レーザ加工方法
【課題】加工不具合の発生を抑制可能なレーザ加工方法を提供する。
【解決手段】本実施形態では、レーザ光Ｌを加工対象物１に集光させ、該レーザ光Ｌを加工対象物１に対して切断予定ライン５に沿って移動させることにより、加工対象物１内におけるレーザ光照射面としての表面３から所定距離の位置に、少なくとも２つの互いに異なるピッチを有する複数の改質スポットＳを形成し、これら複数の改質スポットＳにより切断の起点となる改質領域７を形成する。
【解決手段】本実施形態では、レーザ光Ｌを加工対象物１に集光させ、該レーザ光Ｌを加工対象物１に対して切断予定ライン５に沿って移動させることにより、加工対象物１内におけるレーザ光照射面としての表面３から所定距離の位置に、少なくとも２つの互いに異なるピッチを有する複数の改質スポットＳを形成し、これら複数の改質スポットＳにより切断の起点となる改質領域７を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のレーザ加工方法としては、加工対象物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、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ものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３４３００８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、上述したようなレーザ加工方法においては、例えばボイド等の加工不具合の発生を抑制することが好ましい。
【０００５】
そこで、本発明は、加工不具合の発生を抑制可能なレーザ加工方法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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係るレーザ加工方法は、加工対象物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、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に形成するレーザ加工方法であって、加工対象物内における厚さ方向に一定の位置にレーザ光を加工対象物に集光させ、レーザ光を加工対象物に対して切断予定ラインに沿って移動させることにより、加工対象物内におけるレーザ光照射面から所定距離の位置で且つ加工対象物の厚さ方向において互いに等しい位置にレーザ光を集光して複数の改質スポットを形成し、これら複数の改質スポットにより改質領域を形成する工程と、を含み、改質領域を形成する工程は、切断予定ラインに沿って加工対象物の厚さ方向において等しい位置に形成した改質領域を起点にレーザ光照射面又はレーザ光照射面と反対の面に露出する亀裂を形成することを含み、複数の改質スポットは、少なくとも２つの互いに異なる、切断予定ラインに沿う方向に近接する２つの改質スポットについての切断予定ラインに沿う方向における間隔であるピッチを有すること、を特徴とする。
【０００７】
このレーザ加工方法によれば、改質領域の形成密度を調整することができ、例えばボイド等の加工不具合が発生するのを抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、加工不具合の発生を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】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。
【図２】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３】図２の加工対象物のIII−III線に沿っての断面図である。
【図４】レーザ加工後の加工対象物の平面図である。
【図５】図４の加工対象物のV−V線に沿っての断面図である。
【図６】図４の加工対象物のVI−VI線に沿っての断面図である。
【図７】加工対象物を示す平面図である。
【図８】第１実施形態に係るレーザ加工方法を実施するレーザ加工装置を示す概略構成図である。
【図９】反射型空間光変調器の部分断面図である。
【図１０】レーザ光の多点集光を説明するための図である。
【図１１】第１実施形態に係るレーザ加工方法を説明するための図である。
【図１２】図１１に示すレーザ加工の際における回折格子パターンを説明するための図である。
【図１３】第２実施形態に係るレーザ加工方法を説明するための図である。
【図１４】第３実施形態に係るレーザ加工方法を説明するための図である。
【図１５】図１４に示すレーザ加工の際における回折格子パターンを説明するための図である。
【図１６】レーザ光の強度波形を示す図である。
【図１７】図１４に示すレーザ加工の際における回折格子パターンを説明するための他の図である。
【図１８】第４実施形態に係るレーザ加工方法を説明するための図である。
【図１９】図１８に示すレーザ加工の際における回折格子パターンを説明するための図である。
【図２０】第５実施形態に係るレーザ加工方法を説明するための図である。
【図２１】図２０に示すレーザ加工の際における回折格子パターンを説明するための図である。
【図２２】図２０に示すレーザ加工方法の他の例を説明するための図である。
【図２３】レーザ光の集光を説明するための概略図である。
【図２４】レーザ光の集光を説明するための他の概略図である。
【図２５】レーザ加工の全体手順の例を示すフローチャートである。
【図２６】レーザ加工の全体手順の他の例を示すフローチャートである。
【図２７】レーザ加工の全体手順のさらに他の例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、「上」「下」の語は、図面に示される状態に基づいており便宜的なものである。
【００１１】
本実施形態に係るレーザ加工装置では、加工対象物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより加工対象物に改質領域を形成する。そこで、まず、本実施形態のレーザ加工装置による改質領域の形成について、図１〜図６を参照して説明する。
【００１２】
図１に示すように、レーザ加工装置１００は、レーザ光Ｌをパルス発振するレーザ光源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。
【００１３】
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に形成されることとなる。
【００１４】
加工対象物１としては、半導体材料や圧電材料等が用いられ、図２に示すように、加工対象物１には、加工対象物１を切断するための切断予定ライン５が設定されている。切断予定ライン５は、直線状に延びた仮想線である。加工対象物１の内部に改質領域を形成する場合、図３に示すように、加工対象物１の内部に集光点Ｐを合わせた状態で、レーザ光Ｌを切断予定ライン５に沿って（すなわち、図２の矢印Ａ方向に）相対的に移動させる。これにより、図４〜図６に示すように、改質領域７が切断予定ライン５に沿って加工対象物１の内部に形成され、切断予定ライン５に沿って形成された改質領域７が切断起点領域８となる。
【００１５】
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、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。また、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、裏面、若しくは外周面）に露出していてもよい。
【００１６】
ちなみに、ここでは、レーザ光Ｌが、加工対象物１を透過すると共に加工対象物１の内部の集光点近傍にて特に吸収され、これにより、加工対象物１に改質領域７が形成される（すなわち、内部吸収型レーザ加工）。よって、加工対象物１の表面３ではレーザ光Ｌが殆ど吸収されないので、加工対象物１の表面３が溶融することはない。一般的に、表面３から溶融され除去されて穴や溝等の除去部が形成される（表面吸収型レーザ加工）場合、加工領域は表面３側から徐々に裏面側に進行する。
【００１７】
ところで、本実施形態に係るレーザ加工装置で形成される改質領域は、密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲とは異なる状態になった領域をいう。改質領域としては、例えば、溶融処理領域、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等があり、これらが混在した領域もある。さらに、改質領域としては、加工対象物の材料において改質領域の密度が非改質領域の密度と比較して変化した領域や、格子欠陥が形成された領域がある（これらをまとめて高密転移領域ともいう）。
【００１８】
また、溶融処理領域や屈折率変化領域、改質領域の密度が非改質領域の密度と比較して変化した領域、格子欠陥が形成された領域は、更にそれら領域の内部や改質領域と非改質領域との界面に亀裂（割れ、マイクロクラック）を内包している場合がある。内包される亀裂は改質領域の全面に渡る場合や一部分のみや複数部分に形成される場合がある。加工対象物１としては、例えばシリコン、ガラス、ＬｉＴａＯ３又はサファイア（Ａｌ２Ｏ３）を含む、又はこれらからなるものが挙げられる。
【００１９】
次に、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００２０】
まず、本発明の第１実施形態について説明する。図７は、本実施形態のレーザ加工方法の対象となる加工対象物を示す平面図である。図７に示すように、加工対象物１は、厚さ３００μｍ、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。
【００２１】
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、フォトダイオード等の受光素子、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５ａ，５ｂに沿って切断され、例えばチップサイズが１ｍｍ×１ｍｍのチップとなる。
【００２２】
図８は、本発明の第１実施形態に係るレーザ加工方法を実施するレーザ加工装置を示す概略構成図である。図８に示すように、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。
【００２３】
レーザ光源２０２は、レーザ光Ｌを出射するものであり、例えばファイバレーザが用いられている。ここでのレーザ光源２０２は、水平方向にレーザ光を出射するように、筐体２３１の天板２３６にねじ等で固定されている。
【００２４】
反射型空間光変調器２０３は、レーザ光源２０２から出射されたレーザ光Ｌを変調するものであり、例えば反射型液晶（LCOS：Liquid Crystal on Silicon）の空間光変調器（SLM：Spatial Light Modulator）が用いられている。ここでの反射型空間光変調器２０３は、水平方向から入射するレーザ光Ｌを、水平方向に対し斜め上方に反射すると共に、加工対象物１においてレーザ光Ｌを移動させる方向Ｄ（以下、「移動方向Ｄ」という）に沿って離れた複数位置に集光するよう変調する。
【００２５】
図９は、図８のレーザ加工装置の反射型空間光変調器の部分断面図である。図９に示すように、反射型空間光変調器２０３は、シリコン基板２１３、駆動回路層９１４、複数の画素電極２１４、誘電体多層膜ミラー等の反射膜２１５、配向膜９９９ａ、液晶層２１６、配向膜９９９ｂ、透明導電膜２１７、及びガラス基板等の透明基板２１８を備え、これらがこの順に積層されている。
【００２６】
透明基板２１８は、ＸＹ平面に沿った表面２１８ａを有しており、該表面２１８ａは反射型空間光変調器２０３の表面を構成する。透明基板２１８は、例えばガラス等の光透過性材料を主に含んでおり、反射型空間光変調器２０３の表面２１８ａから入射した所定波長のレーザ光Ｌを、反射型空間光変調器２０３の内部へ透過する。透明導電膜２１７は、透明基板２１８の裏面２１８ｂ上に形成されており、レーザ光Ｌを透過する導電性材料（例えばＩＴＯ）を主に含んで構成されている。
【００２７】
複数の画素電極２１４は、複数の画素の配列に従って二次元状に配列されており、透明導電膜２１７に沿ってシリコン基板２１３上に配列されている。各画素電極２１４は、例えばアルミニウム等の金属材料からなり、これらの表面２１４ａは、平坦且つ滑らかに加工されている。複数の画素電極２１４は、駆動回路層９１４に設けられたアクティブ・マトリクス回路によって駆動される。
【００２８】
アクティブ・マトリクス回路は、複数の画素電極２１４とシリコン基板２１３との間に設けられ、反射型空間光変調器２０３から出力しようとする光像に応じて各画素電極２１４への印加電圧を制御する。このようなアクティブ・マトリクス回路は、例えば図示しないＸ軸方向に並んだ各画素列の印加電圧を制御する第１のドライバ回路と、Ｙ軸方向に並んだ各画素列の印加電圧を制御する第２のドライバ回路とを有しており、制御部２５０によって双方のドライバ回路で指定された画素の画素電極２１４に所定電圧が印加されるよう構成されている。
