精度良くレーザ光照射面の位置情報を取得することが可能となり、加工対象物の内部の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。
【０００８】
また、演算値には、複数の光検出素子によって出力された出力値の総和による除算が施されているため、演算値は、受光した全光量に対する相対値となる。これにより、例えば加工対象物の表面に形成された膜厚の影響によりレーザ光照射面で反射される第２のレーザ光の光量が変化して、光検出素子により出力される出力値が変化してしまっても、演算値が変動するのを防止することが可能となり、加工対象物の内部の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。
【０００９】
ここで、制御手段によって、演算値が一定となるように駆動手段が制御されれば、切断の起点となる改質領域をレーザ光照射面から一定の距離に位置させることができる。
【００１０】
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用レンズで集光点を合わせて第１のレーザ光を照射し、加工対象物の内部に、切断の起点となる改質領域を加工対象物の切断予定ラインに沿って形成するレーザ加工装置であって、集光用レンズによって第１のレーザ光を加工対象物の内部に集光させながら、加工対象物に対して集光用レンズを切断予定ラインに沿って相対的に移動させるのに併せて、加工対象物において第１のレーザ光が照射されるレーザ光照射面で反射させるための第２のレーザ光を、その集光点が集光用レンズの焦点と集光用レンズとの間に位置するように、集光用レンズによって加工対象物に向けて集光し、レーザ光照射面で反射された第２のレーザ光の反射光に非点収差を付加し、非点収差が付加された第２のレーザ光の反射光を分割して受光し、分割されて受光された第２のレーザ光の反射光のそれぞれの光量に応じた出力値を出力し、出力された出力値に対し、出力値の総和による除算及び所定の演算を施すことで取得した演算値に基づいて、第１のレーザ光の集光点がレーザ光照射面から所定の距離に位置するように、集光用レンズをその光軸方向に沿って動作させることを特徴とする。
【００１１】
このレーザ加工装置によれば、第１のレーザ光を照射すると同時に第２のレーザを照射するため、実質的に位置情報の取得可能範囲を広げることが可能となるという上述の作用効果が発揮される。さらに、演算値には、複数の光検出素子によって出力された出力値の総和による除算が施されているため、演算値が変動するのを防止することが可能となるという上述の作用効果が発揮される。以上により、加工対象物の内部の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。
【００１２】
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用レンズで集光点を合わせて第１のレーザ光を照射し、加工対象物の内部に、切断の起点となる改質領域を加工対象物の切断予定ラインに沿って形成するレーザ加工装置であって、加工対象物において第１のレーザ光が照射されるレーザ光照射面で反射させるための第２のレーザ光を、その集光点が集光用レンズの焦点と集光用レンズとの間に位置するように、集光用レンズによって加工対象物に向けて集光させながら、加工対象物に対して集光用レンズを切断予定ラインに沿って相対的に移動させるのに併せて、レーザ光照射面で反射された第２のレーザ光の反射光に非点収差を付加し、非点収差が付加された反射光を分割して受光し、分割されて受光された第２のレーザ光の反射光のそれぞれの光量に応じた出力値を出力し、出力された出力値に対し、出力値の総和による除算及び所定の演算を施すことで取得した演算値に基づいて、第１のレーザ光の集光点がレーザ光照射面から所定の距離に位置するように、集光用レンズをその光軸方向に沿って動作させ、集光用レンズの動作に関する動作情報を予め取得した後、集光用レンズによって第１のレーザ光を加工対象物の内部に集光させながら、加工対象物に対して集光用レンズを切断予定ラインに沿って相対的に移動させるのに併せて、予め取得された動作情報に基づいて集光用レンズを動作させることを特徴とする。
