CN1902024A - 激光加工方法及激光加工装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可尽量减少激光的集光点在加工对象物端部的偏离且可效率好地进行激光加工的激光加工方法。此激光加工方法具备：位移取得步骤(S06～S07)，其是以透镜把用以测定加工对象物的主面位移的第二激光聚光而照射，且一边检测根据该照射的反射光一边取得从加工对象物的切断预定线上的一点到一端之间的位移；和位置设定步骤(S08～S09)，是依据该取得的位移而相对于加工对象物主面设定保持透镜的初期位置，并在该设定的初期位置保持透镜；且在透镜保持在初期位置的状态下照射加工用的第一激光而在切断预定线的一端部上形成改质区域之后，解除保持透镜的状态而一边调整透镜的位置一边形成改质区域。

Description

激光加工方法及激光加工装置
技术领域
本发明涉及用于通过照射激光而对加工对象物进行加工的激光加工方法及激光加工装置。
背景技术
在现有的激光加工技术中，有相对于将用于对加工对象物进行加工的激光聚光的聚光透镜，取规定的间隔而并设测定加工对象物的主面高度的测定装置(接触式位移计或超音波测距计等)的激光加工技术(例如，参照下述专利文献1的图6～图10。)。在这种激光加工技术中，在沿着加工对象物的主面以激光扫描时，通过测定装置来测定加工对象物的主面高度，在其测定点到达聚光透镜的正下方时，依据其主面高度的测定值，在其光轴方向上驱动聚光透镜，使得聚光透镜与加工对象物的主面的距离成为一定。
此外，作为加工主面凸凹的加工对象物的技术，是，作为加工准备，用平面度测定装置(具有聚光灯与反射光受光器的平面度测定器)测定施予加工的部分所有的平面度之后，依据所测定的平面度对加工对象物进行加工的技术(例如，参照下述专利文献2。)。
专利文献1：日本专利特开2002-219591号公报
专利文献2：日本专利特开平11-345785号公报
发明内容
然而，在上述专利文献1记载的激光加工技术中，有如下应解决的课题。即，在由加工对象物的外侧位置开始激光的照射并使激光与加工对象物沿着其主面移动而进行加工时，测定装置从加工对象物的外侧开始测定，而朝加工对象物的内侧进行测定。于是，依据由此测定所得的主面高度的测定值而驱动聚光透镜时，有时在加工对象物的端部激光的聚光点会偏离。
此外，在使用上述专利文献2所记载的技术时，虽然可正确地把握加工对象物的主面的平面度，但是因为必须在加工准备与实际的加工中两次扫描相同部位，所以花费时间而加工效率降低。
于是本发明，目的在于提供一种可尽量减少加工对象物的端部上的激光的聚光点的偏离且可有效率地进行激光加工的激光加工方法及激光加工装置。
本发明者们为解决上述课题进行了各种研究。首先，对使加工用的第一激光与用于测定加工对象物的主面的位移的第二激光在同一轴线上朝加工对象物照射的加工方法进行了研究。对此研究内容，参照图10(A)～图10(C)来说明。
图10(A)中，是从激光单元804对固定在切割薄膜(dicing film)802上的硅晶圆800照射激光而加工的情况，表示加工准备阶段。激光单元804包括，用于将激光朝硅晶圆800聚光的聚光透镜804a、用于保持聚光透镜804a的透镜保持部804b、以及相对于硅晶圆800进退自如地保持透镜保持部804b的压电驱动器804c。在包含有激光单元804的激光加工装置上，除此之外还有称为激光光源的部位，但是在此省略它们的记载。在图10(A)的状态下，开始照射加工用的第一激光806以及用于测定硅晶圆800的主面800b的位移的第二激光808，移动载置着硅晶圆800的平台以使硅晶圆800向箭头A的方向移动(未图示)。要用第一激光806对硅晶圆800加工的是相当于切断预定线800a的位置。
在硅晶圆800往图10(A)的箭头A的方向移动时，如图10(B)所示，第一激光806及第二激光808的光轴处于与硅晶圆800交叉的位置。压电驱动器804c，以由第二激光808的反射光所检测的像散信号成为规定的值的方式使透镜保持部804b相对于硅晶圆800进退。因此，从图10(B)的状态开始，压电驱动器804c收缩而透镜保持部804b及聚光透镜804a上升。然而，硅晶圆800沿着图10(A)的箭头A的方向继续移动，所以会发生时滞(time lag)，直到透镜保持部804b及聚光透镜804a上升到规定的位置，第一激光806的聚光点对准在切断预定线800a上为止。且，像散信号也被大大偏向而第一激光806的聚光点也偏离。
因此，如图10(C)所示，在直到第一激光806的焦点对准在切断预定线800a上而成为稳定状态为止的区间B中，非切断预定线800a的部分被激光加工。例如，硅晶圆800的厚度为100μm，若发生15mS的时间延迟，则在加工速度为100mm/S时，区间B的长度在理论上为1.5mm。
此外，在图10(A)～图10(C)中是对理想的平面度高的硅晶圆800作考虑，但是也可考虑例如端部翘曲的情况。有关端部翘曲的硅晶圆的例子，参照图11(A)～图11(C)进行说明。
图11(A)中是从激光单元804照射激光而加工固定在切割薄膜802的硅晶圆810的情况，表示加工准备阶段。激光单元804，与参照图10(A)～图10(C)进行说明的相同。硅晶圆810，其端部翘曲。硅晶圆810的切断预定线810a设定成位于从主面810b起等距离的位置。
