JP6482184B2 - レーザー加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、ウエーハ等の被加工物にレーザー光線を照射してレーザー加工を施すレーザー加工装置に関する。

半導体デバイス製造工程においては、略円板形状であるシリコン基板の表面に格子状に配列されたストリートと呼ばれる分割予定ラインによって複数の領域が区画され、この区画された領域にＩＣ、ＬＳＩ等の回路を形成する。そして、半導体ウエーハをストリートに沿って切断することにより回路が形成された領域を分割して個々の半導体チップを製造している。また、サファイア基板、炭化珪素基板の表面に窒化ガリウム系化合物半導体等が積層された光デバイスウエーハもストリートに沿って切断することにより個々の発光ダイオード、レーザーダイオード等の光デバイスに分割され、電気機器に広く利用されている。

上述した半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等のウエーハを分割する方法として、その被加工物に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を用い、分割すべき領域の内部に集光点を合わせてパルスレーザー光線を照射するレーザー加工方法も試みられている。このレーザー加工方法を用いた分割方法は、ウエーハの一方の面側から内部に集光点を合わせてウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を照射し、被加工物の内部に分割予定ラインに沿って改質層を連続的に形成し、この改質層が形成されることによって強度が低下したストリートに沿って外力を加えることにより、ウエーハを分割する技術である（例えば、特許文献１参照）。

また、半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等のウエーハを分割予定ラインに沿って分割する方法として、ウエーハに対して吸収性を有する波長のパルスレーザー光線を分割予定ラインに沿って照射することによりアブレーション加工を施してレーザー加工溝を形成し、この破断起点となるレーザー加工溝が形成された分割予定ラインに沿って外力を付与することにより割断する技術が実用化されている（例えば、特許文献２参照）。

また、半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等のウエーハを分割する方法として、本出願人は被加工物に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を照射して表面から裏面に至り細孔が形成されるとともに細孔を非晶質で取り囲むシールドトンネルを形成し、該シールドトンネルに沿って外力を付与することにより割断する技術を特願２０１３−１０１５５７号として提案した。

特許第３４０８８０５号公報 特開平１０―３０５４２０号公報

而して、例えばサファイア基板からなる光デバイスウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を照射し、被加工物の内部に分割予定ラインに沿って改質層を連続的に形成する場合、レーザー光線の出力、繰り返し周波数、パルス幅、スポット径、等の条件が同じに設定されている加工装置であっても、加工品質に差が生じるという問題がある。
また、被加工物に円形加工等の曲線加工を施すと、加工品質の良好な領域と加工品質が悪い領域とが存在するという問題がある。

本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、安定した加工品質にレーザー加工することができるレーザー加工装置を提供することにある。

上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、被加工物を保持する被加工物保持手段と、該被加工物保持手段に保持された被加工物にレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、該被加工物保持手段と該レーザー光線照射手段とをＸ軸方向に相対的に移動せしめるＸ軸方向移動手段と、該被加工物保持手段と該レーザー光線照射手段とをＸ軸方向に直交するＹ軸方向に相対的に移動せしめるＹ軸方向移動手段と、該被加工物保持手段のＸ軸方向位置を検出するためのＸ軸方向位置検出手段と、該被加工物保持手段のＹ軸方向位置を検出するためのＹ軸方向位置検出手段と、制御手段と、を具備するレーザー加工装置において、
被加工物はサファイア基板であり、
該レーザー光線照射手段は、サファイア基板に対して透過性を有する波長のレーザー光線を照射するものであって、レーザー光線発振手段と、該レーザー光線発振手段段から発振されたレーザー光線を集光して該被加工物保持手段に保持されたサファイア基板に照射する集光器と、該レーザー光線発振手段と該集光器との間に配設され該レーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線の偏光面を回転させる１／２波長板と、該１／２波長板を回転させる回転駆動手段と、を含み、
該１／２波長板は、パルスモータの作動により該１／２波長板を、光軸を中心として回動するようになっており、
該制御手段は、該被加工物保持手段に保持されたサファイア基板の加工軌跡を記憶する記憶領域を備えたメモリを具備し、レーザー加工を実施しながら、該メモリに記憶された加工軌跡に対して該集光器から照射されるレーザー光線の偏光面が所定の角度になるように該回転駆動手段を制御するものであって、該メモリに記憶された加工軌跡に対してレーザー光線の偏光面が９０度になるように該１／２波長板を回転する該回転駆動手段の該パルスモータを制御する、
ことを特徴とするレーザー加工装置が提供される。

