JP2017056469A - レーザ加工方法及びレーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加工品質を向上できるレーザ加工方法及びレーザ加工装置を提供する。【解決手段】レーザ加工装置２００は、加工対象物１にレーザ光Ｌを集光させることにより、加工対象物１の内部に改質領域を形成する。レーザ加工装置２００は、レーザ光源２０２と、照射光学系２０４と、を備える。レーザ光源２０２は、波長変化に伴って加工対象物１の内部透過率が非線形を有して変化する波長範囲である透過率変化波長範囲における第１波長の第１レーザ光Ｌ１と、第１波長よりも大きく且つ加工対象物の内部透過率が５０％以上となる第２波長の第２レーザ光Ｌ２と、を同時に出力する。照射光学系２０４は、第１レーザ光Ｌ１を加工対象物１に照射すると共に、第２レーザ光Ｌ２を加工対象物１に照射する。【選択図】図７

Description

本発明は、レーザ加工方法及びレーザ加工装置に関する。

従来、加工対象物にレーザ光を集光させることにより、加工対象物の内部に改質領域を形成するレーザ加工方法が知られている。例えば特許文献１には、第１パルスレーザ光を第１パルスレーザ光源から出射して加工対象物に集光し、第１パルスレーザ光とは異なる波長の第２パルスレーザ光を第２パルスレーザ光源から出射して加工対象物に集光するレーザ加工方法が記載されている。

特許第５５８０５２６号公報

上述したようなレーザ加工方法では、近年における益々の普及拡大に伴い、加工品質を向上することが要求されている。例えば加工品質を向上するための要求として、形成された改質領域から延びる亀裂を制御すること、レーザ加工により加工対象物に及ぶダメージを抑制すること、及び、レーザ光の光軸調整等においてのレーザ光の検出精度を向上すること等が要求されている。

本発明は、加工品質を向上することが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。

本発明に係るレーザ加工方法は、加工対象物にレーザ光を集光させることにより、加工対象物の内部に改質領域を形成するレーザ加工方法であって、波長変化に伴って加工対象物の内部透過率が非線形を有して変化する波長範囲である透過率変化波長範囲における第１波長の第１レーザ光と、第１波長よりも大きく且つ加工対象物の内部透過率が５０％以上となる第２波長の第２レーザ光と、を同時にレーザ光出力部から出力するレーザ光出力工程と、第１レーザ光を加工対象物に照射すると共に、第２レーザ光を加工対象物に照射するレーザ光照射工程と、を備える。

本発明に係るレーザ加工装置は、加工対象物にレーザ光を集光させることにより、加工対象物の内部に改質領域を形成するレーザ加工装置であって、波長変化に伴って加工対象物の内部透過率が非線形を有して変化する波長範囲である透過率変化波長範囲における第１波長の第１レーザ光と、第１波長よりも大きく且つ加工対象物の内部透過率が５０％以上となる第２波長の第２レーザ光と、を同時に出力するレーザ光出力部と、第１レーザ光を加工対象物に照射すると共に、第２レーザ光を加工対象物に照射する照射光学系と、を備える。

このようなレーザ加工方法及びレーザ加工装置では、加工対象物の内部透過率について、第１波長の第１レーザ光と第２波長の第２レーザ光とで際立って異なり易い。そこで、例えば第１レーザ光の内部透過率が第２レーザ光の内部透過率よりも低い場合、第１レーザ光を加工対象物に照射することにより、第２レーザ光を照射する場合に比べて、形成する改質領域から伸びる亀裂の直進性を制御し易くし、及び、レーザ光入射面の反対面におけるダメージ（以下、「裏面ダメージ」という）を抑制することができる。また、内部透過率が５０％となる第２レーザ光を加工対象物に照射することにより、長い亀裂を有する改質領域を形成し、加工対象物を切断する際に高い分割力を確保することができる。したがって、本発明によれば、加工品質を向上することが可能となる。

なお、加工対象物の「内部透過率（％）」は、「１００−吸収率（％）」と同義である。加工対象物の「内部透過率」は、外部透過率から加工対象物の外表面で反射する成分を除いた割合である。

本発明に係るレーザ加工方法は、シリコンを含む加工対象物にレーザ光を集光させることにより、加工対象物の内部に改質領域を形成するレーザ加工方法であって、波長変化に伴って加工対象物の内部透過率が非線形を有して変化する波長範囲である透過率変化波長範囲における９００ｎｍ以上の第１波長の第１レーザ光と、第１波長よりも大きい第２波長の第２レーザ光と、を同時にレーザ光出力部から出力するレーザ光出力工程と、第１レーザ光を加工対象物に照射すると共に、第２レーザ光を加工対象物に照射するレーザ光照射工程と、を備える。

本発明に係るレーザ加工装置は、シリコンを含む加工対象物にレーザ光を集光させることにより、加工対象物の内部に改質領域を形成するレーザ加工装置であって、波長変化に伴って加工対象物の内部透過率が非線形を有して変化する波長範囲である透過率変化波長範囲における９００ｎｍ以上の第１波長の第１レーザ光と、第１波長よりも大きい第２波長の第２レーザ光と、を同時に出力するレーザ光出力部と、第１レーザ光を加工対象物に照射すると共に、第２レーザ光を加工対象物に照射する照射光学系と、を備える。

このようなレーザ加工方法及びレーザ加工装置では、シリコンを含む加工対象物の内部透過率について、第１レーザ光が第２レーザ光よりも際立って低く、換言すると、第２レーザ光が第１レーザ光よりも際立って高くなり易い。そこで、第１レーザ光を加工対象物に照射することにより、第２レーザ光を照射する場合に比べて、形成する改質領域から伸びる亀裂の直進性を制御し易くし、及び、裏面ダメージを抑制することができる。また、第２レーザ光を加工対象物に照射することにより、第１レーザ光を照射する場合に比べて、例えば長い亀裂を有する改質領域を形成し、加工対象物を切断する際に高い分割力を確保することができる。したがって、本発明によれば、加工品質を向上することが可能となる。

本発明に係るレーザ加工方法において、第１波長は、前記透過率変化波長範囲における１０００ｎｍ以上であってもよい。本発明に係るレーザ加工装置において、第１波長は、前記透過率変化波長範囲における１０００ｎｍ以上であってもよい。この場合、上記作用効果を現実的且つ効果的に実現可能となる。

本発明に係るレーザ加工方法は、シリコンを含む加工対象物にレーザ光を集光させることにより、加工対象物の内部に改質領域を形成するレーザ加工方法であって、第１波長の第１レーザ光と、第１波長よりも大きい第２波長の第２レーザ光と、を同時にレーザ光出力部から出力するレーザ光出力工程と、第１レーザ光を加工対象物に照射すると共に、第２レーザ光を加工対象物に照射するレーザ光照射工程と、加工対象物で反射した第１レーザ光の反射光、及び、ダイクロイックミラーを透過した前記第１レーザ光の透過光の少なくとも一方をシリコン系半導体検出器により検出する検出工程と、を備える。

本発明に係るレーザ加工装置は、シリコンを含む加工対象物にレーザ光を集光させることにより、加工対象物の内部に改質領域を形成するレーザ加工装置であって、第１波長の第１レーザ光と、第１波長よりも大きい第２波長の第２レーザ光と、を同時に出力するレーザ光出力部と、第１レーザ光を加工対象物に照射すると共に、第２レーザ光を加工対象物に照射する照射光学系と、加工対象物で反射した第１レーザ光の反射光、及び、ダイクロイックミラーを透過した前記第１レーザ光の透過光の少なくとも一方を検出するシリコン系半導体検出器と、を備える。

シリコン系半導体検出器によるレーザ光の検出では、当該レーザ光がシリコンに吸収する特性を有することが重要である。一方で、シリコンを含む加工対象物において、形成する改質領域から長い亀裂を発生させるためには、レーザ光がシリコンを透過する特性を有することが望まれる。この点、本発明に係るレーザ加工方法及びレーザ加工装置では、短い第１波長の第１レーザ光は、シリコンに対して高い吸収率（換言すると、低い内部透過率）を有し、長い第２波長の第２レーザ光は、シリコンに対して高い内部透過率を有することが見出される。そこで、第１レーザ光の反射光をシリコン系半導体検出器により検出することにより、シリコン系半導体検出器の感度を高めて検出精度を向上することができる。また、シリコンを含む加工対象物に第２レーザ光を照射することにより、第１レーザ光を照射する場合に比べて、長い亀裂を有する改質領域を形成し、加工対象物を切断する際に高い分割力を確保することができる。したがって、本発明によれば、加工品質を向上することが可能となる。

本発明に係るレーザ加工方法及びレーザ加工装置において、第１波長は、波長変化に伴って加工対象物の内部透過率が非線形を有して変化する波長範囲である透過率変化波長範囲の波長であってもよい。この場合、第１及び第２レーザ光の内部透過率が際立って異なるものになり易く、上記作用効果（第１レーザ光の反射光を検出するシリコン系半導体検出器の感度を高め、加工対象物に第２レーザ光を照射して形成した改質領域によって高い分割力を確保するという効果）が好適に発揮される。

本発明に係るレーザ加工方法において、レーザ光出力工程は、第１及び第２レーザ光の何れか一方からラマン散乱によって第１及び第２レーザ光の何れか他方を発生させる工程を有してもよい。この場合、レーザ光出力部としては、例えばラマンシフトレーザを用いることができる。

本発明に係るレーザ加工方法及びレーザ加工装置において、第１波長と第２波長との差は、１００ｎｍ未満であってもよい。この場合、第１レーザ光の光学系を第２レーザ光の光学系として容易に対応させることができる。

本発明に係るレーザ加工方法において、レーザ光照射工程は、加工対象物において第１レーザ光の入射面とは反対側の表面である反対面側に第１改質領域が形成されるように第１レーザ光を集光させる工程と、加工対象物において入射面と第１改質領域との間に第２改質領域が形成されるように第２レーザ光を集光させる工程と、を有してもよい。

本発明に係るレーザ加工装置は、加工対象物における第１及び第２レーザ光の集光点の位置を制御する集光点制御部を備え、集光点制御部は、加工対象物において第１レーザ光の入射面とは反対側の表面である反対面側に第１改質領域が形成されるように第１レーザ光を集光させる制御と、加工対象物において入射面と第１改質領域との間に第２改質領域が形成されるように第２レーザ光を集光させる制御と、を実行してもよい。

このようなレーザ加工方法及びレーザ加工装置では、加工対象物の反対面側に第１改質領域を形成する際に、波長が短い第１レーザ光を集光させることにより、当該反対面におけるダメージを抑制することができる。一方、加工対象物における入射面と第１改質領域との間に第２改質領域を形成する際に、波長が長い第２レーザ光を集光させることにより、第２改質領域から長い亀裂を発生させることができ、分割力を高めることが可能となる。

本発明に係るレーザ加工方法において、第１及び第２レーザ光は、パルスレーザ光であり、レーザ光照射工程は、集光光学系により第１及び第２レーザ光を加工対象物に対して同軸で集光させる工程と、集光させる第１及び第２レーザ光のパルス波形が合成されて所定波形形状となるように、加工対象物に対する第１及び第２レーザ光の照射タイミングを互いに異ならせる工程と、を有してもよい。