当硅晶圆800沿着图11(A)的箭头A的方向移动时，如图11(B)所示，第一激光806及第二激光808的光轴处于与硅晶圆810交叉的位置。压电驱动器804c，以由第二激光808的反射光所检测的像散信号成为规定的值的方式使透镜保持部804b相对于硅晶圆810作进退。于是，由图11(B)的状态起，压电驱动器804c收缩且透镜保持部804b及聚光透镜804a上升。然而，硅晶圆810沿着图11(A)的箭头A的方向继续移动，所以会发生时滞，直到透镜保持部804b及聚光透镜804a上升到规定的位置，第一激光806的聚光点对准于切断预定线810a上为止。此外，因为硅晶圆810的端部翘曲，所以在透镜保持部804b及聚光透镜804a上升到规定的位置时，从图11(B)的虚线C的位置起相对于主面810b的实际位置的间隙(gap)被反映而引起过冲(overshoot)。
因此，如图11(C)所示，在直到第一激光806的聚光点在切断预定线810a上对准而成稳定状态为止的区间D中，非切断预定线800a的部分会被激光加工。此区间D的长度倾向于正因为过冲的量而较图10(C)中的区间B的长度还长。于是本发明者们着眼于在加工对象物的端部上的处理。本发明是依据此等知识见解而完成的。
本发明的激光加工方法，是将第一激光以透镜聚光并使聚光点对准加工对象物的内部进行照射，沿着加工对象物的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，其具备：(1)位移取得步骤，向加工对象物照射用于测定加工对象物的主面的位移的第二激光，根据该照射检测由主面反射的反射光，同时取得切断预定线上的一点与切断预定线的一端之间的位移；(2)位置设定步骤，基于该取得的位移而设定相对于加工对象物的主面保持透镜的初期位置，在该设定的初期位置上保持透镜；以及加工步骤，以在初期位置保持该透镜的状态照射第一激光，并在切断预定线的一端部形成改质区域，在该一端部上形成改质区域后，解除在初期位置上保持透镜的状态，调整透镜的位置，同时形成改质区域。
根据本发明的激光加工方法，因为取得切断预定线上的一点与切断预定线的一端之间的变位，而依据取得的变位设定保持透镜的初期位置，所以即使例如在加工对象物的端部产生像弯曲之类的形状变动，也可将透镜保持在符合这种端部的状态的初期位置。此外，因为是在将透镜保持于初期位置的状态下在切断预定线的一端部形成改质区域，所以可尽量排除由加工对象物的端部的形状变动所造成的影响而形成改质区域。并且，在切断预定线的一端部形成改质区域之后，解除保持透镜的状态，而一边调整透镜的位置一边形成改质区域，所以可在加工对象物内部的规定的位置形成改质区域。
此外，也优选，本发明的激光加工方法，在位移取得步骤中，不照射第一激光而照射第二激光。因为在取得加工对象物的主面的位移时不照射第一激光，所以可在加工对象物上不形成改质区域而取得主面的位移。
此外，还优选，本发明的激光加工方法，将第一激光和第二激光以所述透镜聚光而在同一轴线上朝加工对象物照射。因为第一激光与第二激光被透镜集光且在同一轴线上照射，所以可防止例如由于载置加工对象物的平台的振动而造成第一激光的集光点的位置自加工对象物内部的规定的位置偏离的问题。
此外，还优选，本发明的激光加工方法，在位移取得步骤中，从切断预定线的一点朝向切断预定线的一端取得位移。由于若从切断预定线的内侧向外侧取得位移则取得连续变化的面的位移，所以可以稳定地取得位移。
此外，还优选，本发明的激光加工方法，在位移取得步骤中，也同时取得第二激光的反射光的光量，在位置设定步骤中，依据在该取得的光量的变化量成为极值的部位上的位移而设定初期位置。由于反射光的光量根据与反射的面的距离而变化，所以可认为在反射光的光量的变化量成为极值的部位附近主面的位移变得急剧。因此，假设此部位相当于加工对象物的主面的外缘，可依据其部位上的主面的位移而设定初期位置。
此外，还优选，本发明的激光加工方法，在位移取得步骤中，也同时取得第二激光的反射光的光量，在位置设定步骤中，依据在该取得的光量成为规定的临界值的部位上的位移而设定初期位置。反射光的光量根据与反射的面的距离而变化。因此，若将规定的临界值设定为与主面的高度对应的值，则可假设反射光的光量成为指定的临界值的部位相当于加工对象物的主面的外缘，依据在其部位上的主面的位移而设定初期位置。
此外，还优选，本发明的激光加工方法，在加工步骤中，将第二激光朝向加工对象物的主面照射，依据根据该照射而由主面所反射的反射光的光量而解除在初期位置保持透镜的状态。反射光的光量根据与反射的面的距离而变化。因此，可依反射光的光量而设想相当于加工对象物的主面的外缘的部位，可在其部位上解除将透镜保持在初期位置的状态。
此外，还优选，本发明的激光加工方法，在加工步骤中，在反射光的光量的变化量成为极大值之后，解除将透镜保持在初期位置的状态。反射光的光量根据与反射的面的距离而变化，所以可认为在反射光的光量的变化量成为极值的部位附近，主面的位移变得急剧。因此，可设想此部位相当于加工对象物的主面的外缘，在其部位形成改质区域后解除将透镜保持在初期位置的状态。
此外，还优选，本发明的激光加工方法，在加工步骤中，在反射光的光量成为规定的临界值之后，解除将透镜保持在初期位置的状态。反射光的光量根据与反射的面的距离而变化。因此，若将规定的临界值设定为对应于主面的高度的值，则可设想反射光的光量成为规定的临界值的部位相当于加工对象物的主面的外缘，可在其部位形成改质区域后解除将透镜保持在初期位置的状态。
