CN102357738B - 激光加工方法 - Google Patents

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Abstract

一种激光加工方法，使聚光用透镜(108)沿着含切割预定线(5)的线(50)相对地移动，透镜(108)位于在加工对象物(1)与外框(22)之间具有外形的加工区域(30)上时，将测定用激光(L2)以透镜(108)聚光，检测加工对象物(1)的表面(3)所反射的激光(L2)的反射光。通过该检测，将表面(3)与透镜(108)的距离一边调整为大致一定的方式，一边以透镜(108)将激光(L1)聚光，以使加工用激光(L1)的聚光点(P)对焦在距表面(3)一定距离的位置，在加工对象物(1)的内部形成熔融处理区域(13)。

Description

激光加工方法
本申请是申请日为2007年9月27日、申请号为200780037204.0、发明名称为激 光加工方法的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及用于沿着切割预定线切割板状加工对象物的激光加工方法。
背景技术
作为沿着切割预定线切割板状加工对象物的技术有称为刀具划片(ブレ一ドダイシング)法的技术(例如，参照专利文献1)。刀具划片法中，在设于环形外框的可扩张薄片上粘贴板状的加工对象物，将其固定在载放台上，通过高速旋转的划片刀具沿着切割预定线切割加工对象物。此时，为了防止对包围加工对象物的外框造成损伤，仅在外框内侧的区域，使划片刀具对于加工对象物进行相对移动。
另一方面，作为用于沿着切割预定线切割板状加工对象物的激光加工方法，存在以下方法，即，在设于环形外框的可扩张薄片上粘贴板状加工对象物，将其固定在载放台上，以聚光用透镜将聚光点对焦在加工对象物的内部而照射加工用激光，从而沿着切割预定线在加工对象物的内部形成构成切割起点的改性区域(例如，参照专利文献2)。
这样的激光加工方法中，与刀具划片法不同，有使聚光用透镜对于加工对象物在包含外框外侧的区域进行相对移动的必要性。其理由如下。即，为了在聚光用透镜对于加工对象物的相对移动速度成为等速的状态下对加工对象物照射加工用激光，需要在聚光用透镜对于加工对象物的相对移动距离中，加上相对移动距离成为等速为止的加速距离。另外，具有例如通过使可扩张薄片向着周围扩张而将改性区域作为切割的起点沿着切割预定线切割加工对象物的情况，为了实现可靠的切割，需要尽可能相对于加工对象物减小外框。
专利文献1：日本特开2006-13312号公报
专利文献2：日本特开2004-273895号公报
发明内容
但是，在上述的激光加工方法中，存在有以下的问题。例如，用聚光用透镜将测定用激光聚光，检测测定用激光的反射光的光量，该光量超过预定临界值时，为了在加工对象物的内部形成改性区域，有时用聚光用透镜将加工用激光聚光。此时，使聚光用透镜对于加工对象物在包含外框外侧的区域相对地移动，因此会将具有与加工对象物相同的高反射率的外框误辨识为加工对象物，而对外框照射加工用激光造成外框的损伤，以至于会有对加工对象物造成损伤的危险。
因此，本发明是有鉴于上述问题而做出的，其目的在于提供在设于环形外框的可扩张薄片上所粘贴的板状加工对象物的内部形成改性区域时，防止对外框照射加工用激光而给外框造成损伤的激光加工方法。
为了达成上述目的，本发明涉及的激光加工方法，在设于环形外框的可扩张薄片上所粘贴的板状加工对象物的内部，将聚光点以聚光用透镜对焦照射加工用激光，由此沿着加工对象物的切割预定线，在加工对象物的内部形成成为切割起点的改性区域的激光加工方法，其特征为，包含：设定在加工对象物与外框之间具有外形的加工区域的工序；及使聚光用透镜及加工对象物的至少一方沿着含切割预定线的线上相对移动，聚光用透镜位于加工区域时，以聚光用透镜将测定用激光朝着加工区域聚光，检测加工对象物的透镜光照射面所反射的测定用激光的反射光，一边调整激光照射面与聚光用透镜的距离，以使加工用激光的聚光点以激光照射面为基准对焦在预定的位置，一边将加工用激光以聚光用透镜朝着加工对象物聚光，在加工对象物的内部形成改性区域的工序。
又，本发明涉及的激光加工方法，在设于环形外框的可扩张薄片上所粘贴的板状加工对象物的内部，将聚光点以聚光用透镜对焦照射加工用激光，由此沿着加工对象物的切割预定线，在加工对象物的内部形成成为切割起点的改性区域的激光加工方法，其特征为，包含：设定在加工对象物与外框之间具有外型的加工区域的工序；使聚光用透镜及加工对象物的至少一方沿着含切割预定线的在线相对移动，聚光用透镜位在加工区域时，以聚光用透镜将测定用激光朝着加工区域聚光，检测加工对象物的激光照射面所反射的测定用激光的反射光，由此将加工用激光的聚光点以激光照射面为基准对焦在预定的位置，调整激光照射面与聚光用透镜的距离，取得相关该调整的调整信息的工序；沿着含切割预定线的在线相对地移动聚光用透镜及加工对象物的至少一方，聚光用透镜位在加工区域上时，根据调整信息，一边调整激光照射面与聚光用透镜的距离，一边将加工用激光以聚光用透镜朝着加工对象物聚光，在加工对象物的内部形成改性区域的工序。
