JP6353683B2 - レーザ加工装置及びレーザ加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、加工対象物にレーザ光を集光することにより、切断予定ラインに沿って加工対象物に改質領域を形成するレーザ加工装置及びレーザ加工方法に関する。

上記技術分野における従来のレーザ加工装置として、加工対象物にレーザ光を集光することに起因して集光位置で発生する球面収差を補正して、加工対象物にレーザ光を集光するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−１５２５６２号公報

ところで、表面に複数の機能素子が設けられた加工対象物については、隣り合う機能素子の間の領域を通るように切断予定ラインを設定し、裏面から加工対象物にレーザ光を入射させて、切断予定ラインに沿って加工対象物に改質領域を形成する場合がある。しかしながら、そのような場合に、レーザ光の集光位置で発生する球面収差を補正すると、レーザ光の入射側とは反対側の加工対象物の表面において切断予定ラインから外れた部分（例えば、機能素子に含まれる配線等）にダメージが発生するおそれがあることが分かった。

そこで、本発明は、レーザ光の入射側とは反対側の加工対象物の表面において切断予定ラインから外れた部分にダメージが発生するのを抑制することができるレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供することを目的とする。

本発明のレーザ加工装置は、加工対象物にレーザ光を集光することにより、切断予定ラインに沿って加工対象物に改質領域を形成するレーザ加工装置であって、レーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光源により出射されたレーザ光を加工対象物に集光する集光光学系と、加工対象物にレーザ光を集光することに起因して集光位置で発生する収差を調整する収差調整部と、を備え、収差調整部は、集光位置からレーザ光の光軸に沿ってレーザ光の入射側に所定距離だけ理想集光位置をずらした状態での収差補正量で当該集光位置に集光した場合に発生する収差を基準収差として、レーザ光の入射側とは反対側の加工対象物の第１表面に最も近い第１領域に改質領域を形成する場合には、基準収差の基準集光長さよりも長い第１集光長さとなり且つ基準収差の基準集光強度よりも弱い第１集光強度となるように収差を調整し、レーザ光の入射側の加工対象物の第２表面に第１領域よりも近い第２領域に改質領域を形成する場合には、基準集光長さよりも短い第２集光長さとなり且つ基準集光強度よりも強い第２集光強度となるように収差を調整する。

本発明のレーザ加工方法は、加工対象物にレーザ光を集光することにより、切断予定ラインに沿って加工対象物に改質領域を形成するレーザ加工方法であって、加工対象物にレーザ光を集光することに起因して集光位置で発生する収差を調整して、加工対象物にレーザ光を集光することにより、レーザ光の入射側とは反対側の加工対象物の第１表面に最も近い第１領域に改質領域を形成する第１工程と、集光位置で発生する収差を調整して、加工対象物にレーザ光を集光することにより、レーザ光の入射側の加工対象物の第２表面に第１領域よりも近い第２領域に改質領域を形成する第２工程と、を含み、第１工程においては、集光位置からレーザ光の光軸に沿ってレーザ光の入射側に所定距離だけ理想集光位置をずらした状態での収差補正量で当該集光位置に集光した場合に発生する基準収差の基準集光長さよりも長い第１集光長さとなり且つ基準収差の基準集光強度よりも弱い第１集光強度となるように収差を調整し、第２工程においては、基準集光長さよりも短い第２集光長さとなり且つ基準集光強度よりも強い第２集光強度となるように収差を調整する。

これらのレーザ加工装置及びレーザ加工方法では、集光位置からレーザ光の光軸に沿ってレーザ光の入射側に所定距離だけ理想集光位置をずらした状態での収差補正量で当該集光位置に集光した場合に発生する収差を基準収差とし、基準収差の基準集光長さよりも長い第１集光長さとなり且つ基準収差の基準集光強度よりも弱い第１集光強度となるように収差を調整して、加工対象物にレーザ光を集光することにより、レーザ光の入射側とは反対側の加工対象物の第１表面に最も近い第１領域に改質領域を形成する。これにより、レーザ光の入射側とは反対側の加工対象物の表面（すなわち、第１表面）において切断予定ラインから外れた部分にダメージが発生するのを抑制することができる。なお、本発明のレーザ加工方法では、第１工程を実施した後に第２工程を実施してもよいし、第２工程を実施した後に第１工程を実施してもよいし、第１工程と第２工程とを同時に実施してもよい。

本発明のレーザ加工装置及びレーザ加工方法では、第１表面には、配線を含む複数の機能素子が設けられており、切断予定ラインは、隣り合う機能素子の間の領域を通るように設定されてもよい。この場合、機能素子に含まれる配線にダメージが発生するのを抑制することができる。

本発明のレーザ加工装置及びレーザ加工方法では、第１領域は、第１表面からの距離が６０μｍ以下の領域に設定されてもよい。この場合、第１表面において切断予定ラインから外れた部分にダメージが発生するのをより確実に抑制することができると共に、第１領域に形成された改質領域から第１表面側に伸展する亀裂を切断予定ラインに沿って精度良く第１表面に到達させることができる。

本発明のレーザ加工装置及びレーザ加工方法では、第２領域は、第１表面からの距離が４０μｍ以上の領域に設定されてもよい。この場合、第１表面において切断予定ラインから外れた部分にダメージが発生するのをより確実に抑制することができると共に、第２領域に形成された改質領域から第１表面側及び第２表面側に伸展する亀裂の長さを長くすることができる。

本発明のレーザ加工装置及びレーザ加工方法では、所定距離は、１１０μｍ以上１４０μｍ以下であってもよい。この場合、集光位置からレーザ光の光軸に沿ってレーザ光の入射側に所定距離だけ理想集光位置をずらした状態での収差補正量で当該集光位置に集光した場合に発生する収差を基準収差として適切に設定することができる。

本発明のレーザ加工方法では、第１工程を実施した後に第２工程を実施する場合には、第１領域は、第１工程において改質領域からレーザ光の入射側とは反対側に伸展する亀裂が第１表面に到達しないように設定されてもよい。本発明のレーザ加工方法では、第１工程を実施した後に第２工程を実施する場合には、第２領域は、第１工程において改質領域からレーザ光の入射側に伸展した亀裂と重ならないように設定されてもよい。これらの場合、第２領域に改質領域を形成する際に、第１表面において切断予定ラインから外れた部分にダメージが発生するのをより確実に抑制することができる。

本発明のレーザ加工装置は、加工対象物にレーザ光を集光することにより、切断予定ラインに沿って加工対象物に改質領域を形成するレーザ加工装置であって、レーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光源により出射されたレーザ光を加工対象物に集光する集光光学系と、加工対象物にレーザ光を集光することに起因して集光位置で発生する収差を調整する収差調整部と、を備え、収差調整部は、集光位置からレーザ光の光軸に沿ってレーザ光の入射側に所定距離だけ理想集光位置をずらした状態での収差補正量で当該集光位置に集光した場合に発生する収差を基準収差として、レーザ光の入射側とは反対側の加工対象物の第１表面からの距離が所定距離以下の第１領域に改質領域を形成する場合には、基準収差の基準集光長さよりも長い第１集光長さとなり且つ基準収差の基準集光強度よりも弱い第１集光強度となるように収差を調整する。

本発明のレーザ加工方法は、加工対象物にレーザ光を集光することにより、切断予定ラインに沿って加工対象物に改質領域を形成するレーザ加工方法であって、加工対象物にレーザ光を集光することに起因して集光位置で発生する収差を調整して、加工対象物にレーザ光を集光することにより、レーザ光の入射側とは反対側の加工対象物の第１表面からの距離が所定距離以下の第１領域に改質領域を形成する第１工程を含み、第１工程においては、集光位置からレーザ光の光軸に沿ってレーザ光の入射側に所定距離だけ理想集光位置をずらした状態での収差補正量で当該集光位置に集光した場合に発生する基準収差の基準集光長さよりも長い第１集光長さとなり且つ基準収差の基準集光強度よりも弱い第１集光強度となるように収差を調整する。

これらのレーザ加工装置及びレーザ加工方法では、集光位置からレーザ光の光軸に沿ってレーザ光の入射側に所定距離だけ理想集光位置をずらした状態での収差補正量で当該集光位置に集光した場合に発生する収差を基準収差とし、基準収差の基準集光長さよりも長い第１集光長さとなり且つ基準収差の基準集光強度よりも弱い第１集光強度となるように収差を調整して、加工対象物にレーザ光を集光することにより、レーザ光の入射側とは反対側の加工対象物の第１表面からの距離が所定距離以下の第１領域に改質領域を形成する。これにより、レーザ光の入射側とは反対側の加工対象物の表面（すなわち、第１表面）において切断予定ラインから外れた部分にダメージが発生するのを抑制することができる。

