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。
本発明に係るレーザ加工方法の実施形態の説明に先立って、加工対象物に対する改質領域の形成について、図1〜6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に形成されることとなる。
加工対象物1の材料としては、半導体材料や圧電材料等が用いられ、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4〜6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、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、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。
ここで、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、改質領域とは、密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲とは異なる状態になった領域をいう。改質領域としては、例えば、溶融処理領域、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等があり、これらが混在した領域もある。更に、改質領域としては、加工対象物の材料において改質領域の密度が非改質領域の密度と比較して変化した領域や、格子欠陥が形成された領域がある(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若しくはサファイア(Al2O3)を含むもの、又はこれらからなるものが挙げられる。
また、ここでは、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、加工対象物の厚さ、種類、結晶方位等を考慮して、その大きさや発生する亀裂の長さを適宜制御することが好ましい。
次に、本発明に係るレーザ加工方法の実施形態について説明する。図7は、本発明に係るレーザ加工方法の一実施形態の実施対象となる加工対象物の平面図である。図7に示されるように、板状の加工対象物1は、シリコン基板11と、シリコン基板11の表面11a上に形成された機能素子層16と、を備えている。
機能素子層16は、シリコン基板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複数形成された機能素子15を含んでいる。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る。
加工対象物1には、隣り合う機能素子15,15間を通るように切断予定ライン5が格子状に設定される。加工対象物1は、切断予定ライン5に沿って切断され、切断された個々のチップは、1個の機能素子15を有する半導体装置となる。
図8は、本発明に係るレーザ加工方法の一実施形態の実施に用いられるレーザ加工装置の構成図である。図8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203、4f光学系241及び集光光学系204を備えている。反射型空間光変調器203、4f光学系241及び集光光学系204は筐体234内に収容されており、レーザ光源202は、筐体234を含む筐体231内に収容されている。
レーザ光源202は、例えば波長1080nm以上のパルスレーザ光であるレーザ光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Lを出射するように、筐体234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)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しつつ変調する。
図9は、図8の反射型空間光変調器の部分断面図である。図9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を備え、これらがこの順に積層されている。
透明基板218は、XY平面に沿った表面218aを有しており、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。
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、平坦か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、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。
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。
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。
