JP2003010988A - レーザ加工装置 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 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ず、加工対象物を切断可能なレーザ
加工装置を提供する。 【解決手段】 レーザ加工装置１００は、パルス幅が１
μs以下のレーザ光を出射するレーザ光源１０１と、レ
ーザ光のパワーを調節するパワー調節手段４０１と、レ
ーザ光の集光点Ｐのピークパワー密度が１×１０8（W/c
m2）以上になるようレーザ光を集光するレンズ１０５を
選択可能なレンズ選択手段４０５と、集光点を加工対象
物の内部に合わせる手段１１３と、切断予定ライン５に
沿って集光点を移動させる手段１０９、１１１と、レー
ザ光のパワー及び開口数の組と改質スポットの寸法との
相関関係を記憶しており、改質スポットを入力値に形成
可能なパワー及び開口数の組を選択する手段１２７と、
パワー調節手段及びレンズ選択手段は選択値となるよう
調節及び選択をする。
ら外れた割れが生じず、加工対象物を切断可能なレーザ
加工装置を提供する。 【解決手段】 レーザ加工装置１００は、パルス幅が１
μs以下のレーザ光を出射するレーザ光源１０１と、レ
ーザ光のパワーを調節するパワー調節手段４０１と、レ
ーザ光の集光点Ｐのピークパワー密度が１×１０8（W/c
m2）以上になるようレーザ光を集光するレンズ１０５を
選択可能なレンズ選択手段４０５と、集光点を加工対象
物の内部に合わせる手段１１３と、切断予定ライン５に
沿って集光点を移動させる手段１０９、１１１と、レー
ザ光のパワー及び開口数の組と改質スポットの寸法との
相関関係を記憶しており、改質スポットを入力値に形成
可能なパワー及び開口数の組を選択する手段１２７と、
パワー調節手段及びレンズ選択手段は選択値となるよう
調節及び選択をする。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】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
されるレーザ加工装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】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、上記領域周辺に位
置する半導体素子が溶融する恐れがある。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】加工対象物の表面の溶
融を防止する方法として、例えば、特開２０００-２１
９５２８号公報や特開２０００-１５４６７号公報に開
示されたレーザによる切断方法がある。これらの公報の
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。 【０００４】しかし、これらの公報の切断方法では、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、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、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
いレーザ加工装置を提供することである。 【０００６】 【課題を解決するための手段】本発明に係るレーザ加工
装置は、パルス幅が１μs以下のパルスレーザ光を出射
するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射されるパル
スレーザ光のパワーの大きさを調節するパワー調節手段
と、レーザ光源から出射されたパルスレーザ光の集光点
のピークパワー密度が１×１０8（W/cm2）以上になるよ
うにパルスレーザ光を集光する集光用レンズを複数含み
かつ複数の集光用レンズを選択可能なレンズ選択手段と
を備え、複数の集光用レンズを含む光学系はそれぞれ開
口数が異なり、レンズ選択手段で選択された集光用レン
ズにより集光されたパルスレーザ光の集光点を加工対象
物の内部に合わせる手段と、加工対象物の切断予定ライ
ンに沿ってパルスレーザ光の集光点を相対的に移動させ
る移動手段とを備え、加工対象物の内部に集光点を合わ
せて１パルスのパルスレーザ光を加工対象物に照射する
ことにより加工対象物の内部に１つの改質スポットが形
成され、パワー調節手段により調節されるパルスレーザ
光のパワーの大きさ及び複数の集光用レンズの開口数の
大きさの組と改質スポットの寸法との相関関係を予め記
憶した相関関係記憶手段と、改質スポットの寸法の入力
に基づいてこの寸法に形成できるパワー及び開口数の大
きさの組を相関関係記憶手段から選択する組選択手段と
を備え、パワー調節手段及びレンズ選択手段は組選択手
段により選択されたパワー及び開口数の大きさとなるよ
うにレーザ光源から出射されるパルスレーザ光のパワー
の大きさの調節及び複数の集光用レンズの選択をする、
ことを特徴とする。 【０００７】本発明に係るレーザ加工装置によれば、パ
ルスレーザ光の集光点を加工対象物の内部に合わせ、か
つ集光点におけるピークパワー密度が１×１０8（W/c
m2）以上であってパルス幅が１μs以下の条件で、加工
対象物にパルスレーザ光を照射することができる。よっ
て、本発明に係るレーザ加工装置を用いてパルスレーザ
光を加工対象物に照射すると、加工対象物の内部に多光
子吸収という現象が生じ、これにより加工対象物の内部
に改質領域が形成される。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、本発明に係るレ
ーザ加工装置を用いて加工された加工対象物は、改質領
域を起点として切断予定ラインに沿って割る又は割れる
ことにより切断することができる。従って、比較的小さ
な力で加工対象物を切断することができるので、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の切断が可能となる。 【０００８】また、本発明に係るレーザ加工装置によれ
ば、加工対象物の内部に局所的に多光子吸収を発生させ
て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。 【０００９】本発明者によれば、パルスレーザ光のパワ
ーを小さくすると改質スポットが小さくなるように制御
でき、パルスレーザ光のパワーを大きくすると改質スポ
ットが大きくなるように制御できることが分かった。そ
して、集光用レンズを含む光学系の開口数を大きくする
と改質スポットを小さく制御でき、その開口数を小さく
すると改質スポットを大きく制御できることが分かっ
た。改質スポットとは、１パルスのパルスレーザ光によ
り形成される改質部分であり、改質スポットが集まるこ
とにより改質領域となる。改質スポットの寸法の制御は
加工対象物の切断に影響を及ぼす。すなわち、改質スポ
ットが大きすぎると、加工対象物の切断予定ラインに沿
った切断の精度及び切断面の平坦性が悪くなる。一方、
厚みが大きい加工対象物に対して改質スポットが極端に
小さすぎると加工対象物の切断が困難となる。本発明に
係るレーザ加工装置によれば、パルスレーザ光のパワー
の大きさを調節することにより、改質スポットの寸法の
制御をすることができ、そして、集光用レンズを含む光
学系の開口数の大きさを調節することにより改質スポッ
トの寸法の制御をすることができる。 【００１０】本発明に係るレーザ加工装置によれば、改
質スポットの寸法の入力に基づいてこの寸法に形成でき
るパワーの大きさ及び開口数の大きさの組み合わせを相
関関係記憶手段から選択する。選択されたパワーの大き
さ及び開口数の大きさとなるように、それぞれ、レーザ
光源から出射されるパルスレーザ光のパワーの大きさの
調節及び複数の集光用レンズの選択をする。よって、所
望の寸法の改質スポットを形成することができる。ま
た、パワーの大きさ及び開口数の大きさを組み合わせて
いるので、改質スポットの寸法の制御できる大きさの種
類を増やすことが可能である。 【００１１】 【発明の実施の形態】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
加工装置は、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。 【００１２】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。 【００１３】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。 【００１４】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。 【００１５】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。 【００１６】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。 【００１７】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、切断する箇所において、改質領域が形成さ
れていない部分上の表面まで割れが先走ることがなく、
改質部を形成した部分上の表面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みは薄くなる傾向に
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。 【００１８】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。 【００１９】（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１
μs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〜２
００ns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。 【００２０】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。 【００２１】（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：１０
０mm／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。 【００２２】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。 【００２３】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。 【００２４】（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。 【００２５】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。 【００２６】（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：１０
０mm／秒 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。 【００２７】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。 【００２８】例えば、Nd:YAGレーザの波長である１０６
４nm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。 【００２９】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１
２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。 【００３０】（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/c
