TW201607657A - 雷射加工裝置及雷射加工方法 - Google Patents

雷射加工裝置及雷射加工方法 Download PDF

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Abstract

本發明之雷射加工裝置(300)，係具備有：雷射光源(202)、聚光光學系統(204)、反射型空間光調變器(203)、以及光遮斷部(220)，該雷射光源(202)，係射出雷射光(L)；該聚光光學系統(204)，係將雷射光(L)聚光於加工對象物(1)；該反射型空間光調變器(203)，係將雷射光(L)進行調變，使雷射光(L)分歧成至少包含第1加工光及第2加工光的0次光及±n次光(n為自然數)，使第1加工光聚光於第1聚光點且使第2加工光聚光於第2聚光點；該光遮斷部(220)，係在聚光於加工對象物(1)的0次光及±n次光當中，將相對於第1加工光及第2加工光為聚光於外側的光遮斷。

Description

雷射加工裝置及雷射加工方法
本發明係關於藉由將雷射光聚光於加工對象物，而沿著切斷預定線於加工對象物形成改質區域的雷射加工裝置及雷射加工方法。
以往，已知有一種雷射加工方法，其係將雷射光進行調變，使雷射光分歧成複數個加工光，使各加工光聚光於複數個聚光點之各點，於加工對象物上，在對應於各聚光點的複數個區域之各區域形成改質區域(例如，參照專利文獻1)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2011-051011號公報
另外，針對在表面設有複數個功能元件之加 工對象物，有時會以通過相鄰接的功能元件間之區域的方式設定切斷預定線，使雷射光從背面入射至加工對象物，而沿著切斷預定線於加工對象物上形成改質區域。然而，可知：於如此之情況，若實施如上述般的雷射加工方法，則恐有例如在與雷射光之入射側相反側的加工對象物之表面上之沿著切斷預定線的區域(亦即，相鄰接之功能元件間的區域)發生損傷的疑慮。
因此，本發明之目的在於，提供於將雷射光分歧成複數個加工光並藉由各加工光形成改質區域的情況，能夠抑制於與雷射光之入射側相反側的加工對象物之表面上發生損傷的雷射加工裝置及雷射加工方法。
本發明之一型態的雷射加工裝置，係藉由將雷射光聚光於加工對象物，而沿著切斷預定線於加工對象物形成改質區域，且具備有：雷射光源、聚光光學系統、空間光調變器、以及光遮斷部，該雷射光源，係射出雷射光；該聚光光學系統，係將藉由雷射光源射出的雷射光聚光於加工對象物；該空間光調變器，係將藉由雷射光源射出的雷射光進行調變，使雷射光分歧成至少包含第1加工光及第2加工光的0次光及±n次光(n為自然數)，並藉由聚光光學系統而使第1加工光聚光於第1聚光點且使第2加工光聚光於第2聚光點；該光遮斷部，係在聚光於加工對象物的0次光及±n次光當中，將相對於第1加工光及 第2加工光為聚光於外側的光遮斷，0次光及±n次光的各個聚光點，係於加工對象物上具有以下位置關係：隨著表示次數的數值變得越大或者數值變得越小，位於越靠與雷射光之入射側相反側的加工對象物之第1表面側，且位於越靠沿著切斷預定線之雷射光的相對移動方向上之前側。
於此雷射加工裝置中，係由於在聚光於加工對象物的0次光及±n次光當中，將相對於第1加工光及第2加工光為聚光於外側的光遮斷，因此可防止該光聚光於加工對象物之第1表面附近。因而，依據此雷射加工裝置，於將雷射光分歧成複數個加工光並藉由各加工光形成改質區域的情況，能夠抑制在與雷射光之入射側相反側的加工對象物之表面上(亦即，第1表面)發生損傷。另外，加工光，係指具有能在對應於聚光點之區域形成改質區域的能量之光(以下相同)。此外，表示次數的數值，係指0及±n(n為自然數)，以+之數值表現絕對值越大者數值越大，以-之數值表現絕對值越大的數值則數值越小(以下相同)。
本發明之一型態的雷射加工裝置，係藉由將雷射光聚光於加工對象物，而沿著切斷預定線於加工對象物形成改質區域，且具備有：雷射光源、聚光光學系統、空間光調變器、以及光遮斷部，該雷射光源，係射出雷射光；該聚光光學系統，係將藉由雷射光源射出的雷射光聚光於加工對象物；該空間光調變器，係將藉由雷射光源射出的雷射光進行調變，使雷射光分歧成至少包含第1加工 光及第2加工光的0次光及±n次光(n為自然數)，並藉由聚光光學系統而使第1加工光聚光於第1聚光點且使第2加工光聚光於第2聚光點；該光遮斷部，係在聚光於加工對象物的0次光及±n次光當中，將相對於第1加工光及第2加工光為聚光於與雷射光之入射側相反側的加工對象物之第1表面側的光遮斷，0次光及±n次光的各個聚光點，係於加工對象物上具有以下位置關係：隨著表示次數的數值變得越大或者數值變得越小，位於越靠與雷射光之入射側相反側的加工對象物之第1表面側，且位於越靠沿著切斷預定線之雷射光的相對移動方向上之前側。
於此雷射加工裝置中，係由於在聚光於加工對象物的0次光及±n次光當中，將相對於第1加工光及第2加工光為聚光於加工對象物之第1表面側的光遮斷，因此可防止該光聚光於加工對象物之第1表面附近。因而，依據此雷射加工裝置，於將雷射光分歧成複數個加工光並藉由各加工光形成改質區域的情況，能夠抑制在與雷射光之入射側相反側的加工對象物之表面上(亦即，第1表面)發生損傷。
於本發明之一型態的雷射加工裝置中，光遮斷部，係可進一步在聚光於加工對象物的0次光及±n次光當中，將相對於第1加工光及第2加工光為聚光於雷射光之入射側的加工對象物之第2表面側的光遮斷。依據此，能夠抑制在雷射光之入射側的加工對象物之表面上(亦即，第2表面)發生損傷。
於本發明之一型態的雷射加工裝置中，第1加工光及第2加工光，係可從聚光於加工對象物的0次光及±n次光當中之0次光及±1次光中選出，光遮斷部，係將聚光於加工對象物的±n次光當中之+3次光遮斷。依據此，可將具有相對較大的能量之0次光及±1次光作為第1加工光及第2加工光而有效率地利用。另一方面，能夠抑制因具有相對較大的能量之+3次光而在與雷射光之入射側相反側的加工對象物之表面上發生損傷。
於本發明之一型態的雷射加工裝置中，光遮斷部，係可進一步在聚光於加工對象物的±n次光當中，將±2次光及-3次光遮斷。依據此，可更確實地抑制在與雷射光之入射側相反側的加工對象物之表面上，及雷射光之入射側的加工對象物之表面上發生損傷。
於本發明之一型態的雷射加工裝置中，光遮斷部，係可具有讓第1加工光及第2加工光通過的開口。依據此，能以簡單的構造實現讓至少第1加工光及第2加工光通過且用來遮斷第1加工光及第2加工光以外之既定的光之光遮斷部。
本發明之一型態的雷射加工裝置，係可進一步具備有調整光學系統，該調整光學系統係具有作為透鏡而發揮功能的第1光學元件及第2光學元件，第1光學元件及第2光學元件係配置成：使空間光調變器與第1光學元件之間的光路徑之距離成為第1光學元件之第1焦點距離，使聚光光學系統與第2光學元件之間的光路徑之距離 成為第2光學元件之第2焦點距離，使第1光學元件與第2光學元件之間的光路徑之距離成為第1焦點距離與第2焦點距離的和，而使第1光學元件及第2光學元件成為兩側遠心光學系統，光遮斷部，係設置於第1光學元件與第2光學元件之間的傅立葉面上。依據此，可確實地遮斷第1加工光及第2加工光以外之既定的光。
於本發明之一型態的雷射加工裝置中，光遮斷部，係可設置於聚光光學系統之光入射部。依據此，可確實地遮斷第1加工光及第2加工光以外之既定的光。