【００１３】
このレーザ加工装置によれば、第１のレーザ光を照射する前にレーザ光の集光像の面積が大きくなるように第２のレーザ光を照射するため、レーザ光照射面の切削痕によって第２のレーザ光の反射光が散乱するなどといった悪影響を抑制することが可能となるという上述の作用効果が発揮される。演算値には、複数の光検出素子によって出力された複数の出力値の総和による除算が施されているため、演算値が変動するのを防止することが可能となるという上述の作用効果が発揮される。以上により、加工対象物の内部の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。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、加工対象物の内部の所望の位置に、切断の起点となる改質領域を精度良く形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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（平板状）のウェハ１の表面３には、ウェハ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ウェハ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、仮想線に限らずウェハ１に実際に引かれた線であってもよい。
【００１８】
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に沿ってウェハ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、ウェハ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。
【００１９】
本実施形態に係るレーザ加工方法は、ウェハ１がレーザ光Ｌを吸収することによりウェハ１を発熱させて改質領域７を形成するものではない。ウェハ１にレーザ光Ｌを透過させウェハ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、ウェハ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、ウェハ１の表面３が溶融することはない。
【００２０】
ウェハ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、比較的小さな力でウェハ１を切断することができる。よって、ウェハ１の表面３に不必要な割れを発生させることなく、ウェハ１を高精度に切断することが可能になる。
【００２１】
この切断起点領域８を起点としたウェハ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、ウェハ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を起点としてウェハ１が割れ、ウェハ１が切断される場合である。これは、例えばウェハ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、ウェハ１の切断起点領域８に沿ってウェハ１に曲げ応力やせん断応力を加えたり、ウェハ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を起点としてウェハ１の断面方向（厚さ方向）に向かって自然に割れ、結果的にウェハ１が切断される場合である。これは、例えばウェハ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、ウェハ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ウェハ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。
【００２２】
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。
【００２３】
（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。