本発明に係るレーザ加工装置において、第１及び第２レーザ光は、パルスレーザ光であり、照射光学系は、第１及び第２レーザ光を加工対象物に対して同軸で集光させる集光光学系と、集光させる第１及び第２レーザ光のパルス波形が合成されて所定波形形状となるように、加工対象物に対する第１及び第２レーザ光の照射タイミングを互いに異ならせる調整光学系と、を有してもよい。

このようなレーザ加工方法及びレーザ加工装置では、加工対象物に同軸で集光する第１及び第２レーザ光の各パルス波形を合成し、部分的に波長が異なる所定波形形状のパルス波形として、レーザ加工を実施できる。

本発明に係るレーザ加工方法は、加工対象物の内部に改質領域形成予定ラインに沿って改質領域を形成する方法であって、レーザ光照射工程は、第１及び第２レーザ光を、改質領域形成予定ラインに沿う方向において互いに異なる位置に集光するように分離する工程を有してもよい。本発明に係るレーザ加工装置は、加工対象物の内部に改質領域形成予定ラインに沿って改質領域を形成する装置であって、照射光学系は、第１及び第２レーザ光を、改質領域形成予定ラインに沿う方向において互いに異なる位置に集光するように分離する調整光学系を有してもよい。

このようなレーザ加工方法及びレーザ加工装置では、波長が互いに異なる第１及び第２レーザ光を、改質領域形成予定ラインに沿う方向に空間的に分離して加工対象物に集光させることができる。

本発明に係るレーザ加工方法において、レーザ光照射工程は、集光光学系により第１及び第２レーザ光を加工対象物に対して同軸で集光させる工程と、集光させる第１及び第２レーザ光における何れか一方のビーム断面形状が何れか他方のビーム断面形状を囲う環状となるように、第１及び第２レーザ光のビーム断面形状を調整する工程と、を有してもよい。

本発明に係るレーザ加工装置において、照射光学系は、第１及び第２レーザ光を加工対象物に対して同軸で集光させる集光光学系と、集光させる第１及び第２レーザ光における何れか一方のビーム断面形状が何れか他方のビーム断面形状を囲う環状となるように、第１及び第２レーザ光のビーム断面形状を調整する調整光学系と、を有してもよい。

このようなレーザ加工方法及びレーザ加工装置では、集光させる第１及び第２レーザ光における何れか一方のビーム断面形状を何れか他方のビーム断面形状を囲う環状とすることにより、加工品質を向上することが可能となる。例えば、波長が短い第１レーザ光のビーム断面形状を第２レーザ光のビーム断面形状を囲う環状とすると、加工対象物において集光点よりも入射面側の加熱を抑制し、集光点付近とそれ以外との間の温度差を大きくし、強い引張力を発生させて亀裂の進展力を高めることが可能となる。例えば、波長が長い第２レーザ光のビーム断面形状が第１レーザ光のビーム断面形状を囲う環状にすると、第２レーザ光は集光点に対して入射面とは反対面側にて拡散しやすいことから、当該反対面におけるダメージを抑制することが可能となる。

本発明に係るレーザ加工方法において、レーザ光出力工程は、第１レーザ光のエネルギが第２レーザ光のエネルギよりも大きく又は小さくなるように第１及び第２レーザ光の少なくとも何れかのエネルギを調整する工程を有してもよい。本発明に係るレーザ加工装置は、第１レーザ光のエネルギが第２レーザ光のエネルギよりも大きく又は小さくなるようにレーザ光出力部を制御するエネルギ制御部を備えていてもよい。このようなレーザ加工方法及びレーザ加工装置では、第１及び第２レーザ光の少なくとも何れかのエネルギを調整することにより、例えば亀裂の長さ、亀裂の直進性、及び、裏面ダメージの少なくとも何れかを制御することが可能となる。

本発明に係るレーザ加工装置において、レーザ光出力部は、ラマンシフトレーザであってもよい。この場合、第１及び第２レーザ光の何れか一方から、ラマン散乱によって第１及び第２レーザ光の何れか他方を発生させることができる。

本発明に係るレーザ加工装置は、シリコンを含む加工対象物にレーザ光を集光させることにより、加工対象物の内部に改質領域を形成するレーザ加工装置であって、９００ｎｍ〜１２００ｎｍの範囲における第１波長の第１レーザ光と、第１波長よりも大きく且つ９００ｎｍ〜１２００ｎｍの範囲における第２波長の第２レーザ光と、を同時に出力するラマンシフトレーザを備える。

シリコンを含む加工対象物では、照射されるレーザ光の波長が９００ｎｍ〜１２００ｎｍの範囲のとき、その波長が大きくなるに連れて内部透過率も際立って大きくなり易い。この点、本発明に係るレーザ加工装置は、ラマンシフトレーザを備え、９００ｎｍ〜１２００ｎｍの範囲の波長を有する第１及び第２レーザ光を出力する。よって、出力した第１及び第２レーザ光は、その差が例えば数十〜１００ｎｍ程度であるものの、互いに際立って異なる内部透過率をそれぞれ有することになる。その結果、第１レーザ光を加工対象物に照射することにより、亀裂の直進性を制御し易くし、及び、裏面ダメージを抑制することができる。また、第２レーザ光を加工対象物に照射することにより、長い亀裂を有する改質領域を形成し、加工対象物１を切断する際に高い分割力を確保することができる。したがって、本発明によれば、加工品質を向上することが可能となる。

本発明によれば、加工品質を向上することができるレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供することが可能となる。

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。 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。 図２の加工対象物のIII−III線に沿っての断面図である。 レーザ加工後の加工対象物の平面図である。 図４の加工対象物のV−V線に沿っての断面図である。 図４の加工対象物のVI−VI線に沿っての断面図である。 第１実施形態に係るレーザ加工装置を示す概略構成図である。 レーザ光源を示す概略構成図である。 レーザ光源から同時出力される各レーザ光についてのエネルギ比率の一例を示すグラフである。 シリコンで形成された加工対象物におけるレーザ光の内部透過率を示すグラフである。 第１実施形態に係るレーザ加工方法を説明する図である。 シリコンで形成された加工対象物に対するレーザ加工において、レーザ光の波長と加工品質との関係を示す図である。 第２実施形態に係るレーザ加工装置を示す概略構成図である。 図１３のレーザ加工装置の照射光学系を示す概略構成図である。 合成パルス波形の例を示す図である。 第３実施形態に係るレーザ加工装置の照射光学系を示す概略構成図である。 第４実施形態に係るレーザ加工装置の照射光学系を示す概略構成図である。 第４実施形態に係る第１及び第２レーザ光を説明する断面図である。 リン化インジウムで形成された加工対象物におけるレーザ光の内部透過率を示すグラフである。 酸化ガリウムで形成された加工対象物におけるレーザ光の内部透過率を示すグラフである。

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、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

実施形態に係るレーザ加工方法及びレーザ加工装置は、加工対象物にレーザ光を集光させることにより、加工対象物の内部に改質領域を形成する。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。

図１に示されるように、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１１１と、レーザ光Ｌのエネルギ（出力）やパルス幅等を調節するためにレーザ光源１０１を制御するレーザ光源制御部１０２と、ステージ１１１の駆動を制御するステージ制御部１１５と、を備えている。

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。

加工対象物１としては、種々の材料（例えば、ガラス、半導体材料、圧電材料等）からなる板状の部材（例えば、基板、ウェハ等）が用いられる。図２に示されるように、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に示されるように、加工対象物１の内部に集光点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に示されるように、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。

集光点Ｐとは、レーザ光Ｌが集光する箇所のことである。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、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。切断予定ライン５は、改質領域形成予定ラインである。改質領域形成予定ラインは、改質領域７の形成が予定される予定ラインである。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。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。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、裏面、もしくは外周面）に露出していてもよい。

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Ｐ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。

本実施形態で形成される改質領域は、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。改質領域としては、例えば、溶融処理領域、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。更に、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。加工対象物１の材料が単結晶シリコンである場合、改質領域７は、高転位密度領域ともいえる。

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、更に、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、マイクロクラック等）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、ガラス、ＬｉＴａＯ_３又はサファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）からなる基板やウェハ、又はそのような基板やウェハを含むものが挙げられる。

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、溶融処理スポットも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。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。

［第１実施形態］
次に、第１実施形態について詳細に説明する。

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２００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２００は、レーザ光源２０２、照射光学系２０４、観察用光源２０６、カメラ２０８、及び、ＡＦ（AutoFocus）ユニット２１２を備えている。

図８は、レーザ光源２０２を示す概略構成図である。図８に示すように、レーザ光源２０２は、少なくとも２つのレーザ光Ｌを同時に出力する。複数のレーザ光Ｌは、パルスレーザ光であり、互いに異なる波長を有する。レーザ光源２０２は、基準となる第１波長λ１の第１レーザ光Ｌ１と、第１波長λ１よりも長い第２波長λ２の第２レーザ光Ｌ２と、を同時に出力（つまり、２波長同時出力）する。第１レーザ光Ｌ１は、第１波長λ１のレーザ光Ｌであり、第２レーザ光Ｌ２は、第２波長λ２のレーザ光Ｌである。

レーザ光源２０２としては、ラマンシフトを利用したファイバレーザであるラマンシフトレーザが用いられる。第１波長λ１と第２波長λ２との差（いわゆるラマンシフト量）は、例えば１００ｎｍ未満、或いは、５５ｎｍ以下とされている。例えば第２波長λ２は、第１波長λ１に対して、２０ｎｍ〜７０ｎｍ程度長いものとなる。

レーザ光源２０２は、ファイバレーザ２０２ａと波長変換用のファイバ２０２ｂとを含んで構成されている。ファイバレーザ２０２ａは、例えば１０８０ｎｍ〜１２００ｎｍの波長を有するレーザ光Ｌを出射する。ここでのレーザ光源２０２では、ファイバレーザ２０２ａで出射した第１レーザ光Ｌ１から、誘導ラマン散乱によって第２レーザ光Ｌ２を発生させる。誘導ラマン散乱とは、ファイバ２０２ｂに閾値（ラマン閾値）を超える強い光が入射すると、ストークス光と称される、より低い周波数を有する成分が発生する現象である。ストークス光は、振動基底状態にある格子が光によって中間状態に遷移し、その後、振動励起状態に戻るときに発生する。入射光とストークス光との周波数差を、ラマンシフトという。第２レーザ光Ｌ２は、１次ストークス光（１次ラマン光）であってもよいし、２次ストークス光（２次ラマン光）であってもよい。ファイバ２０２ｂは、例えば石英を含む材料で形成される。

図９は、レーザ光源２０２から同時出力される各レーザ光についてのエネルギ比率の一例を示すグラフである。データＤ１は、ファイバレーザ２０２ａから出力された第１レーザ光Ｌ１のエネルギ比率を示す。データＤ２は、１次ストークス光である第２レーザ光Ｌ２のエネルギ比率を示す。データＤ３は、２次ストークス光のエネルギ比率を示す。図中において、第１レーザ光Ｌ１の第１波長λ１は１０８０ｎｍであり、第２レーザ光Ｌ２の第２波長λ２は１１３５ｎｍであり、２次ストークス光の波長は１１９５ｎｍである。横軸は、ファイバレーザ２０２ａの平均出力を示している。