於本發明之一型態的雷射加工裝置中，空間光調變器，係可將雷射光進行調變，以使遮斷的光之至少一部分通過開口的外側。依據此，可更確實地遮斷第1加工光及第2加工光以外之既定的光。
於本發明之一型態的雷射加工裝置中，係可於第1表面設置有複數個功能元件及金屬圖案，該複數個功能元件係呈2維狀配置，該金屬圖案係配置於相鄰接的功能元件之間的區域，切斷預定線係設定為：在從與第1表面垂直的方向觀察時會通過相鄰接的功能元件之間的區域。若在與雷射光之入射側相反側的加工對象物之表面上於相鄰接的功能元件之間的區域配置有金屬圖案，則會在金屬圖案產生第1加工光及第2加工光以外之既定的光之吸收而容易在該表面發生損傷。但，即使於如此之情況，亦可抑制在與雷射光之入射側相反側的加工對象物之表面上發生損傷。
本發明之一型態的雷射加工方法，係藉由將雷射光聚光於加工對象物，而沿著切斷預定線於加工對象物形成改質區域，且其係具備以下步驟：將雷射光進行調變，使雷射光分歧成至少包含第1加工光及第2加工光的0次光及±n次光(n為自然數)，使第1加工光聚光於第1聚光點且使第2加工光聚光於第2聚光點，在聚光於加工對象物的0次光及±n次光當中，將相對於第1加工光及第2加工光為聚光於外側的光遮斷，於加工對象物上之與第1聚光點及第2聚光點之各點相對應之複數個區域之各區域形成改質區域，0次光及±n次光的各個聚光點，係於加工對象物上具有以下位置關係：隨著表示次數的數值變得越大或者數值變得越小，位於越靠與雷射光之入射側相反側的加工對象物之第1表面側，且位於越靠沿著切斷預定線之雷射光的相對移動方向上之前側。
本發明之一型態的雷射加工方法，係藉由將雷射光聚光於加工對象物，而沿著切斷預定線於加工對象物形成改質區域，且其係具備以下步驟：將雷射光進行調變，使雷射光分歧成至少包含第1加工光及第2加工光的0次光及±n次光(n為自然數)，使第1加工光聚光於第1聚光點且使第2加工光聚光於第2聚光點，在聚光於加工對象物的0次光及±n次光當中，將相對於第1加工光及第2加工光為聚光於與雷射光之入射側相反側的加工對象物之第1表面側的光遮斷，於加工對象物上之與第1聚光點及第2聚光點之各點相對應的複數個區域之各區域形成 改質區域，0次光及±n次光的各個聚光點，係於加工對象物上具有以下位置關係：隨著表示次數的數值變得越大或者數值變得越小，位於越靠與雷射光之入射側相反側的加工對象物之第1表面側，且位於越靠沿著切斷預定線之雷射光的相對移動方向上之前側。
依據該等之雷射加工方法，基於與上述之雷射加工裝置相同的理由，於將雷射光分歧成複數個加工光並藉由各加工光形成改質區域的情況，能夠抑制在與雷射光之入射側相反側的加工對象物之表面上(亦即，第1表面)發生損傷。
依據本發明，提供於將雷射光分歧成複數個加工光並藉由各加工光形成改質區域的情況，能夠抑制在與雷射光之入射側相反側的加工對象物之表面上發生損傷的雷射加工裝置及雷射加工方法。
1‧‧‧加工對象物
3‧‧‧表面(第1表面)
5‧‧‧切斷預定線
7‧‧‧改質區域
15a‧‧‧功能元件
16‧‧‧金屬圖案
17‧‧‧切割道區域(區域)
21‧‧‧背面(第2表面)
202‧‧‧雷射光源
203‧‧‧反射型空間光調變器(空間光調變器)
204‧‧‧聚光光學系統
220‧‧‧光遮斷部
220a‧‧‧開口
241‧‧‧4f光學系統(調整光學系統)
241a‧‧‧第1透鏡(第1光學元件)
241b‧‧‧第2透鏡(第2光學元件)
300‧‧‧雷射加工裝置
L‧‧‧雷射光
L1‧‧‧第1加工光
L2‧‧‧第2加工光
P1‧‧‧第1聚光點
P2‧‧‧第2聚光點
[第1圖]係改質區域之形成所使用的雷射加工裝置之概略構造圖。
[第2圖]係成為改質區域之形成的對象之加工對象物之俯視圖。
[第3圖]係沿著第2圖之加工對象物的III-III線之剖 面圖。
[第4圖]係雷射加工後的加工對象物之俯視圖。
[第5圖]係沿著第4圖之加工對象物的V-V線之剖面圖。
[第6圖]係沿著第4圖之加工對象物的VI-VI線之剖面圖。
[第7圖]係本發明之一實施形態的雷射加工裝置之概略構造圖。
[第8圖]係第7圖之雷射加工裝置的反射型空間光調變器之部分剖面圖。
[第9圖]係成為本發明之一實施形態之雷射加工方法的對象之加工對象物之(a)俯視圖及(b)部分放大剖面圖。
[第10圖]係用以說明本發明之一實施形態的雷射加工方法之加工對象物之剖面圖。
[第11圖]係用以說明本發明之一實施形態的雷射加工方法之加工對象物之剖面圖。
[第12圖]係用以說明於第8圖之反射型空間光調變器中的光柵像素數之圖。
[第13圖]係用以說明關於本發明的實驗結果之圖。
[第14圖]係用以說明第7圖之雷射加工裝置所使用的光遮斷部之圖。
[第15圖]係用以說明第7圖之雷射加工裝置所使用的光遮斷部之圖。
[第16圖]係用以說明第7圖之雷射加工裝置所使用 的光遮斷部之圖。
[第17圖]係用以說明關於本發明的實驗之圖。
[第18圖]係用以說明本發明的比較例之圖。
[第19圖]係用以說明第18圖之比較例的情況之結果之圖。
[第20圖]係用以說明本發明的實施例之圖。
[第21圖]係用以說明第20圖之實施例的情況之結果之圖。
[第22圖]係用以說明本發明的實施例之圖。
[第23圖]係用以說明第22圖之實施例的情況之結果之圖。
[第24圖]係用以說明關於本發明的實驗結果之圖。
以下，針對本發明之實施形態，參照附圖詳細地進行說明。另外，於各圖中，對於相同或相當部分係賦予相同符號，並省略重複的說明。
於本發明之一實施形態的雷射加工裝置及雷射加工方法中，係藉由將雷射光聚光於加工對象物，而沿著切斷預定線於加工對象物形成改質區域。因此，首先，針對改質區域之形成，參照第1圖~第6圖來進行說明。
如第1圖所示般，雷射加工裝置100，係具備有：雷射光源101、分光鏡103、以及聚光用透鏡105，該雷射光源101，係將雷射光L進行脈衝振盪；該分光鏡 103，係配置成使雷射光L之光軸(光路徑)的方向能夠90°轉變；該聚光用透鏡105，係用以將雷射光L聚光。此外，雷射加工裝置100，係具備有：支承台107、載置台111、雷射光源控制部102、以及載置台控制部115，該支承台107，係用以支承藉由聚光用透鏡105聚光後的雷射光L所照射的加工對象物1；該載置台111，係用以使支承台107進行移動；該雷射光源控制部102，係用來控制雷射光源101，以調節雷射光L之輸出或脈衝寬、脈衝波形等；該載置台控制部115，係用來控制載置台111的移動。
於此雷射加工裝置100中，從雷射光源101所射出的雷射光L，係藉由分光鏡103而能夠將該光軸的方向90°轉變，並藉由聚光用透鏡105而聚光於載置於支承台107上之加工對象物1的內部。並且，使載置台111移動，而使加工對象物1相對於雷射光L而沿著切斷預定線5進行相對移動。藉此，於加工對象物1上形成沿著切斷預定線5的改質區域。另外，在此，雖為了使雷射光L相對地移動，而移動載置台111，但亦可移動聚光用透鏡105，或者移動該等之雙方。
作為加工對象物1，係可使用包含以半導體材料所形成的半導體基板或以壓電材料所形成的壓電基板等之板狀的構件(例如，基板、晶圓等)。如第2圖所示般，於加工對象物1，係設定有用以切斷加工對象1的切斷預定線5。切斷預定線5係呈直線狀延伸的假想線。於在加 工對象物1之內部形成改質區域的情況，如第3圖所示般，在使聚光點(聚光位置)P匯集於加工對象物1之內部的狀態下，使雷射光L沿著切斷預定線5(亦即，於第2圖之箭頭A方向上)相對地進行移動。藉此，如第4圖、第5圖及第6圖所示般，將改質區域7沿著切斷預定線5形成於加工對象物1的內部，使沿著切斷預定線5所形成的改質區域7成為切斷起點區域8。