该等激光加工方法中，沿着含加工对象物的切割预定线的线上相对地移动聚光用透镜及加工对象物的至少一方，聚光用透镜位在加工对象物与外框之间具有外形的加工区域上时，以聚光用透镜将测定用激光朝着加工区域聚光，检测加工对象物的激光照射面所反射的测定用激光的反射光。并且，根据，测定用激光的反射光的检测结果，一边调整激光照射面与聚光用透镜的距离，以使加工用激光的聚光点以激光照射面为基准对焦在预定的位置，一边将加工用激光以聚光用透镜朝着加工对象物聚光，在加工对象物的内部形成改性区域。如上述，该等激光加工方法中，聚光用透镜位于加工对象物与外框之间具有外型的加工区域上时，以聚光用透镜将加工用激光朝着加工对象物聚光，在加工对象物的内部形成改性区域。因此，聚光用透镜即使在包含外框外侧的区域相对于加工对象物相对地移动，仍可防止将外框误辨识为加工对象物，对于外框照射加工用激光而导致外框的损伤。
再者，改性区域是将聚光点对焦在加工对象物的内部照射激光，由此在加工对象物的内部产生多光子吸收其它的光吸收所形成的。
本发明所涉及的激光加工方法中，在聚光用透镜位于加工区域上时，将测定用激光以聚光用透镜朝着加工区域聚光，检测加工区域所反射测定用激光的反射光的光量，当光量超过预定的临界值时，调整激光照射面与聚光用透镜的距离，使加工用激光的聚光点以激光照射面为基准对焦在预定的位置为佳。由此可以激光照射面为基准在预定的位置精度良好地形成改性区域。
本发明所涉及的激光加工方法中，在聚光用透镜位于加工区域上时，将测定用激光以聚光用透镜朝着加工区域聚光，检测加工区域所反射的测定用激光之反射光的光量，当光量超过预定的临界值时，调整激光照射面与聚光用透镜的距离，以使附加有像散的测定用激光的反射光的聚光像一定地形成为佳。由此，加工对象物的激光照射面即使形成面震颤时，从激光照射面到一定距离的位置上仍可精度良好地形成改性区域。
本发明所涉及的激光加工方法中，优选以改性区域作为切割的起点，沿着切割预定线切割加工对象物。由此可沿着切割预定线精度良好地切割加工对象物。
本发明所涉及的激光加工方法中，加工对象物具备半导体基板，改性区域包含熔融处理区域。
根据本发明，在设于环形外框的可扩张薄片上所粘贴的板状加工对象物的内部形成改性区域时，能够防止对外框照射加工用激光而造成损伤。
附图说明
图1为本实施方式所涉及激光加工方法的激光加工中的加工对象物的平面图。
图2为沿着图1表示的加工对象物的Ⅱ-Ⅱ线的剖视图。
图3为本实施方式所涉及激光加工方法的激光加工后的加工对象物的平面图。
图4为沿着图3表示加工对象物的Ⅳ-Ⅳ线的剖视图。
图5为沿着图3表示加工对象物的Ⅴ-Ⅴ线的剖视图。
图6是通过本实施方式所涉及激光加工方法而切割的加工对象物的平面图。
图7为本实施方式所涉及激光加工方法的峰值功率密度与裂斑大小的关系图表。
图8为本实施方式所涉及激光加工方法的第1工序中的加工对象物的剖视图。
图9为本实施方式所涉及激光加工方法的第2工序中的加工对象物的剖视图。
图10为本实施方式所涉及激光加工方法的第3工序中的加工对象物的剖视图。
图11为本实施方式所涉及激光加工方法的第4工序中的加工对象物的剖视图。
图12是表示通过本实施方式所涉及激光加工方法而切割的硅晶片部分剖面的照片的图。
图13是表示本实施方式所涉及激光加工方法的激光的波长与硅基板内部透射率的关系图表。
图14是表示构成本实施方式的激光加工方法的对象的加工对象物的平面图。
图15是沿着图14中ⅩⅤ-ⅩⅤ线的部分剖视图。
图16为实施本实施方式的激光加工方法的激光加工装置的构成图。
图17为本实施方式的激光加工方法的说明图。
图18为接着图17的本实施方式的激光加工方法的说明图。
图19为接着图18的本实施方式的激光加工方法的说明图。
图20为接着图19的本实施方式的激光加工方法的说明图。
符号说明
1：加工对象物
3：表面(激光射入面)
5：切割预定线
11：硅晶片(半导体基板)
13：熔融处理区域(改性区域)
22：外框
23：扩张带(可扩张薄片)
50：线
108：聚光用透镜
L1：加工用激光
L2：测定用激光
L3：测定用激光的反射光
P：聚光点
具体实施方式
以下，对本发明的优选实施方式，参照附图加以详细说明。本实施方式的激光加工方法为了在加工对象物的内部形成改性区域而利用多光子吸收现象。在此，首先对用于通过多光子吸收形成改性区域的激光加工方法加以说明。
光子的能量hν小于材料吸收的带隙EG时成为光学透明。因此，材料上产生吸收的条件是hν＞EG。但是，即使是光学透明，激光的强度非常大时，在nhν＞EG的条件(n＝2，3，4，··)下材料会产生吸收。此现象称为多光子吸收。在脉冲波的情况下，激光的强度以激光聚光点的峰值功率密度(W/cm2)来决定，例如在峰值功率密度为1×108(W/cm2)以上的条件下产生多光子吸收。峰值功率密度是以(聚光点的激光的每1脉冲的能量)÷(激光的束斑截面积×脉冲宽度)所求得的。在连续波的情况下，激光的强度是以激光聚光点的电场强度(W/cm2)来决定的。
对利用这样的多光子吸收的本实施方式所涉及激光加工方法的原理，参照图1～图6说明如下。如图1表示，晶片状(板状)的加工对象物1的表面3具有切割加工对象物1用的切割预定线5。切割预定线5为呈直线形延伸的假想线。本实施方式所涉及激光加工方法中，如图2表示，在产生多光子吸收的条件下将聚光点P对焦在加工对象物1的内部，照射激光L形成改性区域7。聚光点P是指激光L聚光的位置。另外，切割预定线5不限于直线形也可以是曲线形，不限于假想线也可以在加工对象物1上绘出实际的线。
激光L沿着切割预定线5(即，图1的箭头A方向)相对地移动，由此使聚光点P沿着切割预定线5移动。由此，如第3图～第5图表示，改性区域7沿着切割预定线5被形成在加工对象物1的内部，该改性区域7成为切割起点区域8。在此，切割起点区域8是指切割加工对象物1时成为切割切断(裂缝破裂)起点的区域。该切割起点区域8有通过连续地形成改性区域7而形成的情况，也有通过断续地形成改性区域7而形成的情况。