上記メモリは加工軌跡をX座標、Y座標で記憶し、上記制御手段は、現在加工している領域の座標を（x1,y1）とし、次に加工すべき領域の座標を（x2,y2）とした場合、（y2−y1）／（x2−x1）で加工軌跡の傾きを算出し、算出された傾きに対してレーザー光線の偏光面が所定角度になるように１／２波長板を回転する回転駆動手段を制御する。

本発明によるレーザー加工装置においては、被加工物はサファイア基板であり、レーザー光線照射手段は、サファイア基板に対して透過性を有する波長のレーザー光線を照射するものであって、レーザー光線発手段と、該レーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線を集光して被加工物保持手段に保持されたサファイア基板に照射する集光器と、レーザー光線発振手段と集光器との間に配設されレーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線の偏光面を回転させる１／２波長板と、該１／２波長板を回転させる回転駆動手段とを含み、該１／２波長板は、パルスモータの作動により該１／２波長板を、光軸を中心として回動するようになっており、制御手段は、被加工物保持手段に保持されたサファイア基板の加工軌跡を記憶する記憶領域を備えたメモリを具備し、レーザー加工を実施しながら、メモリに記憶された加工軌跡に対して集光器から照射されるレーザー光線の偏光面が所定の角度になるように該回転駆動手段の該パルスモータを制御するのであって、該メモリに記憶された加工軌跡に対してレーザー光線の偏光面が９０度になるように該１／２波長板を回転する該回転駆動手段を制御するので、設定された加工軌跡に沿って均一な品質にレーザー加工することができる。

本発明に従って構成されたレーザー加工装置の斜視図。 図１に示すレーザー加工装置に装備されるレーザー光線照射手段のブロック構成図。 図１に示すレーザー加工装置に装備される制御手段のブロック構成図。 被加工物としてのサファイア基板の斜視図。 図４に示すサファイア基板を環状のフレームに装着された保護テープに貼着した状態を示す斜視図。 図４に示すサファイア基板が図１に示すレーザー加工装置のチャックテーブルの所定位置に保持された状態における座標位置との関係を示す説明図。 図１に示すレーザー加工装置によって実施する改質層形成加工の説明図。 図７に示す改質層形成加工における加工軌跡とレーザー光線の偏光面との関係を示す説明図。

以下、本発明によるウエーハのレーザー加工方法およびレーザー加工装置の好適な実施形態について、添付図面を参照して、更に詳細に説明する。

図１には、本発明によるレーザー加工方法を実施するためのレーザー加工装置の斜視図が示されている。図１に示すレーザー加工装置１は、静止基台２と、該静止基台２に矢印Ｘで示す加工送り方向（X軸方向）に移動可能に配設され被加工物を保持するチャックテーブル機構３と、静止基台２に上記X軸方向と直交する矢印Ｙで示す割り出し送り方向（Ｙ軸方向）に移動可能に配設されたレーザー光線照射ユニット支持機構４と、該レーザー光線照射ユニット支持機構４に矢印Ｚで示す集光点位置調整方向（Z軸方向）に移動可能に配設されたレーザー光線照射ユニット５とを具備している。

上記チャックテーブル機構３は、静止基台２上にX軸方向に沿って平行に配設された一対の案内レール３１、３１と、該案内レール３１、３１上にX軸方向に移動可能に配設された第１の滑動ブロック３２と、該第１の滑動ブロック３２上に矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動可能に配設された第２の滑動ブロック３３と、該第２の滑動ブロック３３上に円筒部材３４によって支持されたカバーテーブル３５と、被加工物保持手段としてのチャックテーブル３６を具備している。このチャックテーブル３６は多孔性材料から形成された吸着チャック３６１を具備しており、吸着チャック３６１上に被加工物である例えば円盤状の半導体ウエーハを図示しない吸引手段によって保持するようになっている。このように構成されたチャックテーブル３６は、円筒部材３４内に配設された図示しないパルスモータによって回転せしめられる。なお、チャックテーブル３６には、後述する環状のフレームを固定するためのクランプ３６２が配設されている。