本发明的激光加工装置，是使聚光点对准加工对象物的内部而照射第一激光，以沿着加工对象物的切断预定线而在加工对象物的内部形成改质区域的激光加工装置，具备：透镜，使第一激光和用于测定加工对象物的主面的位移的第二激光朝向加工对象物聚光；位移取得装置，根据第二激光的照射检测由主面反射的反射光而取得主面的位移；移动装置，使加工对象物和透镜沿着主面相对地移动；保持装置，相对于主面进退自如地保持透镜；及控制装置，控制移动装置及保持装置各自的动作；且照射第二激光的同时，控制装置以使加工对象物和透镜沿着切断预定线相对移动的方式控制移动装置，位移取得装置取得切断预定线的一点与切断预定线的一端之间的位移，控制装置依据该取得的位移以使透镜被保持于设定的初期位置的方式控制保持装置；且在初期位置保持该透镜的状态下照射第一激光的同时，控制装置以使加工对象物和透镜沿着切断预定线相对移动的方式控制移动装置而在切断预定线的一端部形成改质区域；在该一端部形成改质区域之后，控制装置以解除在初期位置保持透镜的状态而调整并保持透镜的位置的方式控制保持装置，且以使加工对象物和透镜沿着切断预定线相对移动的方式控制移动装置而形成改质区域。
根据本发明的激光加工装置，因为是取得切断预定线的一点与切断预定线的一端之间的位移，而将透镜保持于基于该取得的位移的初期位置，所以即使例如在加工对象物的端部产生像弯曲之类的形状变动，也可将透镜保持在符合此种端部状态的初期位置。此外，因为是在将透镜保持于初期位置的状态下在切断预定线的一端部形成改质区域，所以可形成不依存于加工对象物的端部的形状变动的改质区域。并且，在切断预定线的一端部形成改质区域之后将保持透镜的状态解除，而一边调整透镜的位置一边形成改质区域，所以可使透镜与加工对象物的主面的距离维持一定而形成改质区域。
此外，还优选，在本发明的激光加工装置中，控制装置以使加工对象物和透镜沿着切断预定线相对移动的方式控制移动装置，且在位移取得装置取得切断预定线的一点与切断预定线的一端之间的位移时，不照射第一激光而照射第二激光。由于在取得加工对象物的主面的位移时不照射第一激光，所以可以不在加工对象物上形成改质区域而取得主面的位移。
此外，还优选，在本发明的激光加工装置中，透镜使第一激光与第二激光在同一轴线上朝加工对象物聚光。第一激光和第二激光是在同一轴线被照射，所以可防止例如由于载置加工对象物的平台的振动等而造成第一激光的集光点的位置自加工对象物内部的规定的位置偏离的问题。
此外，还优选，在本发明的激光加工装置中，控制装置以使第二激光从切断预定线的一点到一端照射的方式控制移动装置，位移取得装置根据该第二激光的照射而从切断预定线的一点朝一端取得位移。若从切断预定线的内侧向外侧取得变位则可取得连续变化的面的位移，所以可以稳定地取得位移。
此外，还优选，在本发明的激光加工装置中，位移取得装置也同时取得第二激光的反射光的光量，控制装置依据该取得的光量的变化量成为极值的部位上的位移而设定初期位置。反射光的光量根据与反射的面的距离而变化，所以可认为在反射光的光量的变化量成为极值的部位附近，主面的位移变得急剧。因此，可设想此部位相当于加工对象物的主面的外缘，依据其部位的主面的位移而设定初期位置。
此外，还优选，在本发明的激光加工装置中，位移取得装置也同时取得第二激光的反射光的光量，控制装置、依据该取得的光量成为规定的临界值的部位的位移而设定初期位置。反射光的光量根据与反射的面的距离而变化，所以可认为在反射光的光量的变化量成为极值的部位附近，主面的位移变得急剧。因此，可设想此部位相当于加工对象物的主面的外缘，依据其部位的主面的位移而设定初期位置。
此外，还优选，在本发明的激光加工装置中，控制装置以依据第二激光的反射光的光量而解除在初期位置保持透镜的状态的方式控制保持装置。反射光的光量根据与反射的面的距离而变化。因此，可依反射光的光量而设想相当于加工对象物的主面的外缘的部位，可在其部位形成改质区域之后解除将透镜保持在初期位置的状态。
此外，还优选，在本发明的激光加工装置中，控制装置，以在反射光的光量的变化量成为极大值之后解除将透镜保持在初期位置的状态的方式控制保持装置。反射光的光量根据与反射的面的距离而变化，所以可认为在反射光的光量的变化量成为极值的部位附近，主面的位移变得急剧。因此，可设想此部位相当于加工对象物的主面的外缘，在其部位形成改质区域之后解除将透镜保持在初期位置的状态。
此外，还优选，在本发明的激光加工装置中，控制装置，以在反射光的光量成为指定的临界值之后解除将透镜保持在初期位置的状态的方式控制保持装置。反射光的光量根据与反射的面的距离而变化。因此，若将规定的临界值设定成对应主面的高度的值的话，则可设想反射光的光量成为规定的临界值的部位相当于加工对象物的主面的外缘，可在其部位形成改质区域之后解除将透镜保持在初期位置的状态。
根据本发明的激光加工方法及激光加工装置，可尽量减少加工对象物的端部的激光的聚光点的偏离且效率好地进行激光加工。
附图说明
图1是表示本实施方式的激光加工装置的构成的图。
图2是表示本实施方式的激光加工装置所具备的控制装置的功能性构成的图。
图3是表示用于说明本实施方式的加工对象物的图。
图4是用于说明本实施方式的激光加工方法的图。
图5是用于说明本实施方式的激光加工方法的图。
图6是用于说明本实施方式的激光加工方法的图。
图7是用于说明本实施方式的激光加工方法的图。
图8是用于说明本实施方式的激光加工方法的图。
图9是用于说明本实施方式的激光加工方法的图。
图10是用于说明达到本发明的研究内容的图。
