JP2013128088A - Laser processing method and laser processing device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To inhibit damages of metal wiring without deteriorating cutting performance.SOLUTION: A laser processing method comprises a step of forming modified regions 7 inside a workpiece 1 along scheduled cutting lines 5 by radiating laser beams L to the workpiece 1 having a semiconductor substrate 2 and a lamination part 4 including metal wiring 4b from a rear face 21 opposite to a surface 3 on the lamination part 4 side. The step of forming the modified regions 7 includes a first modified region formation step of forming first modified regions 7a in the workpiece 1 at positions on the surface 3 side by radiating laser beams L, and a second modified region formation step of forming second modified regions 7b in the workpiece 1 at positions on the rear face 21 side than the first modified regions 7a by radiating laser beams L. A pulse width of the laser beams L irradiated when the first modified regions 7a are formed is smaller than a pulse width of the laser beams L irradiated when the second modified regions 7b are formed.

Description

本発明は、加工対象物を切断するためのレーザ加工方法及びレーザ加工装置に関する。   The present invention relates to a laser processing method and a laser processing apparatus for cutting a workpiece.

従来のレーザ加工方法としては、加工対象物にレーザ光を集光させ、加工対象物において厚さ方向に複数列の改質領域を切断予定ラインに沿って形成するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。このようなレーザ加工方法では、改質領域を切断の起点として加工対象物が切断され、これにより、複数のチップが得られることとなる。   As a conventional laser processing method, there is known a method in which a laser beam is condensed on a processing object and a plurality of rows of modified regions are formed along the planned cutting line in the thickness direction in the processing object (for example, , See Patent Document 1). In such a laser processing method, an object to be processed is cut using the modified region as a starting point of cutting, and thereby a plurality of chips are obtained.

特開2006−68816号公報JP 2006-68816 A

ここで、上述したようなレーザ加工方法は、半導体基板と半導体基板上に積層され金属配線を含む積層部とを具備する加工対象物に対して実施される場合がある。この場合、例えば加工対象物のストリート幅(得られる複数のチップ間の距離、カット幅とも称される)を狭くすると、金属配線が溶出する等の金属配線の損傷が生じるおそれがある。また、上述したようなレーザ加工方法としては、近年の普及拡大に伴い、高い切断能力を有するものが望まれる。   Here, the laser processing method as described above may be performed on an object to be processed that includes a semiconductor substrate and a stacked portion that is stacked on the semiconductor substrate and includes metal wiring. In this case, for example, if the street width of the object to be processed (distance between a plurality of obtained chips, also referred to as cut width) is narrowed, the metal wiring may be damaged, such as elution of the metal wiring. Further, as the laser processing method as described above, a method having a high cutting ability is desired with the recent popularization and expansion.

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、切断能力を低下させることなく金属配線の損傷を抑制できるレーザ加工方法及びレーザ加工装置を提供することを課題とする。   This invention is made | formed in view of the said situation, and makes it a subject to provide the laser processing method and laser processing apparatus which can suppress the damage of metal wiring, without reducing cutting capability.

上記課題を解決するために、本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、金属配線の損傷は、加工対象物に対するレーザ光の照射に起因して生じるという知見を得た。また、さらに鋭意検討を重ねた結果、積層部側に改質領域を形成する際のレーザ光のパルス幅を小さくすると、金属配線の損傷が低減するという傾向を見出した。そこで、当該傾向を切断能力との関係で好適に利用できれば、切断能力を低下させることなく金属配線の損傷を抑制可能となることに想到し、本発明を完成するに至った。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted intensive studies, and as a result, have obtained knowledge that damage to metal wiring is caused by irradiation of laser light on a workpiece. Further, as a result of further intensive studies, it was found that the damage to the metal wiring is reduced when the pulse width of the laser beam when forming the modified region on the laminated portion side is reduced. Then, if the said tendency can be utilized suitably in relation to cutting ability, it will be thought that it becomes possible to suppress damage to metal wiring, without reducing cutting ability, and came to complete this invention.

すなわち、本発明に係るレーザ加工方法は、半導体基板と半導体基板上に積層され金属配線を含む積層部とを具備する加工対象物に対し、当該加工対象物において積層部側の表面とは反対側の裏面からレーザ光を照射し、切断の起点となる改質領域を切断予定ラインに沿って加工対象物の内部に形成するレーザ加工方法であって、レーザ光を照射し、加工対象物の内部における表面側の位置に第1改質領域を形成する第1改質領域形成工程と、レーザ光を照射し、加工対象物の内部における第1改質領域よりも裏面側の位置に第2改質領域を形成する第2改質領域形成工程と、を含み、第1改質領域を形成する際に照射するレーザ光のパルス幅は、第2改質領域を形成する際に照射するレーザ光のパルス幅よりも小さいことを特徴とする。   That is, in the laser processing method according to the present invention, a processing object having a semiconductor substrate and a stacked portion including metal wirings stacked on the semiconductor substrate is opposite to the surface on the stacked portion side in the processing target. A laser processing method for irradiating a laser beam from the back surface of the workpiece and forming a modified region as a starting point of cutting inside the workpiece along the planned cutting line. A first modified region forming step of forming a first modified region at a position on the front surface side in the laser beam and a second modification at a position on the back surface side of the first modified region inside the workpiece by irradiating with laser light. A second modified region forming step of forming a quality region, and the pulse width of the laser beam irradiated when forming the first modified region is determined by the laser beam irradiated when forming the second modified region It is characterized by being smaller than the pulse width.

また、本発明に係るレーザ加工装置は、半導体基板と半導体基板上に積層され金属配線を含む積層部とを具備する加工対象物に対し、当該加工対象物において積層部側の表面とは反対側の裏面からレーザ光を照射することにより、切断の起点となる改質領域を切断予定ラインに沿って加工対象物の内部に形成するレーザ加工装置であって、レーザ光を加工対象物に照射するレーザ光源部と、レーザ光源部で照射したレーザ光の集光点位置を移動させるための移動部と、レーザ光源部及び移動部を制御する制御部と、を備え、制御部は、加工対象物の内部における表面側の位置に第1改質領域が形成されるようにレーザ光を照射させる第1改質領域形成制御と、加工対象物の内部における第1改質領域よりも裏面側の位置に第2改質領域が形成されるようにレーザ光を照射させる第2改質領域形成制御と、を実行すると共に、第1改質領域を形成する際に照射するレーザ光のパルス幅を、第2改質領域を形成する際に照射するレーザ光のパルス幅よりも小さくさせることを特徴とする。   In addition, the laser processing apparatus according to the present invention provides a processing object having a semiconductor substrate and a stacked portion including metal wirings stacked on the semiconductor substrate, and is opposite to the surface on the stacked portion side in the processing target. This is a laser processing apparatus for forming a modified region, which is a starting point of cutting, inside a processing object along a scheduled cutting line by irradiating the processing object with laser light, and irradiates the processing object with laser light A laser light source unit; a moving unit for moving a condensing point position of the laser light irradiated by the laser light source unit; and a control unit for controlling the laser light source unit and the moving unit. A first modified region formation control for irradiating a laser beam so that the first modified region is formed at a position on the front side in the interior of the workpiece, and a position on the back side of the first modified region in the workpiece Second modified region formed in The second modified region forming control for irradiating the laser beam so that the pulse width of the laser beam irradiated when forming the first modified region is formed. It is characterized in that it is made smaller than the pulse width of the laser beam irradiated on the substrate.

このレーザ加工方法及びレーザ加工装置では、第1改質領域を形成する際において、レーザ光のパルス幅と金属配線の損傷との上記傾向を利用し、当該損傷の発生を防ぐことができる。そして、切断時の加工対象物の直進性や加工対象物を精度よく切断できる割合(分断率)等の切断能力を、第2改質領域を形成することによって維持させることができる。従って、切断能力を低下させることなく金属配線の損傷を抑制することが可能となる。   In the laser processing method and the laser processing apparatus, when the first modified region is formed, the occurrence of the damage can be prevented by using the above tendency of the pulse width of the laser beam and the damage of the metal wiring. And the cutting ability, such as the straightness of the object to be processed at the time of cutting and the ratio (division ratio) at which the object to be processed can be accurately cut, can be maintained by forming the second modified region. Therefore, damage to the metal wiring can be suppressed without reducing the cutting ability.

また、レーザ光は、1080nm〜1200nmの波長を有することが好ましい。また、レーザ光源部は、1080nm〜1200nmの波長を有するレーザ光を加工対象物に照射することが好ましい。   The laser beam preferably has a wavelength of 1080 nm to 1200 nm. Moreover, it is preferable that a laser light source part irradiates a workpiece with the laser beam which has a wavelength of 1080 nm-1200 nm.

この場合、切断能力を低下させることなく金属配線の損傷を抑制する上記作用効果が好適に奏される。これは、レーザ光の波長を1080nmよりも小さくすると、加工対象物に対するレーザ光の透過性が不十分となり、改質領域を精度よく形成するのが困難となる一方、レーザ光の波長を1200nmよりも大きくすると、加工対象物に対するレーザ光の透過率が高まり過ぎ、レーザ光が金属配線に悪影響を及ぼすおそれがあるためである。   In this case, the above-described effect of suppressing damage to the metal wiring without lowering the cutting ability is suitably achieved. This is because if the wavelength of the laser beam is smaller than 1080 nm, the laser beam is not sufficiently transmissive to the object to be processed, and it becomes difficult to form the modified region with high accuracy, while the wavelength of the laser beam is more than 1200 nm. If it is too large, the transmittance of the laser beam with respect to the workpiece will be too high, and the laser beam may adversely affect the metal wiring.

また、切断予定ラインは複数設けられており、複数の切断予定ラインに沿って第1改質領域形成工程を実施した後又は実施する前に、複数の切断予定ラインに沿って第2改質領域形成工程を実施する工程を含むことが好ましい。また、切断予定ラインは複数設けられており、制御部は、複数の切断予定ラインに沿って第1改質領域形成制御を実行した後又は実行する前に、複数の切断予定ラインに沿って第2改質領域形成制御を実行することが好ましい。   In addition, a plurality of scheduled cutting lines are provided, and the second modified region is formed along the plurality of scheduled cutting lines after or before the first modified region forming step is performed along the plurality of scheduled cutting lines. It is preferable to include a step of performing the forming step. Further, a plurality of scheduled cutting lines are provided, and the control unit performs the first cutting along the plurality of scheduled cutting lines after or before executing the first modified region formation control along the plurality of scheduled cutting lines. It is preferable to execute the 2-modified region formation control.

これにより、例えば第1及び第2改質領域を1つのレーザ光源を用いて形成する場合において、レーザ光のパルス幅の切替え回数を抑制することができ、加工時間を短縮化することが可能となる。   Thereby, for example, in the case where the first and second modified regions are formed using one laser light source, the number of times of switching the pulse width of the laser light can be suppressed, and the processing time can be shortened. Become.

また、切断予定ラインは複数設けられており、一の切断予定ラインに沿って第1及び第2改質領域形成工程を実施するライン工程を、複数の切断予定ラインに対し順に実施する工程を含むことが好ましい。また、切断予定ラインは複数設けられており、制御部は、一の切断予定ラインに沿って第1及び第2改質領域形成制御を実施するライン制御を、複数の切断予定ラインに対し順に実施する制御を実行することが好ましい。   In addition, a plurality of scheduled cutting lines are provided, and a step of performing a line process for performing the first and second modified region forming processes along one scheduled cutting line in order for the plurality of scheduled cutting lines is included. It is preferable. In addition, a plurality of scheduled cutting lines are provided, and the control unit sequentially performs line control for performing the first and second modified region forming controls along the one scheduled cutting line on the plurality of scheduled cutting lines. It is preferable to execute control.

複数の切断予定ラインに沿って改質領域を形成する場合、例えば改質領域の形成による膨張又は当該改質領域から延びる亀裂が開くこと等の影響によって、改質領域が切断予定ラインからずれるという現象(以下、「インデックスずれ」という)が生じる場合がある。この点、上述したように、ライン工程又はライン制御を複数の切断予定ラインに対し順に実施することにより、インデックスずれを抑制することが可能となる。   When the modified region is formed along a plurality of planned cutting lines, the modified region is shifted from the planned cutting line due to, for example, the expansion due to the formation of the modified region or the opening of a crack extending from the modified region. A phenomenon (hereinafter referred to as “index shift”) may occur. In this regard, as described above, the index shift can be suppressed by sequentially performing the line process or the line control on the plurality of cutting scheduled lines.

本発明によれば、切断能力を低下させることなく金属配線の損傷を抑制することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to suppress damage to the metal wiring without reducing the cutting ability.

改質領域の形成に用いられるレーザ加工装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the laser processing apparatus used for formation of a modification area | region. 改質領域の形成の対象となる加工対象物の平面図である。It is a top view of the processing target object used as the object of formation of a modification field. 図2の加工対象物のIII−III線に沿っての断面図である。It is sectional drawing along the III-III line of the workpiece of FIG. レーザ加工後の加工対象物の平面図である。It is a top view of the processing target after laser processing. 図4の加工対象物のV−V線に沿っての断面図である。It is sectional drawing along the VV line of the workpiece of FIG. 図4の加工対象物のVI−VI線に沿っての断面図である。It is sectional drawing along the VI-VI line of the processing target object of FIG. 実施形態を実施するレーザ加工装置を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the laser processing apparatus which implements embodiment. 反射型空間光変調器の部分断面図である。It is a fragmentary sectional view of a reflection type spatial light modulator. 第1実施形態によるレーザ加工の対象となる加工対象物を示す平面図である。It is a top view which shows the process target object used as the object of the laser processing by 1st Embodiment. (a)は本実施形態におけるレーザ加工方法のフロー図、(b)は図10(a)の続きを示すフロー図、(c)は図10(b)の続きを示すフロー図である。(A) is a flowchart of the laser processing method in the present embodiment, (b) is a flowchart showing a continuation of FIG. 10 (a), and (c) is a flowchart showing a continuation of FIG. 10 (b). (a)は図10(c)の続きを示すフロー図、(b)は図11(a)の続きを示すフロー図、(c)は図11(b)の続きを示すフロー図である。(A) is a flow chart showing the continuation of FIG. 10 (c), (b) is a flow chart showing the continuation of FIG. 11 (a), and (c) is a flow chart showing the continuation of FIG. 11 (b). 改質領域を形成する工程を説明するための概略断面図である。It is a schematic sectional drawing for demonstrating the process of forming a modification area | region. 第1実施形態における第1〜第3改質領域の形成を説明するための概略断面図である。It is a schematic sectional drawing for demonstrating formation of the 1st-3rd modified area | region in 1st Embodiment. 第1実施形態によるレーザ加工後の加工対象物の切断面を例示する写真図である。It is a photograph figure which illustrates the cut surface of the processing target after laser processing by a 1st embodiment. 金属配線の損傷を説明するための概略拡大断面図である。It is a general | schematic expanded sectional view for demonstrating the damage of metal wiring. 金属配線の損傷を加工条件で比較した表である。It is the table | surface which compared the damage of metal wiring by processing conditions. (a)は改質領域の表面からの距離と金属配線の損傷との相関を例示するグラフ、(b)はレーザ光のパルス幅と金属配線の損傷との相関を例示するグラフ、(c)はレーザ光の出力と金属配線の損傷との相関を例示するグラフである。(A) is a graph illustrating the correlation between the distance from the surface of the modified region and the damage of the metal wiring, (b) is a graph illustrating the correlation between the pulse width of the laser beam and the damage of the metal wiring, (c). These are graphs illustrating the correlation between the output of laser light and the damage of metal wiring. レーザ光の抜け光とレーザ光の集光点位置との関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between the escape light of a laser beam, and the condensing point position of a laser beam. レーザ光のパルス幅と抜け光のエネルギー量との関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between the pulse width of a laser beam, and the energy amount of a missing light. レーザ光のパルス波形と金属配線の損傷との関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between the pulse waveform of a laser beam, and the damage of metal wiring. 改質領域の表面からの距離及びパルス幅について金属配線の損傷及び切断性能との相関を例示する表である。It is a table | surface which illustrates the correlation with the damage and cutting | disconnection performance of a metal wiring about the distance from the surface of a modification area | region, and a pulse width. 本実施形態によるレーザ加工後の加工対象物の切断面を例示する他の写真図である。It is another photograph figure which illustrates the cut surface of the processed object after the laser processing by this embodiment. 第2実施形態における第1〜第3改質領域の形成を説明するための概略断面図である。It is a schematic sectional drawing for demonstrating formation of the 1st-3rd modification area | region in 2nd Embodiment. 第3実施形態に係るレーザ加工方法を実施するレーザ加工装置を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the laser processing apparatus which enforces the laser processing method which concerns on 3rd Embodiment.

