(57)【要約】【課題】  加工対象物の表面に不必要な割れを発生させることなくかつその表面が溶融しないレーザ加工方法を提供する。【解決手段】  圧電素子ウェハ３１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、ウェハ３１において第１の方向に延在する複数の第１の切断予定ラインのそれぞれに沿ってウェハ３１の内部にクラック領域を形成すると共に、ウェハ３１において第１の方向と交差する第２の方向に延在する複数の第２の切断予定ラインのそれぞれに沿ってウェハ３１の内部にクラック領域を形成し、クラック領域を切断の起点として第１及び第２の切断予定ラインに沿ってウェハ３１を複数の圧電デバイスチップ３７に分割する。【選択図】  図１９
2005159378.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハ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、前記加工対象物において第１の方向に延在する複数の第１の切断予定ラインのそれぞれに沿って前記加工対象物の内部に第１の改質領域を形成すると共に、前記加工対象物において前記第１の方向と交差する第２の方向に延在する複数の第２の切断予定ラインのそれぞれに沿って前記加工対象物の内部に第２の改質領域を形成し、前記第１及び前記第２の改質領域を切断の起点として前記第１及び前記第２の切断予定ラインに沿って前記加工対象物を複数のチップに分割することを特徴とするレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体材料基板、圧電材料基板やガラス基板等の加工対象物の切断に使用されるレーザ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ応用の一つに切断があり、レーザによる一般的な切断は次の通りである。例えば半導体ウェハやガラス基板のような加工対象物の切断する箇所に、加工対象物が吸収する波長のレーザ光を照射し、レーザ光の吸収により切断する箇所において加工対象物の表面から裏面に向けて加熱溶融を進行させて加工対象物を切断する。しかし、この方法では加工対象物の表面のうち切断する箇所となる領域周辺も溶融される。よって、加工対象物が半導体ウェハの場合、半導体ウェハの表面に形成された半導体素子のうち、上記領域付近に位置する半導体素子が溶融する恐れがある。
【０００３】
加工対象物の表面の溶融を防止する方法として、例えば、特許文献１や特許文献２に開示されたレーザによる切断方法がある。これらの特許文献１，２記載の切断方法では、加工対象物の切断する箇所をレーザ光により加熱し、そして加工対象物を冷却することにより、加工対象物の切断する箇所に熱衝撃を生じさせて加工対象物を切断する。
【特許文献１】特開２０００−２１９５２８号公報
【特許文献２】特開２０００−１５４６７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、これらの特許文献１，２記載の切断方法では、加工対象物に生じる熱衝撃が大きいと、加工対象物の表面に、切断予定ラインから外れた割れやレーザ照射していない先の箇所までの割れ等の不必要な割れが発生することがある。よって、これらの切断方法では精密切断をすることができない。特に、加工対象物が半導体ウェハ、液晶表示装置が形成されたガラス基板や電極パターンが形成されたガラス基板の場合、この不必要な割れにより半導体チップ、液晶表示装置や電極パターンが損傷することがある。また、これらの切断方法では平均入力エネルギーが大きいので、半導体チップ等に与える熱的ダメージも大きい。
【０００５】
本発明の目的は、加工対象物の表面に不必要な割れを発生させることなくかつその表面が溶融しないレーザ加工方法を提供することである。
【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、ウェハ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、加工対象物において第１の方向に延在する複数の第１の切断予定ラインのそれぞれに沿って加工対象物の内部に第１の改質領域を形成すると共に、加工対象物において第１の方向と交差する第２の方向に延在する複数の第２の切断予定ラインのそれぞれに沿って加工対象物の内部に第２の改質領域を形成し、第１及び第２の改質領域を切断の起点として第１及び第２の切断予定ラインに沿って加工対象物を複数のチップに分割することを特徴とする。
【０００７】
本発明に係るレーザ加工方法においては、加工対象物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射し、加工対象物の内部に改質領域を形成している。加工対象物の切断する箇所に何らかの起点があると、比較的小さな力で或いは自然に加工対象物が割れて切断される。つまり、本発明に係るレーザ加工方法によれば、改質領域を起点として切断予定ラインに沿って加工対象物が割れることにより、加工対象物が切断される。このように、比較的小さな力で或いは自然に加工対象物が割れて切断されるので、加工対象物の表面に切断予定ラインから外れた不必要な割れを発生させることなく加工対象物を切断することができる。さらに、本発明に係るレーザ加工方法おいては、加工対象物の内部に局所的に改質領域を形成している。よって、加工対象物の表面ではレーザ光がほとんど吸収されないので、加工対象物の表面が溶融することはない。なお、集光点とはレーザ光が集光した箇所のことである。切断予定ラインは加工対象物の表面や内部に実際に引かれた線でもよいし、仮想の線でもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係るレーザ加工方法によれば、加工対象物の表面に溶融や切断予定ラインから外れた割れが生じることなく、加工対象物を切断することができる。よって、加工対象物を切断することにより作製される製品（例えば、半導体チップ、圧電デバイスチップ、液晶等の表示装置）の歩留まりや生産性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて説明する。本実施形態に係るレーザ加工方法は、多光子吸収により改質領域を形成している。多光子吸収はレーザ光の強度を非常に大きくした場合に発生する現象である。まず、多光子吸収について簡単に説明する。
【００１０】
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，・・・である）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。
【００１１】
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の原理について図１〜図６を用いて説明する。図１はレーザ加工中の加工対象物１の平面図であり、図２は図１に示す加工対象物１のII−II線に沿った断面図であり、図３はレーザ加工後の加工対象物１の平面図であり、図４は図３に示す加工対象物１のIV−IV線に沿った断面図であり、図５は図３に示す加工対象物１のV−V線に沿った断面図であり、図６は切断された加工対象物１の平面図である。
【００１２】
図１及び図２に示すように、加工対象物１の表面３には切断予定ライン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は、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を加工対象物１に照射して改質領域７を形成する。なお、集光点とはレーザ光Ｌが集光した箇所のことである。
【００１３】
レーザ光Ｌを切断予定ライン５に沿って（すなわち矢印Ａ方向に沿って）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の内部にのみ形成される。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。
