JP2003039186A - レーザ加工方法 - Google Patents

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ることなく、加工対象物を切断する
ことができるレーザ加工方法を提供すること。 【解決手段】 本発明に係るレーザ加工方法は、加工対
象物１の内部に集光点Ｐを合わせてレーザ光Ｌを照射
し、加工対象物１の切断予定ライン５に沿って加工対象
物１の内部に改質領域を形成し、加工対象物１を切断す
る工程と、切断された加工対象物片を吸引手段により吸
着し、加工対象物片を分離させる工程とを備えることを
特徴とする。

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
されるレーザ加工方法に関する。 【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、上記領域付近に位
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や電極パターンが
形成されたガラス基板の場合、この不必要な割れにより
半導体チップ、液晶表示装置や電極パターンが損傷する
ことがある。また、これらの切断方法では平均入力エネ
ルギーが大きいので、半導体チップ等に与える熱的ダメ
ージも大きい。 【０００５】本発明の目的は、加工対象物の表面に不必
要な割れを発生させることなくかつその表面が溶融しな
いレーザ加工方法を提供することである。 【０００６】 【課題を解決するための手段】本発明に係るレーザ加工
方法は、加工対象物の内部に集光点を合わせてレーザ光
を照射し、加工対象物の切断予定ラインに沿って加工対
象物の内部に改質領域を形成し、加工対象物を切断する
工程と、切断された加工対象物片を吸引手段により吸着
し、加工対象物片を分離させる工程とを備えることを特
徴とする。 【０００７】本発明に係るレーザ加工方法によれば、加
工対象物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射し、
加工対象物の内部に改質領域を形成している。加工対象
物の切断する箇所に何らかの起点があると、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。本発
明に係るレーザ加工方法によれば、改質領域を起点とし
て切断予定ラインに沿って加工対象物が割れることによ
り、加工対象物を切断することができる。よって、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方法によれ
ば、加工対象物の内部に局所的に改質領域を形成してい
る。よって、加工対象物の表面ではレーザ光がほとんど
吸収されないので、加工対象物の表面が溶融することは
ない。なお、集光点とはレーザ光が集光した箇所のこと
である。切断予定ラインは加工対象物の表面や内部に実
際に引かれた線でもよいし、仮想の線でもよい。 【０００９】 【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
加工方法は、多光子吸収により改質領域を形成してい
る。多光子吸収はレーザ光の強度を非常に大きくした場
合に発生する現象である。まず、多光子吸収について簡
単に説明する。 【００１０】材料の吸収のバンドギャップＥ_G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＞Ｅ_G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＞Ｅ_Gの条件（ｎ＝２，３，４，・・・
である）で材料に吸収が生じる。この現象を多光子吸収
という。パルス波の場合、レーザ光の強度はレーザ光の
集光点のピークパワー密度（Ｗ／ｃｍ²）で決まり、例
えばピークパワー密度が１×１０⁸（Ｗ／ｃｍ²）以上の
条件で多光子吸収が生じる。ピークパワー密度は、（集
光点におけるレーザ光の１パルス当たりのエネルギー）
÷（レーザ光のビームスポット断面積×パルス幅）によ
り求められる。また、連続波の場合、レーザ光の強度は
レーザ光の集光点の電界強度（Ｗ／ｃｍ²）で決まる。 【００１１】このような多光子吸収を利用する本実施形
態に係るレーザ加工の原理について図１〜図６を用いて
説明する。図１はレーザ加工中の加工対象物１の平面図
であり、図２は図１に示す加工対象物１のＩＩ−ＩＩ線
に沿った断面図であり、図３はレーザ加工後の加工対象
物１の平面図であり、図４は図３に示す加工対象物１の
ＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図であり、図５は図３に示す
加工対象物１のＶ−Ｖ線に沿った断面図であり、図６は
切断された加工対象物１の平面図である。 【００１２】図１及び図２に示すように、加工対象物１
の表面３には切断予定ライン５がある。切断予定ライン
５は直線状に延びた仮想線である。本実施形態に係るレ
ーザ加工は、多光子吸収が生じる条件で加工対象物１の
内部に集光点Ｐを合わせてレーザ光Ｌを加工対象物１に
照射して改質領域７を形成する。なお、集光点とはレー
ザ光Ｌが集光した箇所のことである。 【００１３】レーザ光Ｌを切断予定ライン５に沿って
（すなわち矢印Ａ方向に沿って）相対的に移動させるこ
とにより、集光点Ｐを切断予定ライン５に沿って移動さ
せる。これにより、図３〜図５に示すように改質領域７
が切断予定ライン５に沿って加工対象物１の内部にのみ
形成される。本実施形態に係るレーザ加工方法は、加工
対象物１がレーザ光Ｌを吸収することにより加工対象物
１を発熱させて改質領域７を形成するのではない。加工
対象物１にレーザ光Ｌを透過させ加工対象物１の内部に
多光子吸収を発生させて改質領域７を形成している。よ
って、加工対象物１の表面３ではレーザ光Ｌがほとんど
吸収されないので、加工対象物１の表面３が溶融するこ
とはない。 【００１４】加工対象物１の切断において、切断する箇
所に起点があると加工対象物１はその起点から割れるの
で、図６に示すように比較的小さな力で加工対象物１を
切断することができる。よって、加工対象物１の表面３
に不必要な割れを発生させることなく加工対象物１の切
断が可能となる。 【００１５】なお、改質領域を起点とした加工対象物の
切断は、次の二通りが考えられる。一つは、改質領域形
成後、加工対象物に人為的な力が印加されることによ
り、改質領域を起点として加工対象物が割れ、加工対象
物が切断される場合である。これは、例えば加工対象物
の厚みが大きい場合の切断である。人為的な力が印加さ
れるとは、例えば、加工対象物の切断予定ラインに沿っ
て加工対象物に曲げ応力やせん断応力を加えたり、加工
対象物に温度差を与えることにより熱応力を発生させた
りすることである。他の一つは、改質領域を形成するこ
とにより、改質領域を起点として加工対象物の断面方向
（厚さ方向）に向かって自然に割れ、結果的に加工対象
物が切断される場合である。これは、例えば加工対象物
の厚みが小さい場合、改質領域が１つでも可能であり、
加工対象物の厚みが大きい場合、厚さ方向に複数の改質
領域を形成することで可能となる。なお、この自然に割
れる場合も、切断する箇所の表面上において、改質領域
が形成されていない部分まで割れが先走ることがなく、
改質部を形成した部分のみを割断することができるの
で、割断を制御よくすることができる。近年、シリコン
ウェハ等の半導体ウェハの厚さは薄くなる傾向にあるの
で、このような制御性のよい割断方法は大変有効であ
る。 【００１６】さて、本実施形態において多光子吸収によ
り形成される改質領域として、次の（１）〜（３）があ
る。 【００１７】（１）改質領域が一つ又は複数のクラック
を含むクラック領域の場合 レーザ光を加工対象物（例えばガラスやＬｉＴａＯ₃か
らなる圧電材料）の内部に集光点を合わせて、集光点に
おける電界強度が１×１０⁸（Ｗ／ｃｍ²）以上でかつパ
ルス幅が１μｓ以下の条件で照射する。このパルス幅の
大きさは、多光子吸収を生じさせつつ加工対象物表面に