m2）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。 【００３１】以上のように本実施形態によれば、改質領
域を多光子吸収により形成している。そして、本実施形
態は、パルスレーザ光のパワーの大きさや集光用レンズ
を含む光学系の開口数の大きさを調節することにより、
改質スポットの寸法を制御している。改質スポットと
は、パルスレーザ光の１パルスのショット（つまり１パ
ルスのレーザ照射）で形成される改質部分であり、改質
スポットが集まることにより改質領域となる。改質スポ
ットの寸法制御の必要性についてクラックスポットを例
に説明する。 【００３２】クラックスポットが大きすぎると、切断予
定ラインに沿った加工対象物の切断の精度が下がり、ま
た、切断面の平坦性が悪くなる。これについて図１４〜
図１９を用いて説明する。図１４は本実施形態に係るレ
ーザ加工方法を用いてクラックスポットを比較的大きく
形成した場合の加工対象物１の平面図である。図１５は
図１４の切断予定ライン５上のXV-XVに沿って切断した
断面図である。図１６、図１７、図１８はそれぞれ図１
４の切断予定ライン５と直交するXVI-XVI、XVII-XVII、
XVIII-XVIIIに沿って切断した断面図である。これらの
図から分かるように、クラックスポット９０が大きすぎ
ると、クラックスポット９０の大きさのばらつきも大き
くなる。よって、図１９に示すように切断予定ライン５
に沿った加工対象物１の切断の精度が悪くなる。また、
加工対象物１の切断面４３の凹凸が大きくなるので切断
面４３の平坦性が悪くなる。これに対して、図２０に示
すように、本実施形態に係るレーザ加工方法を用いてク
ラックスポット９０を比較的小さく（例えば２０μm以
下）形成すると、クラックスポット９０を均一に形成で
きかつクラックスポット９０の切断予定ラインの方向か
らずれた方向の広がりを抑制できる。よって、図２１に
示すように切断予定ライン５に沿った加工対象物１の切
断の精度や切断面４３の平坦性を向上させることができ
る。 【００３３】このようにクラックスポットが大きすぎる
と、切断予定ラインに沿った精密な切断や平坦な切断面
が得られる切断をすることができない。但し、厚みが大
きい加工対象物に対してクラックスポットが極度に小さ
すぎると加工対象物の切断が困難となる。 【００３４】本実施形態によればクラックスポットの寸
法を制御できることについて説明する。図７に示すよう
に、ピークパワー密度が同じ場合、集光用レンズの倍率
１００、NA０．８の場合のクラックスポットの大きさ
は、集光用レンズの倍率５０、NA０．５５の場合のクラ
ックスポットの大きさよりも小さくなる。ピークパワー
密度は、先程説明したようにレーザ光の１パルス当たり
のエネルギー、つまりパルスレーザ光のパワーと比例す
るので、ピークパワー密度が同じとはレーザ光のパワー
が同じであることを意味する。このように、レーザ光の
パワーが同じでかつビームスポット断面積が同じ場合、
集光用レンズの開口数が大きく（小さく）なるとクラッ
クスポットの寸法を小さく（大きく）制御できる。 【００３５】また、集光用レンズの開口数が同じでも、
レーザ光のパワー（ピークパワー密度）を小さくすると
クラックスポットの寸法を小さく制御でき、レーザ光の
パワーを大きくするとクラックスポットの寸法を大きく
制御できる。 【００３６】よって、図７に示すグラフから分かるよう
に、集光用レンズの開口数を大きくすることやレーザ光
のパワーを小さくすることによりクラックスポットの寸
法を小さく制御できる。逆に、集光用レンズの開口数を
小さくすることやレーザ光のパワーを大きくすることに
よりクラックスポットの寸法を大きく制御できる。 【００３７】クラックスポットの寸法制御について、図
面を用いてさらに説明する。図２２に示す例は、所定の
開口数の集光用レンズを用いてパルスレーザ光Lが内部
に集光されている加工対象物１の断面図である。領域４
１は、このレーザ照射により多光子吸収を起こさせるし
きい値以上の電界強度になった領域である。図２３は、
このレーザ光Lの照射による多光子吸収が原因で形成さ
れたクラックスポット９０の断面図である。一方、図２
４に示す例は、図２２に示す例より大きい開口数の集光
用レンズを用いてパルスレーザ光Lが内部に集光されて
いる加工対象物１の断面図である。図２５は、このレー
ザ光Lの照射による多光子吸収が原因で形成されたクラ
ックスポット９０の断面図である。クラックスポット９
０の高さhは領域４１の加工対象物１の厚さ方向におけ
る寸法に依存し、クラックスポット９０の幅wは領域４
１の加工対象物１の厚さ方向と直交する方向の寸法に依
存する。つまり、領域４１のこれらの寸法を小さくする
とクラックスポット９０の高さhや幅wを小さくでき、こ
れらの寸法を大きくするとクラックスポット９０の高さ
hや幅wを大きくできる。図２３と図２５を比較すれば明
らかなように、レーザ光のパワーが同じ場合、集光用レ
ンズの開口数を大きく（小さく）することにより、クラ
ックスポット９０の高さhや幅wの寸法を小さく（大き
く）制御できる。 【００３８】さらに、図２６に示す例は、図２２に示す
例より小さいパワーのパルスレーザ光Lが内部に集光さ
れている加工対象物１の断面図である。図２６に示す例
ではレーザ光のパワーを小さくしているので領域４１の
面積は図２２に示す領域４１よりも小さくなる。図２７
は、このレーザ光Lの照射による多光子吸収が原因で形
成されたクラックスポット９０の断面図である。図２３
と図２７の比較から明らかなように、集光用レンズの開
口数が同じ場合、レーザ光のパワーを小さく（大きく）
するとクラックスポット９０の高さhや幅wの寸法を小さ
く（大きく）制御できる。 【００３９】さらに、図２８に示す例は、図２４に示す
例より小さいパワーのパルスレーザ光Lが内部に集光さ
れている加工対象物１の断面図である。図２９は、この
レーザ光Lの照射による多光子吸収が原因で形成された
クラックスポット９０の断面図である。図２３と図２９
の比較から分かるように、集光用レンズの開口数を大き
く（小さく）しかつレーザ光のパワーを小さく（大き
く）すると、クラックスポット９０の高さhや幅wの寸法
を小さく（大きく）制御できる。 【００４０】ところで、クラックスポットの形成可能な
電界強度のしきい値以上の電界強度となっている領域を
示す領域４１が集光点P及びその付近に限定されている
理由は以下の通りである。本実施形態は、高ビーム品質
のレーザ光源を利用しているため、レーザ光の集光性が
高くかつレーザ光の波長程度まで集光可能となる。この
ため、このレーザ光のビームプロファイルはガウシアン
分布となるので、電界強度はビームの中心が最も強く、
中心から距離が大きくなるに従って強度が低下していく
ような分布となる。このレーザ光が実際に集光用レンズ
によって集光されていく過程においても基本的にはガウ
シアン分布の状態で集光されていく。よって、領域４１
は集光点P及びその付近に限定される。 【００４１】以上のように本実施形態によればクラック
スポットの寸法を制御できる。クラックスポットの寸法
は、精密な切断の程度の要求、切断面における平坦性の
程度の要求、加工対象物の厚みの大きさを考慮して決め
る。また、クラックスポットの寸法は加工対象物の材質
を考慮して決定することもできる。本実施形態によれ
ば、改質スポットの寸法を制御できるので、厚みが比較
的小さい加工対象物については改質スポットを小さくす
ることにより、切断予定ラインに沿って精密に切断がで
き、かつ、切断面の平坦性がよい切断をすることが可能
となる。また、改質スポットを大きくすることにより、
厚みが比較的大きい加工対象物でも切断が可能となる。 【００４２】また、例えば加工対象物の結晶方位が原因
により、加工対象物に切断が容易な方向と切断が困難な
方向とがある場合がある。このような加工対象物の切断
において、例えば図２０及び図２１に示すように、切断
が容易な方向に形成するクラックスポット９０の寸法を
小さくする。一方、図２１及び図３０に示すように、切
断予定ライン５と直交する切断予定ラインの方向が切断
困難な方向の場合、この方向に形成するクラックスポッ
ト９０の寸法を大きくする。これにより、切断が容易な
方向では平坦な切断面を得ることができ、また切断が困
難な方向でも切断が可能となる。 【００４３】改質スポットの寸法の制御ができることに
ついて、クラックスポットの場合で説明したが、溶融処
理スポットや屈折率変化スポットでも同様のことが言え
る。パルスレーザ光のパワーは例えば１パルス当たりの
エネルギー（J）で表すこともできるし、１パルス当た
りのエネルギーにレーザ光の周波数を乗じた値である平
均出力（W）で表すこともできる。 【００４４】次に、本実施形態の具体例を説明する。 【００４５】［第１例］本実施形態の第１例に係るレー
ザ加工装置について説明する。図３１はこのレーザ加工
装置４００の概略構成図である。レーザ加工装置４００
は、レーザ光Lを発生するレーザ光源１０１と、レーザ
光Lのパワー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
源１０１から出射されたレーザ光Lのパワーを調節する
パワー調節部４０１と、を備える。 【００４６】パワー調節部４０１は、例えば、複数のND
(neutral density)フィルタと、各NDフィルタをレーザ
光Lの光軸に対して垂直な位置に移動させたりレーザ光L
の光路外に移動させたりする機構と、を備える。NDフィ
ルタは、エネルギーの相対分光分布を変えることなく光
の強さを減らすフィルタである。複数のNDフィルタはそ
れぞれ減光率が異なる。パワー調節部４０１は、複数の
NDフィルタの何れか又はこれらを組み合わせることによ
り、レーザ光源１０１から出射されたレーザ光Lのパワ
ーを調節する。なお、複数のNDフィルタの減光率を同じ
とし、パワー調節部４０１がレーザ光Lの光軸に対して
垂直な位置に移動させるNDフィルタの個数を変えること
により、レーザ光源１０１から出射されたレーザ光Lの
パワーを調節することもできる。 【００４７】なお、パワー調節部４０１は、直線偏光の
レーザ光Lの光軸に対して垂直に配置された偏光フィル
タと、偏光フィルタをレーザ光Lの光軸を中心に所望の
角度だけ回転させる機構と、を備えたものでもよい。パ
ワー調節部４０１において光軸を中心に所望の角度だけ
偏光フィルタを回転させることにより、レーザ光源１０
１から出射されたレーザ光Lのパワーを調節する。 【００４８】なお、レーザ光源１０１の励起用半導体レ
ーザの駆動電流を駆動電流制御手段の一例であるレーザ
光源制御部１０２で制御することにより、レーザ光源１
０１から出射されるレーザ光Lのパワーを調節すること
もできる。よって、レーザ光Lのパワーは、パワー調節
部４０１及びレーザ光源制御部１０２の少なくともいず
れか一方により調節することができる。レーザ光源制御
部１０２によるレーザ光Lのパワーの調節だけで改質領
域の寸法を所望値にできるのであればパワー調節部４０
１は不要である。以上説明したパワーの調節は、レーザ
加工装置の操作者が後で説明する全体制御部１２７にキ
ーボード等を用いてパワーの大きさを入力することによ
りなされる。 【００４９】レーザ加工装置４００はさらに、パワー調
節部４０１でパワーが調節されたレーザ光Lが入射しか
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
ンズを複数含むレンズ選択機構４０３と、レンズ選択機
構４０３を制御するレンズ選択機構制御部４０５と、を
備える。 【００５０】レンズ選択機構４０３は集光用レンズ１０
５ａ、１０５ｂ、１０５ｃと、これらを支持する支持板
４０７と、を備える。集光用レンズ１０５ａを含む光学
系の開口数、集光用レンズ１０５ｂを含む光学系の開口
数、集光用レンズ１０５ｃを含む光学系の開口数はそれ
ぞれ異なる。レンズ選択機構４０３は、レンズ選択機構
制御部４０５からの信号に基づいて支持板４０７を回転
させることにより、集光用レンズ１０５ａ、１０５ｂ、
１０５ｃの中から所望の集光用レンズをレーザ光Lの光
軸上に配置させる。すなわち、レンズ選択機構４０３は