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。
これにより、変調パターン(変調用画像)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。
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。
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(光路長)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(光路長)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(光路長)がf1+f2となり、かつ第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の波面形状が空間伝播によって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、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234の底板233に設置されている。
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。
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。
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(加工対象物1の厚さ方向おける表面3の位置(高さ)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。
更に、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の同時集光位置が加工対象物1の表面3から所定距離に位置しかつ切断予定ライン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。
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と透明導電膜217との間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で所望に変調することができる。
ここで、レーザ加工装置300を用いて加工対象物1を加工する場合について説明する。一例として、板状の加工対象物1の内部に集光点Pを合わせてレーザ光Lを照射することにより、切断予定ライン5に沿って、切断の起点となる改質領域7を加工対象物1の内部に形成する場合について説明する。
まず、加工対象物1の裏面21にエキスパンドテープを貼り付け、該加工対象物1をステージ111上に載置する。続いて、加工対象物1の表面3をレーザ光照射面として加工対象物1にレーザ光Lをパルス照射しながら、加工対象物1とレーザ光Lとを切断予定ライン5に沿って相対移動(スキャン)させ、改質領域7を形成する。
すなわち、レーザ加工装置300においては、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。このレーザ光L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。
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。続いて、レーザ光Lは、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に入射される。
続いて、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。発散したレーザ光Lは、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。
続いて、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。その結果、加工対象物1内の厚さ方向の所定深さに、改質スポットが形成される。
そして、レーザ光Lの集光点Pを切断予定ライン5に沿って相対移動させ、複数の改質スポットによって改質領域7を形成する。その後、エキスパンドテープを拡張することで、改質領域7を切断の起点として加工対象物1を切断予定ライン5に沿って切断し、切断された複数のチップを半導体装置(例えばメモリ、IC、発光素子、受光素子等)として得る。
次に、上述したレーザ加工装置300を備えるレーザ加工システム400について説明する。図10に示されるように、レーザ加工システム400は、パーソナルコンピュータ(以下、「PC」という)401,402、コントローラ403及びレーザ加工装置300を備えている。レーザ加工装置300は、上述したように、反射型空間光変調器203で変調したレーザ光Lを加工対象物1に照射することにより、加工対象物1に改質領域7を形成するものである。
