WO2008041581A1 - Dispositif de traitement laser - Google Patents

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WO2008041581A1
WO2008041581A1 PCT/JP2007/068660 JP2007068660W WO2008041581A1 WO 2008041581 A1 WO2008041581 A1 WO 2008041581A1 JP 2007068660 W JP2007068660 W JP 2007068660W WO 2008041581 A1 WO2008041581 A1 WO 2008041581A1
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laser light
processing
condensing lens
workpiece
laser beam
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PCT/JP2007/068660
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Koji Kuno
Tatsuya Suzuki
Norio Kurita
Tetsuya Osajima
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Hamamatsu Photonics K.K.
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to a laser heating apparatus for cutting a plate-like workpiece along a planned cutting line.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-343008
  • the laser processing apparatus for cutting a relatively thick processing object having a thickness of 100 m or more, for example, the following is necessary.
  • the laser light irradiation surface It is necessary to irradiate (trace) the measurement laser beam for measuring the displacement along the line to be cut.
  • it is required to form a plurality of modified regions in the thickness direction of the workpiece, so that scanning of the processing laser light along the same scheduled cutting line is required. Must be repeated several times depending on the number of columns in the reforming region. Therefore, in the laser processing apparatus as described above, it takes a long time to form the modified region inside the object to be processed, which may increase the running cost.
  • an object of the present invention is to provide a laser processing apparatus capable of reducing the time required to form a modified region inside a workpiece.
  • the laser processing apparatus cuts a processing target by irradiating a processing laser beam with a focusing point inside the plate-shaped processing target.
  • a laser processing apparatus for forming a modified region that is a starting point of cutting inside a workpiece along a planned cutting line, and a straight line between the mounting table on which the processing target is placed and the processing laser beam A processing laser light source that emits polarized light, a measuring laser light source that emits a measuring laser light for irradiating the target object, and a processing laser light emitted from the processing laser light source.
  • a first half-wave plate for changing the polarization direction a processing laser beam that has passed through the first half-wave plate, a processing laser beam having a predetermined direction as a polarization direction, and a predetermined direction.
  • a first condensing lens that condenses the processing laser light having a polarization direction and the measurement laser light emitted from the measurement laser light source toward the target object, along a predetermined direction
  • a second condensing laser beam for processing toward the object to be processed which is arranged in parallel with the first condensing lens, passes through the second half-wave plate, and has a predetermined direction of polarization.
  • the reflected light of the measurement laser light reflected by the laser light irradiation surface irradiated with the measurement laser light on the workpiece the light is collected by the second light collecting lens.
  • the focusing point of the processing laser beam matches the predetermined position with respect to the laser beam irradiation surface.
  • control means for controlling the distance between the laser light irradiation surface and the second condensing lens, the first and second condensing lenses in a state where the predetermined direction substantially coincides with the planned cutting line, and And a moving means for relatively moving at least one of the mounting tables along a scheduled cutting line.
  • the laser processing apparatus irradiates a processing laser beam with a focusing point inside the plate-shaped processing target, thereby along the cutting target line of the processing target.
  • a laser processing apparatus for forming a modified region as a starting point of cutting inside a processing object, a mounting table on which the processing object is mounted, and a processing laser that emits processing laser light as linearly polarized light A light source, a measurement laser light source for emitting a measurement laser light for irradiating the workpiece, and a polarization direction of the processing laser light emitted from the processing laser light source.
  • a polarizing plate that branches into a processing laser beam whose direction is a polarization direction, and a polarization direction of the processing laser light that is branched by the polarizing plate and that has a polarization direction as a direction that intersects the predetermined direction is set to a predetermined direction.
  • a second half-wave plate to be changed, a processing laser beam that passes through the second half-wave plate and whose polarization direction is a predetermined direction, and a measurement laser beam emitted from a measurement laser light source A first condensing lens that condenses the laser light toward the object to be processed, and a first condensing lens arranged in parallel along a predetermined direction, branched by a polarizing plate, and in a predetermined direction
  • Control means for controlling the distance between the laser light irradiation surface and the second condensing lens so that the light spot is aligned with a predetermined position with respect to the laser light irradiation surface, and
  • the processing laser light that is linearly polarized light is emitted from the processing laser light source, the polarization direction is changed by the first half-wave plate, and is incident on the polarizing plate.
  • the processing laser beam is branched into a processing laser beam having a predetermined direction as a polarization direction and a processing laser beam having a direction crossing the predetermined direction as a polarization direction. Then, the processing laser light branched by the polarizing plate and having the direction of polarization intersecting the predetermined direction is changed to the predetermined direction by the second half-wave plate.
  • the linearly polarized laser beam for processing is branched into a light incident on the first condensing lens and a light incident on the second condensing lens with a predetermined direction as the polarization direction. Then, for example, at least one of the first and second condensing lenses and the mounting table is relatively moved along the planned cutting line in a state where the predetermined direction substantially coincides with the planned cutting line. At the same time, measurement laser light is emitted from the measurement laser light source and reflected by the laser light irradiation surface of the workpiece by the control means.
  • the focal point of the processing laser beam condensed by the second condenser lens is adjusted to a predetermined position with respect to the laser beam irradiation surface.
  • the distance between the laser light irradiation surface and the second condensing lens is controlled. Accordingly, it becomes possible to simultaneously measure the displacement of the laser light irradiation surface by the measurement laser light and to form the modified region by the processing laser light, and when the thickness of the workpiece is relatively thick. In any case, it is not necessary to perform tracing in advance. Therefore, the time required to form the modified region inside the workpiece can be shortened.
  • control means detects the reflected light of the measurement laser light reflected by the laser light irradiation surface, thereby condensing the processing laser light condensed by the first condenser lens. It is preferable to control the distance between the laser light irradiation surface and the first condensing lens so that the laser light irradiation surface matches a predetermined position. In this case, for example, at least one of the first and second condenser lenses and the mounting table is relatively moved along the planned cutting line in a state where the predetermined direction substantially coincides with the planned cutting line.
  • measurement laser light is emitted from the measurement laser light source, and the reflected light of the measurement laser light reflected by the laser light irradiation surface of the workpiece is detected by the control means.
  • the distance to the condensing lens is controlled.
  • At least two rows of modified regions can be simultaneously formed inside the workpiece.
  • a plurality of modified regions are formed in the thickness direction of the workpiece, it is possible to reduce the number of repetitions of scanning along the same planned cutting line of the processing laser beam.
  • the first half-wave plate changes the polarization direction of the processing laser light to an arbitrary direction.
  • the polarization direction of the processing laser light that has passed through the first half-wave plate it is possible to arbitrarily adjust the distribution of the amount of each processing laser light branched by the polarizing plate. Monkey.
  • the processing laser light source and the first half-wave plate It is preferable to provide an attenuator arranged between them to adjust the amount of laser light for processing.
  • the overall output of the processing laser beam can be freely changed by adjusting the amount of processing laser beam incident on the first half-wave plate by the attenuator.
  • a shatter is disposed between the polarizing plate and the first condenser lens in the optical path of the processing laser light, and blocks the processing laser light from entering the first condenser lens. It is preferable to prepare. In this case, by closing the shirter, it is possible to reliably and easily prevent the processing laser light from being condensed toward the object to be processed by the first condensing lens. This is particularly effective when only the displacement measurement of the laser light irradiation surface by the measurement laser light is performed using the first condensing lens.
  • the second condensing lens is juxtaposed with the first condensing lens by a predetermined distance
  • the control means includes the laser light irradiation surface and the first condensing lens. Operate the first condensing lens so that the distance from the lens is constant, and acquire the operation information related to the operation, and the second condensing lens based on the operation information and the predetermined distance.
  • the first condensing lens is operated based on the operation control and the operation information acquired in advance
  • the second condensing lens is operated based on the operation information acquired in advance and a predetermined distance. There are cases where control is performed.
  • FIG. 1 is a plan view of an object to be processed during laser processing by the laser processing apparatus according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II of the workpiece shown in FIG.
  • FIG. 3 is a plan view of an object to be processed after laser processing by the laser processing apparatus according to the present embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV of the workpiece shown in FIG.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line V—V of the workpiece shown in FIG.
  • FIG. 6 is a plan view of a processing object cut by the laser processing apparatus according to the present embodiment. 7] Electric field strength and crack spot size in the laser processing apparatus according to this embodiment
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of an object to be processed in a first step of the laser processing apparatus according to the present embodiment.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of an object to be processed in a second step of the laser processing apparatus according to the present embodiment.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of an object to be processed in a third step of the laser processing apparatus according to the present embodiment.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of an object to be processed in a fourth step of the laser processing apparatus according to the present embodiment.
  • FIG. 12 is a view showing a photograph of a cross section of a part of a silicon wafer cut by the laser processing apparatus according to the present embodiment.
  • FIG. 13 is a graph showing the relationship between the wavelength of laser light and the transmittance inside the silicon substrate in the laser processing apparatus according to the present embodiment.
  • FIG. 14 is a front view showing a workpiece.
  • FIG. 15 is a partial sectional view taken along line XV—XV in FIG.
  • FIG. 16 is a schematic configuration diagram showing a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 XV in FIG. 14 for explaining the laser processing method by the laser processing apparatus of FIG.
  • FIG. 18 is a partial cross-sectional view taken along line XVII-XVII in FIG. 14 for illustrating the continuation of the laser processing method shown in FIG.
  • FIG. 19 is a partial cross-sectional view taken along line XVII-XVII in FIG. 14 for illustrating the continuation of the laser processing method shown in FIG.
  • the energy of the photon is smaller than the absorption bandgap E of the material, it is optically transparent.
  • the intensity of the laser beam is determined by the peak power density (W / cm 2 ) at the condensing point of the laser beam.
  • the multiphoton is obtained under a condition where the peak density is lX10 8 (W / cm 2 ) or more.
  • the peak power density is obtained by (the energy per pulse of the laser beam at the focal point) ⁇ (the laser beam beam spot cross-sectional area X the nose width).
  • the intensity of the laser beam is determined by the electric field intensity (W / cm 2 ) at the condensing point of the laser beam.
  • a surface 3 of a wafer-like (plate-like) workpiece 1 has a scheduled cutting line 5 for cutting the workpiece 1.
  • the planned cutting line 5 is a virtual line extending straight.
  • the modified region 7 is irradiated with the laser beam L with the focusing point P aligned inside the workpiece 1 under the condition that multiphoton absorption occurs.
  • the condensing point P is a part where the laser beam is condensed.
  • the planned cutting line 5 is not limited to a straight line but may be a curved line! /, And not only a virtual line but also a line actually drawn on the workpiece 1! /.
  • the laser beam L is moved along the planned cutting line 5 (ie, in the direction of arrow A in FIG. 1) to move the condensing point P along the planned cutting line 5. .
  • the modified region 7 is formed inside the workpiece 1 along the planned cutting line 5, and this modified region 7 becomes the cutting start region 8.
  • the cutting starting point region 8 means a region that becomes a starting point of cutting (cracking) when the workpiece 1 is cut.
  • This cutting starting point region 8 may be formed by continuously forming the modified region 7 or may be formed by intermittently forming the modified region 7.
  • the surface 3 of the workpiece 1 is hardly absorbed by the surface 3 of the workpiece 1, so that the surface 3 of the workpiece 1 is not melted.
  • the following two types of cutting of the workpiece 1 starting from the cutting start region 8 can be considered.
  • an artificial force is applied to the processing target 1, so that the processing target 1 is cracked and the processing target 1 is cut from the cutting start region 8.
  • This is, for example, cutting when the workpiece 1 is thick.
  • An artificial force is applied by, for example, applying bending stress or shear stress to the workpiece 1 along the cutting start region 8 of the workpiece 1 or applying a temperature difference to the workpiece 1. It is to generate thermal stress.
  • the other is that by forming the cutting start region 8, it naturally cracks in the cross-sectional direction (thickness direction) of the workpiece 1 starting from the cutting start region 8, resulting in the processing target This is the case when 1 is disconnected.
  • this can be achieved by forming the cutting start region 8 by the modified region 7 in one row, and when the thickness of the workpiece 1 is large.
  • This can be achieved by forming the cutting start region 8 by the modified region 7 formed in a plurality of rows in the thickness direction. Even in the case of natural cracking, the part where the cutting start region 8 is formed so that the crack does not run on the surface 3 of the portion corresponding to the portion where the cutting start region 8 is not formed at the part to be cut.
  • the modified region may include the following cases (1) to (3).
  • the modified region is a crack region including one or more cracks
  • the laser beam is irradiated under the condition that the electric field intensity at the focal point is 1 ⁇ 10 8 (W / cm 2 ) or more and the nose width is 1 ⁇ s or less.
  • the size of the Knoll width is a condition in which a crack region can be formed only inside the workpiece without causing extra damage to the surface of the workpiece while causing multiphoton absorption.
  • a phenomenon called optical damage due to multiphoton absorption occurs inside the workpiece.
  • This optical damage induces thermal strain inside the workpiece, thereby forming a crack region inside the workpiece.
  • the upper limit value of the electric field strength is, for example, 1 ⁇ 10 12 (W / cm 2 ).
  • the pulse width is preferably lns to 200 ns.