图11是用于说明达到本发明的研究内容的图。
符号的说明
1…激光加工装置，2…平台，3…激光头单元，4…光学系统本体部，5…物镜单元，6…激光出射装置，7…控制装置，S…加工对象物，R…改质区域，42…加工用物镜，43…驱动器，13…激光头，44…激光二极管，45…受光部
具体实施方式
本发明的见解，可通过参照仅作为例示而表示的附图并考虑以下的详细记述而容易理解。接着，一边参照附图一边说明本发明的实施方式。可能的情况下，对相同部分赋予相同符号并省略重复的说明。
参照图1对本实施方式的激光加工装置进行说明。如图1所示，激光加工装置1是，使聚光点P对准在平台2(移动装置)上所载置的平板状的加工对象物S的内部而照射加工用激光L1(第一激光)，而在加工对象物S的内部形成由多光子吸收所产生的改质区域R的装置。平台2可朝上下方向及左右方向移动及旋转移动，在此平台2的上方配置有主要由激光头单元3、光学系统本体部4及物镜单元5所构成的激光出射装置6。此外，激光加工装置1具备控制装置7(控制手段)，控制装置7对平台2及激光出射装置6输出用于控制各个动作(平台2的移动、激光出射装置6的激光的出射等)的控制信号。
激光头单元3被装卸自如地安装在光学系统本体部4的上端部。此激光头单元3具有L字状的冷却护套11，在此冷却护套11的纵壁11a内，以蛇行的状态埋设有流通冷却水的冷却管12。此纵壁11a的前面安装有使加工用激光L1朝下方出射的激光头13、以及选择性进行开放及闭锁由此激光头13所出射的加工用激光L1的光路的快门单元14。由此，可防止激光头13及快门单元14的过热。此外，激光头13是使用例如Nd：YAG激光的，出射脉宽1μs以下的脉冲激光作为加工用激光L1。
另外，在激光头单元3中，在冷却护套11的底壁11b的下面，安装有用于调整冷却护套11的倾斜等的调整部15。此调整部15是用于使从激光头13所出射的加工用激光L1的光轴α可在上下方向延伸那样地与光学系统本体4及物镜单元5中设定的轴线β一致的。即，激光头单元3经由调整部15而被安装在光学系统本体部4上。在其后，当利用调整部15调整冷却护套11的倾斜时，伴随着冷却护套11的活动，激光头13的倾斜等也被调整。由此，加工用激光L1以其光轴α与轴线β一致的状态在光学系统本体4内行进。此外，在冷却护套11的底壁11b、调整部15及光学系统本体部4的箱体21上形成有通过加工用激光L1的贯通孔。
此外，在光学系统本体部4的箱体21内的轴线β上，从上到下以此顺序配置有，放大从激光头13所出射的加工用激光L1的射束尺寸的光束扩展器22、调整加工用激光L1的输出的光衰减器23、和观察由光衰减器23所调整的加工用激光L1的输出的输出观察光学系统24、以及调整加工用激光L1的偏光的偏光调整光学系统25。此外，在光衰减器23上安装有吸收被除去的激光的光束阻尼器(beam damper)26，此光束阻尼器26通过热管27而与冷却护套11连接。由此，可防止吸收有激光的光束阻尼器26的过热。
并且，为了观察被载置在平台2上的加工对象物S，在光学系统本体部4的箱体21上安装有将观察用可视光导光的光导管28，在箱体21内配置有CCD相机29。观察用可视光通过光导管28导入箱体21内，而在依次通过视场光阑31、标度线32、分色镜33等之后，再被配置在轴线β上的分色镜34所反射。被反射的观察用可视光在轴线β上朝下方行进并被照射在加工对象物S上。此外，加工用激光L1透过分色镜34。
并且，被加工对象物S的表面S1反射的观察用可视光的反射光在轴线β上朝上方行进并由分色镜34反射。由此分色镜34所反射的反射光再被分色镜33反射并通过成像透镜35等而入射CCD相机29。由此CCD相机29所摄像的加工对象物S的图像被映出在监视器(未图示)上。
此外，物镜单元5，被装卸自如地安装在光学系统本体部4的下端部。物镜单元5，因为是利用多个定位销而相对于光学系统本体部4的下端部定位，所以可容易地使设定在光学系统本体4中的轴线β与设定在物镜单元5中的轴线β一致。在此物镜单元5的箱体41的下端，介于使用压电元件的驱动器43(保持装置)，而以光轴与轴线β一致的状态安装有加工用物镜42。此外，在光学系统本体部4的箱体21及物镜单元5的箱体41上，形成有通过加工用激光L1的贯通孔。此外，在由加工用物镜42所聚光的加工用激光L1的聚光点P上的峰值功率密度为1×108(W/cm2)以上。
而且，在物镜单元5的箱体41内，为使加工用激光L1的聚光点P位于从加工对象物S的表面S1起规定的深度上，配置有出射测距用激光L2(第二激光)的激光二极管44以及受光部45。测距用激光L2从激光二极管44出射，由反射镜46、半透半反镜47依次反射之后，被配置在轴线β上的分色镜48所反射。被反射的测距用激光L2在轴线β上朝下方行进，通过加工用物镜42而被照射在加工对象物S的表面S1上。此外，加工用激光L1透过分色镜48。
接着，由被加工对象物S的表面S1反射的测距用激光L2的反射光，再入射在加工用物镜42上而在轴线β上朝上方行进，再由分色镜48反射。由此分色镜48所反射的测距用激光L2的反射光通过半透半反镜47而入射在受光部45内，并聚光在将光电二极管4等分而成的4分割位置检测元件(位移取得装置)上。依据被聚光在此4分割位置检测元件上的测距用激光L2的反射光的聚光像图案，可检测来自加工用物镜42的测距用激光L2的聚光点相对于加工对象物S的表面S1位于哪个位置。被聚光在4分割位置检测元件上的测距用激光L2的反射光的聚光像图案的相关信息，被输出至控制装置7。控制装置7依据此信息而对驱动器43输出指示保持加工用物镜42的位置的控制信号。