【００１４】
加工対象物１の切断において、切断する箇所に起点があると加工対象物１はその起点から割れるので、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の切断が可能となる。
【００１５】
なお、改質領域を起点とした加工対象物の切断は、次の二通りが考えられる。一つは、改質領域形成後、加工対象物に人為的な力が印加されることにより、改質領域を起点として加工対象物が割れ、加工対象物が切断される場合である。これは、例えば加工対象物の厚み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、加工対象物の切断予定ラインに沿って加工対象物に曲げ応力やせん断応力を加えたり、加工対象物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。他の一つは、改質領域を形成することにより、改質領域を起点として加工対象物の断面方向（厚さ方向）に向かって自然に割れ、結果的に加工対象物が切断される場合である。これは、例えば加工対象物の厚みが小さい場合、改質領域が１つでも可能であり、加工対象物の厚みが大きい場合、厚さ方向に複数の改質領域を形成することで可能となる。なお、この自然に割れる場合も、切断する箇所の表面上において、改質領域が形成されていない部分まで割れが先走ることがなく、改質部を形成した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半導体ウェハ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。
【００１６】
さて、本実施形態において多光子吸収により形成される改質領域として、次の（１）〜（３）がある。
【００１７】
（１）改質領域が一つ又は複数のクラックを含むクラック領域の場合
レーザ光を加工対象物（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）以上でかつパルス幅が１μｓ以下の条件で照射する。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。
【００１８】
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。
（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
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。
【００１９】
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。
【００２０】
次に、本実施形態に係るレーザ加工において、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を用いて説明する。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を加工対象物１に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は一つ又は複数のクラックを含む領域である。図９に示すようにクラック領域９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。加工対象物の表面と裏面に到達するクラックは自然に成長する場合もあるし、加工対象物に力が印加されることにより成長する場合もある。
【００２１】
（２）改質領域が溶融処理領域の場合
レーザ光を加工対象物（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）以上でかつパルス幅が１μｓ以下の条件で照射する。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、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いずれか一つを意味する。また、溶融処理領域は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。なお、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。
【００２２】
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。実験条件は次ぎの通りである。
（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
ＮＡ：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
【００２３】
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の厚さ方向の大きさは１００μｍ程度である。
【００２４】
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。シリコン基板の厚みｔが５０μｍ、１００μｍ、２００μｍ、５００μｍ、１０００μｍの各々について上記関係を示した。
【００２５】
例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの波長である１０６４ｎｍにおいて、シリコン基板の厚みが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はシリコンウェハの中心付近、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。
【００２６】
なお、シリコンウェハは、溶融処理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、加工対象物に力が印加されることにより成長する場合もある。なお、溶融処理領域からシリコンウェハの表面と裏面に割れが自然に成長するのは、一旦溶融後再固化した状態となった領域から割れが成長する場合、溶融状態の領域から割れが成長する場合及び溶融から再固化する状態の領域から割れが成長する場合のうち少なくともいずれか一つである。いずれの場合も切断後の切断面は図１２に示すように内部にのみ溶融処理領域が形成される。加工対象物の内部に溶融処理領域を形成する場合、割断時、切断予定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。
【００２７】
（３）改質領域が屈折率変化領域の場合
レーザ光を加工対象物（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）以上でかつパルス幅が１ｎｓ以下の条件で照射する。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。
【００２８】
次に、本実施形態の具体例を説明する。
【００２９】
［第１例］
本実施形態の第１例に係るレーザ加工方法について説明する。図１４はこの方法に使用できるレーザ加工装置１００の概略構成図である。レーザ加工装置１００は、レーザ光Ｌを発生するレーザ光源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の反射機能を有しかつレーザ光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、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軸方向に移動させるためのＺ軸ステージ１１３と、これら三つのステージ１０９，１１１，１１３の移動を制御するステージ制御部１１５と、を備える。
【００３０】
Ｚ軸方向は加工対象物１の表面３と直交する方向なので、加工対象物１に入射するレーザ光Ｌの焦点深度の方向となる。よって、Ｚ軸ステージ１１３をＺ軸方向に移動させることにより、加工対象物１の内部にレーザ光Ｌの集光点Ｐを合わせることができる。また、この集光点ＰのＸ（Ｙ）軸方向の移動は、加工対象物１をＸ（Ｙ）軸ステージ１０９（１１１）によりＸ（Ｙ）軸方向に移動させることにより行う。Ｘ（Ｙ）軸ステージ１０９（１１１）が移動手段の一例となる。