  • the present inventor obtained the relationship between the electric field strength and the crack size by experiment.
  • the experimental conditions are as follows.
  • Polarization characteristics linearly polarized light
  • the laser beam quality is TEM
  • the laser beam is highly condensing and can be focused to the wavelength of the laser beam.
  • FIG. 7 is a graph showing the results of the experiment.
  • the horizontal axis is the peak power density, which is the laser power S pulse laser light, so the electric field strength is expressed by the peak power density.
  • the vertical axis shows the size of the crack (crack spot) formed inside the workpiece by 1 pulse of laser light. Crack spot force S gathers to form a crack region. The size of the crack spot is the size of the maximum length of the crack spot shape.
  • the data indicated by the black circles in the graph are for the condenser lens (C) with a magnification of 100 and a numerical aperture (NA) of 0 ⁇ 80.
  • C condenser lens
  • NA numerical aperture
  • the data indicated by white circles in the graph is for the case where the magnification of the condenser lens (C) is 50 times and the numerical aperture (NA) is 0 ⁇ 55.
  • the peak power density is about 10 U (W / cm 2 )
  • a crack spot is generated inside the workpiece, and the crack spot increases as the peak power density increases.
  • FIG. 8 Under the condition that multiphoton absorption occurs, the condensing point P is aligned inside the workpiece 1 and the laser beam L is irradiated to form a crack region 9 along the planned cutting line.
  • the crack region 9 is a region including one or more cracks.
  • the crack region 9 thus formed becomes a cutting start region.
  • the crack grows further starting from the crack region 9 (that is, starting from the cutting start region), and as shown in FIG.
  • FIG. 11 when the workpiece 1 is cracked, the workpiece 1 is cut.
  • a crack that reaches the front surface 3 and the back surface 21 of the workpiece 1 may grow naturally, or may grow when a force is applied to the workpiece 1.
  • the focusing point is set inside the object to be processed (for example, a semiconductor material such as silicon), and the electric field strength at the focusing point is 1 X 10 8 (W / cm 2 ) or more and the pulse width is 1 ⁇ s or less.
  • the inside of the workpiece is localized by multiphoton absorption. Heated.
  • a melt processing region is formed inside the workpiece.
  • the melt treatment region is a region once solidified after melting, a region in a molten state, or a region re-solidified from a molten state, and can also be referred to as a phase-changed region or a region where the crystal structure has changed.
  • the melt-processed region can also be referred to as a region in which one structure is changed to another in a single crystal structure, an amorphous structure, or a polycrystalline structure.
  • a region that has changed from a single crystal structure to an amorphous structure a region that has changed from a single crystal structure to a polycrystalline structure, and a region that has changed from a single crystal structure to a structure that includes an amorphous structure and a polycrystalline structure.
  • the melt processing region has, for example, an amorphous silicon structure.
  • the upper limit value of the electric field strength is, for example, 1 ⁇ 10 12 (W / cm 2 ).
  • the pulse width is preferably lns to 200 ns.
  • the inventor has confirmed through experiments that a melt-processed region is formed inside a silicon wafer (semiconductor substrate).
  • the experimental conditions are as follows.
  • Polarization characteristics linearly polarized light
  • FIG. 12 is a view showing a photograph of a cross section of a part of a silicon wafer cut by laser processing under the above conditions.
  • a melt processing region 13 is formed inside the silicon wafer 11.
  • the size in the thickness direction of the melt processing region 13 formed under the above conditions is about 100 m.
  • FIG. 13 is a graph showing the relationship between the wavelength of the laser beam and the transmittance inside the silicon substrate. However, the reflection component on the front side and the back side of the silicon substrate is removed to show the transmittance only inside. The above relationship was shown for each of the silicon substrate thickness t forces of 50 mm, 100 mm, 200 ⁇ m, 500 ⁇ m, and 1000 ⁇ m.
  • the thickness of the silicon substrate is 500 m or less at 1064 nm, which is the wavelength of the Nd: YAG laser
  • 1064 nm which is the wavelength of the Nd: YAG laser
  • the melt processing region 13 by multiphoton absorption is formed near the center of the silicon wafer 11, that is, at a portion of 175 111 from the surface.
  • the transmittance is 90% or more with reference to a silicon wafer having a thickness of 200 m. Therefore, the laser beam is hardly absorbed inside the silicon wafer 11, and almost all is transmitted.
  • melt processing region 13 is formed by multiphoton absorption.
  • the formation of the melt processing region by multiphoton absorption is, for example, “Evaluation of silicon processing characteristics by picosecond pulse laser” on pages 72 to 73 of the 66th Annual Meeting Summary (April 2000). It is described in.
  • the silicon wafer has a direction force in the cross-sectional direction starting from the cutting start region formed by the melt processing region, thus causing a crack, and the crack reaches the front surface and the back surface of the silicon wafer. As a result, it is cut.
  • the cracks that reach the front and back surfaces of the silicon wafer may grow spontaneously, or they may grow when force is applied to the silicon wafer.
  • the crack grows from a state where the melt processing region forming the cutting start region is melted, and the cutting start region Melt processing area to form a melt
  • the melt processing region is formed only inside the silicon wafer, and the melt processing region is formed only inside the cut surface after cutting as shown in FIG.
  • the formation of the melt-processed region may be caused not only by multiphoton absorption but also by other absorption effects.
  • the focusing point inside the workpiece eg glass
  • the pulse width is Ins or less.
  • the norm width is made extremely short and multiphoton absorption occurs inside the workpiece, the energy due to multiphoton absorption is not converted into thermal energy, and the ionic valence change, crystal Permanent structural changes such as conversion or polarization orientation are induced to form a refractive index changing region.
  • the upper limit value of the electric field strength is, for example, l X 10 12 (W / cm 2 ).
  • the Norse width is preferably less than Ins, more preferably less than lps.
  • the cutting starting region is formed as follows in consideration of the crystal structure of the wafer-like workpiece and its cleavage property. Then, it becomes possible to cut the workpiece with high accuracy and with a smaller force, starting from the cutting start region.
  • a cutting origin region in a direction along the (111) plane (first cleavage plane) or the (110) plane (second cleavage plane) Is preferably formed.
  • a substrate made of a zinc-blende-type III-V compound semiconductor such as GaAs it is preferable to form the cutting origin region in the direction along the (110) plane.
  • the field of a substrate having a hexagonal crystal structure such as sapphire (Al 2 O 3).
  • the (0001) plane (C plane) is the main plane and the (1120) plane (A plane) or (1100) plane (M plane) It is preferable to form the cutting starting point region in the selected direction.
  • the workpiece 1 is formed on the surface 11a of the silicon wafer 11 including the silicon wafer 11 having a thickness of 300 111 and a diameter of 8 inches and a plurality of functional elements 15.
  • Functional element layer 16 is formed on the surface 11a of the silicon wafer 11 including the silicon wafer 11 having a thickness of 300 111 and a diameter of 8 inches and a plurality of functional elements 15.
  • the functional element 15 is, for example, a semiconductor operating layer formed by crystal growth, a light receiving element such as a photodiode, a light emitting element such as a laser diode, or a circuit element formed as a circuit. A large number of matrixes are formed in a direction parallel to and perpendicular to the orientation flat 6. Such a workpiece 1 is cut along a cutting line 5 that is set in a lattice shape so as to pass between adjacent functional elements.
  • the laser processing apparatus 100 irradiates a laser beam (processing laser beam) L with a converging point inside the plate-shaped workpiece 1, thereby processing the workpiece.
  • a plurality of modified regions, which are the starting points of cutting, are formed inside the processing object 1 along the planned cutting line 5.
  • the laser processing apparatus 100 includes a mounting table 107 on which the workpiece 1 is mounted horizontally, a laser unit 110, a movement control unit (moving means) 115 that moves the mounting table 107 and the laser unit 110, It has.
  • the movement control unit 115 moves the mounting table 107 in the horizontal direction (X-axis direction and Y-axis direction), and moves the laser unit 110 in the vertical direction (Z-axis direction).
  • the laser unit 110 includes a processing laser light source 101 that oscillates a linearly polarized processing laser light L having a polarization direction in the X-axis direction (predetermined direction).
  • the laser beam L for processing emitted from this laser beam 101 for processing adjusts the amount of laser beam L for processing.
  • the branched processing laser light L1 is sequentially guided to a shirt 33 that passes or blocks the processing laser light L1, a beam expander 35 that expands the beam size, and a dichroic mirror 48.
  • the work lens 1 (first condensing lens) 31 collects the light and irradiates the workpiece 1.
  • the condensing lens 31 condenses the processing laser beam L1 and the measurement laser beam L3 described later toward the workpiece 1.
  • a piezo element 28 is attached to the condensing lens 31, and the position of the condensing lens 31 in the Z-axis direction is adjusted by the piezo element 28.
  • the dichroic mirror 48 transmits the processing laser light L1 and reflects the measurement laser light L3 and the reflected light L4 described later.
  • the branched processing laser light L 2 is sequentially guided to the mirror 22, shirter 34, and beam expander 36, and is converted into linearly polarized light having the X-axis direction as the polarization direction by the attenuator 104.
  • the work lens 1 (second condensing lens) 32 collects the light and irradiates the workpiece 1.
  • the condensing lens 32 is arranged in parallel with the condensing lens 31 by a predetermined distance D in the X-axis direction, and condenses the processing laser beam L2 toward the workpiece 1. .
  • the distance D is 35 mm.
  • a piezo element 29 is attached to the condensing lens 32, and the position of the condensing lens 32 in the Z-axis direction is adjusted by the piezo element 29.
  • the laser unit 110 has a measurement laser light source 41 using, for example, a laser diode.
  • the measurement laser light source 41 emits a measurement laser beam L3 for irradiating the workpiece 1 and thereby measures the displacement of the surface 3 of the workpiece 1 so that it can be heated.
  • the modified region can be accurately formed at a desired position inside the object 1.
  • the measurement laser light L3 emitted from the measurement laser light source 41 is sequentially reflected by the mirror 46 and the half mirror 47 and guided to the dichroic mirror 48. Then, the measurement laser beam L3 travels downward on the optical axis of the processing laser beam L1, is condensed by the condensing lens 31, and is irradiated onto the workpiece 1.
  • the reflected light L4 of the measurement laser beam L3 reflected by the surface of the workpiece 1 (laser light irradiation surface) 3 is applied to the condensing lens 31.
  • the laser beam is incident again, travels upward on the optical axis of the processing laser beam LI, is reflected by the dichroic mirror 48, and passes through the half mirror 47.
  • the reflected light L4 of the measurement laser beam that has passed through the half mirror 47 is condensed with astigmatism added by a shaping optical system 49 composed of a cylindrical lens and a plano-convex lens, and the photodiode is divided into four equal parts.
  • the four-divided photodiode 42 is irradiated to form a condensed image on the light receiving surface of the four-divided photodiode 42.
  • This condensed image is changed according to the displacement of the surface 3 of the workpiece 1 because astigmatism is added by the shaping optical system 49. Therefore, the quadrant photodiode 42 acquires displacement information regarding the displacement of the surface 3 as a voltage value.
  • a condensing lens control unit (control means) 105 is connected to the quadrant photodiode 42.
  • the condensing lens control unit 105 is connected to the piezo elements 28 and 29 described above, and the condensing lens control unit 105 collects the light using the condensing lenses 31 and 32 based on the acquired voltage value and the like.
  • the driving of the piezo elements 28 and 29 is controlled so that the converging points of the processing laser beams LI and L2 to be emitted are in a predetermined position with the surface 3 as a reference.
  • the condensing lens control unit 105 determines that the distance between the surface 3 of the workpiece 1 and the condensing lens 31 is constant based on the voltage value acquired by the four-division photodiode 42.
  • the condensing lens 31 is operated so that the operation is performed, and operation information related to the operation is acquired, and control for operating the condensing lens 32 is executed based on the operation information and the distance D.
  • the condensing lens control unit 105 executes the following control. That is, the condensing lens 31 and the condensing lens 32 are arranged on the same planned cutting line 5 (the X-axis direction that is the polarization direction of the processing laser light is substantially coincident with the planned cutting line 5) ), When the mounting table 107 is relatively moved along the planned cutting line 5, the piezoelectric element 28 is driven so that the voltage value acquired by the four-division photodiode 42 becomes constant, and the workpiece 1 The collecting lens 31 is operated so that the distance between the surface 3 and the collecting lens 31 is kept constant.
  • the command voltage for driving the piezo element 28 is associated with the coordinates along the line 5 to be cut and stored as the command voltage data, and the X coordinate (condensation lens) of the condensing lens 32 is stored in the command voltage data.
  • the command voltage data at the X coordinate of the lens 31 plus the distance D) is reproduced by the piezo element 29, and the condensing laser 32 is activated.
  • the stored command voltage data is reproduced by the piezo element 29 by delaying the time required for the mounting table 107 to move the distance D relatively, and the condensing lens 32 is operated.
  • the condensing lens control unit 105 operates the condensing lens 31 based on the operation information acquired in advance, and collects light based on the operation information and the distance D acquired in advance. Control to operate the lens 32 is executed.