余計なダメージを与えずに、加工対象物の内部にのみク
ラック領域を形成できる条件である。これにより、加工
対象物の内部には多光子吸収による光学的損傷という現
象が発生する。この光学的損傷により加工対象物の内部
に熱ひずみが誘起され、これにより加工対象物の内部に
クラック領域が形成される。電界強度の上限値として
は、例えば１×１０¹²（Ｗ／ｃｍ²）である。パルス幅
は例えば１ｎｓ〜２００ｎｓが好ましい。なお、多光子
吸収によるクラック領域の形成は、例えば、第４５回レ
ーザ熱加工研究会論文集（１９９８年．１２月）の第２
３頁〜第２８頁の「固体レーザー高調波によるガラス基
板の内部マーキング」に記載されている。 【００１８】本発明者は、電界強度とクラックの大きさ
との関係を実験により求めた。実験条件は次ぎの通りで
ある。 （Ａ）加工対象物：パイレックス（登録商標）ガラス
（厚さ７００μｍ） （Ｂ）レーザ 光源：半導体レーザ励起Ｎｄ：ＹＡＧレーザ 波長：１０６４ｎｍ レーザ光スポット断面積：３．１４×１０^-8ｃｍ² 発振形態：Ｑスイッチパルス 繰り返し周波数：１００ｋＨｚ パルス幅：３０ｎｓ 出力：出力＜１ｍＪ／パルス レーザ光品質：ＴＥＭ₀₀ 偏光特性：直線偏光 （Ｃ）集光用レンズ レーザ光波長に対する透過率：６０パーセント （Ｄ）加工対象物が載置される載置台の移動速度：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。 【００１９】図７は上記実験の結果を示すグラフであ
る。横軸はピークパワー密度であり、レーザ光がパルス
レーザ光なので電界強度はピークパワー密度で表され
る。縦軸は１パルスのレーザ光により加工対象物の内部
に形成されたクラック部分（クラックスポット）の大き
さを示している。クラックスポットが集まりクラック領
域となる。クラックスポットの大きさは、クラックスポ
ットの形状のうち最大の長さとなる部分の大きさであ
る。グラフ中の黒丸で示すデータは集光用レンズ（Ｃ）
の倍率が１００倍、開口数（ＮＡ）が０．８０の場合で
ある。一方、グラフ中の白丸で示すデータは集光用レン
ズ（Ｃ）の倍率が５０倍、開口数（ＮＡ）が０．５５の
場合である。ピークパワー密度が１０¹¹（Ｗ／ｃｍ²）
程度から加工対象物の内部にクラックスポットが発生
し、ピークパワー密度が大きくなるに従いクラックスポ
ットも大きくなることが分かる。 【００２０】次に、本実施形態に係るレーザ加工におい
て、クラック領域形成による加工対象物の切断のメカニ
ズムについて図８〜図１１を用いて説明する。図８に示
すように、多光子吸収が生じる条件で加工対象物１の内
部に集光点Ｐを合わせてレーザ光Ｌを加工対象物１に照
射して切断予定ラインに沿って内部にクラック領域９を
形成する。クラック領域９は一つ又は複数のクラックを
含む領域である。図９に示すようにクラック領域９を起
点としてクラックがさらに成長し、図１０に示すように
クラックが加工対象物１の表面３と裏面２１に到達し、
図１１に示すように加工対象物１が割れることにより加
工対象物１が切断される。加工対象物の表面と裏面に到
達するクラックは自然に成長する場合もあるし、加工対
象物に力が印加されることにより成長する場合もある。 【００２１】（２）改質領域が溶融処理領域の場合 レーザ光を加工対象物（例えばシリコンのような半導体
材料）の内部に集光点を合わせて、集光点における電界
強度が１×１０⁸（Ｗ／ｃｍ²）以上でかつパルス幅が１
μｓ以下の条件で照射する。これにより加工対象物の内
部は多光子吸収によって局所的に加熱される。この加熱
により加工対象物の内部に溶融処理領域が形成される。
溶融処理領域とは一旦溶融後再固化した領域、溶融状態
中の領域及び溶融から再固化する状態中の領域のうち少
なくともいずれか一つを意味する。また、溶融処理領域
は相変化した領域や結晶構造が変化した領域ということ
もできる。また、溶融処理領域とは単結晶構造、非晶質
構造、多結晶構造において、ある構造が別の構造に変化
した領域ということもできる。つまり、例えば、単結晶
構造から非晶質構造に変化した領域、単結晶構造から多
結晶構造に変化した領域、単結晶構造から非晶質構造及
び多結晶構造を含む構造に変化した領域を意味する。加
工対象物がシリコン単結晶構造の場合、溶融処理領域は
例えば非晶質シリコン構造である。なお、電界強度の上
限値としては、例えば１×１０¹²（Ｗ／ｃｍ²）であ
る。パルス幅は例えば１ｎｓ〜２００ｎｓが好ましい。 【００２２】本発明者は、シリコンウェハの内部で溶融
処理領域が形成されることを実験により確認した。実験
条件は次ぎの通りである。 （Ａ）加工対象物：シリコンウェハ（厚さ３５０μｍ、
外径４インチ） （Ｂ）レーザ 光源：半導体レーザ励起Ｎｄ：ＹＡＧレーザ 波長：１０６４ｎｍ レーザ光スポット断面積：３．１４×１０^-8ｃｍ² 発振形態：Ｑスイッチパルス 繰り返し周波数：１００ｋＨｚ パルス幅：３０ｎｓ 出力：２０μＪ／パルス レーザ光品質：ＴＥＭ₀₀ 偏光特性：直線偏光 （Ｃ）集光用レンズ 倍率：５０倍 ＮＡ：０．５５ レーザ光波長に対する透過率：６０パーセント （Ｄ）加工対象物が載置される載置台の移動速度：１０
０ｍｍ／秒 【００２３】図１２は上記条件でのレーザ加工により切
断されたシリコンウェハの一部における断面の写真を表
した図である。シリコンウェハ１１の内部に溶融処理領
域１３が形成されている。なお、上記条件により形成さ
れた溶融処理領域の厚さ方向の大きさは１００μｍ程度
である。 【００２４】溶融処理領域１３が多光子吸収により形成
されたことを説明する。図１３は、レーザ光の波長とシ
リコン基板の内部の透過率との関係を示すグラフであ
る。ただし、シリコン基板の表面側と裏面側それぞれの
反射成分を除去し、内部のみの透過率を示している。シ
リコン基板の厚みｔが５０μｍ、１００μｍ、２００μ
ｍ、５００μｍ、１０００μｍの各々について上記関係
を示した。 【００２５】例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの波長である
１０６４ｎｍにおいて、シリコン基板の厚みが５００μ
ｍ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７
３頁の「ピコ秒パルスレーザによるシリコンの加工特性
評価」に記載されている。 【００２６】なお、シリコンウェハは、溶融処理領域を
起点として断面方向に向かって割れを発生させ、その割
れがシリコンウェハの表面と裏面に到達することによ
り、結果的に切断される。シリコンウェハの表面と裏面
に到達するこの割れは自然に成長する場合もあるし、加
工対象物に力が印加されることにより成長する場合もあ
る。なお、溶融処理領域からシリコンウェハの表面と裏
面に割れが自然に成長するのは、一旦溶融後再固化した
状態となった領域から割れが成長する場合、溶融状態の
領域から割れが成長する場合及び溶融から再固化する状
態の領域から割れが成長する場合のうち少なくともいず
れか一つである。いずれの場合も切断後の切断面は図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。 【００２７】（３）改質領域が屈折率変化領域の場合 レーザ光を加工対象物（例えばガラス）の内部に集光点
を合わせて、集光点における電界強度が１×１０⁸（Ｗ
／ｃｍ²）以上でかつパルス幅が１ｎｓ以下の条件で照
射する。パルス幅を極めて短くして、多光子吸収を加工
対象物の内部に起こさせると、多光子吸収によるエネル
ギーが熱エネルギーに転化せずに、加工対象物の内部に
はイオン価数変化、結晶化又は分極配向等の永続的な構
造変化が誘起されて屈折率変化領域が形成される。電界
強度の上限値としては、例えば１×１０¹²（Ｗ／ｃ
ｍ²）である。パルス幅は例えば１ｎｓ以下が好まし
く、１ｐｓ以下がさらに好ましい。多光子吸収による屈
折率変化領域の形成は、例えば、第４２回レーザ熱加工
研究会論文集（１９９７年．１１月）の第１０５頁〜第
１１１頁の「フェムト秒レーザー照射によるガラス内部