另外，聚光點P係指雷射光L聚光的部位。此外，切斷預定線5，並不限於直線狀，可為曲線狀，亦可為將該等組合而成之3維狀，或座標指定者。此外，切斷預定線5，並不限於假想線，亦可為在加工對象物1之表面3實際畫出的線。改質區域7，係可為連續地形成，亦可為斷續地形成。此外，改質區域7，係可為列狀亦可為點狀，重點在於，只要改質區域7至少形成在加工對象物1的內部即可。此外，有時以改質區域7作為起點而形成龜裂，龜裂及改質區域7，亦可露出於加工對象物1的外表面(表面3、背面21、或者外周面)。此外，形成改質區域7時之雷射光入射面，並不限定於加工對象1的表面3，亦可為加工對象物1的背面21。
順帶一提，在此之雷射光L，係透過加工對象物1並且特別被吸收在加工對象物1之內部的聚光點P附近，藉此，於加工對象物1上形成改質區域7(亦即，內部吸收型雷射加工)。因而，由於在加工對象物1的表面3幾乎不吸收雷射光L，因此加工對象物1的表面3並不會 熔融。一般而言，於從表面3熔融去除來形成孔或溝等之去除部(表面吸收型雷射加工)的情況，加工區域係從表面3側緩緩地往背面側進行。
另外，本實施形態所形成的改質區域7，係指密度、折射率、機械性強度或其他的物理特性與周圍不同之狀態的區域。作為改質區域7，例如，有熔融處理區域(意味著：暫時熔融後再固化而成的區域、熔融狀態中的區域及從熔融再固化之狀態中的區域當中至少任一者)、裂縫區域、絕緣破壞區域、折射率變化區域等，亦有該等混合存在的區域。進而，作為改質區域7，係有於加工對象物1之材料中改質區域7之密度為與非改質區域之密度進行比較產生了變化的區域，或形成有晶格缺陷的區域(亦將該等統一稱為高密度移轉區域)。
此外，熔融處理區域或折射率變化區域、改質區域7之密度為與非改質區域之密度進行比較產生了變化的區域、形成有晶格缺陷的區域，係有進一步在該等區域的內部或改質區域7與非改質區域的界面內含龜裂(破裂、微裂縫)的情況。所內含的龜裂，係有跨改質區域7之整面的情況或者僅於一部分或複數部分形成的情況。作為加工對象物1，係可列舉例如：包含矽(Si)、玻璃、碳化矽(SiC)、LiTaO3或藍寶石(Al2O3)或者由此等所構成者。
此外，於本實施形態中，係藉由沿著切斷預定線5來形成複數個改質點(加工痕)，而形成改質區域 7。改質點，係指藉由脈衝雷射光之1脈衝的射擊(也就是說1脈衝之雷射照射：雷射射擊)所形成的改質部分，藉由使改質點聚集而成為改質區域7。作為改質點，係可列舉：裂縫點、熔融處理點或折射率變化點，或者該等之至少1個混合存在者等。針對此改質點，係可考慮所要求的切斷精度、所要求的切斷面之平坦性、加工對象物1之厚度、種類、結晶方位等，而將其大小或所產生之龜裂的長度進行適當控制。
接著，針對本發明之一實施形態的雷射加工裝置及雷射加工方法進行說明。如第7圖所示般，雷射加工裝置300，係於框體231內具備有：雷射光源202、反射型空間光調變器(空間光調變器)203、4f光學系統(調整光學系統)241、光遮斷部220及聚光光學系統204。雷射加工裝置300，係藉由將雷射光L聚光於加工對象物1，而沿著切斷預定線5於加工對象物1形成改質區域7。
雷射光源202，係將具有例如1000nm~1500nm之波長的雷射光L進行射出者，例如光纖雷射。在此之雷射光源202，係藉由螺釘等固定於框體231的頂板236，以使雷射光L朝向水平方向射出。
反射型空間光調變器203，係將從雷射光源202所射出的雷射光L進行調變者，例如反射型液晶(LCOS：Liquid Crystal on Silicon)之空間光調變器(SLM：Spatial Light Modulator)。在此之反射型空間光調變器203，係將從水平方向入射的雷射光L進行調變，並且朝 相對於水平方向為斜上方反射。
如第8圖所示般，反射型空間光調變器203，係藉由依此順序層積有矽基板213、驅動電路層914、複數個像素電極214、介電體多層膜鏡等之反射膜215、配向膜999a、液晶層216、配向膜999b、透明導電膜217、及玻璃基板等之透明基板218所構成。
透明基板218，係具有沿著XY平面之表面218a，此表面218a，係構成反射型空間光調變器203的表面。透明基板218，係由例如玻璃等之光透過性材料所構成，而讓從反射型空間光調變器203之表面218a所入射的既定波長之雷射光L透過至反射型空間光調變器203之內部。透明導電膜217，係形成於透明基板218之背面上，並由讓雷射光L透過的導電性材料(例如ITO)所構成。
複數個像素電極214，係沿著透明導電膜217於矽基板213上配列成矩陣狀。各像素電極214，係由例如鋁等之金屬材料所構成，該等之表面214a，係被加工成平坦且平滑。複數個像素電極214，係藉由設置於驅動電路層914的主動矩陣電路所驅動。
主動矩陣電路，係設置於複數個像素電極214與矽基板213之間，因應於從反射型空間光調變器203輸出的光像來控制對各像素電極214之施加電壓。如此之主動矩陣電路，例如，具有未圖示之第1驅動電路與第2驅動電路，並構成為藉由控制部250(參照第7圖)來將既定 電壓施加於由雙方之驅動電路所指定的像素之像素電極214，該第1驅動電路，係用來控制排列在X軸方向的各像素列之施加電壓；該第2驅動電路，係用來控制排列在Y軸方向的各像素列之施加電壓。
配向膜999a、999b，係配置於液晶層216的兩端面，使液晶分子群配列於一定方向。配向膜999a、999b，係由例如聚醯亞胺等之高分子材料所構成，並對與液晶層216之接觸面施以磨擦處理等。
液晶層216，係配置於複數個像素電極214與透明導電膜217之間，因應於藉由各像素電極214與透明導電膜217所形成的電場來將雷射光L進行調變。亦即，若藉由驅動電路層914之主動矩陣電路來對各像素電極214施加電壓，則於透明導電膜217與各像素電極214之間會形成電場，而使液晶分子216a之配列方向因應於形成於液晶層216的電場之大小而產生變化。接著，若雷射光L透過透明基板218及透明導電膜217來入射至液晶層216，則此雷射光L會在通過液晶層216的期間藉由液晶分子216a而調變，於反射膜215進行反射之後，再度藉由液晶層216而調變，並射出。
此時，藉由控制部250(參照第7圖)來控制對各像素電極214所施加的電壓，於液晶層216中被透明導電膜217與各像素電極214所挾持之部分的折射率會因應於該電壓而產生變化(對應於各像素的位置之液晶層216的折射率會產生變化)。藉由此折射率的變化，可使雷射 光L的相位因應於所施加的電壓而變化成液晶層216之每一像素。也就是說，可藉由液晶層216將與全像圖案相對應的相位調變賦予至每一像素(亦即，使作為賦予調變之全像圖案的調變圖案顯示於反射型空間光調變器203之液晶層216)。其結果，入射至調變圖案並透過的雷射光L，其波面會被調整，而於構成該雷射光L的各光線中，在與行進方向正交之既定方向的成分之相位產生偏移。因而，藉由將顯示於反射型空間光調變器203的調變圖案進行適當設定，而成為能夠將雷射光L進行調變(例如，將雷射光L之強度、振幅、相位、偏光等進行調變)。