  • the condensing lens control unit 105 executes the following control. That is, when the condensing lens 31 and the condensing lens 32 are disposed on the same planned cutting line 5, the mounting table 107 is already memorized when the mounting table 107 is relatively moved along the planned cutting line 5.
  • the command voltage data the voltage command data at the X coordinate of the condenser lens 31 is reproduced by the piezo element 28, and the condenser lens 31 is operated.
  • the voltage command data at the X coordinate of the condensing lens 32 is reproduced by the piezo element 29 in the command voltage data already stored in memory, and the condensing lens 32 is operated.
  • the laser processing apparatus 100 is provided with the separator 103 as described above.
  • the separator 103 includes a half-wave plate (first half-wave plate) 51 and a polarizing plate 52. Specifically, the half-wave plate 51 and the polarizing plate 52 are arranged on the optical axis of the processing laser light L in this order in the emission direction of the processing laser light L.
  • the half-wave plate 51 is rotatable around the optical axis of the processing laser light L, and the polarization direction of the processing laser light L can be changed to an arbitrary direction.
  • the half-wave plate 51 uses the processing laser light L having the polarization direction in the X-axis direction as the polarization direction, for example, the direction where the angle formed with the X-axis in the horizontal plane (X-Y plane) is 45 °. Or the direction of the angle of 60 ° with the X axis in the horizontal plane is the polarization direction.
  • the polarizing plate 52 branches the processing laser beam L into a processing laser beam L1 having a polarization direction in the X-axis direction and a processing laser beam L2 having a polarization direction in the Y-axis direction. Specifically, the polarizing plate 52 transmits the processing laser light whose polarization direction is the X-axis direction out of the processing laser light L as the processing laser light L1 toward the condensing lens 31, and the polarization direction. Reflects the laser beam in the Y-axis direction toward the condensing lens 32 as the processing laser beam L2.
  • the laser processing apparatus 100 includes the attenuator 102 and the attenuator. 104 is provided.
  • the attenuator 102 has a half-wave plate 53 and a polarizing plate 54 and is arranged on the optical axis of the processing laser light L in this order in the emitting direction of the processing laser light L.
  • the attenuator 102 changes the polarization direction of the processing laser beam L by the half-wave plate 53, and transmits only the processing laser beam L whose polarization direction is the X-axis direction by the polarizing plate 54. That is, the attenuator 102 mainly functions as a slow attenuator that adjusts (changes) the overall output of the processing laser beam L by adjusting the light amount of the processing laser beam L.
  • the attenuator 104 has a half-wave plate (second half-wave plate) 55 and a polarizing plate 56, and in this order in the emission direction of the processing laser beam L2, the processing laser beam It is placed on the optical axis of L2.
  • the half-wave plate 55 changes the polarization direction of the processing laser beam L2 to the same X-axis direction as that of the processing laser beam L1. That is, the half-wave plate 55 mainly functions as a so-called polarizer in which the polarization direction of the processing laser light L2 is the same as that of the processing laser light L1.
  • the polarizing plate 56 transmits only the processing laser beam L2 in the polarization direction force axis direction to the condensing lens 32.
  • an expanding tape is applied to the back surface 21 of the workpiece 1 to place the workpiece 1 on the mounting table 107. Place on top.
  • the processing laser beam L is irradiated from the surface 3 of the workpiece 1 to the inside of the silicon wafer 11 with the focusing point, and the modified region that becomes the starting point of cutting along each scheduled cutting line 5 Is formed inside the workpiece 1.
  • expand the expanded tape As a result, the workpiece 1 is accurately cut for each functional element 15 along the scheduled cutting line 5 with the modified region as the starting point of cutting, and the plurality of semiconductor chips are separated from each other.
  • the modified region may include a crack region or the like in addition to the melt processing region.
  • the formation of the modified region described above will be described in more detail.
  • the direction along the planned cutting line 5 is described as the X-axis direction (X coordinate)
  • the thickness direction of the workpiece 1 is described as the Z-axis direction (Z coordinate).
  • the laser beam L3 for measurement which is projected onto the surface 3 of the workpiece 1 and focused, for example, is irradiated with the measurement laser beam L3 and reflected by the measurement laser beam L3 reflected by the surface 3. 4 is detected as a voltage value, and the detected voltage value VO is stored in memory.
  • the Z coordinate of the condensing lens 31 is set as a reference value (C ⁇ m), and the direction force from the front surface 3 side to the back surface 21 side is the positive direction.
  • the mounting table 107 is moved so that the X coordinate of the condensing lens 31 is, for example, 25 mm away from the right end of the workpiece 1.
  • the X coordinate of the condensing lens 31 is the acceleration / deceleration distance of the mounting table 107 until the moving speed of the mounting table 107 becomes constant.
  • the acceleration / deceleration distance may be appropriately set according to the moving speed of the mounting table 107.
  • the mounting lens 107 is moved along the planned cutting line 5 by the movement control unit 115 so that the condensing lens 31 and the condensing lens 32 are arranged on the same planned cutting line 5.
  • Move the lens in the right direction that is, move the condensing lenses 31 and 32 from the right end to the left end of the workpiece 1 relative to each other in the opposite direction (up-cut direction).
  • the following operations are executed.
  • the measurement laser light source 41 emits the measurement laser light L3, the quadrant photodiode 42 detects the voltage value of the reflected light L4, and the condensing lens control unit 10 5 drives the piezo element 28 so that the voltage value becomes the voltage value V0, and condenses so that the distance between the surface 3 of the workpiece 1 and the condensing lens 31 is the same as the height setting distance. Move the lens 31 in the Z-axis direction.
  • the command voltage for driving the piezo element 28 is associated with the X coordinate and stored in the condensing lens control unit 105 as command voltage data C (memory).
  • the shirt 33 when storing the memory, the shirt 33 is closed, and this reliably and easily prevents the processing lens light L1 from being emitted from the condensing lens 31 force when the measurement laser light L3 is irradiated. Yes. This is particularly effective when only the displacement measurement of the surface 3 by the measuring laser beam L3 is performed using the condensing lens 31.
  • the condensing lens control unit 105 reproduces the command voltage data at the X coordinate of the condensing lens 32 with the piezo element 29 by the condensing lens control unit 105 to collect the condensing lens. Operate lens 32.
  • the shirt 34 is opened, and the processing object 1 is irradiated with the processing laser beam L2 by aligning the focusing point inside the calorie object 1 and irradiating the processing object 1.
  • the laser processing unit 110 is moved in the Z-axis direction by the movement control unit 115, and the Z coordinate of the collecting lens 31 is set to 65 m, for example.
  • the condensing lens 31 and the condensing lens 32 are arranged on the same planned cutting line 5, and the movement control unit 115 moves the mounting table 107 to the left along the planned cutting line 5. That is, the condensing lenses 31 and 32 are moved relative to each other in the direction toward the right end from the left end of the workpiece 1 and in the direction of the down cut (down cut direction). Along with this movement, the following operations are executed.
  • the condensing lens control unit 105 stores the command voltage data C already stored. Then, the command voltage data C at the X coordinate of the condenser lens 32 is reproduced by the piezo element 29, and the condenser lens 32 is operated. In other words, the stored command voltage data C is reproduced (reverse reproduction) by the piezo element 29 in the reverse order of acquisition, and the condensing lens 32 is operated.
  • the shatter 34 is opened, the focusing point is set inside the workpiece 1 and the machining laser beam L2 is irradiated to the workpiece 1, and the Z axis is set with respect to the surface 3 of the workpiece 1 A reforming zone is formed at a position of 65 m in the direction.
  • the command voltage data C already stored by the condensing lens control unit 105 from the time when the X coordinate of the condensing lens 31 reaches the left end of the object 1 to be processed. Then, the command voltage data C at the X coordinate of the condensing lens 31 is reproduced by the piezo element 28, and the condensing lens 31 is operated. In other words, the stored command voltage data C is reversely reproduced by the piezo element 28 and the condensing lens 31 is operated.
  • Shatter 33 was opened, The processing target 1 is focused on the inside of the processing target 1 and the processing laser beam LI is irradiated to the processing target 1, and the modified region is located at a position 57 m in the Z-axis direction with respect to the surface 3 of the processing target 1.
  • the laser processing unit 110 is moved in the Z-axis direction by the movement control unit 115, and the Z coordinate of the collecting lens 31 is set to 48 m, for example. Then, the condensing lens 31 and the condensing lens 32 are arranged on the same planned cutting line 5, and the movement control unit 115 moves the mounting table 107 in the right direction along the planned cutting line 5. Go to again. Along with this movement, the following operations are performed.
  • the condensing lens controller 105 stores the command voltage data C already stored. Then, the command voltage data C at the X coordinate of the condensing lens 31 is reproduced by the piezo element 28, and the condensing lens 31 is operated. At the same time, the shirt 33 is opened, and the processing object 1 is irradiated with the processing laser beam L1 by aligning the focal point inside the processing object 1, and the Z-axis is relative to the surface 3 of the processing object 1. A reformed region is formed at a position of 48 am in the direction.
  • the condensing lens control unit 105 uses the stored command voltage data C.
  • the command voltage data C at the X coordinate of the condensing lens 32 is reproduced by the piezo element 29, and the condensing lens 32 is operated.
  • the shatter 34 is opened, and the processing laser beam L2 is irradiated to the processing object 1 by aligning the light collecting point inside the processing object 1, and the Z-axis direction is based on the surface 3 of the processing object 1.
  • a modified region is formed at 38 am.
  • the laser processing unit 110 is moved in the Z-axis direction by the movement control unit 115, and the Z coordinate of the collecting lens 31 is set to 25 m, for example.
  • the condensing lens 31 and the condensing lens 32 are arranged on the same planned cutting line 5, and the movement control unit 115 moves the mounting table 107 to the left along the planned cutting line 5.
  • the same operation as in the first down cut is executed, and modified regions are formed at positions of 25 m and 15 m in the Z-axis direction based on the surface 3 of the workpiece 1. To do.
  • a plurality of modified regions as starting points for cutting are formed in the thickness direction of the workpiece 1 along the planned cutting line 5 (see FIG. 14).
  • the linearly polarized processing laser light L having the polarization direction as the X-axis direction is emitted from the processing laser light source 101, and the polarization direction is changed by the half-wave plate 51. It is changed and enters the polarizing plate 52.
  • the processing laser beam L is branched into a processing laser beam L1 having a polarization direction in the X-axis direction and a processing laser beam L2 having a polarization direction in the Y-axis direction.
  • the processing laser light L2 is changed by the half-wave plate 55 into linearly polarized light whose polarization direction is the X-axis direction.
  • the processing laser light L is branched into linearly polarized light whose polarization direction is the X-axis direction, one that is incident on the condensing lens 31 and one that is incident on the condensing lens 32.
  • the movement control unit 115 relatively moves the mounting table 107 along the planned cutting line 5 in a state where the X-axis direction substantially coincides with the planned cutting line 5.
  • the measurement laser light source 41 irradiates the measurement laser light L3
  • the quadrant photodiode 42 detects the voltage value of the reflected light L4, and the condensing lens control unit 105 controls the voltage value.
  • the piezo element 28 is driven so that V becomes V0, and the condensing lens is maintained so that the distance between the surface 3 of the workpiece 1 and the condensing lens 31 and the distance at the time of light set is maintained. 31 is moved in the Z-axis direction.
  • the condensing lens control unit 105 stores command voltage data C associated with the command voltage force X coordinate for driving the piezo element 28. Then, the condensing lens control unit 105 reproduces the command voltage data at the X coordinate of the condensing lens 32 in the stored command voltage data C by the piezo element 29, and the condensing lens 32 is operated. Meanwhile, the processing laser beam L2 is irradiated onto the processing object 1, and the focal point of the processing laser beam L2 is adjusted to a predetermined position with the surface 3 as a reference. Accordingly, it becomes possible to simultaneously measure the displacement of the surface 3 with the measurement laser beam L3 and form the modified region with the processing laser beam L2, and the thickness of the workpiece 1 is relatively thick. Even if it is not, it is not necessary to perform tracing in advance.
  • the movement control unit 115 relatively moves the mounting table 107 along the planned cutting line 5 in a state where the X-axis direction substantially coincides with the planned cutting line 5.
  • the condensing lens control unit 105 reproduces the command voltage data C at the X coordinate of the condensing lens 32 using the piezo element 29 in the command voltage data C that has already been stored.
  • the command voltage data C at the X coordinate of the condensing lens 31 is reproduced by the piezo element 28 in the command voltage data C already stored, and the condensing lens 31 is operated.
  • At least two rows of modified regions can be simultaneously formed in the workpiece 1, and when multiple rows of modified regions are formed in the thickness direction of the workpiece 1, the same planned cutting line is used. It is possible to reduce the number of repetitions of the scanning of the processing laser light along.
  • the half-wave plate 53 changes the polarization direction of the processing laser light L to an arbitrary direction, the processing for passing through the half-wave plate 53 is performed.
  • the polarization direction of the laser beam is arbitrary, and therefore the processing laser beam L branched by the polarizing plate 52 1, L2 light distribution can be adjusted arbitrarily.
  • the mounting table 107 is moved by the movement control unit 115 in a state where the polarization directions of the processing laser beams LI and L2 substantially coincide with the planned cutting line 5. .