【００２４】
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。
【００２５】
（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
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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ウェハ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５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、クラックがウェハ１の表面３と裏面２１とに到達し、図１１に示すように、ウェハ１が割れることによりウェハ１が切断される。ウェハ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、ウェハ１に力が印加されることにより成長する場合もある。
【００２９】
（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。
【００３０】
本発明者は、シリコンウェハ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。
【００３１】
（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
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
（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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
次に、本実施形態に係るレーザ加工装置について、図１４及び図１５を参照して説明する。
【００４１】
図１４に示すように、レーザ加工装置２０は、板状の加工対象物であるウェハ１の内部に集光点Ｐ１を合わせて加工用レーザ光（第１のレーザ光）Ｌ１を照射することで、ウェハ１の内部に切断の起点となる改質領域７を形成し、この改質領域７によって、切断予定ライン５に沿って延在する切断起点領域８を形成する装置である。なお、ウェハ１はシリコンウェハ等の半導体ウェハであり、改質領域７は溶融処理領域である。
【００４２】
このレーザ加工装置２０は、ウェハ１が載置されるステージ３０を有しており、このステージ３０は、Ｘ方向（図示左右方向）と、Ｚ方向（図示上下方向）を軸にした回転方向であるθ方向とに移動可能となっている。このステージ３０の上方には、加工用レーザ光Ｌ１を発生するレーザ光源２２等を収容した筐体２３と、筐体２３をＹ方向（Ｘ軸及びＹ軸に垂直な方向）とＺ方向とに動作させる筐体駆動部２５とが配置されている。ここで、レーザ光源２２は、例えばＮｄ：ＹＡＧレーザを用いたものであり、真下に位置するステージ３０上のウェハ１に向けてパルスレーザ光であるパルス幅１μｓ以下の加工用レーザ光Ｌ１を照射する。
【００４３】
筐体２３の下端面には電動レボルバ２４が取り付けられており、この電動レボルバ２４には、ウェハ１を観察するための観察用対物レンズ２６と、加工用レーザ光Ｌ１を集光するための加工用対物レンズ２７とが装着されている。各対物レンズ２６，２７の光軸は、電動レボルバ２４の回転によって加工用レーザ光Ｌ１の光軸に一致させられる。なお、加工用対物レンズ２７と電動レボルバ２４との間には、例えばピエゾ素子を用いたアクチュエータ（駆動手段）２８が介在されており、このアクチュエータ２８によって加工用対物レンズ２７の位置がＺ方向に微調整される。
【００４４】
図１５に示すように、加工用対物レンズ２７は円筒形状のレンズホルダ２９を有し、このレンズホルダ２９は、その内部において複数のレンズを組み合わせてなる開口数「０．８０」の集光用レンズ３１を保持している。そして、レンズホルダ２９の上端部には、集光用レンズ３１に対する加工用レーザ光Ｌ１の入射瞳として入射開口３２が形成され、レンズホルダ２９の下端部には加工用レーザ光Ｌ１の照射開口３３が形成されている。このように構成された加工用対物レンズ２７によって加工用レーザ光Ｌ１が集光され、集光用レンズ３１による集光点Ｐ１での加工用レーザ光Ｌ１のピークパワー密度は１×１０8（Ｗ／ｃｍ2）以上となる。