図９に示すように、第１レーザ光Ｌ１と第２レーザ光Ｌ２とのエネルギ比率（出力比率）は、ファイバレーザ２０２ａの動作条件によって変化する。具体的には、ファイバ２０２ｂに入射する第１レーザ光Ｌ１の平均出力を上げると、第１レーザ光Ｌ１のエネルギ比率が下がり、第２レーザ光Ｌ２のエネルギ比率が上がる。図中では、第１レーザ光Ｌ１の平均出力を上げても、２次ストークス光のエネルギ比率は、当初ほとんど変化していないが、第１レーザ光Ｌ１と第２レーザ光Ｌ２のエネルギ比率が交差した時点からわずかに上昇している。なお、ファイバ２０２ｂに入射する第１レーザ光Ｌ１の平均出力に代えてもしくは加えて、ピーク出力を変化させてもよく、この場合でも上記と同様に、第１レーザ光Ｌ１と第２レーザ光Ｌ２とのエネルギ比率が変化する。

ちなみに、ストークス光には、正のストークス光だけでなく、負のストークス光も存在する。よって、レーザ光源２０２は、ファイバレーザ２０２ａで出射した第２レーザ光Ｌ２から、誘導ラマン散乱によって第１レーザ光Ｌ１を発生させてもよい。

図１０は、シリコンで形成された加工対象物１におけるレーザ光Ｌの内部透過率を示すグラフである。図中の内部透過率は、厚さ５００μｍの加工対象物１を対象としている。なお、図中の内部透過率の特性は一例であって、例えば加工対象物１の厚さ、結晶構造、ドープの有無、及びドープ密度等の少なくとも何れかで異なるものである（後述の図１９〜２０に示す内部透過率についても同様）。

図１０に示すように、加工対象物１には、波長変化に伴って加工対象物１の内部透過率が非線形を有して変化する波長範囲である透過率変化波長範囲Ｒ１１が存在する。透過率変化波長範囲Ｒ１１では、レーザ光Ｌに対する内部透過率が大きく変化する。透過率変化波長範囲Ｒ１１では、波長が増加又は減少するに連れて、内部透過率が急変する範囲である。急変とは、波長が増加又は減少するに連れて、内部透過率が一定以上の傾きで増加又は減少することを意味する。透過率変化波長範囲Ｒ１１は、波長が増加しても内部透過率が実質的に変化しない低波長範囲と、波長が増加しても内部透過率の変化が収束しており内部透過率が実質的に変化しない高波長範囲と、の間の範囲である。

透過率変化波長範囲Ｒ１１における内部透過率は、レーザ光Ｌの波長が大きくなるに連れて、例えば２次曲線、成長曲線、サイン曲線、Ｓ字型曲線、ロジスティック曲線、ゴンペルツ曲線等、又は、これらの少なくとも何れかの組合せに倣う変化率で、連続的に変化（ここでは増加）する。透過率変化波長範囲Ｒ１１における内部透過率は、レーザ光Ｌの波長が大きくなるに連れて、当初は少なく増加し、中途で大きく増加し、その後に少なく増加する。加工対象物１がシリコンで形成されている場合、透過率変化波長範囲Ｒ１１は、例えば９００ｎｍ〜１２００ｎｍである。

透過率変化波長範囲Ｒ１１は、波長変化に対して実質的に内部透過率が変化しない波長範囲を含まない。透過率変化波長範囲Ｒ１１は、波長変化に対する内部透過率の変化度合（傾き）が実質的に０の波長範囲を含まない。透過率変化波長範囲Ｒ１１は、取り得る内部透過率最大値と取り得る内部透過率最小値との中間値（平均値）である内部透過率のときの波長を含む。透過率変化波長範囲Ｒ１１では、波長変化に対して内部透過率が急峻に変化する。

透過率変化波長範囲Ｒ１１は、横軸を波長とし縦軸を内部透過率としたグラフ上において、角部（尖角及び角丸を含む）を有するように変化する隣接した一対の変化点の間の波長範囲である。透過率変化波長範囲Ｒ１１は、横軸を波長とし縦軸を内部透過率としたグラフ上において、多項式曲線フィッテング（例えば最小二乗法）したデータから求めることができる。透過率変化波長範囲Ｒ１１は、その範囲の第１波長λ１の第１レーザ光Ｌ１でレーザ加工した場合に、第２波長λ２の第２レーザ光Ｌ２でレーザ加工した場合と比較して、異なる加工品質となる範囲である。

このようなシリコン系の加工対象物１に対して、レーザ光源２０２から照射する第１及び第２レーザ光Ｌ１，Ｌ２は、次の第１及び第２波長λ１，λ２をそれぞれ有していてもよい。すなわち、第１及び第２波長λ１，λ２は、例えば９００ｎｍ〜１２００ｎｍの範囲に存在してもよい。例えば、第１波長λ１が１０８０ｎｍであり、第２波長λ２が１１３５ｎｍであってもよい。例えば、第１波長λ１が１０６４ｎｍであり、第２波長λ２が１１１６ｎｍであってもよい。例えば、第１波長λ１は１１００ｎｍ未満の波長であり、第２波長λ２は、１１００ｎｍ以上の波長であってもよい。また、第１波長λ１の内部透過率と第２波長λ２の内部透過率との比は、１．５よりも大きい場合がある（＝第１波長λ１の内部透過率／第２波長λ２の内部透過率＞１．５）。

また、第１波長λ１は、透過率変化波長範囲Ｒ１１における９００ｎｍ以上の波長であり、第２波長λ２は、第１波長λ１よりも大きい波長である。すなわち、レーザ光源２０２は、透過率変化波長範囲Ｒ１１における９００ｎｍ以上の第１波長λ１の第１レーザ光Ｌ１と、第１波長λ１よりも大きい第２波長λ２の第２レーザ光Ｌ２と、を同時に出力する。

また、第１波長λ１は、透過率変化波長範囲Ｒ１１における１０００ｎｍ以上の波長であり、第２波長λ２は、第１波長λ１よりも大きい波長である。すなわち、レーザ光源２０２は、透過率変化波長範囲Ｒ１１における１０００ｎｍ以上の第１波長λ１の第１レーザ光Ｌ１と、第１波長λ１よりも大きい第２波長λ２の第２レーザ光Ｌ２と、を同時に出力する。

また、第１波長λ１は、透過率変化波長範囲Ｒ１１の波長であり、第２波長λ２は、第１波長λ１よりも大きく且つ加工対象物１の内部透過率が５０％以上となる波長である。すなわち、レーザ光源２０２は、透過率変化波長範囲Ｒ１１における第１波長λ１の第１レーザ光Ｌ１と、第１波長λ１よりも大きく且つ加工対象物１の内部透過率が５０％以上となる波長範囲における第２波長λ２の第２レーザ光Ｌ２と、を同時に出力する。

また、例えばレーザ光源２０２では、固体レーザ光源を用い、波長が１０３０ｎｍもしくは１０６４ｎｍのポンプ光（入射光）を第２レーザ光Ｌ２とし、波長が９８６ｎｍもしくは１０１７ｎｍのアンチストークス光を第１レーザ光Ｌ１としてもよい。なお、これらの各値は、例えばファイバの組成により数ｎｍのずれを有していてもよい。

図７に戻り、照射光学系２０４は、レーザ光源２０２から出力された第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２を加工対象物１に照射させる。照射光学系２０４は、集光光学系２０５を有している。集光光学系２０５は、第１及び第２レーザ光Ｌ１，Ｌ２を加工対象物１の内部に集光する。図示する例では、集光光学系２０５は、レーザ光源２０２から出力されてダイクロイックミラー２０４ａで反射した第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２を、ステージ１１１上の支持台（載置台）１０７に載置された加工対象物１の内部に集光する。集光光学系２０５は、例えば複数のレンズを含んで構成されている。

観察用光源２０６は、可視光ＶＬ１を出射する。観察用光源２０６としては、特に限定されず、公知の光源を用いることができる。カメラ２０８は、加工対象物１で反射された可視光ＶＬ１の反射光ＶＬ２を検出する。また、カメラ２０８は、加工対象物１の表面３又は裏面２１で反射した第１レーザ光Ｌ１の反射光Ｌ１Ｒを検出する。カメラ２０８は、シリコン系半導体検出器を構成する。カメラ２０８としては、例えばシリコン素子を利用したＣＣＤが挙げられる。カメラ２０８は、例えば、レーザ光Ｌ等の光軸調整、及び、加工対象物１の内部観察等の少なくとも何れかに使用される。

シリコン系ディテクタ２１０は、ダイクロイックミラー２０４ａを透過した第１レーザ光Ｌ１の透過光Ｌ１Ｔを検出する。シリコン系ディテクタ２１０は、シリコン系半導体検出器を構成する。シリコン系ディテクタ２１０としては、例えば、ビームプロファイラ、フォトダイオード及びＰＳＤ（位置検出素子）の少なくとも何れかが挙げられる。シリコン系ディテクタ２１０は、レーザ光Ｌのビームプロファイル測定、ビームポインティング測定及びパルス波形測定等の少なくとも何れかに使用される。

観察用光源２０６から出射された可視光ＶＬ１は、ダイクロイックミラー２０４ｂで反射し、ダイクロイックミラー２０４ｃ及びダイクロイックミラー２０４ａをこの順に透過し、集光光学系２０５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の表面３で反射した反射光ＶＬ２は、集光光学系２０５を介してダイクロイックミラー２０４ａ，２０４ｃ，２０４ｂを透過した後、結像レンズ２０４ｄで結像されてカメラ２０８に入射する。

加工対象物１の表面３又は裏面２１で反射した第１レーザ光Ｌ１の反射光Ｌ１Ｒは、集光光学系２０５を介してダイクロイックミラー２０４ａを透過する。透過した一部の反射光Ｌ１Ｒは、ダイクロイックミラー２０４ｃ，２０４ｂを透過した後、結像レンズ２０４ｄで結像されてカメラ２０８に入射する。

ＡＦユニット２１２は、ＡＦ用レーザ光ＬＢ１を出射し、レーザ光入射面である表面３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に沿った表面３の変位データを取得する。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、表面３のうねりに沿うように集光光学系２０５をその光軸方向に往復移動させる。これにより、当該表面３に追従するように厚さ方向におけるレーザ光Ｌの集光点の位置を制御する。

レーザ加工装置２００は、当該レーザ加工装置２００を制御するものとして、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる制御部（集光点制御部，エネルギ制御部）２５０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から出射される第１及び第２レーザ光Ｌ１，Ｌ２のエネルギやパルス幅等を調節する。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の表面３から所定距離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、ステージ１１１の位置及び駆動ユニット２３２の駆動の少なくとも何れかを制御する。

制御部２５０は、カメラ２０８及びシリコン系ディテクタ２１０の動作を制御する。制御部２５０は、カメラ２０８及びシリコン系ディテクタ２１０の各検出結果を取得し、例えば表示部（不図示）等へ出力する。制御部２５０、例えば制御対象に対して制御指令、制御信号、指令電圧、又は指令電流等を入力することにより、各種の制御を実行する。

制御部２５０は、第１レーザ光Ｌ１のエネルギが第２レーザ光Ｌ２のエネルギよりも大きく又は小さくなるようにレーザ光源２０２を制御する。具体的には、制御部２５０は、ファイバレーザ２０２ａの平均出力及びピーク出力の少なくとも何れかを大きくすることによって、第１レーザ光Ｌ１のエネルギを小さくしながら、この第１レーザ光Ｌ１からラマン散乱によって発生させた第２レーザ光Ｌ２のエネルギを大きくする。制御部２５０は、ファイバレーザ２０２ａの平均出力及びピーク出力の少なくとも何れかを小さくすることによって、第１レーザ光Ｌ１のエネルギを大きくしながら、この第１レーザ光Ｌ１からラマン散乱によって発生させた第２レーザ光Ｌ２のエネルギを小さくする。