上記第１の滑動ブロック３２は、その下面に上記一対の案内レール３１、３１と嵌合する一対の被案内溝３２１、３２１が設けられているとともに、その上面にＹ軸方向に沿って平行に形成された一対の案内レール３２２、３２２が設けられている。このように構成された第１の滑動ブロック３２は、被案内溝３２１、３２１が一対の案内レール３１、３１に嵌合することにより、一対の案内レール３１、３１に沿ってX軸方向に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構３は、第１の滑動ブロック３２を一対の案内レール３１、３１に沿ってX軸方向に移動させるためのX軸方向移動手段３７を具備している。X軸方向移動手段３７は、上記一対の案内レール３１と３１の間に平行に配設された雄ネジロッド３７１と、該雄ネジロッド３７１を回転駆動するためのパルスモータ３７２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド３７１は、その一端が上記静止基台２に固定された軸受ブロック３７３に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ３７２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド３７１は、第１の滑動ブロック３２の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ３７２によって雄ネジロッド３７１を正転および逆転駆動することにより、第１の滑動ブロック３２は案内レール３１、３１に沿ってX軸方向に移動せしめられる。

図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、上記チャックテーブル３６のX軸方向位置を検出するためのX軸方向位置検出手段３７４を備えている。X軸方向位置検出手段３７４は、案内レール３１に沿って配設されたリニアスケール３７４aと、第１の滑動ブロック３２に配設され第１の滑動ブロック３２とともにリニアスケール３７４aに沿って移動する読み取りヘッド３７４bとからなっている。このX軸方向位置検出手段３７４の読み取りヘッド３７４bは、図示に実施形態においては０．1μm毎に１パルスのパルス信号を後述する制御手段に送る。そして後述する制御手段は、入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３６のX軸方向位置を検出する。なお、上記X軸方向移動手段３７の駆動源としてパルスモータ３７２を用いた場合には、パルスモータ３７２に駆動信号を出力する後述する制御手段の駆動パルスをカウントすることにより、チャックテーブル３６のX軸方向位置を検出することもできる。また、上記X軸方向移動手段３７の駆動源としてサーボモータを用いた場合には、サーボモータの回転数を検出するロータリーエンコーダが出力するパルス信号を後述する制御手段に送り、制御手段が入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３６のX軸方向位置を検出することもできる。

上記第２の滑動ブロック３３は、その下面に上記第１の滑動ブロック３２の上面に設けられた一対の案内レール３２２、３２２と嵌合する一対の被案内溝３３１、３３１が設けられており、この被案内溝３３１、３３１を一対の案内レール３２２、３２２に嵌合することにより、矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構３は、第２の滑動ブロック３３を第１の滑動ブロック３２に設けられた一対の案内レール３２２、３２２に沿ってＹ軸方向に移動させるための第１のY軸方向移動手段３８を具備している。第１のY軸方向移動手段３８は、上記一対の案内レール３２２と３２２の間に平行に配設された雄ネジロッド３８１と、該雄ネジロッド３８１を回転駆動するためのパルスモータ３８２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド３８１は、その一端が上記第１の滑動ブロック３２の上面に固定された軸受ブロック３８３に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ３８２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド３８１は、第２の滑動ブロック３３の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ３８２によって雄ネジロッド３８１を正転および逆転駆動することにより、第２の滑動ブロック３３は案内レール３２２、３２２に沿ってＹ軸方向に移動せしめられる。

図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、上記第２の滑動ブロック３３のY軸方向位置を検出するためのY軸方向位置検出手段３８４を備えている。Y軸方向位置検出手段３８４は、案内レール３２２に沿って配設されたリニアスケール３８４aと、第２の滑動ブロック３３に配設され第２の滑動ブロック３３とともにリニアスケール３８４aに沿って移動する読み取りヘッド３８４bとからなっている。このY軸方向位置検出手段３８４の読み取りヘッド３８４bは、図示の実施形態においては０．1μm毎に１パルスのパルス信号を後述する制御手段に送る。そして後述する制御手段は、入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３６のY軸方向位置を検出する。なお、上記第１のY軸方向移動手段３８の駆動源としてパルスモータ３８２を用いた場合には、パルスモータ３８２に駆動信号を出力する後述する制御手段の駆動パルスをカウントすることにより、チャックテーブル３６のY軸方向位置を検出することもできる。また、上記第１のY軸方向移動手段３８の駆動源としてサーボモータを用いた場合には、サーボモータの回転数を検出するロータリーエンコーダが出力するパルス信号を後述する制御手段に送り、制御手段が入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３６のY軸方向位置を検出することもできる。