【００３１】
レーザ光源１０１はパルスレーザ光を発生するＮｄ：ＹＡＧレーザである。レーザ光源１０１に用いることができるレーザとして、この他、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ、Ｎｄ：ＹＬＦレーザやチタンサファイアレーザがある。クラック領域や溶融処理領域を形成する場合、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ、Ｎｄ：ＹＬＦレーザを用いるのが好適である。屈折率変化領域を形成する場合、チタンサファイアレーザを用いるのが好適である。
【００３２】
第１例では加工対象物１の加工にパルスレーザ光を用いているが、多光子吸収を起こさせることができるなら連続波レーザ光でもよい。なお、本発明においてレーザ光はレーザビームを含む意味である。集光用レンズ１０５は集光手段の一例である。Ｚ軸ステージ１１３はレーザ光の集光点を加工対象物の内部に合わせる手段の一例である。集光用レンズ１０５をＺ軸方向に移動させることによっても、レーザ光の集光点を加工対象物の内部に合わせることができる。
【００３３】
レーザ加工装置１００はさらに、載置台１０７に載置された加工対象物１を可視光線により照明するために可視光線を発生する観察用光源１１７と、ダイクロイックミラー１０３及び集光用レンズ１０５と同じ光軸上に配置された可視光用のビームスプリッタ１１９と、を備える。ビームスプリッタ１１９と集光用レンズ１０５との間にダイクロイックミラー１０３が配置されている。ビームスプリッタ１１９は、可視光線の約半分を反射し残りの半分を透過する機能を有しかつ可視光線の光軸の向きを９０°変えるように配置されている。観察用光源１１７から発生した可視光線はビームスプリッタ１１９で約半分が反射され、この反射された可視光線がダイクロイックミラー１０３及び集光用レンズ１０５を透過し、加工対象物１の切断予定ライン５等を含む表面３を照明する。
【００３４】
レーザ加工装置１００はさらに、ビームスプリッタ１１９、ダイクロイックミラー１０３及び集光用レンズ１０５と同じ光軸上に配置された撮像素子１２１及び結像レンズ１２３を備える。撮像素子１２１としては例えばＣＣＤ（charge-coupled device）カメラがある。切断予定ライン５等を含む表面３を照明した可視光線の反射光は、集光用レンズ１０５、ダイクロイックミラー１０３、ビームスプリッタ１１９を透過し、結像レンズ１２３で結像されて撮像素子１２１で撮像され、撮像データとなる。
【００３５】
レーザ加工装置１００はさらに、撮像素子１２１から出力された撮像データが入力される撮像データ処理部１２５と、レーザ加工装置１００全体を制御する全体制御部１２７と、モニタ１２９と、を備える。撮像データ処理部１２５は、撮像データを基にして観察用光源１１７で発生した可視光の焦点が表面３上に合わせるための焦点データを演算する。この焦点データを基にしてステージ制御部１１５がＺ軸ステージ１１３を移動制御することにより、可視光の焦点が表面３に合うようにする。よって、撮像データ処理部１２５はオートフォーカスユニットとして機能する。また、撮像データ処理部１２５は、撮像データを基にして表面３の拡大画像等の画像データを演算する。この画像データは全体制御部１２７に送られ、全体制御部で各種処理がなされ、モニタ１２９に送られる。これにより、モニタ１２９に拡大画像等が表示される。
【００３６】
全体制御部１２７には、ステージ制御部１１５からのデータ、撮像データ処理部１２５からの画像データ等が入力し、これらのデータも基にしてレーザ光源制御部１０２、観察用光源１１７及びステージ制御部１１５を制御することにより、レーザ加工装置１００全体を制御する。よって、全体制御部１２７はコンピュータユニットとして機能する。
【００３７】
次に、図１４及び図１５を用いて、本実施形態の第１例に係るレーザ加工方法を説明する。図１５は、このレーザ加工方法を説明するためのフローチャートである。加工対象物１はシリコンウェハである。
【００３８】
まず、加工対象物１の光吸収特性を図示しない分光光度計等により測定する。この測定結果に基づいて、加工対象物１に対して透明な波長又は吸収の少ない波長のレーザ光Ｌを発生するレーザ光源１０１を選定する（Ｓ１０１）。次に、加工対象物１の厚さを測定する。厚さの測定結果及び加工対象物１の屈折率を基にして、加工対象物１のＺ軸方向の移動量を決定する（Ｓ１０３）。これは、レーザ光Ｌの集光点Ｐが加工対象物１の内部に位置させるために、加工対象物１の表面３に位置するレーザ光Ｌの集光点を基準とした加工対象物１のＺ軸方向の移動量である。この移動量を全体制御部１２７に入力される。
【００３９】
加工対象物１をレーザ加工装置１００の載置台１０７に載置する。そして、観察用光源１１７から可視光を発生させて加工対象物１を照明する（Ｓ１０５）。照明された切断予定ライン５を含む加工対象物１の表面３を撮像素子１２１により撮像する。この撮像データは撮像データ処理部１２５に送られる。この撮像データに基づいて撮像データ処理部１２５は観察用光源１１７の可視光の焦点が表面３に位置するような焦点データを演算する（Ｓ１０７）。
【００４０】
この焦点データはステージ制御部１１５に送られる。ステージ制御部１１５は、この焦点データを基にしてＺ軸ステージ１１３をＺ軸方向の移動させる（Ｓ１０９）。これにより、観察用光源１１７の可視光の焦点が表面３に位置する。なお、撮像データ処理部１２５は撮像データに基づいて、切断予定ライン５を含む加工対象物１の表面３の拡大画像データを演算する。この拡大画像データは全体制御部１２７を介してモニタ１２９に送られ、これによりモニタ１２９に切断予定ライン５付近の拡大画像が表示される。
【００４１】
全体制御部１２７には予めステップＳ１０３で決定された移動量データが入力されており、この移動量データがステージ制御部１１５に送られる。ステージ制御部１１５はこの移動量データに基づいて、レーザ光Ｌの集光点Ｐが加工対象物１の内部となる位置に、Ｚ軸ステージ１１３により加工対象物１をＺ軸方向に移動させる（Ｓ１１１）。
【００４２】
次に、レーザ光源１０１からレーザ光Ｌを発生させて、レーザ光Ｌを加工対象物１の表面３の切断予定ライン５に照射する。レーザ光Ｌの集光点Ｐは加工対象物１の内部に位置しているので、溶融処理領域は加工対象物１の内部にのみ形成される。そして、切断予定ライン５に沿うようにＸ軸ステージ１０９やＹ軸ステージ１１１を移動させて、溶融処理領域を切断予定ライン５に沿うように加工対象物１の内部に形成する（Ｓ１１３）。そして、加工対象物１を切断予定ライン５に沿って曲げることにより、加工対象物１を切断する（Ｓ１１５）。これにより、加工対象物１をシリコンチップに分割する。
【００４３】
第１例の効果を説明する。これによれば、多光子吸収を起こさせる条件でかつ加工対象物１の内部に集光点Ｐを合わせて、パルスレーザ光Ｌを切断予定ライン５に照射している。そして、Ｘ軸ステージ１０９やＹ軸ステージ１１１を移動させることにより、集光点Ｐを切断予定ライン５に沿って移動させている。これにより、改質領域（例えばクラック領域、溶融処理領域、屈折率変化領域）を切断予定ライン５に沿うように加工対象物１の内部に形成している。加工対象物の切断する箇所に何らかの起点があると、加工対象物を比較的小さな力で割って切断することができる。よって、改質領域を起点として切断予定ライン５に沿って加工対象物１を割ることにより、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。これにより、加工対象物１の表面３に切断予定ライン５から外れた不必要な割れを発生させることなく加工対象物１を切断することができる。
【００４４】