PC401の記憶部(メモリやハードディスク等)401aには、加工対象物1に対する改質領域7の形成条件がデータベースとして記憶されている。ユーザがPC401を操作して所望の形成条件を入力すると、当該形成条件はLAN(Local Area Network)を介してコントローラ403に入力される。
コントローラ(パターン指定手段)403は、加工対象物1に対する改質領域7の形成条件が入力された際に、当該形成条件に応じて、改質領域7に対し一種又は複数種の要素パターンを選定し、LANを介して当該要素パターンをPC402に指定する。ここで、要素パターンとは、レーザ加工装置300の反射型空間光変調器203においてレーザ光Lに所定の変調を施すための変調パターンの要素となるパターンであり、複数種の要素パターンがPC402の記憶部(メモリやハードディスク等)402aにデータベースとして記憶されている。
記憶部(パターン記憶手段)402a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(D−01)を要素パターンとして記憶している。また、記憶部402aは、レーザ光Lの集光点Pで生じる球面収差を補正するための球面収差補正パターン(S−0001〜S−1000)を要素パターンとして記憶している。レーザ光Lの集光点Pで生じる球面収差は、加工対象物1の材料や、加工対象物1のレーザ光入射面からレーザ光Lの集光点Pまでの距離に応じて変化するので、球面収差補正パターンは、当該材料や当該距離をパラーメータとして設定され、記憶部402aに記憶されている。
更に、記憶部402aは、品質パターン(J−01〜J−10)を要素パターンとして記憶している。図11に示されるように、品質パターンは、切断予定ライン5と略直交する方向に延在する第1の明度領域R1、及び切断予定ライン5の延在方向において第1の明度領域R1の両側に位置する第2の明度領域R2を有している。
品質パターンは、加工対象物1の裏面21側の位置、加工対象物1の表面3側の位置、及び裏面21側の位置と表面3側の位置との間の中間位置に、裏面21側の位置、中間位置、表面3側の位置の順序で(或いは、表面3側の位置、中間位置、裏面21側の位置の順序で)改質領域7を形成する場合において、中間位置に改質領域7を形成するときに用いられる。つまり、品質パターンは、裏面21側の位置に改質領域7を形成した後かつ表面3側の位置に改質領域7を形成する前に(或いは、表面3側の位置に改質領域7を形成した後かつ裏面21側の位置に改質領域7を形成する前に)、中間位置に改質領域7を形成するときに用いられる。
図10に戻り、PC(パターン作成手段)402は、コントローラ403による要素パターンの指定に基づいて、改質領域7に対し一種又は複数種の要素パターンを記憶部402aから読み出す。つまり、PC402は、加工対象物1に対する改質領域7の形成条件に応じて、改質領域7に対し一種又は複数種の要素パターンを記憶部402aから取得する。
そして、PC402は、一種の要素パターンを取得した場合には、対応する改質領域7の形成のために当該一種の要素パターンを変調パターンとする。また、PC402は、複数種の要素パターンを取得した場合には、対応する改質領域7の形成のために、当該複数種の要素パターンを合成した合成パターンを変調パターンとする。PC402は、このようにして変調パターンを作成した後、DVI(Digital Visual Interface)を介して当該変調パターンを改質領域7に対応付けてレーザ加工装置300に出力する。
なお、加工対象物1に複数種の改質領域7を形成する場合(例えば、1本の切断予定ライン5に対して、加工対象物1の厚さ方向に並ぶように複数列の改質領域7を形成する場合)には、PC402は、全種の改質領域7について改質領域7ごとに変調パターンを作成した後に、当該変調パターンを改質領域7ごとに対応付けてレーザ加工装置300に出力する。
ここで、上述した品質パターンについて、より詳細に説明する。図11に示されるように、切断予定ライン5の延在方向において、第1の明度領域R1の幅は、変調パターンのうちレーザ光Lを変調するための有効領域Rの幅に対して20%〜50%の割合となっている。ただし、切断予定ライン5の延在方向において、第1の明度領域R1の幅は、第2の明度領域R2のそれぞれの幅よりも狭くなっていてもよいし(例えば、図10のJ−01を参照)、或いは第2の明度領域R2のそれぞれの幅よりも広くなっていてもよい(例えば、図10のJ−10を参照)。なお、品質パターンの有効領域Rは、レーザ光Lのうち集光光学系204に入射する分(集光光学系204の入射瞳に入射する分)に相当する領域である。
そして、第1の明度領域R1の平均明度と第2の明度領域R2の平均明度とは、互いに異なっていれば、どちらが明るくてもよい。ただし、第1の明度領域R1と第2の明度領域R2との明度差を大きくする観点からは、品質パターンを構成する各画素の明度を256階調で表した場合、第1の明度領域R1の平均明度と第2の明度領域R2の平均明度とが128階調ずれていることが好ましい。
