CN105189025B - 激光加工装置及激光加工方法 - Google Patents

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Abstract

激光加工装置通过将激光聚光于加工对象物而沿着切断预定线在加工对象物的内部形成改质区域。激光加工装置具备将激光射出的激光光源、调制由激光光源射出的激光的空间光调制器、及将通过空间光调制器调制后的激光聚光在加工对象物的聚光光学系统。空间光调制器通过将轴棱锥透镜图案作为调制图案来显示，从而以在沿着激光照射方向接近排列的多个位置形成聚光点的方式使激光聚光。

Description

激光加工装置及激光加工方法
技术领域
本发明的一个方面涉及一种激光加工装置及激光加工方法。
背景技术
作为现有的激光加工装置，已知有通过将激光聚光在加工对象物从而沿着切断预定线在加工对象物的内部形成改质区域的激光加工装置(例如参照专利文献1)。在这样的激光加工装置中，谋求通过将从激光光源朝加工对象物照射的激光通过空间光调制器调制从而将该激光聚光于加工对象物的多个位置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-51011号公报
发明内容
发明所要解决的问题
但是，在上述那样的现有技术中，伴随着近年来的日益的普及扩大，期望提高加工品质，对于例如被切断的加工对象物，提高切断面的直进性的要求、及提高抗折强度的要求等增加。
本发明的一个方面是有鉴于上述实际情况而完成的发明，其课题在于，提供一种可以提高加工品质的激光加工装置及激光加工方法。
解决问题的技术手段
为了解决上述课题，本发明人等反复专心研究，其结果，发现了在加工对象物中将激光的聚光部分在激光入射方向上作为长条形状(以下，称为“纵长”)，如果将纵长的改质区域形成于加工对象物的话，则在加工对象物的内部产生的龟裂(裂纹)的量减少，切断面的直进性及抗折强度提高，其结果，发现了能够提高加工品质的可能性。
但是，在此情况下，能量密度在该激光的聚光部分会下降，存在改质区域本身未形成的担忧、或加工时需要很多的能量的担忧。关于该点，本发明人等进一步反复专心研究，发现了通过使用空间光调制器将激光适宜调制从而可以应对这样的担忧，直至完成本发明。
即，本发明的一个方面所涉及的激光加工装置，是通过使激光聚光于加工对象物从而沿着切断预定线在加工对象物的内部形成改质区域的激光加工装置；具备：激光光源，其射出激光；空间光调制器，调制由激光光源射出的激光；及聚光光学系统，将通过空间光调制器调制后的激光聚光于加工对象物；空间光调制器通过将轴棱锥透镜图案(axiconlens pattern)作为调制图案来显示，从而以在沿着激光照射方向接近排列的多个位置形成聚光点的方式使激光聚光。
另外，所谓“轴棱锥透镜图案”，是指以实现轴棱锥透镜的作用的方式被生成的调制图案(以下相同)。
在该激光加工装置中，通过将轴棱锥透镜图案作为调制图案显示于空间光调制器，从而可以以在沿着激光照射方向接近排列的多个位置形成聚光点的方式将激光聚光。由此，近似地成为纵长的聚光部分在充分地维持其能量密度的状态下形成，其结果，纵长的改质区域形成于加工对象物。根据这样的改质区域，与上述见解同样，可以减少在加工对象物的内部产生的龟裂的量，因而，能够提高切断面的直进性及抗折强度，可以提高加工品质。
另外，为了达成上述作用效果，具体而言，激光加工装置也可以是沿着切断预定线在加工对象物的内部形成多个改质点(spot)并由多个改质点(spot)形成改质区域的激光加工装置，空间光调制器在沿着激光照射方向接近排列的多个位置的各个上形成改质光点(dot)，多个改质光点(dot)在激光照射方向上构成长条形状的改质点(spot)。在该情况下，实质上形成纵长的改质点，其结果，实质上形成纵长的改质区域。因此，与上述见解相同，可减少在加工对象物的内部产生的龟裂的量，能够提高加工品质。
另外，在空间光调制器的显示部中，存在下述情况：轴棱锥透镜图案具有相对于入射的激光位于中心的圆区域、及被划设在圆区域的周围并与该圆区域同心的多个圆环区域，在圆区域及多个圆环区域中，设定成随着从径向外侧朝内侧行进明亮度逐渐变亮。
另外，本发明的一个方面所涉及的激光加工方法，是通过使激光聚光于加工对象物从而沿着切断预定线在加工对象物的内部形成改质区域的激光加工方法；该激光加工方法具备通过空间光调制器调制从激光光源射出的激光并将通过空间光调制器调制后的激光聚光于加工对象物的工序；将激光聚光的工序包含在空间光调制器将轴棱锥透镜图案作为调制图案来显示，从而以在沿着激光照射方向接近排列的多个位置形成聚光点的方式使激光聚光的工序。
即使是在该激光加工方法中，近似地成为纵长的聚光部分在充分地维持其能量密度的状态下形成，其结果，形成纵长的改质区域。因而，可达成上述作用效果、即可以提高加工品质这样的作用效果。
发明的效果
根据本发明的一个方面，能够提供一种可以提高加工品质的激光加工装置及激光加工方法。
附图说明
图1是改质区域的形成所使用的激光加工装置的概略构成图。
图2是成为改质区域的形成的对象的加工对象物的平面图。
图3是沿着图2的加工对象物的III-III线的剖面图。
图4是激光加工后的加工对象物的平面图。