また、第１例によれば、加工対象物１に多光子吸収を起こさせる条件でかつ加工対象物１の内部に集光点Ｐを合わせて、パルスレーザ光Ｌを切断予定ライン５に照射している。よって、パルスレーザ光Ｌは加工対象物１を透過し、加工対象物１の表面３ではパルスレーザ光Ｌがほとんど吸収されないので、改質領域形成が原因で表面３が溶融等のダメージを受けることはない。
【００４５】
以上説明したように第１例によれば、加工対象物１の表面３に切断予定ライン５から外れた不必要な割れや溶融が生じることなく、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が例えば半導体ウェハの場合、半導体チップに切断予定ラインから外れた不必要な割れや溶融が生じることなく、半導体チップを半導体ウェハから切り出すことができる。表面に電極パターンが形成されている加工対象物や、圧電素子ウェハや液晶等の表示装置が形成されたガラス基板のように表面に電子デバイスが形成されている加工対象物についても同様である。よって、第１例によれば、加工対象物を切断することにより作製される製品（例えば半導体チップ、圧電デバイスチップ、液晶等の表示装置）の歩留まりを向上させることができる。
【００４６】
また、第１例によれば、加工対象物１の表面３の切断予定ライン５は溶融しないので、切断予定ライン５の幅（この幅は、例えば半導体ウェハの場合、半導体チップとなる領域同士の間隔である。）を小さくできる。これにより、一枚の加工対象物１から作製される製品の数が増え、製品の生産性を向上させることができる。
【００４７】
また、第１例によれば、加工対象物１の切断加工にレーザ光を用いるので、ダイヤモンドカッタを用いたダイシングよりも複雑な加工が可能となる。例えば、図１６に示すように切断予定ライン５が複雑な形状であっても、第１例によれば切断加工が可能となる。これらの効果は後に説明する例でも同様である。
【００４８】
なお、レーザ光源は一つに限らず複数でもよい。例えば、図１７はレーザ光源が複数における本実施形態の第１例に係るレーザ加工方法を説明する模式図である。これは、三つのレーザ光源１５，１７，１９から出射された三つのレーザ光を加工対象物１の内部に集光点Ｐを合わせて異なる方向から照射している。レーザ光源１５，１７からの各レーザ光は加工対象物１の表面３から入射する。レーザ光源１９からのレーザ光は加工対象物１の裏面３から入射する。これよれば、複数のレーザ光源を用いるので、レーザ光がパルスレーザ光に比べてパワーが小さい連続波レーザ光であっても、集光点の電界強度を多光子吸収が発生する大きさにすることが可能となる。同様の理由により集光用レンズがなくても多光子吸収が発生させることが可能となる。なお、この例では三つのレーザ光源１５，１７，１９により集光点Ｐを形成しているが、本発明はこれに限定されずレーザ光源が複数であればよい。
【００４９】
図１８はレーザ光源が複数における本実施形態の第１例に係る他のレーザ加工方法を説明する模式図である。この例は、複数のレーザ光源２３が切断予定ライン５に沿って一列に配置された三つのアレイ光源部２５，２７，２９を備えている。アレイ光源部２５，２７，２９の各々において同じ列に配置されたレーザ光源２３から出射されたレーザ光が一つの集光点（例えば集光点Ｐ１）を形成する。この例によれば切断予定ライン５に沿って複数の集光点Ｐ１，Ｐ２，・・・を同時に形成することができるので、加工速度を向上させることができる。また、この例では、表面３上であって切断予定ライン５と直交する方向にレーザスキャンすることで改質領域を複数列同時に形成することも可能である。
【００５０】
［第２例］
次に、本実施形態の第２例について説明する。この例は光透過性材料の切断方法及び切断装置である。光透過性材料は加工対象物の一例である。この例では、光透過性材料としてＬｉＴａＯ３からなる厚さが４００μｍ程度の圧電素子ウェハ（基板）を用いている。
【００５１】
第２例に係る切断装置は、図１４に示すレーザ加工装置１００及び図１９、図２０に示す装置から構成される。図１９及び図２０に示す装置について説明する。圧電素子ウェハ３１は、保持手段としてのウェハシート（フィルム）３３に保持されている。このウェハシート３３は、圧電素子ウェハ３１を保持する側の面が粘着性を有する樹脂製テープ等からなり、弾性を有している。ウェハシート３３は、サンプルホルダ３５に挟持されて、載置台１０７上にセットされる。なお、圧電素子ウェハ３１は、図１９に示されるように、後に切断分離される多数個の圧電デバイスチップ３７を含んでいる。各圧電デバイスチップ３７は回路部３９を有している。この回路部３９は、圧電素子ウェハ３１の表面に各圧電デバイスチップ３７毎に形成されており、隣接する回路部３９の間には所定の間隙α（８０μｍ程度）が形成されている。なお、図２０は、圧電素子ウェハ３１の内部のみに改質部としての微小なクラック領域９が形成された状態を示している。
【００５２】
次に、図２１に基づいて、第２例に係る光透過性材料の切断方法について説明する。まず、切断対象材料となる光透過性材料（第２例においては、ＬｉＴａＯ３からなる圧電素子ウェハ３１）の光吸収特性を測定する（Ｓ２０１）。光吸収特性は、分光光度計等を用いることにより測定可能である。光吸収特性が測定されると、その測定結果に基づいて、切断対象材料に対して透明若しくは吸収の少ない波長のレーザ光Ｌを出射するレーザ光源１０１を選定する（Ｓ２０３）。第２例においては、基本波波長が１０６４ｎｍであるパルス波（ＰＷ）型のＹＡＧレーザが選定されている。このＹＡＧレーザは、パルスの繰り返し周波数が２０Ｈｚであり、パルス幅が６ｎｓであり、パルスエネルギは３００μＪである。また、ＹＡＧレーザから出射されるレーザ光Ｌのスポット径は、２０μｍ程度である。
【００５３】
次に、切断対象材料の厚さを測定する（Ｓ２０５）。切断対象材料の厚さが測定されると、その測定結果に基づいて、レーザ光Ｌの集光点が切断対象材料の内部に位置するように、レーザ光Ｌの光軸方向における切断対象材料の表面（レーザ光Ｌの入射面）からのレーザ光Ｌの集光点の変位量（移動量）を決定する（Ｓ２０７）。レーザ光Ｌの集光点の変位量（移動量）は、切断対象材料の厚さ及び屈折率に対応して、たとえば切断対象材料の厚さの１／２の量に設定される。
【００５４】
図２２に示されるように、実際のレーザ光Ｌの集光点Ｐの位置は、切断対象材料雰囲気（たとえば、空気）中の屈折率と切断対象材料の屈折率との違いにより、集光用レンズ１０５で集光されたレーザ光Ｌの集光点Ｑの位置よりも切断対象材料（圧電素子ウェハ３１）の表面から深いところに位置するようになる。すなわち、空気中の場合、「レーザ光Ｌの光軸方向でのＺ軸ステージ１１３の移動量×切断対象材料の屈折率＝実際のレーザ光Ｌの集光点移動量」という関係が成り立つことになる。レーザ光Ｌの集光点の変位量（移動量）は、上述した関係（切断対象材料の厚さ及び屈折率）を考慮して設定される。その後、Ｘ−Ｙ−Ｚ軸ステージ（本実施形態においては、Ｘ軸ステージ１０９、Ｙ軸ステージ１１１及びＺ軸ステージ１１３により構成される）上に配置された載置台１０７に対してウェハシート３３に保持された切断対象材料を載置する（Ｓ２０９）。切断対象材料の載置を終えると、観察用光源１１７から光を出射して、出射した光を切断対象材料に照射する。そして、撮像素子１２１での撮像結果に基づいて、レーザ光Ｌの集光点が切断対象材料の表面上に位置するようにＺ軸ステージ１１３を移動させてフォーカス調整を行う（Ｓ２１１）。ここでは、観察用光源１１７によって得られる圧電素子ウェハ３１の表面観察像を撮像素子１２１により撮像し、撮像データ処理部１２５が、撮像結果に基づいて、観察用光源１１７から出射された光が切断対象材料の表面上で焦点を結ぶようにＺ軸ステージ１１３の移動位置を決定し、ステージ制御部１１５に出力する。ステージ制御部１１５は、撮像データ処理部１２５からの出力信号に基づいて、Ｚ軸ステージ１１３の移動位置が、観察用光源１１７から出射された光が切断対象材料の表面上に焦点を結ぶ、すなわちレーザ光Ｌの集光点を切断対象材料の表面上に位置させるための位置となるようにＺ軸ステージ１１３を制御する。
【００５５】