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same or equivalent elements will be denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.

本実施形態に係るレーザ加工方法では、加工対象物にレーザ光を集光させ、改質領域を切断予定ラインに沿って形成する。そこで、まず、改質領域の形成について、図1〜図6を参照して説明する。   In the laser processing method according to the present embodiment, the laser beam is focused on the object to be processed, and the modified region is formed along the planned cutting line. First, the formation of the modified region will be described with reference to FIGS.

図1に示すように、レーザ加工装置100は、レーザ光Lをパルス発振するレーザ光源(レーザ光源部)101と、レーザ光Lの光軸(光路)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、レーザ光Lを集光するための集光用レンズ105と、を備えている。また、レーザ加工装置100は、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を支持するための支持台107と、支持台107を移動させるためのステージ(移動部)111と、レーザ光Lの出力やパルス幅、パルス波形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(制御部)102と、ステージ111の移動を制御するステージ制御部(制御部)115と、を備えている。   As shown in FIG. 1, the laser processing apparatus 100 is arranged so that the direction of the laser light source (laser light source unit) 101 that oscillates the laser light L and the optical axis (optical path) of the laser light L is changed by 90 °. A dichroic mirror 103 and a condensing lens 105 for condensing the laser light L are provided. The laser processing apparatus 100 also includes a support 107 for supporting the workpiece 1 irradiated with the laser light L collected by the condensing lens 105, and a stage (moving) for moving the support 107. Part) 111, a laser light source control part (control part) 102 for controlling the laser light source 101 to adjust the output, pulse width, pulse waveform, etc. of the laser light L, and a stage control part (control part) for controlling the movement of the stage 111 Control unit) 115.

このレーザ加工装置100においては、レーザ光源101から出射されたレーザ光Lは、ダイクロイックミラー103によってその光軸の向きを90°変えられ、支持台107上に載置された加工対象物1の内部に集光用レンズ105によって集光される。これと共に、ステージ111が移動させられ、加工対象物1がレーザ光Lに対して切断予定ライン5に沿って相対移動させられる。これにより、切断予定ライン5に沿った改質領域が加工対象物1に形成される。なお、ここでは、レーザ光Lを相対的に移動させるためにステージ111を移動させたが、集光用レンズ105を移動させてもよいし、或いはこれらの両方を移動させてもよい。   In this laser processing apparatus 100, the laser light L emitted from the laser light source 101 has its optical axis changed by 90 ° by the dichroic mirror 103, and the inside of the processing object 1 placed on the support base 107. The light is condensed by the condensing lens 105. At the same time, the stage 111 is moved, and the workpiece 1 is moved relative to the laser beam L along the planned cutting line 5. Thereby, a modified region along the planned cutting line 5 is formed on the workpiece 1. Here, the stage 111 is moved in order to move the laser light L relatively, but the condensing lens 105 may be moved, or both of them may be moved.

加工対象物1としては、半導体材料で形成された半導体基板を含む板状の部材(例えば、基板、ウェハ等)が用いられる。図2に示すように、加工対象物1には、加工対象物1を切断するための切断予定ライン5が設定されている。切断予定ライン5は、直線状に延びた仮想線である。加工対象物1の内部に改質領域を形成する場合、図3に示すように、加工対象物1の内部に集光点(集光位置)Pを合わせた状態で、レーザ光Lを切断予定ライン5に沿って(すなわち、図2の矢印A方向に)相対的に移動させる。これにより、図4〜図6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の内部に形成され、切断予定ライン5に沿って形成された改質領域7が切断起点領域8となる。   As the processing object 1, a plate-like member (for example, a substrate, a wafer, or the like) including a semiconductor substrate formed of a semiconductor material is used. As shown in FIG. 2, a scheduled cutting line 5 for cutting the workpiece 1 is set in the workpiece 1. The planned cutting line 5 is a virtual line extending linearly. When the modified region is formed inside the workpiece 1, as shown in FIG. 3, the laser beam L is scheduled to be cut in a state where the focusing point (focusing position) P is aligned with the inside of the workpiece 1. It moves relatively along the line 5 (that is, in the direction of arrow A in FIG. 2). Thereby, as shown in FIGS. 4 to 6, the modified region 7 is formed inside the workpiece 1 along the planned cutting line 5, and the modified region 7 formed along the planned cutting line 5 is formed. It becomes the cutting start area 8.

なお、集光点Pとは、レーザ光Lが集光する箇所のことである。また、切断予定ライン5は、直線状に限らず曲線状であってもよいし、これらが組み合わされた3次元状であってもよいし、座標指定されたものであってもよい。また、切断予定ライン5は、仮想線に限らず加工対象物1の表面3に実際に引かれた線であってもよい。改質領域7は、連続的に形成される場合もあるし、断続的に形成される場合もある。また、改質領域7は列状でも点状でもよく、要は、改質領域7は少なくとも加工対象物1の内部に形成されていればよい。また、改質領域7を起点に亀裂が形成される場合があり、亀裂及び改質領域7は、加工対象物1の外表面(表面3、裏面21、若しくは外周面)に露出していてもよい。また、改質領域7を形成する際のレーザ光入射面は、加工対象物1の表面3に限定されるものではなく、加工対象物1の裏面21であってもよい。   In addition, the condensing point P is a location where the laser light L is condensed. Further, the planned cutting line 5 is not limited to a straight line, but may be a curved line, a three-dimensional shape in which these lines are combined, or a coordinate designated. Further, the planned cutting line 5 is not limited to a virtual line but may be a line actually drawn on the surface 3 of the workpiece 1. The modified region 7 may be formed continuously or intermittently. Further, the modified region 7 may be in the form of a line or a dot. In short, the modified region 7 only needs to be formed at least inside the workpiece 1. In addition, a crack may be formed starting from the modified region 7, and the crack and the modified region 7 may be exposed on the outer surface (front surface 3, back surface 21, or outer peripheral surface) of the workpiece 1. Good. Further, the laser light incident surface when forming the modified region 7 is not limited to the front surface 3 of the workpiece 1 but may be the back surface 21 of the workpiece 1.

ちなみに、ここでのレーザ光Lは、加工対象物1を透過すると共に加工対象物1の内部の集光点近傍にて特に吸収され、これにより、加工対象物1に改質領域7が形成される(すなわち、内部吸収型レーザ加工)。よって、加工対象物1の表面3ではレーザ光Lが殆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。一般的に、表面3から溶融され除去されて穴や溝等の除去部が形成される(表面吸収型レーザ加工)場合、加工領域は表面3側から徐々に裏面側に進行する。   Incidentally, the laser light L here passes through the workpiece 1 and is particularly absorbed near the condensing point inside the workpiece 1, thereby forming the modified region 7 in the workpiece 1. (Ie, internal absorption laser processing). Therefore, since the laser beam L is hardly absorbed by the surface 3 of the workpiece 1, the surface 3 of the workpiece 1 is not melted. In general, when a removed portion such as a hole or a groove is formed by being melted and removed from the front surface 3 (surface absorption laser processing), the processing region gradually proceeds from the front surface 3 side to the back surface side.

ところで、本実施形態で形成される改質領域7は、密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲とは異なる状態になった領域をいう。改質領域7としては、例えば、溶融処理領域(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何れか一つを意味する)、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等があり、これらが混在した領域もある。さらに、改質領域としては、加工対象物の材料において改質領域の密度が非改質領域の密度と比較して変化した領域や、格子欠陥が形成された領域がある(これらをまとめて高密転移領域ともいう)。   By the way, the modified region 7 formed in the present embodiment refers to a region where the density, refractive index, mechanical strength, and other physical characteristics are different from the surroundings. Examples of the modified region 7 include a melt treatment region (meaning at least one of a region once solidified after melting, a region in a molten state, and a region in a state of being resolidified from melting), a crack region, and the like. In addition, there are a dielectric breakdown region, a refractive index change region, and the like, and there is a region where these are mixed. Furthermore, as the modified region, there are a region where the density of the modified region in the material of the workpiece is changed compared to the density of the non-modified region, and a region where lattice defects are formed. Also known as the metastatic region).

また、溶融処理領域や屈折率変化領域、改質領域の密度が非改質領域の密度と比較して変化した領域、格子欠陥が形成された領域は、さらに、それら領域の内部や改質領域と非改質領域との界面に亀裂(割れ、マイクロクラック)を内包している場合がある。内包される亀裂は改質領域の全面に渡る場合や一部分のみや複数部分に形成される場合がある。加工対象物1としては、例えばシリコン(Si)、ガラス、LiTaO又はサファイア(Al)を含む、又はこれらからなるものが挙げられる。 In addition, the area where the density of the melt-processed area, the refractive index changing area, the modified area is changed compared to the density of the non-modified area, or the area where lattice defects are formed is In some cases, cracks (cracks, microcracks) are included in the interface between the non-modified region and the non-modified region. The included crack may be formed over the entire surface of the modified region, or may be formed in only a part or a plurality of parts. Examples of the processing object 1 include those containing or consisting of silicon (Si), glass, LiTaO 3 or sapphire (Al 2 O 3 ).

また、本実施形態においては、切断予定ライン5に沿って改質スポット(加工痕)を複数形成することによって、改質領域7を形成している。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:レーザショット)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7となる。改質スポットとしては、クラックスポット、溶融処理スポット若しくは屈折率変化スポット、又はこれらの少なくとも1つが混在するもの等が挙げられる。この改質スポットについては、要求される切断精度、要求される切断面の平坦性、加工対象物の厚さ、種類、結晶方位等を考慮して、その大きさや発生する亀裂の長さを適宜制御することが好ましい。   Further, in the present embodiment, the modified region 7 is formed by forming a plurality of modified spots (processing marks) along the planned cutting line 5. The modified spot is a modified portion formed by one pulse shot of pulsed laser light (that is, one pulse of laser irradiation: laser shot). Examples of the modified spot include a crack spot, a melting treatment spot, a refractive index change spot, or a mixture of at least one of these. Considering the required cutting accuracy, required flatness of the cut surface, thickness of the workpiece, type, crystal orientation, etc., the size of the modified spot and the length of the crack to be generated are appropriately determined. It is preferable to control.

次に、本実施形態について詳細に説明する。   Next, this embodiment will be described in detail.

[第1実施形態]
図7は、第1実施形態に係るレーザ加工方法を実施するレーザ加工装置を示す概略構成図である。図7に示すように、本実施形態のレーザ加工装置300は、レーザ光源(レーザ光源部)202、反射型空間光変調器203、4f光学系241及び集光光学系204を筐体231内に備えている。レーザ光源202は、例えば1080nm〜1200nmの波長を有するレーザ光Lを出射するものであり、例えばファイバレーザが用いられている。ここでのレーザ光源202は、水平方向にレーザ光Lを出射するように、筐体231の天板236にねじ等で固定されている。
[First Embodiment]
FIG. 7 is a schematic configuration diagram illustrating a laser processing apparatus that performs the laser processing method according to the first embodiment. As illustrated in FIG. 7, the laser processing apparatus 300 according to the present embodiment includes a laser light source (laser light source unit) 202, a reflective spatial light modulator 203, a 4f optical system 241, and a condensing optical system 204 in a housing 231. I have. The laser light source 202 emits laser light L having a wavelength of, for example, 1080 nm to 1200 nm, and for example, a fiber laser is used. The laser light source 202 here is fixed to the top plate 236 of the housing 231 with screws or the like so as to emit the laser light L in the horizontal direction.

反射型空間光変調器203は、レーザ光源202から出射されたレーザ光Lを変調するものであり、例えば反射型液晶(LCOS:Liquid Crystal on Silicon)の空間光変調器(SLM:Spatial Light Modulator)が用いられている。ここでの反射型空間光変調器203は、水平方向から入射するレーザ光Lを変調して収差補正すると共に、水平方向に対し斜め上方に反射する。   The reflective spatial light modulator 203 modulates the laser light L emitted from the laser light source 202. For example, a reflective liquid crystal (LCOS) spatial light modulator (SLM: Spatial Light Modulator) is used. Is used. The reflective spatial light modulator 203 here modulates the laser beam L incident from the horizontal direction to correct aberrations, and reflects it obliquely upward with respect to the horizontal direction.

図8は、図7のレーザ加工装置の反射型空間光変調器の部分断面図である。図8に示すように、反射型空間光変調器203は、シリコン基板213、駆動回路層914、複数の画素電極214、誘電体多層膜ミラー等の反射膜215、配向膜999a、液晶層216、配向膜999b、透明導電膜217、及びガラス基板等の透明基板218を備え、これらがこの順に積層されている。   FIG. 8 is a partial cross-sectional view of the reflective spatial light modulator of the laser processing apparatus of FIG. As shown in FIG. 8, the reflective spatial light modulator 203 includes a silicon substrate 213, a drive circuit layer 914, a plurality of pixel electrodes 214, a reflective film 215 such as a dielectric multilayer mirror, an alignment film 999a, a liquid crystal layer 216, An alignment film 999b, a transparent conductive film 217, and a transparent substrate 218 such as a glass substrate are provided, and these are stacked in this order.

透明基板218は、XY平面に沿った表面218aを有しており、該表面218aは反射型空間光変調器203の表面を構成する。透明基板218は、例えばガラス等の光透過性材料を主に含んでおり、反射型空間光変調器203の表面218aから入射した所定波長のレーザ光Lを、反射型空間光変調器203の内部へ透過する。透明導電膜217は、透明基板218の裏面218a上に形成されており、レーザ光Lを透過する導電性材料(例えばITO)を主に含んで構成されている。   The transparent substrate 218 has a surface 218 a along the XY plane, and the surface 218 a constitutes the surface of the reflective spatial light modulator 203. The transparent substrate 218 mainly contains a light transmissive material such as glass, for example, and the laser light L having a predetermined wavelength incident from the surface 218 a of the reflective spatial light modulator 203 is converted into the interior of the reflective spatial light modulator 203. To penetrate. The transparent conductive film 217 is formed on the back surface 218a of the transparent substrate 218, and mainly includes a conductive material (for example, ITO) that transmits the laser light L.