への光誘起構造形成」に記載されている。 【００２８】次に、本実施形態の具体例を説明する。 【００２９】［第１例］本実施形態の第１例に係るレー
ザ加工方法について説明する。図１４はこの方法に使用
できるレーザ加工装置１００の概略構成図である。レー
ザ加工装置１００は、レーザ光Ｌを発生するレーザ光源
１０１と、レーザ光Ｌの出力やパルス幅等を調節するた
めにレーザ光源１０１を制御するレーザ光源制御部１０
２と、レーザ光Ｌの反射機能を有しかつレーザ光Ｌの光
軸の向きを９０°変えるように配置されたダイクロイッ
クミラー１０３と、ダイクロイックミラー１０３で反射
されたレーザ光Ｌを集光する集光用レンズ１０５と、集
光用レンズ１０５で集光されたレーザ光Ｌが照射される
加工対象物１が載置される載置台１０７と、載置台１０
７をＸ軸方向に移動させるためのＸ軸ステージ１０９
と、載置台１０７をＸ軸方向に直交するＹ軸方向に移動
させるためのＹ軸ステージ１１１と、載置台１０７をＸ
軸及びＹ軸方向に直交するＺ軸方向に移動させるための
Ｚ軸ステージ１１３と、これら三つのステージ１０９，
１１１，１１３の移動を制御するステージ制御部１１５
と、を備える。 【００３０】Ｚ軸方向は加工対象物１の表面３と直交す
る方向なので、加工対象物１に入射するレーザ光Ｌの焦
点深度の方向となる。よって、Ｚ軸ステージ１１３をＺ
軸方向に移動させることにより、加工対象物１の内部に
レーザ光Ｌの集光点Ｐを合わせることができる。また、
この集光点ＰのＸ（Ｙ）軸方向の移動は、加工対象物１
をＸ（Ｙ）軸ステージ１０９（１１１）によりＸ（Ｙ）
軸方向に移動させることにより行う。Ｘ（Ｙ）軸ステー
ジ１０９（１１１）が移動手段の一例となる。 【００３１】レーザ光源１０１はパルスレーザ光を発生
するＮｄ：ＹＡＧレーザである。レーザ光源１０１に用
いることができるレーザとして、この他、Ｎｄ：ＹＶＯ
₄レーザ、Ｎｄ：ＹＬＦレーザやチタンサファイアレー
ザがある。クラック領域や溶融処理領域を形成する場
合、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、Ｎｄ：ＹＶＯ₄レーザ、Ｎ
ｄ：ＹＬＦレーザを用いるのが好適である。屈折率変化
領域を形成する場合、チタンサファイアレーザを用いる
のが好適である。 【００３２】第１例では加工対象物１の加工にパルスレ
ーザ光を用いているが、多光子吸収を起こさせることが
できるなら連続波レーザ光でもよい。なお、本発明にお
いてレーザ光はレーザビームを含む意味である。集光用
レンズ１０５は集光手段の一例である。Ｚ軸ステージ１
１３はレーザ光の集光点を加工対象物の内部に合わせる
手段の一例である。集光用レンズ１０５をＺ軸方向に移
動させることによっても、レーザ光の集光点を加工対象
物の内部に合わせることができる。 【００３３】レーザ加工装置１００はさらに、載置台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。 【００３４】レーザ加工装置１００はさらに、ビームス
プリッタ１１９、ダイクロイックミラー１０３及び集光
用レンズ１０５と同じ光軸上に配置された撮像素子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 ｄ
ｅｖｉｃｅ）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１
０５、ダイクロイックミラー１０３、ビームスプリッタ
１１９を透過し、結像レンズ１２３で結像されて撮像素
子１２１で撮像され、撮像データとなる。 【００３５】レーザ加工装置１００はさらに、撮像素子
１２１から出力された撮像データが入力される撮像デー
タ処理部１２５と、レーザ加工装置１００全体を制御す
る全体制御部１２７と、モニタ１２９と、を備える。撮
像データ処理部１２５は、撮像データを基にして観察用
光源１１７で発生した可視光の焦点が表面３上に合わせ
るための焦点データを演算する。この焦点データを基に
してステージ制御部１１５がＺ軸ステージ１１３を移動
制御することにより、可視光の焦点が表面３に合うよう
にする。よって、撮像データ処理部１２５はオートフォ
ーカスユニットとして機能する。また、撮像データ処理
部１２５は、撮像データを基にして表面３の拡大画像等
の画像データを演算する。この画像データは全体制御部
１２７に送られ、全体制御部で各種処理がなされ、モニ
タ１２９に送られる。これにより、モニタ１２９に拡大
画像等が表示される。 【００３６】全体制御部１２７には、ステージ制御部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１００全
体を制御する。よって、全体制御部１２７はコンピュー
タユニットとして機能する。 【００３７】次に、図１４及び図１５を用いて、本実施
形態の第１例に係るレーザ加工方法を説明する。図１５
は、このレーザ加工方法を説明するためのフローチャー
トである。加工対象物１はシリコンウェハである。 【００３８】まず、加工対象物１の光吸収特性を図示し
ない分光光度計等により測定する。この測定結果に基づ
いて、加工対象物１に対して透明な波長又は吸収の少な
い波長のレーザ光Ｌを発生するレーザ光源１０１を選定
する（Ｓ１０１）。次に、加工対象物１の厚さを測定す
る。厚さの測定結果及び加工対象物１の屈折率を基にし
て、加工対象物１のＺ軸方向の移動量を決定する（Ｓ１
０３）。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１２
７に入力される。 【００３９】加工対象物１をレーザ加工装置１００の載
置台１０７に載置する。そして、観察用光源１１７から
可視光を発生させて加工対象物１を照明する（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）。 【００４０】この焦点データはステージ制御部１１５に
送られる。ステージ制御部１１５は、この焦点データを
基にしてＺ軸ステージ１１３をＺ軸方向の移動させる
（Ｓ１０９）。これにより、観察用光源１１７の可視光
の焦点が表面３に位置する。なお、撮像データ処理部１
２５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１
２９に送られ、これによりモニタ１２９に切断予定ライ
ン５付近の拡大画像が表示される。 【００４１】全体制御部１２７には予めステップ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）。 【００４２】次に、レーザ光源１０１からレーザ光Ｌを
発生させて、レーザ光Ｌを加工対象物１の表面３の切断
予定ライン５に照射する。レーザ光Ｌの集光点Ｐは加工
対象物１の内部に位置しているので、溶融処理領域は加
工対象物１の内部にのみ形成される。そして、切断予定
ライン５に沿うようにＸ軸ステージ１０９やＹ軸ステー
ジ１１１を移動させて、溶融処理領域を切断予定ライン
５に沿うように加工対象物１の内部に形成する（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。 【００４３】第１例の効果を説明する。これによれば、
多光子吸収を起こさせる条件でかつ加工対象物１の内部
に集光点Ｐを合わせて、パルスレーザ光Ｌを切断予定ラ
イン５に照射している。そして、Ｘ軸ステージ１０９や
Ｙ軸ステージ１１１を移動させることにより、集光点Ｐ
を切断予定ライン５に沿って移動させている。これによ
り、改質領域（例えばクラック領域、溶融処理領域、屈
折率変化領域）を切断予定ライン５に沿うように加工対
象物１の内部に形成している。加工対象物の切断する箇
所に何らかの起点があると、加工対象物を比較的小さな
力で割って切断することができる。よって、改質領域を
起点として切断予定ライン５に沿って加工対象物１を割
ることにより、比較的小さな力で加工対象物１を切断す
ることができる。これにより、加工対象物１の表面３に
切断予定ライン５から外れた不必要な割れを発生させる
ことなく加工対象物１を切断することができる。 【００４４】また、第１例によれば、加工対象物１に多