次に、上述したレーザ加工システム400において実施されるレーザ加工方法の一例について、図12を参照しつつ説明する。まず、ユーザがPC401を操作して、加工対象物1に対する改質領域7の形成条件を入力する(ステップS01)。ここでは、加工対象物1の厚さが200μmに設定され、加工対象物1の材料がシリコンに設定されている。また、1本の切断予定ライン5に対して、加工対象物1の厚さ方向に並ぶように形成される複数列の改質領域7として、2列の改質領域SD1,SD2が設定されている。そして、改質領域SD1の形成については、加工対象物1のレーザ光入射面からレーザ光Lの集光点Pまでの距離(深さ)が180μmに設定され、レーザ光Lの出力が0.6Wに設定されている。また、改質領域SD2の形成については、当該距離が70μmに設定され、当該出力が0.6Wに設定されている。
続いて、加工対象物1に対する改質領域7の形成条件がコントローラ403に入力されると、コントローラ403が、当該形成条件に応じて改質領域SD1,SD2ごとに一種又は複数種の要素パターンを選定し、当該要素パターンを改質領域SD1,SD2ごとに対応付けてPC402に指定する(ステップS02)。これにより、PC402に、適切な要素パターンを容易にかつ確実に取得させることができる。
続いて、改質領域SD1,SD2ごとに要素パターンが指定されると、PC402が、当該要素パターンを改質領域SD1,SD2ごとに対応付けて記憶部402aから選択する(ステップS03)。ここでは、改質領域SD2に対応付けて個体差補正パターンD−01及び球面収差補正パターンS−0025が要素パターンとして選択され、改質領域SD1に対応付けて個体差補正パターンD−01及び球面収差補正パターンS−0060が要素パターンとして選択される。
続いて、PC402が、改質領域SD1,SD2の形成のために、改質領域SD1,SD2ごとに対応付けられた複数種の要素パターンを合成し、その合成パターンを変調パターンとする(ステップS04)。ここでは、改質領域SD2の形成のために、個体差補正パターンD−01と球面収差補正パターンS−0025とが合成されて、変調パターンSD−002が作成され、改質領域SD1の形成のために、個体差補正パターンD−01と球面収差補正パターンS−0060とが合成されて、変調パターンSD−001が作成される。
続いて、PC402が、作成した変調パターンSD−001,SD−002を改質領域SD1,SD2ごとに対応付けてレーザ加工装置300に出力する(ステップS05)。そして、改質領域SD1,SD2ごとに対応付けられて変調パターンSD−001,SD−002が入力されると、レーザ加工装置300がレーザ加工を実施する(ステップS06)。
より具体的には、レーザ加工装置300においては、改質領域SD1を形成するときには、制御部250を介して変調パターンSD−001が反射型空間光変調器203の液晶層216に表示させられ、変調パターンSD−001によってレーザ光Lが変調される。続いて、改質領域SD2を形成するときには、制御部250を介して変調パターンSD−002が反射型空間光変調器203の液晶層216に表示させられ、変調パターンSD−002によってレーザ光Lが変調される。
このように、改質領域SD1,SD2を形成するときに、変調パターンが個体差補正パターン及び球面収差補正パターンを含んでいるので、レーザ加工装置300に生じる個体差やレーザ光Lの集光点Pで生じる球面収差に起因した改質領域の形成状態のばらつきを抑制することができる。なお、加工対象物1のレーザ光入射面から遠い位置の改質領域SD1を形成した後に、加工対象物1のレーザ光入射面から近い位置の改質領域SD2を形成することが望ましい。
次に、上述したレーザ加工システム400において実施されるレーザ加工方法の他の例について、図13を参照しつつ説明する。まず、ユーザがPC401を操作して、加工対象物1に対する改質領域7の形成条件を入力する(ステップS11)。ここでは、加工対象物1の厚さが300μmに設定され、加工対象物1の材料がシリコンに設定されている。また、1本の切断予定ライン5に対して、加工対象物1の厚さ方向に並ぶように形成される複数列の改質領域7として、3列の改質領域SD1,SD2,SD3が設定されている。そして、改質領域SD1の形成については、加工対象物1のレーザ光入射面からレーザ光Lの集光点Pまでの距離(深さ)が260μmに設定され、レーザ光Lの出力が0.6Wに設定されている。また、改質領域SD2の形成については、当該距離が180μmに設定され、当該出力が0.6Wに設定されている。更に、改質領域SD3の形成については、当該距離が70μmに設定され、当該出力が0.6Wに設定されている。なお、改質領域SD2の形成については、品質パターンが「あり」に設定されている。
続いて、加工対象物1に対する改質領域7の形成条件がコントローラ403に入力されると、コントローラ403が、当該形成条件に応じて改質領域SD1,SD2,SD3ごとに一種又は複数種の要素パターンを選定し、当該要素パターンを改質領域SD1,SD2,SD3ごとに対応付けてPC402に指定する(ステップS12)。これにより、PC402に、適切な要素パターンを容易にかつ確実に取得させることができる。