複数の画素電極214は、複数の画素の配列に従って二次元状に配列されており、透明導電膜217に沿ってシリコン基板213上に配列されている。各画素電極214は、例えばアルミニウム等の金属材料からなり、これらの表面214aは、平坦且つ滑らかに加工されている。複数の画素電極214は、駆動回路層914に設けられたアクティブ・マトリクス回路によって駆動される。   The plurality of pixel electrodes 214 are two-dimensionally arranged according to the arrangement of the plurality of pixels, and are arranged on the silicon substrate 213 along the transparent conductive film 217. Each pixel electrode 214 is made of a metal material such as aluminum, for example, and the surface 214a is processed flat and smoothly. The plurality of pixel electrodes 214 are driven by an active matrix circuit provided in the drive circuit layer 914.

アクティブ・マトリクス回路は、複数の画素電極214とシリコン基板213との間に設けられ、反射型空間光変調器203から出力しようとする光像に応じて各画素電極214への印加電圧を制御する。このようなアクティブ・マトリクス回路は、例えば図示しないX軸方向に並んだ各画素列の印加電圧を制御する第1のドライバ回路と、Y軸方向に並んだ各画素列の印加電圧を制御する第2のドライバ回路とを有しており、制御部250によって双方のドライバ回路で指定された画素の画素電極214に所定電圧が印加されるよう構成されている。   The active matrix circuit is provided between the plurality of pixel electrodes 214 and the silicon substrate 213, and controls the voltage applied to each pixel electrode 214 in accordance with the optical image to be output from the reflective spatial light modulator 203. . Such an active matrix circuit includes, for example, a first driver circuit that controls the applied voltage of each pixel column arranged in the X-axis direction (not shown) and a first driver circuit that controls the applied voltage of each pixel column arranged in the Y-axis direction. And a predetermined voltage is applied to the pixel electrode 214 of the pixel designated by both of the driver circuits by the control unit 250.

なお、配向膜999a,999bは、液晶層216の両端面に配置されており、液晶分子群を一定方向に配列させる。配向膜999a,999bは、例えばポリイミドといった高分子材料からなり、液晶層216との接触面にラビング処理等が施されたものが適用される。   Note that the alignment films 999a and 999b are disposed on both end surfaces of the liquid crystal layer 216, and align liquid crystal molecule groups in a certain direction. The alignment films 999a and 999b are made of, for example, a polymer material such as polyimide, and the contact surface with the liquid crystal layer 216 is subjected to a rubbing process or the like.

液晶層216は、複数の画素電極214と透明導電膜217との間に配置されており、各画素電極214と透明導電膜217とにより形成される電界に応じてレーザ光Lを変調する。すなわち、アクティブ・マトリクス回路によって或る画素電極214に電圧が印加されると、透明導電膜217と該画素電極214との間に電界が形成される。   The liquid crystal layer 216 is disposed between the plurality of pixel electrodes 214 and the transparent conductive film 217, and modulates the laser light L according to the electric field formed by each pixel electrode 214 and the transparent conductive film 217. That is, when a voltage is applied to a certain pixel electrode 214 by the active matrix circuit, an electric field is formed between the transparent conductive film 217 and the pixel electrode 214.

この電界は、反射膜215及び液晶層216のそれぞれに対し、各々の厚さに応じた割合で印加される。そして、液晶層216に印加された電界の大きさに応じて液晶分子216aの配列方向が変化する。レーザ光Lが透明基板218及び透明導電膜217を透過して液晶層216に入射すると、このレーザ光Lは液晶層216を通過する間に液晶分子216aによって変調され、反射膜215において反射した後、再び液晶層216により変調されてから取り出されることとなる。   This electric field is applied to each of the reflective film 215 and the liquid crystal layer 216 at a rate corresponding to the thickness of each. Then, the alignment direction of the liquid crystal molecules 216a changes according to the magnitude of the electric field applied to the liquid crystal layer 216. When the laser light L passes through the transparent substrate 218 and the transparent conductive film 217 and enters the liquid crystal layer 216, the laser light L is modulated by the liquid crystal molecules 216 a while passing through the liquid crystal layer 216 and reflected by the reflective film 215. Then, the light is again modulated by the liquid crystal layer 216 and taken out.

このとき、制御部250(後述)によって透明導電膜217と対向する各画素電極部214a毎に電圧が印加され、その電圧に応じて、液晶層216において透明導電膜217と対向する各画素電極部214aに挟まれた部分の屈折率が変化される(各画素に対応した位置の液晶層216の屈折率が変化する)。かかる屈折率の変化により、印加した電圧に応じて、レーザ光Lの位相を液晶層216の画素毎に変化させることができる。つまり、ホログラムパターンに応じた位相変調を画素毎に液晶層216によって与える(すなわち、変調を付与するホログラムパターンとしての変調パターンを反射型空間光変調器203に表示させる)ことができる。   At this time, a voltage is applied to each pixel electrode part 214a facing the transparent conductive film 217 by the controller 250 (described later), and each pixel electrode part facing the transparent conductive film 217 in the liquid crystal layer 216 according to the voltage. The refractive index of the portion sandwiched between 214a is changed (the refractive index of the liquid crystal layer 216 at the position corresponding to each pixel is changed). With the change in the refractive index, the phase of the laser light L can be changed for each pixel of the liquid crystal layer 216 in accordance with the applied voltage. That is, phase modulation corresponding to the hologram pattern can be applied to each pixel by the liquid crystal layer 216 (that is, a modulation pattern as a hologram pattern to be modulated is displayed on the reflective spatial light modulator 203).

その結果、変調パターンに入射し透過するレーザ光Lは、その波面が調整され、該レーザ光Lを構成する各光線において進行方向に直交する所定方向の成分の位相にずれが生じる。従って、反射型空間光変調器203に表示させる変調パターンを適宜設定することにより、レーザ光Lが変調(例えば、レーザ光Lの強度、振幅、位相、偏光等が変調)可能となる。ここでは、加工対象物1に照射されるレーザ光Lに対し、集光点Pで生じる球面収差を補正するための球面収差補正(収差補正)が施されることになる。   As a result, the wavefront of the laser light L that enters and passes through the modulation pattern is adjusted, and the phase of a component in a predetermined direction orthogonal to the traveling direction is shifted in each light beam constituting the laser light L. Accordingly, the laser beam L can be modulated (for example, the intensity, amplitude, phase, polarization, etc. of the laser beam L can be modulated) by appropriately setting the modulation pattern to be displayed on the reflective spatial light modulator 203. Here, the spherical aberration correction (aberration correction) for correcting the spherical aberration occurring at the condensing point P is performed on the laser light L irradiated to the workpiece 1.

4f光学系241は、反射型空間光変調器203によって変調されたレーザ光Lの波面形状を調整するものである。この4f光学系241は、第1レンズ241a及び第2レンズ241bを有している。レンズ241a,241bは、反射型空間光変調器203と第1レンズ241aとの距離が第1レンズ241aの焦点距離f1となり、集光光学系204とレンズ241bとの距離がレンズ241bの焦点距離f2となり、第1レンズ241aと第2レンズ241bとの距離がf1+f2となり、且つ第1レンズ241aと第2レンズ241bとが両側テレセントリック光学系となるように、反射型空間光変調器203と集光光学系204との間に配置されている。この4f光学系241では、反射型空間光変調器203で変調されたレーザ光Lが空間伝播によって波面形状が変化し収差が増大するのを抑制することができる。   The 4f optical system 241 adjusts the wavefront shape of the laser light L modulated by the reflective spatial light modulator 203. The 4f optical system 241 includes a first lens 241a and a second lens 241b. In the lenses 241a and 241b, the distance between the reflective spatial light modulator 203 and the first lens 241a is the focal length f1 of the first lens 241a, and the distance between the condensing optical system 204 and the lens 241b is the focal length f2 of the lens 241b. Thus, the reflective spatial light modulator 203 and the condensing optics are set so that the distance between the first lens 241a and the second lens 241b is f1 + f2 and the first lens 241a and the second lens 241b are both-side telecentric optical systems. It is arranged between the system 204. In the 4f optical system 241, it is possible to suppress the laser beam L modulated by the reflective spatial light modulator 203 from changing its wavefront shape due to spatial propagation and increasing aberration.

集光光学系204は、4f光学系241によって変調されたレーザ光Lを加工対象物1の内部に集光するものである。この集光光学系204は、複数のレンズを含んで構成されており、圧電素子等を含んで構成された駆動ユニット232を介して筐体231の底板233に設置されている。   The condensing optical system 204 condenses the laser light L modulated by the 4f optical system 241 inside the workpiece 1. The condensing optical system 204 includes a plurality of lenses and is installed on the bottom plate 233 of the housing 231 via a drive unit 232 including a piezoelectric element and the like.

以上のように構成されたレーザ加工装置300では、レーザ光源202から出射されたレーザ光Lは、筐体231内にて水平方向に進行した後、ミラー205aによって下方に反射され、アッテネータ207によって光強度が調整される。そして、ミラー205bによって水平方向に反射され、ビームホモジナイザ260によって強度分布が均一化されて反射型空間光変調器203に入射する。   In the laser processing apparatus 300 configured as described above, the laser light L emitted from the laser light source 202 travels in the horizontal direction in the housing 231, is then reflected downward by the mirror 205 a, and is reflected by the attenuator 207. Strength is adjusted. Then, the light is reflected in the horizontal direction by the mirror 205 b, the intensity distribution is made uniform by the beam homogenizer 260, and is incident on the reflective spatial light modulator 203.

反射型空間光変調器203に入射したレーザ光Lは、液晶層216に表示された変調パターンを透過することにより当該変調パターンに応じて変調されて収差補正され、その後、ミラー206aによって上方に反射され、λ/2波長板228によって偏光方向が変更され、ミラー206bによって水平方向に反射されて4f光学系241に入射する。   The laser beam L incident on the reflective spatial light modulator 203 is modulated in accordance with the modulation pattern by passing through the modulation pattern displayed on the liquid crystal layer 216, corrected for aberrations, and then reflected upward by the mirror 206a. Then, the polarization direction is changed by the λ / 2 wavelength plate 228, reflected by the mirror 206b in the horizontal direction, and incident on the 4f optical system 241.

4f光学系241に入射したレーザ光Lは、平行光で集光光学系204に入射するよう波面形状が調整される。具体的には、レーザ光Lは、第1レンズ241aを透過し収束され、ミラー219によって下方へ反射され、共焦点Oを経て発散すると共に、第2レンズ241bを透過し、平行光となるように再び収束される。そしてレーザ光Lは、ダイクロイックミラー210,218を順次透過して集光光学系204に入射し、ステージ111上に載置された加工対象物1内に集光光学系204によって集光される。   The wavefront shape of the laser light L incident on the 4f optical system 241 is adjusted so as to be incident on the condensing optical system 204 as parallel light. Specifically, the laser light L is transmitted and converged through the first lens 241a, reflected downward by the mirror 219, diverged through the confocal O, and transmitted through the second lens 241b to become parallel light. Will converge again. Then, the laser light L sequentially passes through the dichroic mirrors 210 and 218 and enters the condensing optical system 204, and is condensed by the condensing optical system 204 in the workpiece 1 placed on the stage 111.

また、本実施形態のレーザ加工装置300は、加工対象物1のレーザ光入射面を観察するための表面観察ユニット211と、集光光学系204と加工対象物1との距離を微調整するためのAF(AutoFocus)ユニット212と、を筐体231内に備えている。   In addition, the laser processing apparatus 300 according to the present embodiment finely adjusts the distance between the surface observation unit 211 for observing the laser light incident surface of the processing target 1 and the condensing optical system 204 and the processing target 1. And an AF (AutoFocus) unit 212.

表面観察ユニット211は、可視光VL1を出射する観察用光源211aと、加工対象物1のレーザ光入射面で反射された可視光VL1の反射光VL2を受光して検出する検出器211bと、を有している。表面観察ユニット211では、観察用光源211aから出射された可視光VL1が、ミラー208及びダイクロイックミラー209,210,238で反射・透過され、集光光学系204で加工対象物1に向けて集光される。そして、加工対象物1のレーザ光入射面で反射された反射光VL2が、集光光学系204で集光されてダイクロイックミラー238,210で透過・反射された後、ダイクロイックミラー209を透過して検出器211bにて受光される。   The surface observation unit 211 includes an observation light source 211a that emits visible light VL1, and a detector 211b that receives and detects the reflected light VL2 of the visible light VL1 reflected by the laser light incident surface of the workpiece 1. Have. In the surface observation unit 211, the visible light VL 1 emitted from the observation light source 211 a is reflected and transmitted by the mirror 208 and the dichroic mirrors 209, 210, and 238, and condensed toward the workpiece 1 by the condensing optical system 204. Is done. Then, the reflected light VL2 reflected by the laser light incident surface of the workpiece 1 is condensed by the condensing optical system 204, transmitted and reflected by the dichroic mirrors 238 and 210, and then transmitted through the dichroic mirror 209. Light is received by the detector 211b.

AFユニット212は、AF用レーザ光LB1を出射し、レーザ光入射面で反射されたAF用レーザ光LB1の反射光LB2を受光し検出することで、切断予定ライン5に沿ったレーザ光入射面の変位データを取得する。そして、AFユニット212は、改質領域7を形成する際、取得した変位データに基づいて駆動ユニット232を駆動させ、レーザ光入射面のうねりに沿うように集光光学系204をその光軸方向に往復移動させる。   The AF unit 212 emits the AF laser light LB1, receives and detects the reflected light LB2 of the AF laser light LB1 reflected by the laser light incident surface, thereby detecting the laser light incident surface along the planned cutting line 5 Get the displacement data. Then, when forming the modified region 7, the AF unit 212 drives the drive unit 232 based on the acquired displacement data, and moves the condensing optical system 204 in the optical axis direction so as to follow the undulation of the laser light incident surface. Move back and forth.

さらにまた、本実施形態のレーザ加工装置300は、当該レーザ加工装置300を制御するための制御部として、CPU、ROM、RAM等からなる制御部250及びパルス幅可変制御部251を備えている。制御部250は、レーザ光源202を制御し、レーザ光源202から出射されるレーザ光Lの出力等を調節する。   Furthermore, the laser processing apparatus 300 according to the present embodiment includes a control unit 250 including a CPU, ROM, RAM, and the like and a pulse width variable control unit 251 as control units for controlling the laser processing apparatus 300. The control unit 250 controls the laser light source 202 and adjusts the output of the laser light L emitted from the laser light source 202 and the like.

また、制御部250は、改質領域7を形成する際、レーザ光Lの集光点Pが加工対象物1内の所定位置に位置し且つレーザ光Lの集光点Pが切断予定ライン5に沿って相対的に移動するように、筐体231やステージ111の位置、及び駆動ユニット232の駆動を制御する。ここでの制御部250は、加工対象物1内においてレーザ光入射面と反対側の位置に第1改質領域7aが形成されるようにレーザ光Lを照射させる第1改質領域形成制御と、加工対象物1内において第1改質領域7aよりもレーザ光入射面側の位置に第2改質領域7bが形成されるようレーザ光Lを照射させる第2改質領域形成制御と、加工対象物1内において第2改質領域7bよりもレーザ光入射面側の位置に第3改質領域7cが形成されるようレーザ光Lを照射させる第3改質領域形成制御と、を実行する(詳しくは、後述)。   Further, when the control unit 250 forms the modified region 7, the condensing point P of the laser light L is located at a predetermined position in the workpiece 1, and the condensing point P of the laser light L is the cutting scheduled line 5. The position of the housing 231 and the stage 111 and the drive of the drive unit 232 are controlled so as to move relatively along the axis. Here, the control unit 250 performs first modified region formation control for irradiating the laser beam L so that the first modified region 7a is formed at a position opposite to the laser beam incident surface in the workpiece 1. The second modified region formation control for irradiating the laser beam L so that the second modified region 7b is formed at a position closer to the laser beam incident surface side than the first modified region 7a in the workpiece 1; The third modified region formation control for irradiating the laser beam L so that the third modified region 7c is formed at a position closer to the laser beam incident surface side than the second modified region 7b in the object 1 is executed. (Details will be described later).