  • the modified region formed by the irradiation of polarized processing laser light promotes the formation of the modified region in the polarization direction (has a characteristic of spreading in the polarization direction of the laser light).
  • the polarization directions of the laser beams LI and L2 substantially coincide with the planned cutting line 5, the formation of the modified region is suppressed in directions other than the direction along the planned cutting line 5.
  • the object 1 can also be precisely cut along the planned cutting line 5.
  • the shutter 33 is closed and the processing laser beam L1 is applied to the workpiece 1 by the condensing lens 31.
  • the shirt 33 is opened so that the condensing lens 31 condenses the processing laser beam L1 toward the processing object 1 as well. It is of course possible to form a modified region (so-called real-time processing) inside the workpiece 1 by the processing laser beam L1 while detecting displacement information of the surface 3 of the surface.
  • the workpiece 1 was processed by each of the laser processing apparatus 100 of the present embodiment described above and the conventional laser processing apparatus.
  • the laser processing apparatus 100 of the present embodiment it is possible to reduce the tact time by about 40% based on the tact time of the conventional processing apparatus, and the above effect, that is, a modified layer in laser processing. The effect of shortening the formation time was confirmed.
  • the measurement laser light source 41 is provided on the optical axis side of the condensing lens 31 as preferable in order to make the optical system in the laser processing apparatus 100 simple and inexpensive. It is possible to measure the displacement of the laser light irradiation surface 3, but it is possible to measure the displacement of the laser light irradiation surface by providing a laser light source on the optical axis side of the condensing lens 32. good.
  • the laser processing apparatus 100 includes two lenses, the condensing lens 31 and the condensing lens 32, but includes three or more lenses. Also good. Even in this case, the same effects as described above can be obtained.
  • the mounting table 107 is moved along the planned cutting line 5.
  • the condensing lenses 31 and 32 may be moved along the planned cutting line.
  • the irradiation condition of the additional laser beam is not limited by the pulse pitch width, the output, or the like, and can be various irradiation conditions.

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Description

明 細 書
レーザ加工装置
技術分野
[0001] 本発明は、板状の加工対象物を切断予定ラインに沿って切断するためのレーザ加 ェ装置に関する。
背景技術
[0002] 従来のレーザ加工装置として、板状の加工対象物の内部に集光点を合わせて加 ェ用レーザ光を照射することにより、加工対象物の切断予定ラインに沿って、切断の 起点となる改質領域を加工対象物の内部に形成するものが知られている（例えば、 特許文献 1参照)。
特許文献 1 :特開 2004— 343008号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0003] ところで、上述のようなレーザ加工装置においては、例えば厚さが 100 m以上と いうような比較的厚い加工対象物を切断する場合、以下のことが必要となる。すなわ ち、加工対象物のレーザ光照射面から所定の位置に改質領域を精度良く形成する ために、加工用レーザ光を照射して改質領域を形成する前に、レーザ光照射面の変 位を測定するための測定用レーザ光を切断予定ラインに沿って照射すること（トレー ス）が予め必要である。さらに、加工対象物を精度良く切断するために、改質領域を 加工対象物の厚さ方向に複数列形成することが要求され、よって、同一の切断予定 ラインに沿った加工用レーザ光のスキャンを改質領域の列数に応じて複数回繰り返 し行うことが必要である。従って、上述のようなレーザ加工装置では、加工対象物の 内部に改質領域を形成するのに要する時間が長くなり、ひいてはランニングコストが 増大するおそれがある。
[0004] そこで、本発明は、加工対象物の内部に改質領域を形成するのに要する時間を短 縮することができるレーザ加工装置を提供することを課題とする。
課題を解決するための手段 [0005] 上記課題を解決するために、本発明に係るレーザ加工装置は、板状の加工対象物 の内部に集光点を合わせて加工用レーザ光を照射することにより、加工対象物の切 断予定ラインに沿って、切断の起点となる改質領域を加工対象物の内部に形成する レーザ加工装置であって、加工対象物が載置される載置台と、加工用レーザ光を直 線偏光として出射する加ェ用レーザ光源と、加ェ対象物に照射するための測定用レ 一ザ光を出射する測定用レーザ光源と、加工用レーザ光源から出射された加工用レ 一ザ光の偏光方向を変更する第 1の 1/2波長板と、第 1の 1/2波長板を通過した 加工用レーザ光を、所定の方向を偏光方向とする加工用レーザ光、及び所定の方 向と交差する方向を偏光方向とする加工用レーザ光に分岐する偏光板と、偏光板に より分岐され且つ所定の方向と交差する方向を偏光方向とされた加工用レーザ光の 偏光方向を所定の方向に変更する第 2の 1/2波長板と、偏光板により分岐され且つ 所定の方向を偏光方向とされた加工用レーザ光、及び測定用レーザ光源から出射さ れた測定用レーザ光を加ェ対象物に向けて集光する第 1の集光用レンズと、所定の 方向に沿って第 1の集光用レンズと並設され、第 2の 1/2波長板を通過し且つ所定 の方向を偏光方向とされた加工用レーザ光を加工対象物に向けて集光する第 2の集 光用レンズと、加工対象物において測定用レーザ光が照射されるレーザ光照射面で 反射した測定用レーザ光の反射光を検出することで、第 2の集光用レンズにより集光 される加工用レーザ光の集光点がレーザ光照射面を基準として所定の位置に合うよ うに、レーザ光照射面と第 2の集光用レンズとの距離を制御する制御手段と、所定の 方向が切断予定ラインと略一致した状態で、第 1及び第 2の集光用レンズ、並びに載 置台の少なくとも一方を切断予定ラインに沿って相対移動させる移動手段と、を備え ることを特徴とする。
[0006] また、本発明に係るレーザ加工装置は、板状の加工対象物の内部に集光点を合わ せて加工用レーザ光を照射することにより、加工対象物の切断予定ラインに沿って、 切断の起点となる改質領域を加工対象物の内部に形成するレーザ加工装置であつ て、加工対象物が載置される載置台と、加工用レーザ光を直線偏光として出射する 加工用レーザ光源と、加工対象物に照射するための測定用レーザ光を出射する測 定用レーザ光源と、加工用レーザ光源から出射された加工用レーザ光の偏光方向を 変更する第 1の 1/2波長板と、第 1の 1/2波長板を通過した加工用レーザ光を、所 定の方向を偏光方向とする加工用レーザ光、及び所定の方向と交差する方向を偏 光方向とする加工用レーザ光に分岐する偏光板と、偏光板により分岐され且つ所定 の方向と交差する方向を偏光方向とされた加工用レーザ光の偏光方向を所定の方 向に変更する第 2の 1/2波長板と、第 2の 1/2波長板を通過し且つ所定の方向を 偏光方向とされた加ェ用レーザ光、及び測定用レーザ光源から出射された測定用レ 一ザ光を加工対象物に向けて集光する第 1の集光用レンズと、所定の方向に沿って 第 1の集光用レンズに並設され、偏光板により分岐され且つ所定の方向を偏光方向 とされた加工用レーザ光を加工対象物に向けて集光する第 2の集光用レンズと、カロ ェ対象物において測定用レーザ光が照射されるレーザ光照射面で反射した測定用 レーザ光の反射光を検出することで、第 2の集光用レンズにより集光される加工用レ 一ザ光の集光点がレーザ光照射面を基準として所定の位置に合うように、レーザ光 照射面と第 2の集光用レンズとの距離を制御する制御手段と、所定の方向が切断予 定ラインと略一致した状態で、第 1及び第 2の集光用レンズ、並びに載置台の少なく とも一方を切断予定ラインに沿って相対移動させる移動手段と、を備えることを特徴と する。
この本発明に係るレーザ加工装置においては、直線偏光である加工用レーザ光は 、加工用レーザ光源から出射され、第 1の 1/2波長板により偏光方向が変更され、 偏光板に入射する。この偏光板により、加工用レーザ光は、所定の方向を偏光方向 とする加工用レーザ光、及び所定の方向と交差する方向を偏光方向とする加工用レ 一ザ光に分岐される。そして、偏光板により分岐され且つ所定の方向と交差する方向 を偏光方向とされた加工用レーザ光は、第 2の 1/2波長板により、偏光方向を所定 の方向に変更される。すなわち、直線偏光の加工用レーザ光は、所定の方向を偏光 方向として、第 1の集光用レンズに入射するものと第 2の集光用レンズに入射するも のとに分岐される。そして、例えば、移動手段により、所定の方向が切断予定ラインと 略一致した状態で、第 1及び第 2の集光用レンズ、並びに載置台の少なくとも一方が 切断予定ラインに沿って相対移動させられるのに併せて、測定用レーザ光源から測 定用レーザ光が出射され、制御手段により、加工対象物のレーザ光照射面で反射し た測定用レーザ光の反射光が検出されることで、第 2の集光用レンズにより集光され る加工用レーザ光の集光点がレーザ光照射面を基準として所定の位置に合うように 、レーザ光照射面と第 2の集光用レンズとの距離が制御される。従って、これらにより 、測定用レーザ光によるレーザ光照射面の変位測定と加工用レーザ光による改質領 域の形成とを同時に行うことが可能となり、加工対象物の厚さが比較的厚い場合であ つても、予めトレースを行うことが不要となる。よって、加工対象物の内部に改質領域 を形成するのに要する時間を短縮することができる。
[0008] また、制御手段は、レーザ光照射面で反射した測定用レーザ光の反射光を検出す ることで、第 1の集光用レンズにより集光される加工用レーザ光の集光点がレーザ光 照射面を基準として所定の位置に合うように、レーザ光照射面と第 1の集光用レンズ との距離を制御することが好ましい。この場合、例えば、移動手段により、所定の方向 が切断予定ラインと略一致した状態で、第 1及び第 2の集光用レンズ、並びに載置台 の少なくとも一方が切断予定ラインに沿って相対移動させられるのに併せて、測定用 レーザ光源から測定用レーザ光が出射され、制御手段により、加工対象物のレーザ 光照射面で反射した測定用レーザ光の反射光が検出されることで、第 1の集光用レ ンズにより集光される加工用レーザ光の集光点がレーザ光照射面を基準として所定 の位置に合うように、レーザ光照射面と第 1の集光用レンズとの距離が制御されると 共に、第 2の集光用レンズにより集光される加工用レーザ光の集光点がレーザ光照 射面を基準として所定の位置に合うように、レーザ光照射面と第 2の集光用レンズと の距離が制御される。従って、少なくとも 2列の改質領域を加工対象物の内部に同時 に形成することができる。その結果、加工対象物の厚さ方向に改質領域を複数列形 成する場合、加工用レーザ光の同一の切断予定ラインに沿ったスキャンの繰返し回 数を低減することが可能となる。