【００２９】
なお、配向膜９９９ａ，９９９ｂは、液晶層２１６の両端面に配置されており、液晶分子群を一定方向に配列させる。配向膜９９９ａ，９９９ｂは、例えばポリイミドといった高分子材料からなり、液晶層２１６との接触面にラビング処理等が施されたものが適用される。
【００３０】
液晶層２１６は、複数の画素電極２１４と透明導電膜２１７との間に配置されており、各画素電極２１４と透明導電膜２１７とにより形成される電界に応じてレーザ光Ｌを変調する。すなわち、アクティブ・マトリクス回路によって或る画素電極２１４に電圧が印加されると、透明導電膜２１７と該画素電極２１４との間に電界が形成される。
【００３１】
この電界は、反射膜２１５及び液晶層２１６のそれぞれに対し、各々の厚さに応じた割合で印加される。そして、液晶層２１６に印加された電界の大きさに応じて液晶分子２１６ａの配列方向が変化する。レーザ光Ｌが透明基板２１８及び透明導電膜２１７を透過して液晶層２１６に入射すると、このレーザ光Ｌは液晶層２１６を通過する間に液晶分子２１６ａによって変調され、反射膜２１５において反射した後、再び液晶層２１６により変調されてから取り出されることとなる。
【００３２】
これにより、変調パターンに入射し透過するレーザ光Ｌにあっては、その波面が調整され、該レーザ光Ｌを構成する各光線において進行方向に直交する所定方向の成分の位相にずれが生じる。その結果、図１０に示すように、加工対象物１内の３次元方向の任意の複数位置に集光光学系２０４でレーザ光Ｌが多点集光されるように、レーザ光Ｌが変調されることになる。具体的には、レーザ光Ｌが集光光学系２０４で複屈折されて加工対象物１内の移動方向Ｄに離れた複数位置に集光されるように、レーザ光Ｌの強度、振幅、位相、偏光等が調整されることになる。
【００３３】
図８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る。この４ｆ光学系２４１は、第１レンズ２４１ａ及び第２レンズ２４１ｂを有している。
【００３４】
レンズ２４１ａ，２４１ｂは、反射型空間光変調器２０３と第１レンズ２４１ａとの距離が第１レンズ２４１ａの焦点距離ｆ１となり、集光光学系２０４とレンズ２４１ｂとの距離がレンズ２４１ｂの焦点距離ｆ２となり、第１レンズ２４１ａと第２レンズ２４１ｂとの距離がｆ１＋ｆ２となり、且つ第１レンズ２４１ａと第２レンズ２４１ｂとが両側テレセントリック光学系となるように、反射型空間光変調器２０３と集光光学系２０４との間に配置されている。この４ｆ光学系２４１では、反射型空間光変調器２０３で変調されたレーザ光Ｌが空間伝播によって波面形状が変化し収差が増大するのを抑制することができる。
【００３５】
集光光学系２０４は、４ｆ光学系２４１によって変調されたレーザ光Ｌを加工対象物１の内部に集光するものである。この集光光学系２０４は、複数のレンズを含んで構成されており、圧電素子等を含んで構成された駆動ユニット２３２を介して筐体２３１の底板２３３に設置されている。
【００３６】
また、レーザ加工装置３００は、加工対象物１の表面３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。
【００３７】
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の表面３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で加工対象物に向けて集光される。そして、加工対象物１の表面３で反射された反射光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。
【００３８】
ＡＦユニット２１２は、ＡＦ用レーザ光ＬＢ１を出射し、加工対象物１の表面３で反射されたＡＦ用レーザ光ＬＢ１の反射光ＬＢ２を受光し検出することで、切断予定ライン５に沿った表面３の変位データを取得する。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、加工対象物１の表面３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。
【００３９】
さらにまた、レーザ加工装置３００は、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やステージ１１１の位置、及び駆動ユニット２３２の駆動を制御する。
【００４０】
また、制御部２５０は、改質領域７を形成する際、反射型空間光変調器２０３における各電極部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る。これにより、レーザ光Ｌを反射型空間光変調器２０３で所望に変調し、加工対象物１内の３次元方向の任意の複数位置にレーザ光Ｌを同時に集光させ、移動方向Ｄに沿って離れた複数位置に改質領域７を同時に複数形成する（詳しくは、後述）。
【００４１】
なお、所定の変調パターンは、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、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。
【００４２】
以上のように構成されたレーザ加工装置３００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の裏面に例えばエキスパンドテープを貼り付け、該加工対象物１をステージ１１１上に載置する。続いて、表面３をレーザ光照射面として加工対象物１にレーザ光Ｌを照射しながら、加工対象物１とレーザ光Ｌとを切断予定ライン５ａ，５ｂに沿って相対移動（スキャン）させる。
【００４３】
レーザ光源２０２から出射されたレーザ光Ｌは、筐体２３１内におい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、レーザ光は、ミラー２０５ｂによって水平方向に反射され、ビームホモジナイザ２６０によって強度分布が均一化されて反射型空間光変調器２０３に入射する。
【００４４】
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し、該変調パターンに応じて変調された後、水平方向に対し斜め上方に出射される。そして、ミラー２０６ａによって上方に反射された後、λ／２波長板２２８によって偏光方向が切断予定ライン５に沿う方向となるよう変更され、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。
【００４５】
４ｆ光学系２４１に入射したレーザ光Ｌは、集光光学系２０４に入射するレーザ光Ｌが平行光となるように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。
【００４６】
その後、レーザ光Ｌは、ダイクロイックミラー２１０，２１８を順次透過して集光光学系２０４に入射し、ステージ１１１上に載置された加工対象物１の内部に集光光学系２０４によって集光される。これにより、切断予定ライン５ａ，５ｂに沿って改質スポットが複数形成され、これらの改質スポットによって改質領域７が形成されることとなる（改質領域形成工程）。ちなみに、ここでの改質スポットとは、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を意味している。
【００４７】
そして、エキスパンドテープを拡張することで、改質領域７を切断の起点として、加工対象物１を切断予定ライン５に沿って切断し、複数の半導体チップ（例えばメモリ、ＩＣ、発光素子、受光素子等：半導体装置）として互いに離間させる。
【００４８】
ここで、本実施形態においては、上述したように、反射型空間光変調器２０３によって、加工対象物１内の移動方向Ｄに離れた複数位置にレーザ光Ｌが集光されるようレーザ光Ｌを変調している。
【００４９】
具体的には、図１１（ａ）に示すように、レーザ光Ｌを照射しつつ移動方向Ｄに沿って相対移動させる。併せて、加工対象物１内においてレーザ光Ｌの照射方向に沿う方向（つまり、厚さ方向）に互いに等しく、且つ移動方向Ｄに沿って離れた２箇所に、レーザ光Ｌを同時に集光させる。これにより、これら２箇所に改質スポットＳ１，Ｓ１を同時に形成する。換言すると、加工対象物１内において厚さ方向に互いに等しく、且つ切断予定ライン５のライン方向にズレた一対の位置に、一対の改質スポットＳ１，Ｓ１を同時形成する。
【００５０】
そして、図１１（ｂ）〜（ｄ）に示すように、レーザ光Ｌを引き続き照射しつつ相対移動させ、厚さ方向に互いに等しく且つ移動方向Ｄに沿って離れた改質スポットＳ２，Ｓ２〜改質スポットＳ５，Ｓ５を加工対象物１に順に形成する。これにより、切断予定ライン５に沿う方向における間隔（以下、「パルスピッチ」という）が互いに等しい改質スポットＳが、加工対象物１内の同一面内に形成されることとなる。
【００５１】
また、本実施形態においては、厚さ方向に互いに等しく且つ移動方向Ｄに沿って離れた２つの改質スポットＳ，Ｓを加工対象物１に好適に同時形成するため、反射型空間光変調器２０３の液晶層２１６に回折格子パターン４０（位相型回折レンズ、キノフォーム：図１２参照）を変調パターンとして表示させることで、反射型空間光変調器２０３に入射するレーザ光Ｌを複数のレーザ光Ｌに分光して出射している。
【００５２】
図１２（ａ）は、図１１に示すレーザ加工の際における回折格子パターンの一例を示す図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の回折格子パターンにおける光屈折率を示すグラフである。図１２中の回折格子パターン４１では、暗い部分（濃い部分）は、光屈折率が低い部分を示しており、明るい部分（薄い部分）は、光屈折率が高い部分を示している（図１５，１７，１９，２１において同じ）。また、図１２（ｂ）の横軸は、位置を示し、図１２（ａ）と紙面上下方向に対応している（図１５，１７，１９において同じ）。
【００５３】
この回折格子パターン４１は、鋸刃型回折格子（いわゆる、ブレーズド回折格子）とされている。すなわち、図１２（ａ）に示すように、回折格子パターン４１は、複数の直線部４１ａが平行となるように並置されたパターンとされている。回折格子パターン４１の各直線部４１ａのそれぞれでは、並置方向の一方側（図示左側）が最も暗く、一方側から他方側（図示右側）に行くに従って徐々に明るくなり、他方側が最も明るくなっている。よって、図１２（ｂ）に示すように、回折格子パターン４１の光屈折率は、並置方向の一方側から他方側に向かって鋸刃状に増減している。
【００５４】
このような回折格子パターン４１によれば、０次レーザ光Ｌと１次レーザ光Ｌ（又は、−１次レーザ光Ｌ）との強度が高くなるようにレーザ光Ｌが分光されて、厚さ方向に互いに等しく且つ移動方向Ｄに沿って離れた２箇所に集光されることとなる。
【００５５】
なお、０次レーザ光Ｌは、反射型空間光変調器２０３に入射するレーザ光Ｌがあたかもそのまま反射されるようなモードのレーザ光を意味している。また、回折格子パターン４１の明暗を全体的に調整することで、後述の回折効率を調整することができる（以下、同じ）。
【００５６】
以上、本実施形態によれば、加工対象物１において移動方向Ｄに沿って離間する２箇所に、レーザ光Ｌを同時集光させて改質スポットＳ，Ｓを同時形成することができる。よって、通常のレーザ加工に比べ、レーザ加工に要する時間、すなわちタクトタイムの短縮化が可能となり、ランニングコストを低減することができる。
【００５７】
また、上述したように、改質スポットＳが形成される複数位置が、厚さ方向に互いに等しくされている。よって、レーザ光Ｌの相対移動速度を速めることが可能となる。なお、かかる効果は、改質領域７を内部に１列のみ形成するような例えば極薄ウェハを加工対象物１として用いる場合、特に有効である。
【００５８】
ちなみに、本実施形態では、レーザ光Ｌを切断予定ライン５ａに沿って相対移動させつつ照射する場合（いわゆる、１ｃｈ加工）と、切断予定ライン５ｂに沿って相対移動させつつ照射する場合（いわゆる、２ｃｈ加工）との間で、改質スポットＳのパルスピッチ（加工ピッチ）を変えることも可能である。例えば、加工対象物１の結晶方位に基づいて１，２ｃｈ加工の間でパルスピッチを変化させることで、加工対象物１の結晶性に起因する分断し易さが好適に考慮されることとなる。この１，２ｃｈ加工の間でのパルスピッチ変化に関しては、以下の実施形態においても同様である。
【００５９】
また、上述したように、反射型空間光変調器２０３を用いてレーザ光Ｌを多点集光させていることから、レーザ光Ｌを容易に変調することが可能となり、さらに、加工マージンの狭い加工対象物１に対しても対応可能となっている。
【００６０】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態の説明では、上記第１実施形態に対し異なる点について主に説明する。
【００６１】
本実施形態は、加工対象物１内にパルスピッチが異なるよう複数の改質スポットＳが形成される点で上記第１実施形態と異なっている。具体的には、図１３（ａ）に示すように、レーザ光Ｌを照射しつつ移動方向Ｄに沿って相対移動させ、加工対象物１内において厚さ方向に互いに等しく且つ移動方向Ｄに沿って離れた２箇所に、レーザ光Ｌを同時に集光させる。これにより、これら２箇所に、上記Ｓ１，Ｓ１のパルスピッチよりも拡いパルスピッチを有する改質スポットＳ２１，Ｓ２１を同時に形成する。