返回至第7圖，4f光學系統241，係用來將藉由反射型空間光調變器203調變後的雷射光L之波面形狀進行調整者，且具有第1透鏡(第1光學元件)241a及第2透鏡(第2光學元件)241b。第1透鏡241a及第2透鏡241b，係以使反射型空間光調變器203與第1透鏡241a之間的光路徑之距離成為第1透鏡241a之第1焦點距離f1，使聚光光學系統204與第2透鏡241b之間的光路徑之距離成為第2透鏡241b之第2焦點距離f2，使第1透鏡241a與第2透鏡241b之間的光路徑之距離成為第1焦點距離f1與第2焦點距離f2之和(亦即，f1+f2)，而使第1透鏡241a及第2透鏡241b成為兩側遠心光學系統的方式，配置於反射型空間光調變器203與聚光光學系統204之間的光路徑上。依據此4f光學系統241，則可控制反射型空間光調變器203調變後的雷射光L藉由空間傳播使波 面形狀產生變化而增大像差。
光遮斷部220，係具有讓後述之第1加工光L1及第2加工光L2通過的開口220a之孔徑構件。光遮斷部220，係設置於第1透鏡241a與第2透鏡241b之間的傅立葉面(亦即，包含共焦點O之面)上。
聚光光學系統204，係將藉由雷射光源202所射出並藉由反射型空間光調變器203調變後的雷射光L聚光於加工對象物1之內部者。此聚光光學系統204，係包含複數個透鏡而構成，並經由包含壓電元件等所構成的驅動單元232而設置於框體231的底板233。
於以上方式所構成的雷射加工裝置300中，從雷射光源202所射出的雷射光L，係在框體231內朝水平方向行進後，藉由鏡205a反射至下方，並藉由衰減器207而調整光強度。接著，藉由鏡205b朝水平方向反射，藉由光束均勻器260使雷射光L的強度分布均勻化，而入射至反射型空間光調變器203。
入射至反射型空間光調變器203的雷射光L，係藉由透過顯示於液晶層216的調變圖案，因應於該調變圖案進行調變，其後，藉由鏡206a反射至上方，藉由λ/2波長板228來變更偏光方向，藉由鏡206b朝水平方向反射而入射至4f光學系統241。
入射至4f光學系統241的雷射光L，係以平行光入射至聚光光學系統204的方式調整波面形狀。具體而言，雷射光L，係以透過第1透鏡241a被集合，藉由 鏡219反射至下方，經由共焦點O來進行發散，並且透過第2透鏡241b，成為平行光的方式再集合。接著，雷射光L，係依序透過分光鏡210、238而入射至聚光光學系統204，並藉由聚光光學系統204而聚光於載置於載置台111上的加工對象物1內。
此外，雷射加工裝置300，係於框體231內具備有：用以觀察加工對象物1之雷射光入射面的表面觀察單元211、與用以將聚光光學系統204與加工對象物1之距離進行微調整的AF(AutoFocus)單元212。
表面觀察單元211，係具有：用來射出可見光VL1的觀察用光源211a、與接收藉由加工對象物1之雷射光入射面所反射的可見光VL1之反射光VL2並進行檢測的檢測器211b。於表面觀察單元211中，從觀察用光源211a所射出的可見光VL1，係藉由鏡208及分光鏡209、210、238所反射/透過，而藉由聚光光學系統204朝向加工對象物1聚光。接著，藉由加工對象物1之雷射光入射面所反射的反射光VL2，係在藉由聚光光學系統204聚光並藉由分光鏡238、210透過/反射之後，透過分光鏡209而藉由檢測器211b接收光。
AF單元212，係將AF用雷射光LB1進行射出，接收藉由雷射光入射面所反射的AF用雷射光LB1之反射光LB2並進行檢測，藉此取得沿著切斷預定線5之雷射光入射面的位移資料。接著，AF單元212，係在形成改質區域7時，根據所取得的位移資料使驅動單元232 驅動，並以沿著雷射光入射面之波形的方式使聚光光學系統204在該光軸方向上來回移動。
進而，雷射加工裝置300，係作為用以控制該雷射加工裝置300者而具備有由CPU、ROM、RAM等所構成的控制部250。此控制部250，係對雷射光源202進行控制，而調節從雷射光源202所射出的雷射光L之輸出或脈衝寬等。此外，控制部250，係在形成改質區域7時，控制框體231、載置台111的位置、及驅動單元232的驅動之至少1個，以使雷射光L之聚光點P位於距離加工對象物1的表面3或背面21既定距離且使雷射光L之聚光點P沿著切斷預定線5相對地進行移動。
此外，控制部250，係在形成改質區域7時，將既定電壓施加於反射型空間光調變器203之各像素電極214，並於液晶層216顯示既定的調變圖案，藉此，將雷射光L藉由反射型空間光調變器203調變成所期望者。在此，顯示於液晶層216之調變圖案，係根據例如欲形成改質區域7的位置、所照射之雷射光L的波長、加工對象物1的材料、及聚光光學系統204或加工對象物1的折射率等預先導出，並記憶於控制部250。此調變圖案，係包含用以修正雷射加工裝置300所產生之個體差(例如，在反射型空間光調變器203之液晶層216產生的變形)的個體差修正圖案、用以修正球面像差的球面像差修正圖案等。
成為在以上方式所構成的雷射加工裝置300中被實施之雷射加工方法的對象之加工對象物1，係如第 9圖所示般，具備有例如由矽等之半導體材料所構成的基板11、與形成於基板11之表面11a的功能元件層15。功能元件層15，係包含：沿著基板11之表面11a配列成矩陣狀的複數個功能元件15a(例如，光二極體等之受光元件、雷射二極體等之發光元件，或作為電路所形成之電路元件等)、以及形成於相鄰接的功能元件15a之間的切割道區域(區域)17的金屬圖案16(例如，TEG(Test Element Group)等)。如此般，於加工對象物1之表面(第1表面)3，係設置有複數個功能元件15a及金屬圖案16，該複數個功能元件15a係呈2維狀配置；該金屬圖案16，係配置於相鄰接的功能元件15a之間的切割道區域17。另外，功能元件層15，係包含跨基板11之表面11a整體所形成的層間絕緣膜(例如，Low-k膜等)。
於雷射加工裝置300中實施之雷射加工方法，係藉由將加工對象物1切斷成每一功能元件15a，作為製造複數個晶片之晶片的製造方法所使用。因此，於該雷射加工方法中，對於加工對象物1，以從與表面3垂直的方向觀看時會通過相鄰接之功能元件15a之間的切割道區域17的方式(例如，以從加工對象物1的厚度方向觀看時會通過切割道區域17之寬的中心的方式)，將複數個切斷預定線5設定成晶格狀。接著，使從基板11之背面11b，即加工對象物1之背面(第2表面)21所入射的雷射光L聚光於加工對象物1，沿著各切斷預定線5於加工對象物1形成改質區域7。另外，於由矽等之半導體材料所 構成的基板11中，有時作為改質區域7，而於雷射光L之聚光點P的位置形成微小空洞7a，並於相對於聚光點P為雷射光L之入射側形成有熔融處理區域7b。
以下，針對於雷射加工裝置300中所實施之雷射加工方法進行說明。首先，使調變圖案顯示於反射型空間光調變器203之液晶層216，該調變圖案，係包含在沿著切斷預定線5的方向上將雷射光L分歧成0次光及±n次光(n為自然數)的折射功能。如此一來，於反射型空間光調變器203中，液晶層216，係作為顯示調變圖案之複數個像素而發揮功能。如第10圖所示般，0次光及±n次光之各個聚光點，係於加工對象物1上具有以下位置關係：隨著表示次數的數值(0及±n，以+之數值表現絕對值越大者則數值越大，以-之數值表現絕對值越大的數值則數值越小)變得越大，位於越靠與雷射光L之入射側相反側的加工對象物1之表面3側，且位於越靠沿著切斷預定線5之雷射光L的相對移動方向上之前側。