本实施方式所涉及激光加工方法中，由于加工对象物1的表面3几乎不吸收激光L，因此加工对象物1的表面3不会熔融。
在加工对象物1的内部形成切割起点区域8时，由于以该切割起点区域8为起点容易产生破裂，因此如图6表示，能够用比较小的力切断加工对象物1。因此，在加工对象物1的表面3不致产生不必要的破裂，可以高精度切割加工对象物1。
进行以该切割起点区域8为起点的加工对象物1的切割，可考虑以下的2方式。其中之一是在切割起点区域8形成后，对于加工对象物1施加人为的力，由此以切割起点区域8为起点使加工对象物1破裂，切割加工对象物1。这是例如加工对象物1的厚度大的情况进行的切割。施加人为的力是例如沿着加工对象物1的切割起点区域8对加工对象物1施以弯曲应力或剪切应力，或赋予加工对象物1温差使得产生热应力。另一个是通过形成切割起点区域8，以切割起点区域8为起点在加工对象物1的截面方向(厚度方向)形成自然破裂，其结果加工对象物1被切断。这在例如加工对象物1的厚度小的情况，通过1列改性区域7形成切割起点区域8可以做到，在加工对象物1的厚度大的情况，通过在厚度方向形成多列的改性区域7形成切割起点区域8可以做到。此外，该自然破裂的情况也是，在切割处，破裂不会进展到对应于未形成切割起点区域8位置的部分的表面3上，能够仅切断对应于形成了切割起点区域8位置的部分，因此能良好地控制切割。近年来，由于硅晶片等的加工对象物1的厚度有逐渐变薄的倾向，因此这样的控制性良好的切割方法极为有效。
本实施方式所涉及激光加工方法中，通过多光子吸收所形成的改性区域有以下的(1)～(3)的情况。
(1)改性区域为包含1个或多个裂缝的裂缝区域的情况
聚光点对焦在加工对象物(例如玻璃或LiTaO3所构成的压电材料)的内部，在聚光点的电场强度为1×108(W/cm2)以上且脉冲宽度为1μs以下的条件下照射激光。该脉冲宽度的大小是持续产生多光子吸收并且对于加工对象物的表面不致造成多余的破坏而仅对于加工对象物的内部形成裂缝区域的条件。由此，在加工对象物的内部发生因多光子吸收造成光学损伤的现象。根据该光学损伤在加工对象物的内部引起热应变，因此在加工对象物的内部形成裂缝区域。电场强度的上限值例如为1×1012(W/cm2)。脉冲宽度例如以1ns～200ns为佳。再者，基于多光子吸收的裂缝区域的形成，记载在例如第45次激光热加工研究会论文集(1998年，12月)的第23页～第28页的「用固体激光高次谐波进行的玻璃基板的内部划线」中。
本发明人通过实验求得电场强度与裂缝的大小的关系。实验条件如下。
(A)加工对象物：pyrex(商标登记)玻璃(厚度700μm)
(B)激光
光源：半导体激光激励Nd:YAG激光
波长：1064nm
激光斑截面积：3.14×10-8cm2
振荡形式：Q开关脉冲
重复频率：100kHz
脉冲宽度：30ns
输出：输出＜1mJ/脉冲
激光品质：TEM00
偏振特性：直线偏振
(C)聚光用透镜
对于激光波长的透射率：60％
(D)载放加工对象物的载放台的移动速度：100mm/秒
再者，激光品质为TEM00是指聚光性高可聚光至激光的波长程度。
图7是表示上述实验结果的图表。横轴为峰值功率密度，由于激光为脉冲激光，电场强度是以峰值功率密度表示的。纵轴表示通过1脉冲的激光形成在加工对象物内部的裂缝部分(裂斑)的大小。裂斑聚集则形成裂缝区域。裂斑的大小是裂斑形状中最大长度的部分的大小。图表中的黑点表示的数据是聚光用透镜(C)的倍率为100倍，开口数(NA)为0.80的情况。另一方面，图表中的白点表示的数据是聚光用透镜(C)的倍率为50倍、开口数(NA)为0.55的情况。可知从峰值功率密度1011(W/cm2)程度起在加工对象物的内部产生裂斑，随着峰值功率密度的增大裂斑也随之增大。
接着，对基于加工区域形成的加工对象物切割的机制，参照第8～第11图说明如下。如图8表示，在发生多光子吸收的条件下将聚光点P对焦在加工对象物1的内部，沿着切割预定线照射激光L在内部形成裂缝区域9。裂缝区域9为包含1个或多个裂缝的区域。以上所形成的裂缝区域9成为切割起点区域。如图9表示，以裂缝区域9为起点(亦即，以切割起点区域为起点)裂缝进一步成长，如图10表示，裂缝到达加工对象物1的表面3与背面21，如图11表示，通过加工对象物1的破裂加工对象物1被切断。到达加工对象物1的表面3与背面21的裂缝有自然成长的情况，也有因力被施加在加工对象物1而成长的情况。
(2)改性区域为熔融处理区域的情况
聚光点对焦在加工对象物(例如硅晶片的半导体材料)的内部，在聚光点的电场强度1×108(W/cm2)以上且脉冲宽度为1μs以下的条件照射激光。由此，加工对象物的内部因多光子吸收而被局部加热。由该加热在加工对象物的内部形成熔融处理区域。熔融处理区域为暂时熔融后再固化的区域，或将要熔融状态的区域，或从熔融状态再固化的状态的区域，也可以是相变化的区域或结晶构造变化的区域。另外，熔融处理区域是在单晶构造、非晶构造、多晶构造中，某构造变化为其它构造的区域。即，意味着例如从单晶构造变化为非晶构造的区域，从单晶构造变化为多晶构造的区域，从单晶构造变化为含非晶构造和多晶构造的构造的区域。加工对象物为硅单晶构造的情况，熔融处理区域为例如非晶硅构造。电场强度的上限值为例如1×1012(W/cm2)。脉冲宽度例如优选1ns～200ns。
本发明人以实验确认了在硅晶片的内部形成有熔融处理区域。实验条件如下述。
(A)加工对象物：硅晶片(厚度350μm、外径4英吋)