また、制御部250は、改質領域7を形成する際、反射型空間光変調器203における各電極部214a,217aに所定電圧を印加し、液晶層216に所定の変調パターンを表示させる。これにより、レーザ光Lが反射型空間光変調器203で所望に変調され、加工対象物1に照射されるレーザ光Lに対し所望の収差補正が施される。   Further, when forming the modified region 7, the control unit 250 applies a predetermined voltage to the electrode units 214 a and 217 a in the reflective spatial light modulator 203 and causes the liquid crystal layer 216 to display a predetermined modulation pattern. As a result, the laser beam L is modulated as desired by the reflective spatial light modulator 203, and desired aberration correction is performed on the laser beam L applied to the workpiece 1.

なお、変調パターンは、例えば、改質領域7を形成しようとする位置、照射するレーザ光Lの波長、加工対象物1の材料、及び集光光学系204や加工対象物1の屈折率等に基づいて予め導出され、制御部250に記憶されている。この変調パターンは、レーザ加工装置300に生じる個体差(例えば、反射型空間光変調器203の液晶層216に生じる歪)を補正するための個体差補正パターン、及び球面収差を補正するための球面収差補正パターンを含んでいる。   The modulation pattern depends on, for example, the position where the modified region 7 is to be formed, the wavelength of the laser beam L to be irradiated, the material of the processing target 1, the refractive index of the condensing optical system 204 and the processing target 1, and the like. This is derived in advance and stored in the control unit 250. This modulation pattern includes an individual difference correction pattern for correcting individual differences generated in the laser processing apparatus 300 (for example, distortion generated in the liquid crystal layer 216 of the reflective spatial light modulator 203), and a spherical surface for correcting spherical aberration. An aberration correction pattern is included.

パルス幅可変制御部251は、レーザ光源202を制御し、レーザ光源202から出射されるレーザ光Lのパルス幅を可変する。具体的には、パルス幅可変制御部251は、第1改質領域7aを形成する際に照射するレーザ光Lのパルス幅を、第2改質領域7bを形成する際に照射するレーザ光Lのパルス幅よりも小さくさせる。なお、「パルス幅」とは、通常、パルス波形においてピーク値の1/2以上の値となるときの時間幅である半値幅(FWHM(Full Width at Half Maximum))を意味している。   The pulse width variable control unit 251 controls the laser light source 202 and varies the pulse width of the laser light L emitted from the laser light source 202. Specifically, the pulse width variable control unit 251 applies the pulse width of the laser beam L irradiated when forming the first modified region 7a to the laser beam L irradiated when forming the second modified region 7b. Less than the pulse width. “Pulse width” usually means a half width (FWHM (Full Width at Half Maximum)), which is a time width when the pulse waveform has a value of ½ or more of the peak value.

次に、上記レーザ加工装置300を用いたレーザ加工方法について詳細に説明する。本実施形態のレーザ加工方法は、例えばCISデバイス等のイメージセンサを製造するための製造方法として用いられるものであって、加工対象物1を複数のチップに切断する。まず、レーザ加工方法の全体フローを概略説明する。   Next, a laser processing method using the laser processing apparatus 300 will be described in detail. The laser processing method of this embodiment is used as a manufacturing method for manufacturing an image sensor such as a CIS device, for example, and cuts the workpiece 1 into a plurality of chips. First, the overall flow of the laser processing method will be outlined.

図9は本実施形態によるレーザ加工の対象となる加工対象物を示す平面図、図10,11は本実施形態におけるレーザ加工方法の各フローを示す図、図12は、改質領域を形成する工程を説明するための断面図である。図9,12に示すように、加工対象物1は、シリコン基板等の半導体基板2と、当該半導体基板2の表面2a上に積層された積層部4とを具備し、板状を呈している。加工対象物1の厚さは、好ましいとして150μm〜350μmとされており、ここでは、より好ましいとして200μm又は250μmとされている。   FIG. 9 is a plan view showing an object to be processed by the laser processing according to the present embodiment, FIGS. 10 and 11 are diagrams showing respective flows of the laser processing method in the present embodiment, and FIG. 12 forms a modified region. It is sectional drawing for demonstrating a process. As illustrated in FIGS. 9 and 12, the workpiece 1 includes a semiconductor substrate 2 such as a silicon substrate and a stacked portion 4 stacked on the surface 2 a of the semiconductor substrate 2 and has a plate shape. . The thickness of the workpiece 1 is preferably 150 μm to 350 μm, and more preferably 200 μm or 250 μm here.

積層部4は、絶縁層4a、金属配線4b及び表層膜4cを含んでいる。絶縁層4aは、半導体基板2の表面2a上に形成されている。この絶縁層4aは、例えばSiOで形成され、絶縁性を有している。金属配線4bは、半導体基板2の表面2a上においてマトリックス状に並ぶ機能素子形成領域15内に、絶縁層4aで覆われるよう設けられている。この金属配線4bは、例えばアルミニウム等の金属で形成されている。表層膜4cは、絶縁層4aの外表面を覆うように設けられ、例えば金属で形成されている。 The stacked portion 4 includes an insulating layer 4a, a metal wiring 4b, and a surface layer film 4c. The insulating layer 4 a is formed on the surface 2 a of the semiconductor substrate 2. The insulating layer 4a is made of, for example, SiO 2 and has an insulating property. The metal wiring 4b is provided in the functional element formation region 15 arranged in a matrix on the surface 2a of the semiconductor substrate 2 so as to be covered with the insulating layer 4a. The metal wiring 4b is made of a metal such as aluminum. The surface layer film 4c is provided so as to cover the outer surface of the insulating layer 4a, and is formed of, for example, metal.

この加工対象物1の積層部4側の表面3には、隣り合う機能素子形成領域15間を通るように延びる切断予定ライン5が複数設定されている。複数の切断予定ライン5は、格子状に延在しており、加工対象物1のオリエンテーションフラット6に対して略平行な方向に沿う切断予定ライン5a、及び略垂直な方向に沿う切断予定ライン5bを含んでいる。表面3に沿う方向(厚さ方向に直交する方向)において切断予定ライン5と金属配線4bとの距離Dは、例えば25μm以内とされている。   A plurality of scheduled cutting lines 5 extending so as to pass between adjacent functional element formation regions 15 are set on the surface 3 of the workpiece 1 on the stacked portion 4 side. The plurality of planned cutting lines 5 extend in a lattice shape, and the planned cutting line 5a along a direction substantially parallel to the orientation flat 6 of the workpiece 1 and the planned cutting line 5b along a substantially vertical direction. Is included. In a direction along the surface 3 (a direction perpendicular to the thickness direction), the distance D between the planned cutting line 5 and the metal wiring 4b is, for example, within 25 μm.

この加工対象物1に対してレーザ加工を施す場合、図10(a)に示すように、まず、加工対象物1の表面3にBGテープ31を貼り付ける。続いて、図10(b)に示すように、表面3と反対側の裏面21がレーザ光入射面となるようにステージ111の支持台107上に加工対象物1を載置する。その後、図10(c)及び図12に示すように、制御部250及びパルス幅可変制御部251によりレーザ加工装置300を制御し、複数の切断予定ライン5に沿って、収差補正したレーザ光Lを加工対象物1の裏面3から照射する。これにより、厚さ方向位置が互いに異なる複数列(ここでは、3列)の第1〜第3改質領域7a〜7cを、複数の切断予定ライン5に沿って加工対象物1の内部に形成する。   When performing laser processing on the workpiece 1, first, a BG tape 31 is attached to the surface 3 of the workpiece 1 as shown in FIG. Subsequently, as illustrated in FIG. 10B, the workpiece 1 is placed on the support base 107 of the stage 111 so that the back surface 21 opposite to the front surface 3 is a laser light incident surface. Thereafter, as shown in FIG. 10C and FIG. 12, the laser processing apparatus 300 is controlled by the control unit 250 and the variable pulse width control unit 251, and the aberration-corrected laser beam L along the plurality of scheduled cutting lines 5. Is irradiated from the back surface 3 of the workpiece 1. Thereby, a plurality of rows (here, 3 rows) of first to third modified regions 7 a to 7 c having different thickness direction positions are formed inside the workpiece 1 along the plurality of scheduled cutting lines 5. To do.

続いて、図10(c)及び図11(a)に示すように、加工対象物1の裏面21にダイシングテープ32を貼り付けた後、加工対象物1を上下反転して表面3が上方に位置するよう載置し、BGテープ31を取り外す。続いて、図11(b)に示すように、加工対象物1に対し裏面21側から、ダイシングテープ32を介して切断予定ライン5に沿うようにナイフエッジ33を押し当て、切断予定ライン5に沿って外部から加工対象物1に力を印加する。これにより、改質領域7を切断の起点として、加工対象物1を複数のチップ10に切断する。続いて、図11(c)に示すように、複数のチップを容易にピックアップするため、UV光(紫外線)をダイシングテープ32に照射し、ダイシングテープ32の粘着層を硬化させて粘着力を低下させる。そして、複数のチップ10がピックアップされる。   Subsequently, as shown in FIGS. 10 (c) and 11 (a), after the dicing tape 32 is attached to the back surface 21 of the workpiece 1, the workpiece 1 is turned upside down so that the front surface 3 faces upward. The BG tape 31 is removed. Subsequently, as shown in FIG. 11 (b), the knife edge 33 is pressed against the workpiece 1 from the back surface 21 side through the dicing tape 32 along the planned cutting line 5, and the cutting target line 5 is touched. A force is applied to the workpiece 1 along the outside. Thus, the workpiece 1 is cut into a plurality of chips 10 using the modified region 7 as a starting point for cutting. Subsequently, as shown in FIG. 11C, in order to easily pick up a plurality of chips, the dicing tape 32 is irradiated with UV light (ultraviolet rays), and the adhesive layer of the dicing tape 32 is cured to reduce the adhesive strength. Let Then, a plurality of chips 10 are picked up.

次に、上述した第1〜第3改質領域7a〜7bの形成について、図13を参照しつつ詳細に説明する。   Next, the formation of the first to third modified regions 7a to 7b will be described in detail with reference to FIG.

まず、レーザ光Lのパルス幅を、後段の第2改質領域形成工程時のレーザ光Lのパルス幅よりも小さい第1パルス幅とし、例えば150nsとする。また、加工対象物1の内部において表面3側の位置にレーザ光Lの集光点を合わせると共に、レーザ光Lの球面収差が補正されるように反射型空間光変調器203の液晶層216に所定変調パターンを表示させる。そして、第1パルス幅のレーザ光Lを出力15μJで加工対象物1に照射しつつ、当該レーザ光Lの集光点を、一の(任意の1つの)切断予定ライン5aに沿って360mm/sの速度で相対移動させる。   First, the pulse width of the laser light L is set to a first pulse width that is smaller than the pulse width of the laser light L in the subsequent second modified region forming step, for example, 150 ns. Further, the focusing point of the laser beam L is aligned with the position on the surface 3 side inside the workpiece 1 and the liquid crystal layer 216 of the reflective spatial light modulator 203 is adjusted so that the spherical aberration of the laser beam L is corrected. A predetermined modulation pattern is displayed. Then, while irradiating the workpiece 1 with the laser beam L having the first pulse width at an output of 15 μJ, the condensing point of the laser beam L is set to 360 mm / long along one (arbitrary) planned cutting line 5a. The relative movement is performed at the speed of s.

これにより、加工対象物1内の表面3側の位置に、一の切断予定ライン5aに沿って第1改質領域7aを一列形成する(第1改質領域形成工程)。続いて、図13(a)に示すように、上記第1改質領域形成工程を、他の複数の切断予定ライン5aに沿って繰り返し実施すると共に、複数の切断予定ライン5bに沿って繰り返し実施する。以上により、加工対象物1内の表面3側の位置に、複数の切断予定ライン5a,5bに沿って第1改質領域7aを形成する。   Thereby, the 1st modification area | region 7a is formed in a line along the one cutting plan line 5a in the position by the side of the surface 3 in the workpiece 1 (1st modification area | region formation process). Subsequently, as shown in FIG. 13A, the first modified region forming step is repeatedly performed along a plurality of other scheduled cutting lines 5a and repeatedly performed along the plurality of scheduled cutting lines 5b. To do. Thus, the first modified region 7a is formed along the plurality of scheduled cutting lines 5a and 5b at the position on the surface 3 side in the workpiece 1.

その後、レーザ光Lのパルス幅を、上記第1改質領域形成工程時のレーザ光Lのパルス幅よりも大きい第2パルス幅とし、例えば500nsとする。また、加工対象物1の内部において第1改質領域7aよりも裏面21側の位置にレーザ光Lの集光点を合わせると共に、レーザ光Lの球面収差が補正されるように反射型空間光変調器203の液晶層216に所定変調パターンを表示させる。そして、第2パルス幅のレーザ光Lを出力15μJで加工対象物1に照射しつつ、当該レーザ光Lの集光点を一の切断予定ライン5aに沿って360mm/sの速度で相対移動させる。これにより、加工対象物1内の第1改質領域7aよりも裏面21側の位置に、一の切断予定ライン5aに沿って第2改質領域7bを一列形成する(第2改質領域形成工程)。   Thereafter, the pulse width of the laser light L is set to a second pulse width that is larger than the pulse width of the laser light L in the first modified region forming step, for example, 500 ns. In addition, the reflective spatial light is set so that the condensing point of the laser light L is aligned with the position on the back surface 21 side of the first modified region 7a inside the workpiece 1 and the spherical aberration of the laser light L is corrected. A predetermined modulation pattern is displayed on the liquid crystal layer 216 of the modulator 203. Then, while irradiating the workpiece 1 with the laser beam L having the second pulse width with an output of 15 μJ, the condensing point of the laser beam L is relatively moved along the one scheduled cutting line 5a at a speed of 360 mm / s. . As a result, the second modified region 7b is formed in a row along the one scheduled cutting line 5a at a position closer to the back surface 21 than the first modified region 7a in the workpiece 1 (second modified region formation). Process).

続いて、加工対象物1の内部において第2改質領域7bよりも裏面21側の位置にレーザ光Lの集光点を合わせると共に、レーザ光Lの球面収差が補正されるように反射型空間光変調器203の液晶層216に所定変調パターンを表示させる。そして、第2パルス幅のレーザ光Lを出力10μJで加工対象物1に照射しつつ、当該レーザ光Lの集光点を一の切断予定ライン5aに沿って360mm/sの速度で相対移動させる。これにより、加工対象物1内の第2改質領域7bよりも裏面21側の位置に、一の切断予定ライン5aに沿って第3改質領域7cを一列形成する(第3改質領域形成工程)。   Subsequently, the focusing point of the laser beam L is set to a position closer to the back surface 21 side than the second modified region 7b inside the workpiece 1, and the reflection type space is adjusted so that the spherical aberration of the laser beam L is corrected. A predetermined modulation pattern is displayed on the liquid crystal layer 216 of the optical modulator 203. Then, while irradiating the workpiece 1 with the laser beam L having the second pulse width with an output of 10 μJ, the condensing point of the laser beam L is relatively moved along the one scheduled cutting line 5a at a speed of 360 mm / s. . As a result, the third modified region 7c is formed in a row along the one scheduled cutting line 5a at a position closer to the back surface 21 than the second modified region 7b in the workpiece 1 (third modified region formation). Process).