【００４５】
また、筐体２３内における加工用レーザ光Ｌ１の光軸上には、図１４に示すように、レーザ光源２２で発生した加工用レーザ光Ｌ１のビームサイズを拡大するビームエキスパンダ３４と、加工用レーザ光Ｌ１の出力や偏光を調整するレーザ光調整光学系３６と、加工用レーザ光Ｌ１の通過又は遮断を行う電磁シャッタ３７と、加工用レーザ光Ｌ１のビームサイズを絞る絞り部材３８とが上から下にこの順序で配置されている。
【００４６】
図１５に示すように、絞り部材３８は、加工用対物レンズ２７の入射開口３２の上方に位置して筐体２３に取り付けられており、加工用レーザ光Ｌ１の光軸上において、この加工用レーザ光Ｌ１を絞って通過させるアパーチャ３９を有している。このアパーチャ３９の開口径は、加工用対物レンズ２７の入射開口３２と同径もしくは小さい径に形成されており、アパーチャ３９の中心軸は、絞り部材３８に設けられた調節ネジ３５によって入射開口３２の中心軸に正確に一致させることができる。
【００４７】
この絞り部材３８によって、アパーチャ３９より大きい加工用レーザ光Ｌ１の外周部分がカットされ、加工用対物レンズ２７における入射開口３２の周囲部分による加工用レーザ光Ｌ１のカット量がほぼ無くなるため、加工用レーザ光Ｌ１の照射によるレンズホルダ２９の加熱が防止され、レーザ加工中におけるレンズホルダ２９の加熱を主原因とした加工用レーザ光Ｌ１の集光点Ｐ１の位置変動を小さく抑えられている。
【００４８】
また、図１４に示すように、レーザ加工装置２０は、ステージ３０上に載置されたウェハ１を観察すべく、観察用可視光Ｌ０を発生する観察用光源５１を筐体２３外に有し、ＣＣＤカメラ５２を筐体２３内に有している。
【００４９】
この観察用光源５１で発せられた観察用可視光Ｌ０は、光ファイバからなるライトガイド５３により筐体２３内に導かれ、視野絞り５４、開口絞り５６、ダイクロイックミラー５７等を順次通過した後、絞り部材３８と加工用対物レンズ２７の入射開口３２と間に配置されたダイクロイックミラー５８により反射される。反射された観察用可視光Ｌ０は、加工用レーザ光Ｌ１の光軸上を下方に向かって進行し、電動レボルバ２４の回転によって加工用レーザ光Ｌ１の光軸上に配置された観察用対物レンズ２６を通過してウェハ１に照射される。なお、加工用レーザ光Ｌ１、並びに後述する測距用レーザ光Ｌ２及びその反射光Ｌ３はダイクロイックミラー５８を透過する。
【００５０】
そして、ウェハ１の表面３で反射された観察用可視光Ｌ０の反射光は、観察用対物レンズ２６内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５８により反射される。このダイクロイックミラー５８により反射された反射光は、ダイクロイックミラー５７により更に反射されて、フィルタ５９、結像レンズ６１、リレーレンズ６２を順次通過し、ＣＣＤカメラ５２に入射する。このＣＣＤカメラ５２により、撮像されたウェハ１の表面３等の画像がＴＶモニタ６４に映し出される。
【００５１】
さらに、レーザ加工装置２０は、例えばレーザダイオードを用いたレーザ光源４１を有している。このレーザ光源４１から発生された測距用レーザ光（第２のレーザ光）Ｌ２は、図１５に示すように、ピンホール４３、ビームエキスパンダ４４を順次通過した後、ミラー４６、ハーフミラー４７により順次反射されて、電磁シャッタ３７と絞り部材３８との間に配置されたダイクロイックミラー４８に導かれる。このダイクロイックミラー４８により反射された測距用レーザ光Ｌ２は、加工用レーザ光Ｌ１の光軸上を下方に向かって進行し、絞り部材３８のアパーチャ３９を通過した後、加工用対物レンズ２７の集光用レンズ３１により集光されてウェハ１に照射される。なお、加工用レーザ光Ｌ１はダイクロイックミラー４８を透過する。
【００５２】