上記レーザー光線照射ユニット支持機構４は、静止基台２上に矢印Ｙで示すY軸方向に沿って平行に配設された一対の案内レール４１、４１と、該案内レール４１、４１上にＹ軸方向に移動可能に配設された可動支持基台４２を具備している。この可動支持基台４２は、案内レール４１、４１上に移動可能に配設された移動支持部４２１と、該移動支持部４２１に取り付けられた装着部４２２とからなっている。装着部４２２は、一方の側面にZ軸方向に延びる一対の案内レール４２３、４２３が平行に設けられている。図示の実施形態におけるレーザー光線照射ユニット支持機構４は、可動支持基台４２を一対の案内レール４１、４１に沿ってＹ軸方向に移動させるための第２のY軸方向移動手段４３を具備している。第２のY軸方向移動手段４３は、上記一対の案内レール４１、４１の間に平行に配設された雄ネジロッド４３１と、該雄ネジロッド４３１を回転駆動するためのパルスモータ４３２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド４３１は、その一端が上記静止基台２に固定された図示しない軸受ブロックに回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ４３２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド４３１は、可動支持基台４２を構成する移動支持部４２１の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された雌ネジ穴に螺合されている。このため、パルスモータ４３２によって雄ネジロッド４３１を正転および逆転駆動することにより、可動支持基台４２は案内レール４１、４１に沿ってＹ軸方向に移動せしめられる。

図示の実施形態におけるレーザー光線照射ユニット５は、ユニットホルダ５１と、該ユニットホルダ５１に取り付けられたレーザー光線照射手段５２を具備している。ユニットホルダ５１は、上記装着部４２２に設けられた一対の案内レール４２３、４２３に摺動可能に嵌合する一対の被案内溝５１１、５１１が設けられており、この被案内溝５１１、５１１を上記案内レール４２３、４２３に嵌合することにより、Z軸方向に移動可能に支持される。

図示の実施形態におけるレーザー光線照射ユニット５は、ユニットホルダ５１を一対の案内レール４２３、４２３に沿って集光点位置調整方向であるZ軸方向に移動させるためのZ軸方向移動手段５３を具備している。Z軸方向移動手段５３は、一対の案内レール４２３、４２３の間に配設された雄ネジロッド（図示せず）と、該雄ネジロッドを回転駆動するためのパルスモータ５３２等の駆動源を含んでおり、パルスモータ５３２によって図示しない雄ネジロッドを正転および逆転駆動することにより、ユニットホルダ５１およびレーザー光線照射手段５２を案内レール４２３、４２３に沿ってZ軸方向に移動せしめる。なお、図示の実施形態においてはパルスモータ５３２を正転駆動することによりレーザー光線照射手段５２を上方に移動し、パルスモータ５３２を逆転駆動することによりレーザー光線照射手段５２を下方に移動するようになっている。

上記レーザー光線照射手段５２について、図１および図２を参照して説明する。
図示のレーザー光線照射手段５２は、上記ユニットホルダ５１に固定され実質上水平に延出する円筒形状のケーシング５２１と、該ケーシング５２１内に配設されたパルスレーザー光線発振手段５２２と、該パルスレーザー光線発振手段５２２によって発振されたパルスレーザー光線LBの出力を調整する出力調整手段５２３と、該出力調整手段５２３によって出力が調整されたパルスレーザー光線LBを集光してチャックテーブル３６に保持された被加工物Wに照射せしめる集光器５２４とを含んでいる。パルスレーザー光線発振手段５２２は、ＹＡＧレーザー発振器或いはＹＶＯ４レーザー発振器からなるパルスレーザー光線発振器５２２aと、これに付設された繰り返し周波数設定手段５２２ｂとから構成されている。

レーザー光線照射手段５２を構成する集光器５２４は、パルスレーザー光線発振手段５２２から発振されたパルスレーザー光線LBを図２において下方即ちチャックテーブル３６に向けて方向変換する方向変換ミラー５２４aと、該方向変換ミラー５２４aによって方向変換されるパルスレーザー光線を集光してチャックテーブル３６に保持された被加工物Wに照射せしめる集光レンズ５２４bとからなっている。