続いて、上記第2及び第3改質領域形成工程を、他の複数の切断予定ライン5aに沿って実施すると共に、複数の切断予定ライン5bに沿って実施する。以上により、加工対象物1内の第1改質領域7aよりも裏面21側の位置に複数の切断予定ライン5a,5bに沿って第2改質領域7bを形成すると共に、加工対象物1内の第2改質領域7bよりも裏面21側の位置に複数の切断予定ライン5a,5bに沿って第3改質領域7cを形成する。   Subsequently, the second and third modified region forming steps are performed along the plurality of other scheduled cutting lines 5a and along the plurality of scheduled cutting lines 5b. As described above, the second modified region 7b is formed along the plurality of scheduled cutting lines 5a and 5b at a position closer to the back surface 21 than the first modified region 7a in the processed object 1, and the inside of the processed object 1 The third modified region 7c is formed along the plurality of scheduled cutting lines 5a and 5b at a position closer to the back surface 21 than the second modified region 7b.

図14は、本実施形態によるレーザ加工後の加工対象物の切断面を例示する写真図である。図14に示すように、本実施形態では、加工対象物1を精度よく切断できることを確認することができる。さらに、第1改質領域7aから表面3に到達するツイストハックルの発生が抑制され、加工対象物1の直進性の悪化が抑制されることがわかる。   FIG. 14 is a photograph illustrating the cut surface of the workpiece after laser processing according to the present embodiment. As shown in FIG. 14, in this embodiment, it can be confirmed that the workpiece 1 can be cut with high accuracy. Furthermore, it turns out that generation | occurrence | production of the twist hackle which reaches | attains the surface 3 from the 1st modification | reformation area | region 7a is suppressed, and the deterioration of the straightness of the workpiece 1 is suppressed.

ところで、例えば加工対象物1のストリート幅を狭くした場合、従来のレーザ加工方法により切断されたチップ10では、図15に示すように、金属配線4bが絶縁層4aを突き破って外部へ溶出(流出)し、配線不良が発生するという金属配線4bの損傷(特性不良)が生じるおそれがある。   By the way, when the street width of the workpiece 1 is narrowed, for example, in the chip 10 cut by the conventional laser processing method, as shown in FIG. 15, the metal wiring 4b penetrates the insulating layer 4a and is eluted (outflow). There is a risk of damage (characteristic failure) of the metal wiring 4b in which wiring failure occurs.

ここで、従来のレーザ加工方法により加工対象物1を切断した基本条件加工と、基本条件加工に対しレーザ光Lの出射を停止した条件で加工対象物1を切断したダミーラン加工と、基本条件加工に対し帯電防止テープやイオナイザを用いて除電処理を行って加工対象物1を切断した除電条件加工と、において金属配線4bの損傷を比較した。その結果を図16に示す。   Here, basic condition machining in which the workpiece 1 is cut by a conventional laser machining method, dummy run machining in which the workpiece 1 is cut under conditions where emission of the laser beam L is stopped with respect to the basic condition machining, and basic condition machining. On the other hand, the damage of the metal wiring 4b was compared in the static elimination processing in which the workpiece 1 was cut by performing the static elimination treatment using an antistatic tape or an ionizer. The result is shown in FIG.

図16中の「改質領域の表面からの距離」は、表面3から第1改質領域7aまでの距離(つまり、第1改質領域7aの下端距離)を示している。「金属配線の損傷の判定」は、所定数のチップ(例えば30チップ)中で金属配線4bの損傷が生じていない場合に“○(適)”とし、当該損傷が生じた場合に“×(不適)”とし、括弧内に損傷発生箇所数を示している。これらについては、以下の説明において同様である。   “Distance from the surface of the modified region” in FIG. 16 indicates the distance from the surface 3 to the first modified region 7a (that is, the lower end distance of the first modified region 7a). “Determination of damage to metal wiring” is “◯ (suitable)” when the metal wiring 4b is not damaged in a predetermined number of chips (for example, 30 chips), and “× ( Not suitable) ”, and the number of damage occurrences is shown in parentheses. These are the same in the following description.

図16に示すように、金属配線4bの損傷は、レーザ光Lを照射することにより初めて発生することが見出され、静電気対策を施しても生じることがわかる。これにより、金属配線4bの損傷は、加工対象物1に対するレーザ光Lの照射に起因して生じることが見出される。特に、レーザ光Lの照射後で加工対象物1にレーザ光Lの吸収が始まる(つまり、改質領域7の形成が始まる)までの間にて加工対象物1を透過するレーザ光(いわゆる、「抜け光」)が、金属配線4bの損傷の要因であると推測される。なお、加工対象物1に改質領域7を1列のみ形成した場合にも金属配線4bの損傷が生じており、1スキャンのレーザ加工のみで特性不良が発生することも確認される。   As shown in FIG. 16, it is found that damage to the metal wiring 4b occurs only when the laser beam L is irradiated, and it occurs even when countermeasures against static electricity are taken. As a result, it is found that the metal wiring 4b is damaged due to the irradiation of the laser beam L on the workpiece 1. In particular, laser light that passes through the workpiece 1 until the workpiece 1 starts to be absorbed after the laser beam L is irradiated (that is, the formation of the modified region 7 starts) (so-called, It is estimated that “missing light”) is a cause of damage to the metal wiring 4b. Note that even when only one row of the modified region 7 is formed on the workpiece 1, the metal wiring 4 b is damaged, and it is confirmed that a characteristic defect occurs only by laser processing for one scan.

図17は、各パラメータについて金属配線の損傷との相関を例示するグラフである。図17(a)中では、レーザ光Lの波長を1080nmとし、パルス幅を500nsとし、出力を15μJとし、収差補正有りとしている。図17(b)では、レーザ光Lの波長を1080nmとし、出力を15μJとし、収差補正有りとし、表面3から第1改質領域7aまでの距離を0μmとしている。図17(c)中では、レーザ光Lの波長を1080nmとし、収差補正有りとし、表面3から第1改質領域7aまでの距離を20μmとしている。   FIG. 17 is a graph illustrating the correlation between each parameter and damage to the metal wiring. In FIG. 17A, the wavelength of the laser beam L is 1080 nm, the pulse width is 500 ns, the output is 15 μJ, and aberration correction is performed. In FIG. 17B, the wavelength of the laser beam L is 1080 nm, the output is 15 μJ, the aberration is corrected, and the distance from the surface 3 to the first modified region 7 a is 0 μm. In FIG. 17C, the wavelength of the laser beam L is 1080 nm, the aberration is corrected, and the distance from the surface 3 to the first modified region 7a is 20 μm.

図17(a)に示すように、金属配線4bの損傷は、表面3から第1改質領域7aまでの距離を大きくするほど発生し難い傾向を有することがわかる。これは、次のメカニズムによると考察される。すなわち、レーザ光Lの抜け光が金属配線4bの損傷に影響する場合、レーザ光Lの抜け光の影響範囲Ar及び抜け光のエネルギー密度ρEは、第1改質領域7aの形成深さによって異なる。例えば図18(a),(b)に示すように、表面3と集光点Pまでの距離を1/2にした際、レーザ光Lの抜け光の影響範囲Arは1/2(半径)に狭まるが、エネルギー密度ρEは4倍に増加する。金属配線4bの損傷は、影響範囲Arではなくエネルギー密度ρEに起因していると考えられ、よって、第1改質領域7aの形成位置(第1改質領域7aを形成する際のレーザ光Lの集光点P位置)を表面3から離す方が、金属配線4bの損傷が発生し難くなるのである。   As shown in FIG. 17A, it can be seen that the damage to the metal wiring 4b tends to be less likely to occur as the distance from the surface 3 to the first modified region 7a increases. This is considered to be due to the following mechanism. In other words, when the laser beam L escapes the metal wiring 4b, the influence range Ar of the laser beam L escape and the energy density ρE of the escape light vary depending on the formation depth of the first modified region 7a. . For example, as shown in FIGS. 18A and 18B, when the distance between the surface 3 and the condensing point P is halved, the influence range Ar of the laser beam L is 1/2 (radius). However, the energy density ρE increases four times. It is considered that the damage of the metal wiring 4b is caused by the energy density ρE, not the influence range Ar. Therefore, the formation position of the first modified region 7a (the laser beam L when forming the first modified region 7a) It is more difficult for the metal wiring 4b to be damaged when the condensing point P position is further away from the surface 3.

また、図17(b)に示すように、金属配線4bの損傷は、レーザ光Lのパルス幅が小さいほど発生し難い傾向を有することがわかる。パルス幅が大きい方が金属配線4bの損傷が発生し易い要因は、例えば次の2点であると推測する。すなわち、まず第1として、例えば図19に示すように、パルス幅150nsよりもパルス幅500nsのレーザ光Lの方が、2倍のエネルギー量の抜け光が発生することが確認される。そのため、抜け光のエネルギー量が大きい長パルス幅のレーザ光Lの方が、金属配線4bの損傷が発生し易いと推測される。   Further, as shown in FIG. 17B, it can be seen that damage to the metal wiring 4b tends to be less likely to occur as the pulse width of the laser light L becomes smaller. The reason why the metal wiring 4b is more likely to be damaged when the pulse width is larger is assumed to be the following two points, for example. That is, as a first example, as shown in FIG. 19, for example, it is confirmed that the laser light L having a pulse width of 500 ns generates twice as much escape light as compared to the pulse width of 150 ns. For this reason, it is presumed that the laser light L having a long pulse width with a large amount of energy of light leakage is likely to damage the metal wiring 4b.

なお、厚さ300μmの加工対象物1において、改質領域7を形成に必要なエネルギー量とレーザ光Lのパルス幅とは、下記の関係を有している。これによっても、改質領域7の形成するために必要なエネルギー量は、長パルス幅のレーザ光Lの方が大きいことがわかる。
パルス幅:150ns 必要エネルギー量:1.25μJ 比率:1
パルス幅:250ns 必要エネルギー量:1.5μJ 比率:1.2
パルス幅:350ns 必要エネルギー量:2μJ 比率:1.6
パルス幅:500ns 必要エネルギー量:2.5μJ 比率:2
Note that, in the workpiece 1 having a thickness of 300 μm, the amount of energy necessary for forming the modified region 7 and the pulse width of the laser light L have the following relationship. This also shows that the amount of energy necessary for forming the modified region 7 is larger for the laser light L having a long pulse width.
Pulse width: 150 ns Required energy: 1.25 μJ Ratio: 1
Pulse width: 250 ns Required energy: 1.5 μJ Ratio: 1.2
Pulse width: 350 ns Required energy: 2 μJ Ratio: 1.6
Pulse width: 500 ns Required energy: 2.5 μJ Ratio: 2

第2として、レーザ光Lの抜け光の状態は、そのパルス幅の違いによって異なっており、パルス幅150nsではピーク出力は高いが時間的には短い抜け光が発生する一方、パルス幅500nsではピーク出力は低いが時間的に長い抜け光が発生している。金属配線4bの損傷は、ピーク出力ではなく時間的に長い抜け光に起因して発生すると推測される。   Secondly, the state of the laser beam L is different depending on the difference in the pulse width, and a peak output is high at a pulse width of 150 ns, but a short light is generated in terms of time, whereas a peak is generated at a pulse width of 500 ns. Although the output is low, a long passage of light is generated. It is presumed that the damage to the metal wiring 4b is caused not by the peak output but by the long time passage of light.

また、図17(c)に示すように、金属配線4bの損傷は、レーザ加工として通常用いられるレーザ光Lの出力域では、出力を変化させても影響がみられないことがわかる。なお、レーザ光Lの出力が6μJ以下では、金属配線4bの損傷が未発生ではあるもののレーザ加工として実用的ではない。   Further, as shown in FIG. 17C, it can be seen that the damage to the metal wiring 4b is not affected even if the output is changed in the output region of the laser light L that is normally used for laser processing. When the output of the laser beam L is 6 μJ or less, the metal wiring 4b is not damaged but is not practical as laser processing.

図20は、レーザ光のパルス波形と金属配線4bの損傷との関係を示す図である。図20(a)〜20(d)に示す各パルス波形では、横軸が時間とされ、縦軸が出力値とされており、各パルス幅(半値幅)は互いに等しいものとされている。図20に示すように、パルス幅が互いに等しい複数のパルス波形においては、立上がりの早い波形の方が金属配線4bの損傷に影響は少ないと推測される。よって、本実施形態においてレーザ光Lのパルス波形は、急峻な立上がりを有することが好ましい。   FIG. 20 is a diagram showing the relationship between the pulse waveform of the laser beam and the damage of the metal wiring 4b. In each pulse waveform shown in FIGS. 20A to 20D, the horizontal axis represents time, the vertical axis represents the output value, and the pulse widths (half-value widths) are equal to each other. As shown in FIG. 20, in a plurality of pulse waveforms having the same pulse width, it is presumed that the earlier rising waveform has less influence on the damage to the metal wiring 4b. Therefore, in the present embodiment, the pulse waveform of the laser beam L preferably has a steep rise.

また、レーザ光Lを全て吸収する感光性樹脂(例えば融点230℃)を塗布した積層部4では、金属配線4bの損傷が発生しない場合があるという結果を得た。また、金属配線4bに使用されているアルミニウムを全面塗布した積層部4でも、金属配線4bの損傷が発生しない場合があるという結果を得た。よって、特に、本実施形態のように積層部4が絶縁層4aと金属配線4bとを含んで構成されている場合、レーザ光Lの抜け光が絶縁層4a及び金属配線4bにて干渉または反射し、光が強め合った箇所で損傷が発生している可能性がある。   Moreover, in the laminated part 4 which apply | coated the photosensitive resin (for example, melting | fusing point 230 degreeC) which absorbs all the laser beams L, the result that the metal wiring 4b might not be damaged might be obtained. In addition, it was obtained that there was a case where the metal wiring 4b was not damaged even in the laminated portion 4 where the aluminum used for the metal wiring 4b was applied to the entire surface. Therefore, in particular, when the laminated portion 4 includes the insulating layer 4a and the metal wiring 4b as in the present embodiment, the light emitted from the laser light L interferes or reflects on the insulating layer 4a and the metal wiring 4b. However, there is a possibility that damage has occurred at the place where the light is intensified.

図21は、第1改質領域の表面からの距離及びパルス幅について金属配線の損傷及び切断性能との相関を例示する表である。図21中では、レーザ光Lの波長を1080nmとし、周波数を95kHzとし、加工速度を360mm/secとし、収差補正を有りとしている。図中のグラフの各セル内には、「金属配線の損傷の判定」、「直進性の判定」及び「分断率の判定」を上から順に示している。「直進性」は、加工対象物1の切断時の直進性を示し、3μm以内の場合に“○(適)”とし、当該3μmよりも大きい場合に“×(不適)”とし、括弧内にその長さを示している。   FIG. 21 is a table illustrating the correlation between the distance from the surface of the first modified region and the pulse width, and the damage and cutting performance of the metal wiring. In FIG. 21, the wavelength of the laser beam L is 1080 nm, the frequency is 95 kHz, the processing speed is 360 mm / sec, and aberration correction is performed. In each cell of the graph in the figure, “determination of damage of metal wiring”, “determination of straightness”, and “determination of division rate” are shown in order from the top. “Straightness” indicates straightness when the workpiece 1 is cut, and is “◯ (appropriate)” when it is within 3 μm, “X (unsuitable)” when it is larger than 3 μm, and enclosed in parentheses The length is shown.