於該雷射加工方法中，如第10圖(a)所示般，將+1次光及-1次光分別作為第1加工光L1及第2加工光L2(加工光：具有能夠於對應於聚光點的區域形成改質區域之能量的光)來利用。藉此，第1聚光點P1及第2聚光點P2，係於加工對象物1上具有以下位置關係：使第1聚光點P1相對於第2聚光點P2為位於與雷射光L之入射側相反側的加工對象物1之表面3側，且使第1聚光點P1相對於第2聚光點P2為位於沿著切斷預定線5之雷射 光L的相對移動方向上之前側。另外，如第10圖(b)所示般，亦可分別將+1次光、0次光及-次光作為第1加工光L1、第2加工光L2及第3加工光L3來利用。也就是說，第1加工光L1及第2加工光L2，係從聚光於加工對象物1的0次光及±n次光當中之0次光及±1次光中選出。
如以上所述般，反射型空間光調變器203，係將藉由雷射光源202所射出的雷射光L進行調變，以使雷射光L分歧成至少包含第1加工光L1及第2加工光L2的0次光及±n次光，並藉由聚光光學系統204而使第1加工光L1聚光於第1聚光點P1且使第2加工光L2聚光於第2聚光點P2。
在此，將從與加工對象物1之表面3垂直的方向觀看時之第1聚光點P1與第2聚光點P2的距離(從與加工對象物1之表面3垂直的方向觀看時，在沿著切斷預定線5的方向上相鄰接之加工光的聚光點之間的距離)定義為D。接著，如第11圖所示般，若將表面3之第1加工光L1的半徑設為W1，且將表面3之第2加工光L2的半徑設為W2，則反射型空間光調變器203，係以滿足D>W1+W2的方式來調變雷射光L。藉此，可防止到達加工對象物1之表面3的第1加工光L1之漏光(於對應於聚光點的區域中不被加工對象物所吸收的光)及第2加工光L2之漏光在表面3上產生建設性干涉(constructive interference)。
作為一例，準備厚度300μm、結晶方位(100)、電阻值1Ω‧cmUP之矽晶圓作為加工對象物1，以第11圖及下述之表1所示的條件進行雷射光L之照射的情況，於與雷射光L之入射側相反側的加工對象物1之表面3上，當第1加工光L1之漏光與第2加工光L2之漏光相接時，第1聚光點P1與第2聚光點P2之距離D(=W1+W2)係成為31.32641μm。另外，雷射光L之掃描速度，係指沿著切斷預定線5之第1聚光點P1及第2聚光點P2的相對移動速度。
實驗的結果，成為如下述之表2般，若第1聚光點P1與第2聚光點P2的距離D為30μm以下(該距離D小於31.32641μm時)，則會於表面3發生損傷，若第 1聚光點P1與第2聚光點P2的距離D為40μm以上(該距離D大於31.32641μm時)，則於表面3不會發生損傷。依據此結果，可知藉由以滿足D>W1+W2的方式來調變雷射光L，可防止到達加工對象物1之表面3的第1加工光L1之漏光及第2加工光L2之漏光於表面3上產生建設性干擾，而抑制於表面3之損傷的發生。
此外，於作為用來顯示調變圖案之複數個像素而發揮功能的液晶層216中，若將相鄰接之像素之間的距離設為d，將4f光學系統241的倍率設為m，將聚光光學系統204的焦點距離設為f，將雷射光L的波長設為λ，則反射型空間光調變器203，係以滿足D<2×f×tan[asin{λ/(d×4×m)}]來調變雷射光L。於前述式中「4」，係表示於反射型空間光調變器203的調變圖案之光柵像素數，光柵像素數：4係第12圖(a)的情況。作為參考，光柵像素數：2係第12圖(b)的情況。
為了加大上述之第1聚光點P1與第2聚光點P2的距離D，必須使反射型空間光調變器203之調變圖案中之光柵像素數縮小。但，若光柵像素數過小，則恐有於雷射光L中波面控制不完全的成分增加而增加漏光之虞。因此，準備厚度300μm、結晶方位(100)、電阻值 1Ω‧cmUP之矽晶圓作為加工對象物1，以第11圖及下述之表3所示的條件進行雷射光L之照射，藉此針對光柵像素數與表面3之損傷的發生之有無的關係進行調查。另外，第1聚光點P1與第2聚光點P2的距離D，係可藉由D=2×f×tan[asin{λ/(d×光柵像素數×m)}]來算出。
實驗的結果，成為如下述之表4般，若光柵像素數為4以下(換句話說，第1聚光點P1與第2聚光點P2的距離D為102μm以上時)，則會於表面3發生損傷，若光柵像素數為5以上(第1聚光點P1與第2聚光點P2的距離D為80μm以下時)，則於表面3不會發生損傷。依據此結果，可知藉由以滿足 D<2×f×tan[asin{λ/(d×4×m)}]的方式來調變雷射光L，可抑制於雷射光L中波面控制不完全的成分增加而增加漏光，且可抑制於表面3之損傷的發生。
進而，依據表2及表4之結果，可知藉由以使第1聚光點P1與第2聚光點P2之距離成為40μm~80μm的方式來調變雷射光L，而可控制於表面3之損傷的發生。如第13圖所示般，若第1聚光點P1與第2聚光點P2的距離D為20μm，則可確認到達加工對象物1之表面3的第1加工光L1之漏光及第2加工光L2之漏光會於表面3上產生建設性干擾(上段)，而於表面3發生損傷(下段)。此外，若第1聚光點P1與第2聚光點P2的距離D為102μm，則可確認到於-1次光中漏光增加(上段)，而於表面3發生損傷(下段)。相對於此，若第1聚光點P1與第2聚光點P2的距離D為40μm，則並無確認到到達加工對象物1之表面3的第1加工光L1之漏光及第2加工光L2之漏光於表面3上產生建設性干擾一事，及於-1次光中漏光增加(上段)，而於表面3無發生損傷(下段)。另外，第13圖之上段的圖，係從表面3側觀察表面3之0次光及±n次光的狀態之照片，且為改質區域未形成時者。此外，第13圖之下段的圖，係沿著切斷預定線5切 斷後之加工對象物1的切斷面之照片。
此外，光遮斷部220，係可將聚光於加工對象物1的±n次光當中之±2次光以上的高次光(在此為±2次光及±3次光)遮斷。基於此，光遮斷部220，可說是在聚光於加工對象物1之0次光及±n次光當中，將相對於第1加工光L1及第2加工光L2為聚光於外側的光遮斷。或者，光遮斷部220，可說是在聚光於加工對象物1之0次光及±n次光當中，將相對於第1加工光L1及第2加工光L2為聚光於與雷射光L之入射側相反側的加工對象物之表面3側的光，及相對於第1加工光L1及第2加工光L2為聚光於雷射光L之入射側的加工對象物之背面21側的光遮斷。另外，反射型空間光調變器203，係可將雷射光L進行調變，以使遮斷的光之至少一部分通過光遮斷部220之開口220a的外側。
如第14圖(a)所示般，若將位於4f光學系統241之傅立葉面上的光遮斷部220之開口220a的半徑設為X，如上述般，將從與加工對象物1之表面3垂直的方向觀察時之第1聚光點P1與第2聚光點P2的距離設為D，將第2透鏡241b之第2焦點距離設為f2，將聚光光學系統204之焦點距離設為f，則為了使光遮斷部220遮斷±2次光以上之高次光(關於±2次光係比中心更外側的部分)，而必須滿足D×f2/f<2X<2D×f2/f。也就是說，只要使反射型空間光調變器203以滿足(X×f)/(2×f2)<D/2<(X×f)/f2的方式來調變雷射光L，則可使光遮斷部220遮斷±2 次光以上之高次光(關於±2次光係比中心更外側的部分)。
此外，如第14圖(b)所示般，為了使光遮斷部220遮斷±3次光以上之高次光(關於±3次光係比中心更外側的部分)，則必須滿足D×f2/f<2X<3D×f2/f。也就是說，只要使反射型空間光調變器203以滿足(X×f)/(3×f2)<D/2<(X×f)/f2的方式來調變雷射光L，則可使光遮斷部220遮斷±3次光以上之高次光(關於±3次光係比中心更外側的部分)。