本発明によれば、レーザ光の入射側とは反対側の加工対象物の表面において切断予定ラインから外れた部分にダメージが発生するのを抑制することができるレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供することが可能となる。

改質領域の形成に用いられるレーザ加工装置の概略構成図である。 改質領域の形成の対象となる加工対象物の平面図である。 図２の加工対象物のIII−III線に沿っての断面図である。 レーザ加工後の加工対象物の平面図である。 図４の加工対象物のV−V線に沿っての断面図である。 図４の加工対象物のVI−VI線に沿っての断面図である。 本発明の一実施形態のレーザ加工装置の概略構成図である。 図７のレーザ加工装置の反射型空間光変調器の部分断面図である。 本発明の一実施形態のレーザ加工方法の対象となる加工対象物の（ａ）平面図及び（ｂ）一部拡大平面図である。 レーザ光の集光位置で発生する収差の補正状態と改質領域から伸展する亀裂の長さとの関係を示す図である。 レーザ光の入射側とは反対側の加工対象物の表面にダメージが発生したことを示す図である。 レーザ光の抜け光の幅とダメージの発生位置との関係を示す図である。 レーザ光の入射側とは反対側の加工対象物の表面にダメージが発生したことを示す図である。 加工対象物に予め形成された亀裂の有無とダメージの発生量との関係を示す図である。 レーザ光における集光位置と理想集光位置との関係を示す図である。 レーザ光におけるずれ量とダメージの幅との関係を示す図である。 レーザ光におけるずれ量とダメージの幅との関係を示す図である。 レーザ光における集光長さと集光強度との関係を示す図である。 レーザ光における集光位置と加工条件との関係を示す図である。 本発明の一実施形態のレーザ加工方法の各工程を示す図である。 レーザ光における集光長さと集光強度との関係を示す図である。 球面収差補正パターンを利用した実施例の結果と球面収差補正パターンを利用しなかった比較例の結果との対比を示す図である。 アキシコンレンズパターンを利用した実施例の結果とアキシコンレンズパターンを利用しなかった比較例の結果との対比を示す図である。 加工エネルギーを調整した参考例の結果を示す図である。 改質領域の形成順序を示す図である。 改質領域の形成順序を示す図である。 改質領域の形成順序を示す図である。 改質領域の形成順序を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

本発明の一実施形態のレーザ加工装置及びレーザ加工方法では、加工対象物にレーザ光を集光することにより、切断予定ラインに沿って加工対象物に改質領域を形成する。そこで、まず、改質領域の形成について、図１〜図６を参照して説明する。

図１に示されるように、レーザ加工装置１００は、レーザ光Ｌをパルス発振するレーザ光源１０１と、レーザ光Ｌの光軸（光路）の向きを９０°変えるように配置されたダイクロイックミラー１０３と、レーザ光Ｌを集光するための集光用レンズ１０５と、を備えている。また、レーザ加工装置１００は、集光用レンズ１０５で集光されたレーザ光Ｌが照射される加工対象物１を支持するための支持台１０７と、支持台１０７を移動させるためのステージ１１１と、レーザ光Ｌの出力やパルス幅、パルス波形等を調節するためにレーザ光源１０１を制御するレーザ光源制御部１０２と、ステージ１１１の移動を制御するステージ制御部１１５と、を備えている。

このレーザ加工装置１００においては、レーザ光源１０１から出射されたレーザ光Ｌは、ダイクロイックミラー１０３によってその光軸の向きを９０°変えられ、支持台１０７上に載置された加工対象物１の内部に集光用レンズ１０５によって集光される。これと共に、ステージ１１１が移動させられ、加工対象物１がレーザ光Ｌに対して切断予定ライン５に沿って相対移動させられる。これにより、切断予定ライン５に沿った改質領域が加工対象物１に形成される。なお、ここでは、レーザ光Ｌを相対的に移動させるためにステージ１１１を移動させたが、集光用レンズ１０５を移動させてもよいし、或いはこれらの両方を移動させてもよい。

加工対象物１としては、半導体材料で形成された半導体基板や圧電材料で形成された圧電基板等を含む板状の部材（例えば、基板、ウェハ等）が用いられる。図２に示されるように、加工対象物１には、加工対象物１を切断するための切断予定ライン５が設定されている。切断予定ライン５は、直線状に延びた仮想線である。加工対象物１の内部に改質領域を形成する場合、図３に示されるように、加工対象物１の内部に集光点（集光位置）Ｐを合わせた状態で、レーザ光Ｌを切断予定ライン５に沿って（すなわち、図２の矢印Ａ方向に）相対的に移動させる。これにより、図４、図５及び図６に示されるように、改質領域７が切断予定ライン５に沿って加工対象物１の内部に形成され、切断予定ライン５に沿って形成された改質領域７が切断起点領域８となる。

なお、集光点Ｐとは、レーザ光Ｌが集光する箇所のことである。また、切断予定ライン５は、直線状に限らず曲線状であってもよいし、これらが組み合わされた３次元状であってもよいし、座標指定されたものであってもよい。また、切断予定ライン５は、仮想線に限らず加工対象物１の表面３に実際に引かれた線であってもよい。改質領域７は、連続的に形成される場合もあるし、断続的に形成される場合もある。また、改質領域７は列状でも点状でもよく、要は、改質領域７は少なくとも加工対象物１の内部に形成されていればよい。また、改質領域７を起点に亀裂が形成される場合があり、亀裂及び改質領域７は、加工対象物１の外表面（表面３、裏面２１、若しくは外周面）に露出していてもよい。また、改質領域７を形成する際のレーザ光入射面は、加工対象物１の表面３に限定されるものではなく、加工対象物１の裏面２１であってもよい。

ちなみに、ここでのレーザ光Ｌは、加工対象物１を透過すると共に加工対象物１の内部の集光点Ｐ近傍にて特に吸収され、これにより、加工対象物１に改質領域７が形成される（すなわち、内部吸収型レーザ加工）。よって、加工対象物１の表面３ではレーザ光Ｌが殆ど吸収されないので、加工対象物１の表面３が溶融することはない。一般的に、表面３から溶融され除去されて穴や溝等の除去部が形成される（表面吸収型レーザ加工）場合、加工領域は表面３側から徐々に裏面側に進行する。

ところで、本実施形態で形成される改質領域７は、密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲とは異なる状態になった領域をいう。改質領域７としては、例えば、溶融処理領域（一旦溶融後再固化した領域、溶融状態中の領域及び溶融から再固化する状態中の領域のうち少なくとも何れか一つを意味する）、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等があり、これらが混在した領域もある。更に、改質領域７としては、加工対象物１の材料において改質領域７の密度が非改質領域の密度と比較して変化した領域や、格子欠陥が形成された領域がある（これらをまとめて高密転移領域ともいう）。

また、溶融処理領域や屈折率変化領域、改質領域７の密度が非改質領域の密度と比較して変化した領域、格子欠陥が形成された領域は、更に、それら領域の内部や改質領域７と非改質領域との界面に亀裂（割れ、マイクロクラック）を内包している場合がある。内包される亀裂は、改質領域７の全面に渡る場合や一部分のみや複数部分に形成される場合がある。加工対象物１としては、例えばシリコン（Ｓｉ）、ガラス、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、ＬｉＴａＯ_３又はサファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）を含む、又はこれらからなるものが挙げられる。

また、本実施形態においては、切断予定ライン５に沿って改質スポット（加工痕）を複数形成することによって、改質領域７を形成している。改質スポットとは、パルスレーザ光の１パルスのショット（つまり１パルスのレーザ照射：レーザショット）で形成される改質部分であり、改質スポットが集まることにより改質領域７となる。改質スポットとしては、クラックスポット、溶融処理スポット若しくは屈折率変化スポット、又はこれらの少なくとも１つが混在するもの等が挙げられる。この改質スポットについては、要求される切断精度、要求される切断面の平坦性、加工対象物１の厚さ、種類、結晶方位等を考慮して、その大きさや発生する亀裂の長さを適宜制御することができる。