[0009] また、第 1の 1/2波長板は、加工用レーザ光の偏光方向を任意の方向に変更する ことが好ましい。この場合、第 1の 1/2波長板を通過した加工用レーザ光の偏光方 向に応じて、偏光板により分岐される各加工用レーザ光の光量の配分を任意に調節 すること力 Sでさる。
[0010] また、加工用レーザ光の光路において加工用レーザ光源と第 1の 1/2波長板との 間に配置され、加工用レーザ光の光量を調節するアツテネータを備えることが好まし い。この場合、アツテネータにより、第 1の 1/2波長板に入射する加工用レーザ光の 光量を調節して、加工用レーザ光の全体出力を自在に変更することができる。
[0011] また、加工用レーザ光の光路において偏光板と第 1の集光用レンズとの間に配置さ れ、加工用レーザ光が第 1の集光レンズに入射するのを遮断するシャツタを備えるこ とが好ましい。この場合、シャツタを閉とすることで、第 1の集光用レンズにより加工用 レーザ光が加工対象物に向けて集光されるのを確実且つ容易に抑止することができ る。このことは、第 1の集光用レンズを用いて測定用レーザ光によるレーザ光照射面 の変位測定のみを行う場合に特に有効である。
[0012] また、第 2の集光用レンズは、第 1の集光用レンズと所定の距離だけ離間して並設 されており、制御手段は、レーザ光照射面と第 1の集光用レンズとの距離が一定とな るように第 1の集光用レンズを動作すると共に当該動作に関する動作情報を取得し つつ、動作情報及び所定の距離に基づいて、第 2の集光用レンズを動作する制御と 、予め取得された動作情報に基づいて、第 1の集光用レンズを動作すると共に、予め 取得された動作情報及び所定の距離に基づいて、第 2の集光用レンズを動作する制 御と、を実行する場合がある。
発明の効果
[0013] 本発明によれば、加工対象物の内部に改質領域を形成するのに要する時間を短 縮することができるレーザ加工装置を提供することが可能となる。
図面の簡単な説明
[0014] [図 1]本実施形態に係るレーザ加工装置によるレーザ加工中の加工対象物の平面図 である。
[図 2]図 1に示す加工対象物の II II線に沿った断面図である。
[図 3]本実施形態に係るレーザ加工装置によるレーザ加工後の加工対象物の平面図 である。
[図 4]図 3に示す加工対象物の IV— IV線に沿った断面図である。
[図 5]図 3に示す加工対象物の V— V線に沿った断面図である。
[図 6]本実施形態に係るレーザ加工装置により切断された加工対象物の平面図であ 園 7]本実施形態に係るレーザ加工装置における電界強度とクラックスポットの大きさ
Figure imgf000008_0001
[図 8]本実施形態に係るレーザ加工装置の第 1工程における加工対象物の断面図で ある。
[図 9]本実施形態に係るレーザ加工装置の第 2工程における加工対象物の断面図で ある。
[図 10]本実施形態に係るレーザ加工装置の第 3工程における加工対象物の断面図 である。
[図 11]本実施形態に係るレーザ加工装置の第 4工程における加工対象物の断面図 である。
[図 12]本実施形態に係るレーザ加工装置により切断されたシリコンウェハの一部にお ける断面の写真を表す図である。
[図 13]本実施形態に係るレーザ加工装置におけるレーザ光の波長とシリコン基板の 内部の透過率との関係を示すグラフである。
[図 14]加工対象物を示す正面図である。
[図 15]図 15中の XV— XV線に沿った部分断面図である。
[図 16]本発明の一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 17]図 16のレーザ加工装置によるレーザ加工方法を説明するための図 14中の XV
II XVII線に沿った部分断面図である。
[図 18]図 17に示すレーザ加工方法の続きを説明するため図 14中の XVII— XVII線に 沿った部分断面図である。
[図 19]図 18に示すレーザ加工方法の続きを説明するための図 14中の XVII— XVII線 に沿った部分断面図である。
符号の説明
1···加工対象物、 3···表面（レーザ光照射面）、 5···切断予定ライン、 7···改質領域 、 31···集光用レンズ (第 1の集光用レンズ）、 32···集光用レンズ (第 2の集光用レンズ )、 33, 34···シャツタ、 41···測定用レーザ光源、 42· 4分割フォトダイオード（変位取 得手段）、 51···1/2波長板 (第 1の波長板）、 52···偏光板、 55···1/2波長板 (第 2 波長板）、 101···加工用レーザ光源、 102···アツテネータ、 105···集光用レンズ制御 部（制御手段）、 107···載置台、 115···移動制御部 (移動手段）、 L, LI, L2〜加工 用レーザ光、 L3〜測定用レーザ光、 L4' 反射光、 Ρ···集光点。
発明を実施するための最良の形態
[0016] 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。本実 施形態のレーザ加ェ方法では、加ェ対象物の内部に改質領域を形成するために多 光子吸収という現象を利用する。そこで、最初に、多光子吸収により改質領域を形成 するためのレーザ加工方法について説明する。
[0017] 材料の吸収のバンドギャップ E よりも光子のエネルギー が小さいと光学的に透
G
明となる。よって、材料に吸収が生じる条件は >Eである。しかし、光学的に透明
G
でも、レーザ光の強度を非常に大きくすると nhv >E の条件（n = 2, 3, 4, ···)で
G
材料に吸収が生じる。この現象を多光子吸収という。ノ ルス波の場合、レーザ光の強 度はレーザ光の集光点のピークパワー密度 (W/cm2)で決まり、例えばピークパヮ 一密度が lX108(W/cm2)以上の条件で多光子吸収が生じる。ピークパワー密度 は、（集光点におけるレーザ光の 1パルス当たりのエネルギー） ÷ (レーザ光のビーム スポット断面積 Xノ ルス幅）により求められる。また、連続波の場合、レーザ光の強度 はレーザ光の集光点の電界強度 (W/cm2)で決まる。
[0018] このような多光子吸収を利用する本実施形態に係るレーザ加工方法の原理につい て、図 1〜図 6を参照して説明する。図 1に示すように、ウェハ状 (板状）の加工対象物 1の表面 3には、加工対象物 1を切断するための切断予定ライン 5がある。切断予定ラ イン 5は直線状に延びた仮想線である。本実施形態に係るレーザ加工方法では、図 2に示すように、多光子吸収が生じる条件で加工対象物 1の内部に集光点 Pを合わ せてレーザ光 Lを照射して改質領域 7を形成する。なお、集光点 Pとは、レーザ光しが 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つ てもよ!/、し、仮想線に限らず加工対象物 1に実際に引かれた線であってもよ!/、。
[0019] そして、レーザ光 Lを切断予定ライン 5に沿って（すなわち、図 1の矢印 A方向に）相 対的に移動させることにより、集光点 Pを切断予定ライン 5に沿って移動させる。これ により、図 3〜図 5に示すように、改質領域 7が切断予定ライン 5に沿って加工対象物 1の内部に形成され、この改質領域 7が切断起点領域 8となる。ここで、切断起点領 域 8とは、加工対象物 1が切断される際に切断 (割れ）の起点となる領域を意味する。 この切断起点領域 8は、改質領域 7が連続的に形成されることで形成される場合もあ るし、改質領域 7が断続的に形成されることで形成される場合もある。
[0020] 本実施形態に係るレーザ加工方法においては、加工対象物 1の表面 3ではレーザ 光 Lがほとんど吸収されないので、加工対象物 1の表面 3が溶融することはない。
[0021] 加工対象物 1の内部に切断起点領域 8を形成すると、この切断起点領域 8を起点と して割れが発生し易くなるため、図 6に示すように、比較的小さな力で加工対象物 1を 切断すること力 Sできる。よって、加工対象物 1の表面 3に不必要な割れを発生させるこ となぐ加工対象物 1を高精度に切断することが可能になる。
[0022] この切断起点領域 8を起点とした加工対象物 1の切断には、次の 2通りが考えられ る。 1つは、切断起点領域 8形成後、加工対象物 1に人為的な力が印加されることに より、切断起点領域 8を起点として加工対象物 1が割れ、加工対象物 1が切断される 場合である。これは、例えば加工対象物 1の厚さが大きい場合の切断である。人為的 な力が印加されるとは、例えば、加工対象物 1の切断起点領域 8に沿って加工対象 物 1に曲げ応力やせん断応力を加えたり、加工対象物 1に温度差を与えることにより 熱応力を発生させたりすることである。他の 1つは、切断起点領域 8を形成することに より、切断起点領域 8を起点として加工対象物 1の断面方向（厚さ方向）に向かって自 然に割れ、結果的に加工対象物 1が切断される場合である。これは、例えば加工対 象物 1の厚さが小さい場合には、 1列の改質領域 7により切断起点領域 8が形成され ることで可能となり、加工対象物 1の厚さが大きい場合には、厚さ方向に複数列形成 された改質領域 7により切断起点領域 8が形成されることで可能となる。なお、この自 然に割れる場合も、切断する箇所において、切断起点領域 8が形成されていない部 位に対応する部分の表面 3上にまで割れが先走ることがなぐ切断起点領域 8を形成 した部位に対応する部分のみを割断することができるので、割断を制御よくすること 力できる。近年、シリコンウェハ等の加工対象物 1の厚さは薄くなる傾向にあるので、 このような制御性のよい割断方法は大変有効である。 [0023] さて、本実施形態に係るレーザ加工方法において、改質領域としては、次の（1)〜 (3)の場合がある。
[0024] (1)改質領域が 1つ又は複数のクラックを含むクラック領域の場合
加工対象物（例えばガラスや LiTaO力 なる圧電材料）の内部に集光点を合わせ
3
て、集光点における電界強度が 1 X 108 (W/cm2)以上で且つノ レス幅が 1 μ s以下 の条件でレーザ光を照射する。このノ ルス幅の大きさは、多光子吸収を生じさせつ つ加工対象物の表面に余計なダメージを与えずに、加工対象物の内部にのみクラッ ク領域を形成できる条件である。これにより、加工対象物の内部には多光子吸収によ る光学的損傷という現象が発生する。この光学的損傷により加工対象物の内部に熱 ひずみが誘起され、これにより加工対象物の内部にクラック領域が形成される。電界 強度の上限値としては、例えば 1 X 1012 (W/cm2)である。パルス幅は例えば lns〜 200nsが好ましい。なお、多光子吸収によるクラック領域の形成は、例えば、第 45回 レーザ熱加工研究会論文集（1998年. 12月）の第 23頁〜第 28頁の「固体レーザー 高調波によるガラス基板の内部マーキング」に記載されている。
[0025] 本発明者は、電界強度とクラックの大きさとの関係を実験により求めた。実験条件は 次ぎの通りである。
[0026] (A)加工対象物：ノ ィレックス（登録商標）ガラス（厚さ 700 a m)
(B)レーザ
光源：半導体レーザ励起 Nd： YAGレーザ
波長： 1064nm
レーザ光スポット断面積： 3. 14 X 10— 8cm2
発振形態： Qスィッチノ ルス
繰り返し周波数： 100kHz
ノ ノレス幅： 30ns
出力：出力 < lmj/ノ ルス
レーザ光品質： TEM
00
偏光特性：直線偏光
(C)集光用レンズ レーザ光波長に対する透過率： 60パーセント
(D)加工対象物が載置される載置台の移動速度： 100mm/秒
[0027] なお、レーザ光品質が TEM とは、集光性が高くレーザ光の波長程度まで集光可
00
能を意味する。
[0028] 図 7は上記実験の結果を示すグラフである。横軸はピークパワー密度であり、レー ザ光力 Sパルスレーザ光なので電界強度はピークパワー密度で表される。縦軸は 1パ ルスのレーザ光により加工対象物の内部に形成されたクラック部分（クラックスポット） の大きさを示している。クラックスポット力 S集まりクラック領域となる。クラックスポットの 大きさは、クラックスポットの形状のうち最大の長さとなる部分の大きさである。グラフ 中の黒丸で示すデータは集光用レンズ（C)の倍率が 100倍、開口数（NA)が 0· 80 の場合である。一方、グラフ中の白丸で示すデータは集光用レンズ (C)の倍率が 50 倍、開口数 (NA)が 0· 55の場合である。ピークパワー密度が 10U (W/cm2)程度 力、ら加工対象物の内部にクラックスポットが発生し、ピークパワー密度が大きくなるに 従いクラックスポットも大きくなること力分力、る。
[0029] 次に、クラック領域形成による加工対象物の切断のメカニズムについて、図 8〜図 1 1を参照して説明する。図 8に示すように、多光子吸収が生じる条件で加工対象物 1 の内部に集光点 Pを合わせてレーザ光 Lを照射して切断予定ラインに沿って内部に クラック領域 9を形成する。クラック領域 9は 1つ又は複数のクラックを含む領域である 。このように形成されたクラック領域 9が切断起点領域となる。図 9に示すように、クラッ ク領域 9を起点として (すなわち、切断起点領域を起点として）クラックがさらに成長し 、図 10に示すように、クラックが加工対象物 1の表面 3と裏面 21とに到達し、図 11に 示すように、加工対象物 1が割れることにより加工対象物 1が切断される。加工対象物 1の表面 3と裏面 21とに到達するクラックは自然に成長する場合もあるし、加工対象 物 1に力が印加されることにより成長する場合もある。