レボルバー式である。 【００５１】なお、レンズ選択機構４０３に取付けられ
る集光用レンズの数は３個に限定されず、それ以外の数
でもよい。レーザ加工装置の操作者が後で説明する全体
制御部１２７にキーボード等を用いて開口数の大きさ又
は集光用レンズ１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃのうちど
れかを選択する指示を入力することにより、集光用レン
ズの選択、つまり開口数の選択がなされる。 【００５２】レーザ加工装置４００はさらに、集光用レ
ンズ１０５ａ〜１０５ｃのうちレーザ光Lの光軸上に配
置された集光用レンズ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。 【００５３】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。 【００５４】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レーザや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、N
d: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。 【００５５】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。集光用レンズ１０
５ａ〜１０５ｃ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１０５ａ〜１０５ｃ
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。 【００５６】レーザ加工装置４００はさらに、載置台１
０７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。 【００５７】レーザ加工装置４００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１２
１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。 【００５８】レーザ加工装置４００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４００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。 【００５９】全体制御部１２７には、ステージ制御部１
１５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４００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。また、全体制御部１２７は
パワー調節部４０１と電気的に接続されている。図３１
はこの図示を省略している。全体制御部１２７にパワー
の大きさが入力されることにより、全体制御部１２７は
パワー調節部４０１を制御し、これによりパワーが調節
される。 【００６０】図３２は全体制御部１２７の一例の一部分
を示すブロック図である。全体制御部１２７は、寸法選
択部４１１、相関関係記憶部４１３及び画像作成部４１
５を備える。寸法選択部４１１にはレーザ加工装置の操
作者がキーボード等により、パルスレーザ光のパワーの
大きさや集光用レンズを含む光学系の開口数の大きさが
入力される。この例においては、開口数の大きさを直接
入力する代わりに集光用レンズ１０５a、１０５b、１０
５cのいずれかを選択する入力にしてもよい。この場
合、全体制御部１２７に集光用レンズ１０５a、１０５
b、１０５c、それぞれの開口数を予め登録しておき、選
択された集光用レンズを含む光学系の開口数のデータが
自動的に寸法選択部４１１に入力される。 【００６１】相関関係記憶部４１３には、パルスレーザ
光のパワーの大きさ及び開口数の大きさの組と改質スポ
ットの寸法との相関関係が予め記憶されている。図３３
は、この相関関係を示すテーブルの一例である。この例
では、開口数の欄には集光用レンズ１０５a、１０５b、
１０５cの各々について、それらを含む光学系の開口数
が登録される。パワーの欄にはパワー調節部４０１によ
り調節されるパルスレーザ光のパワーの大きさが登録さ
れる。寸法の欄には、対応する組のパワーと開口数との
組み合わせにより形成される改質スポットの寸法が登録
される。例えば、パワーが１．２４×１０11（W／cm2）
で、開口数が０．５５のときに形成される改質スポット
の寸法は１２０μmである。この相関関係のデータは、
例えば、レーザ加工前に図２２〜図２９で説明した実験
をすることにより得ることができる。 【００６２】寸法選択部４１１にパワーの大きさ及び開
口数の大きさが入力されることにより、寸法選択部４１
１は相関関係記憶部４１３からこれらの大きさと同じ値
の組を選択し、その組に対応する寸法のデータをモニタ
１２９に送る。これにより、モニタ１２９には入力され
たパワーの大きさ及び開口数の大きさのもとで形成され
る改質スポットの寸法が表示される。これらの大きさと
同じ値の組がない場合は、最も近い値の組に対応する寸
法データがモニタ１２９に送られる。 【００６３】寸法選択部４１１で選択された組に対応す
る寸法のデータは、寸法選択部４１１から画像作成部４
１５に送られる。画像作成部４１５は、この寸法のデー
タを基にしてこの寸法の改質スポットの画像データを作
成し、モニタ１２９に送る。これにより、モニタ１２９
には改質スポットの画像も表示される。よって、レーザ
加工前に改質スポットの寸法や改質スポットの形状を知
ることができる。 【００６４】パワーの大きさを固定し、開口数の大きさ
を可変とすることもできる。この場合のテーブルは図３
４に示すようになる。例えば、パワーを１．４９×１０
11（W／cm2）と固定し開口数が０．５５のときに形成さ
れる改質スポットの寸法は１５０μmである。また、開
口数の大きさを固定し、パワーの大きさを可変とするこ
ともできる。この場合のテーブルは図３５に示すように
なる。例えば、開口数を０．８と固定しパワーが１．１
９×１０11（W／cm2）のときに形成される改質スポット
の寸法は３０μmである。 【００６５】次に、図３１及び図３６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３６
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。 【００６６】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（S１０
３）。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。 【００６７】加工対象物１をレーザ加工装置４００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（S１０
５）。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１
１７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）。 【００６８】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（S
１０９）。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。 【００６９】全体制御部１２７には予めステップS１０
３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）。 【００７０】次に、上記で説明したようにパワー及び開
口数の大きさを全体制御部１２７に入力する。入力され
たパワーのデータに基づいて、レーザ光Lのパワーはパ
ワー調節部４０１により調節される。入力された開口数
のデータに基づいて、開口数はレンズ選択機構制御部４
０５を介してレンズ選択機構４０３が集光用レンズを選
択することにより調節される。また、これらのデータは
全体制御部１２７の寸法選択部４１１（図３２）に入力
される。これにより、１パルスのレーザ光Lの照射によ
り加工対象物１の内部に形成される溶融処理スポットの
寸法及び溶融処理スポットの形状がモニタ１２９に表示
される（S１１２）。 【００７１】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１
１１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（S１１
３）。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（S１１
５）。これにより、加工対象物１をシリコンチップに分
割する。 【００７２】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。 【００７３】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。 【００７４】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。 【００７５】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。 【００７６】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３７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。 【００７７】[第２例]次に、本実施形態の第２例につい
て第１例との相違を中心に説明する。図３８はこのレー
ザ加工装置５００の概略構成図である。レーザ加工装置
５００の構成要素のうち、図３１に示す第１例に係るレ
ーザ加工装置４００の構成要素と同一要素については同
一符号を付すことによりその説明を省略する。 【００７８】レーザ加工装置５００は、パワー調節部４
０１とダイクロイックミラー１０３との間のレーザ光L
の光軸上にビームエキスパンダ５０１が配置されてい
る。ビームエキスパンダ５０１は倍率可変であり、ビー
ムエキスパンダ５０１によりレーザ光Lのビーム径が大
きくなるように調節される。ビームエキスパンダ５０１
は開口数調節手段の一例である。また、レーザ加工装置
５００はレンズ選択機構４０３の代わりに１つの集光用
レンズ１０５を備える。 【００７９】レーザ加工装置５００の動作が第１例のレ
ーザ加工装置の動作と異なる点は、全体制御部１２７に
入力された開口数の大きさに基づく開口数の調節であ
る。以下、これについて説明する。全体制御部１２７は
ビームエキスパンダ５０１と電気的に接続されている。
図３８はこの図示を省略している。全体制御部１２７に
開口数の大きさが入力されることにより、全体制御部１
２７はビームエキスパンダ５０１の倍率を変える制御を
する。これにより、集光用レンズ１０５に入射するレー
ザ光Lのビーム径の拡大率を調節する。よって、集光用
レンズ１０５が１つであっても、集光用レンズ１０５を
含む光学系の開口数を大きくする調節が可能となる。こ
れを図３９及び図４０を用いて説明する。 【００８０】図３９は、ビームエキスパンダ５０１が配
置されていない場合の集光用レンズ１０５によるレーザ
光Lの集光を示す図である。一方、図４０は、ビームエ
キスパンダ５０１が配置されている場合の集光用レンズ
１０５によるレーザ光Lの集光を示す図である。図３９
及び図４０を比較すれば分かるように、ビームエキスパ
ンダ５０１が配置されていない場合の集光用レンズ１０
５を含む光学系の開口数を基準にすると、第２例では開
口数が大きくなるように調節することができる。 【００８１】[第３例]次に、本実施形態の第３例につい
てこれまでの例との相違を中心に説明する。図４１はこ
のレーザ加工装置６００の概略構成図である。レーザ加
工装置６００の構成要素のうち、これまでの例に係るレ
ーザ加工装置の構成要素と同一要素については同一符号
を付すことによりその説明を省略する。 【００８２】レーザ加工装置６００は、ビームエキスパ