光子吸収を起こさせる条件でかつ加工対象物１の内部に
集光点Ｐを合わせて、パルスレーザ光Ｌを切断予定ライ
ン５に照射している。よって、パルスレーザ光Ｌは加工
対象物１を透過し、加工対象物１の表面３ではパルスレ
ーザ光Ｌがほとんど吸収されないので、改質領域形成が
原因で表面３が溶融等のダメージを受けることはない。 【００４５】以上説明したように第１例によれば、加工
対象物１の表面３に切断予定ライン５から外れた不必要
な割れや溶融が生じることなく、加工対象物１を切断す
ることができる。よって、加工対象物１が例えば半導体
ウェハの場合、半導体チップに切断予定ラインから外れ
た不必要な割れや溶融が生じることなく、半導体チップ
を半導体ウェハから切り出すことができる。表面に電極
パターンが形成されている加工対象物や、圧電素子ウェ
ハや液晶等の表示装置が形成されたガラス基板のように
表面に電子デバイスが形成されている加工対象物につい
ても同様である。よって、第１例によれば、加工対象物
を切断することにより作製される製品（例えば半導体チ
ップ、圧電デバイスチップ、液晶等の表示装置）の歩留
まりを向上させることができる。 【００４６】また、第１例によれば、加工対象物１の表
面３の切断予定ライン５は溶融しないので、切断予定ラ
イン５の幅（この幅は、例えば半導体ウェハの場合、半
導体チップとなる領域同士の間隔である。）を小さくで
きる。これにより、一枚の加工対象物１から作製される
製品の数が増え、製品の生産性を向上させることができ
る。 【００４７】また、第１例によれば、加工対象物１の切
断加工にレーザ光を用いるので、ダイヤモンドカッタを
用いたダイシングよりも複雑な加工が可能となる。例え
ば、図１６に示すように切断予定ライン５が複雑な形状
であっても、第１例によれば切断加工が可能となる。こ
れらの効果は後に説明する例でも同様である。 【００４８】なお、レーザ光源は一つに限らず複数でも
よい。例えば、図１７はレーザ光源が複数における本実
施形態の第１例に係るレーザ加工方法を説明する模式図
である。これは、三つのレーザ光源１５，１７，１９か
ら出射された三つのレーザ光を加工対象物１の内部に集
光点Ｐを合わせて異なる方向から照射している。レーザ
光源１５，１７からの各レーザ光は加工対象物１の表面
３から入射する。レーザ光源１９からのレーザ光は加工
対象物１の裏面３から入射する。これよれば、複数のレ
ーザ光源を用いるので、レーザ光がパルスレーザ光に比
べてパワーが小さい連続波レーザ光であっても、集光点
の電界強度を多光子吸収が発生する大きさにすることが
可能となる。同様の理由により集光用レンズがなくても
多光子吸収が発生させることが可能となる。なお、この
例では三つのレーザ光源１５，１７，１９により集光点
Ｐを形成しているが、本発明はこれに限定されずレーザ
光源が複数であればよい。 【００４９】図１８はレーザ光源が複数における本実施
形態の第１例に係る他のレーザ加工方法を説明する模式
図である。この例は、複数のレーザ光源２３が切断予定
ライン５に沿って一列に配置された三つのアレイ光源部
２５，２７，２９を備えている。アレイ光源部２５，２
７，２９の各々において同じ列に配置されたレーザ光源
２３から出射されたレーザ光が一つの集光点（例えば集
光点Ｐ₁）を形成する。この例によれば切断予定ライン
５に沿って複数の集光点Ｐ₁，Ｐ₂，・・・を同時に形成
することができるので、加工速度を向上させることがで
きる。また、この例では、表面３上であって切断予定ラ
イン５と直交する方向にレーザスキャンすることで改質
領域を複数列同時に形成することも可能である。 【００５０】［第２例］次に、本実施形態の第２例につ
いて説明する。この例は光透過性材料の切断方法及び切
断装置である。光透過性材料は加工対象物の一例であ
る。この例では、光透過性材料としてＬｉＴａＯ₃から
なる厚さが４００μｍ程度の圧電素子ウェハ（基板）を
用いている。 【００５１】第２例に係る切断装置は、図１４に示すレ
ーザ加工装置１００及び図１９、図２０に示す装置から
構成される。図１９及び図２０に示す装置について説明
する。圧電素子ウェハ３１は、保持手段としてのウェハ
シート（フィルム）３３に保持されている。このウェハ
シート３３は、圧電素子ウェハ３１を保持する側の面が
粘着性を有する樹脂製テープ等からなり、弾性を有して
いる。ウェハシート３３は、サンプルホルダ３５に挟持
されて、載置台１０７上にセットされる。なお、圧電素
子ウェハ３１は、図１９に示されるように、後に切断分
離される多数個の圧電デバイスチップ３７を含んでい
る。各圧電デバイスチップ３７は回路部３９を有してい
る。この回路部３９は、圧電素子ウェハ３１の表面に各
圧電デバイスチップ３７毎に形成されており、隣接する
回路部３９の間には所定の間隙α（８０μｍ程度）が形
成されている。なお、図２０は、圧電素子ウェハ３１の
内部のみに改質部としての微小なクラック領域９が形成
された状態を示している。 【００５２】次に、図２１に基づいて、第２例に係る光
透過性材料の切断方法について説明する。まず、切断対
象材料となる光透過性材料（第２例においては、ＬｉＴ
ａＯ ₃からなる圧電素子ウェハ３１）の光吸収特性を測
定する（Ｓ２０１）。光吸収特性は、分光光度計等を用
いることにより測定可能である。光吸収特性が測定され
ると、その測定結果に基づいて、切断対象材料に対して
透明若しくは吸収の少ない波長のレーザ光Ｌを出射する
レーザ光源１０１を選定する（Ｓ２０３）。第２例にお
いては、基本波波長が１０６４ｎｍであるパルス波（Ｐ
Ｗ）型のＹＡＧレーザが選定されている。このＹＡＧレ
ーザは、パルスの繰り返し周波数が２０Ｈｚであり、パ
ルス幅が６ｎｓであり、パルスエネルギは３００μＪで
ある。また、ＹＡＧレーザから出射されるレーザ光Ｌの
スポット径は、２０μｍ程度である。 【００５３】次に、切断対象材料の厚さを測定する（Ｓ
２０５）。切断対象材料の厚さが測定されると、その測
定結果に基づいて、レーザ光Ｌの集光点が切断対象材料
の内部に位置するように、レーザ光Ｌの光軸方向におけ
る切断対象材料の表面（レーザ光Ｌの入射面）からのレ
ーザ光Ｌの集光点の変位量（移動量）を決定する（Ｓ２
０７）。レーザ光Ｌの集光点の変位量（移動量）は、切
断対象材料の厚さ及び屈折率に対応して、たとえば切断
対象材料の厚さの１／２の量に設定される。 【００５４】図２２に示されるように、実際のレーザ光
Ｌの集光点Ｐの位置は、切断対象材料雰囲気（たとえ
ば、空気）中の屈折率と切断対象材料の屈折率との違い
により、集光用レンズ１０５で集光されたレーザ光Ｌの
集光点Ｑの位置よりも切断対象材料（圧電素子ウェハ３
１）の表面から深いところに位置するようになる。すな
わち、空気中の場合、「レーザ光Ｌの光軸方向でのＺ軸
ステージ１１３の移動量×切断対象材料の屈折率＝実際
のレーザ光Ｌの集光点移動量」という関係が成り立つこ
とになる。レーザ光Ｌの集光点の変位量（移動量）は、
上述した関係（切断対象材料の厚さ及び屈折率）を考慮
して設定される。その後、Ｘ−Ｙ−Ｚ軸ステージ（本実
施形態においては、Ｘ軸ステージ１０９、Ｙ軸ステージ
１１１及びＺ軸ステージ１１３により構成される）上に
配置された載置台１０７に対してウェハシート３３に保
持された切断対象材料を載置する（Ｓ２０９）。切断対
象材料の載置を終えると、観察用光源１１７から光を出
射して、出射した光を切断対象材料に照射する。そし
て、撮像素子１２１での撮像結果に基づいて、レーザ光
Ｌの集光点が切断対象材料の表面上に位置するようにＺ
軸ステージ１１３を移動させてフォーカス調整を行う
（Ｓ２１１）。ここでは、観察用光源１１７によって得
られる圧電素子ウェハ３１の表面観察像を撮像素子１２
１により撮像し、撮像データ処理部１２５が、撮像結果
に基づいて、観察用光源１１７から出射された光が切断
対象材料の表面上で焦点を結ぶようにＺ軸ステージ１１
３の移動位置を決定し、ステージ制御部１１５に出力す
る。ステージ制御部１１５は、撮像データ処理部１２５
からの出力信号に基づいて、Ｚ軸ステージ１１３の移動