[0030] (2)改質領域が溶融処理領域の場合
加工対象物（例えばシリコンのような半導体材料）の内部に集光点を合わせて、集 光点における電界強度が 1 X 108 (W/cm2)以上で且つパルス幅が 1 μ s以下の条 件でレーザ光を照射する。これにより加工対象物の内部は多光子吸収によって局所 的に加熱される。この加熱により加工対象物の内部に溶融処理領域が形成される。 溶融処理領域とは一旦溶融後再固化した領域や、まさに溶融状態の領域や、溶融 状態から再固化する状態の領域であり、相変化した領域や結晶構造が変化した領域 ということもできる。また、溶融処理領域とは単結晶構造、非晶質構造、多結晶構造 において、ある構造が別の構造に変化した領域ということもできる。つまり、例えば、 単結晶構造力 非晶質構造に変化した領域、単結晶構造から多結晶構造に変化し た領域、単結晶構造から非晶質構造及び多結晶構造を含む構造に変化した領域を 意味する。加工対象物がシリコン単結晶構造の場合、溶融処理領域は例えば非晶 質シリコン構造である。電界強度の上限値としては、例えば 1 X 1012 (W/cm2)であ る。パルス幅は例えば lns〜200nsが好ましい。
[0031] 本発明者は、シリコンウェハ（半導体基板）の内部で溶融処理領域が形成されること を実験により確認した。実験条件は次の通りである。
[0032] (A)加工対象物：シリコンウエノ、（厚さ 350 m、外径 4インチ）
(B)レーザ
光源：半導体レーザ励起 Nd： YAGレーザ
波長： 1064nm
レーザ光スポット断面積： 3. 14 X 10— 8cm2
発振形態： Qスィッチノ ルス
繰り返し周波数： 100kHz
ノ ノレス幅： 30ns
出力： 20 J /パルス
レーザ光品質： TEM
00
偏光特性：直線偏光
(C)集光用レンズ
倍率： 50倍
N. A. : 0. 55
レーザ光波長に対する透過率： 60パーセント
(D)加工対象物が載置される載置台の移動速度： 100mm/秒 [0033] 図 12は、上記条件でのレーザ加工により切断されたシリコンウェハの一部における 断面の写真を表した図である。シリコンウェハ 11の内部に溶融処理領域 13が形成さ れている。なお、上記条件により形成された溶融処理領域 13の厚さ方向の大きさは 1 00 m程度である。
[0034] 溶融処理領域 13が多光子吸収により形成されたことを説明する。図 13は、レーザ 光の波長とシリコン基板の内部の透過率との関係を示すグラフである。ただし、シリコ ン基板の表面側と裏面側それぞれの反射成分を除去し、内部のみの透過率を示し てレヽる。シリコン基板の厚さ t力 50〃 m、 100〃 m、 200 μ m、 500 μ m、 1000 μ mの 各々について上記関係を示した。
[0035] 例えば、 Nd : YAGレーザの波長である 1064nmにおいて、シリコン基板の厚さが 5 00 m以下の場合、シリコン基板の内部ではレーザ光が 80%以上透過することが分 かる。図 12に示すシリコンウェハ 11の厚さは 350 111であるので、多光子吸収による 溶融処理領域 13はシリコンウェハ 11の中心付近、つまり表面から 175 111の部分に 形成される。この場合の透過率は、厚さ 200 mのシリコンウェハを参考にすると、 90 %以上なので、レーザ光がシリコンウェハ 11の内部で吸収されるのは僅かであり、ほ とんどが透過する。このことは、シリコンウェハ 11の内部でレーザ光が吸収されて、溶 融処理領域 13がシリコンウェハ 11の内部に形成（つまりレーザ光による通常の加熱 で溶融処理領域が形成）されたものではなぐ溶融処理領域 13が多光子吸収により 形成されたことを意味する。多光子吸収による溶融処理領域の形成は、例えば、溶 接学会全国大会講演概要第 66集（2000年 4月 )の第 72頁〜第 73頁の「ピコ秒パル スレーザによるシリコンの加工特性評価」に記載されている。
[0036] なお、シリコンウェハは、溶融処理領域によって形成される切断起点領域を起点と して断面方向に向力、つて割れを発生させ、その割れがシリコンウェハの表面と裏面と に到達することにより、結果的に切断される。シリコンウェハの表面と裏面に到達する この割れは自然に成長する場合もあるし、シリコンウェハに力が印加されることにより 成長する場合もある。そして、切断起点領域からシリコンウェハの表面と裏面とに割れ が自然に成長する場合には、切断起点領域を形成する溶融処理領域が溶融してい る状態から割れが成長する場合と、切断起点領域を形成する溶融処理領域が溶融 している状態から再固化する際に割れが成長する場合とのいずれもある。ただし、ど ちらの場合も溶融処理領域はシリコンウェハの内部のみに形成され、切断後の切断 面には、図 12のように内部にのみ溶融処理領域が形成されている。このように、加工 対象物の内部に溶融処理領域によって切断起点領域を形成すると、割断時、切断 起点領域ラインから外れた不必要な割れが生じにくいので、割断制御が容易となる。 ちなみに、溶融処理領域の形成は多光子吸収が原因の場合のみでなぐ他の吸収 作用が原因の場合もある。
[0037] (3)改質領域が屈折率変化領域の場合
加工対象物（例えばガラス）の内部に集光点を合わせて、集光点における電界強 度が 1 X 108 (W/cm2)以上で且つパルス幅が Ins以下の条件でレーザ光を照射す る。ノ ルス幅を極めて短くして、多光子吸収を加工対象物の内部に起こさせると、多 光子吸収によるエネルギーが熱エネルギーに転化せずに、加工対象物の内部には イオン価数変化、結晶化又は分極配向等の永続的な構造変化が誘起されて屈折率 変化領域が形成される。電界強度の上限値としては、例えば l X 1012 (W/cm2)で ある。ノ ルス幅は例えば Ins以下が好ましぐ lps以下がさらに好ましい。多光子吸収 による屈折率変化領域の形成は、例えば、第 42回レーザ熱加工研究会論文集（19 97年. 11月）の第 105頁〜第 111頁の「フェムト秒レーザー照射によるガラス内部へ の光誘起構造形成」に記載されている。
[0038] 以上、改質領域として（1)〜（3)の場合を説明した力 ウェハ状の加工対象物の結 晶構造やその劈開性などを考慮して切断起点領域を次のように形成すれば、その切 断起点領域を起点として、より一層小さな力で、しかも精度良く加工対象物を切断す ることが可能になる。
[0039] すなわち、シリコンなどのダイヤモンド構造の単結晶半導体からなる基板の場合は 、 （111)面（第 1劈開面)や（110)面（第 2劈開面）に沿った方向に切断起点領域を 形成するのが好ましい。また、 GaAsなどの閃亜鉛鉱型構造の III V族化合物半導 体からなる基板の場合は、 (110)面に沿った方向に切断起点領域を形成するのが 好ましい。さらに、サファイア (Al O )などの六方晶系の結晶構造を有する基板の場
2 3
合は、（0001)面（C面）を主面として（1120)面（A面）或いは（1100)面（M面）に沿 つた方向に切断起点領域を形成するのが好ましい。
[0040] なお、上述した切断起点領域を形成すべき方向（例えば、単結晶シリコン基板にお ける（111)面に沿った方向）、或いは切断起点領域を形成すべき方向に直交する方 向に沿って基板にオリエンテーションフラットを形成すれば、そのオリエンテーション フラットを基準とすることで、切断起点領域を形成すべき方向に沿った切断起点領域 を容易且つ正確に基板に形成することが可能になる。
[0041] 次に、本発明の好適な実施形態について説明する。
[0042] 図 14及び図 15に示すように、加工対象物 1は、厚さ 300 111、直径 8インチのシリ コンウェハ 11と、複数の機能素子 15を含んでシリコンウェハ 11の表面 11aに形成さ れた機能素子層 16とを備えている。
[0043] 機能素子 15は、例えば、結晶成長により形成された半導体動作層、フォトダイォー ド等の受光素子、レーザダイオード等の発光素子、或いは回路として形成された回 路素子等であり、シリコンウェハ 11のオリエンテーションフラット 6に平行な方向及び 垂直な方向にマトリックス状に多数形成されている。このような加工対象物 1は、隣り 合う機能素子間を通るように格子状に設定された切断予定ライン 5に沿って切断され
[0044] 図 16に示すように、レーザ加工装置 100は、板状の加工対象物 1の内部に集光点 を合わせてレーザ光 (加工用レーザ光） Lを照射することにより、加工対象物 1の切断 予定ライン 5に沿って、切断の起点となる改質領域を加ェ対象物 1の内部に複数列 形成するものである。
[0045] レーザ加工装置 100は、加工対象物 1が水平に載置される載置台 107と、レーザ ユニット 110と、載置台 107及びレーザユニット 110を移動させる移動制御部（移動 手段） 115と、を備えている。移動制御部 115は、載置台 107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 110を鉛直方向（Z軸方向）に移動させる
〇
[0046] レーザユニット 110は、 X軸方向（所定の方向）を偏光方向とする直線偏光の加工 用レーザ光 Lをノ ルス発振する加工用レーザ光源 101を備えている。この加工用レ 一ザ光源 101から出射された加工用レーザ光 Lは、加工用レーザ光 Lの光量を調節 するアツテネータ 102を通過し、 X軸方向を偏光方向とする直線偏光の加工用レー ザ光 L 1と Y軸方向（所定の方向と交差する方向）を偏光方向とする直線偏光の加ェ 用レーザ光 L2とに分岐するセパレータ 103に導かれる。
[0047] 分岐された加工用レーザ光 L1は、加工用レーザ光 L1の通過又は遮断を行うシャツ タ 33、ビームサイズを拡大するビームエキスパンダ 35、ダイクロイツクミラー 48に順次 に導かれ、集光用レンズ (第 1の集光用レンズ) 31により集光されて加工対象物 1に 照射される。集光用レンズ 31は、加工用レーザ光 L1及び後述する測定用レーザ光 L3を加工対象物 1に向けて集光するものである。この集光用レンズ 31には、ピエゾ 素子 28が取り付けられており、当該ピエゾ素子 28により集光用レンズ 31の Z軸方向 位置が調整される。ダイクロイツクミラー 48は、加工用レーザ光 L1を透過すると共に、 後述する測定用レーザ光 L3及びその反射光 L4を反射させる。
[0048] 一方、分岐された加工用レーザ光 L2は、ミラー 22、シャツタ 34、ビームエキスパン ダ 36に順次に導かれ、アツテネータ 104により X軸方向を偏光方向とする直線偏光と され、集光用レンズ (第 2の集光用レンズ) 32により集光されて加工対象物 1に照射さ れる。集光用レンズ 32は、集光用レンズ 31と X軸方向に所定の距離 Dだけ離間して 並設されており、加工用レーザ光 L2を加工対象物 1に向けて集光するものである。こ こでは、距離 Dは、 35mmとしている。この集光用レンズ 32にも、集光用レンズ 31と 同様に、ピエゾ素子 29が取り付けられており、当該ピエゾ素子 29により集光用レンズ 32の Z軸方向位置が調整される。
[0049] また、レーザユニット 110は、例えばレーザダイオードを用いた測定用レーザ光源 4 1を有している。この測定用レーザ光源 41は、加工対象物 1に照射するための測定 用レーザ光 L3を出射するものであり、これにより、加工対象物 1の表面 3の変位を測 定して、加ェ対象物 1の内部における所望の位置に改質領域を精度良く形成するこ とができる。測定用レーザ光源 41から出射された測定用レーザ光 L3は、ミラー 46、 ハーフミラー 47により順次に反射されて、ダイクロイツクミラー 48に導かれる。そして、 測定用レーザ光 L3は、加工用レーザ光 L1の光軸上を下方に向かって進行し、集光 用レンズ 31により集光されて加工対象物 1に照射される。加工対象物 1の表面（レー ザ光照射面） 3で反射された測定用レーザ光 L3の反射光 L4は、集光用レンズ 31に 再入射して加工用レーザ光 LIの光軸上を上方に向かって進行し、ダイクロイツクミラ 一 48により反射され、ハーフミラー 47を通過する。
[0050] ハーフミラー 47を通過した測定用レーザ光の反射光 L4は、シリンドリカルレンズと 平凸レンズとからなる整形光学系 49により非点収差が付加されて集光され、フォトダ ィオードを 4等分してなる 4分割フォトダイオード 42上に照射され、 4分割フォトダイォ ード 42の受光面に集光像を形成する。この集光像は、整形光学系 49で非点収差が 付加されていることより、加工対象物 1の表面 3の変位に応じて変化する。よって、 4 分割フォトダイオード 42は、表面 3の変位に関する変位情報を電圧値として取得する 。この 4分割フォトダイオード 42には、集光用レンズ制御部（制御手段） 105が接続さ れている。集光用レンズ制御部 105には、上述したピエゾ素子 28, 29が接続されて おり、集光用レンズ制御部 105は、取得した電圧値等に基づいて、集光用レンズ 31 , 32により集光される加工用レーザ光 LI , 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の駆動を制御する。
[0051] 具体的には、集光用レンズ制御部 105は、 4分割フォトダイオード 42により取得され た電圧値に基づいて、加工対象物 1の表面 3と集光用レンズ 31との距離が一定とな るように集光用レンズ 31を動作させると共に当該動作に関する動作情報を取得しつ つ、動作情報及び距離 Dに基づいて、集光用レンズ 32を動作させる制御を実行する
〇