控制装置7物理上具备，用于进行平台2与激光出射装置6信号的授受的接口、CPU(中央运算装置)、以及存储器或HDD之类的存储装置，且CPU依据存储装置所储存的程序进行规定的信息处理，再将其信息处理的结果作为控制信号而通过接口向平台2及激光出射装置6输出。
控制装置7的功能性构成在图2中表示。如图2所示，控制装置7在功能性方面具备，激光出射控制部701、平台移动控制部702、驱动器控制部703、聚光点运算部704、以及端部判断部705。激光出射控制部701是将控制加工用激光L1及测距用激光L2的出射的信号分别向激光头单元3的激光头13及物镜单元5的激光二极管44输出的部分。平台移动控制部702是将控制平台2的移动的控制信号向平台2输出的部分。驱动器控制部703是将控制驱动器43的驱动的控制信号向物镜单元5的驱动器43输出的部分。聚光点运算部704是依据从物镜单元5的受光部45所输出的像散信号而算出加工对象物S与测距用激光L2的聚光点的距离的部分。端部判断部705是依据受光部45所受光的光量而判断加工用物镜42是否位于与加工对象物S的端部对应的位置的部分。此外有关各功能性构成要素的动作如后述。
对根据以上那样构成的激光加工装置1的激光加工方法的概要进行说明。首先，在平台2上载置加工对象物S，使平台2移动而使加工用激光L1的聚光点P对准加工对象物S的内部。此平台2的初期位置是依据加工对象物S的厚度、折射率、加工用物镜42的数值孔径等所决定。
接着，从激光头13出射加工用激光L1，同时从激光二极管44出射测距用激光L2，以使由加工用物镜42所聚光的加工用激光L1及测距用激光L2在加工对象物S的所期望的线(切断预定线)上扫描的方式移动平台2。此时，测距用激光L2的反射光被受光部45检测，驱动器43受控制装置7反馈控制、使得加工用激光L1的聚光点P的位置总是位于距离加工对象物S的表面S1的一定深度，加工用物镜42的位置被沿着轴线β方向微调整。
因此，例如即使在加工对象物S的表面S1具有面振，也可在距表面S1一定深度的位置形成由多光子吸收所造成的改质区域R。当如此在平板状的加工对象物S的内部形成线状的改质区域R时，其线状的改质区域R成为起点而产生破损，沿着线状改质区域R可容易且高精度地将加工对象物S切断。
对使用本实施方式的激光加工装置1的激光加工方法、更具体地进行说明。在此激光加工方法的说明中，也一并说明激光加工装置1的动作。
本实施方式的激光加工方法，因为可分成，只照射用于测定晶圆状的加工对象物S的表面(主面)S1的位移的测距用激光L2的准备工序，以及同时照射加工用激光L1和测距用激光L2的加工工序，所以对准备工序及加工工序分别进行说明。
(准备工序)首先，对只照射测距用激光L2的准备工序进行说明。
图3为加工对象物S的平面图。在加工对象物S上设定有n条切断预定线C1～Cn，在后面说明的加工工序中分别在该切断预定线C1～Cn上进行激光加工。在此准备工程中，取得在各切断预定线C1～Cn的各个端部的加工对象物S的表面S1的位移，再依据其取得的位移设定加工用物镜42(参照图1)的初期位置。例如，在切断预定线C1上，取得从切断预定线C1上的一点Q1朝图中左侧至切断预定线C1的一端为止的位移，依据其取得的位置以设定加工用物镜42(参照图1)的初期位置，在其设定的初期位置上使平台2移动、以使加工用物镜42位于切断预定线C1的延长线上的点X1上。更详细地参照图4(A)～图4(C)进行说明。
图4(A)～图4(C)是表示图3的II-II断面的图。此外，为了容易理解，在图4(A)～图4(C)中省略表示断面的剖面线。如图4(A)所示，加工对象物S介于切割薄膜2a而被吸附固定在平台2上。切割薄膜2a由切割环(未图示)固定。如图4(A)所示，以在与加工对象物2的切断预定线C1上的一点Q1对应的位置上配置加工用物镜42的方式移动平台2。保持加工用物镜42的驱动器43从最收缩的状态成为伸长到25μm的状态。此伸长量25μm被作为驱动器43的最大伸长量50μm的一半的量而设定。在此状态以观察用可视光的反射光的焦点对准的方式使平台2上下。
接着，如图4(B)所示，平台2从图4(A)的状态进一步上升规定的距离(以下称为加工高度)，加工对象物S的表面S1与加工用物镜42的距离被设定为从图4(A)中的距离尽可能靠近加工高度的量。在此，若设定可视域的焦点位置与激光的聚光位置一致，则加工用激光L1成为被聚光在加工对象物S的内部且位于相当于距其表面S1的加工高度和加工对象物S的在激光波长上的折射率的乘积的值的位置。例如，若加工对象物S为硅晶圆、且其折射率为3.6(波长1.06μm)、加工高度为10μm的话，则聚光在3.6×10＝36μm的位置。在图4(B)所示的状态从测距用激光L2的反射光获得像散信号，并将此像散信号的值作为基准值。以由测距用激光L2的反射光获得的像散信号成为此基准值的方式，一边调整驱动器43的伸缩量一边移动平台2以使加工用物镜42向图4(B)中箭头E的方向移动。即，驱动器43的伸缩量根据加工对象物S的表面S1的位移而变化，所以在此工序中取得加工对象物S的表面S1的位移。