(B)激光
光源：半导体激光激励Nd:YAG激光
波长：1064nm
激光斑截面积：3.14×10-8cm2
振荡形式：Q开关脉冲
重复频率：100kHz
脉冲宽度：30ns
输出：20μJ/脉冲
激光品质：TEM00
偏振特性：直线偏振
(C)聚光用透镜
倍率：50倍
N.A.：0.55
对于激光波长的透射率：60％
(D)载放加工对象物的载放台的移动速度：100mm/秒
图12是表示通过上述条件的激光加工所切割的硅晶片一部分的剖面的照片的图。在硅晶片11的内部形成有熔融处理区域13。另外，通过上述条件所形成的熔融处理区域13厚度方向的大小为100μm左右。
说明熔融处理区域13是由多光子吸收形成的。第13图是表示激光波长与硅基板内部的透射率的关系图表。这里，除去了硅基板的表面侧与背面侧的各个反射成份，仅显示内部的透射率。针对硅基板的厚度t分别为50μm、100μm、200μm、500μm、1000μm表示上述关系。
例如Nd:YAG激光的波长为1064nm中，硅基板的厚度为500μm以下的情况，可知在硅基板的内部激光80％以上透射。图12表示的硅晶片11的厚度为350μm，因此通过多光子吸收的熔融处理区域13形成在硅晶片11的中心附近，即形成在从表面175μm的部分。此时的透射率参考厚度200μm的硅晶片为90％以上，因此激光在硅晶片11的内部仅稍微被吸收，几乎全部透射。这意味着，并非硅晶片11的内部吸收激光而在硅晶片11的内部形成了熔融处理区域13(即以激光的通常加热形成熔融处理区域)，而是通过多光子吸收形成了熔融处理区域13。利用多光子吸收的熔融处理区域的形成记载在例如焊接学会全国大会演讲概要第66集(2000年4月)的第72页～第73页的「基于皮秒(picosecond)脉冲激光的硅的加工特性评估」中。
再者，硅晶片是以熔融处理区域所形成的切割起点区域为起点产生朝着截面方向的裂缝，该裂缝到达硅晶片的表面和背面，其结果是被切断。到达硅晶片的表面和背面的该裂缝有自然成长的情况，也有因力被施加在硅晶片而成长的情况。并且，从切割起点区域裂缝自然成长到硅晶片的表面和背面的情况，有形成切割起点区域的熔融处理区域从熔融的状态起裂缝成长的情况，和形成切割起点区域的熔融处理区域在从熔融的状态再固化时裂缝成长情况。但是，任意的情况下都是，熔融处理区域仅形成在硅晶片的内部，在切割后的切割面上如图12所示仅在内部形成有熔融处理区域。这样，当加工对象物的内部通过熔融处理区域形成切割起点区域时，切割时由于不容易产生从切割起点区域线偏离的不必要的破裂，因此切割控制容易。附带说一下，熔融处理区域的形成不仅是多光子吸收为原因的情况，也有其它吸收为原因的情况。
(3)改性区域为折射率变化区域的情况
聚光点对焦在加工对象物(例如玻璃)的内部，在聚光点的电场强度1×108(W/cm2)以上且脉冲宽度为1ns以下的条件照射激光。使脉冲宽度缩得极短，在加工对象物的内部引起多光子吸收时，多光子吸收所产生的能量不能转换成热能，在加工对象物的内部感应出离子价数变化、结晶化或分极配向等的持久构造变化而形成折射率变化区域。电场强度的上限值例如为1×1012(W/cm2)。脉冲宽度例如以1ns以下为佳，尤以1ps以下更佳。基于多光子吸收的折射率变化区域的形成，记载在例如第42次激光热加工研究会论文集(1997年，11月)的第105页～第111页的「基于飞秒(femtosecond)激光照射的玻璃内部的光感应构造形成」中。
以上，作为通过多光子吸收所形成的改性区域虽已说明(1)～(3)的情况，但是考虑晶片状加工对象物的结晶构造和其劈开性等如下地形成切割起点区域时，以该切割起点区域作为起点，可用更小的力并更为高精度切割加工对象物。
即，在硅等金刚石结构的单晶半导体所构成的基板的情况下，优选在沿着(111)面(第1劈开面)或(110)面(第2劈开面)的方向形成切割起点区域。另外，GaAs等的闪锌矿结构的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体所构成基板的情况下，优选以沿着(110)面的方向形成切割起点区域。并且，蓝宝石(Al2O3)等具有六角晶系结晶构造的基板的情况下，优选以(0001)面(C面)为主面沿着(1120)面(A面)或(1100)面(M面)的方向形成切割起点区域。
再者，沿着要形成上述切割起点区域的方向(例如，沿着单晶硅基板的(111)面的方向)，或正交于要形成切割起点区域的方向，在基板上形成定向边时，以该定向边为基准，可容易且正确地将沿着要形成切割起点区域方向的切割起点区域形成在基板上。
接着，对本发明的优选实施方式说明如下。
如图14和图15所示，加工对象物1具备：厚度100μm的硅晶片(半导体基板)11，和包含多个功能元件15而形成在硅晶片11的表面11a的功能元件层16。功能元件15是例如通过结晶成长所形成的半导体工作层、光电二极管等的感光元件、激光二极管等的发光元件或者作为电路所形成的电路元件等，在硅晶片11的定向边6的平行方向和垂直方向上矩阵状地形成多个。