[0052] より具体的には、集光用レンズ制御部 105は、以下の制御を実行する。すなわち、 集光用レンズ 31及び集光用レンズ 32が同一の切断予定ライン 5上に配置される状 態 (加工用レーザ光の偏光方向である X軸方向が切断予定ライン 5と略一致した状態 )で、載置台 107を当該切断予定ライン 5に沿って相対移動させるに際して、 4分割フ オトダイオード 42により取得された電圧値が一定になるようにピエゾ素子 28を駆動し 、加工対象物 1の表面 3と集光用レンズ 31との距離が一定距離を維持するように集 光用レンズ 31を動作させる。これと共に、ピエゾ素子 28を駆動させた指令電圧を切 断予定ライン 5に沿う座標と関連付けて、指令電圧データとしてメモリーしつつ、当該 指令電圧データにおいて集光用レンズ 32の X座標 (集光用レンズ 31の X座標に距 離 Dだけ加算した座標）での指令電圧データをピエゾ素子 29にて再生し、集光用レ ンズ 32を動作させる。換言すると、メモリーした指令電圧データを、載置台 107が距 離 Dを相対移動するために必要な時間だけ遅らせてピエゾ素子 29で再生し、集光 用レンズ 32を動作させる。
[0053] また、集光用レンズ制御部 105は、予め取得された動作情報に基づいて、集光用 レンズ 31を動作させると共に、予め取得された動作情報及び距離 Dに基づいて、集 光用レンズ 32を動作させる制御を実行する。
[0054] より具体的には、集光用レンズ制御部 105は、以下の制御を実行する。すなわち、 集光用レンズ 31及び集光用レンズ 32が同一の切断予定ライン 5上に配置される状 態で、載置台 107を当該切断予定ライン 5に沿って相対移動させるに際して、既にメ モリーされた指令電圧データにおいて集光用レンズ 31の X座標での電圧指令デー タをピエゾ素子 28にて再生し、集光用レンズ 31を動作させる。これと共に、既にメモリ 一された指令電圧データにおいて集光用レンズ 32の X座標での電圧指令データを ピエゾ素子 29にて再生し、集光用レンズ 32を動作させる。
[0055] ところで、レーザ加工装置 100には、上述のように、セパレータ 103が設けられてい る。セパレータ 103は、 1/2波長板（第 1の 1/2波長板） 51と偏光板 52とを有してい る。具体的には、 1/2波長板 51と偏光板 52とは、加工用レーザ光 Lの出射方向にこ の順序で、加工用レーザ光 Lの光軸上に配置されている。
[0056] 1/2波長板 51は、加工用レーザ光 Lの光軸回りに回転可能となっており、加工用 レーザ光 Lの偏光方向を任意の方向に変更することができる。すなわち、 1/2波長 板 51は、 X軸方向の偏光方向を有する加工用レーザ光 Lを、例えば、水平面（X— Y 平面）内において X軸となす角度が 45° の方向を偏光方向としたり、水平面内にお いて X軸となす角度が 60° の方向を偏光方向としたりするものである。
[0057] 偏光板 52は、加工用レーザ光 Lを、 X軸方向を偏光方向とする加工用レーザ光 L1 と Y軸方向を偏光方向とする加工用レーザ光 L2とに分岐する。具体的には、偏光板 52は、加工用レーザ光 Lのうち偏光方向が X軸方向の加工用レーザ光を集光用レン ズ 31に向けて加工用レーザ光 L1として透過すると共に、偏光方向が Y軸方向のレ 一ザ光を集光用レンズ 32に向けて加工用レーザ光 L2として反射する。
[0058] また、レーザ加工装置 100には、上述のように、アツテネータ 102及びアツテネータ 104が設けられている。アツテネータ 102は、 1/2波長板 53と偏光板 54とを有し、加 ェ用レーザ光 Lの出射方向にこの順序で、加工用レーザ光 Lの光軸上に配置されて いる。このアツテネータ 102は、 1/2波長板 53により加工用レーザ光 Lの偏光の向き を変更し、偏光板 54により偏光方向が X軸方向の加工用レーザ光 Lのみを透過する 。すなわち、アツテネータ 102は、加工用レーザ光 Lの光量を調整して加工用レーザ 光 Lの全体出力を自在に調整（変更）するレヽゎゆる減衰器として主に機能する。
[0059] アツテネータ 104は、 1/2波長板（第 2の 1/2波長板） 55と偏光板 56とを有し、加 ェ用レーザ光 L2の出射方向にこの順序で、加工用レーザ光 L2の光軸上に配置さ れている。 1/2波長板 55は、加工用レーザ光 L2の偏光方向を加工用レーザ光 L1 と同じ X軸方向に変更する。すなわち、 1/2波長板 55は、加工用レーザ光 L2の偏 光方向を加工用レーザ光 L1と同じとするいわゆる偏光子として主に機能する。そして 、偏光板 56は、偏光方向力 軸方向の加工用レーザ光 L2のみを集光用レンズ 32に 透過する。
[0060] 以上、説明したレーザ加工装置 100を用いて加工対象物 1を切断する場合、まず、 加工対象物 1の裏面 21に、例えばエキスパンドテープを貼り付けて当該加工対象物 1を載置台 107上に載置する。続いて、加工対象物 1の表面 3からシリコンウェハ 11 の内部に集光点を合わせて加工用レーザ光 Lを照射して、各切断予定ライン 5に沿 つて、切断の起点となる改質領域を加工対象物 1の内部に形成する。そして、エキス パンドテープを拡張させる。これにより、改質領域を切断の起点として、加工対象物 1 が切断予定ライン 5に沿って機能素子 15毎に精度良く切断され、複数の半導体チッ プが互いに離間することになる。なお、改質領域は、溶融処理領域の他に、クラック 領域等を含む場合がある。
[0061] ここで、上述した改質領域の形成についてより詳細に説明する。なお、ここでは、上 記と同様に、切断予定ライン 5に沿った方向を X軸方向（X座標）、加工対象物 1の厚 さ方向を Z軸方向（Z座標）として説明する。
[0062] [ノ、イトセット]
まず、加工対象物 1の表面 3に投影した例えばレクチル画像のピントを合わせた状 態で、測定用レーザ光 L3を照射し、表面 3で反射した測定用レーザ光 L3の反射光 L 4を電圧値として検出し、検出された電圧値 VOをメモリーする。このときの集光用レン ズ 31の Z座標を基準値（C^ m)とし、表面 3側から裏面 21側に向力、う方向を正方向と する。
[0063] [第 1アップカット加工]
続いて、図 17 (a)に示すように、集光用レンズ 31の X座標が加工対象物 1の右端か ら、例えば 25mm離れた X座標となるように、載置台 107を移動させる。この集光用レ ンズ 31の X座標は、載置台 107の移動速度が一定となるまでの載置台 107の加減 速距離である。加減速距離は、載置台 107の移動速度に応じて適宜に設定してもよ い。
[0064] 続いて、集光用レンズ 31及び集光用レンズ 32が同一の切断予定ライン 5上に配置 されるようにして、移動制御部 115により、載置台 107を切断予定ライン 5に沿って右 方向に移動させる、すなわち、集光用レンズ 31 , 32を加工対象物 1の右端から左端 に向力、う方向（アップカットの方向）に相対移動させる。この移動に併せて、以下の動 作を実行する。
[0065] 図 17 (b)に示すように、測定用レーザ光源 41により測定用レーザ光 L3を照射し、 4 分割フォトダイオード 42により反射光 L4の電圧値を検出し、集光用レンズ制御部 10 5により当該電圧値が電圧値 V0になるようにピエゾ素子 28を駆動し、加工対象物 1 の表面 3と集光用レンズ 31との距離がハイトセット時の距離を維持するように集光用 レンズ 31を Z軸方向に動作させる。これと共に、このピエゾ素子 28を駆動させた指令 電圧を X座標と関連付けて、指令電圧データ Cとして集光用レンズ制御部 105にメモ リー（記憶)する。ここで、メモリーする際には、シャツタ 33は閉としており、これにより、 測定用レーザ光 L3を照射時に集光用レンズ 31力も加工用レーザ光 L1が出射する ことを確実且つ容易に抑止している。このことは、集光用レンズ 31を用いて測定用レ 一ザ光 L3による表面 3の変位測定のみを行う場合に特に有効である。
[0066] そして、集光用レンズ 32の X座標が加工対象物 1の右端に達した時点から（すなわ ち、集光用レンズ 31の X座標が加工対象物 1の右端から距離 Dだけ左端側に達した 時点から）、集光用レンズ制御部 105により、メモリーした指令電圧データ Cにおいて 集光用レンズ 32の X座標での指令電圧データをピエゾ素子 29にて再生し、集光用 レンズ 32を動作させる。これと共に、図 17 (b)に示すように、シャツタ 34を開とし、カロ ェ対象物 1の内部に集光点を合わせて加工用レーザ光 L2を加工対象物 1に照射し 、加工対象物 1の表面 3を基準にして Z軸方向に 73 mの位置に改質領域を形成す
[0067] 集光用レンズ 32の X座標が加工対象物 1の左端に達した時点から、載置台 107の 移動速度を減速すると共にシャツタ 34を閉として加工用レーザ光 L2の照射を停止す る。その後、図 17 (c)に示すように、当該座標が加工対象物 1の左端から 25mm離れ た座標となった時点で、載置台 107の移動を停止する。
[0068] [第 1ダウンカット加工]
続いて、移動制御部 115によりレーザ加工ユニット 110を Z軸方向に移動させ、集 光用レンズ 31の Z座標を例えば 65 mとする。そして、集光用レンズ 31及び集光用 レンズ 32が同一の切断予定ライン 5上に配置されるようにして、移動制御部 115によ り、載置台 107を切断予定ライン 5に沿って左方向に移動させる、すなわち、集光用 レンズ 31 , 32を加工対象物 1の左端から右端に向力、う方向（ダウンカットの方向）に 相対移動させる。この移動に併せて、以下の動作を実行する。
[0069] 図 18 (a)に示すように、集光用レンズ 32の X座標が加工対象物 1の左端に達した 時点から、集光用レンズ制御部 105により、既にメモリーした指令電圧データ Cにお いて集光用レンズ 32の X座標での指令電圧データ Cをピエゾ素子 29にて再生し、集 光用レンズ 32を動作させる。換言すると、メモリーした指令電圧データ Cを、取得した 順と逆でピエゾ素子 29にて再生（逆再生）し、集光用レンズ 32を動作させる。これと 共に、シャツタ 34を開とし、加工対象物 1の内部に集光点を合わせて加工用レーザ 光 L2を加工対象物 1に照射し、加工対象物 1の表面 3を基準にして Z軸方向に 65 mの位置に改質領域を形成する。
[0070] 図 18 (b)に示すように、集光用レンズ 31の X座標が加工対象物 1の左端に達した 時点から、集光用レンズ制御部 105により、既にメモリーした指令電圧データ Cにお いて集光用レンズ 31の X座標での指令電圧データ Cをピエゾ素子 28にて再生し、集 光用レンズ 31を動作させる。換言すると、メモリーした指令電圧データ Cをピエゾ素 子 28にて逆再生し、集光用レンズ 31を動作させる。これと共に、シャツタ 33を開とし、 加工対象物 1の内部に集光点を合わせて加工用レーザ光 LIを加工対象物 1に照射 し、加工対象物 1の表面 3を基準にして Z軸方向に 57 mの位置に改質領域を形成 する。
[0071] そして、集光用レンズ 32の X座標が加工対象物 1の右端に達した時点から、シャツ タ 34を閉として加ェ用レーザ光 L2の照射を停止した後、集光用レンズ 31の X座標 が加工対象物 1の右端に達した時点から、載置台 107の移動速度を減速すると共に シャツタ 33を閉として加工用レーザ光 L1の照射を停止する。その後、図 18 (c)に示 すように、当該座標が加工対象物 1の右端から 25mm離れた座標となった時点で、 載置台 107の移動を停止する。
[0072] [第 2アップカット加工]
続いて、移動制御部 115によりレーザ加工ユニット 110を Z軸方向に移動させ、集 光用レンズ 31の Z座標を例えば 48 mとする。そして、集光用レンズ 31及び集光用 レンズ 32が同一の切断予定ライン 5上に配置されるようにして、移動制御部 115によ り、載置台 107を切断予定ライン 5に沿って右方向に再び移動する。この移動に併せ て、以下の動作を実行する。
[0073] 図 19 (a)に示すように、集光用レンズ 31の X座標が加工対象物 1の右端に達した 時点から、集光用レンズ制御部 105により、既にメモリーした指令電圧データ Cにお いて集光用レンズ 31の X座標での指令電圧データ Cをピエゾ素子 28にて再生し、集 光用レンズ 31を動作させる。これと共に、シャツタ 33を開とし、加工対象物 1の内部に 集光点を合わせて加工用レーザ光 L1を加工対象物 1に照射し、加工対象物 1の表 面 3を基準にして Z軸方向に 48 a mの位置に改質領域を形成する。
[0074] 図 19 (b)に示すように、集光用レンズ 32の X座標が加工対象物 1の右端に達した 時点から、集光用レンズ制御部 105により、メモリーした指令電圧データ Cにおいて 集光用レンズ 32の X座標での指令電圧データ Cをピエゾ素子 29にて再生し、集光 用レンズ 32を動作させる。これと共に、シャツタ 34を開とし、加工対象物 1の内部に集 光点を合わせて加工用レーザ光 L2を加工対象物 1に照射し、加工対象物 1の表面 3 を基準にして Z軸方向に 38 a mの位置に改質領域を形成する。
[0075] そして、集光用レンズ 31の X座標が加工対象物 1の左端に達した時点から、シャツ タ 33を閉として加工用レーザ光 LIの照射を停止した後、集光用レンズ 32の X座標 が加工対象物 1の左端に達した時点から、載置台 107の移動速度を減速すると共に シャツタ 34を閉として加工用レーザ光 L2の照射を停止する。その後、図 19 (c)に示 すように、当該座標が加工対象物 1の右端から 25mm離れた座標となった時点で、 載置台 107の移動を停止する。
[0076] [第 2ダウンカット加工]
続いて、移動制御部 115によりレーザ加工ユニット 110を Z軸方向に移動させ、集 光用レンズ 31の Z座標を例えば 25 mとする。そして、集光用レンズ 31及び集光用 レンズ 32が同一の切断予定ライン 5上に配置されるようにして、移動制御部 115によ り、載置台 107を切断予定ライン 5に沿って左方向に移動する。この移動に併せて、 上記第 1ダウンカットにおける動作と同様の動作を実行し、加工対象物 1の表面 3を 基準にして Z軸方向に 25 m及び 15 mの位置に改質領域をそれぞれ形成する。