続いて、改質領域SD1,SD2,SD3ごとに要素パターンが指定されると、PC402が、当該要素パターンを改質領域SD1,SD2,SD3ごとに対応付けて記憶部402aから選択する(ステップS13)。ここでは、改質領域SD3に対応付けて個体差補正パターンD−01及び球面収差補正パターンS−0025が要素パターンとして選択される。また、改質領域SD2に対応付けて個体差補正パターンD−01、球面収差補正パターンS−0060及び品質パターンJ−03が要素パターンとして選択される。更に、改質領域SD1に対応付けて個体差補正パターンD−01及び球面収差補正パターンS−0100が要素パターンとして選択される。
続いて、PC402が、改質領域SD1,SD2,SD3の形成のために、改質領域SD1,SD2,SD3ごとに対応付けられた複数種の要素パターンを合成し、その合成パターンを変調パターンとする(ステップS14)。ここでは、改質領域SD3の形成のために、個体差補正パターンD−01と球面収差補正パターンS−0025とが合成されて、変調パターンSD−003が作成される。また、改質領域SD2の形成のために、個体差補正パターンD−01と球面収差補正パターンS−0060と品質パターンJ−03とが合成されて、変調パターンSD−002が作成される。更に、改質領域SD1の形成のために、個体差補正パターンD−01と球面収差補正パターンS−0100とが合成されて、変調パターンSD−001が作成される。
続いて、PC402が、作成した変調パターンSD−001,SD−002,SD−003を改質領域SD1,SD2,SD3ごとに対応付けてレーザ加工装置300に出力する(ステップS15)。そして、改質領域SD1,SD2,SD3ごとに対応付けられて変調パターンSD−001,SD−002,SD−003が入力されると、レーザ加工装置300がレーザ加工を実施する(ステップS16)。
より具体的には、レーザ加工装置300においては、改質領域SD1を形成するときには、制御部250を介して変調パターンSD−001が反射型空間光変調器203の液晶層216に表示させられ、変調パターンSD−001によってレーザ光Lが変調される。続いて、改質領域SD2を形成するときには、制御部250を介して変調パターンSD−002が反射型空間光変調器203の液晶層216に表示させられ、変調パターンSD−002によってレーザ光Lが変調される。続いて、改質領域SD3を形成するときには、制御部250を介して変調パターンSD−003が反射型空間光変調器203の液晶層216に表示させられ、変調パターンSD−003によってレーザ光Lが変調される。
このように、改質領域SD1,SD2,SD3を形成するときに、変調パターンが個体差補正パターン及び球面収差補正パターンを含んでいるので、レーザ加工装置300に生じる個体差やレーザ光Lの集光点Pで生じる球面収差に起因した改質領域の形成状態のばらつきを抑制することができる。なお、加工対象物1のレーザ光入射面から遠い位置の改質領域SD1、中間に位置する改質領域SD2、加工対象物1のレーザ光入射面から近い位置の改質領域SD3と順次形成することが望ましい。
また、改質領域SD1、改質領域SD2、改質領域SD3の順序で改質領域を形成する場合において、中間位置に改質領域SD2を形成するときには、変調パターンが、個体差補正パターン及び球面収差補正パターンに加えて品質パターンを含んでいる。このように、品質パターンを用いてレーザ光Lを変調し、中間位置に改質領域SD2を形成することで、加工対象物1の厚さ方向に改質領域SD1,SD2,SD3を形成する際に加工対象物1の厚さ方向に亀裂が連続的に進行するのを防止することができる。そして、加工対象物1に応力を生じさせると、中間位置に改質領域SD2が形成されていない場合に比べ、改質領域を起点として発生した亀裂が加工対象物1の厚さ方向に容易に伸展するので、加工対象物1を切断予定ライン5に沿って精度良く切断することができる。なお、加工対象物1のレーザ光入射面から近い位置の改質領域SD3、中間に位置する改質領域SD2、加工対象物1のレーザ光入射面から遠い位置の改質領域SD1と順次形成してもよい。
次に、変調パターン(個体差補正パターン、球面収差補正パターン及び品質パターン)について説明する。図14は、改質領域を起点として加工対象物を切断したときの切断面を示す第1の図である。ここでは、シリコンからなる厚さ625μmの加工対象物1の表面3をレーザ光入射面として、表面3から遠い順に、改質領域SD1〜SD7を形成した。各改質領域SD1〜SD7の形成に際しては、レーザ光入射面である表面3に最も近い改質領域SD7を形成する際にレーザ光Lの集光点Pで球面収差を補正し得る球面収差補正パターンを用い、個体差補正パターンに加えてその球面収差補正パターンを含む変調パターンでレーザ光Lを変調した。その結果、図14中の右側の矢印で示されるように、各改質領域SD1〜SD7を形成した時点で発生した亀裂は、特に改質領域SD1〜SD5については、加工対象物1の厚さ方向に伸展し難いことが分かった。