位置が、観察用光源１１７から出射された光が切断対象
材料の表面上に焦点を結ぶ、すなわちレーザ光Ｌの集光
点を切断対象材料の表面上に位置させるための位置とな
るようにＺ軸ステージ１１３を制御する。 【００５５】観察用光源１１７から出射された光のフォ
ーカス調整が終わると、レーザ光Ｌの集光点を切断対象
材料の厚さ及び屈折率に対応した集光点に移動させる
（Ｓ２１３）。ここでは、切断対象材料の厚さ及び屈折
率に対応して決定されたレーザ光Ｌの集光点の変位量分
だけＺ軸ステージ１１３をレーザ光Ｌの光軸方向に移動
させるように、全体制御部１２７がステージ制御部１１
５に出力信号を送り、出力信号を受けたステージ制御部
１１５がＺ軸ステージ１１３の移動位置を制御する。上
述したように、切断対象材料の厚さ及び屈折率に対応し
て決定されたレーザ光Ｌの集光点の変位量分だけＺ軸ス
テージ１１３をレーザ光Ｌの光軸方向に移動させること
により、レーザ光Ｌの集光点の切断対象材料の内部への
配置が完了する（Ｓ２１５）。 【００５６】レーザ光Ｌの集光点の切断対象材料の内部
への配置が完了すると、レーザ光Ｌを切断対象材料に照
射すると共に、所望の切断パターンにしたがってＸ軸ス
テージ１０９及びＹ軸ステージ１１１を移動させる（Ｓ
２１７）。レーザ光源１０１から出射されたレーザ光Ｌ
は、図２２に示されるように、集光用レンズ１０５によ
り、隣接する回路部３９の間に形成された所定の間隙α
（上述したように、８０μｍ）に臨む圧電素子ウェハ３
１の内部に集光点Ｐが位置するように集光される。上述
した所望の切断パターンは、圧電素子ウェハ３１から複
数の圧電デバイスチップ３７を分離するために、隣接す
る回路部３９の間に形成された間隙にレーザ光Ｌが照射
されるように設定されており、レーザ光Ｌの照射状態を
モニタ１２９で確認しながらレーザ光Ｌが照射されるこ
とになる。 【００５７】ここで、切断対象材料に照射されるレーザ
光Ｌは、集光用レンズ１０５により、図２２に示される
ように、圧電素子ウェハ３１の表面（レーザ光Ｌが入射
する面）に形成された回路部３９にレーザ光Ｌが照射さ
れない角度で集光される。このように、回路部３９にレ
ーザ光Ｌが照射されない角度でレーザ光Ｌを集光するこ
とにより、レーザ光Ｌが回路部３９に入射するのを防ぐ
ことができ、回路部３９をレーザ光Ｌから保護すること
ができる。 【００５８】レーザ光源１０１から出射されたレーザ光
Ｌを、圧電素子ウェハ３１の内部に集光点Ｐが位置する
ように集光させ、この集光点Ｐにおけるレーザ光Ｌのエ
ネルギー密度が切断対象材料の光学的損傷若しくは光学
的絶縁破壊のしきい値を越えると、切断対象材料として
の圧電素子ウェハ３１の内部における集光点Ｐ及びその
近傍のみに微小なクラック領域９が形成される。このと
き、切断対象材料（圧電素子ウェハ３１）の表面及び裏
面に損傷を及ぼすことはない。 【００５９】次に、図２３〜図２７に基づいて、レーザ
光Ｌの集光点を移動させてクラックを形成する点につい
て説明する。図２３に示される略直方体形状の切断対象
材料３２（光透過性材料）に対して、切断対象材料３２
の内部にレーザ光Ｌの集光点が位置するようにレーザ光
Ｌを照射することにより、図２４及び図２５に示される
ように、切断対象材料３２の内部における集光点及びそ
の近傍のみに微小なクラック領域９が形成される。ま
た、レーザ光Ｌの集光点がレーザ光Ｌの光軸に交差する
切断対象材料３２の長手方向Ｄに移動するように、レー
ザ光Ｌの走査あるいは切断対象材料３２の移動が制御さ
れている。 【００６０】レーザ光源１０１からはレーザ光Ｌがパル
ス状に出射されることから、レーザ光Ｌの走査あるいは
切断対象材料３２の移動を行った場合、クラック領域９
は、図２５に示されるように、切断対象材料３２の長手
方向Ｄに沿ってレーザ光Ｌの走査速度あるいは切断対象
材料３２の移動速度に対応した間隔を有して複数のクラ
ック領域９が形成されていくことになる。レーザ光Ｌの
走査速度あるいは切断対象材料３２の移動速度を遅くす
ることにより、図２６に示されるように、クラック領域
９間の間隔を短くして、形成されるクラック領域９の数
を増やすことも可能である。また、レーザ光Ｌの走査速
度あるいは切断対象材料の移動速度を更に遅くすること
により、図２７に示されるように、クラック領域９が、
レーザ光Ｌの走査方向あるいは切断対象材料３２の移動
方向、すなわちレーザ光Ｌの集光点の移動方向に沿って
連続的に形成されることになる。クラック領域９間の間
隔（形成されるクラック領域９の数）の調整は、レーザ
光Ｌの繰り返し周波数及び切断対象材料３２（Ｘ軸ステ
ージあるいはＹ軸ステージ）の移動速度の関係を変化さ
せることでも実現可能である。また、レーザ光Ｌの繰り
返し周波数及び切断対象材料３２の移動速度を高くする
ことでスループットの向上も可能である。 【００６１】上述した所望の切断パターンに沿ってクラ
ック領域９が形成されると（Ｓ２１９）、物理的外力印
加又は環境変化等により切断対象材料内、特にクラック
領域９が形成された部分に応力を生じさせて、切断対象
材料の内部（集光点及びその近傍）のみに形成されたク
ラック領域９を成長させて、切断対象材料をクラック領
域９が形成された位置で切断する（Ｓ２２１）。 【００６２】次に、図２８〜図３２を参照して、物理的
外力印加による切断対象材料の切断について説明する。
まず、所望の切断パターンに沿ってクラック領域９が形
成された切断対象材料（圧電素子ウェハ３１）は、サン
プルホルダ３５に挟持されたウェハシート３３に保持さ
れた状態で切断装置に配置される。切断装置は、後述す
るような吸引チャック３４、この吸引チャック３４が接
続される吸引ポンプ（図示せず）、加圧ニードル３６
（押圧部材）、加圧ニードル３６を移動させるための加
圧ニードル駆動手段（図示せず）等を有している。加圧
ニードル駆動手段としては、電動又は油圧等のアクチュ
エータを用いることができる。なお、図２８〜図３２に
おいては、回路部３９の図示を省略している。 【００６３】圧電素子ウェハ３１が切断装置に配置され
ると、図２８に示されるように、分離する圧電デバイス
チップ３７に対応する位置に吸引チャック３４を近づけ
ていく。吸引チャック３４を分離する圧電デバイスチッ
プ３７に近接もしくは当接させた状態で吸引ポンプ装置
を作動させることにより、図２９に示されるように、吸
引チャック３４に分離する圧電デバイスチップ３７（圧
電素子ウェハ３１）を吸着させる。吸引チャック３４に
分離する圧電デバイスチップ３７（圧電素子ウェハ３
１）を吸着させると、図３０に示されるように、ウェハ
シート３３の裏面（圧電素子ウェハ３１が保持された面
の裏面）側から分離する圧電デバイスチップ３７に対応
する位置に加圧ニードル３６を移動させる。 【００６４】加圧ニードル３６がウェハシート３３の裏
面に当接してから更に加圧ニードル３６を移動させる
と、ウェハシート３３が変形すると共に加圧ニードル３
６により圧電素子ウェハ３１に外部から応力を印加され
て、クラック領域９が形成されているウェハ部分に応力
が生じてクラック領域９が成長する。クラック領域９が
圧電素子ウェハ３１の表面及び裏面まで成長することに
より、圧電素子ウェハ３１は、図３１に示されるよう
に、分離する圧電デバイスチップ３７の端部において切
断されて、圧電デバイスチップ３７が圧電素子ウェハ３
１から分離されることになる。なお、ウェハシート３３
は、上述したように粘着性を有しているので、切断分離
された圧電デバイスチップ３７が飛散するのを防ぐこと
ができる。 【００６５】圧電デバイスチップ３７が圧電素子ウェハ
３１から分離されると吸引チャック３４及び加圧ニード
ル３６をウェハシート３３から離れる方向に移動させ
る。吸引チャック３４及び加圧ニードル３６が移動する
と、分離された圧電デバイスチップ３７は吸引チャック
３４に吸着しているので、図３２に示されるように、ウ
ェハシート３３から離されることになる。このとき、図
示しないイオンエアーブロー装置を用いて、イオンエア
ーを図３２中矢印Ｂ方向に送り、分離されて吸引チャッ
ク３４に吸着している圧電デバイスチップ３７と、ウェ