図21中の「分断率」は、所定数のチップ(例えば30チップ)中で精度よく切断されたチップの割合を示し、100%以内の場合に“○(適)”とし、それ以外の場合に“×(不適)”とし、括弧内に分断率を示している。ちなみに、図21に示す相関は厚さ200μmの加工対象物1を対象にして例示するものであるが、厚さ250μmの加工対象物1も同様の相関を有し、さらには、厚さ150μm〜350μmの加工対象物1も同様の相関を有している。   The “division rate” in FIG. 21 indicates the ratio of chips that have been cut accurately in a predetermined number of chips (for example, 30 chips), and is “◯ (suitable)” if it is within 100%, otherwise “× (unsuitable)”, and the division rate is shown in parentheses. Incidentally, the correlation shown in FIG. 21 is exemplified with respect to the workpiece 1 having a thickness of 200 μm, but the workpiece 1 having a thickness of 250 μm also has the same correlation, and further, the thickness of 150 μm to The workpiece 1 having a thickness of 350 μm has the same correlation.

図21に示すように、レーザ光Lのパルス幅が450ns及び500nsのとき、金属配線4bに損傷が生じていることがわかる。また、レーザ光Lのパルス幅が200ns及び150nsのとき、切断能力が低下しており、直進性や分断率が不適となっていることがわかる。一方、レーザ光Lのパルス幅が250ns〜400nsのとき、切断能力を低下させることなく金属配線4bの損傷を抑制可能なことがわかる。よって、本実施形態においてレーザ光Lのパルス幅は、250ns〜400nsが好ましい。   As shown in FIG. 21, when the pulse width of the laser beam L is 450 ns and 500 ns, it can be seen that the metal wiring 4b is damaged. It can also be seen that when the pulse width of the laser beam L is 200 ns and 150 ns, the cutting ability is reduced, and the straightness and the cutting rate are inappropriate. On the other hand, it can be seen that when the pulse width of the laser beam L is 250 ns to 400 ns, damage to the metal wiring 4b can be suppressed without reducing the cutting ability. Therefore, in this embodiment, the pulse width of the laser light L is preferably 250 ns to 400 ns.

また、第1改質領域7aの表面3からの距離が16μm以下のとき、金属配線4bの損傷及び切断能力の低下が生じていることがわかる。一方、次の場合、切断能力を低下させることなく金属配線4bの損傷を抑制できることがわかる。
パルス幅:250ns、第1改質領域7aの表面3からの距離:20μm〜40μm
パルス幅:300ns、第1改質領域7aの表面3からの距離:28μm〜40μm
パルス幅:350ns、第1改質領域7aの表面3からの距離:28μm〜48μm
パルス幅:400ns、第1改質領域7aの表面3からの距離:36μm〜48μm
It can also be seen that when the distance from the surface 3 of the first modified region 7a is 16 μm or less, the metal wiring 4b is damaged and the cutting ability is reduced. On the other hand, in the following case, it can be seen that damage to the metal wiring 4b can be suppressed without reducing the cutting ability.
Pulse width: 250 ns, distance from the surface 3 of the first modified region 7a: 20 μm to 40 μm
Pulse width: 300 ns, distance from the surface 3 of the first modified region 7a: 28 μm to 40 μm
Pulse width: 350 ns, distance from surface 3 of first modified region 7a: 28 μm to 48 μm
Pulse width: 400 ns, distance from the surface 3 of the first modified region 7a: 36 μm to 48 μm

よって、第1改質領域7aの形成位置としての表面3からの距離は、パルス幅が250nsの場合に20μm〜40μmとされ、パルス幅が300nsの場合に28μm〜40μmとされ、パルス幅が350nsの場合に28μm〜48μmとされ、パルス幅が400nsの場合に36μm〜48μmとされるのが好ましいことが見出される。   Therefore, the distance from the surface 3 as the formation position of the first modified region 7a is 20 μm to 40 μm when the pulse width is 250 ns, 28 μm to 40 μm when the pulse width is 300 ns, and the pulse width is 350 ns. In this case, it is found that it is preferably 28 μm to 48 μm, and preferably 36 μm to 48 μm when the pulse width is 400 ns.

なお、ここでのレーザ光Lのパルス幅の各数値は、加工上、製造上及び設計上等の誤差を有するものである。そのため、例えば図21に示す例では、第1改質領域7aの表面3からの距離は、好ましいとして、パルス幅が225ns〜275nsの場合に20μm〜40μmとされ、パルス幅が275ns〜325nsの場合に28μm〜40μmとされ、パルス幅が325ns〜375nsの場合に28μm〜48μmとされ、パルス幅が375ns〜425nsの場合に36μm〜48μmとされてもよい。   Here, each numerical value of the pulse width of the laser beam L has errors in processing, manufacturing, design, and the like. Therefore, in the example shown in FIG. 21, for example, the distance from the surface 3 of the first modified region 7a is preferably 20 μm to 40 μm when the pulse width is 225 ns to 275 ns, and the distance is 275 ns to 325 ns. 28 μm to 40 μm, 28 μm to 48 μm when the pulse width is 325 ns to 375 ns, and 36 μm to 48 μm when the pulse width is 375 ns to 425 ns.

また、次に示すように、レーザ光Lのパルスピッチについては、金属配線4bの損傷に対し影響はみられないことがわかる。
パルスピッチ:2.25μm、金属配線4bの損傷箇所:14箇所
パルスピッチ:3.75μm、金属配線4bの損傷箇所:17箇所
パルスピッチ:5.25μm、金属配線4bの損傷箇所:15箇所
但し、パルス幅500ns、出力15μJ、表面3から第1改質領域7aまでの距離20μm
Further, as shown below, it can be seen that the pulse pitch of the laser light L has no effect on the damage to the metal wiring 4b.
Pulse pitch: 2.25μm, damaged part of metal wiring 4b: 14 points
Pulse pitch: 3.75 μm, damage to metal wiring 4b: 17
Pulse pitch: 5.25 μm, damaged part of metal wiring 4 b: 15 However, pulse width 500 ns, output 15 μJ, distance from surface 3 to first modified region 7 a 20 μm

また、次に示すように、レーザ光Lの収差補正の有無についても、金属配線4bの損傷に対し影響はみられないことがわかる。
パルス幅:500ns、収差補正:有り、金属配線4bの損傷箇所:17箇所
パルス幅:500ns、収差補正:無し、金属配線4bの損傷箇所:12箇所
パルス幅:150ns、収差補正:有り、金属配線4bの損傷箇所:0箇所
パルス幅:150ns、収差補正:無し、金属配線4bの損傷箇所:0箇所
Further, as shown below, it can be seen that the presence or absence of the correction of the aberration of the laser light L does not affect the damage of the metal wiring 4b.
Pulse width: 500 ns, aberration correction: yes, damaged part of metal wiring 4b: 17 points Pulse width: 500 ns, aberration correction: none, damaged part of metal wiring 4b: 12 places Pulse width: 150 ns, aberration correction: yes, metal wiring Damaged part of 4b: 0 places Pulse width: 150ns, Aberration correction: None, Damaged parts of metal wiring 4b: 0 places

また、レーザ光Lの波長を1080nmよりも小さくすると、加工対象物1に対するレーザ光Lの透過性が不十分となり、改質領域7を精度よく形成するのが困難となる。また、例えばレーザ光Lの波長を1080nmよりも小さい1064nmとすると、加工対象物1の材質や厚さ等に起因して、分断率を維持するためにスキャン本数(厚さ方向における改質領域7の列数)を増やす必要がある。つまり、切断能力が低下する場合があり好ましくない。他方、レーザ光Lの波長を1200nmよりも大きく(例えば1300nm)すると、加工対象物1に対するレーザ光Lの透過率が高まることから、レーザ光Lが金属配線4bに悪影響を及ぼすおそれが高まるため、所定数のチップ(例えば30チップ)中で金属配線4bの損傷が100箇所以上発生する場合があり、好ましくない。よって、レーザ光Lの波長は1080nm〜1200nmであることが好ましい。   If the wavelength of the laser beam L is smaller than 1080 nm, the laser beam L is not sufficiently transmissive to the workpiece 1 and it is difficult to form the modified region 7 with high accuracy. Further, for example, when the wavelength of the laser beam L is 1064 nm, which is smaller than 1080 nm, the number of scans (modified region 7 in the thickness direction) is maintained in order to maintain the division rate due to the material, thickness, and the like of the workpiece 1. The number of columns) must be increased. That is, the cutting ability may be reduced, which is not preferable. On the other hand, if the wavelength of the laser beam L is larger than 1200 nm (for example, 1300 nm), the transmittance of the laser beam L with respect to the workpiece 1 is increased, so that the possibility that the laser beam L adversely affects the metal wiring 4b increases. In a predetermined number of chips (for example, 30 chips), damage to the metal wiring 4b may occur in 100 places or more, which is not preferable. Therefore, the wavelength of the laser beam L is preferably 1080 nm to 1200 nm.

また、上述したように、第1改質領域形成工程における第1改質領域7aの形成位置は、次の位置が好ましい。すなわち、パルス幅が250nsの場合、表面3からの距離が20μm〜40μmの位置とし、パルス幅が300nsの場合、表面3からの距離が28μm〜40μmの位置とし、パルス幅が350nsの場合、表面からの距離が28μm〜48μmの位置とし、パルス幅が400nsの場合、表面からの距離が36μm〜48μmの位置とすることが好ましい。これにより、第1改質領域7aを形成する際のレーザ光Lのパルス幅と金属配線4bの損傷との間の上記傾向だけでなく、第1改質領域7aの位置と金属配線4bの損傷との間の上記傾向(つまり、第1改質領域7aの位置を表面3から遠ざけると、金属配線4bの損傷が低減するという傾向)をも、切断能力との関係で好適に利用することができる。その結果、切断能力を低下させることなく金属配線4bの損傷を抑制するという上記作用効果を、効果的に発揮させることが可能となる。   As described above, the formation position of the first modified region 7a in the first modified region forming step is preferably the following position. That is, when the pulse width is 250 ns, the distance from the surface 3 is 20 μm to 40 μm. When the pulse width is 300 ns, the distance from the surface 3 is 28 μm to 40 μm. When the pulse width is 350 ns, When the distance from the surface is 28 μm to 48 μm and the pulse width is 400 ns, it is preferable that the distance from the surface is 36 μm to 48 μm. Thereby, not only the above-mentioned tendency between the pulse width of the laser beam L and the damage of the metal wiring 4b when forming the first modified area 7a, but also the position of the first modified area 7a and the damage of the metal wiring 4b. The above-mentioned tendency (that is, the tendency that the damage of the metal wiring 4b is reduced when the position of the first modified region 7a is moved away from the surface 3) can be suitably used in relation to the cutting ability. it can. As a result, it is possible to effectively exhibit the above-described effect of suppressing damage to the metal wiring 4b without reducing the cutting ability.

なお、第1改質領域7aの表面3からの距離は、例えばパルス幅の各数値が有する加工上等の誤差のため、パルス幅が225ns〜275nsの場合に20μm〜40μmとされ、パルス幅が275ns〜325nsの場合に28μm〜40μmとされ、パルス幅が325ns〜375nsの場合に28μm〜48μmとされ、パルス幅が375ns〜425nsの場合に36μm〜48μmとされてもよい。   The distance from the surface 3 of the first modified region 7a is, for example, 20 μm to 40 μm when the pulse width is 225 ns to 275 ns due to an error in processing of each numerical value of the pulse width. It may be 28 μm to 40 μm in the case of 275 ns to 325 ns, 28 μm to 48 μm in the case of the pulse width of 325 ns to 375 ns, and 36 μm to 48 μm in the case of the pulse width of 375 ns to 425 ns.

図22は、本実施形態によるレーザ加工後の加工対象物の切断面を例示する他の写真図である。図22に示す例では、改質領域7bを挟んで表面3側(レーザ光入射面側とは反対側)に、切断予定ライン5に沿って相互に離隔するように複数の微小空洞Vが形成されている。つまり、本実施形態の上記第2改質領域形成工程では、当該微小空洞Vが生じるように第2改質領域7bを形成している。これにより、切断予定ライン5から外れた不必要な割れが生じ難くなり、割断制御が容易となると共に、改質領域7と微小空洞Vとの間における応力分布によって加工対象物1を容易に切断することができる。   FIG. 22 is another photographic diagram illustrating the cut surface of the workpiece after laser processing according to the present embodiment. In the example shown in FIG. 22, a plurality of microcavities V are formed on the surface 3 side (opposite to the laser light incident surface side) with the modified region 7b interposed therebetween so as to be separated from each other along the planned cutting line 5. Has been. That is, in the second modified region forming step of the present embodiment, the second modified region 7b is formed so that the microcavity V is generated. As a result, unnecessary cracks deviating from the scheduled cutting line 5 are less likely to occur, and the cleaving control is facilitated, and the workpiece 1 is easily cut by the stress distribution between the modified region 7 and the microcavity V. can do.

なお、微小空洞Vは、加工対象物1の内部のみにおいて形成されており、その周囲の結晶構造が実質的に変化していないものである。加工対象物1がシリコン単結晶構造の場合には、微小空洞Vの周囲はシリコン単結晶構造のままの部分が多い。この微小空洞Vは、改質領域7と連続して形成される場合もある。   The microcavity V is formed only inside the workpiece 1 and the surrounding crystal structure is not substantially changed. When the workpiece 1 has a silicon single crystal structure, there are many portions around the microcavity V that remain in the silicon single crystal structure. The microcavity V may be formed continuously with the modified region 7.

ちなみに、切断予定ライン5が金属配線4bに近いほど金属配線4bの損傷が生じ易いことが見出されるため、切断予定ライン5と金属配線4bとの距離D(図12参照)が25μm以内である本実施形態の場合、金属配線4bの損傷が特に生じ易い。よって、本実施形態では、金属配線4bの損傷を抑制するという上記作用効果は顕著となる。   Incidentally, it is found that the closer the cutting line 5 is to the metal wiring 4b, the more easily the metal wiring 4b is damaged. Therefore, the distance D between the cutting line 5 and the metal wiring 4b (see FIG. 12) is within 25 μm. In the case of the embodiment, the metal wiring 4b is particularly easily damaged. Therefore, in the present embodiment, the above-described effect of suppressing damage to the metal wiring 4b becomes remarkable.