制御部２５０は、図１１（ａ）に示すように、レーザ光源２０２、ステージ１１１及び駆動ユニット２３２を制御し、加工対象物１において表面３とは反対側の裏面２１側に第１改質領域７ａが形成されるように第１レーザ光Ｌ１を集光させる第１制御を行う。制御部２５０は、図１１（ｂ）に示すように、レーザ光源２０２、ステージ１１１及び駆動ユニット２３２を制御し、加工対象物１において表面３と第１改質領域７ａとの間に第２改質領域７ｂが形成されるように第２レーザ光Ｌ２を集光させる第２制御を行う。

次に、上記レーザ加工装置２００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、加工対象物１をレーザ加工して複数のチップを製造するためのチップの製造方法として用いられる。加工対象物１は、板状を呈している。加工対象物１は、例えば、シリコン基板、サファイア基板、ＳｉＣ基板、ガラス基板（強化ガラス基板）、半導体基板又は透明絶縁基板等である。ここでの加工対象物１は、シリコン基板である。加工対象物１の厚さは、例えば１０μｍ〜８００μｍとされている。

加工対象物１のレーザ光入射面である表面３には、マトリックス状に並ぶように機能素子形成領域が複数設けられている。また、加工対象物１の表面３上には、隣り合う機能素子形成領域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、格子状に延在している。なお、加工対象物１がサファイア基板の場合には、そのＣ面が主面（表面３及び裏面２１）とされ、切断予定ライン５がサファイア基板のＲ面に沿った方向に延びるよう設定される。

本実施形態のレーザ加工方法では、まず、加工対象物１の裏面２１にエキスパンドテープを貼り付け、該加工対象物１をステージ１１１上に載置する。制御部２５０により、ステージ１１１及び駆動ユニット２３２の少なくとも何れかを駆動させ、集光点Ｐを加工対象物１の裏面２１側（最深部）に位置させる。レーザ光源２０２から第１波長λ１の第１レーザ光Ｌ１と第２波長λ２の第２レーザ光Ｌ２とを同時に出力する。

このとき、制御部２５０により、レーザ光源２０２の平均出力又はピーク出力を小さくし、第２レーザ光Ｌ２のエネルギを改質領域７が形成される閾値よりも小さくする。これにより、実質的に第１レーザ光Ｌ１のみを加工対象物１に集光させる。これと共に、加工対象物１と第１レーザ光Ｌ１とを切断予定ライン５に沿って相対移動（スキャン）させる。以上により、加工対象物１内の裏面２１側に改質スポットを切断予定ライン５に沿って複数形成し、これら複数の改質スポットによって第１改質領域７ａを切断予定ライン５に沿って形成する（図１１（ａ）参照）。

続いて、制御部２５０により、ステージ１１１及び駆動ユニット２３２の少なくとも何れかを駆動させ、集光点Ｐを加工対象物１において第１改質領域７ａと表面３との間に位置させる。レーザ光源２０２から第１波長λ１の第１レーザ光Ｌ１と第２波長λ２の第２レーザ光Ｌ２とを同時に出力する。

このとき、制御部２５０により、レーザ光源２０２の平均出力又はピーク出力を大きくし、第１レーザ光Ｌ１のエネルギを改質領域７が形成される閾値よりも小さくする。これにより、実質的に第２レーザ光Ｌ２のみを加工対象物１に集光させる。これと共に、加工対象物１と第２レーザ光Ｌ２とを切断予定ライン５に沿って相対移動（スキャン）させる。以上により、加工対象物１内の第１改質領域７ａと表面３との間に改質スポットを切断予定ライン５に沿って複数形成し、これら複数の改質スポットによって第２改質領域７ｂを切断予定ライン５に沿って形成する（図１１（ｂ）参照）。その後、集光点Ｐの表面３側への移動及び第２レーザ光Ｌ２のスキャンを繰り返し行い、厚さ方向に複数列の第２改質領域７ｂを形成する。

続いて、エキスパンドテープを拡張することで、改質領域７を切断の起点として加工対象物１を切断予定ライン５に沿って切断し、切断された複数のチップを半導体装置（例えばメモリ、ＩＣ、発光素子、受光素子等）として得る。

図１２は、シリコンで形成された加工対象物１に対するレーザ加工においてレーザ光Ｌの波長と加工品質との関係を示す図である。図１２に示すように、第１波長λ１を有する第１レーザ光Ｌ１と第２波長λ２を有する第２レーザ光Ｌ２との対比において、次の関係が見出される。すなわち、短波長の第１レーザ光Ｌ１では、透過率が低いことから、分割力が低い（亀裂長さが短い）一方で、裏面ダメージが少なく、亀裂の直進性制御が容易である。長波長の第２レーザ光Ｌ２では、透過率が高いことから、分割力が高い（亀裂長さが長い）一方で、裏面ダメージが多く、亀裂の直進性制御が困難である。なお、裏面ダメージは、レーザ光Ｌの照射によって裏面２１に生じたダメージであり、抜け光ダメージとも称される。

以上に説明したように、本実施形態においては、加工対象物１の内部透過率について、第１波長λ１の第１レーザ光Ｌ１と第２波長λ２の第２レーザ光Ｌ２とが際立って異なるものになり易い。そこで、第１レーザ光Ｌ１を加工対象物１に照射することにより、第２レーザ光Ｌ２を照射する場合に比べて、亀裂の直進性を制御し易くし（亀裂を真っ直ぐ延びやすいものとし）、及び、裏面ダメージを抑制することができる。また、第２レーザ光Ｌ２を加工対象物１に照射することにより、第１レーザ光Ｌ１を照射する場合に比べて、長い亀裂を有する第２改質領域７ｂを形成し、加工対象物１を切断する際に高い分割力を確保することができる。したがって、本実施形態によれば、加工品質を向上することが可能となる。

なお、本実施形態では、第２改質領域７ｂを形成する際に照射する第２レーザ光Ｌ２が５０％以上の内部透過率を有することから、第２改質領域７ｂから長い亀裂を確実に発生させ、加工対象物１を切断する際に高い分割力を一層確保できる。本実施形態では、１つの加工対象物１に対して、異なる波長を有する第１及び第２レーザ光Ｌ１，Ｌ２を照射することができる。

本実施形態では、第１波長λ１と第２波長λ２との差は、１００ｎｍ未満である。この場合、第１レーザ光Ｌ１の光学系を第２レーザ光Ｌ２の光学系として容易に対応させることができる。つまり、第１及び第２レーザ光Ｌ１，Ｌ２それぞれで光学系を設けなくともよく、光学系を共通化することが可能となる。

本実施形態では、加工対象物１においてレーザ光入射面とは反対側の裏面２１側に第１改質領域７ａを形成する場合、波長が短い第１レーザ光Ｌ１を集光させる。これにより、当該裏面２１に生じるダメージを効果的に抑制することができる。一方、加工対象物１における表面３と第１改質領域７ａとの間に第２改質領域７ｂを形成する場合、波長が長い第２レーザ光Ｌ２を集光させる、これにより、第２改質領域７ｂから長い亀裂を発生させることができ、加工対象物１の分割力を効果的に高めることができる。

本実施形態では、レーザ光源２０２としてラマンシフトレーザを用いている。この場合、第１レーザ光Ｌ１から誘導ラマン散乱によって第２レーザ光Ｌ２を発生させることができる。また、波長差が小さい第１及び第２レーザ光Ｌ１，Ｌ２の同時出力を、具体的且つ簡易に実現できる。

ところで、シリコン系半導体検出器であるカメラ２０８及びシリコン系ディテクタ２１０において、精度よく第１レーザ光Ｌ１の反射光Ｌ１Ｒ及び第１レーザ光Ｌ１の透過光Ｌ１Ｔを検出する場合、反射光Ｌ１Ｒ及び透過光Ｌ１Ｔがシリコンに吸収する特性を有することが重要である。この点、本実施形態では、反射光Ｌ１Ｒ及び透過光Ｌ１Ｔが短波長である第１波長λ１を有しており、この反射光Ｌ１Ｒ及び透過光Ｌ１Ｔを検出することから、カメラ２０８及びシリコン系ディテクタ２１０の感度を高めて検出精度を向上することができる。加えて、上述したように、長波長である第２波長λ２を有する第２レーザ光Ｌ２を加工対象物１に照射することにより、長い亀裂が伸びる第２改質領域７ｂを形成し、加工対象物１を切断する際に高い分割力を確保することができる。

したがって、本実施形態では、シリコン系半導体検出器の高い検出精度と加工対象物１の高い分割力とを両立でき、加工品質を向上することが可能となる。換言すると、本実施形態のレーザ加工装置２００は、シリコン系半導体検出器の感度が高い第１波長λ１のレーザ光Ｌ１と、加工対象物１に対して分割力が高い第２波長λ２の第２レーザ光Ｌ２と、を同軸で出力可能なラマンシフトレーザをレーザ光源２０２として備える。

本実施形態では、第１レーザ光Ｌ１の第１波長λ１は、透過率変化波長範囲Ｒ１１の波長である。この場合、加工対象物１に対して、第１波長λ１の第１レーザ光Ｌ１が高い吸収率（低い内部透過率）となり、第２波長λ２の第２レーザ光Ｌ２が高い内部透過率となり易い。これにより、上記作用効果、すなわち、第１レーザ光Ｌ１の反射光Ｌ１Ｒとダイクロイックミラー２０４ａを透過した第１レーザ光Ｌ１の透過光Ｌ１Ｔとを検出するシリコン系半導体検出器の感度を高め、加工対象物１に第２レーザ光Ｌ２を照射して形成した第２改質領域７ｂによって高い分割力を確保するという上記作用効果が、好適に発揮される。

シリコン系の加工対象物１では、照射されるレーザ光Ｌの波長が９００ｎｍ〜１２００ｎｍの範囲のとき、その波長が大きくなるに連れて内部透過率も顕著に大きくなることが見出される（図１０参照）。この点、本実施形態は、ラマンシフトレーザであるレーザ光源２０２を備え、９００ｎｍ〜１２００ｎｍの範囲の波長を有する第１及び第２レーザ光Ｌ１，Ｌ２を出力する。よって、出力した第１及び第２レーザ光Ｌ１，Ｌ２は、その差が例えば数十〜１００ｎｍ程度であるものの、互いに顕著に異なる内部透過率をそれぞれ有することになる。その結果、第１レーザ光Ｌ１を加工対象物１に照射することにより、亀裂の直進性を制御し易くし、及び、裏面ダメージを抑制することができる。また、第２レーザ光Ｌ２を加工対象物１に照射することにより、長い亀裂を有する第２改質領域７ｂを形成し、加工対象物１を切断する際に高い分割力を確保することができる。したがって、本発明によれば、加工品質を向上することが可能となる。