次に、本発明の一実施形態のレーザ加工装置及びレーザ加工方法について説明する。図７に示されるように、レーザ加工装置３００は、レーザ光源２０２、反射型空間光変調器（収差調整部）２０３、４ｆ光学系２４１及び集光光学系２０４を筐体２３１内に備えている。レーザ加工装置３００は、加工対象物１にレーザ光Ｌを集光することにより、切断予定ライン５に沿って加工対象物１に改質領域７を形成する。

レーザ光源２０２は、例えば１０００ｎｍ〜１５００ｎｍの波長を有するレーザ光Ｌを出射するものであり、例えばファイバレーザである。ここでのレーザ光源２０２は、水平方向にレーザ光Ｌを出射するように、筐体２３１の天板２３６にねじ等で固定されている。

反射型空間光変調器２０３は、レーザ光源２０２から出射されたレーザ光Ｌを変調するものであり、例えば反射型液晶（LCOS：Liquid Crystal on Silicon）の空間光変調器（SLM：Spatial Light Modulator）である。ここでの反射型空間光変調器２０３は、水平方向から入射するレーザ光Ｌを変調すると共に、水平方向に対し斜め上方に反射する。

図８に示されるように、反射型空間光変調器２０３は、シリコン基板２１３、駆動回路層９１４、複数の画素電極２１４、誘電体多層膜ミラー等の反射膜２１５、配向膜９９９ａ、液晶層２１６、配向膜９９９ｂ、透明導電膜２１７、及びガラス基板等の透明基板２１８がこの順に積層されることで構成されている。

透明基板２１８は、ＸＹ平面に沿った表面２１８ａを有しており、この表面２１８ａは、反射型空間光変調器２０３の表面を構成している。透明基板２１８は、例えばガラス等の光透過性材料からなり、反射型空間光変調器２０３の表面２１８ａから入射した所定波長のレーザ光Ｌを、反射型空間光変調器２０３の内部へ透過する。透明導電膜２１７は、透明基板２１８の裏面上に形成されており、レーザ光Ｌを透過する導電性材料（例えばＩＴＯ）からなる。

複数の画素電極２１４は、透明導電膜２１７に沿ってシリコン基板２１３上にマトリックス状に配列されている。各画素電極２１４は、例えばアルミニウム等の金属材料からなり、これらの表面２１４ａは、平坦且つ滑らかに加工されている。複数の画素電極２１４は、駆動回路層９１４に設けられたアクティブ・マトリクス回路によって駆動される。

アクティブ・マトリクス回路は、複数の画素電極２１４とシリコン基板２１３との間に設けられており、反射型空間光変調器２０３から出力しようとする光像に応じて各画素電極２１４への印加電圧を制御する。このようなアクティブ・マトリクス回路は、例えば図示しないＸ軸方向に並んだ各画素列の印加電圧を制御する第１ドライバ回路と、Ｙ軸方向に並んだ各画素列の印加電圧を制御する第２ドライバ回路とを有しており、制御部２５０（図７参照）によって双方のドライバ回路で指定された画素の画素電極２１４に所定電圧が印加されるように構成されている。

配向膜９９９ａ，９９９ｂは、液晶層２１６の両端面に配置されており、液晶分子群を一定方向に配列させる。配向膜９９９ａ，９９９ｂは、例えばポリイミド等の高分子材料からなり、液晶層２１６との接触面にラビング処理等が施されている。

液晶層２１６は、複数の画素電極２１４と透明導電膜２１７との間に配置されており、各画素電極２１４と透明導電膜２１７とにより形成される電界に応じてレーザ光Ｌを変調する。すなわち、駆動回路層９１４のアクティブ・マトリクス回路によって各画素電極２１４に電圧が印加されると、透明導電膜２１７と各画素電極２１４との間に電界が形成され、液晶層２１６に形成された電界の大きさに応じて液晶分子２１６ａの配列方向が変化する。そして、レーザ光Ｌが透明基板２１８及び透明導電膜２１７を透過して液晶層２１６に入射すると、このレーザ光Ｌは、液晶層２１６を通過する間に液晶分子２１６ａによって変調され、反射膜２１５において反射した後、再び液晶層２１６により変調されて、出射する。

このとき、制御部２５０（図７参照）によって各画素電極２１４に印加される電圧が制御され、その電圧に応じて、液晶層２１６において透明導電膜２１７と各画素電極２１４とに挟まれた部分の屈折率が変化する（各画素に対応した位置の液晶層２１６の屈折率が変化する）。この屈折率の変化により、印加した電圧に応じて、レーザ光Ｌの位相を液晶層２１６の画素ごとに変化させることができる。つまり、ホログラムパターンに応じた位相変調を画素ごとに液晶層２１６によって与える（すなわち、変調を付与するホログラムパターンとしての変調パターンを反射型空間光変調器２０３の液晶層２１６に表示させる）ことができる。その結果、変調パターンに入射し透過するレーザ光Ｌは、その波面が調整され、そのレーザ光Ｌを構成する各光線において進行方向に直交する所定方向の成分の位相にずれが生じる。したがって、反射型空間光変調器２０３に表示させる変調パターンを適宜設定することにより、レーザ光Ｌが変調（例えば、レーザ光Ｌの強度、振幅、位相、偏光等が変調）可能となる。

図７に戻り、４ｆ光学系２４１は、反射型空間光変調器２０３によって変調されたレーザ光Ｌの波面形状を調整するものであり、第１レンズ２４１ａ及び第２レンズ２４１ｂを有している。レンズ２４１ａ，２４１ｂは、反射型空間光変調器２０３と第１レンズ２４１ａとの距離が第１レンズ２４１ａの焦点距離ｆ１となり、集光光学系２０４とレンズ２４１ｂとの距離がレンズ２４１ｂの焦点距離ｆ２となり、第１レンズ２４１ａと第２レンズ２４１ｂとの距離がｆ１＋ｆ２となり、且つ第１レンズ２４１ａと第２レンズ２４１ｂとが両側テレセントリック光学系となるように、反射型空間光変調器２０３と集光光学系２０４との間に配置されている。この４ｆ光学系２４１によれば、反射型空間光変調器２０３で変調されたレーザ光Ｌが空間伝播によって波面形状が変化し収差が増大するのを抑制することができる。

集光光学系２０４は、レーザ光源２０２により出射されて反射型空間光変調器２０３により変調されたレーザ光Ｌを加工対象物１の内部に集光するものである。この集光光学系２０４は、複数のレンズを含んで構成されており、圧電素子等を含んで構成された駆動ユニット２３２を介して筐体２３１の底板２３３に設置されている。

以上のように構成されたレーザ加工装置３００では、レーザ光源２０２から出射されたレーザ光Ｌは、筐体２３１内にて水平方向に進行した後、ミラー２０５ａによって下方に反射され、アッテネータ２０７によって光強度が調整される。そして、ミラー２０５ｂによって水平方向に反射され、ビームホモジナイザ２６０によってレーザ光Ｌの強度分布が均一化されて反射型空間光変調器２０３に入射する。

反射型空間光変調器２０３に入射したレーザ光Ｌは、液晶層２１６に表示された変調パターンを透過することにより当該変調パターンに応じて変調され、その後、ミラー２０６ａによって上方に反射され、λ／２波長板２２８によって偏光方向が変更され、ミラー２０６ｂによって水平方向に反射されて４ｆ光学系２４１に入射する。

４ｆ光学系２４１に入射したレーザ光Ｌは、平行光で集光光学系２０４に入射するよう波面形状が調整される。具体的には、レーザ光Ｌは、第１レンズ２４１ａを透過し収束され、ミラー２１９によって下方へ反射され、共焦点Ｏを経て発散すると共に、第２レンズ２４１ｂを透過し、平行光となるように再び収束される。そして、レーザ光Ｌは、ダイクロイックミラー２１０，２３８を順次透過して集光光学系２０４に入射し、ステージ１１１上に載置された加工対象物１内に集光光学系２０４によって集光される。

また、レーザ加工装置３００は、加工対象物１のレーザ光入射面を観察するための表面観察ユニット２１１と、集光光学系２０４と加工対象物１との距離を微調整するためのＡＦ（AutoFocus）ユニット２１２と、を筐体２３１内に備えている。