以上、本実施形態では、レーザ光Lのパルス幅を可変し、第1改質領域7aを形成する際に照射するレーザ光Lのパルス幅を、第2改質領域7bを形成する際に照射するレーザ光Lのパルス幅よりも小さくしている。これにより、第1改質領域7aを形成する際において、レーザ光Lのパルス幅と金属配線4bの損傷との上記傾向を利用し、当該損傷の発生を防きながら、第2改質領域7bを形成することによって切断能力を維持させることができる。従って、切断能力を低下させることなく金属配線4bの損傷を抑制可能となる。   As described above, in the present embodiment, the pulse width of the laser beam L is varied, and the pulse width of the laser beam L irradiated when forming the first modified region 7a is irradiated when forming the second modified region 7b. It is made smaller than the pulse width of the laser beam L. Thus, when forming the first modified region 7a, the above-described tendency between the pulse width of the laser light L and the damage of the metal wiring 4b is utilized to prevent the occurrence of the damage while the second modified region 7b is formed. The cutting ability can be maintained by forming. Therefore, damage to the metal wiring 4b can be suppressed without reducing the cutting ability.

また、本実施形態では、レーザ光Lが1080nm〜1200nmの波長を有している。これにより、切断能力を低下させることなく金属配線4bの損傷を抑制する上記作用効果が好適に奏される。これは、上述したように、レーザ光Lの波長を1080nmよりも小さくすると、加工対象物1に対するレーザ光Lの透過性が不十分となり、改質領域7を精度よく形成するのが困難となる一方、レーザ光Lの波長を1200nmよりも大きくすると、加工対象物1に対するレーザ光Lの透過率が高まり過ぎ、レーザ光L及びその抜け光が金属配線4bに悪影響を及ぼすおそれが高まるためである。   In the present embodiment, the laser beam L has a wavelength of 1080 nm to 1200 nm. Thereby, the said effect which suppresses the damage of the metal wiring 4b, without reducing cutting ability is suitably show | played. As described above, when the wavelength of the laser beam L is smaller than 1080 nm, the laser beam L is not sufficiently transmissive to the workpiece 1 and it is difficult to form the modified region 7 with high accuracy. On the other hand, if the wavelength of the laser beam L is larger than 1200 nm, the transmittance of the laser beam L with respect to the workpiece 1 is excessively increased, and the possibility that the laser beam L and the light emitted from the laser beam L adversely affect the metal wiring 4b increases. .

また、本実施形態では、複数の切断予定ライン5a,5bに沿って上記第1改質領域形成工程を実施し、同じ深さ位置の全て第1改質領域7aの形成を完了した後に、複数の切断予定ライン5a,5bに沿って上記第2及び第3改質領域形成工程を実施し、第2及び第3改質領域7b,7cを形成している。つまり、制御部250及びパルス幅可変制御部251により、複数の切断予定ライン5に沿って上記第1改質領域形成制御を実行した後、複数の切断予定ライン5に沿って第2及び第3改質領域形成制御を実行している。その結果、パルス幅可変制御部251によるパルス幅の切替え回数を抑制でき(ここでは1回にでき)、加工時間を短縮化することが可能となる。   Further, in the present embodiment, after the first modified region forming step is performed along the plurality of scheduled cutting lines 5a and 5b and the formation of the first modified region 7a at the same depth position is completed, a plurality of modified regions are formed. The second and third modified regions are formed along the scheduled cutting lines 5a and 5b to form the second and third modified regions 7b and 7c. That is, the control unit 250 and the pulse width variable control unit 251 execute the first modified region formation control along the plurality of scheduled cutting lines 5, and then perform the second and third along the plurality of scheduled cutting lines 5. The reformed area formation control is executed. As a result, the number of times of pulse width switching by the pulse width variable control unit 251 can be suppressed (here, it can be made once), and the processing time can be shortened.

なお、レーザ光Lのパルス幅は瞬時に変更することが極めて困難であることから、パルス幅の切替え回数を抑制する上記効果は特に有効である。ちなみに、本実施形態では、レーザ光源101が1つで構成されているため、その装置構成を簡易化することができる。   Since the pulse width of the laser light L is extremely difficult to change instantaneously, the above effect of suppressing the number of switching of the pulse width is particularly effective. Incidentally, in this embodiment, since the laser light source 101 is comprised by one, the apparatus structure can be simplified.

ちなみに、本実施形態では、上記第1改質領域形成工程において、表面3に至る亀裂(いわゆるBHC)が第1改質領域7aから生じないように第1改質領域7aを形成することになる。この点においても、本実施形態では金属配線4bの損傷を抑制することができる。一方、上記第2改質領域形成工程では、表面3に至る亀裂が第2改質領域7bから生じるように第2改質領域7bを形成する。これにより、当該亀裂を利用して加工対象物1を確実に切断することができ、高い切断能力を確保することが可能となる。   Incidentally, in the present embodiment, in the first modified region forming step, the first modified region 7a is formed so that a crack (so-called BHC) reaching the surface 3 does not occur from the first modified region 7a. . Also in this point, in this embodiment, damage to the metal wiring 4b can be suppressed. On the other hand, in the second modified region forming step, the second modified region 7b is formed such that a crack reaching the surface 3 occurs from the second modified region 7b. Thereby, the workpiece 1 can be reliably cut using the crack, and high cutting ability can be secured.

[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態について説明する。なお、本実施形態に説明では、上記第1実施形態と異なる点について主に説明する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the description of the present embodiment, differences from the first embodiment will be mainly described.

図23は、第2実施形態における第1〜第3改質領域の形成を説明するための概略断面図である。図23に示すように、本実施形態は、第1〜第3改質領域7a〜7cの形成順に関して上記第1実施形態と異なっている。具体的には、まず、レーザ光Lのパルス幅を、後段の第2改質領域形成工程時のパルス幅よりも小さい第1パルス幅とし、例えば150nsとする。そして、図23(a)に示すように、加工対象物1の内部において表面3側の位置にレーザ光Lの集光点を合わせ、第1パルス幅のレーザ光Lを加工対象物1に照射しつつ、当該レーザ光Lの集光点を一の切断予定ライン5に沿って相対移動させる。これにより、加工対象物1内の表面3側の位置に、一の切断予定ライン5に沿って第1改質領域7aを一列形成する(第1改質領域形成工程)。   FIG. 23 is a schematic cross-sectional view for explaining the formation of the first to third modified regions in the second embodiment. As shown in FIG. 23, the present embodiment is different from the first embodiment with respect to the formation order of the first to third modified regions 7a to 7c. Specifically, first, the pulse width of the laser light L is set to a first pulse width that is smaller than the pulse width in the subsequent second modified region forming step, for example, 150 ns. Then, as shown in FIG. 23A, the processing object 1 is irradiated with the laser beam L having the first pulse width by aligning the condensing point of the laser light L with the position on the surface 3 side inside the processing object 1. However, the condensing point of the laser beam L is relatively moved along the one scheduled cutting line 5. Thereby, the 1st modification area | region 7a is formed in a line along the one cutting plan line 5 in the position by the side of the surface 3 in the workpiece 1 (1st modification area | region formation process).

続いて、レーザ光Lのパルス幅を、上記第1改質領域形成工程時のパルス幅よりも大きい第2パルス幅とし、例えば500nsとする。そして、図23(b)に示すように、加工対象物1の内部において第1改質領域7aよりも裏面21側の位置にレーザ光Lの集光点を合わせ、第2パルス幅のレーザ光Lを加工対象物1に照射しつつ、当該レーザ光Lの集光点を一の切断予定ライン5に沿って相対移動させる。これにより、加工対象物1内の第1改質領域7aよりも裏面21側の位置に、一の切断予定ライン5に沿って第2改質領域7bを一列形成する(第2改質領域形成工程)。   Subsequently, the pulse width of the laser light L is set to a second pulse width larger than the pulse width in the first modified region forming step, for example, 500 ns. And as shown in FIG.23 (b), the condensing point of the laser beam L is matched with the position of the back surface 21 side rather than the 1st modification | reformation area | region 7a inside the workpiece 1, and the laser beam of the 2nd pulse width While irradiating the workpiece 1 with L, the condensing point of the laser beam L is relatively moved along one scheduled cutting line 5. As a result, the second modified regions 7b are formed in a row along the one scheduled cutting line 5 at a position closer to the back surface 21 than the first modified region 7a in the workpiece 1 (second modified region formation). Process).

続いて、図23(c)に示すように、加工対象物1の内部において第2改質領域7bよりも裏面21側の位置にレーザ光Lの集光点を合わせ、第2パルス幅のレーザ光Lを加工対象物1に照射しつつ、当該レーザ光Lの集光点を一の切断予定ライン5に沿って相対移動させる。これにより、加工対象物1内の第2改質領域7bよりも裏面21側の位置に、一の切断予定ライン5に沿って第3改質領域7cを一列形成する(第3改質領域形成工程)。以上により、一の切断予定ライン5に沿った第1〜第3改質領域7a〜7cの形成を完了する(ライン工程)。   Subsequently, as shown in FIG. 23 (c), the condensing point of the laser beam L is aligned with the position on the back surface 21 side of the second modified region 7b inside the workpiece 1, and the laser having the second pulse width. While irradiating the processing object 1 with the light L, the condensing point of the laser light L is relatively moved along one scheduled cutting line 5. As a result, the third modified region 7c is formed in a row along the one cutting scheduled line 5 at a position closer to the back surface 21 than the second modified region 7b in the workpiece 1 (third modified region formation). Process). Thus, the formation of the first to third modified regions 7a to 7c along the one scheduled cutting line 5 is completed (line process).

続いて、図23(d)に示すように、上記ライン工程を、他の複数の切断予定ライン5に対して実施する。これにより、厚さ方向位置が互いに異なる複数の第1〜第3改質領域7a〜7cを、複数の切断予定ライン5に沿って加工対象物1の内部に形成する。   Subsequently, as shown in FIG. 23 (d), the above line process is performed on a plurality of other scheduled cutting lines 5. Thereby, a plurality of first to third modified regions 7 a to 7 c having different thickness direction positions are formed inside the workpiece 1 along the plurality of scheduled cutting lines 5.

以上、本実施形態においても、上記実施形態と同様な作用効果、すなわち、切断能力を低下させることなく金属配線4bの損傷を抑制するという作用効果が奏される。   As described above, also in this embodiment, the same effect as that of the above embodiment, that is, the effect of suppressing damage to the metal wiring 4b without reducing the cutting ability is achieved.

ここで、複数の切断予定ライン5に沿って改質領域7を形成する場合、加工が進行するにつれて形成される改質領域7が切断予定ライン5からずれ且つずれ量が次第に大きくなるというインデックスずれが発生する場合がある。このインデックスずれは、例えば、レーザ加工において加工対象物1の表面3若しくは裏面21にまで延びる亀裂(ハーフカット)、若しくは表面3及び裏面21にまで延びる亀裂(フルカット)が生じると、亀裂が開くことで当該亀裂を境にして、加工対象物1が開くために発生すると考えられる。また、このインデックスずれは、例えば、レーザ加工において形成される改質領域7の膨張により当該改質領域7を境にして奥側が奥へ移動し、手前側が手前にそれぞれ移動してしまうために発生すると考えられる。この現象は、改質領域7の形成位置が表面3や裏面21に対し浅くなればなるほど、それより深い位置の亀裂と繋がった際に発生し易くなる。   Here, when the modified region 7 is formed along the plurality of planned cutting lines 5, the index shift that the modified region 7 formed shifts from the planned cutting line 5 and the amount of shift gradually increases as the processing proceeds. May occur. For example, this index shift is caused when a crack extending to the front surface 3 or the back surface 21 of the workpiece 1 (half cut) or a crack extending to the front surface 3 and the back surface 21 (full cut) occurs in laser processing. It is considered that this occurs because the workpiece 1 opens at the crack. In addition, this index deviation occurs because, for example, the modified region 7 formed by laser processing expands so that the back side moves to the back and the near side moves to the near side. I think that. This phenomenon is more likely to occur when the formation region of the modified region 7 becomes shallower than the front surface 3 and the rear surface 21 when it is connected to a crack at a deeper position.

この点、本実施形態では、1つの切断予定ライン5に沿って第1〜第3改質領域7a〜7bを連続して形成し、これを複数の切断予定ライン5に沿って繰り返している。具体的には、一の切断予定ライン5に沿って第1〜第3改質領域7a〜7cを形成する上記ライン工程を、複数の切断予定ライン5に対し順に実施している。つまり、制御部250及びパルス幅可変制御部251により、一の切断予定ライン5に沿って第1〜第3改質領域形成制御を実施するライン制御を、複数の切断予定ライン5に対し順に実施している。これにより、インデックスずれの悪影響を抑制することができ、その結果、インデックス補正を行う頻度を減らし、レーザ加工における加工時間の短縮化を図り、加工効率を向上させることができる。   In this regard, in the present embodiment, the first to third modified regions 7 a to 7 b are continuously formed along one scheduled cutting line 5, and this is repeated along the plurality of scheduled cutting lines 5. Specifically, the line process for forming the first to third modified regions 7 a to 7 c along one scheduled cutting line 5 is sequentially performed on the plurality of scheduled cutting lines 5. That is, the control unit 250 and the variable pulse width control unit 251 sequentially perform line control for performing the first to third modified region formation control along the one scheduled cutting line 5 on the plurality of scheduled cutting lines 5. doing. As a result, the adverse effect of the index deviation can be suppressed. As a result, the frequency of index correction can be reduced, the processing time in laser processing can be shortened, and the processing efficiency can be improved.

[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態について説明する。なお、本実施形態に説明では、上記第1実施形態と異なる点について主に説明する。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the description of the present embodiment, differences from the first embodiment will be mainly described.

図24は、第3実施形態に係るレーザ加工方法を実施するレーザ加工装置を示す概略構成図である。図24に示すように、本実施形態のレーザ加工装置500は、加工対象物1が水平に載置される載置台510と、レーザユニット520と、載置台510及びレーザユニット520を移動させる移動制御部530と、を備えている。移動制御部530は、載置台510を水平方向(X軸方向及びY軸方向)に移動させ、レーザユニット520を鉛直方向(Z軸方向)に移動させる。   FIG. 24 is a schematic configuration diagram illustrating a laser processing apparatus that performs the laser processing method according to the third embodiment. As shown in FIG. 24, the laser processing apparatus 500 of this embodiment includes a mounting table 510 on which the workpiece 1 is mounted horizontally, a laser unit 520, and movement control for moving the mounting table 510 and the laser unit 520. Part 530. The movement control unit 530 moves the mounting table 510 in the horizontal direction (X-axis direction and Y-axis direction), and moves the laser unit 520 in the vertical direction (Z-axis direction).

レーザユニット520は、第1レーザ光L1をパルス発振する第1レーザ光源501と、第2レーザ光L2をパルス発振する第2レーザ光源502と、を備えている。第1レーザ光L1は、第2レーザ光L2よりも大きいパルス幅を有しており、例えば500nsのパルス幅を有している。この第1レーザ光L1は、その光量を調節する減衰器としてのアッテネータ503aを通過した後、レーザ光L1の通過又は遮断を行うシャッタ504a、ビームサイズを拡大するビームエキスパンダ505a、ダイクロイックミラー506に順次に導かれ、集光用レンズ507aにより集光されて加工対象物1に照射される。   The laser unit 520 includes a first laser light source 501 that pulsates the first laser light L1 and a second laser light source 502 that pulsates the second laser light L2. The first laser light L1 has a pulse width larger than that of the second laser light L2, and has a pulse width of 500 ns, for example. The first laser light L1 passes through an attenuator 503a as an attenuator for adjusting the amount of light, and then passes through a shutter 504a for passing or blocking the laser light L1, a beam expander 505a for expanding the beam size, and a dichroic mirror 506. The light is sequentially guided, condensed by the condensing lens 507a, and irradiated onto the workpiece 1.