ちなみに、本実施形態は、上述した装置又は方法に限定されない。本実施形態では、以下の装置又は方法を採用することもできる。

本実施形態では、加工対象物１において表面３側に形成される第２改質領域７ｂを、第１レーザ光Ｌ１の照射により形成される第１改質領域７ａとしてもよい。具体的には、例えば、制御部２５０により、ステージ１１１及び駆動ユニット２３２の少なくとも何れかを駆動させ、集光点Ｐを加工対象物１において最も表面３側の第１改質領域７ａと表面３との間に位置させる。レーザ光源２０２から第１波長λ１の第１レーザ光Ｌ１と第２波長λ２の第２レーザ光Ｌ２とを同時に出力する。このとき、制御部２５０により、レーザ光源２０２の平均出力又はピーク出力を小さくし、第２レーザ光Ｌ２のエネルギを改質領域７が形成される閾値よりも小さくする。これにより、実質的に第１レーザ光Ｌ１のみを加工対象物１に集光させる。これと共に、加工対象物１と第２レーザ光Ｌ２とを切断予定ライン５に沿って相対移動（スキャン）させる。

その結果、加工対象物１における表面３側及び裏面２１側には、短波長の第１レーザ光Ｌ１により第１改質領域７ａが形成され、これにより、改質領域７から伸びる亀裂の直進性を向上できる。一方、第１改質領域７ａの間の中央部分には、長波長の第２レーザ光Ｌ２により第２改質領域７ｂが形成され、これにより、分割力を高めることができる。

本実施形態では、加工対象物１に集光させて改質領域７を形成する第１及び第２レーザ光Ｌ１，Ｌ２を、レーザ光源２０２の出力を制御することによって切り替えたが、当該切替えを実現する方法又は構成は特に限定されず、公知の方法又は構成を採用できる。例えば、第１及び第２レーザ光Ｌ１，Ｌ２の光路上におけるフィルタやミラー等の光学部品の配置を機械的に適宜切り替えることにより、加工対象物１に集光させる第１及び第２レーザ光Ｌ１，Ｌ２を切り替えてもよい。

本実施形態において、第１レーザ光Ｌ１は、改質領域７を形成する加工用レーザ光として利用されると共に、シリコン系半導体検出器で検出する検出用レーザ光としても利用されるが、加工用レーザ光のみとして利用されてもよいし、検出用レーザ光のみとして利用されてもよい。例えば、本実施形態は、シリコン系ディテクタ２１０を備えず、且つ、カメラ２０８において第１レーザ光Ｌ１の反射光Ｌ１Ｒを検出しない場合がある。また例えば、本実施形態は、シリコン系ディテクタ２１０を備えず、又は、カメラ２０８において第１レーザ光Ｌ１の反射光Ｌ１Ｒを検出しない場合がある。また例えば、第１改質領域７ａを形成せずに、第１レーザ光Ｌ１の反射光Ｌ１Ｒと第１レーザ光Ｌ１の透過光Ｌ１Ｔとをシリコン系半導体検出器で検出する場合がある。

本実施形態では、裏面２１側から表面３側の順で複数列の改質領域７を形成したが、複数列の改質領域７を形成する順序は、特に限定されず、順不同である。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態について詳細に説明する。なお、本実施形態の説明では、上記第１実施形態と異なる点について説明する。

図１３は、第２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３００を示す概略構成図である。図１４は、レーザ加工装置３００の照射光学系２０４を示す概略構成図である。図１３に示すように、レーザ加工装置３００では、照射光学系２０４が調整光学系３０２をさらに有している。

本実施形態において、集光光学系２０５は、第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２を加工対象物１に対して同軸で集光させる。調整光学系３０２は、第１及び第２レーザ光Ｌ１，Ｌ２を時間的に制御する。調整光学系３０２は、加工対象物１に対する第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２の照射タイミングを互いに異ならせる。換言すると、調整光学系３０２は、集光光学系２０５により同軸で集光される第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２の一方に、他方に対する時間的ディレイを与える。

図１４に示すように、調整光学系３０２は、第１レーザ光Ｌ１と第２レーザ光Ｌ２との間に光路差を設けて、第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２の照射タイミングをずらす。図示する例では、第１レーザ光Ｌ１は、ダイクロイックミラー３０２ａを透過し、ダイクロイックミラー３０２ｂを透過した後、集光光学系２０５に入射する。第２レーザ光Ｌ２は、ダイクロイックミラー３０２ａで反射して第１レーザ光Ｌ１から分離し、ミラー３０２ｃ，３０２ｄで反射した後、ダイクロイックミラー３０２ｂで反射して第１レーザ光Ｌ１に合流し、集光光学系２０５に入射する。

図１５は、合成パルス波形Ｗの例を示す図である。図１５の各図では、横軸が時間を表し、縦軸がパワーを表す。図１５に示すように、このような調整光学系３０２は、集光させる第１レーザ光Ｌ１の第１パルス波形Ｗ１と第２レーザ光Ｌ２の第２パルス波形Ｗ２とを、所定波形形状の合成パルス波形Ｗへ合成する。図１５（ａ）及び図１５（ｂ）に示すように、ここでの第１及び第２パルス波形Ｗ１，Ｗ２は、互いに同じパルス幅の矩形波形状を有する。

例えば図１５（ｃ）に示す例では、調整光学系３０２は、第２レーザ光Ｌ２よりも先に第１レーザ光Ｌ１が加工対象物１に照射され且つ第１パルス波形Ｗ１と第２パルス波形Ｗ２とがパルス幅未満だけずれるように、第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２間に光路差を設ける。これにより、調整光学系３０２は、２段の階段波形状の合成パルス波形Ｗａを生成する。合成パルス波形Ｗａにおいて時間的に前側は、第１パルス波形Ｗ１に対応し、第１波長λ１を有する。合成パルス波形Ｗａにおいて時間的に後側は、第２パルス波形Ｗ２に対応し、第２波長λ２を有する。合成パルス波形Ｗａにおいて第１パルス波形Ｗ１と第２パルス波形Ｗ２との間の凸部分は、第１パルス波形Ｗ１と第２パルス波形Ｗ２とが互いに重なる部分であり、第１及び第２波長λ１，λ２が混合する。

例えば図１５（ｄ）に示す例では、調整光学系３０２は、第１レーザ光Ｌ１よりも先に第２レーザ光Ｌ２が加工対象物１に照射され且つ第１パルス波形Ｗ１と第２パルス波形Ｗ２とがパルス幅未満だけずれるように、第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２間に光路差を設ける。これにより、調整光学系３０２は、２段の階段波形状の合成パルス波形Ｗｂを生成する。合成パルス波形Ｗｂにおいて時間的に前側は、第２パルス波形Ｗ２に対応し、第２波長λ２を有する。合成パルス波形Ｗｂにおいて時間的に後側は、第１パルス波形Ｗ１に対応し、第１波長λ１を有する。合成パルス波形Ｗｂにおいて第１パルス波形Ｗ１と第２パルス波形Ｗ２との間の凸部分は、第１パルス波形Ｗ１と第２パルス波形Ｗ２とが互いに重なる部分であり、第１及び第２波長λ１，λ２が混合する。

例えば図１５（ｅ）に示す例では、調整光学系３０２は、第２レーザ光Ｌ２よりも先に第１レーザ光Ｌ１が加工対象物１に照射され且つ第１パルス波形Ｗ１と第２パルス波形Ｗ２とパルス幅だけずれるように、第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２間に光路差を設ける。これにより、調整光学系３０２は、長尺のパルス幅を有する矩形波形状の合成パルス波形Ｗｃを生成する。合成パルス波形Ｗｃにおいて時間的に前側は、第１パルス波形Ｗ１に対応し、第１波長λ１を有する。合成パルス波形Ｗｃにおいて時間的に後側は、第２パルス波形Ｗ２に対応し、第２波長λ２を有する。

例えば図１５（ｆ）に示す例では、調整光学系３０２は、第１レーザ光Ｌ１よりも先に第２レーザ光Ｌ２が加工対象物１に照射され且つ第１パルス波形Ｗ１と第２パルス波形Ｗ２とがパルス幅だけずれるように、第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２間に光路差を設ける。これにより、調整光学系３０２は、長尺のパルス幅を有する矩形波形状の合成パルス波形Ｗｄを生成する。合成パルス波形Ｗｄにおいて時間的に前側は、第２パルス波形Ｗ２に対応し、第２波長λ２を有する。合成パルス波形Ｗｄにおいて時間的に後側は、第１パルス波形Ｗ１に対応し、第１波長λ１を有する。

例えば図１５（ｇ）に示す例では、調整光学系３０２は、第２レーザ光Ｌ２よりも先に第１レーザ光Ｌ１が加工対象物１に照射され且つ第１パルス波形Ｗ１と第２パルス波形Ｗ２とがパルス幅以上ずれるように、第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２間に光路差を設ける。これにより、調整光学系３０２は、断続的な２つの矩形波形状からなる、いわゆるダブルパルス形状の合成パルス波形Ｗｅを生成する。合成パルス波形Ｗｅにおいて時間的に前側の矩形波は、第１パルス波形Ｗ１であり、第１波長λ１を有する。合成パルス波形Ｗａにおいて時間的に後側の矩形波は、第２パルス波形Ｗ２であり、第２波長λ２を有する。

例えば図１５（ｈ）に示す例では、調整光学系３０２は、第１レーザ光Ｌ１よりも先に第２レーザ光Ｌ２が加工対象物１に照射され且つ第１パルス波形Ｗ１と第２パルス波形Ｗ２とがパルス幅以上ずれるように、第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２間に光路差を設ける。これにより、調整光学系３０２は、断続的な２つの矩形波形状からなる、いわゆるダブルパルス形状の合成パルス波形Ｗｆを生成する。合成パルス波形Ｗｆにおいて時間的に前側の矩形波は、第２パルス波形Ｗ２であり、第２波長λ２を有する。合成パルス波形Ｗｆにおいて時間的に後側の矩形波は、第１パルス波形Ｗ１であり、第１波長λ１を有する。

本実施形態において、制御部２５０は、第１レーザ光Ｌ１のエネルギが第２レーザ光Ｌ２のエネルギよりも大きくなるようにレーザ光源２０２を制御する第１エネルギ制御と、第１レーザ光Ｌ１のエネルギが第２レーザ光Ｌ２のエネルギよりも小さくなるようにレーザ光源２０２を制御する第２エネルギ制御と、の少なくとも何れかを実行可能である。制御部２５０は、レーザ光源２０２のファイバレーザ２０２ａの出力を制御することにより、第１レーザ光Ｌ１のエネルギを調整すると共に、ラマン散乱によって発生させた第２レーザ光Ｌ２のエネルギを調整する。

レーザ加工装置３００を用いたレーザ加工方法では、レーザ光源２０２から第１波長λ１の第１レーザ光Ｌ１と第２波長λ２の第２レーザ光Ｌ２とを同時に出力する際、制御部２５０によりレーザ光源２０２を制御し、第１レーザ光Ｌ１のエネルギが第２レーザ光Ｌ２のエネルギよりも大きく又は小さくなるように、第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２の少なくとも何れかのエネルギを調整する。

また、第１及び第２レーザ光Ｌ１，Ｌ２を加工対象物１に照射する際、調整光学系３０２により、加工対象物１に対する第１及び第２レーザ光Ｌ１，Ｌ２の照射タイミングを互いに異ならせる。これにより、集光光学系２０５で集光させる第１レーザ光Ｌ１の第１パルス波形Ｗ１及び第２レーザ光Ｌ２の第２パルス波形Ｗ２を、所定波形形状となるように合成し、合成パルス波形Ｗとする。具体的には、第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２の一方に他方に対する時間的ディレイを与え、合成パルス波形Ｗａ〜Ｗｆの何れかを生成する。