ハシート３３に保持されている圧電素子ウェハ３１（表
面）とをイオンエアー洗浄している。なお、イオンエア
ー洗浄の代わりに、吸引装置を設けて、塵等を吸引する
ことで切断分離された圧電デバイスチップ３７及び圧電
素子ウェハ３１の洗浄を行うようにしてもよい。環境変
化により切断対象材料を切断する方法としては、内部の
みにクラック領域９が形成された切断対象材料に対して
温度変化を与える方法が存在する。このように、切断対
象材料に対して温度変化を与えることにより、クラック
領域９が形成されている材料部分に熱応力を生じさせ
て、クラック領域９を成長させて切断対象材料を切断す
ることができる。 【００６６】このように、第２例においては、集光用レ
ンズ１０５により、レーザ光源１０１から出射されたレ
ーザ光Ｌを、その集光点が光透過性材料（圧電素子ウェ
ハ３１）の内部に位置するように集光することで、集光
点におけるレーザ光Ｌのエネルギー密度が光透過性材料
の光学的損傷若しくは光学的絶縁破壊のしきい値を越
え、光透過性材料の内部における集光点及びその近傍の
みに微小なクラック領域９が形成される。そして、形成
されたクラック領域９の位置にて光透過性材料が切断さ
れるので、発塵量が極めて低く、ダイシング傷、チッピ
ングあるいは材料表面でのクラック等が発生する可能性
も極めて低くなる。また、光透過性材料は、光透過性材
料の光学的損傷若しくは光学的絶縁破壊により形成され
たクラック領域９に沿って切断されるので、切断の方向
安定性が向上し、切断方向の制御を容易に行うことがで
きる。また、ダイヤモンドカッタによるダイシングに比
して、ダイシング幅を小さくすることができ、１つの光
透過性材料から切断された光透過性材料の数を増やすこ
とが可能となる。これらの結果、第２例によれば、極め
て容易且つ適切に光透過性材料を切断することができ
る。 【００６７】また、物理的外力印加又は環境変化等によ
り切断対象材料内に応力を生じさせることにより、形成
されたクラック領域９を成長させて光透過性材料（圧電
素子ウェハ３１）を切断するので、形成されたクラック
領域９の位置にて光透過性材料を確実に切断することが
できる。 【００６８】また、加圧ニードル３６を用いて光透過性
材料（圧電素子ウェハ３１）に応力を加えることによ
り、クラック領域９を成長させて光透過性材料を切断し
ているので、形成されたクラック領域９の位置にて光透
過性材料をより一層確実に切断することができる。 【００６９】また、複数の回路部３９が形成された圧電
素子ウェハ３１（光透過性材料）を各圧電デバイスチッ
プ３７毎に切断分離する場合、集光用レンズ１０５によ
り、隣接する回路部３９の間に形成された間隙に臨むウ
ェハ部分の内部に集光点が位置するようにレーザ光Ｌを
集光し、クラック領域９を形成させるので、隣接する回
路部３９の間に形成された間隙の位置において、圧電素
子ウェハ３１を確実に切断することができる。 【００７０】また、光透過性材料（圧電素子ウェハ３
１）の移動あるいはレーザ光Ｌを走査して集光点をレー
ザ光Ｌの光軸に交差する方向、たとえば直交する方向に
移動させることにより、クラック領域９が集光点の移動
方向に沿って連続的に形成されることになり、切断の方
向安定性がより一層向上して、切断の方向制御をより一
層容易に行うことができる。 【００７１】また、第２例においては、発塵粉体がほと
んどないため発塵粉体の飛散防止のための潤滑洗浄水が
不要となり、切断工程でのドライプロセス化を実現する
ことができる。 【００７２】また、第２例においては、改質部（クラッ
ク領域９）の形成がレーザ光Ｌによる非接触加工にて実
現されるため、ダイヤモンドカッタによるダイシングに
おけるブレードの耐久性、交換頻度等の問題が生じるこ
とはない。また、第２例においては、上述したように、
改質部（クラック領域９）の形成がレーザ光Ｌによる非
接触加工にて実現されるため、光透過性材料を完全に切
断しない、光透過性材料を切り抜くような切断パターン
に沿って、光透過性材料を切断することが可能である。
本発明は、前述した第２例に限定されるものではなく、
たとえば、光透過性材料は圧電素子ウェハ３１に限られ
ることなく、半導体ウェハ、ガラス基板等であってもよ
い。レーザ光源１０１も、切断する光透過性材料の光吸
収特性に対応して適宜選択可能である。また、第２例に
おいては、改質部として、レーザ光Ｌを照射することに
より微小なクラック領域９を形成するようにしている
が、これに限られるものではない。たとえば、レーザ光
源１０１として超短パルスレーザ光源（たとえば、フェ
ムト秒（ｆｓ）レーザ）を用いることで、屈折率変化
（高屈折率）による改質部を形成することができ、この
ような機械的特性の変化を利用してクラック領域９を発
生させることなく光透過性材料を切断することができ
る。 【００７３】また、レーザ加工装置１００において、Ｚ
軸ステージ１１３を移動させることによりレーザ光Ｌの
フォーカス調整を行うようにしているが、これに限られ
ることなく、集光用レンズ１０５をレーザ光Ｌの光軸方
向に移動させることによりフォーカス調整を行うように
してもよい。 【００７４】また、レーザ加工装置１００において、所
望の切断パターンにしたがってＸ軸ステージ１０９及び
Ｙ軸ステージ１１１を移動するようにしているが、これ
に限られることなく、レーザ光Ｌを所望の切断パターン
にしたがって走査するようにしてもよい。 【００７５】また、吸引チャック３４に圧電素子ウェハ
３１を吸着させた後に、加圧ニードル３６により圧電素
子ウェハ３１を切断するようにしているが、これに限ら
れることなく、加圧ニードル３６により圧電素子ウェハ
３１を切断した後に、切断分離された圧電デバイスチッ
プ３７を吸引チャック３４に吸着させるようにしてもよ
い。なお、吸引チャック３４に圧電素子ウェハ３１を吸
着させた後に、加圧ニードル３６により圧電素子ウェハ
３１を切断することにより、切断分離された圧電デバイ
スチップ３７の表面が吸引チャック３４にて覆われるこ
とになり、圧電デバイスチップ３７の表面に塵等が付着
するのを防ぐことができる。 【００７６】また、撮像素子１２１として赤外線用のも
のを用いることにより、レーザ光Ｌの反射光を利用して
フォーカス調整を行うことができる。この場合には、ダ
イクロイックミラー１０３を用いる代わりにハーフミラ
ーを用い、このハーフミラーとレーザ光源１０１との間
にレーザ光源１０１への戻り光を抑制するような光学素
子を配設する必要がある。なお、このとき、フォーカス
調整を行うためのレーザ光Ｌにより切断対象材料にダメ
ージが生じないように、フォーカス調整時にレーザ光源
１０１から照射されるレーザ光Ｌの出力は、クラック形
成のための出力よりも低いエネルギー値に設定ことが好
ましい。 【００７７】第２例の観点から本発明の特徴を以下に説
明する。 【００７８】本発明に係る光透過性材料の切断方法は、
レーザ光源から出射したレーザ光を、その集光点が光透
過性材料の内部に位置するように集光し、光透過性材料
の内部における集光点及びその近傍のみに改質部を形成
させる改質部形成工程と、形成された改質部の位置にて
光透過性材料を切断する切断工程と、を備えていること
を特徴としている。 【００７９】本発明に係る光透過性材料の切断方法で
は、改質部形成工程において、レーザ光の集光点が光透
過性材料の内部に位置するようにレーザ光を集光するこ
とで、光透過性材料の内部における集光点及びその近傍
のみに改質部が形成される。切断工程では、形成された
改質部の位置にて光透過性材料が切断されることにな
り、発塵量が極めて低く、ダイシング傷、チッピングあ
るいは材料表面でのクラック等が発生する可能性も極め
て低くなる。また、光透過性材料は、形成された改質部
の位置で切断されるので、切断の方向安定性が向上し、
切断方向の制御を容易に行うことができる。また、ダイ
ヤモンドカッタによるダイシングに比して、ダイシング
幅を小さくすることができ、１つの光透過性材料から切
断された光透過性材料の数を増やすことが可能となる。
これらの結果、本発明によれば、極めて容易且つ適切に
