WO2015182238A1 - レーザ加工装置及びレーザ加工方法 - Google Patents

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laser
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condensing
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剛志 坂本
泰則 伊ケ崎
麻美子 松永
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浜松ホトニクス株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a laser processing apparatus and a laser processing method for forming a modified region in a processing object along a planned cutting line by condensing a laser beam on the processing object.
  • a laser beam is modulated so that the laser beam is branched into a plurality of processing lights and each processing light is collected at each of a plurality of condensing points, and a plurality of light beams corresponding to the respective condensing points in the processing object
  • a laser processing method for forming a modified region in each region is known (see, for example, Patent Document 1).
  • a planned cutting line so as to pass through the region between the adjacent functional elements, and make the laser light incident on the processing object from the back surface.
  • a modified region is formed in the workpiece along the planned cutting line.
  • a region along the planned cutting line that is, an adjacent function
  • An object of the present invention is to provide a laser processing apparatus and a laser processing method capable of suppressing the above-described problem.
  • a laser processing apparatus is a laser processing apparatus that forms a modified region in a processing object along a planned cutting line by condensing the laser light on the processing object.
  • a laser light source that emits light
  • a condensing optical system that condenses the laser light emitted from the laser light source on the object to be processed, and zero-order light and ⁇ n-order light that include at least first processing light and second processing light.
  • the light is branched into light (n is a natural number) so that the first processing light is condensed on the first condensing point and the second processing light is condensed on the second condensing point by the condensing optical system.
  • a spatial light modulator that modulates the laser light emitted by the laser light source, and the 0th-order light and the ⁇ nth-order light collected on the object to be collected outside the first processed light and the second processed light.
  • a light blocking unit that blocks the light to be emitted, and each collection of 0th order light and ⁇ nth order light The point is located on the first surface side of the object to be processed opposite to the laser beam incident side as the numerical value indicating the order increases or decreases in the object to be processed, and along the line to be cut.
  • the laser beam has a positional relationship located on the front side in the relative movement direction of the laser beam.
  • the processing light is light having energy that can form a modified region in a region corresponding to a condensing point (the same applies hereinafter).
  • the numerical value indicating the order is 0 and ⁇ n (n is a natural number), and a numerical value of + indicates that the larger the absolute value, the larger the numerical value. Expressed as small (hereinafter the same).
  • a laser processing apparatus is a laser processing apparatus that forms a modified region in a processing object along a planned cutting line by condensing the laser light on the processing object.
  • a laser light source that emits light
  • a condensing optical system that condenses the laser light emitted from the laser light source on the object to be processed, and zero-order light and ⁇ n-order light that include at least first processing light and second processing light.
  • the light is branched into light (n is a natural number) so that the first processing light is condensed on the first condensing point and the second processing light is condensed on the second condensing point by the condensing optical system.
  • the spatial light modulator that modulates the laser light emitted from the laser light source, and the laser light with respect to the first processing light and the second processing light among the 0th order light and the ⁇ nth order light collected on the workpiece.
  • Light blocking to block the light collected on the first surface side of the workpiece opposite to the incident side A condensing point of each of the 0th order light and the ⁇ nth order light on the object to be processed, the larger the numerical value indicating the order or the smaller the numerical value, the opposite to the laser light incident side. It has the positional relationship which is located in the 1st surface side of this process target object, and is located in the front side in the relative movement direction of the laser beam along a cutting plan line.
  • the light focused on the first surface side of the processing object with respect to the first processing light and the second processing light among the 0th order light and the ⁇ nth order light focused on the processing object. Is blocked, so that the light is prevented from being collected near the first surface of the workpiece. Therefore, according to this laser processing apparatus, when the laser beam is divided into a plurality of processing lights and the modified region is formed by each processing light, the surface of the processing object opposite to the laser light incident side (that is, the surface of the processing object) , The first surface) can be prevented from being damaged.
  • the light blocking unit is configured to receive laser light with respect to the first processing light and the second processing light among the 0th order light and the ⁇ nth order light collected on the processing target.
  • the light condensed on the second surface side of the processing object on the side may be further blocked. According to this, it is possible to suppress the occurrence of damage on the surface (that is, the second surface) of the workpiece on the laser beam incident side.
  • the first processing light and the second processing light are selected from the 0th order light and the ⁇ 1st order light among the 0th order light and the ⁇ nth order light focused on the workpiece.
  • the light blocking unit may block + third-order light among ⁇ n-order lights collected on the workpiece. According to this, 0th-order light and ⁇ 1st-order light having relatively large energy can be efficiently used as the first processed light and the second processed light. On the other hand, it is possible to suppress the occurrence of damage on the surface of the object to be processed on the side opposite to the laser light incident side by the + third order light having relatively large energy.
  • the light blocking unit may further block ⁇ secondary light and third-order light among ⁇ n-order light focused on the object to be processed. According to this, it is possible to more surely prevent the occurrence of damage on the surface of the processing object opposite to the laser light incident side and the surface of the processing object on the laser light incident side.
  • the light blocking unit may have an opening through which the first processing light and the second processing light pass. According to this, it is possible to realize a light blocking unit that allows at least the first processed light and the second processed light to pass and blocks predetermined light other than the first processed light and the second processed light with a simple configuration.
  • the laser processing apparatus further includes an adjustment optical system having a first optical element and a second optical element that function as lenses, and the first optical element and the second optical element include a spatial light modulator and a first optical element.
  • the distance of the optical path between the first optical element is the first focal length of the first optical element
  • the distance of the optical path between the condensing optical system and the second optical element is the second focal length of the second optical element
  • the distance of the optical path between the first optical element and the second optical element is the sum of the first focal distance and the second focal distance
  • the first optical element and the second optical element are both-side telecentric optical systems.
  • the light blocking part may be provided on a Fourier plane between the first optical element and the second optical element. According to this, predetermined lights other than the 1st processing light and the 2nd processing light can be intercepted reliably.
  • the light blocking unit may be provided in the light incident unit of the condensing optical system. According to this, predetermined lights other than the 1st processing light and the 2nd processing light can be intercepted reliably.
  • the spatial light modulator may modulate the laser light so that at least a part of the blocked light passes outside the opening. According to this, predetermined lights other than the 1st processing light and the 2nd processing light can be intercepted more certainly.
  • the first surface is provided with a plurality of functional elements arranged two-dimensionally and a metal pattern arranged in a region between adjacent functional elements
  • the cutting line may be set so as to pass through a region between adjacent functional elements when viewed from a direction perpendicular to the first surface.
  • a laser processing method is a laser processing method for forming a modified region in a processing object along a planned cutting line by condensing the laser light on the processing object. At least the first processed light and the second processed light are branched into zero-order light and ⁇ n-order light (n is a natural number), and the first processed light is condensed at the first condensing point and the second processed light. Of the 0th order light and the ⁇ nth order light that is focused on the object to be processed, with respect to the first processed light and the second processed light.
  • a laser processing method is a laser processing method for forming a modified region in a processing object along a planned cutting line by condensing the laser light on the processing object. At least the first processed light and the second processed light are branched into zero-order light and ⁇ n-order light (n is a natural number), and the first processed light is condensed at the first condensing point and the second processed light. Of the 0th order light and the ⁇ nth order light that is focused on the object to be processed, with respect to the first processed light and the second processed light.
  • the light collected on the first surface side of the object to be processed opposite to the laser light incident side is blocked, and a plurality of light beams corresponding to each of the first condensing point and the second condensing point in the object to be processed
  • a step of forming a modified region in each of the regions, and the respective condensing points of the 0th order light and the ⁇ nth order light are on the workpiece.
  • the laser beam when the laser beam is branched into a plurality of machining lights and the modified region is formed by each machining light, the surface of the workpiece opposite to the laser beam incident side is damaged. It is possible to provide a laser processing apparatus and a laser processing method capable of suppressing the above.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III of the workpiece in FIG. 2. It is a top view of the processing target after laser processing.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line VV of the workpiece in FIG. 4.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line VI-VI of the workpiece in FIG. 4.
  • the modified region is formed in the processing object along the planned cutting line by condensing the laser beam on the processing object.
  • the formation of the modified region will be described with reference to FIGS.
  • a laser processing apparatus 100 includes a laser light source 101 that oscillates a laser beam L, a dichroic mirror 103 that is arranged to change the direction of the optical axis (optical path) of the laser beam L by 90 °, and And a condensing lens 105 for condensing the laser light L. Further, the laser processing apparatus 100 includes a support base 107 for supporting the workpiece 1 irradiated with the laser light L condensed by the condensing lens 105, and a stage 111 for moving the support base 107. , A laser light source control unit 102 for controlling the laser light source 101 to adjust the output, pulse width, pulse waveform, and the like of the laser light L, and a stage control unit 115 for controlling the movement of the stage 111.
  • the laser light L emitted from the laser light source 101 has its optical axis changed by 90 ° by the dichroic mirror 103, and the inside of the processing object 1 placed on the support base 107.
  • the light is condensed by the condensing lens 105.
  • the stage 111 is moved, and the workpiece 1 is moved relative to the laser beam L along the planned cutting line 5. Thereby, a modified region along the planned cutting line 5 is formed on the workpiece 1.
  • the stage 111 is moved in order to move the laser light L relatively, but the condensing lens 105 may be moved, or both of them may be moved.
  • a plate-like member for example, a substrate, a wafer, or the like
  • a scheduled cutting line 5 for cutting the workpiece 1 is set in the workpiece 1.
  • the planned cutting line 5 is a virtual line extending linearly.
  • the laser beam L is cut in a state where the condensing point (condensing position) P is aligned with the inside of the workpiece 1 as shown in FIG. 3. It moves relatively along the planned line 5 (that is, in the direction of arrow A in FIG. 2).
  • the modified region 7 is formed inside the workpiece 1 along the planned cutting line 5, and the modified region formed along the planned cutting line 5 is formed.
  • the mass region 7 becomes the cutting start region 8.
  • the condensing point P is a location where the laser light L is condensed.
  • the planned cutting line 5 is not limited to a straight line, but may be a curved line, a three-dimensional shape in which these lines are combined, or a coordinate designated. Further, the planned cutting line 5 is not limited to a virtual line but may be a line actually drawn on the surface 3 of the workpiece 1.
  • the modified region 7 may be formed continuously or intermittently. Further, the modified region 7 may be in the form of a line or a dot. In short, the modified region 7 only needs to be formed at least inside the workpiece 1.
  • a crack may be formed starting from the modified region 7, and the crack and the modified region 7 may be exposed on the outer surface (front surface 3, back surface 21, or outer peripheral surface) of the workpiece 1.
  • the laser light incident surface when forming the modified region 7 is not limited to the front surface 3 of the workpiece 1 but may be the back surface 21 of the workpiece 1.
  • the laser beam L here passes through the workpiece 1 and is particularly absorbed in the vicinity of the condensing point P inside the workpiece 1, thereby forming the modified region 7 in the workpiece 1. (Ie, internal absorption laser processing). Therefore, since the laser beam L is hardly absorbed by the surface 3 of the workpiece 1, the surface 3 of the workpiece 1 is not melted. In general, when a removed portion such as a hole or a groove is formed by being melted and removed from the front surface 3 (surface absorption laser processing), the processing region gradually proceeds from the front surface 3 side to the back surface side.
  • the modified region 7 formed in the present embodiment refers to a region in which the density, refractive index, mechanical strength, and other physical characteristics are different from the surroundings.
  • the modified region 7 include a melt treatment region (meaning at least one of a region once solidified after melting, a region in a molten state, and a region in a state of being resolidified from melting), a crack region, and the like.
  • a melt treatment region meaning at least one of a region once solidified after melting, a region in a molten state, and a region in a state of being resolidified from melting
  • a crack region and the like.