ンダ５０１の代わりに、ダイクロイックミラー１０３と
集光用レンズ１０５との間のレーザ光Lの光軸上に虹彩
絞り６０１が配置されている。虹彩絞り６０１の開口の
大きさを変えることにより集光用レンズ１０５の有効径
を調節する。虹彩絞り６０１は開口数調節手段の一例で
ある。また、レーザ加工装置６００は虹彩絞り６０１の
開口の大きさを変える制御をする虹彩絞り制御部６０３
を備える。虹彩絞り制御部６０３は全体制御部１２７に
より制御される。 【００８３】レーザ加工装置６００の動作がこれまでの
例のレーザ加工装置の動作と異なる点は、全体制御部１
２７に入力された開口数の大きさに基づく開口数の調節
である。レーザ加工装置６００は入力された開口数の大
きさに基づいて虹彩絞り６０１の開口の大きさを変える
ことにより、集光用レンズ１０５の有効径の縮小する調
節をする。これにより、集光用レンズ１０５が１つであ
っても、集光用レンズ１０５を含む光学系の開口数を小
さくなるように調節することができる。これを図４２及
び図４３を用いて説明する。 【００８４】図４２は、虹彩絞りが配置されていない場
合の集光用レンズ１０５によるレーザ光Lの集光を示す
図である。一方、図４３は、虹彩絞り６０１が配置され
ている場合の集光用レンズ１０５によるレーザ光Lの集
光を示す図である。図４２及び図４３を比較すれば分か
るように、虹彩絞りが配置されていない場合の集光用レ
ンズ１０５を含む光学系の開口数を基準にすると、第３
例では開口数が小さくなるように調節することができ
る。 【００８５】次に、本実施形態の変形例を説明する。図
４４は本実施形態のレーザ加工装置の変形例に備えられ
る全体制御部１２７のブロック図である。全体制御部１
２７はパワー選択部４１７及び相関関係記憶部４１３を
備える。相関関係記憶部４１３には、図３５に示す相関
関係のデータが予め記憶されている。レーザ加工装置の
操作者はキーボード等によりパワー選択部４１７に改質
スポットの所望の寸法を入力する。改質スポットの寸法
は、加工対象物の厚さや材質等を考慮して決定される。
この入力により、パワー選択部４１７は相関関係記憶部
４１３からこの寸法と同じ値の寸法に対応するパワーを
選択し、そのパワーのデータをパワー調節部４０１に送
る。よって、このパワーの大きさに調節されたレーザ加
工装置でレーザ加工することにより、所望の寸法の改質
スポットを形成することが可能となる。このパワーの大
きさのデータはモニタ１２９にも送られ、パワーの大き
さが表示される。この例では開口数が固定でパワーが可
変となる。なお、入力された寸法と同じ値の寸法が相関
関係記憶部４１３に記憶されていない場合、最も近い値
の寸法に対応するパワーのデータがパワー調節部４０１
及びモニタ１２９に送られる。これは以下に説明する変
形例でも同様である。 【００８６】図４５は本実施形態のレーザ加工装置の他
の変形例に備えられる全体制御部１２７のブロック図で
ある。全体制御部１２７は開口数選択部４１９及び相関
関係記憶部４１３を備える。図４４の変形例と異なる点
は、パワーではなく開口数が選択されることである。相
関関係記憶部４１３には、図３４に示すデータが予め記
憶されている。レーザ加工装置の操作者はキーボード等
により開口数選択部４１９に改質スポットの所望の寸法
を入力する。これにより、開口数選択部４１９は、相関
関係記憶部４１３からこの寸法と同じ値の寸法に対応す
る開口数を選択し、その開口数のデータをレンズ選択機
構制御部４０５、ビームエキスパンダ５０１又は虹彩絞
り制御部６０３に送る。よって、この開口数の大きさに
調節されたレーザ加工装置でレーザ加工することによ
り、所望の寸法の改質スポットを形成することが可能と
なる。この開口数の大きさのデータはモニタ１２９にも
送られ、開口数の大きさが表示される。この例ではパワ
ーが固定で開口数が可変となる。 【００８７】図４６は本実施形態のレーザ加工装置のさ
らに他の変形例に備えられる全体制御部１２７のブロッ
ク図である。全体制御部１２７は組選択部４２１及び相
関関係記憶部４１３を備える。図４４及び図４５の例と
異なる点は、パワー及び開口数の両方が選択されること
である。相関関係記憶部４１３には、図３３のパワー及
び開口数の組と寸法との相関関係のデータが予め記憶さ
れている。レーザ加工装置の操作者はキーボード等によ
り組選択部４２１に改質スポットの所望の寸法を入力す
る。これにより、組選択部４２１は、相関関係記憶部４
１３からこの寸法と同じ値の寸法に対応するパワー及び
開口数の組を選択する。選択された組のパワーのデータ
はパワー調節部４０１に送られる。一方、選択された組
の開口数のデータはレンズ選択機構制御部４０５、ビー
ムエキスパンダ５０１又は虹彩絞り制御部６０３に送ら
れる。よって、この組のパワー及び開口数の大きさに調
節されたレーザ加工装置でレーザ加工することにより、
所望の寸法の改質スポットを形成することが可能とな
る。この組のパワー及び開口数の大きさのデータはモニ
タ１２９にも送られ、パワー及び開口数の大きさが表示
される。 【００８８】これらの変形例によれば、改質スポットの
寸法を制御することができる。よって、改質スポットの
寸法を小さくすることにより、加工対象物の切断予定ラ
インに沿って精密に切断でき、また平坦な切断面を得る
ことができる。加工対象物の厚みが大きい場合、改質ス
ポットの寸法を大きくすることにより、加工対象物の切
断が可能となる。 【００８９】 【発明の効果】本発明に係るレーザ加工装置によれば、
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。 【００９０】本発明に係るレーザ加工装置によれば、改
質スポットの寸法を制御できる。このため、切断予定ラ
インに沿って精密に加工対象物を切断でき、また平坦な
切断面を得ることができる。
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
されるレーザ加工装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】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、上記領域周辺に位
置する半導体素子が溶融する恐れがある。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】加工対象物の表面の溶
融を防止する方法として、例えば、特開２０００-２１
９５２８号公報や特開２０００-１５４６７号公報に開
示されたレーザによる切断方法がある。これらの公報の
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。 【０００４】しかし、これらの公報の切断方法では、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、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、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
いレーザ加工装置を提供することである。 【０００６】 【課題を解決するための手段】本発明に係るレーザ加工
装置は、パルス幅が１μs以下のパルスレーザ光を出射
するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射されるパル
スレーザ光のパワーの大きさを調節するパワー調節手段
と、レーザ光源から出射されたパルスレーザ光の集光点
のピークパワー密度が１×１０8（W/cm2）以上になるよ
うにパルスレーザ光を集光する集光用レンズを複数含み
かつ複数の集光用レンズを選択可能なレンズ選択手段と
を備え、複数の集光用レンズを含む光学系はそれぞれ開
口数が異なり、レンズ選択手段で選択された集光用レン
ズにより集光されたパルスレーザ光の集光点を加工対象
物の内部に合わせる手段と、加工対象物の切断予定ライ
ンに沿ってパルスレーザ光の集光点を相対的に移動させ
る移動手段とを備え、加工対象物の内部に集光点を合わ
せて１パルスのパルスレーザ光を加工対象物に照射する
ことにより加工対象物の内部に１つの改質スポットが形
成され、パワー調節手段により調節されるパルスレーザ
光のパワーの大きさ及び複数の集光用レンズの開口数の
大きさの組と改質スポットの寸法との相関関係を予め記
憶した相関関係記憶手段と、改質スポットの寸法の入力
に基づいてこの寸法に形成できるパワー及び開口数の大
きさの組を相関関係記憶手段から選択する組選択手段と
を備え、パワー調節手段及びレンズ選択手段は組選択手
段により選択されたパワー及び開口数の大きさとなるよ
うにレーザ光源から出射されるパルスレーザ光のパワー
の大きさの調節及び複数の集光用レンズの選択をする、
ことを特徴とする。 【０００７】本発明に係るレーザ加工装置によれば、パ
ルスレーザ光の集光点を加工対象物の内部に合わせ、か
つ集光点におけるピークパワー密度が１×１０8（W/c
m2）以上であってパルス幅が１μs以下の条件で、加工
対象物にパルスレーザ光を照射することができる。よっ
て、本発明に係るレーザ加工装置を用いてパルスレーザ
光を加工対象物に照射すると、加工対象物の内部に多光
子吸収という現象が生じ、これにより加工対象物の内部
に改質領域が形成される。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、本発明に係るレ
ーザ加工装置を用いて加工された加工対象物は、改質領
域を起点として切断予定ラインに沿って割る又は割れる
ことにより切断することができる。従って、比較的小さ
な力で加工対象物を切断することができるので、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の切断が可能となる。 【０００８】また、本発明に係るレーザ加工装置によれ
ば、加工対象物の内部に局所的に多光子吸収を発生させ
て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。 【０００９】本発明者によれば、パルスレーザ光のパワ
ーを小さくすると改質スポットが小さくなるように制御
でき、パルスレーザ光のパワーを大きくすると改質スポ
ットが大きくなるように制御できることが分かった。そ
して、集光用レンズを含む光学系の開口数を大きくする
と改質スポットを小さく制御でき、その開口数を小さく
すると改質スポットを大きく制御できることが分かっ
た。改質スポットとは、１パルスのパルスレーザ光によ
り形成される改質部分であり、改質スポットが集まるこ
とにより改質領域となる。改質スポットの寸法の制御は
加工対象物の切断に影響を及ぼす。すなわち、改質スポ
ットが大きすぎると、加工対象物の切断予定ラインに沿
った切断の精度及び切断面の平坦性が悪くなる。一方、
厚みが大きい加工対象物に対して改質スポットが極端に
小さすぎると加工対象物の切断が困難となる。本発明に
係るレーザ加工装置によれば、パルスレーザ光のパワー
の大きさを調節することにより、改質スポットの寸法の
制御をすることができ、そして、集光用レンズを含む光
学系の開口数の大きさを調節することにより改質スポッ
トの寸法の制御をすることができる。 【００１０】本発明に係るレーザ加工装置によれば、改
質スポットの寸法の入力に基づいてこの寸法に形成でき
るパワーの大きさ及び開口数の大きさの組み合わせを相
関関係記憶手段から選択する。選択されたパワーの大き
さ及び開口数の大きさとなるように、それぞれ、レーザ
光源から出射されるパルスレーザ光のパワーの大きさの
調節及び複数の集光用レンズの選択をする。よって、所
望の寸法の改質スポットを形成することができる。ま
た、パワーの大きさ及び開口数の大きさを組み合わせて
いるので、改質スポットの寸法の制御できる大きさの種
類を増やすことが可能である。 【００１１】 【発明の実施の形態】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