图5是沿着图4的加工对象物的V-V线的剖面图。
图6是沿着图4的加工对象物的VI-VI线的剖面图。
图7是表示实施方式所涉及的实施的激光加工装置的概略构成图。
图8是反射型空间光调制器的部分剖面图。
图9是表示被显示于反射型空间光调制器的液晶层的轴棱锥透镜图案的图。
图10是表示成为激光加工的对象的加工对象物的平面图。
图11是用于说明第1实施方式所涉及的激光加工方法的概略剖面图。
图12是表示通过第1实施方式所涉及的激光加工方法形成的改质点的一个例子的照片图。
图13是用于说明第1实施方式所涉及的激光加工方法的效果的照片图。
图14是用于说明第1实施方式所涉及的激光加工方法的效果的其它的照片图。
图15是用于说明第2实施方式所涉及的激光加工方法的概略剖面图。
图16是表示图15的后续的概略剖面图。
图17是用于说明在激光的聚光位置产生的像差的图。
具体实施方式
以下，对于本发明的一个方面所涉及的实施方式，参照附图，详细地进行说明。另外，在以下的说明，对于同一或相当要素附加同一符号，省略重复的说明。
在本实施方式所涉及的激光加工装置及激光加工方法中，将激光聚光于加工对象物，将改质区域沿着切断预定线形成。在此，首先，对于改质区域的形成，参照图1～图6，进行说明。
如图1所示，激光加工装置100具备将激光L脉冲振荡的激光光源101、以将激光L的光轴(光路)的方向改变90°的方式配置的分色镜103、及用于将激光L聚光的聚光用透镜105。另外，激光加工装置100具备用于支撑照射由聚光用透镜105聚光的激光L的加工对象物1的支撑台107、用于使支撑台107移动的平台111、为了调节激光L的输出或脉冲宽度、脉冲波形等而控制激光光源101的激光光源控制部102、及控制平台111的移动的平台控制部115。
在该激光加工装置100中，从激光光源101射出的激光L，通过分色镜103将其光轴的方向改变90°，通过聚光用透镜105被聚光于被载置于支撑台107上的加工对象物1的内部。与此同时，平台111被移动，加工对象物1相对于激光L沿着切断预定线5相对移动。由此，沿着切断预定线5的改质区域被形成于加工对象物1。另外，在此，为了使激光L相对地移动而将平台111移动，但是，也可以使聚光用透镜105移动，或者也可以将其双方移动。
作为加工对象物1，使用包含由半导体材料形成的半导体基板或由压电材料形成的压电基板等的板状的构件(例如基板、晶圆等)。如图2所示，在加工对象物1，设定有用于切断加工对象物1的切断预定线5。切断预定线5是呈直线状延伸的假想线。在加工对象物1的内部形成改质区域的情况下，如图3所示，在加工对象物1的内部对准聚光点(聚光位置)P的状态下，使激光L沿着切断预定线5(即，图2的箭头A方向)相对地移动。由此，如图4～图6所示，改质区域7沿着切断预定线5形成于加工对象物1的内部，沿着切断预定线5形成的改质区域7成为切断起点区域8。
另外，所谓聚光点P，是激光L聚光的部位。另外，切断预定线5，不限于直线状，也可以为曲线状，也可以是将它们组合后的3维状，也可以是被坐标指定的切断预定线。另外，切断预定线5，不限于假想线，也可以是在加工对象物1的表面3实际被划定的线。改质区域7，有连续地形成的情况，也有间断地形成的情况。另外，改质区域7可以是列状也可以是点状，重要的是只要改质区域7至少形成于至少加工对象物1的内部即可。另外，具有以改质区域7为起点形成龟裂的情况，龟裂及改质区域7也可以露出于加工对象物1的外表面(表面3、背面21、或者外周面)。另外，形成改质区域7时的激光入射面，不限定于加工对象物1的表面3，也可以是加工对象物1的背面21。
附带说一下，在此的激光L透过加工对象物1并且在加工对象物1的内部的聚光点附近被特别吸收，由此，在加工对象物1形成改质区域7(即内部吸收型激光加工)。因此，由于在加工对象物1的表面3激光L几乎不被吸收，因此加工对象物1的表面3不会熔融。一般而言，在通过从表面3被熔融而被除去从而形成有孔或槽等的除去部(表面吸收型激光加工)的情况下，加工区域从表面3侧逐渐地向背面侧进展。
然而，本实施方式中所形成的改质区域7是指成为密度、折射率、机械强度或者其它的物理特性与周围不同的状态的区域。作为改质区域7，例如存在熔融处理区域(是指一旦熔融后再固化的区域、熔融状态中的区域、及从熔融再固化的状态中的区域中的至少任意一种)、裂纹区域、绝缘破坏区域、折射率变化区域等，也存在混合存在有这些区域的区域。再有，作为改质区域，存在在加工对象物的材料中改质区域的密度与非改质区域的密度相比较发生变化的区域或形成有晶格缺陷的区域(将它们统称为高密度转移区域)
另外，熔融处理区域或折射率变化区域、改质区域的密度与非改质区域的密度相比较发生变化的区域、形成有晶格缺陷的区域进一步具有在这些区域的内部或改质区域与非改质区域的界面内包(包含)龟裂(破裂、微裂纹)的情况。被内包的龟裂具有遍及改质区域的整个面的情况或仅形成于一部分或形成于多个部分的情况。作为加工对象物1，可以列举包含例如硅(Si)、玻璃、碳化硅(SiC)、LiTaO3或蓝宝石(Al2O3)、或者由它们构成的加工对象物。