光透過性材料を切断することができる。 【００８０】また、本発明に係る光透過性材料の切断方
法においては、発塵粉体がほとんどないため、発塵粉体
の飛散防止のための潤滑洗浄水が不要となり、切断工程
でのドライプロセス化を実現することができる。 【００８１】また、本発明に係る光透過性材料の切断方
法においては、改質部の形成がレーザ光による非接触加
工にて実現されるため、従来の技術のようにダイヤモン
ドカッタによるダイシングにおけるブレードの耐久性、
交換頻度等の問題が生じることはない。また、本発明に
係る光透過性材料の切断方法においては、上述したよう
に改質部の形成がレーザ光による非接触加工にて実現さ
れるため、光透過性材料を完全に切断しない、光透過性
材料を切り抜くような切断パターンに沿って、光透過性
材料を切断することが可能である。 【００８２】また、光透過性材料には、複数の回路部が
形成されており、改質部形成工程において、隣接する回
路部の間に形成された間隙に臨む光透過性材料部分の内
部に集光点が位置するようにレーザ光を集光し、改質部
を形成させることが好ましい。このように構成した場合
には、隣接する回路部の間に形成された間隙の位置にお
いて、光透過性材料を確実に切断することができる。 【００８３】また、改質部形成工程において、光透過性
材料にレーザ光を照射する場合に、回路部にレーザ光が
照射されない角度でレーザ光を集光することが好まし
い。このように、改質部形成工程において、光透過性材
料にレーザ光を照射する場合に、回路部にレーザ光が照
射されない角度でレーザ光を集光することにより、レー
ザ光が回路部に入射するのを防ぐことができ、回路部を
レーザ光から保護することができる。 【００８４】また、改質部形成工程において、集光点を
レーザ光の光軸と交差する方向に移動させることによ
り、改質部を集光点の移動方向に沿って連続的に形成す
ることが好ましい。このように、改質部形成工程におい
て、集光点をレーザ光の光軸と交差する方向に移動させ
ることにより、改質部を集光点の移動方向に沿って連続
的に形成することで、切断の方向安定性がより一層向上
して、切断の方向制御をより一層容易に行うことができ
る。 【００８５】本発明に係る光透過性材料の切断方法は、
レーザ光源から出射したレーザ光を、その集光点が光透
過性材料の内部に位置するように集光し、光透過性材料
の内部における集光点及びその近傍のみにクラックを形
成させるクラック形成工程と、形成されたクラックの位
置にて光透過性材料を切断する切断工程と、を備えてい
ることを特徴としている。 【００８６】本発明に係る光透過性材料の切断方法で
は、クラック形成工程において、レーザ光の集光点が光
透過性材料の内部に位置するようにレーザ光を集光する
ことで、集光点におけるレーザ光のエネルギー密度が光
透過性材料の光学的損傷若しくは光学的絶縁破壊のしき
い値を越え、光透過性材料の内部における集光点及びそ
の近傍のみにクラックが形成される。切断工程では、形
成されたクラックの位置にて光透過性材料が切断される
ことになり、発塵量が極めて低く、ダイシング傷、チッ
ピングあるいは材料表面でのクラック等が発生する可能
性も極めて低くなる。また、光透過性材料は、光透過性
材料の光学的損傷若しくは光学的絶縁破壊により形成さ
れたクラックに沿って切断されるので、切断の方向安定
性が向上し、切断方向の制御を容易に行うことができ
る。また、ダイヤモンドカッタによるダイシングに比し
て、ダイシング幅を小さくすることができ、１つの光透
過性材料から切断された光透過性材料の数を増やすこと
が可能となる。これらの結果、本発明によれば、極めて
容易且つ適切に光透過性材料を切断することができる。 【００８７】また、本発明に係る光透過性材料の切断方
法においては、発塵粉体がほとんどないため、発塵粉体
の飛散防止のための潤滑洗浄水が不要となり、切断工程
でのドライプロセス化を実現することができる。 【００８８】また、本発明に係る光透過性材料の切断方
法においては、クラックの形成がレーザ光による非接触
加工にて実現されるため、従来の技術のようにダイヤモ
ンドカッタによるダイシングにおけるブレードの耐久
性、交換頻度等の問題が生じることはない。また、本発
明に係る光透過性材料の切断方法においては、上述した
ようにクラックの形成がレーザ光による非接触加工にて
実現されるため、光透過性材料を完全に切断しない、光
透過性材料を切り抜くような切断パターンに沿って、光
透過性材料を切断することが可能である。 【００８９】また、切断工程において、形成されたクラ
ックを成長させることにより光透過性材料を切断するこ
とが好ましい。このように、切断工程において、形成さ
れたクラックを成長させることにより光透過性材料を切
断することにより、形成されたクラックの位置にて光透
過性材料を確実に切断することができる。 【００９０】また、切断工程において、押圧部材を用
い、光透過性材料に応力を加えることにより、クラック
を成長させて光透過性材料を切断することが好ましい。
このように、切断工程において、押圧部材を用い、光透
過性材料に応力を加えることにより、クラックを成長さ
せて光透過性材料を切断することにより、クラックの位
置にて光透過性材料をより一層確実に切断することがで
きる。 【００９１】本発明に係る光透過性材料の切断装置は、
レーザ光源と、光透過性材料を保持する保持手段と、レ
ーザ光源から出射されたレーザ光を、その集光点が光透
過性材料の内部に位置するように集光させる光学素子
と、光透過性材料の内部におけるレーザ光の集光点及び
その近傍のみに形成された改質部の位置にて光透過性材
料を切断する切断手段と、を備えたことを特徴としてい
る。 【００９２】本発明に係る光透過性材料の切断装置で
は、光学素子により、レーザ光の集光点が光透過性材料
の内部に位置するようにレーザ光が集光されることで、
光透過性材料の内部における集光点及びその近傍のみに
改質部が形成される。そして、切断手段が、光透過性材
料の内部におけるレーザ光の集光点及びその近傍のみに
形成される改質部の位置で光透過性材料を切断するの
で、光透過性材料は、形成された改質部に沿って確実に
切断されることになり、発塵量が極めて低く、ダイシン
グ傷、チッピングあるいは材料表面でのクラック等が発
生する可能性も極めて低くなる。また、光透過性材料
は、改質部に沿って切断されるので、切断の方向安定性
が向上し、切断方向の制御を容易に行うことができる。
また、ダイヤモンドカッタによるダイシングに比して、
ダイシング幅を小さくすることができ、１つの光透過性
材料から切断された光透過性材料の数を増やすことが可
能となる。これらの結果、本発明によれば、極めて容易
且つ適切に光透過性材料を切断することができる。 【００９３】また、本発明に係る光透過性材料の切断装
置においては、発塵粉体がほとんどないため、発塵粉体
の飛散防止のための潤滑洗浄水が不要となり、切断工程
でのドライプロセス化を実現することができる。 【００９４】また、本発明に係る光透過性材料の切断装
置においては、改質部がレーザ光による非接触加工にて
形成されるため、従来の技術のようにダイヤモンドカッ
タによるダイシングにおけるブレードの耐久性、交換頻
度等の問題が生じることはない。また、本発明に係る光
透過性材料の切断装置においては、上述したように改質
部がレーザ光による非接触加工にて形成されるため、光
透過性材料を完全に切断しない、光透過性材料を切り抜
くような切断パターンに沿って、光透過性材料を切断す
ることが可能である。 【００９５】本発明に係る光透過性材料の切断装置は、
レーザ光源と、光透過性材料を保持する保持手段と、レ
ーザ光源から出射されたレーザ光を、その集光点が光透
過性材料の内部に位置するように集光させる光学素子
と、光透過性材料の内部におけるレーザ光の集光点及び
その近傍のみに形成されるクラックを成長させて光透過
性材料を切断する切断手段と、を備えたことを特徴とし
ている。 【００９６】本発明に係る光透過性材料の切断装置で
は、光学素子により、レーザ光の集光点が光透過性材料
の内部に位置するようにレーザ光が集光されることで、