表面観察ユニット２１１は、可視光ＶＬ１を出射する観察用光源２１１ａと、加工対象物１のレーザ光入射面で反射された可視光ＶＬ１の反射光ＶＬ２を受光して検出する検出器２１１ｂと、を有している。表面観察ユニット２１１では、観察用光源２１１ａから出射された可視光ＶＬ１が、ミラー２０８及びダイクロイックミラー２０９，２１０，２３８で反射・透過され、集光光学系２０４で加工対象物１に向けて集光される。そして、加工対象物１のレーザ光入射面で反射された反射光ＶＬ２が、集光光学系２０４で集光されてダイクロイックミラー２３８，２１０で透過・反射された後、ダイクロイックミラー２０９を透過して検出器２１１ｂにて受光される。

ＡＦユニット２１２は、ＡＦ用レーザ光ＬＢ１を出射し、レーザ光入射面で反射されたＡＦ用レーザ光ＬＢ１の反射光ＬＢ２を受光し検出することで、切断予定ライン５に沿ったレーザ光入射面の変位データを取得する。そして、ＡＦユニット２１２は、改質領域７を形成する際、取得した変位データに基づいて駆動ユニット２３２を駆動させ、レーザ光入射面のうねりに沿うように集光光学系２０４をその光軸方向に往復移動させる。

更に、レーザ加工装置３００は、当該レーザ加工装置３００を制御するためのものとして、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる制御部２５０を備えている。この制御部２５０は、レーザ光源２０２を制御し、レーザ光源２０２から出射されるレーザ光Ｌの出力やパルス幅等を調節する。また、制御部２５０は、改質領域７を形成する際、レーザ光Ｌの集光点Ｐが加工対象物１の表面３又は裏面２１から所定距離に位置し且つレーザ光Ｌの集光点Ｐが切断予定ライン５に沿って相対的に移動するように、筐体２３１、ステージ１１１の位置、及び駆動ユニット２３２の駆動の少なくとも１つを制御する。

また、制御部２５０は、改質領域７を形成する際、反射型空間光変調器２０３における各画素電極２１４に所定電圧を印加し、液晶層２１６に所定の変調パターンを表示させ、これにより、レーザ光Ｌを反射型空間光変調器２０３で所望に変調させる。ここで、液晶層２１６に表示される変調パターンは、例えば、改質領域７を形成しようとする位置、照射するレーザ光Ｌの波長、加工対象物１の材料、及び集光光学系２０４や加工対象物１の屈折率等に基づいて予め導出され、制御部２５０に記憶されている。この変調パターンは、レーザ加工装置３００に生じる個体差（例えば、反射型空間光変調器２０３の液晶層２１６に生じる歪）を補正するための個体差補正パターン、球面収差を補正するための球面収差補正パターン等を含んでいる。このように、制御部２５０及び反射型空間光変調器２０３は、加工対象物１にレーザ光Ｌを集光することに起因して集光位置で発生する収差を調整する収差調整部として機能する。

以上のように構成されたレーザ加工装置３００において実施されるレーザ加工方法の対象となる加工対象物１は、図９に示されるように、例えばシリコン等からなる基板１１と、基板１１の表面１１ａに形成された複数の機能素子１５と、を備えている。複数の機能素子１５は、基板１１の表面１１ａにマトリックス状に配列されており、配線１６を含んでいる。このように、加工対象物１は、その表面（第１表面）３に、配線１６を含む複数の機能素子１５が設けられたものである。なお、機能素子１５は、フォトダイオード等の受光素子や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る。

レーザ加工装置３００において実施されるレーザ加工方法は、加工対象物１を機能素子１５ごとに切断することにより複数のチップを製造するチップの製造方法として用いられる。そのため、当該レーザ加工方法では、加工対象物１に対して、隣り合う機能素子１５の間のストリート領域（領域）１７を通るように（加工対象物１の厚さ方向から見た場合に、ストリート領域１７の幅の中心を通るように）複数の切断予定ライン５が格子状に設定される。そして、基板１１の裏面１１ｂである加工対象物１の裏面（第２表面）２１から入射させられたレーザ光Ｌが加工対象物１に集光され、各切断予定ライン５に沿って加工対象物１に改質領域７が形成される。

以下、レーザ加工装置３００において実施されるレーザ加工方法について、その背景から説明する。図１０（ａ）の上段に示されるように、レーザ光Ｌの集光位置（改質領域の形成を予定する位置）で発生する収差を補正しないと、球面収差によってレーザ光Ｌの光軸に沿って集光領域（レーザ光Ｌを構成する各光線が集光される領域）が長くなる。一方、図１０（ｂ）の上段に示されるように、制御部２５０及び反射型空間光変調器２０３を用いてレーザ光Ｌの集光位置で発生する収差を補正すると、レーザ光Ｌは集光点Ｐに集光する。そして、図１０（ａ）及び（ｂ）の下段の加工対象物１の断面写真に示されるように、改質領域の形成時に改質領域からレーザ光Ｌの入射側及びその反対側に伸展する亀裂の長さは、収差を補正しない場合に比べて収差を補正した場合のほうが長くなる。当該亀裂の長さが長くなることは、加工対象物１を切断するために１本の切断予定ライン５に対して形成すべき改質領域の列数を減らすことができるので、加工に要する時間の短縮化を図る上で有利である。

しかしながら、レーザ光Ｌの集光位置で発生する収差を補正すると、図１１（ａ）及び（ｂ）の加工対象物１の平面写真に示されるように、レーザ光Ｌの入射側とは反対側の加工対象物１の表面３において切断予定ライン５から外れた部分にダメージＤが発生する場合があることが分かった。図１１（ａ）及び（ｂ）の加工対象物１の平面写真を得たときの実験条件は、次のとおりである。
１．加工対象物
（１）厚さ２５０μｍ、結晶方位（１００）のシリコン基板の表面に、厚さ３００ÅのＡｕ膜を形成した。
（２）（ａ）では、切断予定ライン５を覆うようにＡｕ膜を形成し、（ｂ）では、切断予定ライン５に沿って幅１５μｍのストリート領域が形成されるようにＡｕ膜を形成した。
２．レーザ光の照射条件
（１）シリコン基板の裏面をレーザ光入射面として、レーザ光の集光点をシリコン基板の表面（すなわち、シリコン基板とＡｕ膜との界面近傍）に合せ、波長１０８０ｎｍ、繰り返し周波数８０ｋＨｚ、パルス幅５００ｎｓ、出口出力１．２Ｗ、スキャン速度（切断予定ライン５に沿っての集光点の相対的移動速度）３００ｍｍ／ｓの条件でレーザ光Ｌを照射した。

このようなダメージＤの発生要因を検討する。まず、図１２に示されるように、ダメージＤは、レーザ光Ｌの抜け光の幅を超える領域（抜け光の幅の外側の領域）で発生した。このことから、レーザ光Ｌの抜け光は、ダメージＤの発生要因ではないと考えられる。なお、図１２の下段は、加工対象物１の平面写真である。

また、図１３の加工対象物１の平面写真に示されるように、改質領域の形成時に改質領域から伸展した亀裂が加工対象物１の表面３に到達している場合に、多くのダメージＤが発生した。しかも、当該亀裂が加工対象物１の表面３で蛇行していると、当該亀裂の蛇行に沿ってダメージＤが発生した。これらのことから、改質領域から伸展した亀裂は、ダメージＤの発生要因の１つであると考えられる。図１３の加工対象物１の平面写真を得たときの実験条件は、次のとおりである。
１．加工対象物
（１）厚さ２５０μｍ、結晶方位（１００）、抵抗値１Ω・ｃｍのシリコン基板の表面に、厚さ３００ÅのＡｕ膜を形成した。
（２）切断予定ライン５を覆うようにＡｕ膜を形成した。
２．レーザ光の照射条件
（１）シリコン基板の裏面をレーザ光入射面として、レーザ光の集光点をシリコン基板の表面（すなわち、シリコン基板とＡｕ膜との界面近傍）に合せ、波長１３４２ｎｍ、繰り返し周波数９０ｋＨｚ、パルス幅９０ｎｓ、出口出力１．２７Ｗ、スキャン速度３４０ｍｍ／ｓの条件でレーザ光Ｌを照射した。

更に、図１４（ａ）及び（ｂ）の上段の加工対象物１の断面写真に示されるように、切断予定ライン５に沿って予め亀裂が形成されていない加工対象物１、及び切断予定ライン５に沿って予め亀裂が形成されている加工対象物１を準備し、レーザ光Ｌの集光位置で発生する収差を補正せずに、切断予定ライン５に沿ってそれぞれの加工対象物１にレーザ光Ｌを照射した。その結果、図１４（ａ）及び（ｂ）の下段の加工対象物１の平面写真に示されるように、加工対象物１に予め亀裂が形成されていない場合に比べて加工対象物１に予め亀裂が形成されている場合のほうが、多くのダメージＤが発生した。