加工装置は、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。 【００１２】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。 【００１３】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。 【００１４】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。 【００１５】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。 【００１６】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。 【００１７】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、切断する箇所において、改質領域が形成さ
れていない部分上の表面まで割れが先走ることがなく、
改質部を形成した部分上の表面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みは薄くなる傾向に
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。 【００１８】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。 【００１９】（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１
μs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〜２
００ns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。 【００２０】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。 【００２１】（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：１０
０mm／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。 【００２２】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。 【００２３】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。 【００２４】（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。 【００２５】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。 【００２６】（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：１０
０mm／秒 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。 【００２７】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。 【００２８】例えば、Nd:YAGレーザの波長である１０６
４nm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。 【００２９】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１
２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。 【００３０】（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/c
m2）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。 【００３１】以上のように本実施形態によれば、改質領
域を多光子吸収により形成している。そして、本実施形
態は、パルスレーザ光のパワーの大きさや集光用レンズ
を含む光学系の開口数の大きさを調節することにより、
改質スポットの寸法を制御している。改質スポットと
は、パルスレーザ光の１パルスのショット（つまり１パ
ルスのレーザ照射）で形成される改質部分であり、改質
スポットが集まることにより改質領域となる。改質スポ
ットの寸法制御の必要性についてクラックスポットを例
に説明する。 【００３２】クラックスポットが大きすぎると、切断予
定ラインに沿った加工対象物の切断の精度が下がり、ま
た、切断面の平坦性が悪くなる。これについて図１４〜
図１９を用いて説明する。図１４は本実施形態に係るレ
ーザ加工方法を用いてクラックスポットを比較的大きく
形成した場合の加工対象物１の平面図である。図１５は
図１４の切断予定ライン５上のXV-XVに沿って切断した
断面図である。図１６、図１７、図１８はそれぞれ図１
４の切断予定ライン５と直交するXVI-XVI、XVII-XVII、
XVIII-XVIIIに沿って切断した断面図である。これらの
図から分かるように、クラックスポット９０が大きすぎ
ると、クラックスポット９０の大きさのばらつきも大き
くなる。よって、図１９に示すように切断予定ライン５
に沿った加工対象物１の切断の精度が悪くなる。また、
加工対象物１の切断面４３の凹凸が大きくなるので切断
面４３の平坦性が悪くなる。これに対して、図２０に示
すように、本実施形態に係るレーザ加工方法を用いてク
ラックスポット９０を比較的小さく（例えば２０μm以
下）形成すると、クラックスポット９０を均一に形成で
きかつクラックスポット９０の切断予定ラインの方向か
らずれた方向の広がりを抑制できる。よって、図２１に
示すように切断予定ライン５に沿った加工対象物１の切
断の精度や切断面４３の平坦性を向上させることができ
る。 【００３３】このようにクラックスポットが大きすぎる
と、切断予定ラインに沿った精密な切断や平坦な切断面
が得られる切断をすることができない。但し、厚みが大
きい加工対象物に対してクラックスポットが極度に小さ
すぎると加工対象物の切断が困難となる。 【００３４】本実施形態によればクラックスポットの寸
法を制御できることについて説明する。図７に示すよう
に、ピークパワー密度が同じ場合、集光用レンズの倍率
１００、NA０．８の場合のクラックスポットの大きさ
は、集光用レンズの倍率５０、NA０．５５の場合のクラ
ックスポットの大きさよりも小さくなる。ピークパワー
密度は、先程説明したようにレーザ光の１パルス当たり
のエネルギー、つまりパルスレーザ光のパワーと比例す
るので、ピークパワー密度が同じとはレーザ光のパワー
が同じであることを意味する。このように、レーザ光の
パワーが同じでかつビームスポット断面積が同じ場合、
集光用レンズの開口数が大きく（小さく）なるとクラッ
クスポットの寸法を小さく（大きく）制御できる。 【００３５】また、集光用レンズの開口数が同じでも、
レーザ光のパワー（ピークパワー密度）を小さくすると
クラックスポットの寸法を小さく制御でき、レーザ光の
パワーを大きくするとクラックスポットの寸法を大きく
制御できる。 【００３６】よって、図７に示すグラフから分かるよう
に、集光用レンズの開口数を大きくすることやレーザ光
のパワーを小さくすることによりクラックスポットの寸
法を小さく制御できる。逆に、集光用レンズの開口数を
小さくすることやレーザ光のパワーを大きくすることに
よりクラックスポットの寸法を大きく制御できる。 【００３７】クラックスポットの寸法制御について、図
面を用いてさらに説明する。図２２に示す例は、所定の
開口数の集光用レンズを用いてパルスレーザ光Lが内部
に集光されている加工対象物１の断面図である。領域４
１は、このレーザ照射により多光子吸収を起こさせるし
きい値以上の電界強度になった領域である。図２３は、
このレーザ光Lの照射による多光子吸収が原因で形成さ
れたクラックスポット９０の断面図である。一方、図２
４に示す例は、図２２に示す例より大きい開口数の集光
用レンズを用いてパルスレーザ光Lが内部に集光されて
いる加工対象物１の断面図である。図２５は、このレー
ザ光Lの照射による多光子吸収が原因で形成されたクラ
ックスポット９０の断面図である。クラックスポット９
０の高さhは領域４１の加工対象物１の厚さ方向におけ
る寸法に依存し、クラックスポット９０の幅wは領域４
１の加工対象物１の厚さ方向と直交する方向の寸法に依
存する。つまり、領域４１のこれらの寸法を小さくする
とクラックスポット９０の高さhや幅wを小さくでき、こ
れらの寸法を大きくするとクラックスポット９０の高さ
hや幅wを大きくできる。図２３と図２５を比較すれば明
らかなように、レーザ光のパワーが同じ場合、集光用レ
ンズの開口数を大きく（小さく）することにより、クラ
ックスポット９０の高さhや幅wの寸法を小さく（大き
く）制御できる。 【００３８】さらに、図２６に示す例は、図２２に示す
例より小さいパワーのパルスレーザ光Lが内部に集光さ
れている加工対象物１の断面図である。図２６に示す例
ではレーザ光のパワーを小さくしているので領域４１の
面積は図２２に示す領域４１よりも小さくなる。図２７
は、このレーザ光Lの照射による多光子吸収が原因で形
成されたクラックスポット９０の断面図である。図２３
と図２７の比較から明らかなように、集光用レンズの開
口数が同じ場合、レーザ光のパワーを小さく（大きく）
するとクラックスポット９０の高さhや幅wの寸法を小さ
く（大きく）制御できる。 【００３９】さらに、図２８に示す例は、図２４に示す
例より小さいパワーのパルスレーザ光Lが内部に集光さ
れている加工対象物１の断面図である。図２９は、この
レーザ光Lの照射による多光子吸収が原因で形成された
クラックスポット９０の断面図である。図２３と図２９
の比較から分かるように、集光用レンズの開口数を大き
く（小さく）しかつレーザ光のパワーを小さく（大き
く）すると、クラックスポット９０の高さhや幅wの寸法
を小さく（大きく）制御できる。 【００４０】ところで、クラックスポットの形成可能な
電界強度のしきい値以上の電界強度となっている領域を
示す領域４１が集光点P及びその付近に限定されている
理由は以下の通りである。本実施形態は、高ビーム品質
のレーザ光源を利用しているため、レーザ光の集光性が
高くかつレーザ光の波長程度まで集光可能となる。この
ため、このレーザ光のビームプロファイルはガウシアン
分布となるので、電界強度はビームの中心が最も強く、
中心から距離が大きくなるに従って強度が低下していく
ような分布となる。このレーザ光が実際に集光用レンズ
によって集光されていく過程においても基本的にはガウ
シアン分布の状態で集光されていく。よって、領域４１
は集光点P及びその付近に限定される。 【００４１】以上のように本実施形態によればクラック
スポットの寸法を制御できる。クラックスポットの寸法
は、精密な切断の程度の要求、切断面における平坦性の
程度の要求、加工対象物の厚みの大きさを考慮して決め
る。また、クラックスポットの寸法は加工対象物の材質
を考慮して決定することもできる。本実施形態によれ
ば、改質スポットの寸法を制御できるので、厚みが比較
的小さい加工対象物については改質スポットを小さくす
ることにより、切断予定ラインに沿って精密に切断がで
き、かつ、切断面の平坦性がよい切断をすることが可能
となる。また、改質スポットを大きくすることにより、
厚みが比較的大きい加工対象物でも切断が可能となる。 【００４２】また、例えば加工対象物の結晶方位が原因
により、加工対象物に切断が容易な方向と切断が困難な
方向とがある場合がある。このような加工対象物の切断
において、例えば図２０及び図２１に示すように、切断
が容易な方向に形成するクラックスポット９０の寸法を
小さくする。一方、図２１及び図３０に示すように、切
断予定ライン５と直交する切断予定ラインの方向が切断
困難な方向の場合、この方向に形成するクラックスポッ
ト９０の寸法を大きくする。これにより、切断が容易な
方向では平坦な切断面を得ることができ、また切断が困
難な方向でも切断が可能となる。 【００４３】改質スポットの寸法の制御ができることに
ついて、クラックスポットの場合で説明したが、溶融処