将以上那样构成的加工对象物1按各个功能元件15如下那样地进行切割。首先，如图16所示，将加工对象物1的背面21粘贴在设于圆环型外框22的扩张带(可扩张薄片)23上。并且，将加工对象物1的表面3朝着上侧，将保持加工对象物1的外框22和扩张带23固定在激光加工装置100的载放台101上。接着通过相邻的功能元件15、15间地将切割预定线5设定成格子状(参照图14)。并且，以加工对象物1的表面3作为激光入射面，将聚光点P对焦在硅晶片11的内部照射加工用激光L1，由此沿着各切割预定线5在硅晶片11的内部形成熔融处理区域13。接着，将保持加工对象物1的外框22和扩张带23安装在扩张带扩张装置(未图示)上，使扩张带23朝着周围扩张，由此以熔融处理区域13作为切割的起点，沿着切割预定线5切割加工对象物1，并且使切割所获得的多个半导体芯片彼此分开。由此，可以沿着切割预定线5精度良好地切割加工对象物1。再者，熔融处理区域13有混有裂缝的情况。
在此，对激光加工装置100说明如下。如图16表示，激光加工装置100，具备：水平载放加工对象物1的载放台101；激光单元102；及与载放台101和激光单元102分别连接的移动控制部103。移动控制部103使载放台101在水平方向(X轴方向及Y轴方向)移动，并且使激光单元102在铅直方向(Z轴方向)移动。
激光单元102具有脉冲振荡加工用激光L1的加工用激光源104。从该加工用激光源104所射出的加工用激光L1依次通过选择性进行加工用激光L1的通过和遮断的光闸105、扩大光束尺寸的光束扩张器106，透过分色镜107之后，由聚光用透镜108聚光而照射在加工对象物1上。另外，聚光用透镜108安装有微调整其Z轴方向位置用的压电元件109。
另外，激光单元102具有射出向后述的加工区域30照射用的测定用激光L2的测定用激光源111。从测定用激光源111所射出的测定用激光L2依次在反射镜112、半反射镜113、分色镜107被反射，在加工用激光L1的光轴上朝着下方行进之后，由聚光用透镜108聚光而照射在加工区域30上。
照射在加工区域30的测定用激光L2在加工区域30被反射，该测定用激光的反射光L3再射入到聚光用透镜108在加工用激光L1的光轴上朝着上方行进之后，在分色镜107被反射后穿透透过半反射镜113。透过半反射镜113的测定用激光的反射光L3由柱面透镜和平凸透镜所构成的整形光学系114赋予了像散后聚光在将光电二极管四等分所形成的4分割光电二极管115的受光面上。如上述，由于在4分割光电二极管115的受光面上形成赋予了像散的测定用激光的反射光L3的聚光像，因此该聚光像根据对于位于加工区域30内的加工对象物1的表面(激光照射面)3的测定用激光L2的聚光点的位置而变化。
4分割光电二极管115连接有与压电组件109连接的聚光用透镜控制部116。聚光用透镜控制部116检测在加工区域30所反射的测定用激光的反射光L3的光量，其光量超过预定的临界值时，将形成在4分割光电二极管115的受光面的聚光像作为电压值取得，驱动压电元件109使得该电压值成为一定(亦即，使聚光像形成一定)，将加工对象物1的表面3与聚光用透镜108的距离调整到大致一定，并记录此时压电元件109的驱动信号。
对以上那样构成的激光加工装置100的熔融处理区域13的形成更详细说明如下。
首先，如图17所示，在设于圆环形外框22的扩张带23上粘贴加工对象物1的背面21。并且，使加工对象物1的表面3朝着上侧，将保持加工对象物1的外框22和扩张带23固定在激光加工装置100的载放台101上。接着，如第18图表示，通过相邻的功能元件15、15间地将切割预定线5设定成格子状，并且以加工对象物1和外框22的至少一方为基准，设定具有较加工对象物1的外径大且小于外框22内径的外径的加工区域30。亦即，加工对象物30在加工对象物1与外框22之间具有外形。
接着，如第19图表示，取得包含与定向边6平行的切割预定线5的各线50与加工区域30的外形的交点坐标。在沿着垂直于定向边6的切割预定线5形成熔融处理区域13的情况，由于与沿着平行于定向边6的切割预定线5形成熔融处理区域13的情况相同，因此以下省略其说明。
接着，如图20所示，在与定向边6平行的切割预定线5延伸的方向上移动载放台101，由此使聚光用透镜108朝着箭头B方向对于加工对象物1相对地移动。此时，根据以下的理由，使聚光用透镜108在包含外框22外侧的区域，对于加工对象物1相对地移动。亦即，为了在聚光用透镜108对于加工对象物1的相对移动速度成为等速的状态下对加工对象物1照射加工用激光L1，有在聚光用透镜108对加工对象物1的相对移动距离上加上相对的移动速度形成等速为止的加速距离的必要。另外，为了通过使扩张带23朝着周围的扩张而以熔融处理区域13作为切割的起点而沿着切割预定线5可靠地切割加工对象物1，有相对加工对象物1尽可能缩小外框22的必要。
当由于聚光用透镜108对于加工对象物1的相对移动聚光用透镜108到达包含切割预定线5的线50与加工区域30的一方的交点α1上时，如图20(a)表示，测定用激光源111的控制信号从「OFF」形成为「ON」，从测定用激光源111射出测定用激光L2利用聚光用透镜108加以聚光。此时，测定用激光L2虽然由扩张带23所反射，但是扩张带23与加工对象物1的表面3相比为低反射率，因此如图20(b)所示，测定用激光的反射光L3的光量不会达到临界值T。再者，此时如图20(c)所示，压电元件109的驱动信号为「OFF」，聚光用透镜108被保持在预定的位置上。
接着，当聚光用透镜108到达包含切割预定线5的线50与加工对象物1外缘的一方的交点β1上时，测定用激光L2被加工对象物1的表面3反射，因此如图20(b)表示，测定用激光的反射光L3的光量超过临界值T。由此，如图20(c)表示，压电元件109的驱动信号从「OFF」成为「ON」，驱动压电组件109，使得基于测定用激光的反射光L3形成在4分割光电二极管115的受光面的聚光像的电压值为一定，加工对象物1的表面3与聚光用透镜108的距离被调整为大致一定。