以上のことから、ダメージＤの発生要因として、以下の１〜３が挙げられる。
１．１本の切断予定ライン５に沿って１列の改質領域を形成した後に、当該１本の切断予定ライン５に沿って他の１列の改質領域を形成する場合に、形成済みの１列の改質領域又は当該改質領域から伸展した亀裂に、レーザ光Ｌの集光位置が重なっていると、レーザ光Ｌの照射時に、形成済みの１列の改質領域又は当該改質領域から伸展した亀裂が鏡面のように作用し、レーザ光Ｌの一部について、反射、干渉、回折、散乱等が起こって、当該レーザ光Ｌの一部が、レーザ光Ｌの抜け光の幅を超える領域に照射され、その結果、当該レーザ光Ｌの一部が機能素子１５の配線１６等で吸収されて、配線１６等に溶融が発生する。
２．前回の１パルスのレーザ照射で形成された改質領域又は当該改質領域から伸展した亀裂に、今回の１パルスのレーザ照射の集光位置が重なっていると、今回の１パルスのレーザ照射時に、前回の１パルスのレーザ照射で形成された改質領域又は当該改質領域から伸展した亀裂が鏡面のように作用し、今回の１パルスのレーザ照射のレーザ光Ｌの一部について、反射、干渉、回折、散乱等が起こって、当該レーザ光Ｌの一部が、レーザ光Ｌの抜け光の幅を超える領域に照射され、その結果、当該レーザ光Ｌの一部が機能素子１５の配線１６等で吸収されて、配線１６等に溶融が発生する。
３．前回の１パルスのレーザ照射で形成された改質領域から伸展した亀裂が加工対象物１の表面３又は裏面２１に到達した状態で、当該亀裂に集光位置が重なるように、今回の１パルスのレーザ照射が行われると、今回の１パルスのレーザ照射時に、前回の１パルスのレーザ照射で加工対象物１の表面３又は裏面２１に到達した亀裂が鏡面のように作用し、今回の１パルスのレーザ照射のレーザ光Ｌの一部について、反射、干渉、回折、散乱等が起こって、当該レーザ光Ｌの一部が、レーザ光Ｌの抜け光の幅を超える領域に照射され、その結果、当該レーザ光Ｌの一部が機能素子１５の配線１６等で吸収されて、配線１６等に溶融が発生する。

そこで、レーザ加工装置３００において実施されるレーザ加工方法では、図１５に示されるように、集光位置ＣＰ１からレーザ光Ｌの光軸に沿ってレーザ光Ｌの入射側に所定距離だけずらした位置ＣＰ０で理想集光となるように収差補正した状態（この場合、ＣＰ０は理想集光位置となる）で集光位置ＣＰ１に集光した際に発生する収差を基準収差として決定する。つまり、集光位置ＣＰ１からレーザ光Ｌの光軸に沿ってレーザ光Ｌの入射側に所定距離だけ理想集光位置ＣＰ０をずらした状態での収差補正量で当該集光位置ＣＰ１に集光した場合に発生する収差を基準収差として決定する。この基準収差は、制御部２５０に設定される。なお、集光位置ＣＰ１とは、改質領域の形成を予定する位置であり、例えば、形成を予定する改質領域のうちレーザ光Ｌの入射側とは反対側の端部の位置に対応する。理想集光位置ＣＰ０は、理想集光（＝媒質が無いと仮定した場合の集光状態に近くなるまで収差が軽減された集光状態のこと）をしたレーザ光Ｌの集光点の位置である。

そして、レーザ加工装置３００において実施されるレーザ加工方法では、レーザ光Ｌの入射側とは反対側の加工対象物１の表面３に最も近い第１領域に改質領域を形成する場合には、基準収差の基準集光長さよりも長い第１集光長さとなり且つ基準収差の基準集光強度よりも弱い第１集光強度となるように、集光位置ＣＰ１で発生する収差を調整する。また、当該レーザ加工方法では、レーザ光Ｌの入射側の加工対象物１の裏面２１に第１領域よりも近い第２領域に改質領域を形成する場合には、基準収差の基準集光長さよりも短い第２集光長さとなり且つ基準収差の基準集光強度よりも強い第２集光強度となるように、集光位置ＣＰ１で発生する収差を調整する。これらの収差の調整は、制御部２５０及び反射型空間光変調器２０３によって行われる。なお、集光長さとは、レーザ光Ｌの光軸に沿った集光領域（レーザ光Ｌを構成する各光線が集光される領域）の長さである。また、集光強度とは、集光領域における単位面積当たりのレーザ光の強度である。

上述した基準収差を実験により検討した。実験条件は、次のとおりである。
１．加工対象物
（１）厚さ２５０μｍ、結晶方位（１００）、抵抗値１Ω・ｃｍのシリコン基板を準備した。
２．レーザ光の照射条件
（１）下記の表１の条件でレーザ光Ｌにおける集光位置ＣＰ１及び理想集光位置ＣＰ０を調整し、波長１０８０ｎｍ、繰り返し周波数８０ｋＨｚ、パルス幅５００ｎｓ、出口出力１．２Ｗ、スキャン速度３００ｍｍ／ｓの条件でレーザ光Ｌを照射した。なお、表１において、「表面」とは、レーザ光Ｌの入射側とは反対側の加工対象物１の表面３であり、「裏面」とは、レーザ光Ｌの入射側の加工対象物１の裏面２１である。また、「ずれ量」とは、集光位置（＝改質領域を形成するために集光したい位置）から理想集光位置（＝収差補正により理想集光となる集光位置）までの距離であり、集光位置ＣＰ１を基準として、理想集光位置ＣＰ０がレーザ光Ｌの入射側にずれている場合を「−」の数値で表し、理想集光位置ＣＰ０がレーザ光Ｌの入射側とは反対側にずれている場合を「＋」の数値で表した。

この実験の結果、図１６及び図１７に示されるように、理想集光位置ＣＰ０がレーザ光Ｌの入射側にずれている場合において、ずれ量の絶対値が１１０μｍよりも小さくなると、ダメージＤの幅が大きくなり、ずれ量の絶対値が１４０μｍよりも大きくなると、ダメージＤの幅が小さくなることが分かった。なお、図１７は、加工対象物１の平面写真であり、それぞれ、表１のＮｏ．１〜Ｎｏ．６の場合の結果である。

したがって、この場合には、集光位置ＣＰ１からレーザ光Ｌの光軸に沿ってレーザ光Ｌの入射側に理想集光位置ＣＰ０をずらした状態において、ずれ量の絶対値が１１０μｍ以上１４０μｍ以下になる収差を基準収差として決定すればよい。そして、レーザ光Ｌの入射側とは反対側の加工対象物１の表面３に最も近い第１領域に改質領域を形成する場合には、基準収差の基準集光長さよりも長い第１集光長さとなり且つ基準収差の基準集光強度よりも弱い第１集光強度となるように、集光位置ＣＰ１で発生する収差を調整すればよい。また、レーザ光Ｌの入射側の加工対象物１の裏面２１に第１領域よりも近い第２領域に改質領域を形成する場合には、基準収差の基準集光長さよりも短い第２集光長さとなり且つ基準収差の基準集光強度よりも強い第２集光強度となるように、集光位置ＣＰ１で発生する収差を調整すればよい。

また、図１８に示されるように、集光位置ＣＰ１からレーザ光Ｌの光軸に沿ってレーザ光Ｌの入射側に理想集光位置ＣＰ０をずらした状態において、レーザ光Ｌにおける集光長さは、ずれ量の絶対値が大きくなるほど長くなり、レーザ光Ｌにおける集光強度は、ずれ量の絶対値が大きくなるほど弱くなる。このことから、レーザ光Ｌの入射側とは反対側の加工対象物１の表面３に最も近い第１領域に改質領域を形成する場合には、基準収差の基準ずれ量よりも長い第１ずれ量となるように、集光位置ＣＰ１で発生する収差を調整すればよいともいえる。また、レーザ光Ｌの入射側の加工対象物１の裏面２１に第１領域よりも近い第２領域に改質領域を形成する場合には、基準収差の基準ずれ量よりも短い第２ずれ量となるように、集光位置ＣＰ１で発生する収差を調整すればよいともいえる。