理スポットや屈折率変化スポットでも同様のことが言え
る。パルスレーザ光のパワーは例えば１パルス当たりの
エネルギー（J）で表すこともできるし、１パルス当た
りのエネルギーにレーザ光の周波数を乗じた値である平
均出力（W）で表すこともできる。 【００４４】次に、本実施形態の具体例を説明する。 【００４５】［第１例］本実施形態の第１例に係るレー
ザ加工装置について説明する。図３１はこのレーザ加工
装置４００の概略構成図である。レーザ加工装置４００
は、レーザ光Lを発生するレーザ光源１０１と、レーザ
光Lのパワー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
源１０１から出射されたレーザ光Lのパワーを調節する
パワー調節部４０１と、を備える。 【００４６】パワー調節部４０１は、例えば、複数のND
(neutral density)フィルタと、各NDフィルタをレーザ
光Lの光軸に対して垂直な位置に移動させたりレーザ光L
の光路外に移動させたりする機構と、を備える。NDフィ
ルタは、エネルギーの相対分光分布を変えることなく光
の強さを減らすフィルタである。複数のNDフィルタはそ
れぞれ減光率が異なる。パワー調節部４０１は、複数の
NDフィルタの何れか又はこれらを組み合わせることによ
り、レーザ光源１０１から出射されたレーザ光Lのパワ
ーを調節する。なお、複数のNDフィルタの減光率を同じ
とし、パワー調節部４０１がレーザ光Lの光軸に対して
垂直な位置に移動させるNDフィルタの個数を変えること
により、レーザ光源１０１から出射されたレーザ光Lの
パワーを調節することもできる。 【００４７】なお、パワー調節部４０１は、直線偏光の
レーザ光Lの光軸に対して垂直に配置された偏光フィル
タと、偏光フィルタをレーザ光Lの光軸を中心に所望の
角度だけ回転させる機構と、を備えたものでもよい。パ
ワー調節部４０１において光軸を中心に所望の角度だけ
偏光フィルタを回転させることにより、レーザ光源１０
１から出射されたレーザ光Lのパワーを調節する。 【００４８】なお、レーザ光源１０１の励起用半導体レ
ーザの駆動電流を駆動電流制御手段の一例であるレーザ
光源制御部１０２で制御することにより、レーザ光源１
０１から出射されるレーザ光Lのパワーを調節すること
もできる。よって、レーザ光Lのパワーは、パワー調節
部４０１及びレーザ光源制御部１０２の少なくともいず
れか一方により調節することができる。レーザ光源制御
部１０２によるレーザ光Lのパワーの調節だけで改質領
域の寸法を所望値にできるのであればパワー調節部４０
１は不要である。以上説明したパワーの調節は、レーザ
加工装置の操作者が後で説明する全体制御部１２７にキ
ーボード等を用いてパワーの大きさを入力することによ
りなされる。 【００４９】レーザ加工装置４００はさらに、パワー調
節部４０１でパワーが調節されたレーザ光Lが入射しか
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
ンズを複数含むレンズ選択機構４０３と、レンズ選択機
構４０３を制御するレンズ選択機構制御部４０５と、を
備える。 【００５０】レンズ選択機構４０３は集光用レンズ１０
５ａ、１０５ｂ、１０５ｃと、これらを支持する支持板
４０７と、を備える。集光用レンズ１０５ａを含む光学
系の開口数、集光用レンズ１０５ｂを含む光学系の開口
数、集光用レンズ１０５ｃを含む光学系の開口数はそれ
ぞれ異なる。レンズ選択機構４０３は、レンズ選択機構
制御部４０５からの信号に基づいて支持板４０７を回転
させることにより、集光用レンズ１０５ａ、１０５ｂ、
１０５ｃの中から所望の集光用レンズをレーザ光Lの光
軸上に配置させる。すなわち、レンズ選択機構４０３は
レボルバー式である。 【００５１】なお、レンズ選択機構４０３に取付けられ
る集光用レンズの数は３個に限定されず、それ以外の数
でもよい。レーザ加工装置の操作者が後で説明する全体
制御部１２７にキーボード等を用いて開口数の大きさ又
は集光用レンズ１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃのうちど
れかを選択する指示を入力することにより、集光用レン
ズの選択、つまり開口数の選択がなされる。 【００５２】レーザ加工装置４００はさらに、集光用レ
ンズ１０５ａ〜１０５ｃのうちレーザ光Lの光軸上に配
置された集光用レンズ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。 【００５３】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。 【００５４】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レーザや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、N
d: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。 【００５５】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。集光用レンズ１０
５ａ〜１０５ｃ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１０５ａ〜１０５ｃ
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。 【００５６】レーザ加工装置４００はさらに、載置台１
０７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。 【００５７】レーザ加工装置４００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１２
１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。 【００５８】レーザ加工装置４００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４００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。 【００５９】全体制御部１２７には、ステージ制御部１
１５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４００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。また、全体制御部１２７は
パワー調節部４０１と電気的に接続されている。図３１
はこの図示を省略している。全体制御部１２７にパワー
の大きさが入力されることにより、全体制御部１２７は
パワー調節部４０１を制御し、これによりパワーが調節
される。 【００６０】図３２は全体制御部１２７の一例の一部分
を示すブロック図である。全体制御部１２７は、寸法選
択部４１１、相関関係記憶部４１３及び画像作成部４１
５を備える。寸法選択部４１１にはレーザ加工装置の操
作者がキーボード等により、パルスレーザ光のパワーの
大きさや集光用レンズを含む光学系の開口数の大きさが
入力される。この例においては、開口数の大きさを直接
入力する代わりに集光用レンズ１０５a、１０５b、１０
５cのいずれかを選択する入力にしてもよい。この場
合、全体制御部１２７に集光用レンズ１０５a、１０５
b、１０５c、それぞれの開口数を予め登録しておき、選
択された集光用レンズを含む光学系の開口数のデータが
自動的に寸法選択部４１１に入力される。 【００６１】相関関係記憶部４１３には、パルスレーザ
光のパワーの大きさ及び開口数の大きさの組と改質スポ
ットの寸法との相関関係が予め記憶されている。図３３
は、この相関関係を示すテーブルの一例である。この例
では、開口数の欄には集光用レンズ１０５a、１０５b、
１０５cの各々について、それらを含む光学系の開口数
が登録される。パワーの欄にはパワー調節部４０１によ
り調節されるパルスレーザ光のパワーの大きさが登録さ
れる。寸法の欄には、対応する組のパワーと開口数との
組み合わせにより形成される改質スポットの寸法が登録
される。例えば、パワーが１．２４×１０11（W／cm2）
で、開口数が０．５５のときに形成される改質スポット
の寸法は１２０μmである。この相関関係のデータは、
例えば、レーザ加工前に図２２〜図２９で説明した実験
をすることにより得ることができる。 【００６２】寸法選択部４１１にパワーの大きさ及び開
口数の大きさが入力されることにより、寸法選択部４１
１は相関関係記憶部４１３からこれらの大きさと同じ値
の組を選択し、その組に対応する寸法のデータをモニタ
１２９に送る。これにより、モニタ１２９には入力され
たパワーの大きさ及び開口数の大きさのもとで形成され
る改質スポットの寸法が表示される。これらの大きさと
同じ値の組がない場合は、最も近い値の組に対応する寸
法データがモニタ１２９に送られる。 【００６３】寸法選択部４１１で選択された組に対応す
る寸法のデータは、寸法選択部４１１から画像作成部４
１５に送られる。画像作成部４１５は、この寸法のデー
タを基にしてこの寸法の改質スポットの画像データを作
成し、モニタ１２９に送る。これにより、モニタ１２９
には改質スポットの画像も表示される。よって、レーザ
加工前に改質スポットの寸法や改質スポットの形状を知
ることができる。 【００６４】パワーの大きさを固定し、開口数の大きさ
を可変とすることもできる。この場合のテーブルは図３
４に示すようになる。例えば、パワーを１．４９×１０
11（W／cm2）と固定し開口数が０．５５のときに形成さ
れる改質スポットの寸法は１５０μmである。また、開
口数の大きさを固定し、パワーの大きさを可変とするこ
ともできる。この場合のテーブルは図３５に示すように
なる。例えば、開口数を０．８と固定しパワーが１．１
９×１０11（W／cm2）のときに形成される改質スポット
の寸法は３０μmである。 【００６５】次に、図３１及び図３６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３６
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。 【００６６】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（S１０
３）。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。 【００６７】加工対象物１をレーザ加工装置４００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（S１０
５）。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１
１７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）。 【００６８】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（S
１０９）。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。 【００６９】全体制御部１２７には予めステップS１０
３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）。 【００７０】次に、上記で説明したようにパワー及び開
口数の大きさを全体制御部１２７に入力する。入力され
たパワーのデータに基づいて、レーザ光Lのパワーはパ
ワー調節部４０１により調節される。入力された開口数
のデータに基づいて、開口数はレンズ選択機構制御部４
０５を介してレンズ選択機構４０３が集光用レンズを選
択することにより調節される。また、これらのデータは
全体制御部１２７の寸法選択部４１１（図３２）に入力
される。これにより、１パルスのレーザ光Lの照射によ
り加工対象物１の内部に形成される溶融処理スポットの
寸法及び溶融処理スポットの形状がモニタ１２９に表示