另外，在本实施方式中，通过沿着切断预定线5形成多个改质点(spot)(加工痕)，从而形成改质区域7。所谓改质点(spot)，是由脉冲激光的1脉冲的发射(shot)(即1脉冲的激光照射：激光发射)形成的改质部分，通过集中改质点而成为改质区域7。作为改质点，可以列举裂纹点、熔融处理点或者折射率变化点、或者混合存在它们中的至少1个的改质点等。对于该改质点，考虑所要求的切断精度、所要求的切断面的平坦性、加工对象物的厚度、种类、结晶方位等，可以将其大小或产生的龟裂的长度适宜控制。
接着，详细地说明第1实施方式。
图7是表示实施本实施方式所涉及的激光加工方法的激光加工装置的概略构成图。如图7所示，本实施方式的激光加工装置300在框体231内具备激光光源202、反射型空间光调制器203、4f光学系统241及聚光光学系统204。激光光源202是将具有例如1080nm～1200nm的波长的激光L射出的光源，例如使用光纤激光器。在此的激光光源202以沿水平方向将激光L射出的方式由螺钉等被固定在框体231的顶板236。
反射型空间光调制器203将从激光光源202射出的激光L进行调制，例如使用反射型液晶(LCOS：Liquid Crystal on Silicon)的空间光调制器(SLM：Spatial LightModulator)。在此的反射型空间光调制器203将从水平方向入射的激光L进行调制并且相对于水平方向朝斜上方反射。
图8是图7的激光加工装置的反射型空间光调制器的部分剖面图。如图8所示，反射型空间光调制器203具备硅基板213、驱动电路层914、多个像素电极214、电介质多层膜镜等的反射膜215、取向膜999a、液晶层(显示部)216、取向膜999b、透明导电膜217、及玻璃基板等的透明基板218，它们按该顺序被层叠。
透明基板218具有沿着XY平面的表面218a，该表面218a构成反射型空间光调制器203的表面。透明基板218主要包含例如玻璃等的光透过性材料，将从反射型空间光调制器203的表面218a入射的规定波长的激光L朝反射型空间光调制器203的内部透过。透明导电膜217形成于透明基板218的背面上，主要包含透过激光L的导电性材料(例如ITO)而构成。
多个像素电极214按照多个像素的排列而二维状地排列，沿着透明导电膜217被排列在硅基板213上。各像素电极214由例如铝等的金属材料所构成，它们的表面214a被平坦且平滑地加工。多个像素电极214被设置在驱动电路层914的有源矩阵电路驱动。
有源矩阵电路被设置在多个像素电极214与硅基板213之间，对应于欲从反射型空间光调制器203输出的光像而控制朝各像素电极214的施加电压。这样的有源矩阵电路具有控制例如无图示的排列在X轴方向的各像素列的施加电压的第1驱动电路、及控制排列在Y轴方向的各像素列的施加电压的第2驱动电路，以通过控制部250(下述)将规定电压施加于由双方的驱动电路指定的像素的像素电极214的方式构成。
另外，取向膜999a、999b被配置于液晶层216的两端面，将液晶分子群在一定方向上排列。取向膜999a、999b由例如聚酰亚胺等的高分子材料所构成，应用在与液晶层216的接触面施以摩擦(rubbing)处理等的取向膜。
液晶层216被配置于多个像素电极214与透明导电膜217之间，对应于由各像素电极214及透明导电膜217所形成的电场调制激光L。即，如果通过有源矩阵电路将电压施加在某像素电极214的话，则在透明导电膜217与该像素电极214之间形成电场。
该电场相对于反射膜215及液晶层216的各个以对应于各自的厚度的比率被施加。再有，对应于被施加在液晶层216的电场的大小液晶分子216a的排列方向变化。如果激光L透过透明基板218及透明导电膜217而入射至液晶层216的话，则该激光L在通过液晶层216之间通过液晶分子216a而被调制，在反射膜215反射之后，再次通过液晶层216而被调制后被取出。
此时，通过下述的控制部250将电压施加于与透明导电膜217相对的各像素电极214的每个，对应于该电压，在液晶层216中被夹持于与透明导电膜217相对的各像素电极214的部分的折射率变化(对应于各像素的位置的液晶层216的折射率变化)。通过该折射率的变化，对应于施加的电压，可以使激光L的相位在液晶层216的每个像素变化。即，可以将对应于全息图案的相位调制通过液晶层216而给予每个像素(即，将作为赋予调制的全息图案的调制图案显示于反射型空间光调制器203的液晶层216)。
其结果，入射至调制图案并透过的激光L，其波面被调整，在构成该激光L的各光线中在与行进方向垂直的规定方向的成分的相位产生偏移。因此，通过适宜设定显示在反射型空间光调制器203的调制图案，从而可以调制激光L(例如调制激光L的强度、振幅、相位、偏光等)。
在本实施方式的反射型空间光调制器203中，如后面所述，通过将轴棱锥透镜图案作为调制图案显示在液晶层216，从而相对于被照射在加工对象物1的激光L，实施以在沿着激光照射方向接近排列的多个位置形成聚光点的方式聚光于加工对象物1的调制。由此，如图11所示，在该多个位置的各个形成改质光点(dot)d。
这些多个改质光点(dot)d构成成为多点细长改质点(spot)的1个改质点(spot)Sx。改质点Sx与在液晶层216不显示调制图案而实施激光加工的改质点相比，在激光照射方向上成为长条形状(纵长)。即，多个改质光点d以沿着激光照射方向接近而成行的方式紧密地排列，这些多个改质光点d被作为一组而成的改质点Sx具有激光照射方向的尺寸比其交叉方向的尺寸特别长那样的细长形状。