次に、上述した第１領域及び第２領域を実験により検討した。実験条件は、次のとおりである。
１．加工対象物
（１）厚さ２５０μｍ、結晶方位（１００）、抵抗値１Ω・ｃｍのシリコン基板を準備した。
２．レーザ光の照射条件
（１）図１９に示される条件でレーザ光Ｌにおける集光位置ＣＰ１及び理想集光位置ＣＰ０を調整し、波長１０８０ｎｍ、繰り返し周波数８０ｋＨｚ、パルス幅５００ｎｓ、出口出力１．２Ｗ、スキャン速度３００ｍｍ／ｓの条件でレーザ光Ｌを照射した。なお、図１９において、「表面」とは、レーザ光Ｌの入射側とは反対側の加工対象物１の表面３である。また、「第１加工条件」とは、基準収差の基準集光長さよりも長い第１集光長さとなり且つ基準収差の基準集光強度よりも弱い第１集光強度となるように、集光位置ＣＰ１で発生する収差を調整した条件であり、「第２加工条件」とは、基準収差の基準集光長さよりも短い第２集光長さとなり且つ基準収差の基準集光強度よりも強い第２集光強度となるように、集光位置ＣＰ１で発生する収差を調整した条件である。

この実験の結果、図１９に示されるように、第２加工条件では、加工対象物１の表面３から集光位置ＣＰ１までの距離が０μｍの場合、及び当該距離が２０μｍの場合には、ダメージＤ（すなわち、加工対象物１の表面３において切断予定ライン５から外れた部分に発生するダメージ）が発生し、加工対象物１の表面３から集光位置ＣＰ１までの距離が６０μｍの場合には、ダメージＤが発生しなかった。また、第１加工条件では、いずれの場合にも、ダメージＤが発生しなかった。なお、図１９は、加工対象物１の平面写真である。

したがって、レーザ光Ｌの入射側とは反対側の加工対象物１の表面３に最も近い第１領域に改質領域を形成する場合には、第１加工条件（すなわち、基準収差の基準集光長さよりも長い第１集光長さとなり且つ基準収差の基準集光強度よりも弱い第１集光強度となるように、集光位置ＣＰ１で発生する収差を調整した条件）を採用し、第１領域を、加工対象物１の表面３からの距離が６０μｍ以下の領域に設定すればよい。また、レーザ光Ｌの入射側の加工対象物１の裏面２１に第１領域よりも近い第２領域に改質領域を形成する場合には、第２加工条件（すなわち、基準収差の基準集光長さよりも短い第２集光長さとなり且つ基準収差の基準集光強度よりも強い第２集光強度となるように、集光位置ＣＰ１で発生する収差を調整した条件）を採用し、第２領域を、加工対象物１の表面３からの距離が４０μｍ以上の領域に設定すればよい。

以上により、レーザ加工装置３００において実施されるレーザ加工方法では、まず、図２０（ａ）に示されるように、基準収差の基準集光長さよりも長い第１集光長さとなり且つ基準収差の基準集光強度よりも弱い第１集光強度となるように収差を調整して、加工対象物１にレーザ光Ｌを集光することにより、レーザ光Ｌの入射側とは反対側の加工対象物１の表面３に最も近い第１領域に改質領域７を形成する（第１工程）。続いて、図２０（ｂ）に示されるように、基準収差の基準集光長さよりも短い第２集光長さとなり且つ基準収差の基準集光強度よりも強い第２集光強度となるように収差を調整して、加工対象物１にレーザ光Ｌを集光することにより、レーザ光Ｌの入射側の加工対象物１の裏面２１に第１領域よりも近い第２領域に改質領域７を形成する（第２工程）。

なお、第１領域は、第１領域に改質領域７を形成した際に当該改質領域７からレーザ光Ｌの入射側とは反対側に伸展する亀裂が加工対象物１の表面３に到達しないように設定される。また、第２領域は、第１領域に改質領域７を形成した際に当該改質領域７からレーザ光Ｌの入射側に伸展した亀裂と重ならないように設定される。

その後、加工対象物１の裏面２１にエキスパンドテープを貼り付け、当該エキスパンドテープを拡張させる。これにより、切断予定ライン５に沿って形成された改質領域７から加工対象物１の厚さ方向に伸展した亀裂を、加工対象物１の表面３及び裏面２１に到達させて、切断予定ライン５に沿って加工対象物１を機能素子１５ごとに切断することにより、複数のチップを得る。

以上、説明したように、レーザ加工装置３００、及びレーザ加工装置３００において実施されるレーザ加工方法では、集光位置ＣＰ１からレーザ光Ｌの光軸に沿ってレーザ光Ｌの入射側に所定距離だけ理想集光位置ＣＰ０をずらした状態において当該集光位置ＣＰ１で発生する収差を基準収差とし、基準収差の基準集光長さよりも長い第１集光長さとなり且つ基準収差の基準集光強度よりも弱い第１集光強度となるように収差を調整して、加工対象物１にレーザ光を集光することにより、レーザ光Ｌの入射側とは反対側の加工対象物１の表面３に最も近い第１領域に改質領域７を形成する。これにより、レーザ光Ｌの入射側とは反対側の加工対象物１の表面３において切断予定ライン５から外れた部分にダメージＤが発生するのを抑制することができる。

また、基準収差の基準集光長さよりも短い第２集光長さとなり且つ基準収差の基準集光強度よりも強い第２集光強度となるように収差を調整して、加工対象物１にレーザ光を集光することにより、レーザ光Ｌの入射側の加工対象物１の裏面２１に第１領域よりも近い第２領域に改質領域７を形成する。これにより、第２領域に形成された改質領域７から表面３側及び裏面２１側に伸展する亀裂の長さを長くして、加工に要する時間の短縮化を図ることができる。

また、加工対象物１の表面３に、配線１６を含む複数の機能素子１５が設けられており、切断予定ライン５が、隣り合う機能素子１５の間のストリート領域１７を通るように設定されている。これにより、機能素子１５に含まれる配線１６にダメージＤが発生するのを抑制することができる。

また、基準収差の基準集光長さよりも長い第１集光長さとなり且つ基準収差の基準集光強度よりも弱い第１集光強度となるように収差が調整される第１領域が、加工対象物１の表面３からの距離が６０μｍ以下の領域に設定される。これにより、加工対象物１の表面３において切断予定ライン５から外れた部分にダメージＤが発生するのをより確実に抑制することができると共に、第１領域に形成された改質領域７から加工対象物１の表面３側に伸展する亀裂を切断予定ライン５に沿って精度良く加工対象物１の表面３に到達させることができる。

また、基準収差の基準集光長さよりも短い第２集光長さとなり且つ基準収差の基準集光強度よりも強い第２集光強度となるように収差が調整される第２領域が、加工対象物１の表面３からの距離が４０μｍ以上の領域に設定される。これにより、加工対象物１の表面３において切断予定ライン５から外れた部分にダメージＤが発生するのをより確実に抑制することができると共に、第２領域に形成された改質領域７から表面３側及び裏面２１側に伸展する亀裂の長さを長くすることができる。

また、集光位置ＣＰ１からレーザ光Ｌの光軸に沿ってレーザ光Ｌの入射側に所定距離だけ理想集光位置ＣＰ０をずらした状態での収差補正量で当該集光位置ＣＰ１に集光した場合に発生する収差を基準収差として決定する際に、当該所定距離を１１０μｍ以上１４０μｍ以下とする。これにより、基準収差を適切に設定することができる。

また、第１領域に改質領域７を形成した際に当該改質領域７からレーザ光Ｌの入射側とは反対側に伸展する亀裂が加工対象物１の表面３に到達しないように、第１領域が設定される。また、第１領域に改質領域７を形成した際に当該改質領域７からレーザ光Ｌの入射側に伸展した亀裂と重ならないように、第２領域が設定される。これらにより、第２領域に改質領域７を形成する際に、形成済みの亀裂が鏡面のように作用することが抑制されるため、加工対象物１の表面３において切断予定ライン５から外れた部分にダメージＤが発生するのをより確実に抑制することができる。

なお、反射型空間光変調器２０３の液晶層２１６に変調パターンとしてアキシコンレンズパターンを表示させてレーザ光Ｌを変調しても、図２１に示されるように、ずれ量（すなわち、集光位置ＣＰ１からレーザ光Ｌの光軸に沿ってレーザ光Ｌの入射側に理想集光位置ＣＰ０をずらした状態における「集光位置から理想集光位置までの距離」）を長くする場合と同様、基準収差の基準集光長さよりも長い第１集光長さとなり且つ基準収差の基準集光強度よりも弱い第１集光強度となるように収差を調整することができる。