【００６２】
そして、図１３（ｂ）〜（ｄ）に示すように、レーザ光Ｌを引き続き照射しつつ相対移動させ、厚さ方向に互いに等しく且つ移動方向Ｄに沿って離れた改質スポットＳ２２，Ｓ２２〜改質スポットＳ２５，Ｓ２５を順に形成する。これにより、パルスピッチが互いに異なる複数の改質スポットＳが加工対象物１内の同一面内に形成され、その形成密度が粗い改質領域７が形成されることとなる。
【００６３】
また、本実施形態おいて反射型空間光変調器２０３の液晶層２１６に表示させる回折格子パターンは、上記回折格子パターン４１よりも各直線部４１ａの幅（つまり、格子間隔）が狭い点で上記第１実施形態と異なっている。これは、回折格子パターンの格子間隔を狭くすることで、同時形成する改質スポットＳ，Ｓの間隔を拡げることができ、格子間隔を拡げることで、同時形成する改質スポットＳ，Ｓの間隔を狭くすることができるためである。
【００６４】
以上、本実施形態においても、上記効果と同様な効果、すなわち、タクトタイムを短縮化する効果が奏される。
【００６５】
また、本実施形態では、上述したように、パルスピッチが互いに異なるよう複数の改質スポットＳを形成している。このように、パルスピッチを拡大・縮小すると、改質領域７の形成密度を調整することが可能となる。かかる効果は、例えばボイド等の加工不具合が発生しないよう改質領域７の形成密度を調整する場合に、特に有効である。
【００６６】
次に、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態の説明では、上記第１実施形態に対し異なる点について主に説明する。
【００６７】
本実施形態は、厚さ方向に互いに等しく且つ移動方向Ｄに沿って離れた３つの改質スポットＳ，Ｓ，Ｓを加工対象物１に同時形成する点で上記第１実施形態と異なっている。具体的には、図１４（ａ）に示すように、レーザ光Ｌを照射しつつ移動方向Ｄに沿って相対移動させ、加工対象物１内において厚さ方向に互いに等しく且つ移動方向Ｄに沿って離れた３箇所に、レーザ光Ｌを同時に集光させる。これにより、これら３箇所に、改質スポットＳ５１，Ｓ５１，Ｓ５１を同時に形成する。
【００６８】
そして、図１４（ｂ）〜（ｃ）に示すように、レーザ光Ｌを引き続き照射しつつ相対移動させ、厚さ方向に互いに等しく且つ移動方向Ｄに沿って離れた改質スポットＳ５２，Ｓ５２，Ｓ５２〜改質スポットＳ５５，Ｓ５５，Ｓ５５を順に形成する。これにより、パルスピッチが互いに等しい改質スポットＳが加工対象物１内の同一面内に形成されることとなる。
【００６９】
図１５（ａ）は、図１４に示すレーザ加工の際における回折格子パターンの一例を示す図、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）の回折格子パターンにおける光屈折率を示すグラフである。図１５に示すように、本実施形態においては、液晶層２１６に回折格子パターン４２を表示させている。
【００７０】
この回折格子パターン４２は、２値型回折格子とされている。すなわち、図１５（ａ）に示すように、回折格子パターン４２は、複数の直線部４２ａが平行となるように並置されたパターンとされている。そして、複数の直線部４２ａは、並置方向の一方側（図示左側）から他方側（図示右側）に向かう順に、明暗が交互に繰り返されるようになっている。よって、図１５（ｂ）に示すように、回折格子パターン４２の光屈折率は、並置方向の一方側から他方側に向かって矩形波状（パルス波状）に増減している。
【００７１】
このような回折格子パターン４２によれば、０次レーザ光Ｌと１次レーザ光Ｌと−１次レーザ光Ｌとの強度が高くなるようにレーザ光Ｌが分光されて、厚さ方向に互いに等しく且つ移動方向Ｄに沿って離れた３箇所に集光されることとなる。
【００７２】
図１６は、レーザ光の強度波形を示す図である。図中において、上図はレーザ光Ｌの断面模式図であり、下図は、レーザ光Ｌの断面中心位置での強度波形を示す図である。ここで、図１６に示すように、液晶層２１６に表示された回折格子パターン４２の屈折率波形（図１５（ｂ）参照）に対してレーザ光Ｌの強度波形が同じ（近似）形状であれば、分光された３つのレーザ光Ｌの強度は、互いに等しくなり易い。しかし、図１６（ｂ）示すように、表示された回折格子パターン４２の屈折率波形に対しレーザ光Ｌの強度波形が異なる形状の場合（例えば、レーザ光Ｌが２次曲線状の強度波形を有する場合）、この回折格子パターン４２にレーザ光Ｌを入射させると、分光された各レーザ光Ｌの強度が互いに異なってしまうことがある。
【００７３】
また、回折格子パターン４２を表示した場合、分光された各レーザ光Ｌの強度は、理論的には互いに等しくなるが、デバイスの特性により実際には等しくない場合がある。特に３箇所に分岐されたレーザ光Ｌのうち端に当たる２点の強度が等しくない場合等が観測される。回折格子パターン４２で光屈折率を変えた場合には、端にあたる２点の強度に対し２点に挟まれた中央の点の強度を調整するだけであり、２点の強度差を改善することは困難である。
【００７４】
この点、本実施形態では、レーザ光Ｌの強度波形に対応した回折格子パターン４０を液晶層２１６に表示させ、分光された３つのレーザ光Ｌの強度を互いに等しくしている。具体的には、例えば反復フーリエ法を用いてレーザ光Ｌの強度波形に対応した回折格子パターン４０を作成し、又は、レーザ光Ｌの強度波形に対応して回折格子パターン４０を修正し、これを液晶層２１６に表示させることで、各レーザ光Ｌの強度を互いに等しくしている。
【００７５】
すなわち、レーザ光Ｌの波形が図１６（ａ）に示すような矩形波状の場合には、上記回折格子パターン４２を液晶層２１６に表示させる。一方、レーザ光Ｌの波形が図１６（ｂ）に示すような２次曲線状の場合には、図１７に示すような回折格子パターン４３を液晶層２１６に表示させる。回折格子パターン４３は、図１７（ｂ）に示すように、隣接する直線部４３ａ，４３ａの境界がぼけている（グラデーションが付けられている）点で上記回折格子パターン４２と異なっている。よって、図１７（ｂ）に示すように、回折格子パターン４３は、上記回折格子パターン４２の屈折率に対し、立上がり時及びピーク時の角部が滑らかとなる屈折率を有している。
【００７６】
以上、本実施形態においても、上記効果と同様な効果、すなわち、タクトタイムを短縮化する効果が奏される。
【００７７】
また、本実施形態では、上述したように、レーザ光Ｌの強度波形に対応した回折格子パターン４０を液晶層２１６に表示させており、これにより、分光された３つのレーザ光の強度が互いに等しくすることが可能となっている。なお、このように回折格子パターン４０をレーザ光Ｌの強度波形に対応させる点は、上記及び下記の実施形態でも同様に実施することができる。なお、本実施形態は、レーザ光Ｌを３つに分光するため、レーザ光Ｌのエネルギに余裕があるときに特に有効なものである。
【００７８】
次に、本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態の説明では、上記第１実施形態に対し異なる点について主に説明する。
【００７９】
本実施形態は、厚さ方向に互いに等しく且つ移動方向Ｄに沿って離れた４つの改質スポットＳ，Ｓ，Ｓ，Ｓを加工対象物１に同時形成する点で上記第１実施形態と異なっている。具体的には、図１８（ａ）に示すように、レーザ光Ｌを照射しつつ移動方向Ｄに沿って相対移動させ、加工対象物１内において厚さ方向に互いに等しく且つ移動方向Ｄに沿って離れた４箇所に、レーザ光Ｌを同時に集光させる。これにより、これら４箇所に、改質スポットＳ６１，Ｓ６１，Ｓ６１，Ｓ６１を同時に形成する。
【００８０】
そして、図１８（ｂ）〜（ｃ）に示すように、レーザ光Ｌを引き続き照射しつつ相対移動させ、厚さ方向に互いに等しく且つ移動方向Ｄに沿って離れた改質スポットＳ６２，Ｓ６２，Ｓ６２，Ｓ６２〜改質スポットＳ６５，Ｓ６５，Ｓ６５，Ｓ６５を順に形成する。これにより、パルスピッチが互いに等しい改質スポットＳが加工対象物１内の同一面内に形成されることとなる。
【００８１】
図１９（ａ）は、図１８に示すレーザ加工の際における回折格子パターンの一例を示す図であり、図１９（ｂ）は、図１９（ａ）の回折格子パターンにおける光屈折率を示すグラフである。図１９に示すように、本実施形態においては、液晶層２１６に回折格子パターン４４を表示させている。
【００８２】
この回折格子パターン４４は、ＳＩＮ型回折格子とされている。すなわち、図１９（ａ）に示すように、回折格子パターン４４にあっては、並置方向の一方側（図示左側）から他方側（図示右側）に行くに従って徐々に明るくなるのと徐々に暗くなるのとが交互に繰り返される点で上記回折格子パターン４１と異なっている。そして、各直線部４３ａの並置方向中央部で、最も明るく（暗く）なっている。よって、図１９（ｂ）に示すように、回折格子パターン４４の光屈折率は、並置方向の一方側から他方側に向かってＳＩＮ波状に増減している。
【００８３】
このような回折格子パターン４２によれば、高次のレーザ光Ｌまで強度が比較的高くなるようにレーザ光Ｌが分光されて、厚さ方向に互いに等しく且つ移動方向Ｄに沿って離れた４箇所に集光されることとなる。
【００８４】
以上、本実施形態においても、上記効果と同様な効果、すなわち、タクトタイムを短縮化する効果が奏される。
【００８５】
また、本実施形態では、例えば回折効率を適宜調整すると共に、分光された各レーザ光Ｌの少なくとも１つのエネルギをゼロとしたりカットしたりすることで、厚さ方向に互いに等しく且つ移動方向Ｄに沿って離れた５箇所以上に改質スポットＳを形成する場合もある。なお、本実施形態は、レーザ光Ｌを４つ又はそれ以上に分光するため、レーザ光Ｌのエネルギに余裕があるときに特に有効なものである。
【００８６】
次に、本発明の第５実施形態について説明する。本実施形態の説明では、上記第１実施形態に対し異なる点について主に説明する。
【００８７】
本実施形態は、加工対象物１内において厚さ方向に互いに異なる位置にレーザ光Ｌが同時集光されて改質スポットＳ，Ｓが同時形成される点で、上記第１実施形態と異なっている。
【００８８】
具体的には、図２０（ａ）に示すように、レーザ光Ｌを照射しつつ移動方向Ｄに沿って相対移動させ、加工対象物１内において厚さ方向に互いに異なり且つ移動方向Ｄに沿って離れた２箇所に、レーザ光Ｌを同時集光させて一対の改質スポットＳ３１ａ，Ｓ３１ｂを同時形成する。
【００８９】
ここでは、加工対象物１の表面３側の改質スポットＳ３１ａが裏面２１側の改質スポットＳ３１ｂに対し移動方向後方に位置するように、レーザ光Ｌを同時集光させている。つまり、レーザ光Ｌを、加工対象物１において深い位置の集光点が浅い位置の集光点よりも先行するよう切断予定ライン５に沿って移動させている。
【００９０】
そして、図２０（ｂ）〜（ｄ）に示すように、レーザ光Ｌを引き続き照射しつつ相対移動させ、厚さ方向に互いに異なり且つ移動方向Ｄに沿って離れた改質スポットＳ３２ａ，Ｓ３２ｂ〜改質スポットＳ３５ａ，Ｓ３５ｂを順に形成する。これにより、１つの切断予定ライン５について厚さ方向に２列の改質領域７が、加工対象物１内に１スキャンで形成されることとなる。
【００９１】
図２１は、図２０に示すレーザ加工の際における回折格子パターンの一例を示す図である。図２１に示すように、本実施形態においては、厚さ方向に互いに異なり且つ移動方向Ｄに沿って離れた２つの改質スポットＳ，Ｓを加工対象物１に同時形成するため、液晶層２１６に回折格子パターン４５を表示させている。
【００９２】
回折格子パターン４５は、ゾーンプレート型とされている。この回折格子パターン４５は、あたかも複数の凹レンズ又は凸レンズが幾重にも重なって存在するように機能するものであり、中心円部４５ａと、この中心円部４５ａに同心円状の複数の円環部４５ｂを有している。中心円部４５ａ及び円環部４５ｂは、中心から径方向外側に行くに従って明暗が交互に繰り返されるように構成されている。また、中心円部４５ａは、改質スポットＳ，Ｓの互いの位置関係に対応する方向（図示では右方向）に所定量ずれている。円環部４５ｂの間隔は、径方向外側に行くに従って徐々に小さくなっている。
【００９３】
このような回折格子パターン４５によれば、高次のレーザ光Ｌほど強度が弱くなるようにレーザ光Ｌが分光されて、厚さ方向に対し裏面２１側に行くに連れて移動方向前方に傾斜した方向に離間した（換言すると、厚さ方向に離間すると共に、表面３側の集光点が裏面２１側の集光点に対し移動方向後方に位置するよう移動方向Ｄに離間した）２箇所に集光されることとなる。
【００９４】
以上、本実施形態においても、上記効果と同様な効果、すなわち、タクトタイムを短縮化する効果が奏される。
【００９５】
また、本実施形態では、上述したように、加工対象物１内において厚さ方向に互いに異なり且つ移動方向Ｄに沿って離れた２箇所にレーザ光Ｌを同時集光させることで、１つの切断予定ライン５について厚さ方向に２列の改質領域７を１スキャンで形成している。よって、１つの切断予定ライン５に沿ってレーザ光Ｌを移動させる回数（いわゆる、折り返し回数）を低減させることが可能となる。例えば、加工対象物１内に厚さ方向８列の改質領域７を形成する場合、４スキャンで足りることになる。