図15は、改質領域を起点として加工対象物を切断したときの切断面を示す第2の図である。ここでは、シリコンからなる厚さ625μmの加工対象物1の表面3をレーザ光入射面として、表面3から遠い順に、改質領域SD1〜SD7を形成した。各改質領域SD1〜SD7の形成に際しては、レーザ光入射面である表面3から最も遠い改質領域SD1を形成する際にレーザ光Lの集光点Pで球面収差を補正し得る球面収差補正パターンを用い、個体差補正パターンに加えてその球面収差補正パターンを含む変調パターンでレーザ光Lを変調した。その結果、図15中の右側の矢印で示されるように、各改質領域SD1〜SD7を形成した時点で発生した亀裂は、特に改質領域SD3〜SD7については、加工対象物1の厚さ方向に伸展し難いことが分かった。
図14,15の結果から、それぞれの改質領域を形成する際にレーザ光Lの集光点Pで球面収差を補正し得る球面収差補正パターンを用いた(つまり、それぞれの改質領域に応じて球面収差補正パターンを変化させた)。図16は、改質領域を起点として加工対象物を切断したときの切断面を示す第3の図である。ここでは、シリコンからなる厚さ400μmの加工対象物1の表面3をレーザ光入射面として、表面3から遠い順に、改質領域SD1〜SD4を形成した。各改質領域SD1〜SD4の形成に際しては、それぞれ、レーザ光Lの集光点Pで球面収差を補正し得る球面収差補正パターンを用い、個体差補正パターンに加えてその球面収差補正パターンを含む変調パターンでレーザ光Lを変調した。その結果、図16中の右側の矢印で示されるように、各改質領域SD1〜SD4を形成した時点で発生した亀裂は、各改質領域SD1〜SD4において同等の長さとなり、図14,15の場合に比べ、加工対象物1の厚さ方向に伸展し易いことが分かった。ただし、切断面の一部に、次のような問題が発生する場合があった。
図17は、改質領域を起点として加工対象物を切断したときの切断面を示す第4の図である。ここでは、図16の場合と同等の形成条件で改質領域SD1〜SD4を形成したが、図17中の右側の矢印で示されるように、改質領域SD1〜SD4を順次に形成していく最中に加工対象物1の厚さ方向に亀裂が連続的に進行してしまった。その結果、加工対象物1の切断面にツイストハックルTが発生するなど、特に表面3側において切断面が蛇行してしまった。
そこで、中間位置に改質領域を形成する際に、個体差補正パターン及び球面収差補正パターンに加えて品質パターンを用いた。図18は、改質領域を起点として加工対象物を切断したときの切断面を示す第5の図である。ここでは、シリコンからなる厚さ400μmの加工対象物1の表面3をレーザ光入射面として、表面3から遠い順に、改質領域SD1〜SD5を形成した。裏面21側の位置の各改質領域SD1,SD2の形成、及び表面3側の位置の各改質領域SD4,SD5の形成に際しては、それぞれ、レーザ光Lの集光点Pで球面収差を補正し得る球面収差補正パターンSを用い、個体差補正パターンDに加えてその球面収差補正パターンSを含む変調パターンでレーザ光Lを変調した。更に、裏面21側の位置と表面3側の位置との間の中間位置の改質領域SD3の形成に際しては、個体差補正パターンD及び球面収差補正パターンSに加えて品質パターンJを含む変調パターンでレーザ光Lを変調した。
その結果、改質領域SD1,SD2を形成した時点で発生した亀裂は、加工対象物1の裏面21に到達する一方で、改質領域SD3を形成した時点で発生した亀裂と繋がらなかった。また、改質領域SD4,SD5を形成した時点で発生した亀裂は、加工対象物1の表面3に到達する一方で、改質領域SD3を形成した時点で発生した亀裂と繋がらなかった。これにより、加工対象物1の切断精度の低下を防止しつつ、切断予定ライン5に沿って加工対象物1の厚さ方向に形成する改質領域7の列数を減少させることが可能となった。
図19は、改質領域を形成するためのレーザ光の集光スポットの模式図である。個体差補正パターン及び球面収差補正パターンを含む変調パターンでレーザ光Lを変調すると、図19(a)に示されるように、レーザ光Lの集光スポットCS1は、円形状の領域になった。一方、個体差補正パターン及び球面収差補正パターンに加えて品質パターンを含む変調パターンでレーザ光Lを変調すると、図19(b)に示されるように、レーザ光Lの集光スポットCS2は、複数の点状の領域が切断予定ライン5の延在方向(すなわち、レーザ光Lの相対移動方向)Aに沿って並設された形状となった。なお、隣り合う点状の領域は、一部分が重なり合っている場合と、隙間をもって離れている場合とがあった。
これは、切断予定ライン5と略直交する方向に延在する第1の明度領域R1、及び切断予定ライン5の延在方向において第1の明度領域R1の両側に位置する第2の明度領域R2を有する品質パターンによって、反射型空間光変調器203においてレーザ光Lが回折されているからと想定される。このような集光スポットCS2を有するレーザ光Lを照射すれば、加工対象物1の厚さ方向に改質領域7を複数列形成する際に加工対象物1の厚さ方向に亀裂が連続的に進行するのを防止し得る改質領域7を加工対象物1に形成することができる。