図２２は、球面収差補正パターンを利用した実施例の結果と球面収差補正パターンを利用しなかった比較例の結果との対比を示す図である。図２２（ａ）の上段が実施例による加工対象物１の断面写真であり、図２２（ａ）の下段が実施例による加工対象物１の平面写真である。また、図２２（ｂ）の上段が比較例による加工対象物１の断面写真であり、図２２（ｂ）の下段が比較例による加工対象物１の平面写真である。実験条件は、次のとおりである。
１．加工対象物
（１）厚さ２５０μｍのシリコン基板を準備した。
２．レーザ光の照射条件
（１）下記の表２に示される条件でレーザ光Ｌにおける集光位置ＣＰ１及び理想集光位置ＣＰ０を調整し、波長１０８０ｎｍ、繰り返し周波数９２ｋＨｚ、パルス幅５００ｎｓ、加工エネルギー１５μＪ、スキャン速度３４５ｍｍ／ｓの条件でレーザ光Ｌを照射した。なお、表２において、「裏面」とは、レーザ光Ｌの入射側の加工対象物１の裏面２１である。また、「ずれ量」とは、集光位置から理想集光位置までの距離であり、集光位置ＣＰ１を基準として、理想集光位置ＣＰ０がレーザ光Ｌの入射側にずれている場合を「−」の数値で表し、理想集光位置ＣＰ０がレーザ光Ｌの入射側とは反対側にずれている場合を「＋」の数値で表した。

この実験の結果、球面収差補正パターンを利用した実施例では、図２２（ａ）の下段に示されるように、加工対象物１の表面３において切断予定ライン５から外れた部分にダメージＤが発生しなかった。一方、球面収差補正パターンを利用しなかった比較例では、図２２（ｂ）の下段に示されるように、加工対象物１の表面３において切断予定ライン５から外れた部分にダメージＤが発生した。

図２３は、アキシコンレンズパターンを利用した実施例の結果とアキシコンレンズパターンを利用しなかった比較例の結果との対比を示す図である。図２３（ａ）の上段が実施例による加工対象物１の断面写真であり、図２３（ａ）の下段が実施例による加工対象物１の平面写真である。また、図２３（ｂ）の上段が比較例による加工対象物１の断面写真であり、図２３（ｂ）の下段が比較例による加工対象物１の平面写真である。実験条件は、次のとおりである。
１．加工対象物
（１）厚さ２５０μｍのシリコン基板を準備した。
２．レーザ光の照射条件
（１）下記の表３に示される条件でレーザ光Ｌにおける集光位置ＣＰ１及び理想集光位置ＣＰ０を調整し、波長１０８０ｎｍ、繰り返し周波数９２ｋＨｚ、パルス幅５００ｎｓ、加工エネルギー１５μＪ、スキャン速度３４５ｍｍ／ｓの条件でレーザ光Ｌを照射した。なお、表３において、「裏面」とは、レーザ光Ｌの入射側の加工対象物１の裏面２１である。また、「ずれ量」とは、集光位置から理想集光位置までの距離である。

この実験の結果、アキシコンパターンを利用した実施例では、図２３（ａ）の下段に示されるように、加工対象物１の表面３において切断予定ライン５から外れた部分にダメージＤが発生しなかった。一方、球面収差補正パターンを利用しなかった比較例では、図２３（ｂ）の下段に示されるように、加工対象物１の表面３において切断予定ライン５から外れた部分にダメージＤが発生した。

図２４は、エネルギーを調整した参考例の結果を示す図であり、加工対象物１の断面写真である。実験条件は、次のとおりである。
１．加工対象物
（１）厚さ３００μｍのシリコン基板を準備した。
２．レーザ光の照射条件
（１）下記の表４に示される条件でレーザ光Ｌにおける集光位置ＣＰ１及び理想集光位置ＣＰ０並びに加工エネルギーを調整し、波長１３４２ｎｍ、繰り返し周波数６０ｋＨｚ、パルス幅６０ｎｓ、スキャン速度３４０ｍｍ／ｓの条件でレーザ光Ｌを照射した。なお、表４において、「裏面」とは、レーザ光Ｌの入射側の加工対象物１の裏面２１である。また、「ずれ量」とは、集光位置から理想集光位置までの距離である。

この実験の結果、加工対象物１の表面３において切断予定ライン５から外れた部分にダメージＤが発生するのを抑制するためには、以下の事項が有効であるといえる。
（１）第１領域（レーザ光Ｌの入射側とは反対側の加工対象物１の表面３に最も近い第１領域）に改質領域７を形成するための加工エネルギーを、第２領域（レーザ光Ｌの入射側の加工対象物１の裏面２１に第１領域よりも近い第２領域）に改質領域７を形成するための加工エネルギーに比べ、小さくすること。
（２）第１領域に改質領域７を形成するための加工エネルギーを１０μｍ以下にすること。
（３）第１領域に形成された改質領域７と第２領域に形成された改質領域７との間に黒筋が形成されること（図２４参照）。
（４）第１領域に形成された改質領域７と第２領域に形成された改質領域７とが６０μｍ以上離れること。
（５）第１領域に改質領域７を形成した際に、当該改質領域７から伸展した亀裂が加工対象物１の表面３に到達せず、第２領域に改質領域７を形成した際に、亀裂が加工対象物１の表面３に到達すること。

最後に、改質領域７の形成順序について説明する。図２５（ａ）に示されるように、切断予定ライン５に沿って第１領域に改質領域７を形成し、その後、図２５（ｂ）に示されるように、切断予定ライン５に沿って第２領域に改質領域７を形成し、その後、加工対象物１の裏面２１に貼り付けられたエキスパンドテープを拡張させことにより、図２５（ｃ）に示されるように、切断予定ライン５に沿って形成された改質領域７から加工対象物１の厚さ方向に伸展した亀裂を、加工対象物１の表面３及び裏面２１に到達させてもよい。この場合、第２領域に改質領域７を形成した時点では、第１領域に形成された改質領域から伸展した亀裂と、第２領域に形成された改質領域から伸展した亀裂とが繋がっていない。なお、改質領域７から加工対象物１の厚さ方向に伸展した亀裂は、第２領域に改質領域７を形成している最中からエキスパンドテープを拡張させる前までに、加工対象物１の表面３及び裏面２１に到達する場合がある。

また、図２６（ａ）に示されるように、切断予定ライン５に沿って第１領域に改質領域７を形成し、その後、図２６（ｂ）に示されるように、切断予定ライン５に沿って第２領域に改質領域７を形成し、その後、加工対象物１の裏面２１に貼り付けられたエキスパンドテープを拡張させことにより、図２６（ｃ）に示されるように、切断予定ライン５に沿って形成された改質領域７から加工対象物１の厚さ方向に伸展した亀裂を、加工対象物１の表面３及び裏面２１に到達させてもよい。この場合、第２領域に改質領域７を形成した時点で、第１領域に形成された改質領域から伸展した亀裂と、第２領域に形成された改質領域から伸展した亀裂とが繋がっている。なお、改質領域７から加工対象物１の厚さ方向に伸展した亀裂は、第２領域に改質領域７を形成している最中からエキスパンドテープを拡張させる前までに、加工対象物１の表面３及び裏面２１に到達する場合がある。

また、反射型空間光変調器２０３を用いて、レーザ光Ｌを第１領域と第２領域とに分けて同時に集光し、図２７（ａ）に示されるように、切断予定ライン５に沿って第１領域及び第２領域に改質領域７を同時に形成し、その後、加工対象物１の裏面２１に貼り付けられたエキスパンドテープを拡張させことにより、図２７（ｂ）に示されるように、切断予定ライン５に沿って形成された改質領域７から加工対象物１の厚さ方向に伸展した亀裂を、加工対象物１の表面３及び裏面２１に到達させてもよい。この場合、第１領域及び第２領域に改質領域７を形成した時点では、第１領域に形成された改質領域から伸展した亀裂と、第２領域に形成された改質領域から伸展した亀裂とが繋がっていない。なお、改質領域７から加工対象物１の厚さ方向に伸展した亀裂は、第１領域及び第２領域に改質領域７を形成している最中からエキスパンドテープを拡張させる前までに、加工対象物１の表面３及び裏面２１に到達する場合がある。