返回至图7，4f光学系统241调整通过反射型空间光调制器203调制后的激光L的波面形状。该4f光学系统241具有第1透镜241a及第2透镜241b。透镜241a、241b以反射型空间光调制器203及第1透镜241a的距离成为第1透镜241a的焦点距离f1，聚光光学系统204及透镜241b的距离成为透镜241b的焦点距离f2，第1透镜241a及第2透镜241b的距离成为f1+f2，并且第1透镜241a及第2透镜241b成为两侧远心光学系统的方式被配置于反射型空间光调制器203与聚光光学系统204之间。在该4f光学系统241中，能够抑制由反射型空间光调制器203调制后的激光L由于空间传播而波面形状变化且像差增大。
聚光光学系统204将通过4f光学系统241调制的激光L聚光在加工对象物1的内部。该聚光光学系统204包含多个透镜而构成，经由包含压电元件等而构成的驱动单元232而被设置在框体231的底板233。
在如以上所述构成的激光加工装置300中，从激光光源202射出的激光L，在框体231内沿水平方向行进之后，通过镜205a朝下方被反射，通过衰减器207调整光强度。然后，通过镜205b朝水平方向被反射，通过光匀束器(beam homogenizer)260使强度分布被均匀化并入射至反射型空间光调制器203。
入射至反射型空间光调制器203的激光L通过透过被显示在液晶层216的调制图案而对应于该调制图案被调制，其后，通过镜206a朝上方被反射，通过λ/2波长板228使偏光方向被变更，通过镜206b朝水平方向被反射并入射至4f光学系统241。
入射至4f光学系统241的激光L以呈平行光入射至聚光光学系统204的方式使波面形状被调整。具体而言，激光L透过第1透镜241a并收束，通过镜219朝下方被反射，经共焦点O而发散，并且透过第2透镜241b，以成为平行光的方式再次被收束。然后，激光L依次透过分色镜210、238而入射至聚光光学系统204，通过聚光光学系统204而被聚光于被载置于平台111上的加工对象物1内。
另外，本实施方式的激光加工装置300在框体231内具备用于观察加工对象物1的激光入射面的表面观察单元211、及用于将聚光光学系统204与加工对象物1的距离进行微调整的AF(自动对焦(AutoFocus))单元212。
表面观察单元211具有将可视光VL1射出的观察用光源211a、将由加工对象物1的激光入射面反射的可视光VL1的反射光VL2受光并进行检测的检测器211b。在表面观察单元211中，从观察用光源211a射出的可视光VL1由镜208及分色镜209、210、238而被反射、透过，由聚光光学系统204而朝向加工对象物1被聚光。然后，由加工对象物1的激光入射面反射的反射光VL2由聚光光学系统204而被聚光并由分色镜238、210而被透过、反射之后，透过分色镜209并由检测器211b受光。
AF单元212将AF用激光LB1射出，将由激光入射面反射的AF用激光LB1的反射光LB2受光并进行检测，取得沿着切断预定线5的激光入射面的位移数据。另外，AF单元212在形成改质区域7时，基于所取得的位移数据驱动驱动单元232，以沿着激光入射面的起伏的方式将聚光光学系统204沿其光轴方向往复移动。
再有，本实施方式的激光加工装置300作为用于控制该激光加工装置300的装置，具备由CPU、ROM、RAM等所构成的控制部250。该控制部250控制激光光源202，将从激光光源202射出的激光L的输出或脉冲宽度等进行调节。另外，控制部250在形成改质区域7时，以激光L的聚光点P位于距离加工对象物1的表面3规定距离的位置且激光L的聚光点P沿着切断预定线5相对地移动的方式，控制框体231、平台111的位置、及驱动单元232的驱动的至少1者。
另外，控制部250在形成改质区域7时，在反射型空间光调制器203中的各电极214施加规定电压，在液晶层216显示规定的调制图案，由此，使激光L由反射型空间光调制器203所期望地进行调制。
在此，显示于液晶层216的调制图案基于例如欲形成改质区域7的位置、照射的激光L的波长、加工对象物1的材料、及聚光光学系统204或加工对象物1的折射率等而被预先导出，被存储于控制部250。该调制图案包含用于修正在激光加工装置300产生的个体差(例如在反射型空间光调制器203的液晶层216产生的失真)的个体差修正图案、及用于修正球面像差的球面像差修正图案、轴棱锥透镜图案的至少1个。
图9是表示被显示在液晶层的轴棱锥透镜图案的图。图中所示的轴棱锥透镜图案Ax表示液晶层216的正面视图中的状态。如图9所示，轴棱锥透镜图案Ax是以实现轴棱锥透镜的作用的方式被生成的调制图案。轴棱锥透镜图案Ax以在沿着激光照射方向接近排列的多个位置形成聚光点的方式，将激光L聚光在加工对象物1。换言之，则以在激光照射方向上具有多个强度分布的方式调制激光L。在此的轴棱锥透镜图案Ax被作为倒圆锥状的光学图案，并被作为下凸状的图案。
该轴棱锥透镜图案Ax，具体而言，具有相对于入射的激光L位于中心的圆区域a1、及被划设在圆区域a1的周围的多个圆环区域a2。圆环区域2a形成为与圆区域a1同心，具有圆环形状或圆环形状的一部分被切除而成的形状。在圆区域a1及多个圆环区域a2中，设定成随着从径向外侧朝内侧行进明亮度逐渐变亮。