以上説明したように、レーザ加工システム400において実施されるレーザ加工方法では、加工対象物1に対し裏面21側の位置と表面3側の位置との間の中間位置に改質領域7を形成するためのレーザ光Lの変調に、切断予定ライン5と略直交する方向に延在する第1の明度領域R1、及び切断予定ライン5の延在方向において第1の明度領域R1の両側に位置する第2の明度領域R2を有する品質パターンを用いる。すなわち、表面3をレーザ光入射面として、裏面21側の位置に改質領域7を形成した後かつ表面3側の位置に改質領域7を形成する前に(或いは、裏面21をレーザ光入射面として、表面3側の位置に改質領域7を形成した後かつ裏面21側の位置に改質領域7を形成する前に)、品質パターンを含む変調パターンに基づいて反射型空間光変調器203で変調したレーザ光Lを照射することにより、中間位置に改質領域7を形成する。このようにして中間位置に改質領域7を形成することで、例えば改質領域7の列数を減少させるべく1064nmよりも長い波長のレーザ光Lを使用しても、加工対象物1の厚さ方向に改質領域7を複数列形成する際に加工対象物1の厚さ方向に亀裂が連続的に進行するのを防止することができる。そして、例えば加工対象物1に応力を生じさせると、中間位置に改質領域7が形成されていない場合に比べ、改質領域7を起点として発生した亀裂が加工対象物1の厚さ方向に容易に伸展するので、加工対象物1を切断予定ライン5に沿って精度良く切断することができる。よって、このレーザ加工方法によれば、加工対象物1の切断精度の低下を防止しつつ、切断予定ライン5に沿って加工対象物1の厚さ方向に形成する改質領域7の列数を減少させて、タクトタイムの短縮化を図ることができる。
ここで、品質パターンでは、切断予定ライン5の延在方向において、第1の明度領域R1の幅が、変調パターンのうちレーザ光Lを変調するための有効領域Rの幅に対して20%〜50%の割合となっていることが好ましい。この場合、加工対象物1の厚さ方向に改質領域7を複数列形成する際に加工対象物1の厚さ方向に亀裂が連続的に進行するのを確実に防止し得る改質領域7を中間位置に形成することができる。なお、切断予定ライン5の延在方向において、第1の明度領域R1の幅は、第2の明度領域R2のそれぞれの幅よりも狭くなっていてもよいし、或いは第2の明度領域R2のそれぞれの幅よりも広くなっていてもよい。
また、中間位置に改質領域7を形成するときには、品質パターン、個体差補正パターン及び球面収差補正パターンを含む変調パターンに基づいて、レーザ光Lを反射型空間光変調器203で変調し、裏面21側の位置及び表面3側の位置に改質領域7を形成するときには、個体差補正パターン及び球面収差補正パターンを含む変調パターンに基づいて、レーザ光Lを反射型空間光変調器203で変調することが好ましい。この場合、中間位置、裏面21側の位置及び表面3側の位置に形成された改質領域7が亀裂を発生させ易いものとなるため、切断予定ライン5に沿って加工対象物1の厚さ方向に形成する改質領域7の列数をより確実に減少させることができる。
また、レーザ光Lの波長は1080nm以上であることが好ましい。この場合、加工対象物1に対するレーザ光Lの透過率が高くなり、中間位置、裏面21側の位置及び表面3側の位置に形成された改質領域7が亀裂を発生させ易いものとなるため、切断予定ライン5に沿って加工対象物1の厚さ方向に形成する改質領域7の列数をより確実に減少させることができる。
更に、上述した改質領域7を起点として切断予定ライン5に沿って加工対象物1を切断することで、加工対象物1を切断予定ライン5に沿って精度良く切断することができる。そして、加工対象物1を切断することにより半導体装置を製造することで、信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、以上の実施形態に限定されるものではない。
例えば、図20に示されるように、加工対象物1において、裏面21側の位置に形成される改質領域7の列数、表面3側の位置に形成される改質領域7の列数、及び中間位置に形成される改質領域7の列数は、加工対象物1の厚さや材料に応じて変化させることができる。裏面21側の位置に形成される改質領域7の列数は、当該改質領域7から裏面21に亀裂が生じ得るように決定することができ、表面3側の位置に形成される改質領域7の列数は、当該改質領域7から表面3に亀裂が生じ得るように決定することができる。また、中間位置に形成される改質領域7の列数は、加工対象物1の厚さ方向に改質領域7を複数列形成する際に加工対象物1の厚さ方向に亀裂が連続的に進行するのを防止し得るように決定することができる。
また、変調パターンの要素となる要素パターンとして、品質パターン、個体差補正パターン及び球面収差補正パターンの他に、レーザ光Lの集光点Pでの非点収差を補正するための非点収差補正パターン等を用いてもよい。
また、空間光変調器は、LCOS−SLMに限定されず、MEMS(メムス)−SLMやDMD(デフォーマブルミラーデバイス)等であってもよい。更に、空間光変調器は、反射型に限定されず、透過型であってもよい。空間光変調器としては、液晶セルタイプやLCDタイプ等が挙げられる。また、反射型空間光変調器203においては、誘電体多層膜ミラーに代えて、シリコン基板の画素電極の反射を利用してもよい。