図２を参照して説明を続けると、図示の実施形態におけるレーザー光線照射手段５２は、上記出力調整手段５２３と集光器５２４との間に配設されパルスレーザー光線発振手段５２２から発振されたパルスレーザー光線LBの偏光面を回転させる１／２波長板５２５と、該１／２波長板５２５を回転する回転駆動手段５２６を具備している。なお、１／２波長板５２５は、図示の実施形態においては外周に歯車が形成された回転枠５２５aに装着されている。上記回転駆動手段５２６は、図示の実施形態においてはパルスモータ５２６aと該パルスモータ５２６aの駆動軸に装着され上記回転枠５２５aの外周に形成された歯車と噛み合う駆動歯車５２６bとからなっており、パルスモータ５２６aを作動することにより１／２波長板５２５を光軸を中心として回動するようになっている。

図１に戻って説明を続けると、上記レーザー光線照射手段５２を構成するケーシング５２１の先端部には、レーザー光線照射手段５２によってレーザー加工すべき加工領域を検出する撮像手段６が配設されている。この撮像手段６は、可視光線によって撮像する通常の撮像素子（ＣＣＤ）の外に、被加工物に赤外線を照射する赤外線照明手段と、該赤外線照明手段によって照射された赤外線を捕らえる光学系と、該光学系によって捕らえられた赤外線に対応した電気信号を出力する撮像素子（赤外線ＣＣＤ）等で構成されており、撮像した画像信号を後述する制御手段８に送る。

図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、図３に示す制御手段８を具備している。制御手段８はコンピュータによって構成されており、制御プログラムに従って演算処理する中央処理装置（ＣＰＵ）８１と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）８２と、演算結果等を格納する読み書き可能なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３と、カウンター８４と、入力インターフェース８５および出力インターフェース８６とを備えている。制御手段８の入力インターフェース８５には、上記X軸方向位置検出手段３７４、Y軸方向位置検出手段３８４および撮像手段６等からの検出信号が入力される。そして、制御手段８の出力インターフェース８６からは、上記X軸方向移動手段３７のパルスモータ３７２、第１のY軸方向移動手段３８のパルスモータ３８２、第２のY軸方向移動手段４３のパルスモータ４３２、Z軸方向移動手段５３のパルスモータ５３２、レーザー光線照射手段５２のパルスレーザー光線発振手段５２２、出力調整手段５２３、上記１／２波長板５２５を回転する回転駆動手段５２６等に制御信号を出力する。なお、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３は、後述する被加工物としてのサファイア基板に形成された加工軌跡の座標および加工開始位置を格納する第１の記憶領域８３aやその他の記憶領域を備えている。

図示の実施形態におけるレーザー加工装置は以上のように構成されており、以下その作用について説明する。
図４には、被加工物としてのサファイア基板１０が示されている。図４に示すサファイア基板１０は、例えば厚みが２００μmの円形状に形成されており、表面１０aには加工すべき加工軌跡１０１および加工開始位置１０１aが印されている。このサファイア基板１０に形成された加工軌跡１０１の座標および加工開始位置１０１aは、制御手段８を構成するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３の第１の記憶領域８３aに格納される。なお、加工軌跡１０１および加工開始位置１０１aは必ずしもサファイア基板１０の表面１０aに形成する必要はなく、設定された加工軌跡１０１の座標および加工開始位置１０１aの座標を制御手段８を構成するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３の第１の記憶領域８３aに格納しておけばよい。以下、上述したレーザー加工装置を用いてサファイア基板１０に形成された加工軌跡１０１に沿ってレーザー光線を照射し、サファイア基板１０の内部に加工軌跡１０１に沿って破断の起点となる改質層を形成するレーザー加工方法について説明する。

先ず、サファイア基板１０の裏面１０bを環状のフレームに装着された保護テープの表面に貼着するウエーハ支持工程を実施する。即ち、図５に示すように、環状のフレームFの内側開口部を覆うように外周部が装着された保護テープTの表面に上記サファイア基板１０の裏面１０b を貼着する。

上述したウエーハ支持工程を実施したならば、図１に示すレーザー加工装置のチャックテーブル３６上にサファイア基板１０の保護テープT側を載置する。そして、図示しない吸引手段を作動することにより、保護テープTを介してサファイア基板１０をチャックテーブル３６上に吸引保持する（ウエーハ保持工程）。従って、チャックテーブル３６に保持されたサファイア基板１０は、表面１０aが上側となる。なお、サファイア基板１０が貼着された保護テープTが装着された環状のフレームFは、クランプ３６２によって固定される。