同时，如图20(d)所示，光闸105的控制信号从「OFF」成为「ON」，从加工用激光源104所射出的加工用激光L1通过光闸105利用聚光用透镜108聚光。由此，即使加工对象物1的表面3具有面震颤，仍能够沿着切割预定线5，在自加工对象物1的表面3一定距离的位置(硅晶片11的内部)精度良好地形成熔融处理区域13。再者，光闸105的控制信号从「OFF」成为「ON」将加工用激光L1照射在加工对象物1的时刻，可以是与压电组件109的驱动信号从「OFF」成为「ON」的时刻大致同时，也可以是稍微延迟。
接着，当聚光用透镜108到达含切割预定线5的线50与加工对象物1外缘的另一交点β2上时，测定用激光L2被扩张带23所反射，因此如图20(b)表示，测定用激光的反射光L3的光量低于临界值T。由此，如图20(c)表示，压电组件109的驱动信号从「ON」成为「OFF」，将聚光用透镜108保持在预定的位置。同时，如图20(d)所示，光闸105的控制信号从「ON」成为「OFF」，截断从加工用激光104所射出的加工用激光L1的通过。
接着，当聚光用透镜108到达含切割预定线5的线50与加工区域30的外形的另一方交点α2时，如图20(a)所示，测定用激光源111的控制信号从「ON」成为「OFF」，停止来自测定用激光111的测定用光L2的射出。
如以上说明，本实施方式的激光加工方法中，沿着包含加工对象物1的切割预定线5的线50使聚光用透镜108对于加工对象物1相对地移动，聚光用透镜108位于加工对象物1与外框22之间具有外型的加工区域30上时，用聚光用透镜108将测定用激光L2朝着加工区域30聚光，检测加工对象物1的表面3所反射的测定用激光的反射光L3。通过该测定用激光的反射光L3的检测，将加工对象物1的表面3与聚光用透镜108的距离调整为大致一定以使加工用激光L1的聚光点P对焦在自加工对象物1的表面3一定距离的位置上，用聚光用透镜108将加工用激光L1朝着加工对象物1聚光，在加工对象物1的内部形成熔融处理区域13。这样，本实施方式的激光加工方法中，聚光用透镜108位于加工对象物1与外框22之间具有外型的加工区域30上时，用聚光用透镜108将加工用激光L1朝着加工对象物1聚光，在加工对象物1的内部形成熔融处理区域13。因此，即使聚光用透镜108对于加工对象物1在包含外框22外侧的区域相对地移动，也能够防止将外框22误辨识为加工对象物，朝着外框22照射加工用激光L1而造成外框22的损伤。
本发明不仅限于上述实施方式。
例如，也可以是在沿着横穿外框22的线50使聚光用透镜108和加工对象物1的至少一方相对地移动时，实施测定用激光L2的照射状态下，实施如下所述的加工装置100的控制。即，聚光用透镜108从一侧到达线50与加工区域30外形的一方的交点α1上为止，停止用于调整加工对象物1的表面3与聚光用透镜108的距离的基于测定用激光的反射光L3的光量的运算处理(以下，称为「自动对焦运算处理」)，在加工对象物1的厚度方向将聚光用透镜108固定在一定的位置，并且停止加工用激光L1的照射。在聚光用透镜108从一方的交点α1上到达线50与加工对象物1外缘一方的交点β1上为止，实施自动对焦运算处理，在加工对象物1的厚度方向将聚光用透镜108固定在一定的位置，并且停止加工用激光L1的照射。在此，即使实施自动对焦运算处理也将聚光用透镜108在加工对象物1的厚度方向固定在一定的位置，是由于测定用激光的反射光L3的光量不超过预定的临界值。在聚光用透镜108从一方的交点β1上到达线50与加工对象物1外缘的另一方的交点β2上为止，实施自动对焦运算处理，调整加工对象物1的表面3与聚光用透镜108的距离，并且实施加工用激光L1的照射。
另外，也可以是设定在加工对象物1与外框22之间具有外形的加工区域30之后，如下述那样，在加工对象物1的内部形成熔融处理区域13。
亦即，首先，沿着包含切割预定线5的线50上使聚光用透镜108对于加工对象物1相对地移动，在聚光用透镜108位于加工区域30上时，用聚光用透镜108将测定用激光L2朝着加工区域30聚光，检测在加工对象物1的表面3所反射的测定用激光的反射光L3，由此驱动压电组件109，使加工用激光L1的聚光点P对焦在自加工对象物1的表面3一定距离的位置上，将加工对象物1的表面3与聚光用透镜108的距离调整为大致一定，并记录此时的压电组件109的驱动信号(调整信息)。
接着，沿着包含切割预定线5的线50上使聚光用透镜108对于加工对象物1相对地移动，在聚光用透镜108位与加工区域30上时，再现所记录的驱动信号驱动压电元件109，一边将加工对象物1的表面3与聚光用透镜108的距离调整为大致一定，一边用聚光用透镜108使加工用激光L1朝着加工对象物1聚光，在加工对象物1的内部形成熔融处理区域13。再者，光闸105的控制信号从「OFF」成为「ON」加工用激光L1照射在加工对象物1的时刻，可以是与压电组件109的驱动信号从「OFF 」成为「ON」的时刻大致同时，也可以是比其略早。
以上的熔融处理区域13的形成，在加工对象物1比较厚，对于一条切割预定线形成多列的熔融处理区域13使其排列在加工对象物1厚度方向的情况也是有效的。
另外，上述实施方式中，虽是调整加工对象物1的表面3与聚光用透镜108的距离使得加工用激光L1的聚光点P对焦在自加工对象物1的表面3一定距离的位置上，但是也可以是调整加工对象物1的表面3与聚光用透镜108的距离使加工用激光L1的聚光点P以加工对象物1的表面3为基准对焦在预定的位置上。此时，能够以加工对象物1的表面3为基准在预定的位置精度良好地形成熔融处理区域13，可以沿着切割预定线5形成自加工对象物1的表面3的距离在途中变更的熔融处理区域13或波线形的熔融处理区域13等。