作為一例，若為D=50μm、f2=150mm、f=1.8mm，則為了滿足4166.7μm<2X<8333μm，只要決定光遮斷部220之開口220a的半徑X，則可使光遮斷部220遮斷±2次光以上之高次光(關於±2次光係比中心更外側的部分)。換句話說，若為2X=10000μm、f2=150mm、f=1.8mm，則為了滿足30μm<D/2<60μm，只要決定第1聚光點P1與第2聚光點P2的距離D，則可使光遮斷部220遮斷±2次光以上之高次光(關於±2次光係比中心更外側的部分)。
此外，若為D=50μm、f2=150mm、f=1.8mm，則為了滿足4166.7μm<2X<12500μm，只要決定光遮斷部220之開口220a的半徑X，則可使光遮斷部220遮斷±3次光以上之高次光(關於±3次光係比中心更外側的部分)。換句話說，若為2X=10000μm、f2=150mm、f=1.8mm，則為了滿足20μm<D/2<60μm，只要決定第1聚光點P1與第2聚光點P2的距離D，則可使光遮斷部220遮斷±3次光 以上之高次光(關於±3次光係比中心更外側的部分)。
另外，為了抑制於與雷射光L之入射側相反側的加工對象物1之表面3發生損傷，光遮斷部220，亦可為將+n次光進行遮斷的構件。於此情況，如第15圖(a)所示般，若將於4f光學系統241之傅立葉面上從共焦點O至光遮斷部220(光遮斷部220之共焦點O側的邊)之距離設為X，則為了使光遮斷部220遮斷+2次光以上之高次光(關於+2次光係比中心更外側的部分)，則必須滿足D×f2/f<2X<2D×f2/f。也就是說，只要使反射型空間光調變器203以滿足(X×f)/(2×f2)<D/2<(X×f)/f2的方式來調變雷射光L，則可使光遮斷部220遮斷+2次光以上之高次光(關於+2次光係比中心更外側的部分)。
此外，如第15圖(b)所示般，為了使光遮斷部220遮斷+3次光以上之高次光(關於+3次光係比中心更外側的部分)，則必須滿足D×f2/f<2X<3D×f2/f。也就是說，只要使反射型空間光調變器203以滿足(X×f)/(3×f2)<D/2<(X×f)/f2的方式來調變雷射光L，則可使光遮斷部220遮斷+3次光以上之高次光(關於+3次光係比中心更外側的部分)。
進而，光遮斷部220，係可設置於聚光光學系統204的光入射部，以限制聚光光學系統204之透鏡視野。如第16圖(a)所示般，若將位於聚光光學系統204之光入射部的光遮斷部220之開口220a的半徑設為X，如上述般，將從與加工對象物1之表面3垂直的方向觀察時 之第1聚光點P1與第2聚光點P2的距離設為D，則只要使反射型空間光調變器203以滿足X/2<D/2<X的方式來調變雷射光L，則可使光遮斷部220遮斷±2次光以上之高次光(關於±2次光係比中心更外側的部分)。此外，如第16圖(b)所示般，只要使反射型空間光調變器203以滿足X/3<D/2<X的方式來調變雷射光L，則可使光遮斷部220遮斷±3次光以上之高次光(關於±3次光係比中心更外側的部分)。
作為一例，若為2X=150μm，則為了滿足37.5μm<D/2<75μm，只要決定第1聚光點P1與第2聚光點P2的距離D，則可使光遮斷部220遮斷±2次光以上之高次光(關於±2次光係比中心更外側的部分)。此外，若為2X=150μm，則為了滿足25μm<D/2<75μm，只要決定第1聚光點P1與第2聚光點P2的距離D，則可使光遮斷部220遮斷±3次光以上之高次光(關於±3次光係比中心更外側的部分)。
在此，準備厚度300μm、結晶方位(100)、電阻值1Ω‧cmUP之矽晶圓作為加工對象物1，以第11圖及上述之表3所示的條件進行雷射光L之照射，藉此針對3次光與表面3之損傷的發生之有無的關係進行調查。另外，為了容易判斷於表面3之損傷的發生之有無，而進行於表面3形成感熱性膜的實驗。
實驗的結果，可知如第17圖(d)所示般，藉由至少3次光之影響，而於與雷射光L之入射側相反側的加 工對象物1之表面3發生損傷。第17圖(a)，係顯示沿著切斷預定線5切斷後之加工對象物1的切斷面之0次光及±n次光的各個聚光點之位置關係的圖。第17圖(b)，係從表面3側觀察表面3之0次光及±n次光的狀態之照片，且為改質區域未形成時者。第17圖(c)，係從表面3側觀察表面3之0次光及±n次光的狀態之照片，且為改質區域形成時者。第17圖(d)，係從表面3側觀察感熱性膜之照片，且為改質區域形成時者。
第18圖，係用以說明本發明之比較例的圖，(a)係顯示在傅立葉面附近之雷射光L的狀態之模擬圖，(b)係顯示在聚光點附近之雷射光L的狀態之模擬圖。如此一來，可知若不遮斷+3次光，則如第19圖所示般，藉由+3次光之影響，而於與雷射光L之入射側相反側的加工對象物1之表面3發生最強的損傷。另外，第19圖之上段，係在與使0次光及±n次光之各個聚光點分歧之方向平行的方向上使雷射光L相對地進行移動時，從表面3側觀察感熱性膜的照片，第19圖之下段，係在與使0次光及±n次光之各聚光點分歧之方向垂直的方向上使雷射光L相對地進行移動時，從表面3側觀察感熱性膜的照片。
第20圖，係用以說明本發明之實施例的圖，(a)係顯示在傅立葉面附近之雷射光L的狀態之模擬圖，(b)係顯示在聚光點附近之雷射光L的狀態之模擬圖。如此一來，可知若藉由光遮斷部220將+3次光的一部分進 行遮斷，則如第21圖所示般，藉由+3次光之影響在加工對象物1之表面3所發生的損傷會減弱。另外，第21圖之上段，係在與使0次光及±n次光之各個聚光點分歧之方向平行的方向上使雷射光L相對地進行移動時，從表面3側觀察感熱性膜的照片，第21圖之下段，係在與使0次光及±n次光之各個聚光點分歧之方向垂直的方向上使雷射光L相對地進行移動時，從表面3側觀察感熱性膜的照片。
第22圖，係用以說明本發明之實施例的圖，(a)係顯示在傅立葉面附近之雷射光L的狀態之模擬圖，(b)係顯示在聚光點附近之雷射光L的狀態之模擬圖。如此一來，可知若藉由光遮斷部220將+3次光的全部遮斷，則如第23圖所示般，藉由+3次光之影響而在加工對象物1之表面3所發生的損傷會大致消失。另外，第23圖之上段，係在與使0次光及±n次光之各個聚光點分歧之方向平行的方向上使雷射光L相對地進行移動時，從表面3側觀察感熱性膜的照片，第23圖之下段，係在與使0次光及±n次光之各個聚光點分歧之方向垂直的方向上使雷射光L相對地進行移動時，從表面3側觀察感熱性膜的照片。
第24圖係用以說明關於本發明的實驗結果之圖。於此情況，可將光遮斷部220設置於聚光光學系統204之光入射部，以限制聚光光學系統204之透鏡視野，而成為當第1聚光點P1與第2聚光點P2之距離D為 50μm以上時，能夠將+3次光遮斷的透鏡視野。如依據第24圖所示之實驗結果得以明瞭般，可知若藉由光遮斷部220將+3次光遮斷，則藉由+3次光之影響而在加工對象物1之表面3所發生的損傷會大致消失。另外，第24圖之上段，係在與使0次光及±n次光之各個聚光點分歧之方向平行的方向上使雷射光L相對地進行移動時，從表面3側觀察感熱性膜的照片，第24圖之下段，係在與使0次光及±n次光之各個聚光點分歧之方向垂直的方向上使雷射光L相對地進行移動時，從表面3側觀察感熱性膜的照片。
藉由以上內容，於雷射加工裝置300中所實施的雷射加工方法中，係將雷射光L進行調變，以使雷射光L分歧成包含第1加工光L1及第2加工光L2的0次光及±n次光，使第1加工光L1聚光於第1聚光點P1並且使第2加工光L2聚光於第2聚光點P2，而於加工對象物1上之與第1聚光點P1及第2聚光點P2之各點相對應的複數個區域之各區域形成改質區域7。