  • there are a dielectric breakdown region, a refractive index change region, and the like there is a region in which these are mixed.
  • the modified region 7 includes a region in which the density of the modified region 7 is changed in comparison with the density of the non-modified region in the material of the workpiece 1 and a region in which lattice defects are formed (these are Collectively referred to as the high-density transition region).
  • the melt-processed region, the refractive index changing region, the region where the density of the modified region 7 is changed compared with the density of the non-modified region, and the region where lattice defects are formed further
  • cracks are included in the interface between the region 7 and the non-modified region.
  • the included crack may be formed over the entire surface of the modified region 7, or may be formed in only a part or a plurality of parts.
  • Examples of the processing object 1 include those containing or consisting of silicon (Si), glass, silicon carbide (SiC), LiTaO 3 or sapphire (Al 2 O 3 ).
  • the modified region 7 is formed by forming a plurality of modified spots (processing marks) along the planned cutting line 5.
  • the modified spot is a modified portion formed by one pulse shot of pulsed laser light (that is, one pulse of laser irradiation: laser shot).
  • Examples of the modified spot include a crack spot, a melting treatment spot, a refractive index change spot, or a mixture of at least one of these.
  • the size of the modified spot and the length of the crack to be generated are determined. It can be appropriately controlled.
  • the laser processing apparatus 300 includes a laser light source 202, a reflective spatial light modulator (spatial light modulator) 203, a 4f optical system (adjusting optical system) 241, a light blocking unit 220, and condensing optics.
  • a system 204 is provided in the housing 231.
  • the laser processing apparatus 300 focuses the laser beam L on the workpiece 1 to form the modified region 7 on the workpiece 1 along the planned cutting line 5.
  • the laser light source 202 emits laser light L having a wavelength of, for example, 1000 nm to 1500 nm, and is, for example, a fiber laser.
  • the laser light source 202 here is fixed to the top plate 236 of the housing 231 with screws or the like so as to emit the laser light L in the horizontal direction.
  • the reflective spatial light modulator 203 modulates the laser light L emitted from the laser light source 202, for example, a reflective liquid crystal (LCOS: Liquid Crystal on Silicon) spatial light modulator (SLM: Spatial Light Modulator). It is.
  • the reflective spatial light modulator 203 modulates the laser beam L incident from the horizontal direction and reflects the laser beam L obliquely upward with respect to the horizontal direction.
  • the reflective spatial light modulator 203 includes a silicon substrate 213, a drive circuit layer 914, a plurality of pixel electrodes 214, a reflective film 215 such as a dielectric multilayer mirror, an alignment film 999a, and a liquid crystal layer 216.
  • An alignment film 999b, a transparent conductive film 217, and a transparent substrate 218 such as a glass substrate are stacked in this order.
  • the transparent substrate 218 has a surface 218 a along the XY plane, and the surface 218 a constitutes the surface of the reflective spatial light modulator 203.
  • the transparent substrate 218 is made of a light transmissive material such as glass, for example, and transmits the laser light L having a predetermined wavelength incident from the surface 218 a of the reflective spatial light modulator 203 into the reflective spatial light modulator 203.
  • the transparent conductive film 217 is formed on the back surface of the transparent substrate 218 and is made of a conductive material (for example, ITO) that transmits the laser light L.
  • the plurality of pixel electrodes 214 are arranged in a matrix on the silicon substrate 213 along the transparent conductive film 217.
  • Each pixel electrode 214 is made of a metal material such as aluminum, for example, and the surface 214a is processed flat and smoothly.
  • the plurality of pixel electrodes 214 are driven by an active matrix circuit provided in the drive circuit layer 914.
  • the active matrix circuit is provided between the plurality of pixel electrodes 214 and the silicon substrate 213, and applies an applied voltage to each pixel electrode 214 according to the light image to be output from the reflective spatial light modulator 203.
  • Control Such an active matrix circuit includes, for example, a first driver circuit that controls the applied voltage of each pixel column arranged in the X-axis direction (not shown) and a second driver circuit that controls the applied voltage of each pixel column arranged in the Y-axis direction.
  • the driver circuit is configured so that a predetermined voltage is applied to the pixel electrode 214 of the pixel designated by both driver circuits by the control unit 250 (see FIG. 7).
  • the alignment films 999a and 999b are disposed on both end faces of the liquid crystal layer 216, and align liquid crystal molecule groups in a certain direction.
  • the alignment films 999a and 999b are made of, for example, a polymer material such as polyimide, and a contact surface with the liquid crystal layer 216 is subjected to a rubbing process or the like.
  • the liquid crystal layer 216 is disposed between the plurality of pixel electrodes 214 and the transparent conductive film 217, and modulates the laser light L in accordance with an electric field formed by each pixel electrode 214 and the transparent conductive film 217. That is, when a voltage is applied to each pixel electrode 214 by the active matrix circuit of the drive circuit layer 914, an electric field is formed between the transparent conductive film 217 and each pixel electrode 214, and the electric field formed in the liquid crystal layer 216.
  • the alignment direction of the liquid crystal molecules 216a changes depending on the size of the liquid crystal molecules.
  • the laser light L passes through the transparent substrate 218 and the transparent conductive film 217 and enters the liquid crystal layer 216, the laser light L is modulated by the liquid crystal molecules 216 a while passing through the liquid crystal layer 216, and is reflected on the reflective film 215. After the reflection, the light is again modulated by the liquid crystal layer 216 and emitted.
  • each pixel electrode 214 is controlled by the control unit 250 (see FIG. 7), and a portion sandwiched between the transparent conductive film 217 and each pixel electrode 214 in the liquid crystal layer 216 according to the voltage.
  • the refractive index of the liquid crystal layer 216 at the position corresponding to each pixel changes.
  • the phase of the laser light L can be changed for each pixel of the liquid crystal layer 216 in accordance with the applied voltage. That is, phase modulation corresponding to the hologram pattern can be applied to each pixel by the liquid crystal layer 216 (that is, the modulation pattern as the hologram pattern to be modulated is displayed on the liquid crystal layer 216 of the reflective spatial light modulator 203).
  • the wavefront of the laser light L that enters and passes through the modulation pattern is adjusted, and the phase of the component in a predetermined direction orthogonal to the traveling direction is shifted in each light beam constituting the laser light L. Therefore, by appropriately setting the modulation pattern to be displayed on the reflective spatial light modulator 203, the laser light L can be modulated (for example, the intensity, amplitude, phase, polarization, etc. of the laser light L can be modulated).
  • the 4f optical system 241 adjusts the wavefront shape of the laser light L modulated by the reflective spatial light modulator 203, and includes a first lens (first optical element) 241 a and a second lens ( A second optical element) 241b.
  • first lens first optical element
  • second lens A second optical element
  • the distance of the optical path between the reflective spatial light modulator 203 and the first lens 241a is the first focal length f1 of the first lens 241a.
  • the distance of the optical path between the second lens 241b is the second focal distance f2 of the second lens 241b
  • the distance of the optical path between the first lens 241a and the second lens 241b is the first focal distance f1 and the second focal distance.
  • the first lens 241a and the second lens 241b are both-side telecentric optical systems. Is arranged. According to the 4f optical system 241, it is possible to suppress the laser beam L modulated by the reflective spatial light modulator 203 from changing its wavefront shape due to spatial propagation and increasing aberration.
  • the light blocking unit 220 is an aperture member having an opening 220a through which first processing light L1 and second processing light L2 described later pass.
  • the light blocking unit 220 is provided on the Fourier plane (that is, the plane including the confocal O) between the first lens 241a and the second lens 241b.
  • the condensing optical system 204 condenses the laser light L emitted from the laser light source 202 and modulated by the reflective spatial light modulator 203 inside the workpiece 1.
  • the condensing optical system 204 includes a plurality of lenses and is installed on the bottom plate 233 of the housing 231 via a drive unit 232 including a piezoelectric element and the like.
  • the laser light L emitted from the laser light source 202 travels in the horizontal direction in the housing 231, is then reflected downward by the mirror 205 a, and is reflected by the attenuator 207. Strength is adjusted. Then, the light is reflected in the horizontal direction by the mirror 205 b, the intensity distribution of the laser light L is made uniform by the beam homogenizer 260, and is incident on the reflective spatial light modulator 203.
  • the laser beam L incident on the reflective spatial light modulator 203 is modulated in accordance with the modulation pattern transmitted through the modulation pattern displayed on the liquid crystal layer 216, and then reflected upward by the mirror 206a.
  • the polarization direction is changed by the two-wavelength plate 228, reflected in the horizontal direction by the mirror 206b, and enters the 4f optical system 241.
  • the wavefront shape of the laser light L incident on the 4f optical system 241 is adjusted so as to be incident on the condensing optical system 204 as parallel light. Specifically, the laser light L is transmitted and converged through the first lens 241a, reflected downward by the mirror 219, diverged through the confocal O, and transmitted through the second lens 241b to become parallel light. Will converge again. Then, the laser light L sequentially passes through the dichroic mirrors 210 and 238 and enters the condensing optical system 204, and is condensed by the condensing optical system 204 in the workpiece 1 placed on the stage 111. .
  • the laser processing apparatus 300 also includes a surface observation unit 211 for observing the laser light incident surface of the workpiece 1 and an AF (AutoFocus) for finely adjusting the distance between the condensing optical system 204 and the workpiece 1. ) Unit 212 and housing 231.
  • the surface observation unit 211 includes an observation light source 211a that emits visible light VL1, and a detector 211b that receives and detects the reflected light VL2 of the visible light VL1 reflected by the laser light incident surface of the workpiece 1.
  • the visible light VL 1 emitted from the observation light source 211 a is reflected and transmitted by the mirror 208 and the dichroic mirrors 209, 210, and 238, and condensed toward the workpiece 1 by the condensing optical system 204. Is done.
  • the reflected light VL2 reflected by the laser light incident surface of the workpiece 1 is condensed by the condensing optical system 204, transmitted and reflected by the dichroic mirrors 238 and 210, and then transmitted through the dichroic mirror 209.
  • Light is received by the detector 211b.
  • the AF unit 212 emits the AF laser light LB1, receives and detects the reflected light LB2 of the AF laser light LB1 reflected by the laser light incident surface, thereby detecting the laser light incident surface along the planned cutting line 5 Get the displacement data. Then, when forming the modified region 7, the AF unit 212 drives the drive unit 232 based on the acquired displacement data, and moves the condensing optical system 204 in the optical axis direction so as to follow the undulation of the laser light incident surface. Move back and forth.
  • the laser processing apparatus 300 includes a control unit 250 including a CPU, a ROM, a RAM, and the like as a unit for controlling the laser processing apparatus 300.
  • the control unit 250 controls the laser light source 202 and adjusts the output, pulse width, and the like of the laser light L emitted from the laser light source 202. Further, when the control unit 250 forms the modified region 7, the condensing point P of the laser light L is located at a predetermined distance from the front surface 3 or the back surface 21 of the workpiece 1 and the condensing point P of the laser light L is present. Controls at least one of the housing 231, the position of the stage 111, and the drive of the drive unit 232 so as to relatively move along the scheduled cutting line 5.
  • the control unit 250 applies a predetermined voltage to each pixel electrode 214 in the reflective spatial light modulator 203 to display a predetermined modulation pattern on the liquid crystal layer 216, thereby The laser beam L is modulated as desired by the reflective spatial light modulator 203.
  • the modulation pattern displayed on the liquid crystal layer 216 includes, for example, the position where the modified region 7 is to be formed, the wavelength of the laser light L to be irradiated, the material of the workpiece 1, the condensing optical system 204, and the processing It is derived in advance based on the refractive index of the object 1 and stored in the control unit 250.