そして、ウェハ１の表面（レーザ光照射面）３で反射された測距用レーザ光の反射光Ｌ３は、加工用対物レンズ２７の集光用レンズ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、絞り部材３８のアパーチャ３９を通過した後、ダイクロイックミラー４８により反射される。このダイクロイックミラー４８により反射された測距用レーザ光の反射光Ｌ３は、ハーフミラー４７、フィルタ４５を順次通過する。このフィルタ４５は、波長に応じて光を通過させ或いは遮断するものであり、測距用レーザ光の反射光Ｌ３を通過させる一方、ウェハ１の表面３や裏面１７で反射した加工用レーザ光Ｌ１の反射光を遮断する。フィルタ４５を通過した測距用レーザ光の反射光Ｌ３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（非点収差付加手段）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（光検出素子）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。４分割フォトダイオード４２は、測距用レーザ光の反射光Ｌ３の集光像を分割して受光し、そのそれぞれの光量に応じた電圧値（出力値）Ｖを出力する。
【００５３】
この集光像は、反射光Ｌ３に非点収差が付加されているため、測距用レーザ光Ｌ２の集光点Ｐ２に対してウェハ１の表面３がどの位置にあるかよって、縦長、真円、横長と変化する。ここで、この変化の原理について説明する。
【００５４】
図１６に示すように、ウェハ１の表面３と測距用レーザ光Ｌ２の集光点Ｐ２とが同位置にある場合には、測距用レーザ光の反射光Ｌ３は測距用レーザ光Ｌ２と同様の軌跡を辿って加工用対物レンズ２７の集光用レンズ３１を逆行するため、４分割フォトダイオード４２上に真円の集光像Ｋ１を形成する。
【００５５】
また、図１７に示すように、ウェハ１の表面３が測距用レーザ光Ｌ２の集光点Ｐ２よりも集光用レンズ３１に近い位置にある場合には、測距用レーザ光の反射光Ｌ３は測距用レーザ光Ｌ２と異なり拡散しながら加工用対物レンズ２７の集光用レンズ３１を逆行するため、４分割フォトダイオード４２上に横長の楕円の集光像Ｋ２を形成する。
【００５６】
また、図１８に示すように、ウェハ１の表面３が測距用レーザ光Ｌ２の集光点Ｐ２よりも集光用レンズ３１から遠い位置にある場合には、測距用レーザ光の反射光Ｌ３は測距用レーザ光Ｌ２と異なり集光されながら加工用対物レンズ２７の集光用レンズ３１を逆行するため４分割フォトダイオード４２上に縦長の楕円の集光像Ｋ３を形成する。
【００５７】
以上のように、４分割フォトダイオード４２上における測距用レーザ光の反射光Ｌ３の集光像は、測距用レーザ光Ｌ２の集光点Ｐ２に対するウェハ１の表面３の位置に応じて変化する。そのため、４分割フォトダイオード４２から出力される電圧値Ｖは、測距用レーザ光Ｌ２の集光点Ｐ２に対するウェハ１の表面３の位置に応じて変化することになる。
【００５８】
そこで、図１５に示すように、レーザ加工装置２０は制御部（制御手段）４０を有し、この制御部４０によって、４分割フォトダイオード４２から出力された電圧値Ｖに基づいて、測距用レーザ光Ｌ２の集光点Ｐ２に対するウェハ１の表面３の位置に関する位置情報として演算値Ｎを演算する。そして、制御部４０は、アクチュエータ２８を制御して加工用レーザ光Ｌ１の集光点Ｐ１の位置が表面３から一定の深さとなるように、加工用対物レンズ２７の位置を上下方向に微調整する。
【００５９】
具体的には、制御部４０において、以下の演算が施される。すなわち、４分割フォトダイオード４２（図１６参照）において、縦方向で対向する受光面Ｒ１，Ｒ３における光量に基づいて出力された電圧値Ｖ１，Ｖ３と、横方向で対向する受光面Ｒ２，Ｒ４における光量に基づいて出力された電圧値Ｖ２，Ｖ４とを下記（１）式に従って演算して、演算値Ｎが求められる。この演算値Ｎは、４分割フォトダイオード４２が受光した全ての光量に対応する電圧値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の総和で除算され、受光した全光量に対する相対値とされている。
【００６０】
Ｎ＝［（Ｖ１＋Ｖ３）−（Ｖ２＋Ｖ４）］／（Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３＋Ｖ４）  …（１）
但し、
Ｖ１：受光面Ｒ１における光量に基づいて出力された電圧値、
Ｖ２：受光面Ｒ２における光量に基づいて出力された電圧値、