此時，若將表面3之第1加工光L1的半徑設為W1，將表面3之第2加工光L2的半徑設為W2，將從與表面3垂直的方向觀察時之第1聚光點P1與第2聚光點P2的距離設為D，則以滿足D>W1+W2的方式來調變雷射光L。或者，以使從與表面3垂直的方向觀察時之第1聚光點P1與第2聚光點P2之距離成為40μm~80μm的方式來調變雷射光L。
此外，在聚光於加工對象物1之0次光及±n次光當中，將相對於第1加工光L1及第2加工光L2為聚光於外側的光遮斷。或者，在聚光於加工對象物1之0次光及±n次光當中，將相對於第1加工光L1及第2加工光L2為聚光於與雷射光L之入射側相反側的加工對象物之表面3側的光，及相對於第1加工光L1及第2加工光L2為聚光於雷射光L之入射側的加工對象物之背面21側的光遮斷。
接著，於加工對象物1形成改質區域7之後，將擴張膠帶(expanding tape)貼附於加工對象物1之背面21，使該擴張膠帶擴張。藉此，使從沿著切斷預定線5所形成之改質區域7朝加工對象物1的厚度方向伸展的龜裂到達加工對象物1之表面3及背面21，沿著切斷預定線5將加工對象物1切斷成每一功能元件15a，藉此而得到複數個晶片。
以上，如所說明般，於雷射加工裝置300，及雷射加工裝置300中所實施的雷射加工方法中，係在聚光於加工對象物1之0次光及±n次光當中，將相對於第1加工光L1及第2加工光L2為聚光於外側的光遮斷。或者，在聚光於加工對象物1之0次光及±n次光當中，將相對於第1加工光L1及第2加工光L2為聚光於與雷射光L之入射側相反側的加工對象物之表面3側的光，及相對於第1加工光L1及第2加工光L2為聚光於雷射光L之入射側的加工對象物之背面21側的光遮斷。藉此，可防 止該光聚光於加工對象物1之表面3附近及背面21附近。因而，於將雷射光L分歧成複數個加工光並藉由各加工光形成改質區域7的情況，能夠抑制在與雷射光L之入射側相反側的加工對象物1之表面3，及雷射光L之入射側的加工對象物之背面21發生損傷。
此外，第1加工光L1及第2加工光L2，係可從聚光於加工對象物1的0次光及±n次光當中之0次光及±1次光中選出，光遮斷部220，係將聚光於加工對象物1的±n次光當中之±n2次光及±3次光遮斷。藉此，可將具有相對較大之能量的0次光及±1次光作為第1加工光L1及第2加工光L2而有效率地利用，並且可更確實地抑制於與雷射光L之入射側相反側的加工對象物1之表面3，及雷射光L之入射光的加工對象物1之背面21發生損傷。尤其，將具有相對較大的能量之+3次光遮斷一事，係對於抑制於與雷射光L之入射側相反側的加工對象物1之表面3上發生損傷一事而言為重要。
此外，光遮斷部220，係具有讓第1加工光L1及第2加工光L2通過的開口220a。藉此，能以簡單的構造實現讓至少第1加工光L1及第2加工光L2通過且用來遮斷第1加工光L1及第2加工光L2以外之既定的光之光遮斷部220。
此外，光遮斷部220，係設置於第1透鏡241a與第2透鏡241b之間的傅立葉面上。藉此，可確實地遮斷第1加工光L1及第2加工光L2以外之既定的光。 另外，即使光遮斷部220設置於聚光光學系統204之光入射部，亦可確實地遮斷第1加工光L1及第2加工光L2以外之既定的光。此外，反射型空間光調變器203，係可將雷射光L進行調變，以使遮斷的光之至少一部分通過開口220a的外側。藉此，可確實地遮斷第1加工光L1及第2加工光L2以外之既定的光。
此外，於與雷射光L之入射側相反側的加工對象物1之表面3，係設置有複數個功能元件15a及金屬圖案16，該複數個功能元件15a係呈2維狀配置，該金屬圖案16係配置於相鄰接的功能元件15a之間的切割道區域17，切斷預定線5係設定為：在從與表面3垂直的方向觀察時會通過相鄰接的功能元件15a之間的切割道區域17。若於與雷射光L之入射側相反側的加工對象物1之表面3，在相鄰接的功能元件15a之間的切割道區域17配置有金屬圖案16，則會在金屬圖案16產生漏光之吸收而容易在該表面3上發生損傷。但，即使於如此之情況，亦可抑制在與雷射光L之入射側相反側的加工對象物1之表面3上發生損傷。尤其，於跨基板11之表面11a全體地形成有層間絕緣膜(例如，Low-k膜等)的情況，係由於能夠抑制該層間絕緣膜之剝離等，因此為有效。
此外，若將表面3之第1加工光L1的半徑設為W1，將表面3之第2加工光L2的半徑設為W2，將從與表面3垂直的方向觀察時之第1聚光點P1與第2聚光點P2的距離設為D，則以滿足D>W1+W2的方式來調變 雷射光L。藉此，可防止到達加工對象物1之表面3的第1加工光L1之漏光及第2加工光L2之漏光於表面3上產生建設性干擾(constructive interference)。因而，於將雷射光L分歧成複數個加工光並藉由各加工光形成改質區域7的情況，能夠抑制在與雷射光L之入射側相反側的加工對象物1之表面3上發生損傷。
此外，若將於反射型空間光調變器203中相鄰接之像素之間的距離設為d，將4f光學系統241的倍率設為m，將聚光光學系統204的焦點距離設為f，將雷射光L的波長設為λ，則反射型空間光調變器203，係以滿足D<2×f×tan[asin{λ/(d×4×m)}]來調變雷射光L。為了加大從與表面3垂直的方向觀察時之第1聚光點P1與第2聚光點P2的距離D，必須使反射型空間光調變器203之調變圖案中之光柵像素數縮小。但，若光柵像素數過小，則恐有於雷射光L中波面控制不完全的成分增加而增加漏光之虞。藉由以滿足D<2×f×tan[asin{λ/(d×4×m)}]的方式來調變雷射光L，可抑制於雷射光L中波面控制不完全的成分增加而增加漏光，且可抑制於與雷射光L之入射側相反側的加工對象物1之表面3發生損傷。
以上，雖針對本發明之一實施形態進行說明，但本發明並不限定於上述實施形態。例如，加工對象物1之構造及材料並不限定於上述者。作為一例，基板11，亦可為矽基板以外之半導體基板、藍寶石基板、SiC基板、玻璃基板(強化玻璃基板)、透明絕緣基板等。
此外，0次光及前述±n次光的各個聚光點，係可於前述加工對象物1上具有以下位置關係：隨著表示次數的數值變得越小，位於越靠與雷射光L之入射側相反側的加工對象物1之表面3側，且位於越靠沿著切斷預定線5之雷射光L的相對移動方向上之前側。此外，亦可使雷射光L從加工對象物1之表面3側入射。於此情況，背面21會成為與雷射光L之入射側相反側的加工對象物1之第1表面，而表面3則成為雷射光L之入射側的加工對象物1之第2表面。
此外，光遮斷部220，亦可為具有用來將+n次光遮斷的構件、與用來將-n次光遮斷的構件，且在相對向之構件之間的區域中，讓第1加工光L1及第2加工光L2通過者。此外，光遮斷部220，亦可為在聚光於加工對象物1之±n次光當中，將相對於第1加工光L1及第2加工光L2為聚光於與雷射光L之入射側相反側的加工對象物之表面3側的光遮斷，或者僅將+3次光遮斷等選擇性地遮斷±2次光以上之高次光。
[產業上之可利用性]
依據本發明，可提供於將雷射光分歧成複數個加工光並藉由各加工光形成改質區域的情況，能夠抑制在與雷射光之入射側相反側的加工對象物之表面上發生損傷的雷射加工裝置及雷射加工方法。
1‧‧‧加工對象物
3‧‧‧表面(第1表面)
5‧‧‧切斷預定線
21‧‧‧背面(第2表面)
107‧‧‧支承台
111‧‧‧載置台
202‧‧‧雷射光源
203‧‧‧反射型空間光調變器(空間光調變器)
204‧‧‧聚光光學系統
205a、205b、206a、206b、208、219‧‧‧鏡
207‧‧‧衰減器
209、210、238‧‧‧分光鏡
211、211b‧‧‧檢測器
211a‧‧‧觀察用光源
212‧‧‧AF單元