される（S１１２）。 【００７１】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１
１１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（S１１
３）。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（S１１
５）。これにより、加工対象物１をシリコンチップに分
割する。 【００７２】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。 【００７３】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。 【００７４】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。 【００７５】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。 【００７６】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３７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。 【００７７】[第２例]次に、本実施形態の第２例につい
て第１例との相違を中心に説明する。図３８はこのレー
ザ加工装置５００の概略構成図である。レーザ加工装置
５００の構成要素のうち、図３１に示す第１例に係るレ
ーザ加工装置４００の構成要素と同一要素については同
一符号を付すことによりその説明を省略する。 【００７８】レーザ加工装置５００は、パワー調節部４
０１とダイクロイックミラー１０３との間のレーザ光L
の光軸上にビームエキスパンダ５０１が配置されてい
る。ビームエキスパンダ５０１は倍率可変であり、ビー
ムエキスパンダ５０１によりレーザ光Lのビーム径が大
きくなるように調節される。ビームエキスパンダ５０１
は開口数調節手段の一例である。また、レーザ加工装置
５００はレンズ選択機構４０３の代わりに１つの集光用
レンズ１０５を備える。 【００７９】レーザ加工装置５００の動作が第１例のレ
ーザ加工装置の動作と異なる点は、全体制御部１２７に
入力された開口数の大きさに基づく開口数の調節であ
る。以下、これについて説明する。全体制御部１２７は
ビームエキスパンダ５０１と電気的に接続されている。
図３８はこの図示を省略している。全体制御部１２７に
開口数の大きさが入力されることにより、全体制御部１
２７はビームエキスパンダ５０１の倍率を変える制御を
する。これにより、集光用レンズ１０５に入射するレー
ザ光Lのビーム径の拡大率を調節する。よって、集光用
レンズ１０５が１つであっても、集光用レンズ１０５を
含む光学系の開口数を大きくする調節が可能となる。こ
れを図３９及び図４０を用いて説明する。 【００８０】図３９は、ビームエキスパンダ５０１が配
置されていない場合の集光用レンズ１０５によるレーザ
光Lの集光を示す図である。一方、図４０は、ビームエ
キスパンダ５０１が配置されている場合の集光用レンズ
１０５によるレーザ光Lの集光を示す図である。図３９
及び図４０を比較すれば分かるように、ビームエキスパ
ンダ５０１が配置されていない場合の集光用レンズ１０
５を含む光学系の開口数を基準にすると、第２例では開
口数が大きくなるように調節することができる。 【００８１】[第３例]次に、本実施形態の第３例につい
てこれまでの例との相違を中心に説明する。図４１はこ
のレーザ加工装置６００の概略構成図である。レーザ加
工装置６００の構成要素のうち、これまでの例に係るレ
ーザ加工装置の構成要素と同一要素については同一符号
を付すことによりその説明を省略する。 【００８２】レーザ加工装置６００は、ビームエキスパ
ンダ５０１の代わりに、ダイクロイックミラー１０３と
集光用レンズ１０５との間のレーザ光Lの光軸上に虹彩
絞り６０１が配置されている。虹彩絞り６０１の開口の
大きさを変えることにより集光用レンズ１０５の有効径
を調節する。虹彩絞り６０１は開口数調節手段の一例で
ある。また、レーザ加工装置６００は虹彩絞り６０１の
開口の大きさを変える制御をする虹彩絞り制御部６０３
を備える。虹彩絞り制御部６０３は全体制御部１２７に
より制御される。 【００８３】レーザ加工装置６００の動作がこれまでの
例のレーザ加工装置の動作と異なる点は、全体制御部１
２７に入力された開口数の大きさに基づく開口数の調節
である。レーザ加工装置６００は入力された開口数の大
きさに基づいて虹彩絞り６０１の開口の大きさを変える
ことにより、集光用レンズ１０５の有効径の縮小する調
節をする。これにより、集光用レンズ１０５が１つであ
っても、集光用レンズ１０５を含む光学系の開口数を小
さくなるように調節することができる。これを図４２及
び図４３を用いて説明する。 【００８４】図４２は、虹彩絞りが配置されていない場
合の集光用レンズ１０５によるレーザ光Lの集光を示す
図である。一方、図４３は、虹彩絞り６０１が配置され
ている場合の集光用レンズ１０５によるレーザ光Lの集
光を示す図である。図４２及び図４３を比較すれば分か
るように、虹彩絞りが配置されていない場合の集光用レ
ンズ１０５を含む光学系の開口数を基準にすると、第３
例では開口数が小さくなるように調節することができ
る。 【００８５】次に、本実施形態の変形例を説明する。図
４４は本実施形態のレーザ加工装置の変形例に備えられ
る全体制御部１２７のブロック図である。全体制御部１
２７はパワー選択部４１７及び相関関係記憶部４１３を
備える。相関関係記憶部４１３には、図３５に示す相関
関係のデータが予め記憶されている。レーザ加工装置の
操作者はキーボード等によりパワー選択部４１７に改質
スポットの所望の寸法を入力する。改質スポットの寸法
は、加工対象物の厚さや材質等を考慮して決定される。
この入力により、パワー選択部４１７は相関関係記憶部
４１３からこの寸法と同じ値の寸法に対応するパワーを
選択し、そのパワーのデータをパワー調節部４０１に送
る。よって、このパワーの大きさに調節されたレーザ加
工装置でレーザ加工することにより、所望の寸法の改質
スポットを形成することが可能となる。このパワーの大
きさのデータはモニタ１２９にも送られ、パワーの大き
さが表示される。この例では開口数が固定でパワーが可
変となる。なお、入力された寸法と同じ値の寸法が相関
関係記憶部４１３に記憶されていない場合、最も近い値
の寸法に対応するパワーのデータがパワー調節部４０１
及びモニタ１２９に送られる。これは以下に説明する変
形例でも同様である。 【００８６】図４５は本実施形態のレーザ加工装置の他
の変形例に備えられる全体制御部１２７のブロック図で
ある。全体制御部１２７は開口数選択部４１９及び相関
関係記憶部４１３を備える。図４４の変形例と異なる点
は、パワーではなく開口数が選択されることである。相
関関係記憶部４１３には、図３４に示すデータが予め記
憶されている。レーザ加工装置の操作者はキーボード等
により開口数選択部４１９に改質スポットの所望の寸法
を入力する。これにより、開口数選択部４１９は、相関
関係記憶部４１３からこの寸法と同じ値の寸法に対応す
る開口数を選択し、その開口数のデータをレンズ選択機
構制御部４０５、ビームエキスパンダ５０１又は虹彩絞
り制御部６０３に送る。よって、この開口数の大きさに
調節されたレーザ加工装置でレーザ加工することによ
り、所望の寸法の改質スポットを形成することが可能と
なる。この開口数の大きさのデータはモニタ１２９にも
送られ、開口数の大きさが表示される。この例ではパワ
ーが固定で開口数が可変となる。 【００８７】図４６は本実施形態のレーザ加工装置のさ
らに他の変形例に備えられる全体制御部１２７のブロッ
ク図である。全体制御部１２７は組選択部４２１及び相
関関係記憶部４１３を備える。図４４及び図４５の例と
異なる点は、パワー及び開口数の両方が選択されること
である。相関関係記憶部４１３には、図３３のパワー及
び開口数の組と寸法との相関関係のデータが予め記憶さ
れている。レーザ加工装置の操作者はキーボード等によ
り組選択部４２１に改質スポットの所望の寸法を入力す
る。これにより、組選択部４２１は、相関関係記憶部４
１３からこの寸法と同じ値の寸法に対応するパワー及び
開口数の組を選択する。選択された組のパワーのデータ
はパワー調節部４０１に送られる。一方、選択された組
の開口数のデータはレンズ選択機構制御部４０５、ビー
ムエキスパンダ５０１又は虹彩絞り制御部６０３に送ら
れる。よって、この組のパワー及び開口数の大きさに調
節されたレーザ加工装置でレーザ加工することにより、
所望の寸法の改質スポットを形成することが可能とな
る。この組のパワー及び開口数の大きさのデータはモニ
タ１２９にも送られ、パワー及び開口数の大きさが表示
される。 【００８８】これらの変形例によれば、改質スポットの
寸法を制御することができる。よって、改質スポットの
寸法を小さくすることにより、加工対象物の切断予定ラ
インに沿って精密に切断でき、また平坦な切断面を得る
ことができる。加工対象物の厚みが大きい場合、改質ス
ポットの寸法を大きくすることにより、加工対象物の切
断が可能となる。 【００８９】 【発明の効果】本発明に係るレーザ加工装置によれば、
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。 【００９０】本発明に係るレーザ加工装置によれば、改
質スポットの寸法を制御できる。このため、切断予定ラ
インに沿って精密に加工対象物を切断でき、また平坦な
切断面を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【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】本実施形態に係るレーザ加工方法を用いてク
ラックスポットを比較的大きく形成した場合の加工対象
物の平面図である。 【図１５】図１４に示す切断予定ライン上のXV-XVに沿
って切断した断面図である。 【図１６】図１４に示す切断予定ラインと直交するXVI-
XVIに沿って切断した断面図である。 【図１７】図１４に示す切断予定ラインと直交するXVII
-XVIIに沿って切断した断面図である。 【図１８】図１４に示す切断予定ラインと直交するXVII
I-XVIIIに沿って切断した断面図である。 【図１９】図１４に示す加工対象物を切断予定ラインに
沿って切断した平面図である。 【図２０】本実施形態に係るレーザ加工方法を用いてク
ラックスポットを比較的小さく形成した場合の切断予定
ラインに沿った加工対象物の断面図である。 【図２１】図２０に示す加工対象物を切断予定ラインに
沿って切断した平面図である。 【図２２】所定の開口数の集光用レンズを用いてパルス
レーザ光が加工対象物の内部に集光されている状態を示
す加工対象物の断面図である。 【図２３】図２２に示すレーザ光の照射による多光子吸
収が原因で形成されたクラックスポットを含む加工対象
物の断面図である。 【図２４】図２２に示す例より大きい開口数の集光用レ
ンズを用いた場合の加工対象物の断面図である。 【図２５】図２４に示すレーザ光の照射による多光子吸
収が原因で形成されたクラックスポットを含む加工対象
物の断面図である。 【図２６】図２２に示す例より小さいパワーのパルスレ
ーザ光を用いた場合の加工対象物の断面図である。 【図２７】図２６に示すレーザ光の照射による多光子吸
収が原因で形成されたクラックスポットを含む加工対象
物の断面図である。 【図２８】図２４に示す例より小さいパワーのパルスレ
ーザ光を用いた場合の加工対象物の断面図である。 【図２９】図２８に示すレーザ光の照射による多光子吸
収が原因で形成されたクラックスポットを含む加工対象
物の断面図である。 【図３０】図２１に示す切断予定ラインと直交するXXX-
XXXに沿って切断した断面図である。 【図３１】本実施形態の第１例に係るレーザ加工装置の
概略構成図である。 【図３２】本実施形態に係るレーザ加工装置に備えられ
る全体制御部の一例の一部分を示すブロック図である。 【図３３】本実施形態に係るレーザ加工装置の全体制御