上述したようにサファイア基板１０を吸引保持したチャックテーブル３６は、加工送り手段３７によって撮像手段６の直下に位置付けられる。チャックテーブル３６が撮像手段６の直下に位置付けられると、撮像手段６および制御手段８によってサファイア基板１０のレーザー加工すべき加工領域を検出するアライメント作業を実行する。即ち、撮像手段６および制御手段８は、サファイア基板１０に形成すべき加工軌跡１０１の加工開始位置１０１aを所定の座標（x1,y1）に位置付けるためのアライメント作業を実施する。このようにしてアライメント作業が行われると、チャックテーブル３６上のサファイア基板１０は、図６の（ａ）に示す座標位置に位置付けられた状態となる。なお、図６の（b）は、図６の（ａ）に示す座標位置に位置付けられたサファイア基板１０に形成すべき加工軌跡１０１の座標を拡大して示している。

上述したサファイア基板１０に形成すべき加工軌跡１０１の加工開始位置１０１aのアライメント作業を実施したならば、制御手段８は第１の加工送り手段３７および第２の加工送り手段３８を作動してチャックテーブル３６に保持されたサファイア基板１０に形成すべき加工軌跡１０１の加工開始位置１０１aをレーザー光線照射手段５２の集光器５２４の直下に位置付ける。次に、図７の（ａ）に示すように集光器５２４の集光レンズ５２４aによって集光されるパルスレーザー光線LBの集光点Pがサファイア基板１０の厚み方向の所望の位置に位置付けられるようにZ軸方向移動手段５３を作動して集光器５２４をZ軸方向に移動する（集光点位置付け工程）。

上述したように集光点位置付け工程を実施したならば、レーザー光線照射手段５２を作動して集光器５２４からサファイア基板１０に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線LBを照射しつつX軸方向移動手段３７および第１のY軸方向移動手段３８を作動してチャックテーブル３６をサファイア基板１０に形成すべき加工軌跡１０１に沿って移動せしめる（改質層形成加工）。そして、加工開始位置１０１aが集光器５２４の直下に達したら、パルスレーザー光線の照射を停止するとともにX軸方向移動手段３７および第１のY軸方向移動手段３８の作動を停止してチャックテーブル３６の移動を停止する。この結果、図７の（b）に示すようにサファイア基板１０の内部には加工軌跡１０１に沿って改質層１１０が形成される。

上記レーザー加工工程においては、制御手段８は図８に示すようにランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３の第１の記憶領域８３aに格納された加工軌跡１０１に対して集光器５２４から照射されるパルスレーザー光線LBの偏光面が所定角度（図示の実施形態においては９０度）になるように１／２波長板５２５を回転する回転駆動手段５２６を制御する。即ち、現在加工している領域の座標を（x1,y1）とし、次に加工すべき領域の座標を（x2,y2）とした場合、（y2−y1）／（x2−x1）で加工軌跡１０１の傾きを算出し、算出された傾きに対してパルスレーザー光線LBの偏光面が所定角度（図示の実施形態においては９０度）になるように１／２波長板５２５を回転する回転駆動手段５２６を制御する。このように加工軌跡１０１に対してパルスレーザー光線LBの偏光面が所定角度（図示の実施形態においては９０度）になるように１／２波長板５２５を回転する回転駆動手段５２６を制御することにより、サファイア基板１０の内部に加工軌跡１０１に沿って形成される破断の起点となる改質層１１０の品質は均一となる。

上記改質層形成加工における加工条件は、次のように設定されている。
波長 ：５３２ｎｍのパルスレーザー
繰り返し周波数 ：１５ｋＨｚ
パルス幅 ：５００ps
平均出力 ：０．１５Ｗ
集光スポット径 ：φ１０μｍ
加工送り速度 ：９０ｍｍ／秒