220‧‧‧光遮斷部
220a‧‧‧開口
228‧‧‧λ/2波長板
231‧‧‧框體
232‧‧‧驅動單元
233‧‧‧底板
236‧‧‧頂板
241‧‧‧4f光學系統(調整光學系統)
241a‧‧‧第1透鏡(第1光學元件)
241b‧‧‧第2透鏡(第2光學元件)
250‧‧‧控制部
260‧‧‧光束均勻器
300‧‧‧雷射加工裝置
L‧‧‧雷射光
O‧‧‧共焦點
P‧‧‧聚光點
VL1‧‧‧可見光
VL2‧‧‧反射光
LB1‧‧‧AF用雷射光
LB2‧‧‧AF用雷射光的反射光

Claims (12)

  1. 一種雷射加工裝置，係藉由將雷射光聚光於加工對象物，而沿著切斷預定線於前述加工對象物形成改質區域，其特徵在於，具備有：雷射光源、聚光光學系統、空間光調變器、以及光遮斷部，該雷射光源，係射出前述雷射光；該聚光光學系統，係將藉由前述雷射光源射出的前述雷射光聚光於前述加工對象物；該空間光調變器，係將藉由前述雷射光源射出的前述雷射光進行調變，使前述雷射光分歧成至少包含第1加工光及第2加工光的0次光及±n次光(n為自然數)，並藉由前述聚光光學系統而使前述第1加工光聚光於第1聚光點且使前述第2加工光聚光於第2聚光點；該光遮斷部，係在聚光於前述加工對象物的前述0次光及前述±n次光當中，將相對於前述第1加工光及前述第2加工光為聚光於外側的光遮斷，前述0次光及前述±n次光的各個聚光點，係於前述加工對象物上具有以下位置關係：隨著表示次數的數值變得越大或者前述數值變得越小，位於越靠與前述雷射光之入射側相反側的前述加工對象物之第1表面側，且位於越靠沿著前述切斷預定線之前述雷射光的相對移動方向上之前側。
  2. 一種雷射加工裝置，係藉由將雷射光聚光於加工 對象物，而沿著切斷預定線於前述加工對象物形成改質區域，其特徵在於，具備有：雷射光源、聚光光學系統、空間光調變器、以及光遮斷部，該雷射光源，係射出前述雷射光；該聚光光學系統，係將藉由前述雷射光源射出的前述雷射光聚光於前述加工對象物；該空間光調變器，係將藉由前述雷射光源射出的前述雷射光進行調變，使前述雷射光分歧成至少包含第1加工光及第2加工光的0次光及±n次光(n為自然數)，並藉由前述聚光光學系統而使前述第1加工光聚光於第1聚光點且使前述第2加工光聚光於第2聚光點；該光遮斷部，係在聚光於前述加工對象物的前述0次光及前述±n次光當中，將相對於前述第1加工光及前述第2加工光為聚光於與前述雷射光之入射側相反側的前述加工對象物之第1表面側的光遮斷，前述0次光及前述±n次光的各個聚光點，係於前述加工對象物上具有以下位置關係：隨著表示次數的數值變得越大或者前述數值變得越小，位於越靠與前述雷射光之入射側相反側的前述加工對象物之第1表面側，且位於越靠沿著前述切斷預定線之前述雷射光的相對移動方向上之前側。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之雷射加工裝置，其中，前述光遮斷部，係進一步在聚光於前述加工對象物的 前述0次光及前述±n次光當中，將相對於前述第1加工光及前述第2加工光為聚光於前述雷射光之入射側的前述加工對象物之第2表面側的光遮斷。
  4. 如申請專利範圍第1項~第3項中任一項所述之雷射加工裝置，其中，前述第1加工光及前述第2加工光，係從聚光於前述加工對象物的前述0次光及前述±n次光當中之前述0次光及±1次光中選出，前述光遮斷部，係將聚光於前述加工對象物的前述±n次光當中之+3次光遮斷。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之雷射加工裝置，其中，前述光遮斷部，係進一步在聚光於前述加工對象物的前述±n次光當中，將±2次光及-3次光遮斷。
  6. 如申請專利範圍第1項~第5項中任一項所述之雷射加工裝置，其中，前述光遮斷部，係具有讓前述第1加工光及前述第2加工光通過的開口。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之雷射加工裝置，其係進一步具備有調整光學系統，該調整光學系統係具有作為透鏡而發揮功能的第1光學元件及第2光學元件，前述第1光學元件及前述第2光學元件係配置成：使前述空間光調變器與前述第1光學元件之間的光路徑之距離成為前述第1光學元件之第1焦點距離，使前述聚光光學系統與前述第2光學元件之間的光路徑之距離成為前述第2光學元件之第2焦點距離，使前述第1光學元件與前述第2光學元件之間的光路徑之距離成為前述第1焦點距 離與前述第2焦點距離的和，而使前述第1光學元件及前述第2光學元件成為兩側遠心光學系統，前述光遮斷部，係設置於前述第1光學元件與前述第2光學元件之間的傅立葉面上。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之雷射加工裝置，其中，前述光遮斷部，係設置於前述聚光光學系統之光入射部。
  9. 如申請專利範圍第6項~第8項中任一項所述之雷射加工裝置，其中，前述空間光調變器，係將前述雷射光進行調變，以使遮斷的光之至少一部分通過前述開口的外側。
  10. 如申請專利範圍第1項~第9項中任一項所述之雷射加工裝置，其中，於前述第1表面係設置有複數個功能元件及金屬圖案，該複數個功能元件係呈2維狀配置，該金屬圖案係配置於相鄰接的前述功能元件之間的區域，前述切斷預定線係設定為：在從與前述第1表面垂直的方向觀察時會通過相鄰接的前述功能元件之間的區域。
  11. 一種雷射加工方法，係藉由將雷射光聚光於加工對象物，而沿著切斷預定線於前述加工對象物形成改質區域，其特徵在於，具備以下步驟：將前述雷射光進行調變，使前述雷射光分歧成至少包含第1加工光及第2加工光的0次光及±n次光(n為自然數)，使前述第1加工光聚光於第1聚光點且使前述第2 加工光聚光於第2聚光點，在聚光於前述加工對象物的前述0次光及前述±n次光當中，將相對於前述第1加工光及前述第2加工光為聚光於外側的光遮斷，於前述加工對象物上之與前述第1聚光點及前述第2聚光點之各點相對應之複數個區域之各區域形成前述改質區域，前述0次光及前述±n次光的各個聚光點，係於前述加工對象物上具有以下位置關係：隨著表示次數的數值變得越大或者前述數值變得越小，位於越靠與前述雷射光之入射側相反側的前述加工對象物之第1表面側，且位於越靠沿著前述切斷預定線之前述雷射光的相對移動方向上之前側。
  12. 一種雷射加工方法，係藉由將雷射光聚光於加工對象物，而沿著切斷預定線於前述加工對象物形成改質區域，其特徵在於，具備以下步驟：將前述雷射光進行調變，使前述雷射光分歧成至少包含第1加工光及第2加工光的0次光及±n次光(n為自然數)，使前述第1加工光聚光於第1聚光點且使前述第2加工光聚光於第2聚光點，在聚光於前述加工對象物的前述0次光及前述±n次光當中，將相對於前述第1加工光及前述第2加工光為聚光於與前述雷射光之入射側相反側的前述加工對象物之第1表面側的光遮斷，於前述加工對象物上之與前述第1聚光點及前述第2聚光點之各點相對應的複數個區域之各區域形成前述改質區域， 前述0次光及前述±n次光的各個聚光點，係於前述加工對象物上具有以下位置關係：隨著表示次數的數值變得越大或者前述數值變得越小，位於越靠與前述雷射光之入射側相反側的前述加工對象物之第1表面側，且位於越靠沿著前述切斷預定線之前述雷射光的相對移動方向上之前側。
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