另外，上述实施方式中，虽然检测加工对象物1的表面3所反射的测定用激光的反射光L3，但是也可以是检测在加工对象物1的背面21等其它激光照射面所反射的测定用激光的反射光L3。
另外，上述实施方式中，虽然在加工对象物1的硅晶片11的内部形成熔融处理区域13，但是也可以是在玻璃或压电材料等其它材料所构成的晶片内部，形成裂缝区域或折射率变化区域等其它的改性区域。
工业可利用性
根据本发明，能够防止在设于环形外框上的可扩张薄片所粘贴的板状加工对象物的内部形成改性区域时，对外框照射加工用激光而造成外框的损伤。

Claims (12)

1.一种激光加工方法，用聚光用透镜将聚光点对焦在设于环形外框的可扩张薄片所粘贴的板状加工对象物的内部，照射加工用激光，由此沿着上述加工对象物的切割预定线，在上述加工对象物的内部形成成为切割起点的改性区域，其特征为，包含：
设定在上述加工对象物与上述外框之间具有外形，并具有较上述加工对象物的外径大且小于所述外框内径的外径的加工区域的工序；
取得包含上述切割预定线的线与上述加工区域的上述外形的一方的交点和另一方的交点的坐标的工序；
使上述聚光用透镜和上述加工对象物的至少一方沿着上述线上相对地移动，当上述聚光用透镜到达上述一方的交点上时开始测定用激光的射出，当上述聚光用透镜到达上述另一方的交点上时停止上述测定用激光的射出，在上述聚光用透镜从上述一方的交点至位于上述加工对象物的外缘之间的期间，检测在上述可扩张薄片反射的上述测定用激光的反射光并将上述聚光用透镜保持在规定的位置，在上述聚光用透镜从上述加工对象物的外缘至位于上述加工区域上的期间，用上述聚光用透镜将上述测定用激光朝着上述加工区域聚光，检测在上述加工对象物的激光照射面所反射的上述测定用激光的反射光，由此一边调整上述激光照射面与上述聚光用透镜的距离，以使上述加工用激光的聚光点以上述激光照射面为基准对焦在预定的位置，一边用上述聚光用透镜使上述加工用激光朝着上述加工对象物聚光，在上述加工对象物的内部形成上述改性区域的工序，
在上述加工对象物的内部形成上述改性区域的工序中，使上述聚光用透镜在包含上述外框的外侧的区域，对于上述加工对象物相对地移动。
2.如权利要求1记载的激光加工方法，其中，在上述聚光用透镜位于上述加工区域上时，用上述聚光用透镜将上述测定用激光朝着上述加工区域聚光，检测在上述加工区域所反射的上述测定用激光的反射光的光量，当上述光量超过预定的临界值时，调整上述激光照射面与上述聚光用透镜的距离，以使上述加工用激光的聚光点以上述激光照射面为基准对焦在预定的位置。
3.如权利要求1记载的激光加工方法，其中，在上述聚光用透镜位于上述加工区域上时，用上述聚光用透镜将上述测定用激光朝着上述加工区域聚光，检测在上述加工区域所反射的上述测定用激光的反射光的光量，当上述光量超过预定的临界值时，调整上述激光照射面与上述聚光用透镜的距离，以使赋予了像散的上述测定用激光的反射光的聚光像成为一定。
4.一种激光加工方法，用聚光用透镜将聚光点对焦在设于环形外框的可扩张薄片上所粘贴的板状加工对象物的内部，照射加工用激光，由此沿着上述加工对象物的切割预定线，在上述加工对象物的内部形成成为切割起点的改性区域，其特征为，包含：
设定在上述加工对象物与上述外框之间具有外形，并具有较上述加工对象物的外径大且小于所述外框内径的外径的加工区域的工序；
取得包含上述切割预定线的线与上述加工区域的上述外形的一方的交点和另一方的交点的坐标的工序；
使上述聚光用透镜和上述加工对象物的至少一方沿着上述线上相对移动，当上述聚光用透镜到达上述一方的交点上时开始测定用激光的射出，当上述聚光用透镜到达上述另一方的交点上时停止上述测定用激光的射出，在上述聚光用透镜从上述一方的交点至位于上述加工对象物的外缘之间的期间，检测在上述可扩张薄片反射的上述测定用激光的反射光并将上述聚光用透镜保持在规定的位置，在上述聚光用透镜从上述加工对象物的外缘至位于上述加工区域上的期间，用上述聚光用透镜将上述测定用激光朝着上述加工区域聚光，检测在上述加工对象物的激光照射面所反射的上述测定用激光的反射光，调整上述激光照射面与上述聚光用透镜的距离，以使上述加工用激光的聚光点以上述激光照射面为基准对焦在预定的位置，取得关于该调整的调整信息的工序；
使上述聚光用透镜和上述加工对象物的至少一方沿着上述线上相对移动，在上述聚光用透镜位于上述加工区域上时，根据上述调整信息，一边调整上述激光照射面与上述聚光用透镜的距离，一边用上述聚光用透镜将上述加工用激光朝着上述加工对象物聚光，在上述加工对象物的内部形成上述改性区域的工序，
在上述加工对象物的内部形成上述改性区域的工序中，使上述聚光用透镜在包含上述外框的外侧的区域，对于上述加工对象物相对地移动。
5.如权利要求4记载的激光加工方法，其中，在上述聚光用透镜位于上述加工区域上时，用上述聚光用透镜将上述测定用激光朝着上述加工区域聚光，检测在上述加工区域所反射的上述测定用激光的反射光的光量，当上述光量超过预定的临界值时，调整上述激光照射面与上述聚光用透镜的距离，以使上述加工用激光的聚光点以上述激光照射面为基准对焦在预定的位置。