第2レーザ光L2は、第1レーザ光L1よりも小さいパルス幅を有しており、例えば150nsのパルス幅を有している。この第2レーザ光L2は、その光量を調節する減衰器としてのアッテネータ503bを通過した後、レーザ光L2の通過又は遮断を行うシャッタ504b、ビームサイズを拡大するビームエキスパンダ505bに順次に導かれ、集光用レンズ507bにより集光されて加工対象物1に照射される。   The second laser light L2 has a smaller pulse width than the first laser light L1, and has a pulse width of 150 ns, for example. The second laser light L2 passes through an attenuator 503b as an attenuator for adjusting the amount of light, and is sequentially guided to a shutter 504b for passing or blocking the laser light L2 and a beam expander 505b for expanding the beam size. Then, the light is condensed by the condensing lens 507b and irradiated onto the object 1 to be processed.

集光用レンズ507aには、ピエゾ素子508aが取り付けられており、当該ピエゾ素子508aにより集光用レンズ507aのZ軸方向位置が調整される。同様に、集光用レンズ507bにも、ピエゾ素子508bが取り付けられており、当該ピエゾ素子508bにより集光用レンズ507bのZ軸方向位置が調整される。集光用レンズ507a,507bは、集光用レンズ31とX軸方向に所定の距離Dだけ互いに離間して並設されており、ここでの距離Dは、35mmとされている。   A piezo element 508a is attached to the condensing lens 507a, and the position of the condensing lens 507a in the Z-axis direction is adjusted by the piezo element 508a. Similarly, a piezo element 508b is also attached to the condensing lens 507b, and the position of the condensing lens 507b in the Z-axis direction is adjusted by the piezo element 508b. The condensing lenses 507a and 507b are juxtaposed with the condensing lens 31 by a predetermined distance D in the X-axis direction, and the distance D here is 35 mm.

制御部250は、第1及び第2レーザ光源501,502を制御し、これらから出射される第1及び第2レーザ光L1。L2それぞれの出力及びパルス幅等を調節する。また、制御部250は、AFユニット212で取得した切断予定ライン5に沿うレーザ光入射面の変位データに基づいて、集光用レンズ31,32により集光される第1及び第2レーザ光L1,L2の集光点が表面3を基準として所定の位置に合うように、ピエゾ素子28,29の駆動をそれぞれ制御する。   The control unit 250 controls the first and second laser light sources 501 and 502, and the first and second laser beams L1 emitted from these. The output and pulse width of each L2 are adjusted. The control unit 250 also collects the first and second laser beams L1 collected by the focusing lenses 31 and 32 based on the displacement data of the laser beam incident surface along the scheduled cutting line 5 acquired by the AF unit 212. , L2 are controlled so that the focusing points of L2 and L2 are in a predetermined position with respect to the surface 3, respectively.

このように構成されたレーザ加工装置500においては、第1改質領域形成工程と同時に、第2又は第3改質領域形成工程を実施することができる。具体的には、第2レーザ光源502から第2レーザ光L2を照射して第1改質領域7aを切断予定ライン5に沿って形成するのと同時に、第1レーザ光源501から第1レーザ光Lを照射して第2改質領域7b又は第3改質領域7cを当該切断予定ライン5に沿って形成することができる。   In the laser processing apparatus 500 configured as described above, the second or third modified region forming step can be performed simultaneously with the first modified region forming step. Specifically, the second laser light source 502 emits the second laser light L2 to form the first modified region 7a along the planned cutting line 5, and at the same time from the first laser light source 501 to the first laser light. The second modified region 7b or the third modified region 7c can be formed along the planned cutting line 5 by irradiation with L.

従って、レーザ光Lのパルス幅の切替えを抑制することができ、加工時間を短縮化することが可能となる。さらに、一の切断予定ライン5毎に複数の改質領域7が形成されることになるため、インデックスずれの悪影響を抑制することができる。   Accordingly, switching of the pulse width of the laser light L can be suppressed, and the processing time can be shortened. In addition, since a plurality of modified regions 7 are formed for each line 5 to be cut, adverse effects of index deviation can be suppressed.

なお、本実施形態では、第1レーザ光源501から第2レーザ光Lをパルス発振させると共に、第2レーザ光源502から第1レーザ光L1をパルス発振させてもよい。また、AFユニット212を第1及び第2レーザ光L1,L2(集光用レンズ507a,507b)のそれぞれに対応して設けてもよい。   In the present embodiment, the second laser light L may be pulsed from the first laser light source 501 and the first laser light L1 may be pulsed from the second laser light source 502. Further, the AF unit 212 may be provided corresponding to each of the first and second laser beams L1 and L2 (condensing lenses 507a and 507b).

さらにまた、本実施形態では、集光レンズ507a,507bに代えて1つの集光レンズを用いてもよい。この場合、第1及び第2レーザ光L1,L2の光路を適宜切り替えることにより、当該1つの集光レンズに第1及び第2レーザ光L1,L2が導かれることになる。   Furthermore, in the present embodiment, one condenser lens may be used instead of the condenser lenses 507a and 507b. In this case, the first and second laser beams L1 and L2 are guided to the one condenser lens by appropriately switching the optical paths of the first and second laser beams L1 and L2.

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用してもよい。   The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments. The present invention can be modified without departing from the scope described in the claims or applied to other embodiments. May be.

例えば、上記第1実施形態では、反射型空間光変調器203を設けず、反射型空間光変調器203によるレーザ光Lの収差補正を行わない場合もある。また、複数の切断予定ライン5に沿って上記第1改質領域形成工程を実施する前に、上記第2及び第3改質領域形成工程を実施する場合もある。   For example, in the first embodiment, the reflective spatial light modulator 203 is not provided, and the correction of the aberration of the laser light L by the reflective spatial light modulator 203 may not be performed. Further, the second and third modified region forming steps may be performed before the first modified region forming step is performed along the plurality of scheduled cutting lines 5.

また、上記積層部4においては、金属配線4bとは別の1つ又は複数の金属配線がさらに積層配置されていてもよい。なお、本発明は、上記レーザ加工方法によりチップを製造するレーザ加工装置として捉えることもでき、また、上記レーザ加工方法により製造されたチップとして捉えることもできる。また、上記実施形態では、第1改質領域7aを形成する前に第2及び第3改質領域7b,7cを形成してもよい。また、第2改質領域7bを形成する前に第3改質領域7cを形成してもよい。   Moreover, in the said laminated part 4, the 1 or several metal wiring different from the metal wiring 4b may be further laminated | stacked. The present invention can also be understood as a laser processing apparatus that manufactures a chip by the laser processing method, and can also be understood as a chip manufactured by the laser processing method. In the above embodiment, the second and third modified regions 7b and 7c may be formed before the first modified region 7a is formed. Further, the third modified region 7c may be formed before the second modified region 7b is formed.

なお、上記において、複数の切断予定ライン5のうち改質領域7を形成する切断予定ライン5の順序については、限定されるものではないが、例えば厚さ方向視において加工対象物1の手前側領域、奥側領域、及び中央領域の順序で、各領域に延在する切断予定ライン5に沿ってライン工程を実施する場合がある。この場合、インデックスずれを互いに打ち消すように効果的に作用させることができ、インデックスずれを一層抑制することが可能となる。   In addition, in the above, the order of the planned cutting lines 5 that form the modified region 7 among the plurality of planned cutting lines 5 is not limited, but for example, the front side of the workpiece 1 in the thickness direction view The line process may be performed along the planned cutting line 5 extending to each region in the order of the region, the back region, and the central region. In this case, the index deviation can be effectively acted to cancel each other, and the index deviation can be further suppressed.

1…加工対象物、2…半導体基板、3…表面、4…積層部、4b…金属配線、5,5a,5b…切断予定ライン、7…改質領域、7a…第1改質領域(改質領域)、7b…第2改質領域(改質領域)、7c…第3改質領域(改質領域)、21…裏面、100,300,500…レーザ加工装置、101…レーザ光源(レーザ光源部)、111…ステージ(移動部)、202…レーザ光源(レーザ光源部)、232…駆動ユニット、250…制御部、251…パルス幅可変制御部(制御部)、501…第1レーザ光源(レーザ光源部)、502…第2レーザ光源(レーザ光源部)、508a,508b…ピエゾ素子、530…移動制御部(移動部,制御部)、L…レーザ光、L1…第1レーザ光(レーザ光)、L2…第2レーザ光(レーザ光)。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Processing object, 2 ... Semiconductor substrate, 3 ... Surface, 4 ... Laminate part, 4b ... Metal wiring, 5, 5a, 5b ... Planned cutting line, 7 ... Modified area | region, 7a ... 1st modified area | region (modified) Quality region), 7b ... second modified region (modified region), 7c ... third modified region (modified region), 21 ... back surface, 100, 300, 500 ... laser processing apparatus, 101 ... laser light source (laser) Light source unit), 111 ... Stage (moving unit), 202 ... Laser light source (laser light source unit), 232 ... Drive unit, 250 ... Control unit, 251 ... Pulse width variable control unit (control unit), 501 ... First laser light source (Laser light source part), 502 ... second laser light source (laser light source part), 508a, 508b ... piezo element, 530 ... movement control part (moving part, control part), L ... laser light, L1 ... first laser light ( Laser beam), L2 ... second laser beam (laser beam)

Claims (8)

半導体基板と前記半導体基板上に積層され金属配線を含む積層部とを具備する加工対象物に対し、当該加工対象物において前記積層部側の表面とは反対側の裏面からレーザ光を照射することにより、切断の起点となる改質領域を切断予定ラインに沿って前記加工対象物の内部に形成するレーザ加工方法であって、
前記レーザ光を照射し、前記加工対象物の内部における前記表面側の位置に第1改質領域を形成する第1改質領域形成工程と、
前記レーザ光を照射し、前記加工対象物の内部における前記第1改質領域よりも前記裏面側の位置に第2改質領域を形成する第2改質領域形成工程と、を含み、
前記第1改質領域を形成する際に照射する前記レーザ光のパルス幅は、前記第2改質領域を形成する際に照射する前記レーザ光のパルス幅よりも小さいことを特徴とするレーザ加工方法。
Irradiating a laser beam from a back surface opposite to the surface on the side of the laminated part in the object to be processed, which includes a semiconductor substrate and a laminated part including metal wiring laminated on the semiconductor substrate. According to the laser processing method of forming a modified region that is a starting point of cutting along the planned cutting line inside the workpiece,
A first modified region forming step of irradiating the laser beam and forming a first modified region at a position on the surface side inside the workpiece;
A second modified region forming step of irradiating the laser beam and forming a second modified region at a position closer to the back surface than the first modified region inside the workpiece;
Laser processing characterized in that a pulse width of the laser light irradiated when forming the first modified region is smaller than a pulse width of the laser light irradiated when forming the second modified region. Method.
前記レーザ光は、1080nm〜1200nmの波長を有することを特徴とする請求項1記載のレーザ加工方法。   The laser processing method according to claim 1, wherein the laser beam has a wavelength of 1080 nm to 1200 nm. 前記切断予定ラインは複数設けられており、
複数の前記切断予定ラインに沿って前記第1改質領域形成工程を実施した後又は実施する前に、複数の前記切断予定ラインに沿って前記第2改質領域形成工程を実施する工程を含むことを特徴とする請求項1又は2記載のレーザ加工方法。
A plurality of the planned cutting lines are provided,
After performing the first modified region forming step along the plurality of planned cutting lines or before performing the first modified region forming step, including performing the second modified region forming step along the plurality of planned cutting lines. The laser processing method according to claim 1 or 2, wherein
前記切断予定ラインは複数設けられており、
一の前記切断予定ラインに沿って前記第1及び第2改質領域形成工程を実施するライン工程を、複数の前記切断予定ラインに対し順に実施する工程を含むことを特徴とする請求項1又は2記載のレーザ加工方法。
A plurality of the planned cutting lines are provided,
The line process which performs the said 1st and 2nd modified region formation process along the said one cutting plan line includes the process of implementing in order with respect to the said some cutting plan line. 2. The laser processing method according to 2.
半導体基板と前記半導体基板上に積層され金属配線を含む積層部とを具備する加工対象物に対し、当該加工対象物において前記積層部側の表面とは反対側の裏面からレーザ光を照射することにより、切断の起点となる改質領域を切断予定ラインに沿って前記加工対象物の内部に形成するレーザ加工装置であって、
前記レーザ光を前記加工対象物に照射するレーザ光源部と、
前記レーザ光源部で照射した前記レーザ光の集光点位置を移動させるための移動部と、
前記レーザ光源部及び前記移動部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記加工対象物の内部における前記表面側の位置に第1改質領域が形成されるように前記レーザ光を照射させる第1改質領域形成制御と、
前記加工対象物の内部における前記第1改質領域よりも前記裏面側の位置に第2改質領域が形成されるように前記レーザ光を照射させる第2改質領域形成制御と、を実行すると共に、
前記第1改質領域を形成する際に照射する前記レーザ光のパルス幅を、前記第2改質領域を形成する際に照射する前記レーザ光のパルス幅よりも小さくさせることを特徴とするレーザ加工装置。
Irradiating a laser beam from a back surface opposite to the surface on the side of the laminated part in the object to be processed, which includes a semiconductor substrate and a laminated part including metal wiring laminated on the semiconductor substrate. According to the laser processing apparatus for forming a modified region that is a starting point of cutting along the planned cutting line inside the workpiece,
A laser light source unit for irradiating the workpiece with the laser beam;
A moving unit for moving a condensing point position of the laser beam irradiated by the laser light source unit;
A control unit for controlling the laser light source unit and the moving unit,
The controller is
First modified region formation control for irradiating the laser beam so that the first modified region is formed at a position on the surface side in the processing object;
And a second modified region forming control for irradiating the laser beam so that the second modified region is formed at a position closer to the back surface than the first modified region inside the workpiece. With
A laser characterized in that a pulse width of the laser beam irradiated when forming the first modified region is made smaller than a pulse width of the laser beam irradiated when forming the second modified region. Processing equipment.
前記レーザ光源部は、1080nm〜1200nmの波長を有する前記レーザ光を前記加工対象物に照射することを特徴とする請求項5記載のレーザ加工装置。   The laser processing apparatus according to claim 5, wherein the laser light source unit irradiates the processing object with the laser light having a wavelength of 1080 nm to 1200 nm. 前記切断予定ラインは複数設けられており、
前記制御部は、複数の前記切断予定ラインに沿って前記第1改質領域形成制御を実行した後又は実行する前に、複数の前記切断予定ラインに沿って前記第2改質領域形成制御を実行することを特徴とする請求項5又は6記載のレーザ加工装置。
A plurality of the planned cutting lines are provided,
The control unit performs the second modified region formation control along the plurality of planned cutting lines after or before executing the first modified region formation control along the plurality of planned cutting lines. The laser processing apparatus according to claim 5, wherein the laser processing apparatus is executed.
前記切断予定ラインは複数設けられており、
前記制御部は、一の前記切断予定ラインに沿って前記第1及び第2改質領域形成制御を実施するライン制御を、複数の前記切断予定ラインに対し順に実施する制御を実行することを特徴とする請求項5又は6記載のレーザ加工装置。
A plurality of the planned cutting lines are provided,
The control unit executes control for sequentially performing line control for performing the first and second modified region formation control along one cutting planned line with respect to the plurality of cutting planned lines. The laser processing apparatus according to claim 5 or 6.
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