  • This modulation pattern includes an individual difference correction pattern for correcting individual differences generated in the laser processing apparatus 300 (for example, distortion generated in the liquid crystal layer 216 of the reflective spatial light modulator 203), and spherical aberration for correcting spherical aberration.
  • a correction pattern and the like are included.
  • a workpiece 1 to be processed by the laser processing apparatus 300 configured as described above includes a substrate 11 made of a semiconductor material such as silicon, and a substrate 11 as shown in FIG. Functional element layer 15 formed on the surface 11a.
  • the functional element layer 15 includes a plurality of functional elements 15a arranged in a matrix along the surface 11a of the substrate 11 (for example, a light receiving element such as a photodiode, a light emitting element such as a laser diode, or a circuit element formed as a circuit. Etc.) and a metal pattern 16 (for example, TEG (Test Element Group) etc.) formed in the street region (region) 17 between the adjacent functional elements 15a.
  • TEG Transmission Element Group
  • the functional element layer 15 includes an interlayer insulating film (for example, a low-k film) formed over the entire surface 11 a of the substrate 11.
  • the laser processing method implemented in the laser processing apparatus 300 is used as a chip manufacturing method for manufacturing a plurality of chips by cutting the processing object 1 for each functional element 15a. Therefore, in the laser processing method, the processing object 1 passes through the street region 17 between the adjacent functional elements 15a when viewed from the direction perpendicular to the surface 3 (for example, the processing object 1 A plurality of scheduled cutting lines 5 are set in a lattice shape so as to pass through the center of the width of the street region 17 when viewed from the thickness direction. Then, the laser beam L incident from the back surface (second surface) 21 of the workpiece 1 that is the back surface 11 b of the substrate 11 is focused on the workpiece 1 and is processed along each scheduled cutting line 5. 1, the modified region 7 is formed.
  • a minute cavity 7 a is formed as the modified region 7 at the position of the condensing point P of the laser light L, and the incident of the laser light L with respect to the condensing point P.
  • the melt processing region 7b is formed on the side.
  • a modulation pattern including a diffraction function for branching the laser light L into zero-order light and ⁇ n-order light (n is a natural number) in the direction along the planned cutting line 5 is used as the liquid crystal layer 216 of the reflective spatial light modulator 203.
  • the liquid crystal layer 216 functions as a plurality of pixels that display the modulation pattern.
  • the condensing points of the 0th order light and the ⁇ nth order light are numerical values (0 and ⁇ n) indicating the order in the processing target 1, and a positive value has a large absolute value.
  • the + 1st order light and the ⁇ 1st order light are converted into the first processing light L1 and the second processing light L2 (processing light: areas corresponding to the condensing points, respectively). And light having energy capable of forming a modified region.
  • the 1st condensing point P1 and the 2nd condensing point P2 are the process object 1
  • the 1st condensing point P1 is the opposite side to the incident side of the laser beam L with respect to the 2nd condensing point P2.
  • the first focusing point P1 is positioned on the front side in the relative movement direction of the laser light L along the planned cutting line 5 with respect to the second focusing point P2.
  • the + 1st order light, the 0th order light, and the ⁇ order light may be used as the first processed light L1, the second processed light L2, and the third processed light L3, respectively. . That is, the first processed light L1 and the second processed light L2 are selected from the 0th order light and the ⁇ 1st order light among the 0th order light and the ⁇ nth order light collected on the processing object 1.
  • the reflective spatial light modulator 203 branches the laser light L into zero-order light and ⁇ n-order light including at least the first processed light L1 and the second processed light L2, and the condensing optical system 204.
  • the laser beam L emitted from the laser light source 202 is condensed so that the first processing light L1 is condensed at the first condensing point P1 and the second processing light L2 is condensed at the second condensing point P2. Modulate.
  • the distance between the condensing points of the processing light adjacent in the direction along the planned cutting line 5 is defined as D.
  • the reflective spatial light modulator 203 has D>
  • the laser beam L is modulated so as to satisfy W1 + W2.
  • leakage light of the first processing light L1 that has reached the surface 3 of the processing object 1 (light that has not been absorbed by the processing object in the region corresponding to the focal point) and leakage light of the second processing light L2 are generated. Interference and strengthening at the surface 3 is prevented.
  • a silicon wafer having a thickness of 300 ⁇ m, a crystal orientation (100), and a resistance value of 1 ⁇ ⁇ cmUP was prepared as a workpiece 1 and irradiated with laser light L under the conditions shown in FIG. 11 and Table 1 below.
  • the scanning speed of the laser light L is a relative moving speed of the first condensing point P1 and the second condensing point P2 along the planned cutting line 5.
  • the result is as shown in Table 2 below.
  • the distance D between the first condensing point P1 and the second condensing point P2 is 30 ⁇ m or less (if the distance D is smaller than 31.26441 ⁇ m)
  • the surface 3 If the distance D between the first condensing point P1 and the second condensing point P2 is 40 ⁇ m or more (if the distance D is larger than 31.26441 ⁇ m), the surface 3 is not damaged. It was.
  • the distance between adjacent pixels is d
  • the magnification of the 4f optical system 241 is m
  • the focal length of the condensing optical system 204 is f.
  • the reflective spatial light modulator 203 modulates the laser beam L so as to satisfy D ⁇ 2 ⁇ f ⁇ tan [asin ⁇ / (d ⁇ 4 ⁇ m) ⁇ ].
  • “4” indicates the number of grating pixels in the modulation pattern of the reflective spatial light modulator 203
  • the number of grating pixels: 4 is the case of FIG.
  • the number of grating pixels: 2 is the case of FIG.
  • the result is as shown in Table 4 below, and the number of grating pixels is 4 or less (in other words, the distance D between the first condensing point P1 and the second condensing point P2 is 102 ⁇ m or more). Damage occurs on the surface 3 and the number of grating pixels is 5 or more (in other words, if the distance D between the first and second focusing points P1 and P2 is 80 ⁇ m or less), the surface 3 is damaged. Did not occur. From this result, by modulating the laser light L so as to satisfy D ⁇ 2 ⁇ f ⁇ tan [asin ⁇ / (d ⁇ 4 ⁇ m) ⁇ ], a component that cannot be fully wavefront controlled in the laser light L increases. As a result, it was found that the increase in leakage light was suppressed, and the occurrence of damage on the surface 3 was suppressed.
  • the laser beam L is modulated so that the distance between the first condensing point P1 and the second condensing point P2 is 40 ⁇ m to 80 ⁇ m.
  • the distance D between the first condensing point P ⁇ b> 1 and the second condensing point P ⁇ b> 2 is 20 ⁇ m
  • the leakage light of the first processing light L ⁇ b> 1 that has reached the surface 3 of the workpiece 1 and It was confirmed that the leakage light of the second processing light L2 interfered and strengthened on the surface 3 (upper stage), and damage was generated on the surface 3 (lower stage).
  • FIG. 13 is a photograph of the state of the 0th order light and ⁇ nth order light on the surface 3 observed from the surface 3 side, and is when the modified region is not formed.
  • the lower part of FIG. 13 is a photograph of the cut surface of the workpiece 1 cut along the planned cutting line 5.
  • the light blocking unit 220 blocks higher-order light ( ⁇ second-order light and ⁇ third-order light here) higher than ⁇ second-order light out of ⁇ n-order light focused on the workpiece 1. From this, the light blocking unit 220 is the light that is condensed outward with respect to the first processed light L1 and the second processed light L2 out of the 0th order light and the ⁇ nth order light collected on the workpiece 1. It can be said to shut off. Alternatively, the light blocking unit 220 is the incident side of the laser light L with respect to the first processed light L1 and the second processed light L2 among the 0th order light and the ⁇ nth order light collected on the workpiece 1.
  • the reflective spatial light modulator 203 may modulate the laser light L so that at least part of the light to be blocked passes outside the opening 220a of the light blocking unit 220.
  • the radius of the opening 220a of the light blocking unit 220 located on the Fourier plane of the 4f optical system 241 is X, and as described above, perpendicular to the surface 3 of the workpiece 1 as described above.
  • the distance between the first condensing point P1 and the second condensing point P2 when viewed from any direction is D
  • the second focal length of the second lens 241b is f2
  • the focal length of the condensing optical system 204 is f.
  • D ⁇ f2 / f ⁇ 2X ⁇ 2D ⁇ f2 / f is set. It is necessary to satisfy. That is, if the reflection type spatial light modulator 203 modulates the laser light L so as to satisfy (X ⁇ f) / (2 ⁇ f2) ⁇ D / 2 ⁇ (X ⁇ f) / f2, the light blocking unit 220 will be described. However, it is possible to block higher-order light ( ⁇ secondary light, a portion outside the center) that is higher than ⁇ second-order light.
  • D ⁇ f2 In order for the light blocking unit 220 to block higher-order light of ⁇ 3rd order light or higher (the portion outside the center for ⁇ 3rd order light), D ⁇ f2 It is necessary to satisfy / f ⁇ 2X ⁇ 3D ⁇ f2 / f.
  • the reflective spatial light modulator 203 modulates the laser light L so as to satisfy (X ⁇ f) / (3 ⁇ f2) ⁇ D / 2 ⁇ (X ⁇ f) / f2
  • the light blocking unit 220 will be described.
  • the radius X of the opening 220a of the light blocking unit 220 is determined so as to satisfy 4166.7 ⁇ m ⁇ 2X ⁇ 8333 ⁇ m.
  • 220 can block high-order light of ⁇ secondary light or higher (a portion outside the center of ⁇ secondary light).
  • the distance D between the first condensing point P1 and the second condensing point P2 so as to satisfy 30 ⁇ m ⁇ D / 2 ⁇ 60 ⁇ m. Is determined, the light blocking unit 220 can block higher-order light of ⁇ secondary light or higher (portion outside ⁇ center of ⁇ secondary light).
  • the light blocking unit 220 may be a member that blocks + n-order light.
  • the distance from the confocal O to the light blocking unit 220 (the side on the confocal O side of the light blocking unit 220) on the Fourier plane of the 4f optical system 241 is expressed as X.
  • the light blocking unit 220 in order for the light blocking unit 220 to block higher-order light higher than + secondary light (the portion outside the center with respect to + secondary light), it is necessary to satisfy D ⁇ f2 / f ⁇ 2X ⁇ 2D ⁇ f2 / f. There is.
  • the reflection type spatial light modulator 203 modulates the laser light L so as to satisfy (X ⁇ f) / (2 ⁇ f2) ⁇ D / 2 ⁇ (X ⁇ f) / f2, the light blocking unit 220 will be described. Can block higher-order light higher than + second-order light (for + second-order light, a portion outside the center).
  • D ⁇ f2 / f It is necessary to satisfy ⁇ 2X ⁇ 3D ⁇ f2 / f.
  • the reflective spatial light modulator 203 modulates the laser light L so as to satisfy (X ⁇ f) / (3 ⁇ f2) ⁇ D / 2 ⁇ (X ⁇ f) / f2, the light blocking unit 220 will be described.
  • the light blocking unit 220 may be provided in the light incident unit of the condensing optical system 204 so as to limit the lens field of the condensing optical system 204.
  • the radius of the opening 220a of the light blocking part 220 located at the light incident part of the condensing optical system 204 is set to X, and as described above, the surface 3 of the workpiece 1 is formed.
  • the reflective spatial light modulator 203 satisfies X / 2 ⁇ D / 2 ⁇ X.
  • the light blocking unit 220 can block higher-order light of ⁇ secondary light or higher (portion outside the center of ⁇ secondary light). Further, as shown in FIG. 16B, if the reflective spatial light modulator 203 modulates the laser light L so as to satisfy X / 3 ⁇ D / 2 ⁇ X, the light blocking unit 220 becomes ⁇ It is possible to block higher-order light higher than third-order light (with respect to ⁇ third-order light, a portion outside the center).