从图4(B)所示状态到图4(C)所示状态，加工用物镜42在从切断预定线C1上的一点Q1至切断预定线C1的一端所对应的位置上移动。在此间，以使从测距用激光L2的反射光获得的像散信号成为上述基准值的方式调整驱动器43。当加工用物镜42从图4(C)所示的状态进一步成为位于加工对象物S的外侧时，则测距用激光L2被照射在加工对象物S以外的部分、即切割薄膜2a上。由于在切割薄膜2a上测距用激光L2的反射率低，所以受光部45(参照图1)的4分割位置检测元件所检测的测距用激光L2的反射光的总光量变小。因此，在受光部45(参照图1)的4分割位置检测元件所检测的总光量变得较预先定的临界值还小时，作为加工用物镜42位于相当于切断预定线C1的一端的位置(作为成为相当于图4(C)的状态)，保持在其时间点的驱动器的伸长量而设为初期位置。加工用物镜42以在其初期位置被保持的状态，以加工用物镜42位于切断预定线C1的延长线上的点X1的位置的方式使平台2移动而成为待机状态。
此外，虽然在上述的说明中，为了检测加工用物镜42位在相当于切断预定线C1的一端的位置，依据的是受光部45(参照图1)的4分割位置检测元件所检测的总光量较预先定的临界值还小的情况，但并不限于此也可适用其它基准。参照图5(A)～图5(B)说明其一例。图5(A)是在纵轴取受光部45(参照图1)的4分割位置检测元件所检测的总光量，横轴取时间，记录在图4(B)～图4(C)的状态中的受光部45(参照图1)的4分割位置检测元件所检测的总光量的变化的图。此时如上所述，在低于预先决定的临界值T1的时间点，判断加工用物镜42位于相当于切断预定线C1的一端的位置上。
从图5(A)的图表，算出每规定的间隔(例如，各取样点(samplingpoint))、由后面的总光量的值减去前面的总光量的值的差分的变化量，再在图5(B)中表示以纵轴取变化量而横轴取时间的图。此时，可认为出现负峰的部分是总光量的变化最大的点、即相当于加工对象物S的缘部(外缘)中央附近的部分。于是，也可以以相当于此部分的驱动器43的伸缩量来固定。
对此准备工序中的激光加工装置1的动作，参照图6所示的流程图进行说明。控制装置7的平台控制部702对平台2输出控制信号而使加工用物镜42移动到C1上的一点Q1(步骤S01)。平台2根据此控制信号的输出而移动。然后控制装置7的驱动器控制部703对驱动器43输出控制信号使其伸长25μm(步骤S02)。根据此控制信号的输出，驱动器43伸长25μm。在此状态以由可视观察光而使焦点对准的方式使平台2上下，设定其可视观察光的焦点对准的位置，加工用物镜42及加工对象物S成为在图4(A)中说明的状态(步骤S03)。
控制装置7的平台移动控制部702对平台2输出控制信号以使其上升规定的加工高度(例如，10μm)(步骤S04)。平台根据此控制信号的输出而上升10μm，加工用物镜42及加工对象物S成为在图4(B)所说明的状态。
控制装置7的激光出射控制部701对激光二极管44输出控制信号而使测距用激光L2出射(步骤S05)。根据此控制信号的输出，激光二极管44出射测距用激光L2，且在加工对象物S的表面S1被反射的反射光由受光部45的4分割位置检测元件所受光。根据此受光而被输出的信号被输出到聚光点运算部704及端部判断部705。
聚光点运算部704将此状态的像散信号值作为基准值进行保持。以使成为此保持的基准值的方式向驱动器控制部703输出指示信号(步骤S06)。接着，由平台移动控制部702对平台2输出控制信号，以使加工用物镜42沿着图4(B)的箭头E方向移动到加工对象物S的切断预定线C1上(步骤S07)。平台2根据此控制信号的输出而移动，驱动器43根据对象物S的表面S1的位移而伸缩，并保持加工用物镜42使得测距用激光L2的聚光点位置变为基准位置。
端部判断部705依据从受光部45所输出的信号，判断加工用物镜42是否临近加工对象物S的端部(步骤S08)。端部判断部705，如果判断出加工用物镜42临近加工对象物S的端部，则对驱动器控制部703输出指示使得停止驱动器43伸缩的控制信号的指示信号。根据此指示信号的输出，驱动器控制部703对驱动器43输出用以停止伸缩而成为保持状态的控制信号(步骤S09)。驱动器43根据此控制信号的输出而停止伸缩。平台移动控制部702，在加工用物镜42一临近切断预定线C1的延长线上的点X1时，即对平台2输出控制信号而使移动停止(步骤S10)。
(加工工序)接着，对照射加工用激光L1及测距用激光L2的加工工序进行说明。
与图4(A)～图4(C)同样地，一边参照表示图3的II-II断面的图7(A)～图7(C)一边进行说明。此外，为了容易理解，在图7(A)～图7(C)中省略表示断面的剖面线。图7(A)紧接着图4(C)的状态而表示加工用物镜42在切断预定线C1的延长线上的点X1上处于待机状态的样子。驱动器43以在图4(C)中设定的伸长量固定。即，维持在步骤S09中的保持状态。在图7(A)的状态照射加工用激光L1及测距用激光L2。以加工用物镜42在图中箭头F方向移动的方式移动平台2。
加工用物镜42向图7(A)的箭头F方向移动时，到达与加工对象物S的切断预定线C1交叉的位置，处于图7(B)中所示的状态。测距用激光L2在切割薄膜2a中反射率低且被反射的总光量少，但在加工对象物S中被反射的总光量增大。即，因为受光部45(参照图1)的4分割位置检测元件所检测的测距用激光L2的反射光的总光量变多，所以在反射光的总光量超过预先规定的临界值时，可判断加工对象物S的切断预定线C1与加工用物镜42处在交叉的位置。因此，在受光部45(参照图1)的4分割位置检测元件所检测的总光量较预先规定的临界值还大时，作为加工用物镜42位于相当于切断预定线C1的一端的位置的情况(作为成为相当于图7(B)的状态的情况)，解除在其时间点的驱动器的伸长量的保持，而以像散信号成为基准值的方式开始驱动器43的伸长量控制。此外，在图7(B)的区间G(一端部)以一定的加工高度形成改质层。