【００９６】
また、本実施形態では、上述したように、一対の改質スポットＳ，Ｓを同時形成する際、加工対象物１の表面３側の改質スポットＳ３１ａ〜Ｓ３５ａほど移動方向後方に位置すうようにレーザ光Ｌを同時集光させている。よって、裏面２１側の位置への改質スポットＳ３１ｂ〜Ｓ３５ｂの形成に、表面３側の改質スポットＳ３１ａ〜Ｓ３５ａによる悪影響（例えば、レーザ光Ｌの吸収、散乱、集光度の低下）が及ぶのを好適に抑制することができ、改質領域７を精度よく形成することが可能となる。
【００９７】
なお、本実施形態において、１つの切断予定ライン５に沿ってレーザ光Ｌを往復移動させる場合、表面３側に形成される改質スポットＳ３１ａ〜Ｓ３５ａを移動方向後方に位置さるため、往路と復路との間で反射型空間光変調器２０３における変調パターンが反転される（切り替えられる）ことになる。
【００９８】
図２２は、図２０に示すレーザ加工方法の他の例を説明するための図である。図２２（ａ）〜（ｄ）に示すように、本実施形態では、一対の改質スポットＳ，Ｓを加工対象物１に同時形成する際、表面３側の改質スポットＳ４１ａ〜４５ａが裏面２１側の改質スポットＳ４１ｂ〜４５ｂに対し移動方向前方に位置するように、レーザ光Ｌを同時集光させてもよい。この場合、上記回折格子パターン４５に対し中心円部４５ａがずれる方向と反対方向にずれている点で異なる回折格子パターンが液晶層２１６に表示される。
【００９９】
ちなみに、本実施形態では、パルスピッチが互いに等しくなるよう改質スポットＳを形成したが、上記第２実施形態と同様に、パルスピッチが互いに異なるよう改質スポットＳを形成しても勿論よい。
【０１００】
また、回折格子パターン４５では、その中心を大きくずらしても加工精度に悪影響が及び難い。また、回折格子パターン４５の格子間隔を狭く又は拡くすることで、同時形成する改質スポットＳ，Ｓの傾斜方向の間隔が拡がる又は狭まることになる。また、本実施形態では、回折格子パターン４５の中心円部４５ａをずらしているが、これに代えて、反射型空間光変調器２０３に入射するレーザ光Ｌを、その光軸の交差方向にずらす場合もある。
【０１０１】
次に、上記レーザ加工を行う際の各種設定について説明する。まず、上記第３実施形態と同様なレーザ加工を行う（つまり、厚さ方向に互いに等しく且つ移動方向Ｄに沿って離れた３つの改質スポットＳ，Ｓ，Ｓを加工対象物１に同時形成する）場合を例にして、レーザ光Ｌの集光について説明する。
【０１０２】
図２３，２４は、レーザ光の集光を説明するための概略図である。図中においては、集光光学系２０４を理想化して示している。図２３に示すように、同時に集光させる集光点の間隔７１は、焦点距離７２及びレーザ光Ｌの入射角θによって設定される。但し、入射角θは、下記の関係を有している。
入射角θ＝回折角×縮小倍率
縮小倍率＝４ｆ光学系２４１の第１レンズ２４１ａの焦点距離／第２レンズ２４
１ｂの焦点距離
回折角 ＝arcsin（レーザ光Ｌの波長［ｍ］／回折格子パターン４０の回折格子
間隔［ｍ］）
【０１０３】
また、レーザ光Ｌを加工対象物１の外部に集光する場合と、内部に集光する場合とでは、焦点距離７３，７４が異なるものの入射角θ１，θ２も異なることから、これら相違が互いに打ち消し合うため、結果として、集光点の間隔７５，７６は互いに等しくなる。
【０１０４】
また、図２４に示すように、同時形成された改質スポットＳ，Ｓ，Ｓと、これより前段（又は後段）で同時形成された改質スポットＳ，Ｓ，Ｓとの間隔７７は、レーザ光Ｌの繰返し周波数及び加工速度によって設定される。間隔７１，７７は、互いに独立して調整可能であるため、所望の間隔（等間隔でも不等間隔でも）に設定可能である。ちなみに、入射角θの値が極めて小さいことから、分光された各レーザ光Ｌは、全て垂直入射として近似することができる。
【０１０５】
このようなレーザ光Ｌの集光の特性をふまえると、レーザ加工の設定について、次のことがいえる。すなわち、回折格子パターン４０の形状の設定は、反射型空間光変調器２０３で分光された各レーザ光Ｌの強度分布全てに影響する。回折効率は、分光された各レーザ光Ｌのうち０次レーザ光Ｌとその他のレーザ光Ｌとの強度比に影響する。ステージ速度、レーザ光Ｌの繰返し周波数、及び回折格子パターン４０の格子間隔は、加工速度及びパルスピッチ（加工ピッチ）に影響する。
【０１０６】
次に、以上に説明したレーザ加工方法によるレーザ加工の全体手順の例を、図２５〜２７に示すフローチャートを参照しつつ説明する。ここでの改質領域形成工程では、一例として、上記第１〜４実施形態と同様に、厚さ方向に互いに等しく且つ移動方向Ｄに沿って離れた複数の改質スポットＳを加工対象物１に形成している。また、加工対象物１において表面３をレーザ光照射面としている。
【０１０７】
加工対象物１が薄く、加工対象物１の内部に厚さ方向に１列の改質領域７を形成する場合には、図２５のフローチャートに示すように、まず、回折格子パターン４０の間隔を設定すると共に、加工速度を設定する（Ｓ１１）。ここでは、等間隔のパルスピッチとなるように設定する場合や、任意の不等間隔のパルスピッチとなるように設定する場合がある。
【０１０８】
続いて、回折格子パターン４０の形状を設定すると共に、回折効率を設定する（Ｓ１２）。ここでは、分光された各レーザ光Ｌの強度が等しくなるような、又は任意の比率となるような形状及び回折効率としている。なお、上記Ｓ１１，Ｓ１２については、表面観察ユニット２１１で各レーザ光Ｌが所望位置に集光するか否か等を確認し、適宜再設定を行う。続いて、ステージ１１１を相対移動させ、各レーザ光Ｌの集光点の厚さ方向位置を加工位置に合わせ、改質領域形成工程を実施する（Ｓ１３）。
【０１０９】
他方、加工対象物１が厚く、加工対象物１の内部に厚さ方向に複数列の改質領域７を形成する場合には、図２６のフローチャートに示すように、まず、回折格子パターン４０の間隔を設定すると共に、加工速度を設定する（Ｓ２１）。続いて、回折格子パターン４０の形状を設定すると共に、回折効率を設定する（Ｓ２２）。
【０１１０】
続いて、ステージ１１１を相対移動させ、各レーザ光Ｌの集光点の厚さ方向位置を、最も裏面側の加工位置に合わせ、改質領域形成工程を実施する（Ｓ２３）。そして、上記Ｓ２３と同様に、他の加工位置に対し、裏面２１側から表面３側の順で改質領域形成工程を繰り返し実施する（Ｓ２４）。
【０１１１】
或いは、加工対象物１の内部に厚さ方向に複数列の改質領域７を形成する場合には、図２７のフローチャートに示すように、まず、反射型空間光変調器２０３において回折格子パターン４０を非表示とする（Ｓ３１）。そして、ステージ１１１を相対移動させ、各レーザ光Ｌの集光点の厚さ方向位置を最も裏面２１側の加工位置に合わせ、改質領域形成工程を実施する（Ｓ３２）。
【０１１２】
続いて、回折格子パターン４０の間隔を設定すると共に、加工速度を設定し（Ｓ３３）、回折格子パターン４０の形状を設定すると共に、回折効率を設定する（Ｓ３４）。そして、上記Ｓ３２と同様に、他の加工位置に対し、裏面２１側から表面３側の順で改質領域形成工程を繰り返し実施する（Ｓ３５）。
【０１１３】
図２７に示すレーザ加工では、上述したように、最も裏面２１側の加工位置に改質領域形成工程を実施する場合、回折格子パターン４０で分光されていない（つまり、高いエネルギを有する）レーザ光Ｌを集光させ、改質スポットＳを１つずつ形成して改質領域７を形成している。これにより、最も裏面２１側の改質領域７から亀裂を好適に延在させることができる。その結果、裏面２１側が切断の基点側となることから、加工対象物１を精度よく切断するためである。
【０１１４】
なお、表面３側も切断の基点側となるが、表面３側の加工位置にレーザ光Ｌを集光させる場合においては、加工対象物１によるレーザ光Ｌの吸収が少ないことから、レーザ光Ｌが高いエネルギを維持し易いため、回折格子パターン４０で分光させても、形成された改質領域７から亀裂を好適に延在させることができる。
【０１１５】
ちなみに、図２６，２７に示すように複数列の改質領域を形成する場合、改質領域形成工程毎に、回折効率及びパルスピッチを設定し加工してもよい。
【０１１６】
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。
【０１１７】
例えば、上記実施形態では、移動方向Ｄに沿って離れた２箇所にレーザ光Ｌを同時集光させて改質スポットＳ（改質領域７）を同時形成したが、レーザ光Ｌのエネルギ上可能であれば、移動方向Ｄに沿って離れた３箇所以上の箇所にレーザ光Ｌを同時集光させて改質スポットＳを同時形成してもよい。この場合、厚さ方向に互いに等しい一対の改質スポットと、互いに異なる一対の改質スポットと、を含む３つ以上の改質スポットが同時形成されるように（上記実施形態を組み合わせてなるように）、レーザ光Ｌを加工対象物１に同時集光させてもよい。
【０１１８】
また、上記実施形態では、ビームホモジナイザ２６０を備え、このビームホモジナイザ２６０で強度分布を均一化したレーザ光Ｌを反射型空間光変調器２０３に入射させたが、これに代えて、ビームエキスパンダを備え、このビームエキスパンダでビーム径を拡大したレーザ光Ｌを反射型空間光変調器２０３に入射させてもよい。また、改質領域７を形成する際におけるレーザ光入射面は、加工対象物１の表面３に限定されず、加工対象物１の裏面２１であってもよい。
【０１１９】
なお、切断予定ライン５に沿って形成され互いに一番近い（隣接する）改質スポットであって、先のレーザショットで形成される改質スポットＳと後のレーザショットで形成される改質スポットＳとについては、互いに重ならないような繰返し周波数（発振周波数）でレーザ光Ｌを出力して形成することで、その加工速度、加工精度を向上させることができるため、より望ましい。
【０１２０】
また、上記実施形態では、反射型空間光変調器２０３としてＬＣＯＳ−ＳＬＭを用いたが、ＭＥＭＳ（メムス）−ＳＬＭ、又はＤＭＤ(デフォーマブルミラーデバイス)等を用いてもよい。
【０１２１】
さらに、上記実施形態では、反射型空間光変調器２０３を用いたが、透過型の空間光変調器でもよい。空間光変調器としては、液晶セルタイプ、ＬＣＤタイプのものが挙げられる。
【０１２２】
また、上記実施形態の反射型空間光変調器２０３は誘電体多層膜ミラーを備えていたが、シリコン基板の画素電極の反射を利用してもよい。
【０１２３】
また、上記実施形態では、４ｆ光学系２４１を用いているが、波面形状の変化が問題ならない場合等には、４ｆ光学系２４１を省いてもよい。
【０１２４】
また、複数位置に同時に集光されるそれぞれのレーザ光Ｌの収差が補正されるような変調パターンを反射型空間光変調器２０３にさらに与えることで、切断に一層適した改質領域７を形成することが可能となる。
【０１２５】
また、分光された複数のレーザ光Ｌは、それぞれのエネルギが任意の値とされてもよく、さらには、その少なくとも１つのエネルギがゼロ又はカットされてもよい。カットする場合には、例えば、透明なガラスに黒点を入れたものが、カットしたいレーザ光Ｌの集光ポイントに配置される。
【０１２６】
また、回折格子パターン４０は、限定されるものではなく、移動方向Ｄに沿って離れた複数位置にレーザ光を集光可能なものであれば、様々なパターンを採用することができる。
【符号の説明】
【０１２７】
１…加工対象物、３…表面（レーザ光照射面）、５，５ａ，５ｂ…切断予定ライン、７…改質領域、２１…裏面（反対の面）、Ｌ…レーザ光、Ｐ…集光点、Ｓ…改質スポット。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のレーザ加工方法としては、加工対象物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、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ものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３４３００８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、上述したようなレーザ加工方法においては、例えばボイド等の加工不具合の発生を抑制することが好ましい。
【０００５】
そこで、本発明は、加工不具合の発生を抑制可能なレーザ加工方法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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係るレーザ加工方法は、加工対象物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、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に形成するレーザ加工方法であって、加工対象物内における厚さ方向に一定の位置にレーザ光を加工対象物に集光させ、レーザ光を加工対象物に対して切断予定ラインに沿って移動させることにより、加工対象物内におけるレーザ光照射面から所定距離の位置で且つ加工対象物の厚さ方向において互いに等しい位置にレーザ光を集光して複数の改質スポットを形成し、これら複数の改質スポットにより改質領域を形成する工程と、を含み、改質領域を形成する工程は、切断予定ラインに沿って加工対象物の厚さ方向において等しい位置に形成した改質領域を起点にレーザ光照射面又はレーザ光照射面と反対の面に露出する亀裂を形成することを含み、複数の改質スポットは、少なくとも２つの互いに異なる、切断予定ラインに沿う方向に近接する２つの改質スポットについての切断予定ラインに沿う方向における間隔であるピッチを有すること、を特徴とする。