  • a silicon wafer having a thickness of 300 ⁇ m, a crystal orientation (100), and a resistance value of 1 ⁇ ⁇ cmUP is prepared as a workpiece 1 and irradiation with the laser light L is performed under the conditions shown in FIG. 11 and Table 3 above. Then, the relationship between the tertiary light and the presence or absence of damage on the surface 3 was examined. In order to easily determine whether or not damage has occurred on the surface 3, an experiment was performed with a heat-sensitive film formed on the surface 3.
  • FIG. 17D As a result of the experiment, as shown in FIG. 17D, it is found that damage is generated on the surface 3 of the workpiece 1 on the side opposite to the incident side of the laser light L due to the influence of at least tertiary light. It was.
  • (A) of FIG. 17 is a diagram showing the positional relationship between the condensing points of the 0th order light and the ⁇ nth order light on the cut surface of the workpiece 1 cut along the planned cutting line 5.
  • FIG. 17B is a photograph of the state of the 0th order light and the ⁇ nth order light on the surface 3 observed from the surface 3 side, and is when the modified region is not formed.
  • FIG. 17B is a photograph of the state of the 0th order light and the ⁇ nth order light on the surface 3 observed from the surface 3 side, and is when the modified region is not formed.
  • FIG. 17C is a photograph of the state of the 0th order light and the ⁇ nth order light on the surface 3 observed from the surface 3 side, and is when the modified region is formed.
  • FIG. 17 (d) is a photograph of the heat-sensitive film observed from the surface 3 side, and is when the modified region is formed.
  • FIG. 18A and 18B are diagrams for explaining a comparative example of the present invention.
  • FIG. 18A is a simulation diagram showing the state of the laser light L in the vicinity of the Fourier plane
  • FIG. It is a simulation figure which shows the state of the laser beam L of.
  • the upper part of FIG. 19 shows the heat sensitive film on the surface 3 side when the laser light L is relatively moved in a direction parallel to the direction of branching the condensing points of the 0th order light and the ⁇ nth order light.
  • FIG. 19 shows the heat sensitivity when the laser light L is relatively moved in a direction perpendicular to the direction in which the condensing points of the 0th order light and the ⁇ nth order light are branched. It is the photograph which observed the film
  • FIG. 20A and 20B are diagrams for explaining an embodiment of the present invention.
  • FIG. 20A is a simulation diagram showing the state of the laser light L in the vicinity of the Fourier plane
  • FIG. It is a simulation figure which shows the state of the laser beam L of.
  • FIG. 21 shows the heat sensitive film on the surface 3 side when the laser light L is relatively moved in a direction parallel to the direction in which the condensing points of the 0th order light and the ⁇ nth order light are branched.
  • 21 shows the heat sensitivity when the laser light L is relatively moved in a direction perpendicular to the direction in which the condensing points of the 0th order light and the ⁇ nth order light are branched. It is the photograph which observed the film
  • FIG. 22 is a diagram for explaining an example of the present invention, (a) is a simulation diagram showing the state of the laser light L in the vicinity of the Fourier plane, and (b) is in the vicinity of the condensing point. It is a simulation figure which shows the state of the laser beam L of. As described above, when all of the + third-order light is blocked by the light blocking unit 220, it is found that the damage generated on the surface 3 of the workpiece 1 due to the influence of the + third-order light is substantially eliminated as shown in FIG. . The upper part of FIG.
  • FIG. 23 shows the heat sensitive film on the surface 3 side when the laser light L is relatively moved in the direction parallel to the direction in which the condensing points of the 0th order light and the ⁇ nth order light are branched.
  • the lower part of FIG. 23 shows the heat sensitivity when the laser light L is relatively moved in a direction perpendicular to the direction in which the condensing points of the 0th order light and the ⁇ nth order light are branched. It is the photograph which observed the film
  • FIG. 24 is a diagram for explaining the experimental results relating to the present invention.
  • the light blocking unit 220 is provided in the light incident unit of the condensing optical system 204 so as to limit the lens field of the condensing optical system 204, and the first condensing point P1 and the second condensing point P2.
  • the lens field of view can block the + third-order light.
  • FIG. 24 it is found that when the + third order light is blocked by the light blocking unit 220, the damage generated on the surface 3 of the workpiece 1 is almost eliminated due to the influence of the + third order light. It was.
  • thermosensitive film on the surface 3 side when the laser light L is relatively moved in a direction parallel to the direction in which the condensing points of the 0th order light and the ⁇ nth order light are branched.
  • the lower part of FIG. 24 shows the heat sensitivity when the laser light L is relatively moved in a direction perpendicular to the direction in which the condensing points of the 0th order light and the ⁇ nth order light are branched. It is the photograph which observed the film
  • the laser light L is branched into the 0th order light and the ⁇ nth order light including the first processing light L1 and the second processing light L2, and the first processing light is obtained.
  • the laser beam L is modulated such that L1 is focused on the first focusing point P1 and the second processing light L2 is focused on the second focusing point P2, and the first focusing is performed on the workpiece 1.
  • the modified region 7 is formed in each of a plurality of regions corresponding to the point P1 and the second condensing point P2.
  • the radius of the first processing light L1 on the surface 3 is W1
  • the radius of the second processing light L2 on the surface 3 is W2
  • the first condensing point P1 and the first focusing point P1 when viewed from a direction perpendicular to the surface 3 are used.
  • the laser light L is modulated so as to satisfy D> W1 + W2.
  • the laser beam L is modulated so that the distance between the first focal point P1 and the second focal point P2 when viewed from the direction perpendicular to the surface 3 is 40 ⁇ m to 80 ⁇ m.
  • the light condensed outside is blocked
  • the light condensed on the front surface 3 side and the light condensed on the back surface 21 side of the workpiece on the incident side of the laser light L with respect to the first processing light L1 and the second processing light L2 are blocked.
  • the first processing light L1 out of the 0th order light and the ⁇ nth order light focused on the workpiece 1 is used. And the light condensed outside with respect to the second processing light L2 is blocked.
  • the first processed light L1 and the second processed light L2 are selected from the 0th order light and the ⁇ 1st order light among the 0th order light and the ⁇ nth order light collected on the processing object 1, and the light blocking unit 220. Cuts ⁇ secondary light and ⁇ third-order light out of ⁇ n-order light focused on the workpiece 1.
  • the zero-order light and the ⁇ first-order light having relatively large energy are efficiently used as the first processing light L1 and the second processing light L2, and the processing object on the side opposite to the incident side of the laser light L is obtained. Damage to the front surface 3 of the object 1 and the back surface 21 of the workpiece 1 on the incident side of the laser beam L can be more reliably suppressed.
  • blocking the + third order light having relatively large energy is important for suppressing the occurrence of damage on the surface 3 of the workpiece 1 on the side opposite to the incident side of the laser light L. .
  • the light blocking unit 220 has an opening 220a through which the first processed light L1 and the second processed light L2 pass. Accordingly, the light blocking unit 220 that passes at least the first processed light L1 and the second processed light L2 and blocks predetermined light other than the first processed light L1 and the second processed light L2 can be realized with a simple configuration. Can do.
  • the light blocking unit 220 is provided on the Fourier plane between the first lens 241a and the second lens 241b. Thereby, predetermined lights other than the 1st processing light L1 and the 2nd processing light L2 can be intercepted reliably. Even if the light blocking unit 220 is provided in the light incident unit of the condensing optical system 204, it is possible to reliably block predetermined light other than the first processed light L1 and the second processed light L2. Further, the reflective spatial light modulator 203 may modulate the laser light L so that at least a part of the blocked light passes outside the opening 220a. According to this, predetermined lights other than the 1st processing light L1 and the 2nd processing light L2 can be intercepted more certainly.
  • a plurality of functional elements 15a arranged in a two-dimensional manner and a street region 17 between adjacent functional elements 15a are arranged on the surface 3 of the workpiece 1 opposite to the incident side of the laser beam L.
  • the cut metal line 16 is provided, and the cut line 5 is set so as to pass through the street region 17 between the adjacent functional elements 15 a when viewed from the direction perpendicular to the surface 3.
  • the metal pattern 16 absorbs leakage light. It happens and the surface 3 is easily damaged.
  • the radius of the first processing light L1 on the surface 3 is W1
  • the radius of the second processing light L2 on the surface 3 is W2
  • the first condensing point P1 and the second light when viewed from the direction perpendicular to the surface 3
  • the laser light L is modulated so that D> W1 + W2. Accordingly, the leakage light of the first processing light L1 and the leakage light of the second processing light L2 that have reached the surface 3 of the workpiece 1 are prevented from interfering with each other on the surface 3 and strengthening each other.
  • the reflective spatial light modulator 203 In the reflective spatial light modulator 203, the distance between adjacent pixels is d, the magnification of the 4f optical system 241 is m, the focal length of the condensing optical system 204 is f, and the wavelength of the laser light L is ⁇ . Then, the reflective spatial light modulator 203 modulates the laser light L so as to satisfy D ⁇ 2 ⁇ f ⁇ tan [asin ⁇ / (d ⁇ 4 ⁇ m) ⁇ ]. In order to increase the distance D between the first condensing point P1 and the second condensing point P2 when viewed from the direction perpendicular to the surface 3, the number of grating pixels in the modulation pattern of the reflective spatial light modulator 203 is set. It needs to be small.
  • the substrate 11 may be a semiconductor substrate other than a silicon substrate, a sapphire substrate, a SiC substrate, a glass substrate (tempered glass substrate), a transparent insulating substrate, or the like.
  • the condensing points of the 0th-order light and the ⁇ nth-order light are the surface 3 of the processing object 1 on the side opposite to the incident side of the laser beam L as the numerical value indicating the order becomes smaller in the processing object 1. It may have a positional relationship located on the front side and on the front side in the relative movement direction of the laser beam L along the scheduled cutting line 5. Further, the laser beam L may be incident from the surface 3 side of the workpiece 1. In this case, the back surface 21 is the first surface of the workpiece 1 on the side opposite to the incident side of the laser beam L, and the surface 3 is the second surface of the workpiece 1 on the incident side of the laser beam L.
  • the light blocking unit 220 includes a member that blocks + n-order light and a member that blocks -n-order light, and the first processing light L1 and the second processing light L2 in a region between the opposing members. May be used. In addition, the light blocking unit 220 performs processing on the side opposite to the incident side of the laser light L with respect to the first processing light L1 and the second processing light L2 out of the ⁇ n-order lights collected on the processing target 1. It is also possible to selectively block higher-order light of ⁇ secondary light or higher, such as blocking only the light collected on the surface 3 side of the object, or blocking only + third-order light.
  • the laser beam when the laser beam is branched into a plurality of machining lights and the modified region is formed by each machining light, the surface of the workpiece opposite to the laser beam incident side is damaged. It is possible to provide a laser processing apparatus and a laser processing method capable of suppressing the above.
  • DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Processing object, 3 ... Surface (1st surface), 5 ... Planned cutting line, 7 ... Modified area

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Abstract

　レーザ加工装置３００は、レーザ光Ｌを出射するレーザ光源２０２と、レーザ光Ｌを加工対象物１に集光する集光光学系２０４と、レーザ光Ｌが少なくとも第１加工光及び第２加工光を含む０次光及び±ｎ次光（ｎは自然数）に分岐されて、第１加工光が第１集光点に集光されると共に第２加工光が第２集光点に集光されるように、レーザ光Ｌを変調する反射型空間光変調器２０３と、加工対象物１に集光される０次光及び±ｎ次光のうち第１加工光及び第２加工光に対して外側に集光される光を遮断する光遮断部２２０と、を備える。

Description

レーザ加工装置及びレーザ加工方法
　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。
　従来、レーザ光が複数の加工光に分岐されて各加工光が複数の集光点のそれぞれに集光されるようにレーザ光を変調し、加工対象物において各集光点に対応する複数の領域のそれぞれに改質領域を形成するレーザ加工方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１１－０５１０１１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、上述したようなレーザ加工方法を実施すると、例えば、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に沿った領域（すなわち、隣り合う機能素子の間の領域）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、レーザ光を複数の加工光に分岐して各加工光により改質領域を形成する場合に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。
　本発明の一側面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、レーザ光が少なくとも第１加工光及び第２加工光を含む０次光及び±ｎ次光（ｎは自然数）に分岐されて、集光光学系により第１加工光が第１集光点に集光されると共に第２加工光が第２集光点に集光されるように、レーザ光源により出射されたレーザ光を変調する空間光変調器と、加工対象物に集光される０次光及び±ｎ次光のうち第１加工光及び第２加工光に対して外側に集光される光を遮断する光遮断部と、を備え、０次光及び±ｎ次光のそれぞれの集光点は、加工対象物において、次数を示す数値が大きくなるほど、又は数値が小さくなるほど、レーザ光の入射側とは反対側の加工対象物の第１表面側に位置し、且つ切断予定ラインに沿ったレーザ光の相対的移動方向における前側に位置する位置関係を有する。
　このレーザ加工装置では、加工対象物に集光される０次光及び±ｎ次光のうち第１加工光及び第２加工光に対して外側に集光される光が遮断されるので、当該光が加工対象物の第１表面近傍に集光することが防止される。よって、このレーザ加工装置によれば、レーザ光を複数の加工光に分岐して各加工光により改質領域を形成する場合に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）にダメージが発生するのを抑制することができる。なお、加工光とは、集光点に対応する領域に改質領域を形成し得るエネルギーを有する光である（以下、同様）。また、次数を示す数値とは、０及び±ｎ（ｎは自然数）であり、＋の数値で絶対値が大きいものほど数値が大きいと表現し、－の数値で絶対値が大きい数値ほど数値が小さいと表現する（以下、同様）。
　本発明の一側面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、レーザ光が少なくとも第１加工光及び第２加工光を含む０次光及び±ｎ次光（ｎは自然数）に分岐されて、集光光学系により第１加工光が第１集光点に集光されると共に第２加工光が第２集光点に集光されるように、レーザ光源により出射されたレーザ光を変調する空間光変調器と、加工対象物に集光される０次光及び±ｎ次光のうち第１加工光及び第２加工光に対してレーザ光の入射側とは反対側の加工対象物の第１表面側に集光される光を遮断する光遮断部と、を備え、０次光及び±ｎ次光のそれぞれの集光点は、加工対象物において、次数を示す数値が大きくなるほど、又は数値が小さくなるほど、レーザ光の入射側とは反対側の加工対象物の第１表面側に位置し、且つ切断予定ラインに沿ったレーザ光の相対的移動方向における前側に位置する位置関係を有する。
　このレーザ加工装置では、加工対象物に集光される０次光及び±ｎ次光のうち第１加工光及び第２加工光に対して加工対象物の第１表面側に集光される光が遮断されるので、当該光が加工対象物の第１表面近傍に集光することが防止される。よって、このレーザ加工装置によれば、レーザ光を複数の加工光に分岐して各加工光により改質領域を形成する場合に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。
　本発明の一側面のレーザ加工装置では、光遮断部は、加工対象物に集光される０次光及び±ｎ次光のうち第１加工光及び第２加工光に対してレーザ光の入射側の加工対象物の第２表面側に集光される光を更に遮断してもよい。これによれば、レーザ光の入射側の加工対象物の表面（すなわち、第２表面）にダメージが発生するのを抑制することができる。
　本発明の一側面のレーザ加工装置では、第１加工光及び第２加工光は、加工対象物に集光される０次光及び±ｎ次光のうち０次光及び±１次光から選択され、光遮断部は、加工対象物に集光される±ｎ次光のうち＋３次光を遮断してもよい。これによれば、相対的に大きいエネルギーを有する０次光及び±１次光を第１加工光及び第２加工光として効率良く利用することができる。その一方で、相対的に大きいエネルギーを有する＋３次光によって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するのを抑制することができる。
　本発明の一側面のレーザ加工装置では、光遮断部は、加工対象物に集光される±ｎ次光のうち±２次光及び－３次光を更に遮断してもよい。これによれば、レーザ光の入射側とは反対側の加工対象物の表面、及びレーザ光の入射側の加工対象物の表面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。
　本発明の一側面のレーザ加工装置では、光遮断部は、第１加工光及び第２加工光を通過させる開口を有してもよい。これによれば、少なくとも第１加工光及び第２加工光を通過させ且つ第１加工光及び第２加工光以外の所定の光を遮断する光遮断部を簡単な構成で実現することができる。
　本発明の一側面のレーザ加工装置は、レンズとして機能する第１光学素子及び第２光学素子を有する調整光学系を更に備え、第１光学素子及び第２光学素子は、空間光変調器と第１光学素子との間の光路の距離が第１光学素子の第１焦点距離となり、集光光学系と第２光学素子との間の光路の距離が第２光学素子の第２焦点距離となり、第１光学素子と第２光学素子との間の光路の距離が第１焦点距離と第２焦点距離との和となり、第１光学素子及び第２光学素子が両側テレセントリック光学系となるように、配置されており、光遮断部は、第１光学素子と第２光学素子との間のフーリエ面上に設けられていてもよい。これによれば、第１加工光及び第２加工光以外の所定の光を確実に遮断することができる。
　本発明の一側面のレーザ加工装置では、光遮断部は、集光光学系の光入射部に設けられていてもよい。これによれば、第１加工光及び第２加工光以外の所定の光を確実に遮断することができる。
　本発明の一側面のレーザ加工装置では、空間光変調器は、遮断する光の少なくとも一部が開口の外側を通過するようにレーザ光を変調してもよい。これによれば、第１加工光及び第２加工光以外の所定の光をより確実に遮断することができる。
　本発明の一側面のレーザ加工装置では、第１表面には、２次元状に配置された複数の機能素子、及び隣り合う機能素子の間の領域に配置された金属パターンが設けられており、切断予定ラインは、第１表面に垂直な方向から見た場合に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。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隣り合う機能素子の間の領域に金属パターンが配置されていると、金属パターンで第１加工光及び第２加工光以外の所定の光の吸収が起こって当該表面にダメージが発生し易くなる。しかし、そのような場合であっても、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するのを抑制することができる。
　本発明の一側面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、レーザ光が少なくとも第１加工光及び第２加工光を含む０次光及び±ｎ次光（ｎは自然数）に分岐されて、第１加工光が第１集光点に集光されると共に第２加工光が第２集光点に集光されるように、レーザ光を変調し、加工対象物に集光される０次光及び±ｎ次光のうち第１加工光及び第２加工光に対して外側に集光される光を遮断し、加工対象物において第１集光点及び第２集光点のそれぞれに対応する複数の領域のそれぞれに改質領域を形成する工程を備え、０次光及び±ｎ次光のそれぞれの集光点は、加工対象物において、次数を示す数値が大きくなるほど、又は数値が小さくなるほど、レーザ光の入射側とは反対側の加工対象物の第１表面側に位置し、且つ切断予定ラインに沿ったレーザ光の相対的移動方向における前側に位置する位置関係を有する。
　本発明の一側面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、レーザ光が少なくとも第１加工光及び第２加工光を含む０次光及び±ｎ次光（ｎは自然数）に分岐されて、第１加工光が第１集光点に集光されると共に第２加工光が第２集光点に集光されるように、レーザ光を変調し、加工対象物に集光される０次光及び±ｎ次光のうち第１加工光及び第２加工光に対してレーザ光の入射側とは反対側の加工対象物の第１表面側に集光される光を遮断し、加工対象物において第１集光点及び第２集光点のそれぞれに対応する複数の領域のそれぞれに改質領域を形成する工程を備え、０次光及び±ｎ次光のそれぞれの集光点は、加工対象物において、次数を示す数値が大きくなるほど、又は数値が小さくなるほど、レーザ光の入射側とは反対側の加工対象物の第１表面側に位置し、且つ切断予定ラインに沿ったレーザ光の相対的移動方向における前側に位置する位置関係を有する。
　これらのレーザ加工方法によれば、上述したレーザ加工装置と同様の理由により、レーザ光を複数の加工光に分岐して各加工光により改質領域を形成する場合に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、レーザ光を複数の加工光に分岐して各加工光により改質領域を形成する場合に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）一部拡大断面図である。 本発明の一実施形態のレーザ加工方法を説明するための加工対象物の断面図である。 本発明の一実施形態のレーザ加工方法を説明するための加工対象物の断面図である。 図８の反射型空間光変調器におけるグレーティングピクセル数を説明するための図である。 本発明に関する実験結果を説明するための図である。 図７のレーザ加工装置に用いられる光遮断部を説明するための図である。 図７のレーザ加工装置に用いられる光遮断部を説明するための図である。 図７のレーザ加工装置に用いられる光遮断部を説明するための図である。 本発明に関する実験を説明するための図である。 本発明の比較例を説明するための図である。 図１８の比較例の場合の結果を説明するための図である。 本発明の実施例を説明するための図である。 図２０の実施例の場合の結果を説明するための図である。 本発明の実施例を説明するための図である。 図２２の実施例の場合の結果を説明するための図である。 本発明に関する実験結果を説明するための図である。
　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）、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。