以上、本実施形態においても、上記実施形態と同様な効果、すなわち、加工品質を向上する等の効果を奏する。本実施形態では、加工対象物１に対する第１及び第２レーザ光Ｌ１，Ｌ２の照射タイミングを互いに異ならせ、その各パルス波形Ｗ１，Ｗ２を合成している。これにより、部分的に波長が異なる所定波形形状の合成パルス波形Ｗとして、レーザ加工を実施できる。

特に、合成パルス波形Ｗａ，Ｗｃ，Ｗｅ（図１５（ｃ），（ｅ），（ｇ）参照）の何れかに合成してレーザ加工を行う場合、時間的に前側の第１パルス波形Ｗ１に対応する部分により、その波長が第１波長λ１と短いことから、レーザ光Ｌの吸収のきっかけを形成することができる。そして、時間的に後側の第２パルス波形Ｗ２に対応する部分により、その波長が第２波長λ２と長いことから、亀裂を十分に伸ばすことができる。

合成パルス波形Ｗａに合成する場合には、加工対象物１において集光点Ｐの温度を高めた状態（つまり、吸収係数が高い状態）とし、この状態において、長波長である第２パルス波形Ｗ２に対応する部分によりレーザ加工が行われる。これにより、漏れ光を低減することが可能となる。

合成パルス波形Ｗｃに合成した場合には、１パルス当たりのレーザ光照射時間（パルス幅）を長くすることができ、亀裂の進展力を高めることが可能となる。

合成パルス波形Ｗｅに合成した場合には、第１及び第２パルス波形Ｗ１，Ｗ２間で加工対象物１を一旦冷やすことができ、長波長である第２パルス波形Ｗ２によりレーザ加工が行われる際に、集光点Ｐとその周囲との温度差を大きくできる。これにより、亀裂の進展力を高めることが可能となる。

一方、合成パルス波形Ｗｂ，Ｗｄ，Ｗｆ（図１５（ｄ），（ｆ），（ｈ）参照）の何れかに合成した場合、時間的に前側の第２パルス波形Ｗ２に対応する部分により、その波長が第２波長λ２と長いことから、長く伸びた亀裂を形成することができる。そして、時間的に後側の第１パルス波形Ｗ１に対応する部分により、その波長が第１波長λ１と短いことから、当該亀裂の先端を光軸方向に沿って真っ直ぐに制御することができる。

合成パルス波形Ｗｂに合成した場合には、長波長である第２パルス波形Ｗ２に対応する部分により長い亀裂を発生させ、当該亀裂の先端を、短波長である第１パルス波形Ｗ１に対応する部分により真っ直ぐに制御することができる。これにより、亀裂の直進性を向上することが可能となる。

合成パルス波形Ｗｆに合成した場合には、例えば第１及び第２パルス波形Ｗ１，Ｗ２の間隔が短いほど、亀裂の長さを短く抑制することができる。

本実施形態では、制御部２５０により、第１レーザ光Ｌ１のエネルギが第２レーザ光Ｌ２のエネルギよりも大きく又は小さくなるように調整する。これにより、例えば亀裂の長さ、亀裂の直進性、及び、裏面ダメージの少なくとも何れかを制御することが可能となる。

特に、合成パルス波形Ｗａ，Ｗｃ，Ｗｅ（図１５（ｃ），（ｅ），（ｇ）参照）の何れかに合成した場合において、第１レーザ光Ｌ１のエネルギを第２レーザ光Ｌ２のエネルギよりも大きくする場合、次の作用効果を奏する。すなわち、時間的に前側における短波長の第１パルス波形Ｗ１のパルスエネルギが高くなる。また、時間的に後側における長波長の第２パルス波形Ｗ２のパルスエネルギが低くなる。よって、先にレーザ光Ｌを吸収させて改質領域７をしっかりと形成すると共に、抜け光が多くなり易い長波長の第２パルス波形Ｗ２のパルスエネルギを下げることができる。その結果、抜け光に起因した裏面ダメージを低減させる効果が十分に発揮される。

合成パルス波形Ｗａ，Ｗｃ，Ｗｅ（図１５（ｃ），（ｅ），（ｇ）参照）の何れかに合成した場合において、第１レーザ光Ｌ１のエネルギを第２レーザ光Ｌ２のエネルギよりも小さくする場合、次の作用効果を奏する。すなわち、時間的に前側における短波長の第１パルス波形Ｗ１のパルスエネルギが低くなる。また、時間的に後側における長波長の第２パルス波形Ｗ２のパルスエネルギが高くなる。よって、初期発生する亀裂の向きを厚さ方法に真っ直ぐ形成した上で、当該亀裂を、長波長の第２パルス波形Ｗ２によるレーザ加工で厚さ方向に進展させることができる。その結果、加工対象物１を切断する場合、凹凸が少ない切断面を得ることができる。

合成パルス波形Ｗｂ，Ｗｄ，Ｗｆ（図１５（ｄ），（ｆ），（ｈ）参照）の何れかに合成した場合において、第１レーザ光Ｌ１のエネルギを第２レーザ光Ｌ２のエネルギよりも小さくする場合、次の作用効果を奏する。すなわち、時間的に前側における長波長の第２パルス波形Ｗ２のパルスエネルギが高くなる。また、時間的に後側における短波長の第１パルス波形Ｗ１のパルスエネルギが低くなる。よって、長波長の第２パルス波形Ｗ２によるレーザ加工により、先に亀裂を厚さ方向に沿ってある程度長く伸ばし、その後の短波長の第１パルス波形Ｗ１によるレーザ加工により、当該亀裂の先端を真っ直ぐに制御することができる。

合成パルス波形Ｗｂ，Ｗｄ，Ｗｆ（図１５（ｄ），（ｆ），（ｈ）参照）の何れかに合成した場合において、第１レーザ光Ｌ１のエネルギを第２レーザ光Ｌ２のエネルギよりも大きくする場合、次の作用効果を奏する。すなわち、時間的に前側における長波長の第２パルス波形Ｗ２のパルスエネルギが低くなる。また、時間的に後側における短波長の第１パルス波形Ｗ１のパルスエネルギが高くなる。これにより、発生する亀裂の伸びを抑え、ツイストハックル等の品質悪化を低減することができる。

［第３実施形態］
次に、第３実施形態について詳細に説明する。なお、本実施形態の説明では、上記第２実施形態と異なる点について説明する。

図１６は、第３実施形態に係るレーザ加工装置の照射光学系２０４を示す概略構成図である。図１６に示すように、本実施形態のレーザ加工装置では、照射光学系２０４が調整光学系３０２（図１４参照）に代えて調整光学系４０２を有している。

調整光学系４０２は、第１及び第２レーザ光Ｌ１，Ｌ２を空間的に制御する。調整光学系４０２は、第１及び第２レーザ光Ｌ１，Ｌ２を切断予定ライン５に沿う方向に互いに異なる位置に同時に集光するように分離する。調整光学系４０２は、第１及び第２レーザ光Ｌ１，Ｌ２を分離して集光光学系２０５へ入射させることにより、第１及び第２レーザ光Ｌ１，Ｌ２の各集光点をスキャン方向（第１及び第２レーザ光Ｌ１，Ｌ２を移動させる方向）に沿ってずらす。

図示する例では、調整光学系４０２は、第１レーザ光Ｌ１の集光点を、第２レーザ光Ｌ２の集光点よりもスキャン方向の前側に位置させる。すなわち、切断予定ライン５上において先に第１レーザ光Ｌ１を照射させ、後に第２レーザ光Ｌ２を照射させる。第１及び第２レーザ光Ｌ１，Ｌ２の各集光点の離間距離は、第１及び第２レーザ光Ｌ１，Ｌ２のパルスピッチと等しい距離とされる。「等しい」の語は、略等しい、略同じ、同程度を含み、完全同一に限定されるものではない。

第１レーザ光Ｌ１は、ダイクロイックミラー４０２ａを透過し、集光光学系２０５に入射する。第２レーザ光Ｌ２は、ダイクロイックミラー４０２ａで反射して第１レーザ光Ｌ１から分離し、ミラー４０２ｂで反射した後、集光光学系２０５に入射する。

本実施形態のレーザ加工方法では、第１及び第２レーザ光Ｌ１，Ｌ２を加工対象物１に対して照射する際、調整光学系４０２により第１及び第２レーザ光Ｌ１，Ｌ２を分離し、切断予定ライン５に沿う方向に互いに異なる位置に集光させる。

以上、本実施形態においても、上記実施形態と同様な効果、すなわち、加工品質を向上する等の効果を奏する。本実施形態では、第１及び第２レーザ光Ｌ１，Ｌ２を、切断予定ライン５に沿う方向における互いに異なる位置に集光するように分離する。これにより、波長が互いに異なる第１及び第２レーザ光Ｌ１，Ｌ２を、切断予定ライン５に沿う方向に空間的に分離して加工対象物１に同時に集光させることができる。

特に本実施形態では、第１及び第２レーザ光Ｌ１，Ｌ２を分離し、切断予定ライン５上において先に第１レーザ光Ｌ１を照射させ、後に第２レーザ光Ｌ２を照射させる。これにより、先に照射する第１レーザ光Ｌ１より、レーザ光Ｌの吸収のきっかけを形成することができる。そして、後に照射する第２レーザ光Ｌ２により、亀裂を十分に伸ばすことができる。第１及び第２レーザ光Ｌ１，Ｌ２を同軸で同時に照射するよりも、裏面ダメージを低減できる。

なお、調整光学系４０２は、第２レーザ光Ｌ２の集光点を、第１レーザ光Ｌ１の集光点よりもスキャン方向の前側に位置させてもよい。すなわち、切断予定ライン５上において先に第２レーザ光Ｌ２を照射させ、後に第１レーザ光Ｌ１を照射させてもよい。この場合、長波長の第２レーザ光Ｌ２によって長い亀裂は形成しつつ、短波長の第１レーザ光Ｌ１によって分割力を抑制できる。その結果、加工後の加工対象物１のハンドリング性（取扱性）を向上することが可能となる。

［第４実施形態］
次に、第４実施形態について詳細に説明する。なお、本実施形態の説明では、上記第２実施形態と異なる点について説明する。

図１７は、第４実施形態に係るレーザ加工装置の照射光学系２０４を示す概略構成図である。図１８は、第４実施形態に係る第１及び第２レーザ光Ｌ１，Ｌ２を説明する断面図である。図１７に示すように、本実施形態のレーザ加工装置では、照射光学系２０４が調整光学系３０２（図１３参照）を備えず、ダイクロイックミラー２０４ａ（図１３参照）に代えてミラー５０２ａを含む調整光学系５０２を備えている。

調整光学系５０２は、第１及び第２レーザ光Ｌ１，Ｌ２を空間的に制御する。図１７及び図１８（ａ）に示すように、調整光学系５０２のミラー５０２ａは、第１及び第２レーザ光Ｌ１，Ｌ２のビーム断面形状を調整し、第１レーザ光Ｌ１のビーム断面形状を第２レーザ光Ｌ２のビーム断面形状を囲う環状に成形する。第１及び第２レーザ光Ｌ１，Ｌ２のビーム断面形状は、光軸に直交する断面上における第１及び第２レーザ光Ｌ１，Ｌ２の形状である。ビーム断面形状は、スポット形状、又はビームプロファイルとも称する。