また、反射型空間光変調器２０３を用いて、レーザ光Ｌを第１領域と第２領域とに分けて同時に集光し、図２８（ａ）に示されるように、切断予定ライン５に沿って第１領域及び第２領域に改質領域７を同時に形成し、その後、加工対象物１の裏面２１に貼り付けられたエキスパンドテープを拡張させことにより、図２８（ｂ）に示されるように、切断予定ライン５に沿って形成された改質領域７から加工対象物１の厚さ方向に伸展した亀裂を、加工対象物１の表面３及び裏面２１に到達させてもよい。この場合、第１領域及び第２領域に改質領域７を形成した時点で、第１領域に形成された改質領域から伸展した亀裂と、第２領域に形成された改質領域から伸展した亀裂とが繋がっている。なお、改質領域７から加工対象物１の厚さ方向に伸展した亀裂は、第１領域及び第２領域に改質領域７を形成している最中からエキスパンドテープを拡張させる前までに、加工対象物１の表面３及び裏面２１に到達する場合がある。

以上、本発明の一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。例えば、１本の切断予定ライン５に対して１列の改質領域７を形成する場合であっても、レーザ光Ｌの入射側とは反対側の加工対象物の表面３からの距離が所定距離以下の第１領域に改質領域７を形成するときには、基準収差の基準集光長さよりも長い第１集光長さとなり且つ基準収差の基準集光強度よりも弱い第１集光強度となるように収差を調整すれば、加工対象物１の表面３において切断予定ライン５から外れた部分にダメージＤが発生するのを抑制することができる。

また、加工対象物１の構成及び材料は、上述したものに限定されない。一例として、基板１１は、シリコン基板以外の半導体基板、サファイア基板、ＳｉＣ基板、ガラス基板（強化ガラス基板）、透明絶縁基板等があってもよい。

１…加工対象物、３…表面（第１表面）、５…切断予定ライン、７…改質領域、１５…機能素子、１６…配線、１７…ストリート領域（領域）、２１…裏面（第２表面）、２０２…レーザ光源、２０３…反射型空間光変調器（収差調整部）、２０４…集光光学系、２５０…制御部（収差調整部）、３００…レーザ加工装置、Ｌ…レーザ光、ＣＰ１…集光位置、ＣＰ０…理想集光位置。

Claims (14)

1. 加工対象物にレーザ光を集光することにより、切断予定ラインに沿って前記加工対象物に改質領域を形成するレーザ加工装置であって、
   前記レーザ光を出射するレーザ光源と、
   前記レーザ光源により出射された前記レーザ光を前記加工対象物に集光する集光光学系と、
   前記加工対象物に前記レーザ光を集光することに起因して集光位置で発生する収差を調整する収差調整部と、を備え、
   前記収差調整部は、
   前記集光位置から前記レーザ光の光軸に沿って前記レーザ光の入射側に所定距離だけ理想集光位置をずらした状態での収差補正量で当該集光位置に集光した場合に発生する前記収差を基準収差として、
   前記レーザ光の入射側とは反対側の前記加工対象物の第１表面に最も近い第１領域に前記改質領域を形成する場合には、前記基準収差の基準集光長さよりも長い第１集光長さとなり且つ前記基準収差の基準集光強度よりも弱い第１集光強度となるように前記収差を調整し、
   前記レーザ光の入射側の前記加工対象物の第２表面に前記第１領域よりも近い第２領域に前記改質領域を形成する場合には、前記基準集光長さよりも短い第２集光長さとなり且つ前記基準集光強度よりも強い第２集光強度となるように前記収差を調整する、レーザ加工装置。
2. 前記第１表面には、配線を含む複数の機能素子が設けられており、
   前記切断予定ラインは、隣り合う前記機能素子の間の領域を通るように設定される、請求項１記載のレーザ加工装置。
3. 前記第１領域は、前記第１表面からの距離が６０μｍ以下の領域に設定される、請求項１又は２記載のレーザ加工装置。
4. 前記第２領域は、前記第１表面からの距離が４０μｍ以上の領域に設定される、請求項１又は２記載のレーザ加工装置。
5. 前記所定距離は、１１０μｍ以上１４０μｍ以下である、請求項１〜４のいずれか一項記載のレーザ加工装置。
6. 加工対象物にレーザ光を集光することにより、切断予定ラインに沿って前記加工対象物に改質領域を形成するレーザ加工装置であって、
   前記レーザ光を出射するレーザ光源と、
   前記レーザ光源により出射された前記レーザ光を前記加工対象物に集光する集光光学系と、
   前記加工対象物に前記レーザ光を集光することに起因して集光位置で発生する収差を調整する収差調整部と、を備え、
   前記収差調整部は、
   前記集光位置から前記レーザ光の光軸に沿って前記レーザ光の入射側に所定距離だけ理想集光位置をずらした状態での収差補正量で当該集光位置に集光した場合に発生する前記収差を基準収差として、
   前記レーザ光の入射側とは反対側の前記加工対象物の第１表面からの距離が所定距離以下の第１領域に前記改質領域を形成する場合には、前記基準収差の基準集光長さよりも長い第１集光長さとなり且つ前記基準収差の基準集光強度よりも弱い第１集光強度となるように前記収差を調整する、レーザ加工装置。
7. 加工対象物にレーザ光を集光することにより、切断予定ラインに沿って前記加工対象物に改質領域を形成するレーザ加工方法であって、
   前記加工対象物に前記レーザ光を集光することに起因して集光位置で発生する収差を調整して、前記加工対象物に前記レーザ光を集光することにより、前記レーザ光の入射側とは反対側の前記加工対象物の第１表面に最も近い第１領域に前記改質領域を形成する第１工程と、
   前記集光位置で発生する前記収差を調整して、前記加工対象物に前記レーザ光を集光することにより、前記レーザ光の入射側の前記加工対象物の第２表面に前記第１領域よりも近い第２領域に前記改質領域を形成する第２工程と、を含み、
   前記第１工程においては、前記集光位置から前記レーザ光の光軸に沿って前記レーザ光の入射側に所定距離だけ理想集光位置をずらした状態での収差補正量で当該集光位置に集光した場合に発生する基準収差の基準集光長さよりも長い第１集光長さとなり且つ前記基準収差の基準集光強度よりも弱い第１集光強度となるように前記収差を調整し、
   前記第２工程においては、前記基準集光長さよりも短い第２集光長さとなり且つ前記基準集光強度よりも強い第２集光強度となるように前記収差を調整する、レーザ加工方法。
8. 前記第１表面には、配線を含む複数の機能素子が設けられており、
   前記切断予定ラインは、隣り合う前記機能素子の間の領域を通るように設定される、請求項７記載のレーザ加工方法。
9. 前記第１領域は、前記第１表面からの距離が６０μｍ以下の領域に設定される、請求項７又は８記載のレーザ加工方法。
10. 前記第２領域は、前記第１表面からの距離が４０μｍ以上の領域に設定される、請求項７又は８記載のレーザ加工方法。
11. 前記所定距離は、１１０μｍ以上１４０μｍ以下である、請求項７〜１０のいずれか一項記載のレーザ加工方法。
12. 前記第１工程を実施した後に前記第２工程を実施する場合には、前記第１領域は、前記第１工程において前記改質領域から前記レーザ光の入射側とは反対側に伸展する亀裂が前記第１表面に到達しないように設定される、請求項７〜１１のいずれか一項記載のレーザ加工方法。
13. 前記第１工程を実施した後に前記第２工程を実施する場合には、前記第２領域は、前記第１工程において前記改質領域から前記レーザ光の入射側に伸展した亀裂と重ならないように設定される、請求項７〜１２のいずれか一項記載のレーザ加工方法。
14. 加工対象物にレーザ光を集光することにより、切断予定ラインに沿って前記加工対象物に改質領域を形成するレーザ加工方法であって、
    前記加工対象物に前記レーザ光を集光することに起因して集光位置で発生する収差を調整して、前記加工対象物に前記レーザ光を集光することにより、前記レーザ光の入射側とは反対側の前記加工対象物の第１表面からの距離が所定距離以下の第１領域に前記改質領域を形成する第１工程を含み、
    前記第１工程においては、前記集光位置から前記レーザ光の光軸に沿って前記レーザ光の入射側に所定距離だけ理想集光位置をずらした状態での収差補正量で当該集光位置に集光した場合に発生する基準収差の基準集光長さよりも長い第１集光長さとなり且つ前記基準収差の基準集光強度よりも弱い第１集光強度となるように前記収差を調整する、レーザ加工方法。