Ｖ３：受光面Ｒ３における光量に基づいて出力された電圧値、
Ｖ４：受光面Ｒ４における光量に基づいて出力された電圧値、
【００６１】
図１９は、ウェハ１の表面３から、集光用レンズ３１による観察用可視光Ｌ０の集光点である焦点（以下、「集光用レンズの焦点」という）Ｐ０までの距離に対する演算値Ｎを示す線図である。この線図では、横軸はウェハ１の表面３から集光用レンズ３１の焦点Ｐ０までの距離を示し、縦軸は演算値Ｎの大きさを示している。ここで、原点を基準として左側に大きい程、ウェハ１の表面３が集光用レンズ３１に近づく方向に位置することになる。また、原点を基準として右側に大きい程、表面３が集光用レンズ３１から遠ざかる方向に位置することになる。
【００６２】
一般的なレーザ加工装置においては、図１９（ａ）に示すように、ウェハ１の表面３から集光用レンズ３１の焦点Ｐ０までの距離と演算値Ｎとの関係は、測距用レーザ光Ｌ２の集光点Ｐ２を対称とした略Ｓ字状の曲線Ｆとなる。この曲線Ｆにおける上側の変極点Ｆ１及び下側の変極点Ｆ２の近傍では、受光する測距用レーザ光の反射光Ｌ３が、４分割フォトダイオード４２の受光面からはみ出してしまうことより、演算値Ｎが逆転して同一な演算値が存在する。従って、図１９（ａ）及び図２０（ａ）に示すように、正確な位置情報を取得できる範囲である取得可能範囲Ｗは、変極点Ｆ１及びＦ２の間の範囲となり、集光用レンズ３１の焦点Ｐ０を基準値０μｍとして、例えば−２０μｍから＋２０μｍまでとなる。
【００６３】
ここで、レーザ加工装置２０においては、例えばピンホール４３やビームエキスパンダ４４の位置を測距用レーザ光Ｌ２の光軸に沿って移動させる等して、測距用レーザ光Ｌ２の光学系位置を調整することで、集光用レンズ３１の焦点がウェハ１の表面３上にある状態において、図２１に示すように、測距用レーザ光Ｌ２を集光させながら集光用レンズ３１に入射させている。これにより、測距用レーザ光Ｌ２の集光点Ｐ２が集光用レンズの焦点Ｐ０と集光用レンズ３１との間に位置される。従って、図１９（ｂ）及び図２０（ｂ）に示すように、取得可能範囲Ｗは、集光用レンズ３１の焦点Ｐ０よりも集光用レンズに近い方向に向けて移動され、集光用レンズ３１の焦点Ｐ０を０μｍとして、例えば−１５μｍから＋２５μｍまでとなる。
【００６４】
次に、上述したレーザ加工装置２０によるレーザ加工方法について説明する。ここでのレーザ加工方法は、加工用レーザ光Ｌ１を照射すると同時に測距用レーザ光Ｌ２を照射し、ウェハ１の表面３から一定の距離の位置に改質領域７を形成し、この改質領域７によって、切断予定ライン５に沿って延在する切断起点領域８を形成する方法（以下、「リアルタイム加工」という）である。
【００６５】
まず、ステージ３０上にウェハ１を載置し、このウェハ１がレーザ加工の開始位置に位置するように、ステージ３０及び筐体２３をＸ方向やＹ方向に移動させる。次に、加工用対物レンズ２７を保持しているアクチュエータ２８が最も縮んだ状態から最大伸び量の半分の量だけ伸びた、例えば最大伸び量が５０μｍでは２５μｍ伸びた状態で、ウェハ１の表面３に投影したレクチル画像のピントをＴＶモニタ６４にて確認しながら筐体２３を筐体駆動部２５により上下して、集光用レンズ３１の焦点Ｐ０をウェハ１の表面３上に位置させる。
【００６６】
続いて、加工用レーザ光Ｌ１の集光点Ｐ１がウェハ１の表面から所望の距離に位置するように、筐体２３をＺ方向に移動させる。そして、レーザ光源２２から加工用レーザ光Ｌ１を照射すると同時に、レーザ光源４１から測距用レーザ光Ｌ２を照射し、集光用レンズ３１により集光されたレーザ光Ｌ１，Ｌ２が切断予定ライン５上をスキャンするようにステージ３０及び筐体２３をＸ方向やＹ方向に移動させる。このとき、測距用レーザ光の反射光Ｌ３が検出され、制御部４０によって、加工用レーザ光Ｌ１の集光点Ｐ１の位置が常にウェハ１の表面３から一定の距離に位置するように、アクチュエータ２８がフィードバック制御される。このフィードバック制御は、図１９（ｂ）に示すように、検出される反射光Ｌ３による演算値が一定の距離Ｔ０に対応するＮ０を維持するように制御されるものであり、Ｎ０を維持するだけの電圧値がアクチュエータ２８に印加され、加工用対物レンズ２７の位置が上下方向に微調整される。そして、ウェハ１の表面３に沿ってその表面３から一定の距離の位置に改質領域７が形成される。