観察用光源１１７から出射された光のフォーカス調整が終わると、レーザ光Ｌの集光点を切断対象材料の厚さ及び屈折率に対応した集光点に移動させる（Ｓ２１３）。ここでは、切断対象材料の厚さ及び屈折率に対応して決定されたレーザ光Ｌの集光点の変位量分だけＺ軸ステージ１１３をレーザ光Ｌの光軸方向に移動させるように、全体制御部１２７がステージ制御部１１５に出力信号を送り、出力信号を受けたステージ制御部１１５がＺ軸ステージ１１３の移動位置を制御する。上述したように、切断対象材料の厚さ及び屈折率に対応して決定されたレーザ光Ｌの集光点の変位量分だけＺ軸ステージ１１３をレーザ光Ｌの光軸方向に移動させることにより、レーザ光Ｌの集光点の切断対象材料の内部への配置が完了する（Ｓ２１５）。
【００５６】
レーザ光Ｌの集光点の切断対象材料の内部への配置が完了すると、レーザ光Ｌを切断対象材料に照射すると共に、所望の切断パターンにしたがってＸ軸ステージ１０９及びＹ軸ステージ１１１を移動させる（Ｓ２１７）。レーザ光源１０１から出射されたレーザ光Ｌは、図２２に示されるように、集光用レンズ１０５により、隣接する回路部３９の間に形成された所定の間隙α（上述したように、８０μｍ）に臨む圧電素子ウェハ３１の内部に集光点Ｐが位置するように集光される。上述した所望の切断パターンは、圧電素子ウェハ３１から複数の圧電デバイスチップ３７を分離するために、隣接する回路部３９の間に形成された間隙にレーザ光Ｌが照射されるように設定されており、レーザ光Ｌの照射状態をモニタ１２９で確認しながらレーザ光Ｌが照射されることになる。
【００５７】
ここで、切断対象材料に照射されるレーザ光Ｌは、集光用レンズ１０５により、図２２に示されるように、圧電素子ウェハ３１の表面（レーザ光Ｌが入射する面）に形成された回路部３９にレーザ光Ｌが照射されない角度で集光される。このように、回路部３９にレーザ光Ｌが照射されない角度でレーザ光Ｌを集光することにより、レーザ光Ｌが回路部３９に入射するのを防ぐことができ、回路部３９をレーザ光Ｌから保護することができる。
【００５８】
レーザ光源１０１から出射されたレーザ光Ｌを、圧電素子ウェハ３１の内部に集光点Ｐが位置するように集光させ、この集光点Ｐにおけるレーザ光Ｌのエネルギー密度が切断対象材料の光学的損傷若しくは光学的絶縁破壊のしきい値を越えると、切断対象材料としての圧電素子ウェハ３１の内部における集光点Ｐ及びその近傍のみに微小なクラック領域９が形成される。このとき、切断対象材料（圧電素子ウェハ３１）の表面及び裏面に損傷を及ぼすことはない。
【００５９】
次に、図２３〜図２７に基づいて、レーザ光Ｌの集光点を移動させてクラックを形成する点について説明する。図２３に示される略直方体形状の切断対象材料３２（光透過性材料）に対して、切断対象材料３２の内部にレーザ光Ｌの集光点が位置するようにレーザ光Ｌを照射することにより、図２４及び図２５に示されるように、切断対象材料３２の内部における集光点及びその近傍のみに微小なクラック領域９が形成される。また、レーザ光Ｌの集光点がレーザ光Ｌの光軸に交差する切断対象材料３２の長手方向Ｄに移動するように、レーザ光Ｌの走査あるいは切断対象材料３２の移動が制御されている。
【００６０】
レーザ光源１０１からはレーザ光Ｌがパルス状に出射されることから、レーザ光Ｌの走査あるいは切断対象材料３２の移動を行った場合、クラック領域９は、図２５に示されるように、切断対象材料３２の長手方向Ｄに沿ってレーザ光Ｌの走査速度あるいは切断対象材料３２の移動速度に対応した間隔を有して複数のクラック領域９が形成されていくことになる。レーザ光Ｌの走査速度あるいは切断対象材料３２の移動速度を遅くすることにより、図２６に示されるように、クラック領域９間の間隔を短くして、形成されるクラック領域９の数を増やすことも可能である。また、レーザ光Ｌの走査速度あるいは切断対象材料の移動速度を更に遅くすることにより、図２７に示されるように、クラック領域９が、レーザ光Ｌの走査方向あるいは切断対象材料３２の移動方向、すなわちレーザ光Ｌの集光点の移動方向に沿って連続的に形成されることになる。クラック領域９間の間隔（形成されるクラック領域９の数）の調整は、レーザ光Ｌの繰り返し周波数及び切断対象材料３２（Ｘ軸ステージあるいはＹ軸ステージ）の移動速度の関係を変化させることでも実現可能である。また、レーザ光Ｌの繰り返し周波数及び切断対象材料３２の移動速度を高くすることでスループットの向上も可能である。
【００６１】
上述した所望の切断パターンに沿ってクラック領域９が形成されると（Ｓ２１９）、物理的外力印加又は環境変化等により切断対象材料内、特にクラック領域９が形成された部分に応力を生じさせて、切断対象材料の内部（集光点及びその近傍）のみに形成されたクラック領域９を成長させて、切断対象材料をクラック領域９が形成された位置で切断する（Ｓ２２１）。
【００６２】
次に、図２８〜図３２を参照して、物理的外力印加による切断対象材料の切断について説明する。まず、所望の切断パターンに沿ってクラック領域９が形成された切断対象材料（圧電素子ウェハ３１）は、サンプルホルダ３５に挟持されたウェハシート３３に保持された状態で切断装置に配置される。切断装置は、後述するような吸引チャック３４、この吸引チャック３４が接続される吸引ポンプ（図示せず）、加圧ニードル３６（押圧部材）、加圧ニードル３６を移動させるための加圧ニードル駆動手段（図示せず）等を有している。加圧ニードル駆動手段としては、電動又は油圧等のアクチュエータを用いることができる。なお、図２８〜図３２においては、回路部３９の図示を省略している。
【００６３】
圧電素子ウェハ３１が切断装置に配置されると、図２８に示されるように、分離する圧電デバイスチップ３７に対応する位置に吸引チャック３４を近づけていく。吸引チャック３４を分離する圧電デバイスチップ３７に近接もしくは当接させた状態で吸引ポンプ装置を作動させることにより、図２９に示されるように、吸引チャック３４に分離する圧電デバイスチップ３７（圧電素子ウェハ３１）を吸着させる。吸引チャック３４に分離する圧電デバイスチップ３７（圧電素子ウェハ３１）を吸着させると、図３０に示されるように、ウェハシート３３の裏面（圧電素子ウェハ３１が保持された面の裏面）側から分離する圧電デバイスチップ３７に対応する位置に加圧ニードル３６を移動させる。
【００６４】
加圧ニードル３６がウェハシート３３の裏面に当接してから更に加圧ニードル３６を移動させると、ウェハシート３３が変形すると共に加圧ニードル３６により圧電素子ウェハ３１に外部から応力を印加されて、クラック領域９が形成されているウェハ部分に応力が生じてクラック領域９が成長する。クラック領域９が圧電素子ウェハ３１の表面及び裏面まで成長することにより、圧電素子ウェハ３１は、図３１に示されるように、分離する圧電デバイスチップ３７の端部において切断されて、圧電デバイスチップ３７が圧電素子ウェハ３１から分離されることになる。なお、ウェハシート３３は、上述したように粘着性を有しているので、切断分離された圧電デバイスチップ３７が飛散するのを防ぐことができる。
【００６５】
圧電デバイスチップ３７が圧電素子ウェハ３１から分離されると吸引チャック３４及び加圧ニードル３６をウェハシート３３から離れる方向に移動させる。吸引チャック３４及び加圧ニードル３６が移動すると、分離された圧電デバイスチップ３７は吸引チャック３４に吸着しているので、図３２に示されるように、ウェハシート３３から離されることになる。このとき、図示しないイオンエアーブロー装置を用いて、イオンエアーを図３２中矢印Ｂ方向に送り、分離されて吸引チャック３４に吸着している圧電デバイスチップ３７と、ウェハシート３３に保持されている圧電素子ウェハ３１（表面）とをイオンエアー洗浄している。なお、イオンエアー洗浄の代わりに、吸引装置を設けて、塵等を吸引することで切断分離された圧電デバイスチップ３７及び圧電素子ウェハ３１の洗浄を行うようにしてもよい。環境変化により切断対象材料を切断する方法としては、内部のみにクラック領域９が形成された切断対象材料に対して温度変化を与える方法が存在する。このように、切断対象材料に対して温度変化を与えることにより、クラック領域９が形成されている材料部分に熱応力を生じさせて、クラック領域９を成長させて切断対象材料を切断することができる。