集光点におけるレーザ光のエネルギー密度が光透過性材
料の光学的損傷若しくは光学的絶縁破壊のしきい値を越
え、光透過性材料の内部における集光点及びその近傍の
みにクラックが形成される。そして、切断手段が、光透
過性材料の内部におけるレーザ光の集光点及びその近傍
のみに形成されるクラックを成長させて光透過性材料を
切断するので、光透過性材料は、光透過性材料の光学的
損傷若しくは光学的絶縁破壊により形成されたクラック
に沿って確実に切断されることになり、発塵量が極めて
低く、ダイシング傷、チッピングあるいは材料表面での
クラック等が発生する可能性も極めて低くなる。また、
光透過性材料は、クラックに沿って切断されるので、切
断の方向安定性が向上し、切断方向の制御を容易に行う
ことができる。また、ダイヤモンドカッタによるダイシ
ングに比して、ダイシング幅を小さくすることができ、
１つの光透過性材料から切断された光透過性材料の数を
増やすことが可能となる。これらの結果、本発明によれ
ば、極めて容易且つ適切に光透過性材料を切断すること
ができる。 【００９７】また、本発明に係る光透過性材料の切断装
置においては、発塵粉体がほとんどないため、発塵粉体
の飛散防止のための潤滑洗浄水が不要となり、切断工程
でのドライプロセス化を実現することができる。 【００９８】また、本発明に係る光透過性材料の切断装
置においては、クラックがレーザ光による非接触加工に
て形成されるため、従来の技術のようにダイヤモンドカ
ッタによるダイシングにおけるブレードの耐久性、交換
頻度等の問題が生じることはない。また、本発明に係る
光透過性材料の切断装置においては、上述したようにク
ラックがレーザ光による非接触加工にて形成されるた
め、光透過性材料を完全に切断しない、光透過性材料を
切り抜くような切断パターンに沿って、光透過性材料を
切断することが可能である。 【００９９】また、切断手段は、光透過性材料に応力を
印加するための押圧部材を有していることが好ましい。
このように、切断手段が光透過性材料に応力を印加する
ための押圧部材を有することにより、この押圧部材によ
り光透過性材料に応力を印加してクラックを成長させる
ことが可能となり、形成されたクラックの位置において
光透過性材料をより一層確実に切断することができる。 【０１００】また、光透過性材料は、その表面に複数の
回路部が形成された光透過性材料であって、光学素子
は、隣接する回路部の間に形成された間隙に臨む光透過
性材料部分の内部に集光点が位置するようにレーザ光を
集光することが好ましい。このように構成した場合、隣
接する回路部の間に形成された間隙の位置において、光
透過性材料を確実に切断することができる。 【０１０１】また、光学素子は、回路部にレーザ光が照
射されない角度でレーザ光を集光することが好ましい。
このように、光学素子が回路部にレーザ光が照射されな
い角度でレーザ光を集光することにより、レーザ光が回
路部に入射するのを防ぐことができ、回路部をレーザ光
から保護することができる。 【０１０２】また、集光点をレーザ光の光軸と交差する
方向に移動させるための集光点移動手段を更に備えてい
ることが好ましい。このように、集光点をレーザ光の光
軸と交差する方向に移動させるための集光点移動手段を
更に備えることにより、クラックを集光点の移動方向に
沿って連続的に形成することが可能となり、切断の方向
安定性がより一層向上して、切断の方向制御をより一層
容易に行うことができる。 【０１０３】 【発明の効果】本発明に係るレーザ加工方法によれば、
加工対象物の表面に溶融や切断予定ラインから外れた割
れが生じることなく、加工対象物を切断することができ
る。よって、加工対象物を切断することにより作製され
る製品（例えば、半導体チップ、圧電デバイスチップ、
液晶等の表示装置）の歩留まりや生産性を向上させるこ
とができる。 【０１０４】また、レーザ光の照射により加工対象物の
内部に改質領域を形成することで該加工対象物を切断分
離するため、発塵量を極めて少なくすることができる。
したがって、切断された加工対象物片を吸引手段により
吸着して回収する際に、吸引手段が詰まるようなことを
防止することができる。そして、吸引手段により加工対
象物片を１つづつ確実に回収することが可能となる。

【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】本実施形態の第１例に係るレーザ加工方法に
使用できるレーザ加工装置の概略構成図である。 【図１５】本実施形態の第１例に係るレーザ加工方法を
説明するためのフローチャートである。 【図１６】本実施形態の第１例に係るレーザ加工方法に
より切断可能なパターンを説明するための加工対象物の
平面図である。 【図１７】レーザ光源が複数に関する本実施形態の第１
例に係るレーザ加工方法を説明する模式図である。 【図１８】レーザ光源が複数に関する本実施形態の第１
例に係る他のレーザ加工方法を説明する模式図である。 【図１９】本実施形態の第２例において、ウェハシート
に保持された状態の圧電素子ウェハを示す概略平面図で
ある。 【図２０】本実施形態の第２例において、ウェハシート
に保持された状態の圧電素子ウェハを示す概略断面図で
ある。 【図２１】本実施形態の第２例に係る切断方法を説明す
るためのフローチャートである。 【図２２】本実施形態の第２例に係る切断方法によりレ
ーザ光が照射されている光透過性材料の断面図である。 【図２３】本実施形態の第２例に係る切断方法によりレ
ーザ光が照射された光透過性材料の平面図である。 【図２４】図２３に示す光透過性材料のＸＸＩＶ−ＸＸ
ＩＶ線に沿った断面図である。 【図２５】図２３に示す光透過性材料のＸＸＶ−ＸＸＶ
線に沿った断面図である。 【図２６】集光点の移動速度を遅くした場合における図
２３に示す光透過性材料のＸＸＶ−ＸＸＶ線に沿った断
面図である。 【図２７】集光点の移動速度をさらに遅くした場合にお
ける図２３に示す光透過性材料のＸＸＶ−ＸＸＶ線に沿
った断面図である。 【図２８】本実施形態の第２例に係る切断方法の第１工
程を示す圧電素子ウェハ等の断面図である。 【図２９】本実施形態の第２例に係る切断方法の第２工
程を示す圧電素子ウェハ等の断面図である。 【図３０】本実施形態の第２例に係る切断方法の第３工
程を示す圧電素子ウェハ等の断面図である。 【図３１】本実施形態の第２例に係る切断方法の第４工
程を示す圧電素子ウェハ等の断面図である。 【図３２】本実施形態の第２例に係る切断方法の第５工
程を示す圧電素子ウェハ等の断面図である。 【符号の説明】 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、１
５，１７，１９，２３・・・レーザ光源、２５，２７，
２９・・・アレイ光源部、３１・・・圧電素子ウェハ、
３７・・・圧電デバイスチップ、１００・・・レーザ加
工装置、１０１・・・レーザ光源、１０５・・・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、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 33/033 Ｃ０３Ｂ 33/033 33/09 33/09 Ｈ０１Ｌ 21/301 Ｂ２３Ｋ 101:40 // Ｂ２３Ｋ 101:40 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 CA05 CA11 CB01 EA05 4E068 AA01 AD01 AE01 CA11 DA10 DA11 4G015 FA01 FA06 FB01 FC02 FC10 FC11

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 加工対象物の内部に集光点を合わせてレ
   ーザ光を照射し、前記加工対象物の切断予定ラインに沿
   って前記加工対象物の内部に改質領域を形成し、前記加
   工対象物を切断する工程と、 切断された加工対象物片を吸引手段により吸着し、前記
   加工対象物片を分離させる工程と、を備えるレーザ加工
   方法。