将这样的轴棱锥透镜图案Ax显示在液晶层216并进行激光加工的情况下，作为该圆环区域a2的数量(来自中心的明亮度的折返数)的参数数越大，则沿着激光照射方向接近排列的聚光点的数量(改质光点d的数量)越增加，其结果，形成对应于参数数的纵长的改质点Sx。在此，如果参数数增减的话，则在激光L的跟前侧(上游侧)改质光点d的数量增减，进一步，被形成的改质点Sx具有在激光L的跟前侧伸缩的趋势。
接着，详细地说明使用上述激光加工装置300的激光加工方法。
图10是表示成为本实施方式的激光加工的对象的加工对象物的平面图，图11是用于说明本实施方式中的激光加工方法的剖面图。本实施方式的激光加工方法作为将加工对象物1进行激光加工而制造多个芯片的芯片的制造方法来使用。如图10所示，加工对象物1包含硅基板、蓝宝石基板、SiC基板、玻璃基板(强化玻璃基板)、半导体基板或者透明绝缘基板等，且呈板状。加工对象物1的厚度设为150μm～350μm，在此，设为200μm或者250μm。
在该加工对象物1的表面3，以矩阵状地排列的方式设置有多个功能元件形成区域15。另外，在加工对象物1的表面3上，设定有多个以通过相邻的功能元件形成区域15间的方式延伸的切断预定线5。多个切断预定线5呈格子状延伸，包含相对于加工对象物1的定向平面6沿着大致平行的方向的切断预定线5a、及沿着大致垂直的方向的切断预定线5b。另外，在加工对象物1是蓝宝石基板的情况下，其C面被作为主面(表面3及背面21)，切断预定线5以在沿着蓝宝石基板的R面的方向上延伸的方式设定。
在将激光加工实施于这样的加工对象物1的情况下，首先，将扩展胶带贴附在加工对象物1的背面21，将该加工对象物1载置在平台111上。接着，如图7、11所示，通过控制部250控制反射型空间光调制器203，在液晶层216将轴棱锥透镜图案Ax作为调制图案而显示，在该状态下，将加工对象物1的表面3作为激光入射面(激光照射面)而将激光L脉冲照射在加工对象物1，以在沿着激光照射方向接近排列的多个位置形成聚光点的方式将激光L聚光在加工对象物1。与此同时，将加工对象物1及激光L沿着切断预定线5相对移动(扫描)。
由此，在加工对象物1内的厚度方向的规定深度，将具有在沿着激光照射方向接近排列的多个位置形成的改质光点(dot)d的纵长的改质点(spot)Sx，沿着切断预定线5形成多个。然后，通过这些多个改质点Sx形成改质区域7。其后，通过将扩展胶带扩张，将改质区域7作为切断的起点而将加工对象物1沿着切断预定线5切断，将被切断的多个芯片作为半导体装置(例如存储器、IC、发光元件、受光元件等)而获得。
在此，在形成改质点Sx时，也可以实施下一轴棱锥透镜图案制作工序(轴棱锥透镜图案制作控制)。在轴棱锥透镜图案制作工序中，基于例如在液晶层216不显示调制图案而实施激光加工并形成于加工对象物1内的通常的改质点(以下，也单单称为“通常的改质点”)的状态，通过控制部250制作轴棱锥透镜图案Ax。
另外，具有起因于加工对象物1的材料或激光L的能量而使改质点Sx中的激光照射方向的长度变化、该改质点Sx的厚度方向位置变化的情况。在此，在形成改质点Sx时，也可以实施下一聚光点位置修正工序(聚光点位置修正控制)。
在聚光点位置修正工序中，以关于欲形成的改质点Sx的激光L的最里侧位置(最背面21位置)为基准，将厚度方向上的激光L的聚光点位置(Z高度)基于例如通常的改质点的状态进行修正。这是因为如上所述改质点Sx具有在激光L的跟前侧对应于参数进行伸缩的趋势。
再有，在形成改质点Sx时，也可以实施调整轴棱锥透镜图案Ax的参数数(圆环区域a2的数量)的轴棱锥透镜图案调整工序(轴棱锥透镜图案调整控制)。在轴棱锥透镜图案调整工序中，对应于欲形成的改质点Sx(改质区域7)中的激光照射方向的长度，将轴棱锥透镜图案Ax的参数数基于例如通常的改质点的状态来设定。具体而言，在欲使改质点Sx在激光照射方向加长的情况下，加大参数数，另一方面，在欲缩短的情况下减小参数数。
以上，在本实施方式中，在形成改质区域7的情况下，通过将轴棱锥透镜图案Ax作为调制图案显示在反射型空间光调制器203，从而可以以在激光照射方向上接近排列的多个位置形成聚光点的方式将激光聚光。即，以由在纵向上细的多点分支后的激光L实施激光加工(所谓同时多点细长加工)，将分支的多点聚光点相连的方式构成，可以形成近似的纵长聚光点。由此，可以形成具有在激光照射方向上接近排列的多个改质光点d的改质点Sx。
根据该改质点Sx，近似(及实质)地成为纵长的聚光部分在将其能量密度充分地维持的状态下被形成，进一步，形成纵长的改质区域7。因此，使在加工对象物1的内部产生的龟裂的量减少，另外，可以使该龟裂难以延伸，其结果，可以达成切断面的直进性的提高及抗折强度的提高，可以提高加工品质。
另外，改质区域7因为成为纵长，所以也可以提高处理量(能力)。另外，本实施方式，因为可以减少龟裂的量，所以在欲控制加工对象物1内的龟裂的情况(例如切断预定线5不沿着结晶方位的情况，相对于玻璃材料的加工的情况)下可以说特别有效。