ミラー５０２ａの表面は、その領域毎に波長に対する反射率が変更されている。ミラー５０２ａの表面には、例えば、誘電体多層膜が形成されている。ミラー５０２ａにおいて外周部５０５と中心部５０６とは、第１及び第２波長λ１，λ２に対する反射率が異なっている。具体的には、外周部５０５では、第１波長λ１の第１レーザ光Ｌ１の反射率が中心部５０６よりも高くされている。中心部５０６では、第２波長λ２の第２レーザ光Ｌ２の反射率が外周部５０５よりも高くされている。

第１レーザ光Ｌ１は、ミラー５０２ａの外周部５０５で反射して集光光学系２０５に入射すると共に中心部５０６を透過し、第２レーザ光Ｌ２は、ミラー５０２ａの中心部５０６で反射して集光光学系２０５に入射すると共に、外周部５０５を透過する。これにより、第１レーザ光Ｌ１のビーム断面形状は、第２レーザ光Ｌ２のビーム断面形状を囲う環状として、当該第１及び第２レーザ光Ｌ１，Ｌ２を加工対象物１に集光される。換言すると、円形ビーム断面形状を有する第２レーザ光Ｌ２と、それを囲う円環状のビーム断面形状を有する第１レーザ光Ｌ１とが、加工対象物１へ同軸で同時に集光される。

本実施形態のレーザ加工方法では、第１及び第２レーザ光Ｌ１，Ｌ２を加工対象物１に対して照射する際、調整光学系５０２のミラー５０２ａにより、同時に照射する第１及び第２レーザ光Ｌ１，Ｌ２について、スポット径方向における内側と外側とで分かれるようにビーム成形する。具体的には、第１レーザ光Ｌ１のビーム断面形状が第２レーザ光Ｌ２のビーム断面形状を囲う環状となるように、第１及び第２レーザ光Ｌ１，Ｌ２を成形する。そして、当該第１及び第２レーザ光Ｌ１，Ｌ２を、集光光学系２０５により加工対象物１に集光させる。

以上、本実施形態においても、上記実施形態と同様な効果、すなわち、加工品質を向上する等の効果を奏する。本実施形態では、図１８（ａ）に示すように、波長が短い第１レーザ光Ｌ１のビーム断面形状を第２レーザ光Ｌ２のビーム断面形状を囲う環状とする。これにより、加工対象物１において集光点よりも入射面側（例えば図中のＸ１）の加熱を抑制し、当該入射面側の温度を低くすると共に、集光点付近（例えば図中のＸ２）の温度を高めることができる。集光点付近とそれ以外との間の温度差を大きくし、強い引張力を発生させて亀裂の進展力を高めることが可能となる。

なお、調整光学系５０２のミラー５０２ａは、第２レーザ光Ｌ２のビーム断面形状が第１レーザ光Ｌ１のビーム断面形状を囲う環状となるように第１及び第２レーザ光Ｌ１，Ｌ２のビーム断面形状を調整してもよい。具体的には、ミラー５０２ａにおいて、外周部５０５では、第２波長λ２の第２レーザ光Ｌ２の反射率を中心部５０６よりも高くし、中心部５０６では、第１波長λ１の第１レーザ光Ｌ１の反射率を外周部５０５よりも高くする。この場合、図１８（ｂ）に示すように、第２レーザ光Ｌ２は集光点に対して裏面２１側（入射面の反対面側）に拡散しやすいことから、裏面２１におけるダメージ（いわゆる直下ダメージ）を抑制することが可能となる。

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。

例えば、第１及び第２レーザ光Ｌ１，Ｌ２が有する第１及び第２波長λ１，λ２は、上記実施形態の値に限定されない。第１及び第２レーザ光Ｌ１，Ｌ２は、例えば以下に例示するように、加工対象物１の材質に応じて種々の波長を有していてもよい。

図１９は、リン化インジウム（ＩｎＰ）で形成された加工対象物１におけるレーザ光Ｌの内部透過率を示すグラフである。図中の内部透過率は、厚さ１００μｍの加工対象物１を対象としている。図１９に示すように、リン化インジウムで形成された加工対象物１には、波長変化に伴って加工対象物１の内部透過率が非線形を有して変化する波長範囲である透過率変化波長範囲Ｒ２１が存在する。透過率変化波長範囲Ｒ２１は、透過率変化波長範囲Ｒ１１と同様な波長範囲である。透過率変化波長範囲Ｒ２１では、レーザ光Ｌに対する内部透過率が大きく変化する。透過率変化波長範囲Ｒ２１における内部透過率は、レーザ光Ｌの波長が大きくなるに連れて、急峻に増加する。加工対象物１がリン化インジウムで形成されている場合、透過率変化波長範囲Ｒ２１は、例えば９００ｎｍ〜９８０ｎｍである。

このようなリン化インジウム系の加工対象物１に対して、レーザ光源２０２から照射する第１及び第２レーザ光Ｌ１，Ｌ２は、次の第１及び第２波長λ１，λ２を有していてもよい。すなわち、第１及び第２波長λ１，λ２は、例えば９００ｎｍ〜９８０ｎｍの範囲に存在してもよい。例えば、第１波長λ１が９３６ｎｍであり、第２波長λ２が９７６ｎｍであってもよい。この場合、第１レーザ光Ｌ１はアンチストークス光であり、第２レーザ光Ｌ２はポンプ光（入射光）である。

また、第１波長λ１は、透過率変化波長範囲Ｒ２１の波長であり、第２波長λ２は、第１波長λ１よりも大きく且つ加工対象物１の内部透過率が５０％以上となる波長であってもよい。すなわち、レーザ光源２０２は、透過率変化波長範囲Ｒ２１における第１波長λ１の第１レーザ光Ｌ１と、第１波長λ１よりも大きく且つ加工対象物１の内部透過率が５０％以上となる波長範囲における第２波長λ２の第２レーザ光Ｌ２と、を同時に出力してもよい。

リン化インジウムで形成した加工対象物１をレーザ加工する場合、レーザ光源２０２としては、次の構成が想定される。例えば、９８０ｎｍ帯のファイバレーザ２０２ａを有し、ファイバレーザ２０２ａで発生させたレーザ光Ｌ（第２レーザ光Ｌ２）をファイバ２０２ｂに入射することにより、第１及び第２レーザ光Ｌ１，Ｌ２を出力する構成が想定される。

図２０は、酸化ガリウム（Ｇａ_２Ｏ_３）で形成された加工対象物１におけるレーザ光Ｌの内部透過率を示すグラフである。図中の内部透過率は、厚さ４００μｍの加工対象物１を対象としている。図２０に示すように、加工対象物１には、波長変化に伴って加工対象物１の内部透過率が非線形を有して変化する波長範囲である透過率変化波長範囲Ｒ３１が存在する。透過率変化波長範囲Ｒ３１は、透過率変化波長範囲Ｒ１１，Ｒ２１と同様な波長範囲である。透過率変化波長範囲Ｒ３１では、レーザ光Ｌに対する内部透過率が大きく変化する。透過率変化波長範囲Ｒ３１における内部透過率は、レーザ光Ｌの波長が大きくなるに連れて、急峻に増加する。加工対象物１が酸化ガリウムで形成されている場合、透過率変化波長範囲Ｒ３１は、例えば２２０ｎｍ〜２９０ｎｍである。

このような酸化ガリウム系の加工対象物１に対して、レーザ光源２０２から照射する第１及び第２レーザ光Ｌ１，Ｌ２は、次の第１及び第２波長λ１，λ２を有していてもよい。すなわち、第１及び第２波長λ１，λ２は、例えば２２０ｎｍ〜２９０の範囲に存在してもよい。例えば、第１波長λ１が２６６ｎｍであり、第２波長λ２が２６９ｎｍであってもよい。

また、第１波長λ１は、透過率変化波長範囲Ｒ３１の波長であり、第２波長λ２は、第１波長λ１よりも大きく且つ加工対象物１の内部透過率が５０％以上となる波長であってもよい。すなわち、レーザ光源２０２は、透過率変化波長範囲Ｒ３１における第１波長λ１の第１レーザ光Ｌ１と、第１波長λ１よりも大きく且つ加工対象物１の内部透過率が５０％以上となる波長範囲における第２波長λ２の第２レーザ光Ｌ２と、を同時に出力してもよい。

酸化ガリウムで形成した加工対象物１をレーザ加工する場合、例えば以下に示すように、レーザ光源２０２は、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ又はＮｄ：ＹＡＧレーザを固体レーザ光源として有してもよい。この場合、固体レーザ光源で４倍波（＝第１波長λ１）の第１レーザ光Ｌ１を発し、発生させた第１レーザＬ１をファイバ２０２ｂに入射することにより、第１及び第２レーザ光Ｌ１，Ｌ２を出力する。
［Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ］基本波１０６４ｎｍ，４倍波２６６ｎｍ
［Ｎｄ：ＹＡＧレーザ］基本波１０６４ｎｍ，４倍波２６６ｎｍ

上記実施形態では、第１レーザ光Ｌ１の内部透過率が第２レーザ光Ｌ２の内部透過率よりも高くてもよい。この場合、第２レーザ光Ｌ２を加工対象物１に照射することにより、第１レーザ光Ｌ１を照射する場合に比べて、亀裂の直進性を制御し易くし、及び、裏面ダメージを抑制できる。また、第１レーザ光Ｌ１を加工対象物１に照射することにより、第２レーザ光Ｌ２を照射する場合に比べて、長い亀裂を有する改質領域７を形成し、加工対象物１を切断する際に高い分割力を確保することができる。

上記実施形態では、改質領域７を形成した後、切断しなくてもよい。例えば、第１及び第２レーザ光Ｌ１，Ｌ２を照射して改質領域７を形成した後、加工対象物１にエッチング処理を施すことにより、改質領域７に含まれる又は改質領域７から延びる亀裂に沿ってエッチングを選択的に進展させる工程を含んでいてもよい。

上記実施形態では、加工対象物１の内部において厚さ方向の位置が互いに異なる改質領域７を１列のみ形成してもよいし、２列以上形成してもよい。上記実施形態は、液晶層に所定の変調パターンを表示させてレーザ光Ｌを所望に変調させる空間光変調器を備えていてもよい。上記実施形態は、ＡＦユニット２１２を備えているが、例えば装置仕様等によっては、備えていなくともよい。

また、上記実施形態では、「レーザ光入射面」を表面３とし、「レーザ光入射面の反対面」を裏面２１としたが、裏面２１が「レーザ光入射面」とされる場合、表面３が「レーザ光入射面の反対面」となる。また、上記実施形態では、表面３及び裏面２１の少なくとも一方に至る亀裂を改質領域７から発生させてもよい。なお、本発明は、上記レーザ加工装置又は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。

上記実施形態では、レーザ光出力部であるレーザ光源２０２としてラマンシフトレーザを用いたが、レーザ光出力部は限定されるものではない。例えばレーザ光出力部が２つの固体レーザ光源を有し、それぞれから第１及び第２レーザ光Ｌ１，Ｌ２を出射する構成であってもよい。つまり、上記実施形態では、ラマンシフトレーザにおいて分離した第１及び第２レーザ光Ｌ１，Ｌ２を加工対象物１に照射したが、ラマンシフトレーザをレーザ光出力部として用いなくてもよく、要は、第１及び第２波長λ１，λ２の第１及び第２レーザ光Ｌ１，Ｌ２をレーザ光出力部から出力できればよい。上記において、内部透過率及び波長の各数値は、実質的には、例えば計測誤差等の公知の誤差に対応する一定の幅を有する。