然后，加工用物镜42沿着切断预定线C1移动，且由加工用激光L1形成改质层R。其间，以从测距用激光L2的反射光获得的像散信号成为上述基准值的方式调整驱动器43。
此外，虽然在上述的说明中，为了检测加工用物镜42到达相当于切断预定线C1的一端的位置，依据受光部45(参照图1)的4分割位置检测元件所检测的总光量比预先规定的临界值还大的情况，但不限于此亦可适用其它基准。将其一例参照图8(A)～图8(B)来进行说明。图8(A)为，纵轴取受光部45(参照图1)的4分割位置检测元件所检测的总光量，横轴取时间，而记录相当于图7(B)～图7(C)的受光部45(参照图1)的4分割位置检测元件所检测的总光量的变化的图。在此时，如同上述，在高于预先规定的临界值T2的时间点、判断加工用物镜42到达相当于切断预定线C1的一端的位置。
从图8(A)的图表，算出每规定的间隔(例如，各取样点(samplingpoint))、将后面的总光量的值减去前面的总光量的值的差分的变化量，在图8(B)中表示在纵轴取变化量、在横轴取时间的图。此时，出现负的峰的部分，可视为总光量的变化最大的点，即相当于加工对象物S的缘部中央附近的部分。于是，在图8(A)所示的总光量成为临界值T2之后，也可在图8(B)所示的差分的峰值变化收敛之后开始驱动器43的追随。
对此加工工序中的激光加工装置1的动作，参照图9所示的流程图来进行说明。此外，激光加工装置1的平台2及加工用物镜42，经过准备工序而设定为处在参照图7(A)进行说明的状态。
控制部7的激光出射控制部701，分别对激光头13输出控制信号使出射加工用激光L1，对激光二极管44输出控制信号使出射测距用激光L2(步骤S11)。根据此控制信号的输出，加工用激光L1及测距用激光L2分别被出射。
控制装置7的平台控制部702对平台2输出控制信号而使加工用物镜42在图7(A)的箭头F方向移动(步骤S12)。平台2根据此控制信号的输出而开始移动。
控制装置7的端部判断部705依据从受光部45所输出的信号，判断加工用物镜42是否已临近加工对象物S的端部(步骤S13)。端部判断部705在判断出加工用物镜42临近加工对象物S的端部时即对驱动器控制部703输出指示信号，该指示信号指示输出控制信号、以使开始驱动器43的伸缩且使像散信号等于所保持的基准值。驱动器控制部703对驱动器43输出控制信号，用于开始伸缩，且使像散信号等于所保持的基准值(步骤S14)。根据此控制信号的输出，驱动器43根据加工对象物S的表面S1的位移而伸缩，且以测距用激光L2的聚光点位置成为基准位置的方式保持加工用物镜42。因此，在加工对象物S的表面S1的位移所对应的位置形成改质区域R(参照图7(C))。平台移动控制部702，在沿着切断预定线C1的改质区域R的形成完成、加工用物镜42向加工对象物S的外侧移动时，对平台2输出控制信号、以使其停止移动(步骤S15)。
上述的准备工序及加工工序在加工对象物S的全部的切断预定线C1～Cn上分别进行，且沿着各个切断预定线C1～Cn形成改质区域R。
在本实施方式中，从加工对象物S的切断预定线上的一点朝向切断预定线的一端，以可从测距用激光L2的反射光取得的像散信号成为一定的值的方式一边调整加工用物镜42与加工对象物S的距离一边使加工用物镜42移动，在加工对象物S的端部保持加工用物镜42与加工对象物S的距离而设定初期位置。因此，即使加工对象物S的端部弯曲，或者加工对象物S的厚度有波动，也可在配合其形状变动的初期位置保持加工用物镜42。
因为将加工用物镜42保持在此初期位置而照射加工用激光L1开始激光加工，所以可尽量排除加工对象物S的端部的形状变动的影响。
在将加工用物镜42保持在初期位置的状态下在加工对象物S的端部形成改质区域之后，解除保持加工用物镜42的状态，且以使加工用物镜42与加工对象物S的距离成一定的方式一边作调整一边形成改质区域，所以可以在从加工对象物S的表面S1起隔着一定距离的位置稳定地形成改质区域。
由于可沿着切断预定线而稳定地形成改质区域，所以在形成了改质区域之后、利用切割薄膜2a的扩张等方式将作为加工对象物的晶圆割断、分离成芯片状的工序中，即使在需要良好的切断质量且割断大量的晶圆时也可经常稳定地进行晶圆的割断。
产业上的可利用性
根据本发明的激光加工方法及激光加工装置，可尽量减少加工对象物的端部的激光的聚光点的偏离且可有效率地进行激光加工。

Claims (18)

1.一种激光加工方法，其特征在于，
是将第一激光以透镜聚光并使聚光点对准加工对象物的内部进行照射，沿着所述加工对象物的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，其具备：
位移取得步骤，向所述加工对象物照射用于测定所述加工对象物的主面的位移的第二激光，根据该照射检测由所述主面反射的反射光，同时取得所述切断预定线上的一点与所述切断预定线的一端之间的位移；
位置设定步骤，基于该取得的位移设定相对于所述加工对象物的主面保持所述透镜的初期位置，在该设定的初期位置上保持所述透镜；以及