部に含まれる相関関係記憶部のテーブルの一例を示す図
である。 【図３４】本実施形態に係るレーザ加工装置の全体制御
部に含まれる相関関係記憶部のテーブルの他の例を示す
図である。 【図３５】本実施形態に係るレーザ加工装置の全体制御
部に含まれる相関関係記憶部のテーブルのさらに他の例
を示す図である。 【図３６】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３７】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３８】本実施形態の第２例に係るレーザ加工装置の
概略構成図である。 【図３９】ビームエキスパンダが配置されていない場合
の集光用レンズによるレーザ光の集光を示す図である。 【図４０】ビームエキスパンダが配置されている場合の
集光用レンズによるレーザ光の集光を示す図である。 【図４１】本実施形態の第３例に係るレーザ加工装置の
概略構成図である。 【図４２】虹彩絞りが配置されていない場合の集光用レ
ンズによるレーザ光の集光を示す図である。 【図４３】虹彩絞りが配置されている場合の集光用レン
ズによるレーザ光の集光を示す図である。 【図４４】本実施形態のレーザ加工装置の変形例に備え
られる全体制御部の一例のブロック図である。 【図４５】本実施形態のレーザ加工装置の変形例に備え
られる全体制御部の他の例のブロック図である。 【図４６】本実施形態のレーザ加工装置の変形例に備え
られる全体制御部のさらに他の例のブロック図である。 【符号の説明】 １・・・加工対象物、３・・・表面、５・・・切断予定
ライン、７・・・改質領域、９・・・クラック領域、１
１・・・シリコンウェハ、１３・・・溶融処理領域、４
１・・・領域、４３・・・切断面、９０・・・クラック
スポット、１０１・・・レーザ光源、１０５,１０５ａ,
１０５ｂ,１０５ｃ・・・集光用レンズ、１０９・・・X
軸ステージ、１１１・・・Y軸ステージ、１１３・・・Z
軸ステージ、４００・・・レーザ加工装置、４０１・・
・パワー調節部、４０３・・・レンズ選択機構、４１１
・・・寸法選択部、４１３・・・相関関係記憶部、４１
５・・・画像作成部、４１７・・・パワー選択部、４１
９・・・開口数選択部、４２１・・・組選択部、５００
・・・レーザ加工装置、５０１・・・ビームエキスパン
ダ、６００・・・レーザ加工装置、６０１・・・虹彩絞
り、P・・・集光点
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】本実施形態に係るレーザ加工方法を用いてク
ラックスポットを比較的大きく形成した場合の加工対象
物の平面図である。 【図１５】図１４に示す切断予定ライン上のXV-XVに沿
って切断した断面図である。 【図１６】図１４に示す切断予定ラインと直交するXVI-
XVIに沿って切断した断面図である。 【図１７】図１４に示す切断予定ラインと直交するXVII
-XVIIに沿って切断した断面図である。 【図１８】図１４に示す切断予定ラインと直交するXVII
I-XVIIIに沿って切断した断面図である。 【図１９】図１４に示す加工対象物を切断予定ラインに
沿って切断した平面図である。 【図２０】本実施形態に係るレーザ加工方法を用いてク
ラックスポットを比較的小さく形成した場合の切断予定
ラインに沿った加工対象物の断面図である。 【図２１】図２０に示す加工対象物を切断予定ラインに
沿って切断した平面図である。 【図２２】所定の開口数の集光用レンズを用いてパルス
レーザ光が加工対象物の内部に集光されている状態を示
す加工対象物の断面図である。 【図２３】図２２に示すレーザ光の照射による多光子吸
収が原因で形成されたクラックスポットを含む加工対象
物の断面図である。 【図２４】図２２に示す例より大きい開口数の集光用レ
ンズを用いた場合の加工対象物の断面図である。 【図２５】図２４に示すレーザ光の照射による多光子吸
収が原因で形成されたクラックスポットを含む加工対象
物の断面図である。 【図２６】図２２に示す例より小さいパワーのパルスレ
ーザ光を用いた場合の加工対象物の断面図である。 【図２７】図２６に示すレーザ光の照射による多光子吸
収が原因で形成されたクラックスポットを含む加工対象
物の断面図である。 【図２８】図２４に示す例より小さいパワーのパルスレ
ーザ光を用いた場合の加工対象物の断面図である。 【図２９】図２８に示すレーザ光の照射による多光子吸
収が原因で形成されたクラックスポットを含む加工対象
物の断面図である。 【図３０】図２１に示す切断予定ラインと直交するXXX-
XXXに沿って切断した断面図である。 【図３１】本実施形態の第１例に係るレーザ加工装置の
概略構成図である。 【図３２】本実施形態に係るレーザ加工装置に備えられ
る全体制御部の一例の一部分を示すブロック図である。 【図３３】本実施形態に係るレーザ加工装置の全体制御
部に含まれる相関関係記憶部のテーブルの一例を示す図
である。 【図３４】本実施形態に係るレーザ加工装置の全体制御
部に含まれる相関関係記憶部のテーブルの他の例を示す
図である。 【図３５】本実施形態に係るレーザ加工装置の全体制御
部に含まれる相関関係記憶部のテーブルのさらに他の例
を示す図である。 【図３６】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３７】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３８】本実施形態の第２例に係るレーザ加工装置の
概略構成図である。 【図３９】ビームエキスパンダが配置されていない場合
の集光用レンズによるレーザ光の集光を示す図である。 【図４０】ビームエキスパンダが配置されている場合の
集光用レンズによるレーザ光の集光を示す図である。 【図４１】本実施形態の第３例に係るレーザ加工装置の
概略構成図である。 【図４２】虹彩絞りが配置されていない場合の集光用レ
ンズによるレーザ光の集光を示す図である。 【図４３】虹彩絞りが配置されている場合の集光用レン
ズによるレーザ光の集光を示す図である。 【図４４】本実施形態のレーザ加工装置の変形例に備え
られる全体制御部の一例のブロック図である。 【図４５】本実施形態のレーザ加工装置の変形例に備え
られる全体制御部の他の例のブロック図である。 【図４６】本実施形態のレーザ加工装置の変形例に備え
られる全体制御部のさらに他の例のブロック図である。 【符号の説明】 １・・・加工対象物、３・・・表面、５・・・切断予定
ライン、７・・・改質領域、９・・・クラック領域、１
１・・・シリコンウェハ、１３・・・溶融処理領域、４
１・・・領域、４３・・・切断面、９０・・・クラック
スポット、１０１・・・レーザ光源、１０５,１０５ａ,
１０５ｂ,１０５ｃ・・・集光用レンズ、１０９・・・X
軸ステージ、１１１・・・Y軸ステージ、１１３・・・Z
軸ステージ、４００・・・レーザ加工装置、４０１・・
・パワー調節部、４０３・・・レンズ選択機構、４１１
・・・寸法選択部、４１３・・・相関関係記憶部、４１
５・・・画像作成部、４１７・・・パワー選択部、４１
９・・・開口数選択部、４２１・・・組選択部、５００
・・・レーザ加工装置、５０１・・・ビームエキスパン
ダ、６００・・・レーザ加工装置、６０１・・・虹彩絞
り、P・・・集光点
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｃ０３Ｂ 33/037 Ｃ０３Ｂ 33/037
33/09 33/09
// Ｈ０１Ｌ 21/301 Ｈ０１Ｌ 21/78 Ｂ
(72)発明者 内山 直己
静岡県浜松市市野町1126番地の１ 浜松ホ
トニクス株式会社内
(72)発明者 和久田 敏光
静岡県浜松市市野町1126番地の１ 浜松ホ
トニクス株式会社内
Ｆターム(参考） 3C069 AA01 BA08 BB01 BB03 BC01
CA05 CA11 EA02 EA05
4E068 AA01 AD01 AE00 CA11 CB03
CD13 CE02 DA10 DB13
4G015 FA03 FB01 FC07 FC14
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 パルス幅が１μs以下のパルスレーザ光
を出射するレーザ光源と、 前記レーザ光源から出射されるパルスレーザ光のパワー
の大きさを調節するパワー調節手段と、 前記レーザ光源から出射されたパルスレーザ光の集光点
のピークパワー密度が１×１０8（W/cm2）以上になるよ
うにパルスレーザ光を集光する集光用レンズを複数含み
かつ前記複数の集光用レンズを選択可能なレンズ選択手
段と、 を備え、 前記複数の集光用レンズを含む光学系はそれぞれ開口数
が異なり、 前記レンズ選択手段で選択された前記集光用レンズによ
り集光されたパルスレーザ光の集光点を加工対象物の内
部に合わせる手段と、 前記加工対象物の切断予定ラインに沿ってパルスレーザ
光の集光点を相対的に移動させる移動手段と、 を備え、 前記内部に集光点を合わせて１パルスのパルスレーザ光
を前記加工対象物に照射することにより、前記内部に１
つの改質スポットが形成され、 前記パワー調節手段により調節されるパルスレーザ光の
パワーの大きさ及び前記複数の集光用レンズの開口数の
大きさの組と改質スポットの寸法との相関関係を予め記
憶した相関関係記憶手段と、 改質スポットの寸法の入力に基づいて、この寸法に形成
できるパワー及び開口数の大きさの組を前記相関関係記
憶手段から選択する組選択手段と、 を備え、 前記パワー調節手段及び前記レンズ選択手段は、前記組
選択手段により選択されたパワー及び開口数の大きさと
なるように前記レーザ光源から出射されるパルスレーザ
光のパワーの大きさの調節及び前記複数の集光用レンズ
の選択をする、レーザ加工装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002097839A JP2003010988A (ja) | 2000-09-13 | 2002-03-29 | レーザ加工装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000278306 | 2000-09-13 | ||
| JP2000-278306 | 2000-09-13 | ||
| JP2002097839A JP2003010988A (ja) | 2000-09-13 | 2002-03-29 | レーザ加工装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001278665A Division JP4964376B2 (ja) | 2000-09-13 | 2001-09-13 | レーザ加工装置及びレーザ加工方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003010988A true JP2003010988A (ja) | 2003-01-15 |
Family
ID=26599904
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002097839A Pending JP2003010988A (ja) | 2000-09-13 | 2002-03-29 | レーザ加工装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003010988A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017177214A (ja) * | 2016-03-29 | 2017-10-05 | 国立大学法人埼玉大学 | 基板加工方法および基板加工装置 |
| JP2018027565A (ja) * | 2016-08-16 | 2018-02-22 | 国立大学法人埼玉大学 | 基板加工方法および基板加工装置 |
-
2002
- 2002-03-29 JP JP2002097839A patent/JP2003010988A/ja active Pending
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