【０００７】
このレーザ加工方法によれば、改質領域の形成密度を調整することができ、例えばボイド等の加工不具合が発生するのを抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、加工不具合の発生を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】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。
【図２】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３】図２の加工対象物のIII−III線に沿っての断面図である。
【図４】レーザ加工後の加工対象物の平面図である。
【図５】図４の加工対象物のV−V線に沿っての断面図である。
【図６】図４の加工対象物のVI−VI線に沿っての断面図である。
【図７】加工対象物を示す平面図である。
【図８】第１実施形態に係るレーザ加工方法を実施するレーザ加工装置を示す概略構成図である。
【図９】反射型空間光変調器の部分断面図である。
【図１０】レーザ光の多点集光を説明するための図である。
【図１１】第１実施形態に係るレーザ加工方法を説明するための図である。
【図１２】図１１に示すレーザ加工の際における回折格子パターンを説明するための図である。
【図１３】第２実施形態に係るレーザ加工方法を説明するための図である。
【図１４】第３実施形態に係るレーザ加工方法を説明するための図である。
【図１５】図１４に示すレーザ加工の際における回折格子パターンを説明するための図である。
【図１６】レーザ光の強度波形を示す図である。
【図１７】図１４に示すレーザ加工の際における回折格子パターンを説明するための他の図である。
【図１８】第４実施形態に係るレーザ加工方法を説明するための図である。
【図１９】図１８に示すレーザ加工の際における回折格子パターンを説明するための図である。
【図２０】第５実施形態に係るレーザ加工方法を説明するための図である。
【図２１】図２０に示すレーザ加工の際における回折格子パターンを説明するための図である。
【図２２】図２０に示すレーザ加工方法の他の例を説明するための図である。
【図２３】レーザ光の集光を説明するための概略図である。
【図２４】レーザ光の集光を説明するための他の概略図である。
【図２５】レーザ加工の全体手順の例を示すフローチャートである。
【図２６】レーザ加工の全体手順の他の例を示すフローチャートである。
【図２７】レーザ加工の全体手順のさらに他の例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、「上」「下」の語は、図面に示される状態に基づいており便宜的なものである。
【００１１】
本実施形態に係るレーザ加工装置では、加工対象物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより加工対象物に改質領域を形成する。そこで、まず、本実施形態のレーザ加工装置による改質領域の形成について、図１〜図６を参照して説明する。
【００１２】
図１に示すように、レーザ加工装置１００は、レーザ光Ｌをパルス発振するレーザ光源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。
【００１３】
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に形成されることとなる。
【００１４】
加工対象物１としては、半導体材料や圧電材料等が用いられ、図２に示すように、加工対象物１には、加工対象物１を切断するための切断予定ライン５が設定されている。切断予定ライン５は、直線状に延びた仮想線である。加工対象物１の内部に改質領域を形成する場合、図３に示すように、加工対象物１の内部に集光点Ｐを合わせた状態で、レーザ光Ｌを切断予定ライン５に沿って（すなわち、図２の矢印Ａ方向に）相対的に移動させる。これにより、図４〜図６に示すように、改質領域７が切断予定ライン５に沿って加工対象物１の内部に形成され、切断予定ライン５に沿って形成された改質領域７が切断起点領域８となる。
【００１５】
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、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。また、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、裏面、若しくは外周面）に露出していてもよい。
【００１６】
ちなみに、ここでは、レーザ光Ｌが、加工対象物１を透過すると共に加工対象物１の内部の集光点近傍にて特に吸収され、これにより、加工対象物１に改質領域７が形成される（すなわち、内部吸収型レーザ加工）。よって、加工対象物１の表面３ではレーザ光Ｌが殆ど吸収されないので、加工対象物１の表面３が溶融することはない。一般的に、表面３から溶融され除去されて穴や溝等の除去部が形成される（表面吸収型レーザ加工）場合、加工領域は表面３側から徐々に裏面側に進行する。
【００１７】
ところで、本実施形態に係るレーザ加工装置で形成される改質領域は、密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲とは異なる状態になった領域をいう。改質領域としては、例えば、溶融処理領域、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等があり、これらが混在した領域もある。さらに、改質領域としては、加工対象物の材料において改質領域の密度が非改質領域の密度と比較して変化した領域や、格子欠陥が形成された領域がある（これらをまとめて高密転移領域ともいう）。
【００１８】
また、溶融処理領域や屈折率変化領域、改質領域の密度が非改質領域の密度と比較して変化した領域、格子欠陥が形成された領域は、更にそれら領域の内部や改質領域と非改質領域との界面に亀裂（割れ、マイクロクラック）を内包している場合がある。内包される亀裂は改質領域の全面に渡る場合や一部分のみや複数部分に形成される場合がある。加工対象物１としては、例えばシリコン、ガラス、ＬｉＴａＯ３又はサファイア（Ａｌ２Ｏ３）を含む、又はこれらからなるものが挙げられる。
【００１９】
次に、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００２０】
まず、本発明の第１実施形態について説明する。図７は、本実施形態のレーザ加工方法の対象となる加工対象物を示す平面図である。図７に示すように、加工対象物１は、厚さ３００μｍ、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。
【００２１】
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、フォトダイオード等の受光素子、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５ａ，５ｂに沿って切断され、例えばチップサイズが１ｍｍ×１ｍｍのチップとなる。
【００２２】
図８は、本発明の第１実施形態に係るレーザ加工方法を実施するレーザ加工装置を示す概略構成図である。図８に示すように、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。
【００２３】
レーザ光源２０２は、レーザ光Ｌを出射するものであり、例えばファイバレーザが用いられている。ここでのレーザ光源２０２は、水平方向にレーザ光を出射するように、筐体２３１の天板２３６にねじ等で固定されている。
【００２４】
反射型空間光変調器２０３は、レーザ光源２０２から出射されたレーザ光Ｌを変調するものであり、例えば反射型液晶（LCOS：Liquid Crystal on Silicon）の空間光変調器（SLM：Spatial Light Modulator）が用いられている。ここでの反射型空間光変調器２０３は、水平方向から入射するレーザ光Ｌを、水平方向に対し斜め上方に反射すると共に、加工対象物１においてレーザ光Ｌを移動させる方向Ｄ（以下、「移動方向Ｄ」という）に沿って離れた複数位置に集光するよう変調する。
【００２５】
図９は、図８のレーザ加工装置の反射型空間光変調器の部分断面図である。図９に示すように、反射型空間光変調器２０３は、シリコン基板２１３、駆動回路層９１４、複数の画素電極２１４、誘電体多層膜ミラー等の反射膜２１５、配向膜９９９ａ、液晶層２１６、配向膜９９９ｂ、透明導電膜２１７、及びガラス基板等の透明基板２１８を備え、これらがこの順に積層されている。
【００２６】
透明基板２１８は、ＸＹ平面に沿った表面２１８ａを有しており、該表面２１８ａは反射型空間光変調器２０３の表面を構成する。透明基板２１８は、例えばガラス等の光透過性材料を主に含んでおり、反射型空間光変調器２０３の表面２１８ａから入射した所定波長のレーザ光Ｌを、反射型空間光変調器２０３の内部へ透過する。透明導電膜２１７は、透明基板２１８の裏面２１８ｂ上に形成されており、レーザ光Ｌを透過する導電性材料（例えばＩＴＯ）を主に含んで構成されている。
【００２７】
複数の画素電極２１４は、複数の画素の配列に従って二次元状に配列されており、透明導電膜２１７に沿ってシリコン基板２１３上に配列されている。各画素電極２１４は、例えばアルミニウム等の金属材料からなり、これらの表面２１４ａは、平坦且つ滑らかに加工されている。複数の画素電極２１４は、駆動回路層９１４に設けられたアクティブ・マトリクス回路によって駆動される。
【００２８】
アクティブ・マトリクス回路は、複数の画素電極２１４とシリコン基板２１３との間に設けられ、反射型空間光変調器２０３から出力しようとする光像に応じて各画素電極２１４への印加電圧を制御する。このようなアクティブ・マトリクス回路は、例えば図示しないＸ軸方向に並んだ各画素列の印加電圧を制御する第１のドライバ回路と、Ｙ軸方向に並んだ各画素列の印加電圧を制御する第２のドライバ回路とを有しており、制御部２５０によって双方のドライバ回路で指定された画素の画素電極２１４に所定電圧が印加されるよう構成されている。
【００２９】
なお、配向膜９９９ａ，９９９ｂは、液晶層２１６の両端面に配置されており、液晶分子群を一定方向に配列させる。配向膜９９９ａ，９９９ｂは、例えばポリイミドといった高分子材料からなり、液晶層２１６との接触面にラビング処理等が施されたものが適用される。
【００３０】
液晶層２１６は、複数の画素電極２１４と透明導電膜２１７との間に配置されており、各画素電極２１４と透明導電膜２１７とにより形成される電界に応じてレーザ光Ｌを変調する。すなわち、アクティブ・マトリクス回路によって或る画素電極２１４に電圧が印加されると、透明導電膜２１７と該画素電極２１４との間に電界が形成される。
【００３１】
この電界は、反射膜２１５及び液晶層２１６のそれぞれに対し、各々の厚さに応じた割合で印加される。そして、液晶層２１６に印加された電界の大きさに応じて液晶分子２１６ａの配列方向が変化する。レーザ光Ｌが透明基板２１８及び透明導電膜２１７を透過して液晶層２１６に入射すると、このレーザ光Ｌは液晶層２１６を通過する間に液晶分子２１６ａによって変調され、反射膜２１５において反射した後、再び液晶層２１６により変調されてから取り出されることとなる。
【００３２】
これにより、変調パターンに入射し透過するレーザ光Ｌにあっては、その波面が調整され、該レーザ光Ｌを構成する各光線において進行方向に直交する所定方向の成分の位相にずれが生じる。その結果、図１０に示すように、加工対象物１内の３次元方向の任意の複数位置に集光光学系２０４でレーザ光Ｌが多点集光されるように、レーザ光Ｌが変調されることになる。具体的には、レーザ光Ｌが集光光学系２０４で複屈折されて加工対象物１内の移動方向Ｄに離れた複数位置に集光されるように、レーザ光Ｌの強度、振幅、位相、偏光等が調整されることになる。
【００３３】
図８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る。この４ｆ光学系２４１は、第１レンズ２４１ａ及び第２レンズ２４１ｂを有している。
【００３４】
レンズ２４１ａ，２４１ｂは、反射型空間光変調器２０３と第１レンズ２４１ａとの距離が第１レンズ２４１ａの焦点距離ｆ１となり、集光光学系２０４とレンズ２４１ｂとの距離がレンズ２４１ｂの焦点距離ｆ２となり、第１レンズ２４１ａと第２レンズ２４１ｂとの距離がｆ１＋ｆ２となり、且つ第１レンズ２４１ａと第２レンズ２４１ｂとが両側テレセントリック光学系となるように、反射型空間光変調器２０３と集光光学系２０４との間に配置されている。この４ｆ光学系２４１では、反射型空間光変調器２０３で変調されたレーザ光Ｌが空間伝播によって波面形状が変化し収差が増大するのを抑制することができる。