【００６６】
このように、第２例においては、集光用レンズ１０５により、レーザ光源１０１から出射されたレーザ光Ｌを、その集光点が光透過性材料（圧電素子ウェハ３１）の内部に位置するように集光することで、集光点におけるレーザ光Ｌのエネルギー密度が光透過性材料の光学的損傷若しくは光学的絶縁破壊のしきい値を越え、光透過性材料の内部における集光点及びその近傍のみに微小なクラック領域９が形成される。そして、形成されたクラック領域９の位置にて光透過性材料が切断されるので、発塵量が極めて低く、ダイシング傷、チッピングあるいは材料表面でのクラック等が発生する可能性も極めて低くなる。また、光透過性材料は、光透過性材料の光学的損傷若しくは光学的絶縁破壊により形成されたクラック領域９に沿って切断されるので、切断の方向安定性が向上し、切断方向の制御を容易に行うことができる。また、ダイヤモンドカッタによるダイシングに比して、ダイシング幅を小さくすることができ、１つの光透過性材料から切断された光透過性材料の数を増やすことが可能となる。これらの結果、第２例によれば、極めて容易且つ適切に光透過性材料を切断することができる。
【００６７】
また、物理的外力印加又は環境変化等により切断対象材料内に応力を生じさせることにより、形成されたクラック領域９を成長させて光透過性材料（圧電素子ウェハ３１）を切断するので、形成されたクラック領域９の位置にて光透過性材料を確実に切断することができる。
【００６８】
また、加圧ニードル３６を用いて光透過性材料（圧電素子ウェハ３１）に応力を加えることにより、クラック領域９を成長させて光透過性材料を切断しているので、形成されたクラック領域９の位置にて光透過性材料をより一層確実に切断することができる。
【００６９】
また、複数の回路部３９が形成された圧電素子ウェハ３１（光透過性材料）を各圧電デバイスチップ３７毎に切断分離する場合、集光用レンズ１０５により、隣接する回路部３９の間に形成された間隙に臨むウェハ部分の内部に集光点が位置するようにレーザ光Ｌを集光し、クラック領域９を形成させるので、隣接する回路部３９の間に形成された間隙の位置において、圧電素子ウェハ３１を確実に切断することができる。
【００７０】
また、光透過性材料（圧電素子ウェハ３１）の移動あるいはレーザ光Ｌを走査して集光点をレーザ光Ｌの光軸に交差する方向、たとえば直交する方向に移動させることにより、クラック領域９が集光点の移動方向に沿って連続的に形成されることになり、切断の方向安定性がより一層向上して、切断の方向制御をより一層容易に行うことができる。
【００７１】
また、第２例においては、発塵粉体がほとんどないため発塵粉体の飛散防止のための潤滑洗浄水が不要となり、切断工程でのドライプロセス化を実現することができる。
【００７２】
また、第２例においては、改質部（クラック領域９）の形成がレーザ光Ｌによる非接触加工にて実現されるため、ダイヤモンドカッタによるダイシングにおけるブレードの耐久性、交換頻度等の問題が生じることはない。また、第２例においては、上述したように、改質部（クラック領域９）の形成がレーザ光Ｌによる非接触加工にて実現されるため、光透過性材料を完全に切断しない、光透過性材料を切り抜くような切断パターンに沿って、光透過性材料を切断することが可能である。本発明は、前述した第２例に限定されるものではなく、たとえば、光透過性材料は圧電素子ウェハ３１に限られることなく、半導体ウェハ、ガラス基板等であってもよい。レーザ光源１０１も、切断する光透過性材料の光吸収特性に対応して適宜選択可能である。また、第２例においては、改質部として、レーザ光Ｌを照射することにより微小なクラック領域９を形成するようにしているが、これに限られるものではない。たとえば、レーザ光源１０１として超短パルスレーザ光源（たとえば、フェムト秒（ｆｓ）レーザ）を用いることで、屈折率変化（高屈折率）による改質部を形成することができ、このような機械的特性の変化を利用してクラック領域９を発生させることなく光透過性材料を切断することができる。
【００７３】
また、レーザ加工装置１００において、Ｚ軸ステージ１１３を移動させることによりレーザ光Ｌのフォーカス調整を行うようにしているが、これに限られることなく、集光用レンズ１０５をレーザ光Ｌの光軸方向に移動させることによりフォーカス調整を行うようにしてもよい。
【００７４】
また、レーザ加工装置１００において、所望の切断パターンにしたがってＸ軸ステージ１０９及びＹ軸ステージ１１１を移動するようにしているが、これに限られることなく、レーザ光Ｌを所望の切断パターンにしたがって走査するようにしてもよい。
【００７５】
また、吸引チャック３４に圧電素子ウェハ３１を吸着させた後に、加圧ニードル３６により圧電素子ウェハ３１を切断するようにしているが、これに限られることなく、加圧ニードル３６により圧電素子ウェハ３１を切断した後に、切断分離された圧電デバイスチップ３７を吸引チャック３４に吸着させるようにしてもよい。なお、吸引チャック３４に圧電素子ウェハ３１を吸着させた後に、加圧ニードル３６により圧電素子ウェハ３１を切断することにより、切断分離された圧電デバイスチップ３７の表面が吸引チャック３４にて覆われることになり、圧電デバイスチップ３７の表面に塵等が付着するのを防ぐことができる。
【００７６】
また、撮像素子１２１として赤外線用のものを用いることにより、レーザ光Ｌの反射光を利用してフォーカス調整を行うことができる。この場合には、ダイクロイックミラー１０３を用いる代わりにハーフミラーを用い、このハーフミラーとレーザ光源１０１との間にレーザ光源１０１への戻り光を抑制するような光学素子を配設する必要がある。なお、このとき、フォーカス調整を行うためのレーザ光Ｌにより切断対象材料にダメージが生じないように、フォーカス調整時にレーザ光源１０１から照射されるレーザ光Ｌの出力は、クラック形成のための出力よりも低いエネルギー値に設定ことが好ましい。
【００７７】
第２例の観点から本発明の特徴を以下に説明する。
【００７８】
本発明に係る光透過性材料の切断方法は、レーザ光源から出射したレーザ光を、その集光点が光透過性材料の内部に位置するように集光し、光透過性材料の内部における集光点及びその近傍のみに改質部を形成させる改質部形成工程と、形成された改質部の位置にて光透過性材料を切断する切断工程と、を備えていることを特徴としている。
【００７９】
本発明に係る光透過性材料の切断方法では、改質部形成工程において、レーザ光の集光点が光透過性材料の内部に位置するようにレーザ光を集光することで、光透過性材料の内部における集光点及びその近傍のみに改質部が形成される。切断工程では、形成された改質部の位置にて光透過性材料が切断されることになり、発塵量が極めて低く、ダイシング傷、チッピングあるいは材料表面でのクラック等が発生する可能性も極めて低くなる。また、光透過性材料は、形成された改質部の位置で切断されるので、切断の方向安定性が向上し、切断方向の制御を容易に行うことができる。また、ダイヤモンドカッタによるダイシングに比して、ダイシング幅を小さくすることができ、１つの光透過性材料から切断された光透過性材料の数を増やすことが可能となる。これらの結果、本発明によれば、極めて容易且つ適切に光透過性材料を切断することができる。
【００８０】
また、本発明に係る光透過性材料の切断方法においては、発塵粉体がほとんどないため、発塵粉体の飛散防止のための潤滑洗浄水が不要となり、切断工程でのドライプロセス化を実現することができる。
【００８１】
また、本発明に係る光透過性材料の切断方法においては、改質部の形成がレーザ光による非接触加工にて実現されるため、従来の技術のようにダイヤモンドカッタによるダイシングにおけるブレードの耐久性、交換頻度等の問題が生じることはない。また、本発明に係る光透過性材料の切断方法においては、上述したように改質部の形成がレーザ光による非接触加工にて実現されるため、光透過性材料を完全に切断しない、光透過性材料を切り抜くような切断パターンに沿って、光透過性材料を切断することが可能である。
【００８２】