[0077] 以上により、切断予定ライン 5 (図 14参照）に沿って、切断の起点となる改質領域が 加工対象物 1の厚さ方向に複数列形成されることとなる。
[0078] このように、本実施形態においては、偏光方向を X軸方向とする直線偏光の加工用 レーザ光 Lは、加工用レーザ光源 101から出射され、 1/2波長板 51により偏光方向 が変更され、偏光板 52に入射する。この偏光板 52により、加工用レーザ光 Lは、 X軸 方向を偏光方向とする加工用レーザ光 L1及び Y軸方向を偏光方向とする加工用レ 一ザ光 L2に分岐される。そして、加工用レーザ光 L2は、 1/2波長板 55により、偏光 方向を X軸方向とする直線偏光に変更される。すなわち、加工用レーザ光 Lは、偏光 方向を X軸方向とする直線偏光として、集光用レンズ 31に入射するものと集光用レン ズ 32に入射するものとに分岐される。
[0079] そして、上述の第 1アップカット加工のように、移動制御部 115により、 X軸方向が切 断予定ライン 5と略一致した状態で切断予定ライン 5に沿って載置台 107を相対移動 させるのに併せて、測定用レーザ光源 41により測定用レーザ光 L3が照射され、 4分 割フォトダイオード 42により反射光 L4の電圧値が検出され、集光用レンズ制御部 10 5により当該電圧値が V0になるようにピエゾ素子 28が駆動され、加工対象物 1の表 面 3と集光用レンズ 31との距離カ 、イトセット時の距離を維持するように、集光用レン ズ 31が Z軸方向に動作される。これと共に、ピエゾ素子 28を駆動させた指令電圧力 X座標と関連付けられた指令電圧データ Cとして集光用レンズ制御部 105にメモリー される。そして、集光用レンズ制御部 105により、メモリーした指令電圧データ Cにお いて集光用レンズ 32の X座標での指令電圧データがピエゾ素子 29にて再生され、 集光用レンズ 32が動作されつつ、加工用レーザ光 L2が加工対象物 1に照射され、 加工用レーザ光 L2の集光点が表面 3を基準として所定の位置に合わされる。従って 、これらにより、測定用レーザ光 L3による表面 3の変位測定と加工用レーザ光 L2によ る改質領域の形成とを同時に行うことが可能となり、加工対象物 1の厚さが比較的厚 いものであっても、予めトレースを行うことが不要となる。
[0080] また、上述の第 1ダウンカット等のように、移動制御部 115により、 X軸方向が切断予 定ライン 5と略一致した状態で切断予定ライン 5に沿って載置台 107を相対移動させ るのに併せて、集光用レンズ制御部 105により、既にメモリーした指令電圧データ C において集光用レンズ 32の X座標での指令電圧データ Cをピエゾ素子 29にて再生 し、集光用レンズ 32を動作させると共に、既にメモリーした指令電圧データ Cにおい て集光用レンズ 31の X座標での指令電圧データ Cをピエゾ素子 28にて再生し、集光 用レンズ 31を動作させる。従って、少なくとも 2列の改質領域を加工対象物 1の内部 に同時に形成することができ、加工対象物 1の厚さ方向に改質領域を複数列形成す る場合、同一の切断予定ラインに沿った加工用レーザ光のスキャンの繰返し回数を 低減することが可能となる。
[0081] よって、例えば、上述のように、加工対象物 1の内部に切断予定ライン 5に沿って改 質領域を厚さ方向に 7列 (奇数列)形成する場合、従来のレーザ加工装置ではトレー スを含めたスキャンを 8回繰り返して行う必要があった力 S、本実施形態では 4回（1/2 の回数）のスキャンで足りることとなる。従って、本実施形態によれば、レーザ加工に おける改質層の形成時間を短縮すると共にタクトタイムを短縮し、ランニングコストを 低減することが可能となる。
[0082] また、本実施形態では、上述のように、 1/2波長板 53が加工用レーザ光 Lの偏光 方向を任意の方向に変更するため、 1/2波長板 53を通過した加工用レーザ光しの 偏光方向は任意の方向となり、よって、偏光板 52により分岐される加工用レーザ光 L 1 , L2の光量の配分を任意に調節することができる。
[0083] また、本実施形態では、上述のように、加工用レーザ光 LI , L2の偏光方向が切断 予定ライン 5と略一致した状態で、載置台 107が移動制御部 115により移動している 。これにより、切断予定ラインに沿った改質領域を効率的に形成することが可能となる 。それは、偏光の加工用レーザ光の照射により形成される改質領域は、その偏光方 向に改質領域の形成が促進される（レーザ光の偏光方向に拡がる特性を有する)か らである。さらに、このように、レーザ光 LI , L2の偏光方向が切断予定ライン 5と略一 致することで、切断予定ライン 5に沿った方向以外において改質領域の形成が抑制 されるため、加工対象物 1を切断予定ライン 5に沿って精密に切断することもできる。
[0084] ちなみに、本実施形態では、上述のように、測定用レーザ光 L3を出射する際に、シ ャッタ 33を閉として、集光用レンズ 31により加工用レーザ光 L1が加工対象物 1に向 けて集光しないようにしているが、これに限定されるものではない。例えば、測定用レ 一ザ光 L3を出射する際に、シャツタ 33を開として、集光用レンズ 31が加工用レーザ 光 L1も加工対象物 1に向けて集光するようにし、加工対象物 1の表面 3の変位情報 を検出しながら加工用レーザ光 L1により加工対象物 1の内部に改質領域を形成（い わゆるリャルタイム加工）するのも勿論可能である。このように、本実施形態のレーザ 加工装置 100でリャルタイム加工を実施する場合、加工対象物の厚さ方向に形成す る改質領域の列数が偶数列であっても、例えばトレースのみを行うスキャン（加工用レ 一ザ光 L2による加工を行わないスキャン）が不要となる。
[0085] ここで、説明した本実施形態のレーザ加工装置 100と従来のレーザ加工装置との それぞれで加工対象物 1を加工した。その結果、本実施形態のレーザ加工装置 100 では、従来の加工装置によるタクトタイムを基準にして 40%前後のタクトタイムの短縮 を実現することが可能となり、上記効果、すなわちレーザ加工における改質層の形成 時間を短縮するという効果を確認することができた。
[0086] 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 限定されるものではない。
[0087] 例えば、上記実施形態では、レーザ加工装置 100における光学系を簡易且つ低 廉とするために好ましいとして、集光用レンズ 31の光軸側に測定用レーザ光源 41を 設けてレーザ光照射面 3の変位測定を行うが、集光用レンズ 32の光軸側にレーザ光 源を設けてレーザ光照射面の変位測定を行っても勿論良ぐこれら双方を設けても 良い。
[0088] また、上記実施形態のレーザ加工装置 100は、集光用レンズ 31と集光用レンズ 32 との 2つのレンズを備えたものであるが、 3つ以上のレンズを備えるものであってもよい 。この場合でも、上記と同様の効果を奏する。
[0089] また、上記実施形態では、載置台 107を切断予定ライン 5に沿って移動させたが、 集光用レンズ 31 , 32を切断予定ラインに沿って移動させても良い。
[0090] また、シリコンウェハ 11でなくとも、例えば、ガリウム砒素等の半導体化合物材料、 圧電材料、サフアイャ等の結晶性を有する材料でもよい。また、本実施形態では、加 ェ用レーザ光の照射条件は、パルスピッチ幅や出力等により限定されるものではなく 様々な照射条件とすることができる。
産業上の利用可能性
[0091] 本発明によれば、加工対象物の内部に改質領域を形成するのに要する時間を短 縮することができるレーザ加工装置を提供することが可能となる。

Claims

請求の範囲
板状の加工対象物の内部に集光点を合わせて加工用レーザ光を照射することによ り、前記加工対象物の切断予定ラインに沿って、切断の起点となる改質領域を前記 加工対象物の内部に形成するレーザ加工装置であって、
前記加工対象物が載置される載置台と、
前記加工用レーザ光を直線偏光として出射する加工用レーザ光源と、
前記加工対象物に照射するための測定用レーザ光を出射する測定用レーザ光源 と、
前記加工用レーザ光源から出射された前記加工用レーザ光の偏光方向を変更す る第 1の 1/2波長板と、
前記第 1の 1/2波長板を通過した前記加工用レーザ光を、所定の方向を偏光方 向とする前記加ェ用レーザ光、及び前記所定の方向と交差する方向を偏光方向とす る前記加工用レーザ光に分岐する偏光板と、
前記偏光板により分岐され且つ前記所定の方向と交差する方向を偏光方向とされ た前記加工用レーザ光の偏光方向を前記所定の方向に変更する第 2の 1/2波長 板と、
前記偏光板により分岐され且つ前記所定の方向を偏光方向とされた前記加工用レ 一ザ光、及び前記測定用レーザ光源から出射された前記測定用レーザ光を前記加 ェ対象物に向けて集光する第 1の集光用レンズと、
前記所定の方向に沿って前記第 1の集光用レンズと並設され、前記第 2の 1/2波 長板を通過し且つ前記所定の方向を偏光方向とされた前記加工用レーザ光を前記 加工対象物に向けて集光する第 2の集光用レンズと、
前記加工対象物において前記測定用レーザ光が照射されるレーザ光照射面で反 射した前記測定用レーザ光の反射光を検出することで、前記第 2の集光用レンズに より集光される前記加工用レーザ光の集光点が前記レーザ光照射面を基準として所 定の位置に合うように、前記レーザ光照射面と前記第 2の集光用レンズとの距離を制 御する制御手段と、
前記所定の方向が前記切断予定ラインと略一致した状態で、前記第 1及び前記第 2の集光用レンズ、並びに前記載置台の少なくとも一方を前記切断予定ラインに沿つ て相対移動させる移動手段と、を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
板状の加工対象物の内部に集光点を合わせて加工用レーザ光を照射することによ り、前記加工対象物の切断予定ラインに沿って、切断の起点となる改質領域を前記 加工対象物の内部に形成するレーザ加工装置であって、
前記加工対象物が載置される載置台と、
前記加工用レーザ光を直線偏光として出射する加工用レーザ光源と、
前記加工対象物に照射するための測定用レーザ光を出射する測定用レーザ光源 と、
前記加工用レーザ光源から出射された前記加工用レーザ光の偏光方向を変更す る第 1の 1/2波長板と、
前記第 1の 1/2波長板を通過した前記加工用レーザ光を、所定の方向を偏光方 向とする前記加ェ用レーザ光、及び前記所定の方向と交差する方向を偏光方向とす る前記加工用レーザ光に分岐する偏光板と、
前記偏光板により分岐され且つ前記所定の方向と交差する方向を偏光方向とされ た前記加工用レーザ光の偏光方向を前記所定の方向に変更する第 2の 1/2波長 板と、
前記第 2の 1/2波長板を通過し且つ前記所定の方向を偏光方向とされた前記加 ェ用レーザ光、及び前記測定用レーザ光源から出射された前記測定用レーザ光を 前記加工対象物に向けて集光する第 1の集光用レンズと、
前記所定の方向に沿って前記第 1の集光用レンズに並設され、前記偏光板により 分岐され且つ前記所定の方向を偏光方向とされた前記加工用レーザ光を前記加工 対象物に向けて集光する第 2の集光用レンズと、
前記加工対象物において前記測定用レーザ光が照射されるレーザ光照射面で反 射した前記測定用レーザ光の反射光を検出することで、前記第 2の集光用レンズに より集光される前記加工用レーザ光の集光点が前記レーザ光照射面を基準として所 定の位置に合うように、前記レーザ光照射面と前記第 2の集光用レンズとの距離を制 御する制御手段と、 前記所定の方向が前記切断予定ラインと略一致した状態で、前記第 1及び前記第 2の集光用レンズ、並びに前記載置台の少なくとも一方を前記切断予定ラインに沿つ て相対移動させる移動手段と、を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
[3] 前記制御手段は、前記レーザ光照射面で反射した前記測定用レーザ光の反射光 を検出することで、前記第 1の集光用レンズにより集光される前記加工用レーザ光の 集光点が前記レーザ光照射面を基準として所定の位置に合うように、前記レーザ光 照射面と前記第 1の集光用レンズとの距離を制御することを特徴とする請求項 1又は 2記載のレーザ加工装置。
[4] 前記第 1の 1/2波長板は、前記加工用レーザ光の偏光方向を任意の方向に変更 することを特徴とする請求項;!〜 3の何れか一項記載のレーザ加工装置。
[5] 前記加工用レーザ光の光路において前記加工用レーザ光源と前記第 1の 1/2波 長板との間に配置され、前記加工用レーザ光の光量を調節するアツテネータを備え ることを特徴とする請求項;!〜 4の何れか一項記載のレーザ加工装置。
[6] 前記加工用レーザ光の光路において前記偏光板と前記第 1の集光用レンズとの間 に配置され、前記加工用レーザ光が前記第 1の集光レンズに入射するのを遮断する シャツタを備えることを特徴とする請求項 1〜5の何れか一項記載のレーザ加工装置
〇
[7] 前記第 2の集光用レンズは、前記第 1の集光用レンズと所定の距離だけ離間して並 設されており、
前記制御手段は、
前記レーザ光照射面と前記第 1の集光用レンズとの距離が一定となるように前記第 1の集光用レンズを動作すると共に当該動作に関する動作情報を取得しつつ、前記 動作情報及び前記所定の距離に基づレ、て、前記第 2の集光用レンズを動作する制 御と、
予め取得された前記動作情報に基づいて、前記第 1の集光用レンズを動作すると 共に、予め取得された前記動作情報及び前記所定の距離に基づいて、前記第 2の 集光用レンズを動作する制御と、を実行することを特徴とする請求項 1〜6の何れか 一項記載のレーザ加工装置。
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