6.如权利要求4记载的激光加工方法，其中，在上述聚光用透镜位于上述加工区域上时，用上述聚光用透镜将上述测定用激光朝着上述加工区域聚光，检测在上述加工区域所反射的上述测定用激光的反射光的光量，当上述光量超过预定的临界值时，调整上述激光照射面与上述聚光用透镜的距离，以使赋予了像散的上述测定用激光的反射光的聚光像成为一定。
7.一种激光加工装置，将聚光点对焦在板状加工对象物的内部，照射加工用激光，由此沿着上述加工对象物的切割预定线，在上述加工对象物的内部形成成为切割起点的改性区域，其特征为，具备：
载放台，载放设于环形外框的可扩张薄片所粘贴的上述加工对象物；
激光单元，具有射出上述加工用激光的加工用激光源以及射出测定用激光的测定用激光源；以及
聚光用透镜，使上述加工用激光和上述测定用激光聚光，
设定在上述加工对象物与上述外框之间具有外形，并具有较上述加工对象物的外径大且小于所述外框内径的外径的加工区域，
取得包含上述切割预定线的线与上述加工区域的上述外形的一方的交点和另一方的交点的坐标，
使上述聚光用透镜和上述加工对象物的至少一方沿着上述线上相对地移动，当上述聚光用透镜到达上述一方的交点上时开始上述测定用激光的出射，当上述聚光用透镜到达上述另一方的交点上时停止上述测定用激光的出射，在上述聚光用透镜从上述一方的交点至位于上述加工对象物的外缘之间的期间，检测在上述可扩张薄片反射的上述测定用激光的反射光并将上述聚光用透镜保持在规定的位置，在上述聚光用透镜从上述加工对象物的外缘至位于上述加工区域上的期间，用上述聚光用透镜将上述测定用激光朝着上述加工区域聚光，检测在上述加工对象物的激光照射面所反射的上述测定用激光的反射光，由此一边调整上述激光照射面与上述聚光用透镜的距离，以使上述加工用激光的聚光点以上述激光照射面为基准对焦在预定的位置，一边用上述聚光用透镜使上述加工用激光朝着上述加工对象物聚光，在上述加工对象物的内部形成上述改性区域，
在上述加工对象物的内部形成上述改性区域时，使上述聚光用透镜在包含上述外框的外侧的区域，对于上述加工对象物相对地移动。
8.如权利要求7记载的激光加工装置，其中，在上述聚光用透镜位于上述加工区域上时，用上述聚光用透镜将上述测定用激光朝着上述加工区域聚光，检测在上述加工区域所反射的上述测定用激光的反射光的光量，当上述光量超过预定的临界值时，调整上述激光照射面与上述聚光用透镜的距离，以使上述加工用激光的聚光点以上述激光照射面为基准对焦在预定的位置。
9.如权利要求7记载的激光加工装置，其中，在上述聚光用透镜位于上述加工区域上时，用上述聚光用透镜将上述测定用激光朝着上述加工区域聚光，检测在上述加工区域所反射的上述测定用激光的反射光的光量，当上述光量超过预定的临界值时，调整上述激光照射面与上述聚光用透镜的距离，以使赋予了像散的上述测定用激光的反射光的聚光像成为一定。
10.一种激光加工装置，将聚光点对焦在设于环形外框的可扩张薄片上所粘贴的板状加工对象物的内部，照射加工用激光，由此沿着上述加工对象物的切割预定线，在上述加工对象物的内部形成成为切割起点的改性区域，其特征为，具备：
载放台，载放设于环形外框的可扩张薄片所粘贴的上述加工对象物；
激光单元，具有射出上述加工用激光的加工用激光源以及射出测定用激光的测定用激光源；以及
聚光用透镜，使上述加工用激光和上述测定用激光聚光，
设定在上述加工对象物与上述外框之间具有外形，并具有较上述加工对象物的外径大且小于所述外框内径的外径的加工区域，
取得包含上述切割预定线的线与上述加工区域的上述外形的一方的交点和另一方的交点的坐标，
使上述聚光用透镜和上述加工对象物的至少一方沿着上述线上相对移动，当上述聚光用透镜到达上述一方的交点上时开始上述测定用激光的出射，当上述聚光用透镜到达上述另一方的交点上时停止上述测定用激光的出射，在上述聚光用透镜从上述一方的交点至位于上述加工对象物的外缘之间的期间，检测在上述可扩张薄片反射的上述测定用激光的反射光并将上述聚光用透镜保持在规定的位置，在上述聚光用透镜从上述加工对象物的外缘至位于上述加工区域上的期间，用上述聚光用透镜将上述测定用激光朝着上述加工区域聚光，检测在上述加工对象物的激光照射面所反射的上述测定用激光的反射光，调整上述激光照射面与上述聚光用透镜的距离，以使上述加工用激光的聚光点以上述激光照射面为基准对焦在预定的位置，取得关于该调整的调整信息，
使上述聚光用透镜和上述加工对象物的至少一方沿着上述线上相对移动，在上述聚光用透镜位于上述加工区域上时，根据上述调整信息，一边调整上述激光照射面与上述聚光用透镜的距离，一边用上述聚光用透镜将上述加工用激光朝着上述加工对象物聚光，在上述加工对象物的内部形成上述改性区域，
在上述加工对象物的内部形成上述改性区域时，使上述聚光用透镜在包含上述外框的外侧的区域，对于上述加工对象物相对地移动。
11.如权利要求10记载的激光加工装置，其中，在上述聚光用透镜位于上述加工区域上时，用上述聚光用透镜将上述测定用激光朝着上述加工区域聚光，检测在上述加工区域所反射的上述测定用激光的反射光的光量，当上述光量超过预定的临界值时，调整上述激光照射面与上述聚光用透镜的距离，以使上述加工用激光的聚光点以上述激光照射面为基准对焦在预定的位置。
12.如权利要求10记载的激光加工装置，其中，在上述聚光用透镜位于上述加工区域上时，用上述聚光用透镜将上述测定用激光朝着上述加工区域聚光，检测在上述加工区域所反射的上述测定用激光的反射光的光量，当上述光量超过预定的临界值时，调整上述激光照射面与上述聚光用透镜的距离，以使赋予了像散的上述测定用激光的反射光的聚光像成为一定。
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