另外，可以减少龟裂的量的上述作用效果，在加工对象物1为SiC基板或蓝宝石基板的情况下，作为减少朝C面方向的龟裂的效果而成为显著。另外，通常，如果欲通过使用了轴棱锥透镜的光学系统使聚光点纵长的话，则能量的密度下降而使正常的加工困难，或者在加工中需要很多的能量，相对于此，在本实施方式中，如上所述，可以将能量密度充分地维持并将激光L聚光。另外，因为使用空间相位调制器203来形成纵长的改质点Sx，所以在任意的位置可以将任意的间距的改质区域7瞬间地形成。
顺便说一下，一般而言，在加工对象物1是将C面作为主面的蓝宝石基板的情况下，因为在蓝宝石基板龟裂沿着R面难以延伸，所以在沿着沿R面的切断预定线5形成改质区域7的情况下，产生的龟裂容易沿切断预定线5的交叉方向延伸，其结果，存在沿着切断预定线5的交叉方向被割裂的担忧。相对于此，本实施方式，因为可以减少龟裂的量而可以抑制该担忧，因此，在切断预定线5设定成在沿着蓝宝石基板的R面的方向上延伸的情况下，特别有效。另外，在加工对象物1是非晶质玻璃的情况下，提高加工品质的上述作用效果变得显著。
图12是表示通过本实施方式的激光加工方法形成的改质点的一个例子的照片图。在图12中，表示将加工对象物1从侧方观察的状态，图示上下方向对应于厚度方向。如图12所示，根据本实施方式，在激光照射方向上接近排列的多个位置形成聚光点，由此，可以确认形成有具有在激光照射方向上接近排列的多个改质光点d的纵长的改质点Sx。
图13是用于说明本实施方式的激光加工方法的效果的照片图。图13(a)是在液晶层216未显示调制图案的状态下将激光L照射在加工对象物1而在加工对象物1内形成改质点Sy的图。图13(b)是在液晶层216显示轴棱锥透镜图案Ax的状态下将激光L照射于加工对象物1而在加工对象物1内形成改质点Sx的图。图13中的照片图表示将形成有改质点的加工对象物1的内部从激光入射面观察的状态。
如图13所示，根据将轴棱锥透镜图案Ax显示在液晶层216而形成的纵长的改质点Sx，相对于不将调制图案显示在液晶层216而形成的改质点Sy，可以确认可减少在加工对象物1的内部产生的龟裂的量。
图14是用于说明本实施方式的激光加工方法的效果的其它的照片图。图14(a)表示在液晶层216未显示调制图案的状态下将激光L照射在加工对象物1时的切断面25y。图14(b)表示在液晶层216显示轴棱锥透镜图案Ax的状态下将激光L照射在加工对象物1时的切断面25x。在图14中，表示将加工对象物1从侧方观察的状态，图示上下方向对应于厚度方向。
如图14所示，通过使用轴棱锥透镜图案Ax来实施激光加工，从而具有在例如厚度方向的交叉方向上延伸的龟裂特别减少的趋势，在切断面25x，相对于在液晶层216不显示调制图案而实施激光加工而成的切断面25y，可以确认芯片端面的直进性提高。
另外，关于在液晶层216不显示调制图案而在加工对象物1实施激光加工而成的芯片、及在液晶层216显示轴棱锥透镜图案Ax而在加工对象物1实施激光加工而成的芯片，将测量抗折强度的结果在以下表示。另外，在此，将负荷方向作为激光入射面侧。
无调制图案的显示：抗折强度75.3MPa
显示轴棱锥透镜图案：抗折强度109.6MPa
如上述的抗折强度测量结果所示的那样，通过使用轴棱锥透镜图案Ax而实施激光加工，从而与在液晶层216不显示调制图案而实施激光加工的情况相比，可以确认芯片的抗折强度提高。
另外，因为在光轴方向上接近排列的多个位置形成有聚光点(形成有纵长的多点聚光点)，所以达成以下的作用效果。因为改质区域7形成为切除线状，所以容易沿着改质区域7将加工对象物1切断。由此，不依赖于劈开性或结晶方位而可容易地进行激光加工。另外，与由1个纵长聚光点将激光L聚光并形成改质区域7的情况相比，可以以少的能量进行激光加工，即使在距离加工对象物1内的激光入射面较深的位置形成改质区域7的情况下，也容易确保充分的能量密度，其结果，可以形成充分大小(宽幅)的改质区域7。
另外，因为相对于一个聚光点在光轴方向的最近位置存在别的聚光点，所以在加工对象物1中切断时的破坏力变强，由此，可以容易地将加工对象物1切断。相对于一个聚光点使别的聚光点达到加热诱引效果，由此，可以容易地将加工对象物1切断。在由激光L所产生的加工对象物1的改质时可以提高应力解放效果，由此，可以容易地将加工对象物1切断。
接着，详细地说明第2实施方式。另外，在本实施方式的说明中，主要说明与上述实施方式不同的点。
图15、16是用于说明本实施方式中的激光加工方法的剖面图。在本实施方式中，通过将激光L聚光在加工对象物1，从而沿着激光照射方向将多列(在此为3列)的改质区域7在加工对象物1内沿着切断预定线5形成。在本实施方式中，可以将厚物的加工对象物1作为对象，加工对象物1的厚度，没有特别的限定，即使是例如5000μm的厚的加工对象物也可以应用，在此，设为30μm～2000μm。
如图15(a)所示，在本实施方式中，首先，通过控制部250控制反射型空间光调制器203，成为在液晶层216不显示调制图案的状态。在该状态下，将聚光点对准加工对象物1内的背面21侧，从表面3将激光L脉冲照射于加工对象物1，并且将加工对象物1及激光L沿着切断预定线5相对移动。其结果，在加工对象物1内的背面21侧，通常的改质点Sy沿着切断预定线5被形成多个，通过这些多个改质点Sy而形成一列背面侧改质区域(相反面侧改质区域)71。