　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（空間光変調器）２０３、４ｆ光学系（調整光学系）２４１、光遮断部２２０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（第１光学素子）２４１ａ及び第２レンズ（第２光学素子）２４１ｂを有している。第１レンズ２４１ａ及び第２レンズ２４１ｂは、反射型空間光変調器２０３と第１レンズ２４１ａとの間の光路の距離が第１レンズ２４１ａの第１焦点距離ｆ１となり、集光光学系２０４と第２レンズ２４１ｂとの間の光路の距離が第２レンズ２４１ｂの第２焦点距離ｆ２となり、第１レンズ２４１ａと第２レンズ２４１ｂとの間の光路の距離が第１焦点距離ｆ１と第２焦点距離ｆ２との和（すなわち、ｆ１＋ｆ２）となり、第１レンズ２４１ａ及び第２レンズ２４１ｂ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との間の光路上に配置されている。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。
　光遮断部２２０は、後述する第１加工光Ｌ１及び第２加工光Ｌ２を通過させる開口２２０ａを有するアパーチャ部材である。光遮断部２２０は、第１レンズ２４１ａと第２レンズ２４１ｂとの間のフーリエ面（すなわち、共焦点Ｏを含む面）上に設けられている。
　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。
　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、例えばシリコン等の半導体材料からなる基板１１と、基板１１の表面１１ａに形成された機能素子層１５と、を備えている。機能素子層１５は、基板１１の表面１１ａに沿ってマトリックス状に配列された複数の機能素子１５ａ（例えば、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、又は回路として形成された回路素子等）と、隣り合う機能素子１５ａの間のストリート領域（領域）１７に形成された金属パターン１６（例えば、ＴＥＧ（Test　Element　Group）等）と、を含んでいる。このように、加工対象物１の表面（第１表面）３には、２次元状に配置された複数の機能素子１５ａ、及び隣り合う機能素子１５ａの間のストリート領域１７に配置された金属パターン１６が設けられている。なお、機能素子層１５は、基板１１の表面１１ａの全体に渡って形成された層間絶縁膜（例えば、Low-k膜等）を含んでいる。
　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１５ａ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、表面３に垂直な方向から見た場合に隣り合う機能素子１５ａの間のストリート領域１７を通るように（例えば、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。なお、シリコン等の半導体材料からなる基板１１においては、改質領域７として、レーザ光Ｌの集光点Ｐの位置に微小空洞７ａが形成され、集光点Ｐに対してレーザ光Ｌの入射側に溶融処理領域７ｂが形成される場合がある。
　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説明する。まず、切断予定ライン５に沿った方向にレーザ光Ｌを０次光及び±ｎ次光（ｎは自然数）に分岐する回折機能を含む変調パターを、反射型空間光変調器２０３の液晶層２１６に表示させる。このように、反射型空間光変調器２０３では、液晶層２１６が、変調パターンを表示する複数の画素として機能する。図１０に示されるように、０次光及び±ｎ次光のそれぞれの集光点は、加工対象物１において、次数を示す数値（０及び±ｎであり、＋の数値で絶対値が大きいものほど数値が大きいと表現し、－の数値で絶対値が大きい数値ほど数値が小さいと表現する）が大きくなるほど、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側に位置し、且つ切断予定ライン５に沿ったレーザ光Ｌの相対的移動方向における前側に位置する位置関係を有している。
　当該レーザ加工方法では、図１０の（ａ）に示されるように、＋１次光及び－１次光をそれぞれ第１加工光Ｌ１及び第２加工光Ｌ２（加工光：集光点に対応する領域に改質領域を形成し得るエネルギーを有する光）として利用する。これにより、第１集光点Ｐ１及び第２集光点Ｐ２は、加工対象物１において、第１集光点Ｐ１が第２集光点Ｐ２に対してレーザ光Ｌの入射側とは反対側の加工対象物１の表面３側に位置し、且つ第１集光点Ｐ１が第２集光点Ｐ２に対して切断予定ライン５に沿ったレーザ光Ｌの相対的移動方向における前側に位置する位置関係を有することになる。なお、図１０の（ｂ）に示されるように、＋１次光、０次光及び－次光をそれぞれ第１加工光Ｌ１、第２加工光Ｌ２及び第３加工光Ｌ３として利用してもよい。つまり、第１加工光Ｌ１及び第２加工光Ｌ２は、加工対象物１に集光される０次光及び±ｎ次光のうち０次光及び±１次光から選択される。
　以上のように、反射型空間光変調器２０３は、レーザ光Ｌが少なくとも第１加工光Ｌ１及び第２加工光Ｌ２を含む０次光及び±ｎ次光に分岐されて、集光光学系２０４により第１加工光Ｌ１が第１集光点Ｐ１に集光されると共に第２加工光Ｌ２が第２集光点Ｐ２に集光されるように、レーザ光源２０２により出射されたレーザ光Ｌを変調する。
　ここで、加工対象物１の表面３に垂直な方向から見た場合における第１集光点Ｐ１と第２集光点Ｐ２との距離（加工対象物１の表面３に垂直な方向から見た場合に切断予定ライン５に沿った方向において隣り合う加工光の集光点の間の距離）をＤと定義する。そして、図１１に示されるように、表面３における第１加工光Ｌ１の半径をＷ１とし、表面３における第２加工光Ｌ２の半径をＷ２とすると、反射型空間光変調器２０３は、Ｄ＞Ｗ１＋Ｗ２を満たすようにレーザ光Ｌを変調する。これにより、加工対象物１の表面３に到達した第１加工光Ｌ１の漏れ光（集光点に対応する領域において加工対象物に吸収されなかった光）及び第２加工光Ｌ２の漏れ光が表面３において干渉して強め合うことが防止される。
　一例として、厚さ３００μｍ、結晶方位（１００）、抵抗値１Ω・ｃｍＵＰのシリコンウェハを加工対象物１として準備し、図１１及び下記の表１に示される条件でレーザ光Ｌの照射を行った場合、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において第１加工光Ｌ１の漏れ光と第２加工光Ｌ２の漏れ光とが接するときの第１集光点Ｐ１と第２集光点Ｐ２との距離Ｄ（＝Ｗ１＋Ｗ２）は、３１．３２６４１μｍとなる。なお、レーザ光Ｌのスキャン速度とは、切断予定ライン５に沿っての第１集光点Ｐ１及び第２集光点Ｐ２の相対的移動速度である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　実験の結果、下記の表２のとおりとなり、第１集光点Ｐ１と第２集光点Ｐ２との距離Ｄが３０μｍ以下であると（当該距離Ｄが３１．３２６４１μｍよりも小さいと）表面３にダメージが発生し、第１集光点Ｐ１と第２集光点Ｐ２との距離Ｄが４０μｍ以上であると（当該距離Ｄが３１．３２６４１μｍよりも大きいと）表面３にダメージが発生しなかった。この結果から、Ｄ＞Ｗ１＋Ｗ２を満たすようにレーザ光Ｌを変調することで、加工対象物１の表面３に到達した第１加工光Ｌ１の漏れ光及び第２加工光Ｌ２の漏れ光が表面３において干渉して強め合うことが防止され、表面３におけるダメージの発生が抑制されることが分かった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　また、変調パターンを表示する複数の画素として機能する液晶層２１６において、隣り合う画素の間の距離をｄとし、４ｆ光学系２４１の倍率をｍとし、集光光学系２０４の焦点距離をｆとし、レーザ光Ｌの波長をλとすると、反射型空間光変調器２０３は、Ｄ＜２×ｆ×tan［asin｛λ／（ｄ×４×ｍ）｝］を満たすようにレーザ光Ｌを変調する。前述の式において「４」は、反射型空間光変調器２０３の変調パターンにおけるグレーティングピクセル数を示し、グレーティングピクセル数：４は、図１２の（ａ）の場合である。参考として、グレーティングピクセル数：２は、図１２の（ｂ）の場合である。
　上述した第１集光点Ｐ１と第２集光点Ｐ２との距離Ｄを大きくするためには、反射型空間光変調器２０３の変調パターンにおいてグレーティングピクセル数を小さくする必要がある。しかし、グレーティングピクセル数を小さくし過ぎると、レーザ光Ｌにおいて波面制御しきれない成分が増加して漏れ光が増加するおそれがある。そこで、厚さ３００μｍ、結晶方位（１００）、抵抗値１Ω・ｃｍＵＰのシリコンウェハを加工対象物１として準備し、図１１及び下記の表３に示される条件でレーザ光Ｌの照射を行うことで、グレーティングピクセル数と表面３におけるダメージの発生の有無との関係について調べた。なお、第１集光点Ｐ１と第２集光点Ｐ２との距離Ｄは、Ｄ＝２×ｆ×tan［asin｛λ／（ｄ×グレーティングピクセル数×ｍ）｝］により算出することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　実験の結果、下記の表４のとおりとなり、グレーティングピクセル数が４以下であると（換言すれば、第１集光点Ｐ１と第２集光点Ｐ２との距離Ｄが１０２μｍ以上であると）表面３にダメージが発生し、グレーティングピクセル数が５以上であると（換言すれば、第１集光点Ｐ１と第２集光点Ｐ２との距離Ｄが８０μｍ以下であると）表面３にダメージが発生しなかった。この結果から、Ｄ＜２×ｆ×tan［asin｛λ／（ｄ×４×ｍ）｝］を満たすようにレーザ光Ｌを変調することで、レーザ光Ｌにおいて波面制御しきれない成分が増加して漏れ光が増加することが抑制され、表面３におけるダメージの発生が抑制されることが分かった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　更に、表２及び表４の結果から、第１集光点Ｐ１と第２集光点Ｐ２との距離が４０μｍ～８０μｍとなるようにレーザ光Ｌを変調することで、表面３におけるダメージの発生が抑制されることが分かった。図１３に示されるように、第１集光点Ｐ１と第２集光点Ｐ２との距離Ｄが２０μｍであると、加工対象物１の表面３に到達した第１加工光Ｌ１の漏れ光及び第２加工光Ｌ２の漏れ光が表面３において干渉して強め合っていることが確認され（上段）、表面３にダメージが発生した（下段）。また、第１集光点Ｐ１と第２集光点Ｐ２との距離Ｄが１０２μｍであると、－１次光において漏れ光が増加していることが確認され（上段）、表面３にダメージが発生した（下段）。これらに対し、第１集光点Ｐ１と第２集光点Ｐ２との距離Ｄが４０μｍであると、加工対象物１の表面３に到達した第１加工光Ｌ１の漏れ光及び第２加工光Ｌ２の漏れ光が表面３において干渉して強め合っていること、及び－１次光において漏れ光が増加していることが確認されず（上段）、表面３にダメージが発生しなかった（下段）。なお、図１３の上段の図は、表面３における０次光及び±ｎ次光の状態を表面３側から観察した写真であり、改質領域未形成時のものである。また、図１３の下段の図は、切断予定ライン５に沿って切断した加工対象物１の切断面の写真である。
　また、光遮断部２２０は、加工対象物１に集光される±ｎ次光のうち±２次光以上の高次光（ここでは、±２次光及び±３次光）を遮断する。このことから、光遮断部２２０は、加工対象物１に集光される０次光及び±ｎ次光のうち第１加工光Ｌ１及び第２加工光Ｌ２に対して外側に集光される光を遮断するといえる。或いは、光遮断部２２０は、加工対象物１に集光される０次光及び±ｎ次光のうち、第１加工光Ｌ１及び第２加工光Ｌ２に対してレーザ光Ｌの入射側とは反対側の加工対象物の表面３側に集光される光、及び第１加工光Ｌ１及び第２加工光Ｌ２に対してレーザ光Ｌの入射側の加工対象物の裏面２１側に集光される光を遮断するといえる。なお、反射型空間光変調器２０３は、遮断する光の少なくとも一部が光遮断部２２０の開口２２０ａの外側を通過するようにレーザ光Ｌを変調してもよい。
　図１４の（ａ）に示されるように、４ｆ光学系２４１のフーリエ面上に位置する光遮断部２２０の開口２２０ａの半径をＸとし、上述したように、加工対象物１の表面３に垂直な方向から見た場合における第１集光点Ｐ１と第２集光点Ｐ２との距離をＤとし、第２レンズ２４１ｂの第２焦点距離をｆ２とし、集光光学系２０４の焦点距離をｆとすると、光遮断部２２０が±２次光以上の高次光（±２次光については中心よりも外側の部分）を遮断するためには、Ｄ×ｆ２／ｆ＜２Ｘ＜２Ｄ×ｆ２／ｆを満たす必要がある。つまり、反射型空間光変調器２０３が、（Ｘ×ｆ）／（２×ｆ２）＜Ｄ／２＜（Ｘ×ｆ）／ｆ２を満たすようにレーザ光Ｌを変調すれば、光遮断部２２０が±２次光以上の高次光（±２次光については中心よりも外側の部分）を遮断することができる。