【００６７】
このように、リアルタイム加工においては、加工用レーザ光Ｌ１が照射されると同時に測距用レーザ光Ｌ２が照射されて改質領域７が形成されるため、効率的に改質領域７を形成することが可能となる。また、ウェハ１の厚さが薄い場合には、その表面の面振れが多いため、リアルタイム加工が特に効果的なものとなる。
【００６８】
以上説明したように、レーザ加工装置２０おいては、集光用レンズ３１によってウェハ１に向けて集光された測距用レーザ光Ｌ２の集光点Ｐ２が集光用レンズ３１の焦点Ｐ０と集光用レンズ３１との間に位置され、集光用レンズ３１の光軸方向において、ウェハ１の表面３の位置に関する位置情報の取得可能範囲Ｗが集光用レンズ３１の焦点Ｐ０を基準として集光用レンズ３１側に移動されている。これにより、集光用レンズ３１の焦点Ｐ０をウェハ１の内部に合わせた状態、すなわち、ウェハ１の表面３を集光用レンズ３１の焦点Ｐ０よりも集光用レンズ３１に近づけた状態で加工用レーザ光Ｌ１及び測距用レーザ光Ｌ２が照射されるため、実質的に位置情報の取得可能範囲Ｗを広げることが可能となる。従って、ウェハ１の表面３からより深い位置に改質領域７を形成する際においても、精度良くウェハ１の表面３の位置情報を取得することが可能となり、ウェハ１の内部の所望の位置に改質領域７を精度良く形成することができる。
【００６９】
また、演算値Ｎには、４分割フォトダイオード４２によって出力された電圧値Ｖの総和による除算が施されているため、演算値Ｎは、受光した全光量に対する相対値となる。これにより、例えばウェハ１の表面３に形成された膜厚の影響によりウェハ１の表面３で反射される測距用レーザ光Ｌ２の光量が変化して、４分割フォトダイオード４２により出力される電圧値Ｖが変化してしまっても、演算値Ｎが変動するのを防止することが可能となり、ウェハ１の内部の所望の位置に改質領域７を精度良く形成することができる。
【００７０】
次に、加工用レーザ光Ｌ１を照射する前に測距用レーザ光Ｌ２を照射するレーザ加工方法（以下、「トレース加工」という）について、リアルタイム加工との相違点を中心に説明する。
【００７１】
トレース加工では、加工用レーザ光Ｌ１を照射する前に、測距用レーザ光Ｌ２を照射して、集光用レンズ３１により集光された測距用レーザ光Ｌ２が切断予定ライン５上をスキャンするように、ステージ３０及び筐体２３をＸ方向やＹ方向に移動させる。このとき、測距用レーザ光の反射光Ｌ３が検出され、制御部４０によって、測距用レーザ光Ｌ２の集光点Ｐ２の位置が常にウェハ１の表面３から一定の距離に位置するように、アクチュエータ２８がフィードバック制御される。このフィードバック制御をするためにアクチュエータ２８に印加された電圧の電圧値は、制御部４０にメモリーされる。
【００７２】
続いて、加工用レーザ光Ｌ１の集光点Ｐ１がウェハ１の表面から所望の距離に位置するように、筐体２３をＺ方向に移動させる。そして、レーザ光源２２から加工用レーザ光Ｌ１を照射すると共に、加工用レーザ光Ｌ１が切断予定ライン５上をスキャンするようにステージ３０をＸ方向やＹ方向に再び移動させる。このとき、制御部４０によって、メモリーされた電圧値に基づいて、アクチュエータ２８に電圧が印加され、加工用対物レンズ２７の位置が上下方向に微調整される。
【００７３】
このように、トレース加工においては、加工用レーザ光Ｌ１を照射する前に測距用レーザ光Ｌ２が照射されるため、ウェハ１が厚くて切断起点領域８からウェハ１の表面３までの距離がリアルタイム加工では加工できない程であっても、確実に改質領域７を形成することができる。
【００７４】
また、トレース加工が行われる場合には、ウェハ１のレーザ光が入射する面は切削痕７１が存在するバックグラインド面であることが多い。しかし、一般的なトレース加工では、測距用レーザ光Ｌ２が切断予定ライン５上をスキャンする際、測距用レーザ光Ｌ２の集光点Ｐ２が常に集光用レンズ３１の焦点Ｐ０上、すなわち、ウェハ１の表面３上に位置するように、アクチュエータ２８がフィードバック制御されており、図２２（ａ）に示すように、集光用レンズ３１の焦点Ｐ０における測距用レーザ光Ｌ２の集光像Ｑ１の面積は小さく絞られた状態であるため、切削痕７１が集光像Ｑ１に占める割合が大きくなってしまう。従って、切削痕７１による測距用レーザ光の反射光Ｌ３が散乱するなどの悪影響が大きくなるおそれがある。