接着，如图15(b)所示，通过控制部250控制反射型空间光调制器203，成为在液晶层216显示轴棱锥透镜图案Ax的状态。在该状态下，在加工对象物1内的表面3侧及背面21侧之间(背面侧改质区域71及下述的表面侧改质区域73之间，在此为厚度方向中央)对准聚光点，从表面3将激光L脉冲照射在加工对象物1。由此，在加工对象物1内的表面3侧及背面21侧之间，以在沿着激光照射方向接近排列的多个位置形成聚光点的方式将激光L聚光在加工对象物1。与此配合，将加工对象物1及该激光L沿着切断预定线5相对移动。
其结果，在加工对象物1内的表面3侧及背面21侧之间，具有在沿着激光照射方向接近排列的多个位置形成的改质光点d的纵长的改质点Sx沿着切断预定线5被形成多个，通过这些多个改质点Sx而形成一列中间改质区域72。
最后，如图16所示，通过控制部250控制反射型空间光调制器203，再次成为在液晶层216不显示调制图案的状态。在该状态下，将聚光点对准加工对象物1内的表面3侧，从表面3将激光L脉冲照射在加工对象物1，并且将加工对象物1及激光L沿着切断预定线5相对移动。由此，在加工对象物1内的表面3侧，通常的改质点Sy沿着切断预定线5形成多个，通过这些多个改质点Sy而形成一列表面侧改质区域(入射面侧改质区域)73。
以上，在本实施方式中，在形成中间改质区域72的情况下，通过将轴棱锥透镜图案Ax作为调制图案显示在反射型空间光调制器203，从而可以以在沿着激光照射方向接近排列的多个位置形成聚光点的方式将激光聚光。由此，近似地成为纵长的改质点Sx在其能量密度被充分地维持的状态下形成，其结果，形成纵长的中间改质区域72。根据该中间改质区域72，与上述实施方式相同，可以减少在加工对象物1的内部产生的龟裂的量，可以提高切断面的直进性及抗折强度，可以提高加工品质。
另一方面，在本实施方式中，如上所述，在形成背面侧改质区域71及表面侧改质区域73的情况下，没有将轴棱锥透镜图案Ax作为调制图案显示在反射型空间光调制器203，在此，没有调制图案。因此，可以抑制背面侧改质区域71及表面侧改质区域73成为纵长且在背面21及表面3容易产生破坏(打痕等)。
即，在本实施方式中，在形成多列的改质区域7并将厚物的加工对象物1进行激光加工的情况下，在接近表面2及背面21的区域，不实施所谓同时多点细长加工(改质点Sx的形成)，一边提高加工对象物1的分割能力且抑制表面3及背面21的破坏发生，一边在中央区域，实施所谓同时多点细长加工，从而可以提高芯片的直进性及抗折强度。因此，可以一边维持加工对象物1的分割能力一边提高加工品质。
另外，在本实施方式中，如上所述，在加工对象物1的表面2侧与背面21侧，形成多个通常的改质点Sy，且由这些多个改质点Sy来形成改质区域71、73，但是，也可以形成作为多点细长改质点的改质点Sx且由这些多个改质点Sx形成改质区域71、73来替代其。即，在厚度方向上将多列的改质区域7形成于加工对象物1的情况下，可以由多点细长改质点的改质点Sx来形成至少一列的改质区域7。
以上，说明了本发明的一个方面所涉及的实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式，在不变更各权利要求所记载的主旨的范围内也可以变形，或者应用于其他方面。
例如，在上述第2实施方式中，将改质区域71～73按该顺序形成，但是，并不限定于此，形成于加工对象物1的多列的改质区域7的形成顺序是顺序不同的。另外，在上述第2实施方式中，也存在将在加工对象物1的内部厚度方向的位置彼此不同的改质区域7形成4列以上的情况。例如，可以将背面侧改质区域71形成多列，也可以将中间改质区域72形成多列，也可以将表面侧改质区域73形成多列。
另外，在上述实施方式中，将“激光入射面”作为表面3，将“激光入射面的相反面”作为背面21，但是，在背面21作为“激光入射面”的情况下，表面3作为“激光入射面的相反面”。另外，在上述实施方式中，也可以将到达表面3及背面21的至少一方的龟裂从改质区域7产生。另外，本发明的一个方面也可以作为通过上述激光加工装置或者方法制造的芯片来掌握。
图17是用于说明在激光的聚光位置产生的像差的图。在激光L是平面波(平面的波面(相位))时，几何学上聚束在1点。另一方面，通常，平面波的激光L由于各种各样的影响而使波面变化，具有在加工对象物1内被聚光的激光L不聚束于1点、即像差自然地发生的情况。像差例如包含赛德尔像差(散光像差、慧型像差、球面像差，像面弯曲及扭曲(失真)像差)，另外，包含纵向(沿着光轴方向的方向)的像差即纵像差、及与纵向交叉的方向的像差即横像差。
例如如图17所示，在激光L通过聚光光学系统204(参照图11)等而被聚光在加工对象物1的情况下，如果在聚光过程中被入射至加工对象物1的话，则不同的入射角的光线通过折射(斯涅尔的法则)而聚束在不同的位置的球面像差会自然地发生。即，如图所示，由于激光L被聚光在加工对象物1，在该聚光位置像差自然发生，沿着光轴方向的像差的范围(该激光L的强度成为加工阈值以上的范围)作为基准像差范围H而存在。
在此，通过相对于包含由于这样的激光L的聚光而产生的球面像差等的像差(以下，称为“聚光产生像差”)加上新的像差，从而可发现可以控制加工品质。加上新的像差的方法如上述实施方式那样，可以列举使用反射型空间光调制器203等的空间光调制器作为赋予像差的像差赋予部，通过该空间光调制器将激光L进行相位调制。所谓相位调制，是将激光L所具有的波面(相位)调制为任意形状。