なお、サファイア基板１０の内部に加工軌跡１０１に沿って破断の起点となるシールドトンネルやサファイア基板１０の表面に加工軌跡１０１に沿って破断の起点となるレーザー加工溝を形成するシールドトンネル形成加工やレーザー加工溝形成加工の場合にも、上述したように加工軌跡１０１に対して集光器５２４から照射されるパルスレーザー光線LBの偏光面が所定角度（サファイア基板の場合は９０度）になるように１／２波長板５２５を回転する回転駆動手段５２６を制御することにより、品質が均一のシールドトンネルやレーザー加工溝を形成することができる。

上記シールドトンネル形成加工における加工条件は、次のように設定されている。
波長 ：１０３０ｎｍのパルスレーザー
繰り返し周波数 ：５０ｋＨｚ
パルス幅 ：１０ps
平均出力 ：３Ｗ
集光スポット径 ：φ３．３μｍ
加工送り速度 ：９０ｍｍ／秒

また、上記レーザー加工溝形成加工における加工条件は、次のように設定されている。
波長 ：２６６ｎｍのパルスレーザー
繰り返し周波数 ：５０ｋＨｚ
パルス幅 ：１０ns
平均出力 ：１Ｗ
集光スポット径 ：φ１０μｍ
加工送り速度 ：９０ｍｍ／秒

なお、上述した実施形態においてはサファイア基板１０に設定された加工軌跡１０１に基づいてレーザー加工する例を示したが、シリコン基板、炭化珪素基板、二酸化珪素基板、リチウムタンタレート基板、リチウムナイオベート基板等に設定された加工軌跡に基づいてレーザー加工する場合でも均一な品質に加工することができる。

１：レーザー加工装置
２：静止基台
３：チャックテーブル機構
３６：チャックテーブル
３７：Ｘ軸方向移動手段
３８：第１のＹ軸方向移動手段
４：レーザー光線照射ユニット支持機構
４３：第２のＹ軸方向移動手段
５：レーザー光線照射ユニット
５２：レーザー光線照射手段
５２２：パルスレーザー光線発振手段
５２３：出力調整手段
５２４：集光器
５２５：１／２波長板
５２６：回転駆動手段
６：撮像手段
８：制御手段
１０：サファイア基板
Ｆ：環状のフレーム
Ｔ：保護テープ

Claims (2)

1. 被加工物を保持する被加工物保持手段と、該被加工物保持手段に保持された被加工物にレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、該被加工物保持手段と該レーザー光線照射手段とをＸ軸方向に相対的に移動せしめるＸ軸方向移動手段と、該被加工物保持手段と該レーザー光線照射手段とをＸ軸方向に直交するＹ軸方向に相対的に移動せしめるＹ軸方向移動手段と、該被加工物保持手段のＸ軸方向位置を検出するためのＸ軸方向位置検出手段と、該被加工物保持手段のＹ軸方向位置を検出するためのＹ軸方向位置検出手段と、制御手段
   と、を具備するレーザー加工装置において、
   被加工物はサファイア基板であり、
   該レーザー光線照射手段は、サファイア基板に対して透過性を有する波長のレーザー光線を照射するものであって、レーザー光線発振手段と、該レーザー光線発振手段段から発振されたレーザー光線を集光して該被加工物保持手段に保持されたサファイア基板に照射する集光器と、該レーザー光線発振手段と該集光器との間に配設され該レーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線の偏光面を回転させる１／２波長板と、該１／２波長板を回転させる回転駆動手段と、を含み、
   該１／２波長板は、パルスモータの作動により該１／２波長板を、光軸を中心として回動するようになっており、
   該制御手段は、該被加工物保持手段に保持されたサファイア基板の加工軌跡を記憶する記憶領域を備えたメモリを具備し、該メモリに記憶された加工軌跡に対して該集光器から照射されるレーザー光線の偏光面が所定の角度になるように該回転駆動手段を制御するものであって、レーザー加工を実施しながら、該メモリに記憶された加工軌跡に対してレーザー光線の偏光面が９０度になるように該１／２波長板を回転する該回転駆動手段の該パルスモータを制御する、
   ことを特徴とするレーザー加工装置。
2. 該メモリは加工軌跡をX座標、Y座標で記憶し、
   該制御手段は、現在加工している領域の座標を（x1,y1）とし、次に加工すべき領域の座標を（x2,y2）とした場合、（y2−y1）／（x2−x1）で加工軌跡の傾きを算出し、算出された傾きに対してレーザー光線の偏光面が所定角度になるように該１／２波長板を回転する該回転駆動手段を制御する、請求項１記載のレーザー加工装置。