【００３５】
集光光学系２０４は、４ｆ光学系２４１によって変調されたレーザ光Ｌを加工対象物１の内部に集光するものである。この集光光学系２０４は、複数のレンズを含んで構成されており、圧電素子等を含んで構成された駆動ユニット２３２を介して筐体２３１の底板２３３に設置されている。
【００３６】
また、レーザ加工装置３００は、加工対象物１の表面３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。
【００３７】
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の表面３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で加工対象物に向けて集光される。そして、加工対象物１の表面３で反射された反射光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。
【００３８】
ＡＦユニット２１２は、ＡＦ用レーザ光ＬＢ１を出射し、加工対象物１の表面３で反射されたＡＦ用レーザ光ＬＢ１の反射光ＬＢ２を受光し検出することで、切断予定ライン５に沿った表面３の変位データを取得する。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、加工対象物１の表面３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。
【００３９】
さらにまた、レーザ加工装置３００は、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やステージ１１１の位置、及び駆動ユニット２３２の駆動を制御する。
【００４０】
また、制御部２５０は、改質領域７を形成する際、反射型空間光変調器２０３における各電極部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る。これにより、レーザ光Ｌを反射型空間光変調器２０３で所望に変調し、加工対象物１内の３次元方向の任意の複数位置にレーザ光Ｌを同時に集光させ、移動方向Ｄに沿って離れた複数位置に改質領域７を同時に複数形成する（詳しくは、後述）。
【００４１】
なお、所定の変調パターンは、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、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。
【００４２】
以上のように構成されたレーザ加工装置３００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の裏面に例えばエキスパンドテープを貼り付け、該加工対象物１をステージ１１１上に載置する。続いて、表面３をレーザ光照射面として加工対象物１にレーザ光Ｌを照射しながら、加工対象物１とレーザ光Ｌとを切断予定ライン５ａ，５ｂに沿って相対移動（スキャン）させる。
【００４３】
レーザ光源２０２から出射されたレーザ光Ｌは、筐体２３１内におい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、レーザ光は、ミラー２０５ｂによって水平方向に反射され、ビームホモジナイザ２６０によって強度分布が均一化されて反射型空間光変調器２０３に入射する。
【００４４】
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し、該変調パターンに応じて変調された後、水平方向に対し斜め上方に出射される。そして、ミラー２０６ａによって上方に反射された後、λ／２波長板２２８によって偏光方向が切断予定ライン５に沿う方向となるよう変更され、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。
【００４５】
４ｆ光学系２４１に入射したレーザ光Ｌは、集光光学系２０４に入射するレーザ光Ｌが平行光となるように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。
【００４６】
その後、レーザ光Ｌは、ダイクロイックミラー２１０，２１８を順次透過して集光光学系２０４に入射し、ステージ１１１上に載置された加工対象物１の内部に集光光学系２０４によって集光される。これにより、切断予定ライン５ａ，５ｂに沿って改質スポットが複数形成され、これらの改質スポットによって改質領域７が形成されることとなる（改質領域形成工程）。ちなみに、ここでの改質スポットとは、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を意味している。
【００４７】
そして、エキスパンドテープを拡張することで、改質領域７を切断の起点として、加工対象物１を切断予定ライン５に沿って切断し、複数の半導体チップ（例えばメモリ、ＩＣ、発光素子、受光素子等：半導体装置）として互いに離間させる。
【００４８】
ここで、本実施形態においては、上述したように、反射型空間光変調器２０３によって、加工対象物１内の移動方向Ｄに離れた複数位置にレーザ光Ｌが集光されるようレーザ光Ｌを変調している。
【００４９】
具体的には、図１１（ａ）に示すように、レーザ光Ｌを照射しつつ移動方向Ｄに沿って相対移動させる。併せて、加工対象物１内においてレーザ光Ｌの照射方向に沿う方向（つまり、厚さ方向）に互いに等しく、且つ移動方向Ｄに沿って離れた２箇所に、レーザ光Ｌを同時に集光させる。これにより、これら２箇所に改質スポットＳ１，Ｓ１を同時に形成する。換言すると、加工対象物１内において厚さ方向に互いに等しく、且つ切断予定ライン５のライン方向にズレた一対の位置に、一対の改質スポットＳ１，Ｓ１を同時形成する。
【００５０】
そして、図１１（ｂ）〜（ｄ）に示すように、レーザ光Ｌを引き続き照射しつつ相対移動させ、厚さ方向に互いに等しく且つ移動方向Ｄに沿って離れた改質スポットＳ２，Ｓ２〜改質スポットＳ５，Ｓ５を加工対象物１に順に形成する。これにより、切断予定ライン５に沿う方向における間隔（以下、「パルスピッチ」という）が互いに等しい改質スポットＳが、加工対象物１内の同一面内に形成されることとなる。
【００５１】
また、本実施形態においては、厚さ方向に互いに等しく且つ移動方向Ｄに沿って離れた２つの改質スポットＳ，Ｓを加工対象物１に好適に同時形成するため、反射型空間光変調器２０３の液晶層２１６に回折格子パターン４０（位相型回折レンズ、キノフォーム：図１２参照）を変調パターンとして表示させることで、反射型空間光変調器２０３に入射するレーザ光Ｌを複数のレーザ光Ｌに分光して出射している。
【００５２】
図１２（ａ）は、図１１に示すレーザ加工の際における回折格子パターンの一例を示す図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の回折格子パターンにおける光屈折率を示すグラフである。図１２中の回折格子パターン４１では、暗い部分（濃い部分）は、光屈折率が低い部分を示しており、明るい部分（薄い部分）は、光屈折率が高い部分を示している（図１５，１７，１９，２１において同じ）。また、図１２（ｂ）の横軸は、位置を示し、図１２（ａ）と紙面上下方向に対応している（図１５，１７，１９において同じ）。
【００５３】
この回折格子パターン４１は、鋸刃型回折格子（いわゆる、ブレーズド回折格子）とされている。すなわち、図１２（ａ）に示すように、回折格子パターン４１は、複数の直線部４１ａが平行となるように並置されたパターンとされている。回折格子パターン４１の各直線部４１ａのそれぞれでは、並置方向の一方側（図示左側）が最も暗く、一方側から他方側（図示右側）に行くに従って徐々に明るくなり、他方側が最も明るくなっている。よって、図１２（ｂ）に示すように、回折格子パターン４１の光屈折率は、並置方向の一方側から他方側に向かって鋸刃状に増減している。
【００５４】
このような回折格子パターン４１によれば、０次レーザ光Ｌと１次レーザ光Ｌ（又は、−１次レーザ光Ｌ）との強度が高くなるようにレーザ光Ｌが分光されて、厚さ方向に互いに等しく且つ移動方向Ｄに沿って離れた２箇所に集光されることとなる。
【００５５】
なお、０次レーザ光Ｌは、反射型空間光変調器２０３に入射するレーザ光Ｌがあたかもそのまま反射されるようなモードのレーザ光を意味している。また、回折格子パターン４１の明暗を全体的に調整することで、後述の回折効率を調整することができる（以下、同じ）。
【００５６】
以上、本実施形態によれば、加工対象物１において移動方向Ｄに沿って離間する２箇所に、レーザ光Ｌを同時集光させて改質スポットＳ，Ｓを同時形成することができる。よって、通常のレーザ加工に比べ、レーザ加工に要する時間、すなわちタクトタイムの短縮化が可能となり、ランニングコストを低減することができる。
【００５７】
また、上述したように、改質スポットＳが形成される複数位置が、厚さ方向に互いに等しくされている。よって、レーザ光Ｌの相対移動速度を速めることが可能となる。なお、かかる効果は、改質領域７を内部に１列のみ形成するような例えば極薄ウェハを加工対象物１として用いる場合、特に有効である。
【００５８】
ちなみに、本実施形態では、レーザ光Ｌを切断予定ライン５ａに沿って相対移動させつつ照射する場合（いわゆる、１ｃｈ加工）と、切断予定ライン５ｂに沿って相対移動させつつ照射する場合（いわゆる、２ｃｈ加工）との間で、改質スポットＳのパルスピッチ（加工ピッチ）を変えることも可能である。例えば、加工対象物１の結晶方位に基づいて１，２ｃｈ加工の間でパルスピッチを変化させることで、加工対象物１の結晶性に起因する分断し易さが好適に考慮されることとなる。この１，２ｃｈ加工の間でのパルスピッチ変化に関しては、以下の実施形態においても同様である。
【００５９】
また、上述したように、反射型空間光変調器２０３を用いてレーザ光Ｌを多点集光させていることから、レーザ光Ｌを容易に変調することが可能となり、さらに、加工マージンの狭い加工対象物１に対しても対応可能となっている。
【００６０】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態の説明では、上記第１実施形態に対し異なる点について主に説明する。
【００６１】
本実施形態は、加工対象物１内にパルスピッチが異なるよう複数の改質スポットＳが形成される点で上記第１実施形態と異なっている。具体的には、図１３（ａ）に示すように、レーザ光Ｌを照射しつつ移動方向Ｄに沿って相対移動させ、加工対象物１内において厚さ方向に互いに等しく且つ移動方向Ｄに沿って離れた２箇所に、レーザ光Ｌを同時に集光させる。これにより、これら２箇所に、上記Ｓ１，Ｓ１のパルスピッチよりも拡いパルスピッチを有する改質スポットＳ２１，Ｓ２１を同時に形成する。
【００６２】
そして、図１３（ｂ）〜（ｄ）に示すように、レーザ光Ｌを引き続き照射しつつ相対移動させ、厚さ方向に互いに等しく且つ移動方向Ｄに沿って離れた改質スポットＳ２２，Ｓ２２〜改質スポットＳ２５，Ｓ２５を順に形成する。これにより、パルスピッチが互いに異なる複数の改質スポットＳが加工対象物１内の同一面内に形成され、その形成密度が粗い改質領域７が形成されることとなる。
【００６３】
また、本実施形態おいて反射型空間光変調器２０３の液晶層２１６に表示させる回折格子パターンは、上記回折格子パターン４１よりも各直線部４１ａの幅（つまり、格子間隔）が狭い点で上記第１実施形態と異なっている。これは、回折格子パターンの格子間隔を狭くすることで、同時形成する改質スポットＳ，Ｓの間隔を拡げることができ、格子間隔を拡げることで、同時形成する改質スポットＳ，Ｓの間隔を狭くすることができるためである。
【００６４】
以上、本実施形態においても、上記効果と同様な効果、すなわち、タクトタイムを短縮化する効果が奏される。
【００６５】
また、本実施形態では、上述したように、パルスピッチが互いに異なるよう複数の改質スポットＳを形成している。このように、パルスピッチを拡大・縮小すると、改質領域７の形成密度を調整することが可能となる。かかる効果は、例えばボイド等の加工不具合が発生しないよう改質領域７の形成密度を調整する場合に、特に有効である。
【００６６】
次に、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態の説明では、上記第１実施形態に対し異なる点について主に説明する。
【００６７】
本実施形態は、厚さ方向に互いに等しく且つ移動方向Ｄに沿って離れた３つの改質スポットＳ，Ｓ，Ｓを加工対象物１に同時形成する点で上記第１実施形態と異なっている。具体的には、図１４（ａ）に示すように、レーザ光Ｌを照射しつつ移動方向Ｄに沿って相対移動させ、加工対象物１内において厚さ方向に互いに等しく且つ移動方向Ｄに沿って離れた３箇所に、レーザ光Ｌを同時に集光させる。これにより、これら３箇所に、改質スポットＳ５１，Ｓ５１，Ｓ５１を同時に形成する。
【００６８】
そして、図１４（ｂ）〜（ｃ）に示すように、レーザ光Ｌを引き続き照射しつつ相対移動させ、厚さ方向に互いに等しく且つ移動方向Ｄに沿って離れた改質スポットＳ５２，Ｓ５２，Ｓ５２〜改質スポットＳ５５，Ｓ５５，Ｓ５５を順に形成する。これにより、パルスピッチが互いに等しい改質スポットＳが加工対象物１内の同一面内に形成されることとなる。