加工步骤，以在初期位置保持该透镜的状态照射所述第一激光，并在所述切断预定线的一端部形成所述改质区域，在该一端部上形成所述改质区域后，解除在所述初期位置上保持所述透镜的状态，调整所述透镜的位置，同时形成所述改质区域。
2.如权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，
在所述位移取得步骤中，不照射所述第一激光而照射所述第二激光。
3.如权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，
将所述第一激光和所述第二激光以所述透镜聚光而在同一轴线上朝所述加工对象物照射。
4.如权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，
在所述位移取得步骤中，从所述切断预定线的一点朝向所述切断预定线的一端取得位移。
5.如权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，
在所述位移取得步骤中，也同时取得所述第二激光的反射光的光量，
在所述位置设定步骤中，依据该取得的光量的变化量成为极值的部位的位移而设定所述初期位置。
6.如权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，
在所述位移取得步骤中，也同时取得所述第二激光的反射光的光量，
在所述位置设定步骤中，依据该取得的光量成为规定的临界值的部位上的位移而设定所述初期位置。
7.如权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，
在所述加工步骤中，将所述第二激光朝向所述加工对象物的主面照射，依据根据该照射而由所述主面所反射的反射光的光量而解除在所述初期位置保持所述透镜的状态。
8.如权利要求7所述的激光加工方法，其特征在于，
在所述加工步骤中，在所述反射光的光量的变化量成为极大值之后，解除将所述透镜保持在所述初期位置的状态。
9.如权利要求7所述的激光加工方法，其特征在于，
在所述加工步骤中，在所述反射光的光量成为规定的临界值之后，解除将所述透镜保持在所述初期位置的状态。
10.一种激光加工装置，其特征在于，
是使聚光点对准加工对象物的内部而照射第一激光，沿着所述加工对象物的切断预定线而在所述加工对象物的内部形成改质区域的激光加工装置，其具备：
透镜，使所述第一激光和用于测定所述加工对象物的主面的位移的第二激光朝向所述加工对象物聚光；
位移取得装置，根据所述第二激光的照射检测由所述主面反射的反射光而取得所述主面的位移；
移动装置，使所述加工对象物和所述透镜沿着所述主面相对地移动；
保持装置，相对于所述主面进退自如地保持所述透镜；及
控制装置，控制所述移动装置及所述保持装置各自的动作；且
照射所述第二激光的同时，所述控制装置以使所述加工对象物和所述透镜沿着所述切断预定线相对移动的方式控制所述移动装置，所述位移取得装置取得所述切断预定线的一点与所述切断预定线的一端之间的位移，所述控制装置依据该取得的位移以使所述透镜被保持于设定的初期位置的方式控制所述保持装置，且
在初期位置保持该透镜的状态下照射所述第一激光的同时，所述控制装置以使所述加工对象物和所述透镜沿着所述切断预定线相对移动的方式控制所述移动装置而在所述切断预定线的一端部形成所述改质区域，
在该一端部形成改质区域之后，所述控制装置以解除在所述初期位置保持所述透镜的状态而调整并保持所述透镜的位置的方式控制所述保持装置，且以使所述加工对象物和所述透镜沿着所述切断预定线相对移动的方式控制所述移动装置而形成所述改质区域。
11.如权利要求10所述的激光加工装置，其特征在于，
所述控制装置以使所述加工对象物和所述透镜沿着所述切断预定线相对移动的方式控制所述移动装置，且在所述位移取得装置取得所述切断预定线的一点与所述切断预定线的一端之间的位移时，不照射所述第一激光而照射所述第二激光。
12.如权利要求10所述的激光加工装置，其特征在于，
所述透镜使所述第一激光与所述第二激光在同一轴线上朝所述加工对象物聚光。
13.如权利要求10所述的激光加工装置，其特征在于，
所述控制装置以使所述第二激光从所述切断预定线的一点到一端照射的方式控制所述移动装置，
所述位移取得装置根据该第二激光的照射而从所述切断预定线的一点朝一端取得位移。
14.如权利要求10所述的激光加工装置，其特征在于，
所述位移取得装置也同时取得所述第二激光的反射光的光量，
所述控制装置依据该取得的光量的变化量成为极值的部位上的位移而设定所述初期位置。
15.如权利要求10所述的激光加工装置，其特征在于，
所述位移取得装置也同时取得所述第二激光的反射光的光量，所述控制装置、依据该取得的光量成为指定的临界值的部位的位移而设定所述初期位置。
16.如权利要求10所述的激光加工装置，其特征在于，
所述控制装置以依据所述第二激光的反射光的光量而解除在所述初期位置保持所述透镜的状态的方式控制所述保持装置。
17.如权利要求16所述的激光加工装置，其特征在于，
所述控制装置，以在所述反射光的光量的变化量成为极大值之后解除将所述透镜保持在所述初期位置的状态的方式控制所述保持装置。
18.如权利要求16所述的激光加工装置，其特征在于，
所述控制装置，以在所述反射光的光量成为指定的临界值之后解除将所述透镜保持在所述初期位置的状态的方式控制所述保持装置。
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