　また、図１４の（ｂ）に示されるように、光遮断部２２０が±３次光以上の高次光（±３次光については中心よりも外側の部分）を遮断するためには、Ｄ×ｆ２／ｆ＜２Ｘ＜３Ｄ×ｆ２／ｆを満たす必要がある。つまり、反射型空間光変調器２０３が、（Ｘ×ｆ）／（３×ｆ２）＜Ｄ／２＜（Ｘ×ｆ）／ｆ２を満たすようにレーザ光Ｌを変調すれば、光遮断部２２０が±３次光以上の高次光（±３次光については中心よりも外側の部分）を遮断することができる。
　一例として、Ｄ＝５０μｍ、ｆ２＝１５０ｍｍ、ｆ＝１．８ｍｍであれば、４１６６．７μｍ＜２Ｘ＜８３３３μｍを満たすように、光遮断部２２０の開口２２０ａの半径Ｘを決定すれば、光遮断部２２０が±２次光以上の高次光（±２次光については中心よりも外側の部分）を遮断することができる。換言すれば、２Ｘ＝１００００μｍ、ｆ２＝１５０ｍｍ、ｆ＝１．８ｍｍであれば、３０μｍ＜Ｄ／２＜６０μｍを満たすように、第１集光点Ｐ１と第２集光点Ｐ２との距離Ｄを決定すれば、光遮断部２２０が±２次光以上の高次光（±２次光については中心よりも外側の部分）を遮断することができる。
　また、Ｄ＝５０μｍ、ｆ２＝１５０ｍｍ、ｆ＝１．８ｍｍであれば、４１６６．７μｍ＜２Ｘ＜１２５００μｍを満たすように、光遮断部２２０の開口２２０ａの半径Ｘを決定すれば、光遮断部２２０が±３次光以上の高次光（±３次光については中心よりも外側の部分）を遮断することができる。換言すれば、２Ｘ＝１００００μｍ、ｆ２＝１５０ｍｍ、ｆ＝１．８ｍｍであれば、２０μｍ＜Ｄ／２＜６０μｍを満たすように、第１集光点Ｐ１と第２集光点Ｐ２との距離Ｄを決定すれば、光遮断部２２０が±３次光以上の高次光（±３次光については中心よりも外側の部分）を遮断することができる。
　なお、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にダメージが発生するのを抑制するために、光遮断部２２０は、＋ｎ次光を遮断する部材であってもよい。その場合、図１５の（ａ）に示されるように、４ｆ光学系２４１のフーリエ面上において共焦点Ｏから光遮断部２２０（光遮断部２２０の共焦点Ｏ側の辺）までの距離をＸとすると、光遮断部２２０が＋２次光以上の高次光（＋２次光については中心よりも外側の部分）を遮断するためには、Ｄ×ｆ２／ｆ＜２Ｘ＜２Ｄ×ｆ２／ｆを満たす必要がある。つまり、反射型空間光変調器２０３が、（Ｘ×ｆ）／（２×ｆ２）＜Ｄ／２＜（Ｘ×ｆ）／ｆ２を満たすようにレーザ光Ｌを変調すれば、光遮断部２２０が＋２次光以上の高次光（＋２次光については中心よりも外側の部分）を遮断することができる。
　また、図１５の（ｂ）に示されるように、光遮断部２２０が＋３次光以上の高次光（＋３次光については中心よりも外側の部分）を遮断するためには、Ｄ×ｆ２／ｆ＜２Ｘ＜３Ｄ×ｆ２／ｆを満たす必要がある。つまり、反射型空間光変調器２０３が、（Ｘ×ｆ）／（３×ｆ２）＜Ｄ／２＜（Ｘ×ｆ）／ｆ２を満たすようにレーザ光Ｌを変調すれば、光遮断部２２０が＋３次光以上の高次光（＋３次光については中心よりも外側の部分）を遮断することができる。
　更に、光遮断部２２０は、集光光学系２０４のレンズ視野を制限するように、集光光学系２０４の光入射部に設けられていてもよい。図１６の（ａ）に示されるように、集光光学系２０４の光入射部に位置する光遮断部２２０の開口２２０ａの半径をＸとし、上述したように、加工対象物１の表面３に垂直な方向から見た場合における第１集光点Ｐ１と第２集光点Ｐ２との距離をＤとすると、反射型空間光変調器２０３が、Ｘ／２＜Ｄ／２＜Ｘを満たすようにレーザ光Ｌを変調すれば、光遮断部２２０が±２次光以上の高次光（±２次光については中心よりも外側の部分）を遮断することができる。また、図１６の（ｂ）に示されるように、反射型空間光変調器２０３が、Ｘ／３＜Ｄ／２＜Ｘを満たすようにレーザ光Ｌを変調すれば、光遮断部２２０が±３次光以上の高次光（±３次光については中心よりも外側の部分）を遮断することができる。
　一例として、２Ｘ＝１５０μｍであれば、３７．５μｍ＜Ｄ／２＜７５μｍを満たすように、第１集光点Ｐ１と第２集光点Ｐ２との距離Ｄを決定すれば、光遮断部２２０が±２次光以上の高次光（±２次光については中心よりも外側の部分）を遮断することができる。また、２Ｘ＝１５０μｍであれば、２５μｍ＜Ｄ／２＜７５μｍを満たすように、第１集光点Ｐ１と第２集光点Ｐ２との距離Ｄを決定すれば、光遮断部２２０が±３次光以上の高次光（±３次光については中心よりも外側の部分）を遮断することができる。
　ここで、厚さ３００μｍ、結晶方位（１００）、抵抗値１Ω・ｃｍＵＰのシリコンウェハを加工対象物１として準備し、図１１及び上記の表３に示される条件でレーザ光Ｌの照射を行うことで、３次光と表面３におけるダメージの発生の有無との関係について調べた。なお、表面３におけるダメージの発生の有無を判別し易くするために、表面３に感熱性膜を形成して実験を行った。
　実験の結果、図１７の（ｄ）に示されるように、少なくとも３次光の影響によって、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にダメージが発生することが分かった。図１７の（ａ）は、切断予定ライン５に沿って切断した加工対象物１の切断面における０次光及び±ｎ次光のそれぞれの集光点の位置関係を示す図である。図１７の（ｂ）は、表面３における０次光及び±ｎ次光の状態を表面３側から観察した写真であり、改質領域未形成時のものである。図１７の（ｃ）は、表面３における０次光及び±ｎ次光の状態を表面３側から観察した写真であり、改質領域形成時のものである。図１７の（ｄ）は、感熱性膜を表面３側から観察した写真であり、改質領域形成時のものである。
　図１８は、本発明の比較例を説明するための図であり、（ａ）は、フーリエ面近傍でのレーザ光Ｌの状態を示すシミュレーション図であり、（ｂ）は、集光点近傍でのレーザ光Ｌの状態を示すシミュレーション図である。このように、＋３次光を遮断しないと、図１９に示されるように、＋３次光の影響によって、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に最も強いダメージが発生することが分かった。なお、図１９の上段は、０次光及び±ｎ次光のそれぞれの集光点を分岐させる方向に平行な方向にレーザ光Ｌを相対的に移動させた場合に感熱性膜を表面３側から観察した写真であり、図１９の下段は、０次光及び±ｎ次光のそれぞれの集光点を分岐させる方向に垂直な方向にレーザ光Ｌを相対的に移動させた場合に感熱性膜を表面３側から観察した写真である。
　図２０は、本発明の実施例を説明するための図であり、（ａ）は、フーリエ面近傍でのレーザ光Ｌの状態を示すシミュレーション図であり、（ｂ）は、集光点近傍でのレーザ光Ｌの状態を示すシミュレーション図である。このように、光遮断部２２０により＋３次光の一部を遮断すると、図２１に示されるように、＋３次光の影響によって加工対象物１の表面３に発生するダメージが弱まることが分かった。なお、図２１の上段は、０次光及び±ｎ次光のそれぞれの集光点を分岐させる方向に平行な方向にレーザ光Ｌを相対的に移動させた場合に感熱性膜を表面３側から観察した写真であり、図２１の下段は、０次光及び±ｎ次光のそれぞれの集光点を分岐させる方向に垂直な方向にレーザ光Ｌを相対的に移動させた場合に感熱性膜を表面３側から観察した写真である。
　図２２は、本発明の実施例を説明するための図であり、（ａ）は、フーリエ面近傍でのレーザ光Ｌの状態を示すシミュレーション図であり、（ｂ）は、集光点近傍でのレーザ光Ｌの状態を示すシミュレーション図である。このように、光遮断部２２０により＋３次光の全部を遮断すると、図２３に示されるように、＋３次光の影響によって加工対象物１の表面３に発生するダメージが略なくなることが分かった。なお、図２３の上段は、０次光及び±ｎ次光のそれぞれの集光点を分岐させる方向に平行な方向にレーザ光Ｌを相対的に移動させた場合に感熱性膜を表面３側から観察した写真であり、図２３の下段は、０次光及び±ｎ次光のそれぞれの集光点を分岐させる方向に垂直な方向にレーザ光Ｌを相対的に移動させた場合に感熱性膜を表面３側から観察した写真である。
　図２４は、本発明に関する実験結果を説明するための図である。この場合、集光光学系２０４のレンズ視野を制限するように、光遮断部２２０が集光光学系２０４の光入射部に設けられており、第１集光点Ｐ１と第２集光点Ｐ２との距離Ｄが５０μｍ以上のときに＋３次光を遮断することができるレンズ視野となっている。図２４に示される実験結果から明らかなように、光遮断部２２０により＋３次光が遮断されると、＋３次光の影響によって加工対象物１の表面３に発生するダメージが略なくなることが分かった。なお、図２４の上段は、０次光及び±ｎ次光のそれぞれの集光点を分岐させる方向に平行な方向にレーザ光Ｌを相対的に移動させた場合に感熱性膜を表面３側から観察した写真であり、図２４の下段は、０次光及び±ｎ次光のそれぞれの集光点を分岐させる方向に垂直な方向にレーザ光Ｌを相対的に移動させた場合に感熱性膜を表面３側から観察した写真である。
　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、レーザ光Ｌが第１加工光Ｌ１及び第２加工光Ｌ２を含む０次光及び±ｎ次光に分岐されて、第１加工光Ｌ１が第１集光点Ｐ１に集光されると共に第２加工光Ｌ２が第２集光点Ｐ２に集光されるように、レーザ光Ｌを変調し、加工対象物１において第１集光点Ｐ１及び第２集光点Ｐ２のそれぞれに対応する複数の領域のそれぞれに改質領域７を形成する。
　このとき、表面３における第１加工光Ｌ１の半径をＷ１とし、表面３における第２加工光Ｌ２の半径をＷ２とし、表面３に垂直な方向から見た場合における第１集光点Ｐ１と第２集光点Ｐ２との距離をＤとすると、Ｄ＞Ｗ１＋Ｗ２を満たすようにレーザ光Ｌを変調する。或いは、表面３に垂直な方向から見た場合における第１集光点Ｐ１と第２集光点Ｐ２との距離が４０μｍ～８０μｍとなるようにレーザ光Ｌを変調する。
　また、加工対象物１に集光される０次光及び±ｎ次光のうち第１加工光Ｌ１及び第２加工光Ｌ２に対して外側に集光される光を遮断する。或いは、加工対象物１に集光される０次光及び±ｎ次光のうち、第１加工光Ｌ１及び第２加工光Ｌ２に対してレーザ光Ｌの入射側とは反対側の加工対象物の表面３側に集光される光、及び第１加工光Ｌ１及び第２加工光Ｌ２に対してレーザ光Ｌの入射側の加工対象物の裏面２１側に集光される光を遮断する。
　そして、加工対象物１に改質領域７を形成した後、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１５ａ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、加工対象物１に集光される０次光及び±ｎ次光のうち第１加工光Ｌ１及び第２加工光Ｌ２に対して外側に集光される光を遮断する。或いは、加工対象物１に集光される０次光及び±ｎ次光のうち、第１加工光Ｌ１及び第２加工光Ｌ２に対してレーザ光Ｌの入射側とは反対側の加工対象物の表面３側に集光される光、及び第１加工光Ｌ１及び第２加工光Ｌ２に対してレーザ光Ｌの入射側の加工対象物の裏面２１側に集光される光を遮断する。これらにより、当該光が加工対象物１の表面３近傍及び裏面２１近傍に集光することが防止される。よって、レーザ光Ｌを複数の加工光に分岐して各加工光により改質領域７を形成する場合に、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、及びレーザ光Ｌの入射側の加工対象物の裏面２１に、ダメージが発生するのを抑制することができる。
　また、第１加工光Ｌ１及び第２加工光Ｌ２は、加工対象物１に集光される０次光及び±ｎ次光のうち０次光及び±１次光から選択され、光遮断部２２０は、加工対象物１に集光される±ｎ次光のうち±２次光及び±３次光を遮断する。これにより、相対的に大きいエネルギーを有する０次光及び±１次光を第１加工光Ｌ１及び第２加工光Ｌ２として効率良く利用しつつ、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、及びレーザ光Ｌの入射側の加工対象物１の裏面２１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。特に、相対的に大きいエネルギーを有する＋３次光を遮断することは、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にダメージが発生するのを抑制する上で重要である。
　また、光遮断部２２０は、第１加工光Ｌ１及び第２加工光Ｌ２を通過させる開口２２０ａを有している。これにより、少なくとも第１加工光Ｌ１及び第２加工光Ｌ２を通過させ且つ第１加工光Ｌ１及び第２加工光Ｌ２以外の所定の光を遮断する光遮断部２２０を簡単な構成で実現することができる。