上記実施形態において、第１波長λ１と第２波長λ２との差であるラマンシフト量は、特に限定されず、レーザ光Ｌを通過させる媒質やレーザ光Ｌ（ポンプ光）の波長により変化させることができる。上記実施形態におけるラマンシフト量の他に、例えば、第１波長λ１が１５５０ｎｍで１００ｎｍ以上のラマンシフト量を実現できるし、第１波長λ１が１０６４ｎｍであっても１００ｎｍ以上のラマンシフト量（例えばゲインがピークでない場合）も実現できる。また、例えばファイバ２０２ｂを例えば石英以外の材料にした場合にも、１００ｎｍ以上のラマンシフト量を実現できる。

１…加工対象物、３…表面（入射面）５…切断予定ライン（改質領域形成予定ライン）、７…改質領域、７ａ…第１改質領域、７ｂ…第２改質領域、２１…裏面（反対面）、１００，２００，３００…レーザ加工装置、２０２…レーザ光源（レーザ光出力部）、２０４…照射光学系、２０４ａ…ダイクロイックミラー、２０５…集光光学系、２０８…カメラ（シリコン系半導体検出器）、２１０…シリコン系ディテクタ（シリコン系半導体検出器）、２５０…制御部（集光点制御部，エネルギ制御部）、３０２…調整光学系、４０２…調整光学系、５０２…調整光学系、Ｌ…レーザ光、Ｌ１…第１レーザ光、Ｌ２…第２レーザ光、Ｌ１Ｒ…第１レーザ光の反射光、Ｌ１Ｔ…第１レーザ光の透過光、Ｒ１１，Ｒ２１，Ｒ３１…透過率変化波長範囲、Ｗ１…第１レーザ光のパルス波形、Ｗ２…第２レーザ光のパルス波形。

Claims (25)

1. 加工対象物にレーザ光を集光させることにより、前記加工対象物の内部に改質領域を形成するレーザ加工方法であって、
   波長変化に伴って前記加工対象物の内部透過率が非線形を有して変化する波長範囲である透過率変化波長範囲における第１波長の第１レーザ光と、前記第１波長よりも大きく且つ前記加工対象物の内部透過率が５０％以上となる第２波長の第２レーザ光と、を同時にレーザ光出力部から出力するレーザ光出力工程と、
   前記第１レーザ光を前記加工対象物に照射すると共に、前記第２レーザ光を前記加工対象物に照射するレーザ光照射工程と、を備える、レーザ加工方法。
2. シリコンを含む加工対象物にレーザ光を集光させることにより、前記加工対象物の内部に改質領域を形成するレーザ加工方法であって、
   波長変化に伴って前記加工対象物の内部透過率が非線形を有して変化する波長範囲である透過率変化波長範囲における９００ｎｍ以上の第１波長の第１レーザ光と、前記第１波長よりも大きい第２波長の第２レーザ光と、を同時にレーザ光出力部から出力するレーザ光出力工程と、
   前記第１レーザ光を前記加工対象物に照射すると共に、前記第２レーザ光を前記加工対象物に照射するレーザ光照射工程と、を備える、レーザ加工方法。
3. 前記第１波長は、前記透過率変化波長範囲における１０００ｎｍ以上である、請求項２に記載のレーザ加工方法。
4. シリコンを含む加工対象物にレーザ光を集光させることにより、前記加工対象物の内部に改質領域を形成するレーザ加工方法であって、
   第１波長の第１レーザ光と、前記第１波長よりも大きい第２波長の第２レーザ光と、を同時にレーザ光出力部から出力するレーザ光出力工程と、
   前記第１レーザ光を前記加工対象物に照射すると共に、前記第２レーザ光を前記加工対象物に照射するレーザ光照射工程と、
   前記加工対象物で反射した前記第１レーザ光の反射光、及び、ダイクロイックミラーを透過した前記第１レーザ光の透過光の少なくとも一方をシリコン系半導体検出器により検出する検出工程と、を備える、レーザ加工方法。
5. 前記第１波長は、波長変化に伴って前記加工対象物の内部透過率が非線形を有して変化する波長範囲である透過率変化波長範囲の波長である、請求項４に記載のレーザ加工方法。
6. 前記レーザ光出力工程は、前記第１レーザ光からラマン散乱によって前記第２レーザ光を発生させる工程を有する、請求項１〜５の何れか一項に記載のレーザ加工方法。
7. 前記第１波長と前記第２波長との差は、１００ｎｍ未満である、請求項１〜６の何れか一項に記載のレーザ加工方法。
8. 前記レーザ光照射工程は、
   前記加工対象物において前記第１レーザ光の入射面とは反対側の表面である反対面側に第１改質領域が形成されるように前記第１レーザ光を集光させる工程と、
   前記加工対象物において前記入射面と前記第１改質領域との間に第２改質領域が形成されるように前記第２レーザ光を集光させる工程と、を有する、請求項１〜７の何れか一項に記載のレーザ加工方法。
9. 前記第１及び第２レーザ光は、パルスレーザ光であり、
   前記レーザ光照射工程は、
   集光光学系により前記第１及び第２レーザ光を前記加工対象物に対して同軸で集光させる工程と、
   集光させる前記第１及び第２レーザ光のパルス波形が合成されて所定波形形状となるように、前記加工対象物に対する前記第１及び第２レーザ光の照射タイミングを互いに異ならせる工程と、を有する、請求項１〜７の何れか一項に記載のレーザ加工方法。
10. 前記レーザ加工方法は、前記加工対象物の内部に改質領域形成予定ラインに沿って前記改質領域を形成する方法であって、
    前記レーザ光照射工程は、前記第１及び第２レーザ光を、前記改質領域形成予定ラインに沿う方向において互いに異なる位置に集光するように分離する工程を有する、請求項１〜７の何れか一項に記載のレーザ加工方法。
11. 前記レーザ光照射工程は、
    集光光学系により前記第１及び第２レーザ光を前記加工対象物に対して同軸で集光させる工程と、
    集光させる前記第１及び第２レーザ光における何れか一方のビーム断面形状が何れか他方のビーム断面形状を囲う環状となるように、前記第１及び第２レーザ光のビーム断面形状を調整する工程と、を有する、請求項１〜７の何れか一項に記載のレーザ加工方法。
12. 前記レーザ光出力工程は、前記第１レーザ光のエネルギが前記第２レーザ光のエネルギよりも大きく又は小さくなるように前記第１及び第２レーザ光の少なくとも何れかのエネルギを調整する工程を有する、請求項１〜１１の何れか一項に記載のレーザ加工方法。
13. 加工対象物にレーザ光を集光させることにより、前記加工対象物の内部に改質領域を形成するレーザ加工装置であって、
    波長変化に伴って前記加工対象物の内部透過率が非線形を有して変化する波長範囲である透過率変化波長範囲における第１波長の第１レーザ光と、前記第１波長よりも大きく且つ前記加工対象物の内部透過率が５０％以上となる第２波長の第２レーザ光と、を同時に出力するレーザ光出力部と、
    前記第１レーザ光を前記加工対象物に照射すると共に、前記第２レーザ光を前記加工対象物に照射する照射光学系と、を備える、レーザ加工装置。
14. シリコンを含む加工対象物にレーザ光を集光させることにより、前記加工対象物の内部に改質領域を形成するレーザ加工装置であって、
    波長変化に伴って前記加工対象物の内部透過率が非線形を有して変化する波長範囲である透過率変化波長範囲における９００ｎｍ以上の第１波長の第１レーザ光と、前記第１波長よりも大きい第２波長の第２レーザ光と、を同時に出力するレーザ光出力部と、
    前記第１レーザ光を前記加工対象物に照射すると共に、前記第２レーザ光を前記加工対象物に照射する照射光学系と、を備える、レーザ加工装置。
15. 前記第１波長は、前記透過率変化波長範囲における１０００ｎｍ以上である、請求項１４に記載のレーザ加工装置。
16. シリコンを含む加工対象物にレーザ光を集光させることにより、前記加工対象物の内部に改質領域を形成するレーザ加工装置であって、
    第１波長の第１レーザ光と、前記第１波長よりも大きい第２波長の第２レーザ光と、を同時に出力するレーザ光出力部と、
    前記第１レーザ光を前記加工対象物に照射すると共に、前記第２レーザ光を前記加工対象物に照射する照射光学系と、
    前記加工対象物で反射した前記第１レーザ光の反射光、及び、ダイクロイックミラーを透過した前記第１レーザ光の透過光の少なくとも一方を検出するシリコン系半導体検出器と、を備える、レーザ加工装置。
17. 前記第１波長は、波長変化に伴って前記加工対象物の内部透過率が非線形を有して変化する波長範囲である透過率変化波長範囲の波長である、請求項１６に記載のレーザ加工装置。
18. 前記レーザ光出力部は、ラマンシフトレーザである、請求項１３〜１７の何れか一項に記載のレーザ加工装置。
19. 前記第１波長と前記第２波長との差は、１００ｎｍ未満である、請求項１３〜１８の何れか一項に記載のレーザ加工装置。
20. 前記加工対象物における前記第１及び第２レーザ光の集光点の位置を制御する集光点制御部を備え、
    前記集光点制御部は、
    前記加工対象物において前記第１レーザ光の入射面とは反対側の表面である反対面側に第１改質領域が形成されるように前記第１レーザ光を集光させる制御と、
    前記加工対象物において前記入射面と前記第１改質領域との間に第２改質領域が形成されるように前記第２レーザ光を集光させる制御と、を実行する、請求項１３〜１９の何れか一項に記載のレーザ加工装置。
21. 前記第１及び第２レーザ光は、パルスレーザ光であり、
    前記照射光学系は、
    前記第１及び第２レーザ光を前記加工対象物に対して同軸で集光させる集光光学系と、
    集光させる前記第１及び第２レーザ光のパルス波形が合成されて所定波形形状となるように、前記加工対象物に対する前記第１及び第２レーザ光の照射タイミングを互いに異ならせる調整光学系と、を有する、請求項１３〜１９の何れか一項に記載のレーザ加工装置。
22. 前記レーザ加工装置は、前記加工対象物の内部に改質領域形成予定ラインに沿って前記改質領域を形成する装置であって、
    前記照射光学系は、前記第１及び第２レーザ光を、前記改質領域形成予定ラインに沿う方向において互いに異なる位置に集光するように分離する調整光学系を有する、請求項１３〜１９の何れか一項に記載のレーザ加工装置。
23. 前記照射光学系は、
    前記第１及び第２レーザ光を前記加工対象物に対して同軸で集光させる集光光学系と、
    集光させる前記第１及び第２レーザ光における何れか一方のビーム断面形状が何れか他方のビーム断面形状を囲う環状となるように、前記第１及び第２レーザ光のビーム断面形状を調整する調整光学系と、を有する、請求項１３〜１９の何れか一項に記載のレーザ加工装置。
24. 前記第１レーザ光のエネルギが前記第２レーザ光のエネルギよりも大きく又は小さくなるように前記レーザ光出力部を制御するエネルギ制御部を備える、請求項１３〜２３の何れか一項に記載のレーザ加工装置。
25. シリコンを含む加工対象物にレーザ光を集光させることにより、前記加工対象物の内部に改質領域を形成するレーザ加工装置であって、
    ９００ｎｍ〜１２００ｎｍの範囲における第１波長の第１レーザ光と、前記第１波長よりも大きく且つ９００ｎｍ〜１２００ｎｍの範囲における第２波長の第２レーザ光と、を同時に出力するラマンシフトレーザを備える、レーザ加工装置。