また、光透過性材料には、複数の回路部が形成されており、改質部形成工程において、隣接する回路部の間に形成された間隙に臨む光透過性材料部分の内部に集光点が位置するようにレーザ光を集光し、改質部を形成させることが好ましい。このように構成した場合には、隣接する回路部の間に形成された間隙の位置において、光透過性材料を確実に切断することができる。
【００８３】
また、改質部形成工程において、光透過性材料にレーザ光を照射する場合に、回路部にレーザ光が照射されない角度でレーザ光を集光することが好ましい。このように、改質部形成工程において、光透過性材料にレーザ光を照射する場合に、回路部にレーザ光が照射されない角度でレーザ光を集光することにより、レーザ光が回路部に入射するのを防ぐことができ、回路部をレーザ光から保護することができる。
【００８４】
また、改質部形成工程において、集光点をレーザ光の光軸と交差する方向に移動させることにより、改質部を集光点の移動方向に沿って連続的に形成することが好ましい。このように、改質部形成工程において、集光点をレーザ光の光軸と交差する方向に移動させることにより、改質部を集光点の移動方向に沿って連続的に形成することで、切断の方向安定性がより一層向上して、切断の方向制御をより一層容易に行うことができる。
【００８５】
本発明に係る光透過性材料の切断方法は、レーザ光源から出射したレーザ光を、その集光点が光透過性材料の内部に位置するように集光し、光透過性材料の内部における集光点及びその近傍のみにクラックを形成させるクラック形成工程と、形成されたクラックの位置にて光透過性材料を切断する切断工程と、を備えていることを特徴としている。
【００８６】
本発明に係る光透過性材料の切断方法では、クラック形成工程において、レーザ光の集光点が光透過性材料の内部に位置するようにレーザ光を集光することで、集光点におけるレーザ光のエネルギー密度が光透過性材料の光学的損傷若しくは光学的絶縁破壊のしきい値を越え、光透過性材料の内部における集光点及びその近傍のみにクラックが形成される。切断工程では、形成されたクラックの位置にて光透過性材料が切断されることになり、発塵量が極めて低く、ダイシング傷、チッピングあるいは材料表面でのクラック等が発生する可能性も極めて低くなる。また、光透過性材料は、光透過性材料の光学的損傷若しくは光学的絶縁破壊により形成されたクラックに沿って切断されるので、切断の方向安定性が向上し、切断方向の制御を容易に行うことができる。また、ダイヤモンドカッタによるダイシングに比して、ダイシング幅を小さくすることができ、１つの光透過性材料から切断された光透過性材料の数を増やすことが可能となる。これらの結果、本発明によれば、極めて容易且つ適切に光透過性材料を切断することができる。
【００８７】
また、本発明に係る光透過性材料の切断方法においては、発塵粉体がほとんどないため、発塵粉体の飛散防止のための潤滑洗浄水が不要となり、切断工程でのドライプロセス化を実現することができる。
【００８８】
また、本発明に係る光透過性材料の切断方法においては、クラックの形成がレーザ光による非接触加工にて実現されるため、従来の技術のようにダイヤモンドカッタによるダイシングにおけるブレードの耐久性、交換頻度等の問題が生じることはない。また、本発明に係る光透過性材料の切断方法においては、上述したようにクラックの形成がレーザ光による非接触加工にて実現されるため、光透過性材料を完全に切断しない、光透過性材料を切り抜くような切断パターンに沿って、光透過性材料を切断することが可能である。
【００８９】
また、切断工程において、形成されたクラックを成長させることにより光透過性材料を切断することが好ましい。このように、切断工程において、形成されたクラックを成長させることにより光透過性材料を切断することにより、形成されたクラックの位置にて光透過性材料を確実に切断することができる。
【００９０】
また、切断工程において、押圧部材を用い、光透過性材料に応力を加えることにより、クラックを成長させて光透過性材料を切断することが好ましい。このように、切断工程において、押圧部材を用い、光透過性材料に応力を加えることにより、クラックを成長させて光透過性材料を切断することにより、クラックの位置にて光透過性材料をより一層確実に切断することができる。
【００９１】
本発明に係る光透過性材料の切断装置は、レーザ光源と、光透過性材料を保持する保持手段と、レーザ光源から出射されたレーザ光を、その集光点が光透過性材料の内部に位置するように集光させる光学素子と、光透過性材料の内部におけるレーザ光の集光点及びその近傍のみに形成された改質部の位置にて光透過性材料を切断する切断手段と、を備えたことを特徴としている。
【００９２】
本発明に係る光透過性材料の切断装置では、光学素子により、レーザ光の集光点が光透過性材料の内部に位置するようにレーザ光が集光されることで、光透過性材料の内部における集光点及びその近傍のみに改質部が形成される。そして、切断手段が、光透過性材料の内部におけるレーザ光の集光点及びその近傍のみに形成される改質部の位置で光透過性材料を切断するので、光透過性材料は、形成された改質部に沿って確実に切断されることになり、発塵量が極めて低く、ダイシング傷、チッピングあるいは材料表面でのクラック等が発生する可能性も極めて低くなる。また、光透過性材料は、改質部に沿って切断されるので、切断の方向安定性が向上し、切断方向の制御を容易に行うことができる。また、ダイヤモンドカッタによるダイシングに比して、ダイシング幅を小さくすることができ、１つの光透過性材料から切断された光透過性材料の数を増やすことが可能となる。これらの結果、本発明によれば、極めて容易且つ適切に光透過性材料を切断することができる。
【００９３】
また、本発明に係る光透過性材料の切断装置においては、発塵粉体がほとんどないため、発塵粉体の飛散防止のための潤滑洗浄水が不要となり、切断工程でのドライプロセス化を実現することができる。
【００９４】
また、本発明に係る光透過性材料の切断装置においては、改質部がレーザ光による非接触加工にて形成されるため、従来の技術のようにダイヤモンドカッタによるダイシングにおけるブレードの耐久性、交換頻度等の問題が生じることはない。また、本発明に係る光透過性材料の切断装置においては、上述したように改質部がレーザ光による非接触加工にて形成されるため、光透過性材料を完全に切断しない、光透過性材料を切り抜くような切断パターンに沿って、光透過性材料を切断することが可能である。
【００９５】
本発明に係る光透過性材料の切断装置は、レーザ光源と、光透過性材料を保持する保持手段と、レーザ光源から出射されたレーザ光を、その集光点が光透過性材料の内部に位置するように集光させる光学素子と、光透過性材料の内部におけるレーザ光の集光点及びその近傍のみに形成されるクラックを成長させて光透過性材料を切断する切断手段と、を備えたことを特徴としている。
【００９６】
本発明に係る光透過性材料の切断装置では、光学素子により、レーザ光の集光点が光透過性材料の内部に位置するようにレーザ光が集光されることで、集光点におけるレーザ光のエネルギー密度が光透過性材料の光学的損傷若しくは光学的絶縁破壊のしきい値を越え、光透過性材料の内部における集光点及びその近傍のみにクラックが形成される。そして、切断手段が、光透過性材料の内部におけるレーザ光の集光点及びその近傍のみに形成されるクラックを成長させて光透過性材料を切断するので、光透過性材料は、光透過性材料の光学的損傷若しくは光学的絶縁破壊により形成されたクラックに沿って確実に切断されることになり、発塵量が極めて低く、ダイシング傷、チッピングあるいは材料表面でのクラック等が発生する可能性も極めて低くなる。また、光透過性材料は、クラックに沿って切断されるので、切断の方向安定性が向上し、切断方向の制御を容易に行うことができる。また、ダイヤモンドカッタによるダイシングに比して、ダイシング幅を小さくすることができ、１つの光透過性材料から切断された光透過性材料の数を増やすことが可能となる。これらの結果、本発明によれば、極めて容易且つ適切に光透過性材料を切断することができる。
【００９７】