作为相位调制的例子，例如可以列举实现轴棱锥透镜的作用的相位调制、实现衍射格子的作用的相位调制、使规定的球面像差产生的相位调制等。该相位调制的例子分别例如通过相对于反射型空间光调制器203，将轴棱锥透镜图案、衍射格子图案、规定的球面像差图案分别作为调制图案来显示，从而可以实施。顺便说一下，作为加上新的像差的方法，也有使用给予像差的透镜的情况、或在聚光过程将介质插入的情况，在这些的情况下，该透镜及该介质分别构成像差赋予部。
因此，在上述实施方式中在激光L的聚光位置，有时不仅包含由轴棱锥透镜图案Ax所产生的相位调制赋予的像差，而且包含聚光产生像差。另外，在形成背面侧改质区域71及表面侧改质区域73时即使在没有显示于反射型空间光调制器203的液晶层216的调制图案时，在激光L的聚光位置，也具有包含聚光产生像差的情况。另外，相对于由轴棱锥透镜图案Ax所产生的相位调制，也可以加上其它的相位调制(也可以将其它的图案的显示加到液晶层216)。
产业上的可利用性
根据本发明，可以提供能够提高加工品质的激光加工装置及激光加工方法。
符号的说明
1…加工对象物、5、5a、5b…切断预定线、7…改质区域、71…背面侧改质区域(改质区域)、72…中间改质区域、73…表面侧改质区域(改质区域)、100、300…激光加工装置、101、202…激光光源、203…反射型空间光调制器(空间光调制器)、204…聚光光学系统、216…液晶层(显示部)、a1…圆区域、a2…圆环区域、Ax…轴棱锥透镜图案、d…改质光点(dot)、Sx…改质点(spot)、L…激光。

Claims (4)

1.一种激光加工装置，其特征在于，
是通过将激光聚光于加工对象物从而沿着切断预定线在所述加工对象物的内部形成改质区域的激光加工装置，
具备：
将所述激光射出的激光光源；
调制由所述激光光源射出的所述激光的相位的空间光调制器；及将通过所述空间光调制器调制后的所述激光聚光于所述加工对象物的聚光光学系统，
所述空间光调制器通过将轴棱锥透镜图案作为调制图案来显示，从而以在所述加工对象物的内部在沿着激光照射方向接近排列的多个位置形成聚光点的方式将所述激光聚光，由此形成具有在所述加工对象物的内部的所述多个位置形成的改质光点的改质点，
对应于欲形成的所述改质点，调整所述轴棱锥透镜图案的圆环区域的数量，
根据所述加工对象物的厚度方向上的改质点形成位置，切换在使调制图案不显示于所述空间光调制器的显示部而在所述加工对象物的内部形成通常的改质点的情况下的激光加工的执行、和在使所述轴棱锥透镜图案显示于所述显示部而在所述加工对象物的内部形成具有在沿着所述激光照射方向接近排列的所述多个位置形成的多个改质光点的纵长的改质点的情况下的激光加工的执行，
在显示所述轴棱锥透镜图案的情况下，通过增减作为所述轴棱锥透镜图案的圆环区域的数量的参数数，从而能够增减所述聚光点的数量。
2.如权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，
所述激光加工装置是沿着所述切断预定线在所述加工对象物的内部形成多个所述改质点，并由多个所述改质点形成所述改质区域的激光加工装置，
所述空间光调制器在沿着所述激光照射方向接近排列的所述多个位置的各个上形成所述改质光点，
多个所述改质光点在所述激光照射方向上构成长条形状的所述改质点。
3.如权利要求1或2所述的激光加工装置，其特征在于，
在所述空间光调制器的所述显示部中，
所述轴棱锥透镜图案具有相对于入射的所述激光位于中心的圆区域、及被划设于所述圆区域的周围并与该圆区域同心的多个所述圆环区域，
在所述圆区域及多个所述圆环区域中，设定成随着从径向外侧朝内侧行进明亮度逐渐变亮。
4.一种激光加工方法，其特征在于，
是通过将激光聚光于加工对象物从而沿着切断预定线在所述加工对象物的内部形成改质区域的激光加工方法，
所述激光加工方法具备将从激光光源射出的所述激光的相位通过空间光调制器调制并将通过所述空间光调制器调制后的所述激光聚光于所述加工对象物的工序，
将所述激光聚光的工序包括通过将轴棱锥透镜图案作为调制图案显示于所述空间光调制器从而以在所述加工对象物的内部在沿着激光照射方向接近排列的多个位置形成聚光点的方式将所述激光聚光，由此形成具有在所述加工对象物的内部的所述多个位置形成的改质光点的改质点，对应于欲形成的所述改质点，调整所述轴棱锥透镜图案的圆环区域的数量的工序，
根据所述加工对象物的厚度方向上的改质点形成位置，切换在使调制图案不显示于所述空间光调制器的显示部而在所述加工对象物的内部形成通常的改质点的情况下的激光加工的执行、和在使所述轴棱锥透镜图案显示于所述显示部而在所述加工对象物的内部形成具有在沿着所述激光照射方向接近排列的所述多个位置形成的多个改质光点的纵长的改质点的情况下的激光加工的执行，
在显示所述轴棱锥透镜图案的情况下，通过增减作为所述轴棱锥透镜图案的圆环区域的数量的参数数，从而能够增减所述聚光点的数量。
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