【００６９】
図１５（ａ）は、図１４に示すレーザ加工の際における回折格子パターンの一例を示す図、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）の回折格子パターンにおける光屈折率を示すグラフである。図１５に示すように、本実施形態においては、液晶層２１６に回折格子パターン４２を表示させている。
【００７０】
この回折格子パターン４２は、２値型回折格子とされている。すなわち、図１５（ａ）に示すように、回折格子パターン４２は、複数の直線部４２ａが平行となるように並置されたパターンとされている。そして、複数の直線部４２ａは、並置方向の一方側（図示左側）から他方側（図示右側）に向かう順に、明暗が交互に繰り返されるようになっている。よって、図１５（ｂ）に示すように、回折格子パターン４２の光屈折率は、並置方向の一方側から他方側に向かって矩形波状（パルス波状）に増減している。
【００７１】
このような回折格子パターン４２によれば、０次レーザ光Ｌと１次レーザ光Ｌと−１次レーザ光Ｌとの強度が高くなるようにレーザ光Ｌが分光されて、厚さ方向に互いに等しく且つ移動方向Ｄに沿って離れた３箇所に集光されることとなる。
【００７２】
図１６は、レーザ光の強度波形を示す図である。図中において、上図はレーザ光Ｌの断面模式図であり、下図は、レーザ光Ｌの断面中心位置での強度波形を示す図である。ここで、図１６に示すように、液晶層２１６に表示された回折格子パターン４２の屈折率波形（図１５（ｂ）参照）に対してレーザ光Ｌの強度波形が同じ（近似）形状であれば、分光された３つのレーザ光Ｌの強度は、互いに等しくなり易い。しかし、図１６（ｂ）示すように、表示された回折格子パターン４２の屈折率波形に対しレーザ光Ｌの強度波形が異なる形状の場合（例えば、レーザ光Ｌが２次曲線状の強度波形を有する場合）、この回折格子パターン４２にレーザ光Ｌを入射させると、分光された各レーザ光Ｌの強度が互いに異なってしまうことがある。
【００７３】
また、回折格子パターン４２を表示した場合、分光された各レーザ光Ｌの強度は、理論的には互いに等しくなるが、デバイスの特性により実際には等しくない場合がある。特に３箇所に分岐されたレーザ光Ｌのうち端に当たる２点の強度が等しくない場合等が観測される。回折格子パターン４２で光屈折率を変えた場合には、端にあたる２点の強度に対し２点に挟まれた中央の点の強度を調整するだけであり、２点の強度差を改善することは困難である。
【００７４】
この点、本実施形態では、レーザ光Ｌの強度波形に対応した回折格子パターン４０を液晶層２１６に表示させ、分光された３つのレーザ光Ｌの強度を互いに等しくしている。具体的には、例えば反復フーリエ法を用いてレーザ光Ｌの強度波形に対応した回折格子パターン４０を作成し、又は、レーザ光Ｌの強度波形に対応して回折格子パターン４０を修正し、これを液晶層２１６に表示させることで、各レーザ光Ｌの強度を互いに等しくしている。
【００７５】
すなわち、レーザ光Ｌの波形が図１６（ａ）に示すような矩形波状の場合には、上記回折格子パターン４２を液晶層２１６に表示させる。一方、レーザ光Ｌの波形が図１６（ｂ）に示すような２次曲線状の場合には、図１７に示すような回折格子パターン４３を液晶層２１６に表示させる。回折格子パターン４３は、図１７（ｂ）に示すように、隣接する直線部４３ａ，４３ａの境界がぼけている（グラデーションが付けられている）点で上記回折格子パターン４２と異なっている。よって、図１７（ｂ）に示すように、回折格子パターン４３は、上記回折格子パターン４２の屈折率に対し、立上がり時及びピーク時の角部が滑らかとなる屈折率を有している。
【００７６】
以上、本実施形態においても、上記効果と同様な効果、すなわち、タクトタイムを短縮化する効果が奏される。
【００７７】
また、本実施形態では、上述したように、レーザ光Ｌの強度波形に対応した回折格子パターン４０を液晶層２１６に表示させており、これにより、分光された３つのレーザ光の強度が互いに等しくすることが可能となっている。なお、このように回折格子パターン４０をレーザ光Ｌの強度波形に対応させる点は、上記及び下記の実施形態でも同様に実施することができる。なお、本実施形態は、レーザ光Ｌを３つに分光するため、レーザ光Ｌのエネルギに余裕があるときに特に有効なものである。
【００７８】
次に、本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態の説明では、上記第１実施形態に対し異なる点について主に説明する。
【００７９】
本実施形態は、厚さ方向に互いに等しく且つ移動方向Ｄに沿って離れた４つの改質スポットＳ，Ｓ，Ｓ，Ｓを加工対象物１に同時形成する点で上記第１実施形態と異なっている。具体的には、図１８（ａ）に示すように、レーザ光Ｌを照射しつつ移動方向Ｄに沿って相対移動させ、加工対象物１内において厚さ方向に互いに等しく且つ移動方向Ｄに沿って離れた４箇所に、レーザ光Ｌを同時に集光させる。これにより、これら４箇所に、改質スポットＳ６１，Ｓ６１，Ｓ６１，Ｓ６１を同時に形成する。
【００８０】
そして、図１８（ｂ）〜（ｃ）に示すように、レーザ光Ｌを引き続き照射しつつ相対移動させ、厚さ方向に互いに等しく且つ移動方向Ｄに沿って離れた改質スポットＳ６２，Ｓ６２，Ｓ６２，Ｓ６２〜改質スポットＳ６５，Ｓ６５，Ｓ６５，Ｓ６５を順に形成する。これにより、パルスピッチが互いに等しい改質スポットＳが加工対象物１内の同一面内に形成されることとなる。
【００８１】
図１９（ａ）は、図１８に示すレーザ加工の際における回折格子パターンの一例を示す図であり、図１９（ｂ）は、図１９（ａ）の回折格子パターンにおける光屈折率を示すグラフである。図１９に示すように、本実施形態においては、液晶層２１６に回折格子パターン４４を表示させている。
【００８２】
この回折格子パターン４４は、ＳＩＮ型回折格子とされている。すなわち、図１９（ａ）に示すように、回折格子パターン４４にあっては、並置方向の一方側（図示左側）から他方側（図示右側）に行くに従って徐々に明るくなるのと徐々に暗くなるのとが交互に繰り返される点で上記回折格子パターン４１と異なっている。そして、各直線部４３ａの並置方向中央部で、最も明るく（暗く）なっている。よって、図１９（ｂ）に示すように、回折格子パターン４４の光屈折率は、並置方向の一方側から他方側に向かってＳＩＮ波状に増減している。
【００８３】
このような回折格子パターン４２によれば、高次のレーザ光Ｌまで強度が比較的高くなるようにレーザ光Ｌが分光されて、厚さ方向に互いに等しく且つ移動方向Ｄに沿って離れた４箇所に集光されることとなる。
【００８４】
以上、本実施形態においても、上記効果と同様な効果、すなわち、タクトタイムを短縮化する効果が奏される。
【００８５】
また、本実施形態では、例えば回折効率を適宜調整すると共に、分光された各レーザ光Ｌの少なくとも１つのエネルギをゼロとしたりカットしたりすることで、厚さ方向に互いに等しく且つ移動方向Ｄに沿って離れた５箇所以上に改質スポットＳを形成する場合もある。なお、本実施形態は、レーザ光Ｌを４つ又はそれ以上に分光するため、レーザ光Ｌのエネルギに余裕があるときに特に有効なものである。
【００８６】
次に、本発明の第５実施形態について説明する。本実施形態の説明では、上記第１実施形態に対し異なる点について主に説明する。
【００８７】
本実施形態は、加工対象物１内において厚さ方向に互いに異なる位置にレーザ光Ｌが同時集光されて改質スポットＳ，Ｓが同時形成される点で、上記第１実施形態と異なっている。
【００８８】
具体的には、図２０（ａ）に示すように、レーザ光Ｌを照射しつつ移動方向Ｄに沿って相対移動させ、加工対象物１内において厚さ方向に互いに異なり且つ移動方向Ｄに沿って離れた２箇所に、レーザ光Ｌを同時集光させて一対の改質スポットＳ３１ａ，Ｓ３１ｂを同時形成する。
【００８９】
ここでは、加工対象物１の表面３側の改質スポットＳ３１ａが裏面２１側の改質スポットＳ３１ｂに対し移動方向後方に位置するように、レーザ光Ｌを同時集光させている。つまり、レーザ光Ｌを、加工対象物１において深い位置の集光点が浅い位置の集光点よりも先行するよう切断予定ライン５に沿って移動させている。
【００９０】
そして、図２０（ｂ）〜（ｄ）に示すように、レーザ光Ｌを引き続き照射しつつ相対移動させ、厚さ方向に互いに異なり且つ移動方向Ｄに沿って離れた改質スポットＳ３２ａ，Ｓ３２ｂ〜改質スポットＳ３５ａ，Ｓ３５ｂを順に形成する。これにより、１つの切断予定ライン５について厚さ方向に２列の改質領域７が、加工対象物１内に１スキャンで形成されることとなる。
【００９１】
図２１は、図２０に示すレーザ加工の際における回折格子パターンの一例を示す図である。図２１に示すように、本実施形態においては、厚さ方向に互いに異なり且つ移動方向Ｄに沿って離れた２つの改質スポットＳ，Ｓを加工対象物１に同時形成するため、液晶層２１６に回折格子パターン４５を表示させている。
【００９２】
回折格子パターン４５は、ゾーンプレート型とされている。この回折格子パターン４５は、あたかも複数の凹レンズ又は凸レンズが幾重にも重なって存在するように機能するものであり、中心円部４５ａと、この中心円部４５ａに同心円状の複数の円環部４５ｂを有している。中心円部４５ａ及び円環部４５ｂは、中心から径方向外側に行くに従って明暗が交互に繰り返されるように構成されている。また、中心円部４５ａは、改質スポットＳ，Ｓの互いの位置関係に対応する方向（図示では右方向）に所定量ずれている。円環部４５ｂの間隔は、径方向外側に行くに従って徐々に小さくなっている。
【００９３】
このような回折格子パターン４５によれば、高次のレーザ光Ｌほど強度が弱くなるようにレーザ光Ｌが分光されて、厚さ方向に対し裏面２１側に行くに連れて移動方向前方に傾斜した方向に離間した（換言すると、厚さ方向に離間すると共に、表面３側の集光点が裏面２１側の集光点に対し移動方向後方に位置するよう移動方向Ｄに離間した）２箇所に集光されることとなる。
【００９４】
以上、本実施形態においても、上記効果と同様な効果、すなわち、タクトタイムを短縮化する効果が奏される。
【００９５】
また、本実施形態では、上述したように、加工対象物１内において厚さ方向に互いに異なり且つ移動方向Ｄに沿って離れた２箇所にレーザ光Ｌを同時集光させることで、１つの切断予定ライン５について厚さ方向に２列の改質領域７を１スキャンで形成している。よって、１つの切断予定ライン５に沿ってレーザ光Ｌを移動させる回数（いわゆる、折り返し回数）を低減させることが可能となる。例えば、加工対象物１内に厚さ方向８列の改質領域７を形成する場合、４スキャンで足りることになる。
【００９６】
また、本実施形態では、上述したように、一対の改質スポットＳ，Ｓを同時形成する際、加工対象物１の表面３側の改質スポットＳ３１ａ〜Ｓ３５ａほど移動方向後方に位置すうようにレーザ光Ｌを同時集光させている。よって、裏面２１側の位置への改質スポットＳ３１ｂ〜Ｓ３５ｂの形成に、表面３側の改質スポットＳ３１ａ〜Ｓ３５ａによる悪影響（例えば、レーザ光Ｌの吸収、散乱、集光度の低下）が及ぶのを好適に抑制することができ、改質領域７を精度よく形成することが可能となる。
【００９７】
なお、本実施形態において、１つの切断予定ライン５に沿ってレーザ光Ｌを往復移動させる場合、表面３側に形成される改質スポットＳ３１ａ〜Ｓ３５ａを移動方向後方に位置さるため、往路と復路との間で反射型空間光変調器２０３における変調パターンが反転される（切り替えられる）ことになる。
【００９８】
図２２は、図２０に示すレーザ加工方法の他の例を説明するための図である。図２２（ａ）〜（ｄ）に示すように、本実施形態では、一対の改質スポットＳ，Ｓを加工対象物１に同時形成する際、表面３側の改質スポットＳ４１ａ〜４５ａが裏面２１側の改質スポットＳ４１ｂ〜４５ｂに対し移動方向前方に位置するように、レーザ光Ｌを同時集光させてもよい。この場合、上記回折格子パターン４５に対し中心円部４５ａがずれる方向と反対方向にずれている点で異なる回折格子パターンが液晶層２１６に表示される。
【００９９】
ちなみに、本実施形態では、パルスピッチが互いに等しくなるよう改質スポットＳを形成したが、上記第２実施形態と同様に、パルスピッチが互いに異なるよう改質スポットＳを形成しても勿論よい。
【０１００】
また、回折格子パターン４５では、その中心を大きくずらしても加工精度に悪影響が及び難い。また、回折格子パターン４５の格子間隔を狭く又は拡くすることで、同時形成する改質スポットＳ，Ｓの傾斜方向の間隔が拡がる又は狭まることになる。また、本実施形態では、回折格子パターン４５の中心円部４５ａをずらしているが、これに代えて、反射型空間光変調器２０３に入射するレーザ光Ｌを、その光軸の交差方向にずらす場合もある。
【０１０１】
次に、上記レーザ加工を行う際の各種設定について説明する。まず、上記第３実施形態と同様なレーザ加工を行う（つまり、厚さ方向に互いに等しく且つ移動方向Ｄに沿って離れた３つの改質スポットＳ，Ｓ，Ｓを加工対象物１に同時形成する）場合を例にして、レーザ光Ｌの集光について説明する。
【０１０２】
図２３，２４は、レーザ光の集光を説明するための概略図である。図中においては、集光光学系２０４を理想化して示している。図２３に示すように、同時に集光させる集光点の間隔７１は、焦点距離７２及びレーザ光Ｌの入射角θによって設定される。但し、入射角θは、下記の関係を有している。