　また、光遮断部２２０は、第１レンズ２４１ａと第２レンズ２４１ｂとの間のフーリエ面上に設けられている。これにより、第１加工光Ｌ１及び第２加工光Ｌ２以外の所定の光を確実に遮断することができる。なお、光遮断部２２０が、集光光学系２０４の光入射部に設けられていても、第１加工光Ｌ１及び第２加工光Ｌ２以外の所定の光を確実に遮断することができる。また、反射型空間光変調器２０３が、遮断する光の少なくとも一部が開口２２０ａの外側を通過するようにレーザ光Ｌを変調してもよい。これによれば、第１加工光Ｌ１及び第２加工光Ｌ２以外の所定の光をより確実に遮断することができる。
　また、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には、２次元状に配置された複数の機能素子１５ａ、及び隣り合う機能素子１５ａの間のストリート領域１７に配置された金属パターン１６が設けられており、切断予定ライン５は、表面３に垂直な方向から見た場合に隣り合う機能素子１５ａの間のストリート領域１７を通るように設定される。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において隣り合う機能素子１５ａの間のストリート領域１７に金属パターン１６が配置されていると、金属パターン１６で漏れ光の吸収が起こって当該表面３にダメージが発生し易くなる。しかし、そのような場合であっても、レーザ光Ｌの入射側とは反対側の加工対象物１の表面３にダメージが発生するのを抑制することができる。特に、基板１１の表面１１ａの全体に渡って層間絶縁膜（例えば、Low-k膜等）が形成されている場合には、当該層間絶縁膜の剥がれ等を抑制することができるので有効である。
　また、表面３における第１加工光Ｌ１の半径をＷ１とし、表面３における第２加工光Ｌ２の半径をＷ２とし、表面３に垂直な方向から見た場合における第１集光点Ｐ１と第２集光点Ｐ２との距離をＤとすると、Ｄ＞Ｗ１＋Ｗ２を満たすようにレーザ光Ｌを変調する。これにより、加工対象物１の表面３に到達した第１加工光Ｌ１の漏れ光及び第２加工光Ｌ２の漏れ光が表面３において干渉して強め合うことが防止される。よって、レーザ光Ｌを複数の加工光に分岐して各加工光により改質領域７を形成する場合にレーザ光Ｌの入射側とは反対側の加工対象物１の表面３にダメージが発生するのを抑制することができる。
　また、反射型空間光変調器２０３において隣り合う画素の間の距離をｄとし、４ｆ光学系２４１の倍率をｍとし、集光光学系２０４の焦点距離をｆとし、レーザ光Ｌの波長をλとすると、反射型空間光変調器２０３は、Ｄ＜２×ｆ×tan［asin｛λ／（ｄ×４×ｍ）｝］を満たすようにレーザ光Ｌを変調する。表面３に垂直な方向から見た場合における第１集光点Ｐ１と第２集光点Ｐ２との距離Ｄを大きくするためには、反射型空間光変調器２０３の変調パターンにおいてグレーティングピクセル数を小さくする必要がある。しかし、グレーティングピクセル数を小さくし過ぎると、レーザ光Ｌにおいて波面制御しきれない成分が増加して漏れ光が増加するおそれがある。Ｄ＜２×ｆ×tan［asin｛λ／（ｄ×４×ｍ）｝］を満たすようにレーザ光Ｌを変調することで、レーザ光Ｌにおいて波面制御しきれない成分が増加して漏れ光が増加するのを抑制し、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にダメージが発生するのを抑制することができる。
　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、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。
　また、０次光及び±ｎ次光のそれぞれの集光点は、加工対象物１において、次数を示す数値が小さくなるほど、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側に位置し、且つ切断予定ライン５に沿ったレーザ光Ｌの相対的移動方向における前側に位置する位置関係を有していてもよい。また、加工対象物１の表面３側からレーザ光Ｌを入射させてもよい。この場合、裏面２１がレーザ光Ｌの入射側とは反対側の加工対象物１の第１表面となり、表面３がレーザ光Ｌの入射側の加工対象物１の第２表面となる。
　また、光遮断部２２０は、＋ｎ次光を遮断する部材と、－ｎ次光を遮断する部材と、を有し、対向する部材の間の領域において第１加工光Ｌ１及び第２加工光Ｌ２を通過させるものであってもよい。また、光遮断部２２０は、加工対象物１に集光される±ｎ次光のうち、第１加工光Ｌ１及び第２加工光Ｌ２に対してレーザ光Ｌの入射側とは反対側の加工対象物の表面３側に集光される光のみを遮断する、或いは＋３次光のみを遮断する等、±２次光以上の高次光を選択的に遮断してもよい。
　本発明によれば、レーザ光を複数の加工光に分岐して各加工光により改質領域を形成する場合に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。
　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、１５ａ…機能素子、１６…金属パターン、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（空間光変調器）、２０４…集光光学系、２２０…光遮断部、２２０ａ…開口、２４１…４ｆ光学系（調整光学系）、２４１ａ…第１レンズ（第１光学素子）、２４１ｂ…第２レンズ（第２光学素子）、３００…レーザ加工装置、Ｌ…レーザ光、Ｌ１…第１加工光、Ｌ２…第２加工光、Ｐ１…第１集光点、Ｐ２…第２集光点。

Claims (12)

  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、
    　前記レーザ光が少なくとも第１加工光及び第２加工光を含む０次光及び±ｎ次光（ｎは自然数）に分岐されて、前記集光光学系により前記第１加工光が第１集光点に集光されると共に前記第２加工光が第２集光点に集光されるように、前記レーザ光源により出射された前記レーザ光を変調する空間光変調器と、
    　前記加工対象物に集光される前記０次光及び前記±ｎ次光のうち前記第１加工光及び前記第２加工光に対して外側に集光される光を遮断する光遮断部と、を備え、
    　前記０次光及び前記±ｎ次光のそれぞれの集光点は、前記加工対象物において、次数を示す数値が大きくなるほど、又は前記数値が小さくなるほど、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表面側に位置し、且つ前記切断予定ラインに沿った前記レーザ光の相対的移動方向における前側に位置する位置関係を有する、レーザ加工装置。
  2. 　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、
    　前記レーザ光が少なくとも第１加工光及び第２加工光を含む０次光及び±ｎ次光（ｎは自然数）に分岐されて、前記集光光学系により前記第１加工光が第１集光点に集光されると共に前記第２加工光が第２集光点に集光されるように、前記レーザ光源により出射された前記レーザ光を変調する空間光変調器と、
    　前記加工対象物に集光される前記０次光及び前記±ｎ次光のうち前記第１加工光及び前記第２加工光に対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表面側に集光される光を遮断する光遮断部と、を備え、
    　前記０次光及び前記±ｎ次光のそれぞれの集光点は、前記加工対象物において、次数を示す数値が大きくなるほど、又は前記数値が小さくなるほど、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表面側に位置し、且つ前記切断予定ラインに沿った前記レーザ光の相対的移動方向における前側に位置する位置関係を有する、レーザ加工装置。
  3. 　前記光遮断部は、前記加工対象物に集光される前記０次光及び前記±ｎ次光のうち前記第１加工光及び前記第２加工光に対して前記レーザ光の入射側の前記加工対象物の第２表面側に集光される光を更に遮断する、請求項２記載のレーザ加工装置。
  4. 　前記第１加工光及び前記第２加工光は、前記加工対象物に集光される前記０次光及び前記±ｎ次光のうち前記０次光及び±１次光から選択され、
    　前記光遮断部は、前記加工対象物に集光される前記±ｎ次光のうち＋３次光を遮断する、請求項１～３のいずれか一項記載のレーザ加工装置。
  5. 　前記光遮断部は、前記加工対象物に集光される前記±ｎ次光のうち±２次光及び－３次光を更に遮断する、請求項４記載のレーザ加工装置。
  6. 　前記光遮断部は、前記第１加工光及び前記第２加工光を通過させる開口を有する、請求項１～５のいずれか一項記載のレーザ加工装置。
  7. 　レンズとして機能する第１光学素子及び第２光学素子を有する調整光学系を更に備え、
    　前記第１光学素子及び前記第２光学素子は、前記空間光変調器と前記第１光学素子との間の光路の距離が前記第１光学素子の第１焦点距離となり、前記集光光学系と前記第２光学素子との間の光路の距離が前記第２光学素子の第２焦点距離となり、前記第１光学素子と前記第２光学素子との間の光路の距離が前記第１焦点距離と前記第２焦点距離との和となり、前記第１光学素子及び前記第２光学素子が両側テレセントリック光学系となるように、配置されており、
    　前記光遮断部は、前記第１光学素子と前記第２光学素子との間のフーリエ面上に設けられている、請求項６記載のレーザ加工装置。
  8. 　前記光遮断部は、前記集光光学系の光入射部に設けられている、請求項６記載のレーザ加工装置。
  9. 　前記空間光変調器は、遮断する光の少なくとも一部が前記開口の外側を通過するように前記レーザ光を変調する、請求項６～８のいずれか一項記載のレーザ加工装置。
  10. 　前記第１表面には、２次元状に配置された複数の機能素子、及び隣り合う前記機能素子の間の領域に配置された金属パターンが設けられており、
    　前記切断予定ラインは、前記第１表面に垂直な方向から見た場合に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１～９のいずれか一項記載のレーザ加工装置。
  11. 　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、
    　前記レーザ光が少なくとも第１加工光及び第２加工光を含む０次光及び±ｎ次光（ｎは自然数）に分岐されて、前記第１加工光が第１集光点に集光されると共に前記第２加工光が第２集光点に集光されるように、前記レーザ光を変調し、前記加工対象物に集光される前記０次光及び前記±ｎ次光のうち前記第１加工光及び前記第２加工光に対して外側に集光される光を遮断し、前記加工対象物において前記第１集光点及び前記第２集光点のそれぞれに対応する複数の領域のそれぞれに前記改質領域を形成する工程を備え、
    　前記０次光及び前記±ｎ次光のそれぞれの集光点は、前記加工対象物において、次数を示す数値が大きくなるほど、又は前記数値が小さくなるほど、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表面側に位置し、且つ前記切断予定ラインに沿った前記レーザ光の相対的移動方向における前側に位置する位置関係を有する、レーザ加工方法。
  12. 　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、
    　前記レーザ光が少なくとも第１加工光及び第２加工光を含む０次光及び±ｎ次光（ｎは自然数）に分岐されて、前記第１加工光が第１集光点に集光されると共に前記第２加工光が第２集光点に集光されるように、前記レーザ光を変調し、前記加工対象物に集光される前記０次光及び前記±ｎ次光のうち前記第１加工光及び前記第２加工光に対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表面側に集光される光を遮断し、前記加工対象物において前記第１集光点及び前記第２集光点のそれぞれに対応する複数の領域のそれぞれに前記改質領域を形成する工程を備え、
    　前記０次光及び前記±ｎ次光のそれぞれの集光点は、前記加工対象物において、次数を示す数値が大きくなるほど、又は前記数値が小さくなるほど、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表面側に位置し、且つ前記切断予定ラインに沿った前記レーザ光の相対的移動方向における前側に位置する位置関係を有する、レーザ加工方法。
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