【００７５】
そこで、レーザ加工装置２０によるトレース加工では、集光用レンズ３１によってウェハ１に向けて集光された測距用レーザ光Ｌ２の集光点Ｐ２が集光用レンズ３１の焦点Ｐ０と集光用レンズ３１との間に位置させることにより、図２２（ｂ）に示すように、集光用レンズ３１の焦点Ｐ０位置、すなわち、ウェハ１の表面３における測距用レーザ光Ｌ２の集光像Ｑ２の面積が大きくなっている。これにより、ウェハ１の表面３が切削痕７１の多いバックグラインド面であったとしても、切削痕７１が集光像Ｑ２に占める割合が小さいため、ウェハ１の表面３の切削痕７１によって測距用レーザ光の反射光Ｌ３が散乱するなどといった悪影響を抑制することが可能となる。従って、精度良くウェハ１の表面３の位置情報を取得することが可能となり、ウェハ１の内部の所望の位置に改質領域７を精度良く形成することができる。
【００７６】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態は、ウェハ１の表面３から一定の距離にある位置に加工用レーザ光Ｌ１の集光点Ｐ１を合わせたが、集光点を合わせる位置を切断予定ライン５に沿って変化させるような集光点Ｐ１の位置制御を行ってもよい。例えば、加工用レーザ光Ｌ１の集光点Ｐ１を合わせる位置を波線状に変化させたり、加工用レーザ光Ｌ１の集光点Ｐ１を合わせる位置の深さを途中で変えたりしてもよい。
【００７７】
また、上記実施形態では、特に好ましいとして受光素子に４分割フォトダイオード４２を用いているが、例えば２分割フォトダイオードや８分割フォトダイオードを用いてもよい。これらの場合、制御部における演算値を求めるための演算は、受光に応じて出力される電圧値の数に対応するものになる。
【００７８】
さらにまた、上記実施形態では、非点収差付加手段である整形光学系４９は、シリンドリカルレンズを用いて構成されているが、例えばトーレックレンズ等の非球面レンズを用いて構成してもよく、測距用レーザ光の反射光に所定の非点収差を付加するものであればよい。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【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】本実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成図である。
【図１５】図１４に示すレーザ加工装置の加工用レーザ光及び測距用レーザ光に関する概略構成図である。
【図１６】加工対象物と測距用レーザ光の集光点とが同位置にある場合の測距用レーザ光の反射光の集光像を説明するための図である。
【図１７】加工対象物が測距用レーザ光の集光点よりも集光用レンズに近い位置にある場合の測距用レーザ光の反射光の集光像を説明するための図である。
【図１８】加工対象物が測距用レーザ光の集光点よりも集光用レンズから遠い位置にある場合の測距用レーザ光の反射光の集光像を説明するための図である。
【図１９】レーザ光照射面から集光用レンズの焦点までの距離に対する演算値を示す線図である。
【図２０】レーザ光照射面の位置情報の取得可能範囲を示す図である。
【図２１】図１４に示すレーザ加工装置の測距用レーザ光の集光点を説明するための図である。
【図２２】測距用レーザ光のレーザ光照射面における集光像を示す図である。
【符号の説明】
【００８０】
１…ウェハ（加工対象物）、３…表面（レーザ照射面）、７…改質領域、２８…アクチュエータ（駆動手段）、３１…集光用レンズ、４０…制御部（制御手段）、４２…４分割フォトダイオード（複数の受光素子）、４９…整形光学系（非点収差付加手段）、Ｌ１…加工用レーザ光（第１のレーザ光）、Ｌ２…測距用レーザ光（第２のレーザ光）、Ｌ３…測距用レーザ光の反射光、Ｐ０…集光用レンズの焦点、Ｐ１…加工用レーザ光の集光点、Ｐ２…測距用レーザ光の集光点。
【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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