また、本発明に係る光透過性材料の切断装置においては、発塵粉体がほとんどないため、発塵粉体の飛散防止のための潤滑洗浄水が不要となり、切断工程でのドライプロセス化を実現することができる。
【００９８】
また、本発明に係る光透過性材料の切断装置においては、クラックがレーザ光による非接触加工にて形成されるため、従来の技術のようにダイヤモンドカッタによるダイシングにおけるブレードの耐久性、交換頻度等の問題が生じることはない。また、本発明に係る光透過性材料の切断装置においては、上述したようにクラックがレーザ光による非接触加工にて形成されるため、光透過性材料を完全に切断しない、光透過性材料を切り抜くような切断パターンに沿って、光透過性材料を切断することが可能である。
【００９９】
また、切断手段は、光透過性材料に応力を印加するための押圧部材を有していることが好ましい。このように、切断手段が光透過性材料に応力を印加するための押圧部材を有することにより、この押圧部材により光透過性材料に応力を印加してクラックを成長させることが可能となり、形成されたクラックの位置において光透過性材料をより一層確実に切断することができる。
【０１００】
また、光透過性材料は、その表面に複数の回路部が形成された光透過性材料であって、光学素子は、隣接する回路部の間に形成された間隙に臨む光透過性材料部分の内部に集光点が位置するようにレーザ光を集光することが好ましい。このように構成した場合、隣接する回路部の間に形成された間隙の位置において、光透過性材料を確実に切断することができる。
【０１０１】
また、光学素子は、回路部にレーザ光が照射されない角度でレーザ光を集光することが好ましい。このように、光学素子が回路部にレーザ光が照射されない角度でレーザ光を集光することにより、レーザ光が回路部に入射するのを防ぐことができ、回路部をレーザ光から保護することができる。
【０１０２】
また、集光点をレーザ光の光軸と交差する方向に移動させるための集光点移動手段を更に備えていることが好ましい。このように、集光点をレーザ光の光軸と交差する方向に移動させるための集光点移動手段を更に備えることにより、クラックを集光点の移動方向に沿って連続的に形成することが可能となり、切断の方向安定性がより一層向上して、切断の方向制御をより一層容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本実施形態に係るレーザ加工方法によって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方法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方法によって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方法における電界強度とクラック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方法の第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方法の第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方法の第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方法の第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方法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。
【図１３】本実施形態に係るレーザ加工方法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】本実施形態の第１例に係るレーザ加工方法に使用できるレーザ加工装置の概略構成図である。
【図１５】本実施形態の第１例に係るレーザ加工方法を説明するためのフローチャートである。
【図１６】本実施形態の第１例に係るレーザ加工方法により切断可能なパターンを説明するための加工対象物の平面図である。
【図１７】レーザ光源が複数に関する本実施形態の第１例に係るレーザ加工方法を説明する模式図である。
【図１８】レーザ光源が複数に関する本実施形態の第１例に係る他のレーザ加工方法を説明する模式図である。
【図１９】本実施形態の第２例において、ウェハシートに保持された状態の圧電素子ウェハを示す概略平面図である。
【図２０】本実施形態の第２例において、ウェハシートに保持された状態の圧電素子ウェハを示す概略断面図である。
【図２１】本実施形態の第２例に係る切断方法を説明するためのフローチャートである。
【図２２】本実施形態の第２例に係る切断方法によりレーザ光が照射されている光透過性材料の断面図である。
【図２３】本実施形態の第２例に係る切断方法によりレーザ光が照射された光透過性材料の平面図である。
【図２４】図２３に示す光透過性材料のXXIV−XXIV線に沿った断面図である。
【図２５】図２３に示す光透過性材料のXXV−XXV線に沿った断面図である。
【図２６】集光点の移動速度を遅くした場合における図２３に示す光透過性材料のXXV−XXV線に沿った断面図である。
【図２７】集光点の移動速度をさらに遅くした場合における図２３に示す光透過性材料のXXV−XXV線に沿った断面図である。
【図２８】本実施形態の第２例に係る切断方法の第１工程を示す圧電素子ウェハ等の断面図である。
【図２９】本実施形態の第２例に係る切断方法の第２工程を示す圧電素子ウェハ等の断面図である。
【図３０】本実施形態の第２例に係る切断方法の第３工程を示す圧電素子ウェハ等の断面図である。
【図３１】本実施形態の第２例に係る切断方法の第４工程を示す圧電素子ウェハ等の断面図である。
【図３２】本実施形態の第２例に係る切断方法の第５工程を示す圧電素子ウェハ等の断面図である。
【符号の説明】
【０１０４】
１…加工対象物、５…切断予定ライン、７…改質領域、９…クラック領域、３１…圧電素子ウェハ、３７…圧電デバイスチップ、Ｌ…レーザ光、Ｐ…集光点。
【図１】
2005159378.tif 000003
【図２】
2005159378.tif 000004
【図３】
2005159378.tif 000005
【図４】
2005159378.tif 000006
【図５】
2005159378.tif 000007
【図６】
2005159378.tif 000008
【図７】
2005159378.tif 000009
【図８】
2005159378.tif 000010
【図９】
2005159378.tif 000011
【図１０】
2005159378.tif 000012
【図１１】
2005159378.tif 000013
【図１２】
2005159378.tif 000014
【図１３】
2005159378.tif 000015
【図１４】
2005159378.tif 000016
【図１５】
2005159378.tif 000017
【図１６】
2005159378.tif 000018
【図１７】
2005159378.tif 000019
【図１８】
2005159378.tif 000020
【図１９】
2005159378.tif 000021
【図２０】
2005159378.tif 000022
【図２１】
2005159378.tif 000023
【図２２】
2005159378.tif 000024
【図２３】
2005159378.tif 000025
【図２４】
2005159378.tif 000026
【図２５】
2005159378.tif 000027
【図２６】
2005159378.tif 000028
【図２７】
2005159378.tif 000029
【図２８】
2005159378.tif 000030
【図２９】
2005159378.tif 000031
【図３０】
2005159378.tif 000032
【図３１】
2005159378.tif 000033
【図３２】
2005159378.tif 000034