入射角θ＝回折角×縮小倍率
縮小倍率＝４ｆ光学系２４１の第１レンズ２４１ａの焦点距離／第２レンズ２４
１ｂの焦点距離
回折角 ＝arcsin（レーザ光Ｌの波長［ｍ］／回折格子パターン４０の回折格子
間隔［ｍ］）
【０１０３】
また、レーザ光Ｌを加工対象物１の外部に集光する場合と、内部に集光する場合とでは、焦点距離７３，７４が異なるものの入射角θ１，θ２も異なることから、これら相違が互いに打ち消し合うため、結果として、集光点の間隔７５，７６は互いに等しくなる。
【０１０４】
また、図２４に示すように、同時形成された改質スポットＳ，Ｓ，Ｓと、これより前段（又は後段）で同時形成された改質スポットＳ，Ｓ，Ｓとの間隔７７は、レーザ光Ｌの繰返し周波数及び加工速度によって設定される。間隔７１，７７は、互いに独立して調整可能であるため、所望の間隔（等間隔でも不等間隔でも）に設定可能である。ちなみに、入射角θの値が極めて小さいことから、分光された各レーザ光Ｌは、全て垂直入射として近似することができる。
【０１０５】
このようなレーザ光Ｌの集光の特性をふまえると、レーザ加工の設定について、次のことがいえる。すなわち、回折格子パターン４０の形状の設定は、反射型空間光変調器２０３で分光された各レーザ光Ｌの強度分布全てに影響する。回折効率は、分光された各レーザ光Ｌのうち０次レーザ光Ｌとその他のレーザ光Ｌとの強度比に影響する。ステージ速度、レーザ光Ｌの繰返し周波数、及び回折格子パターン４０の格子間隔は、加工速度及びパルスピッチ（加工ピッチ）に影響する。
【０１０６】
次に、以上に説明したレーザ加工方法によるレーザ加工の全体手順の例を、図２５〜２７に示すフローチャートを参照しつつ説明する。ここでの改質領域形成工程では、一例として、上記第１〜４実施形態と同様に、厚さ方向に互いに等しく且つ移動方向Ｄに沿って離れた複数の改質スポットＳを加工対象物１に形成している。また、加工対象物１において表面３をレーザ光照射面としている。
【０１０７】
加工対象物１が薄く、加工対象物１の内部に厚さ方向に１列の改質領域７を形成する場合には、図２５のフローチャートに示すように、まず、回折格子パターン４０の間隔を設定すると共に、加工速度を設定する（Ｓ１１）。ここでは、等間隔のパルスピッチとなるように設定する場合や、任意の不等間隔のパルスピッチとなるように設定する場合がある。
【０１０８】
続いて、回折格子パターン４０の形状を設定すると共に、回折効率を設定する（Ｓ１２）。ここでは、分光された各レーザ光Ｌの強度が等しくなるような、又は任意の比率となるような形状及び回折効率としている。なお、上記Ｓ１１，Ｓ１２については、表面観察ユニット２１１で各レーザ光Ｌが所望位置に集光するか否か等を確認し、適宜再設定を行う。続いて、ステージ１１１を相対移動させ、各レーザ光Ｌの集光点の厚さ方向位置を加工位置に合わせ、改質領域形成工程を実施する（Ｓ１３）。
【０１０９】
他方、加工対象物１が厚く、加工対象物１の内部に厚さ方向に複数列の改質領域７を形成する場合には、図２６のフローチャートに示すように、まず、回折格子パターン４０の間隔を設定すると共に、加工速度を設定する（Ｓ２１）。続いて、回折格子パターン４０の形状を設定すると共に、回折効率を設定する（Ｓ２２）。
【０１１０】
続いて、ステージ１１１を相対移動させ、各レーザ光Ｌの集光点の厚さ方向位置を、最も裏面側の加工位置に合わせ、改質領域形成工程を実施する（Ｓ２３）。そして、上記Ｓ２３と同様に、他の加工位置に対し、裏面２１側から表面３側の順で改質領域形成工程を繰り返し実施する（Ｓ２４）。
【０１１１】
或いは、加工対象物１の内部に厚さ方向に複数列の改質領域７を形成する場合には、図２７のフローチャートに示すように、まず、反射型空間光変調器２０３において回折格子パターン４０を非表示とする（Ｓ３１）。そして、ステージ１１１を相対移動させ、各レーザ光Ｌの集光点の厚さ方向位置を最も裏面２１側の加工位置に合わせ、改質領域形成工程を実施する（Ｓ３２）。
【０１１２】
続いて、回折格子パターン４０の間隔を設定すると共に、加工速度を設定し（Ｓ３３）、回折格子パターン４０の形状を設定すると共に、回折効率を設定する（Ｓ３４）。そして、上記Ｓ３２と同様に、他の加工位置に対し、裏面２１側から表面３側の順で改質領域形成工程を繰り返し実施する（Ｓ３５）。
【０１１３】
図２７に示すレーザ加工では、上述したように、最も裏面２１側の加工位置に改質領域形成工程を実施する場合、回折格子パターン４０で分光されていない（つまり、高いエネルギを有する）レーザ光Ｌを集光させ、改質スポットＳを１つずつ形成して改質領域７を形成している。これにより、最も裏面２１側の改質領域７から亀裂を好適に延在させることができる。その結果、裏面２１側が切断の基点側となることから、加工対象物１を精度よく切断するためである。
【０１１４】
なお、表面３側も切断の基点側となるが、表面３側の加工位置にレーザ光Ｌを集光させる場合においては、加工対象物１によるレーザ光Ｌの吸収が少ないことから、レーザ光Ｌが高いエネルギを維持し易いため、回折格子パターン４０で分光させても、形成された改質領域７から亀裂を好適に延在させることができる。
【０１１５】
ちなみに、図２６，２７に示すように複数列の改質領域を形成する場合、改質領域形成工程毎に、回折効率及びパルスピッチを設定し加工してもよい。
【０１１６】
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。
【０１１７】
例えば、上記実施形態では、移動方向Ｄに沿って離れた２箇所にレーザ光Ｌを同時集光させて改質スポットＳ（改質領域７）を同時形成したが、レーザ光Ｌのエネルギ上可能であれば、移動方向Ｄに沿って離れた３箇所以上の箇所にレーザ光Ｌを同時集光させて改質スポットＳを同時形成してもよい。この場合、厚さ方向に互いに等しい一対の改質スポットと、互いに異なる一対の改質スポットと、を含む３つ以上の改質スポットが同時形成されるように（上記実施形態を組み合わせてなるように）、レーザ光Ｌを加工対象物１に同時集光させてもよい。
【０１１８】
また、上記実施形態では、ビームホモジナイザ２６０を備え、このビームホモジナイザ２６０で強度分布を均一化したレーザ光Ｌを反射型空間光変調器２０３に入射させたが、これに代えて、ビームエキスパンダを備え、このビームエキスパンダでビーム径を拡大したレーザ光Ｌを反射型空間光変調器２０３に入射させてもよい。また、改質領域７を形成する際におけるレーザ光入射面は、加工対象物１の表面３に限定されず、加工対象物１の裏面２１であってもよい。
【０１１９】
なお、切断予定ライン５に沿って形成され互いに一番近い（隣接する）改質スポットであって、先のレーザショットで形成される改質スポットＳと後のレーザショットで形成される改質スポットＳとについては、互いに重ならないような繰返し周波数（発振周波数）でレーザ光Ｌを出力して形成することで、その加工速度、加工精度を向上させることができるため、より望ましい。
【０１２０】
また、上記実施形態では、反射型空間光変調器２０３としてＬＣＯＳ−ＳＬＭを用いたが、ＭＥＭＳ（メムス）−ＳＬＭ、又はＤＭＤ(デフォーマブルミラーデバイス)等を用いてもよい。
【０１２１】
さらに、上記実施形態では、反射型空間光変調器２０３を用いたが、透過型の空間光変調器でもよい。空間光変調器としては、液晶セルタイプ、ＬＣＤタイプのものが挙げられる。
【０１２２】
また、上記実施形態の反射型空間光変調器２０３は誘電体多層膜ミラーを備えていたが、シリコン基板の画素電極の反射を利用してもよい。
【０１２３】
また、上記実施形態では、４ｆ光学系２４１を用いているが、波面形状の変化が問題ならない場合等には、４ｆ光学系２４１を省いてもよい。
【０１２４】
また、複数位置に同時に集光されるそれぞれのレーザ光Ｌの収差が補正されるような変調パターンを反射型空間光変調器２０３にさらに与えることで、切断に一層適した改質領域７を形成することが可能となる。
【０１２５】
また、分光された複数のレーザ光Ｌは、それぞれのエネルギが任意の値とされてもよく、さらには、その少なくとも１つのエネルギがゼロ又はカットされてもよい。カットする場合には、例えば、透明なガラスに黒点を入れたものが、カットしたいレーザ光Ｌの集光ポイントに配置される。
【０１２６】
また、回折格子パターン４０は、限定されるものではなく、移動方向Ｄに沿って離れた複数位置にレーザ光を集光可能なものであれば、様々なパターンを採用することができる。
【符号の説明】
【０１２７】
１…加工対象物、３…表面（レーザ光照射面）、５，５ａ，５ｂ…切断予定ライン、７…改質領域、２１…裏面（反対の面）、Ｌ…レーザ光、Ｐ…集光点、Ｓ…改質スポット。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工対象物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、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に形成するレーザ加工方法であって、
前記加工対象物内における厚さ方向に一定の位置に前記レーザ光を前記加工対象物に集光させ、前記レーザ光を前記加工対象物に対して前記切断予定ラインに沿って移動させることにより、前記加工対象物内におけるレーザ光照射面から所定距離の位置で且つ前記加工対象物の厚さ方向において互いに等しい位置に前記レーザ光を集光して複数の改質スポットを形成し、これら複数の改質スポットにより前記改質領域を形成する工程と、を含み、
前記改質領域を形成する工程は、前記切断予定ラインに沿って前記加工対象物の厚さ方向において等しい位置に形成した前記改質領域を起点に前記レーザ光照射面又は前記レーザ光照射面と反対の面に露出する亀裂を形成することを含み、
前記複数の改質スポットは、少なくとも２つの互いに異なる、前記切断予定ラインに沿う方向に近接する２つの改質スポットについての前記切断予定ラインに沿う方向における間隔であるピッチを有すること、を特徴とするレーザ加工方法。
【請求項１】
加工対象物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、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に形成するレーザ加工方法であって、
前記加工対象物内における厚さ方向に一定の位置に前記レーザ光を前記加工対象物に集光させ、前記レーザ光を前記加工対象物に対して前記切断予定ラインに沿って移動させることにより、前記加工対象物内におけるレーザ光照射面から所定距離の位置で且つ前記加工対象物の厚さ方向において互いに等しい位置に前記レーザ光を集光して複数の改質スポットを形成し、これら複数の改質スポットにより前記改質領域を形成する工程と、を含み、
前記改質領域を形成する工程は、前記切断予定ラインに沿って前記加工対象物の厚さ方向において等しい位置に形成した前記改質領域を起点に前記レーザ光照射面又は前記レーザ光照射面と反対の面に露出する亀裂を形成することを含み、
前記複数の改質スポットは、少なくとも２つの互いに異なる、前記切断予定ラインに沿う方向に近接する２つの改質スポットについての前記切断予定ラインに沿う方向における間隔であるピッチを有すること、を特徴とするレーザ加工方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１３】
【図１４】
【図１８】
【図２０】
【図２２】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図１２】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１９】
【図２１】
【図２３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１３】
【図１４】
【図１８】
【図２０】
【図２２】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図１２】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１９】
【図２１】
【図２３】
【公開番号】特開２０１２−９１２３３（Ｐ２０１２−９１２３３Ａ）
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２０２００（Ｐ２０１２−２０２００）
【出願日】平成２４年２月１日（２０１２．２．１）
【分割の表示】特願２０１０−６８６８４（Ｐ２０１０−６８６８４）の分割
【原出願日】平成２２年３月２４日（２０１０．３．２４）
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年２月１日（２０１２．２．１）
【分割の表示】特願２０１０−６８６８４（Ｐ２０１０−６８６８４）の分割
【原出願日】平成２２年３月２４日（２０１０．３．２４）
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【Ｆターム（参考）】
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