JP5930811B2 - レーザ加工方法及びレーザ加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、加工対象物を切断するためのレーザ加工方法及びレーザ加工装置に関する。

従来のレーザ加工方法としては、加工対象物にレーザ光を集光させ、加工対象物において厚さ方向に複数列の改質領域を切断予定ラインに沿って形成するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このようなレーザ加工方法では、改質領域を切断の起点として加工対象物が切断され、これにより、複数のチップが得られることとなる。

特開２００６−６８８１６号公報

ここで、上述したようなレーザ加工方法は、半導体基板と半導体基板上に積層され金属配線を含む積層部とを具備する加工対象物に対して実施される場合がある。この場合、例えば加工対象物のストリート幅（得られる複数のチップ間の距離、カット幅とも称される）を狭くすると、金属配線が溶出する等の金属配線の損傷が生じるおそれがある。また、上述したようなレーザ加工方法としては、近年の普及拡大に伴い、高い切断能力を有するものが望まれる。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、切断能力を低下させることなく金属配線の損傷を抑制できるレーザ加工方法及びレーザ加工装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、金属配線の損傷は、加工対象物に対するレーザ光の照射に起因して生じるという知見を得た。また、さらに鋭意検討を重ねた結果、積層部側に改質領域を形成する際のレーザ光のパルス幅を小さくすると、金属配線の損傷が低減するという傾向を見出した。そこで、当該傾向を切断能力との関係で好適に利用できれば、切断能力を低下させることなく金属配線の損傷を抑制可能となることに想到し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明に係るレーザ加工方法は、半導体基板と半導体基板上に積層され金属配線を含む積層部とを具備する加工対象物に対し、当該加工対象物において積層部側の表面とは反対側の裏面からレーザ光を照射し、切断の起点となる改質領域を切断予定ラインに沿って加工対象物の内部に形成するレーザ加工方法であって、レーザ光を照射し、加工対象物の内部における表面側の位置に第１改質領域を形成する第１改質領域形成工程と、レーザ光を照射し、加工対象物の内部における第１改質領域よりも裏面側の位置に第２改質領域を形成する第２改質領域形成工程と、を含み、第１改質領域を形成する際に照射するレーザ光のパルス幅は、第２改質領域を形成する際に照射するレーザ光のパルス幅よりも小さいことを特徴とする。

また、本発明に係るレーザ加工装置は、半導体基板と半導体基板上に積層され金属配線を含む積層部とを具備する加工対象物に対し、当該加工対象物において積層部側の表面とは反対側の裏面からレーザ光を照射することにより、切断の起点となる改質領域を切断予定ラインに沿って加工対象物の内部に形成するレーザ加工装置であって、レーザ光を加工対象物に照射するレーザ光源部と、レーザ光源部で照射したレーザ光の集光点位置を移動させるための移動部と、レーザ光源部及び移動部を制御する制御部と、を備え、制御部は、加工対象物の内部における表面側の位置に第１改質領域が形成されるようにレーザ光を照射させる第１改質領域形成制御と、加工対象物の内部における第１改質領域よりも裏面側の位置に第２改質領域が形成されるようにレーザ光を照射させる第２改質領域形成制御と、を実行すると共に、第１改質領域を形成する際に照射するレーザ光のパルス幅を、第２改質領域を形成する際に照射するレーザ光のパルス幅よりも小さくさせることを特徴とする。

このレーザ加工方法及びレーザ加工装置では、第１改質領域を形成する際において、レーザ光のパルス幅と金属配線の損傷との上記傾向を利用し、当該損傷の発生を防ぐことができる。そして、切断時の加工対象物の直進性や加工対象物を精度よく切断できる割合（分断率）等の切断能力を、第２改質領域を形成することによって維持させることができる。従って、切断能力を低下させることなく金属配線の損傷を抑制することが可能となる。

また、レーザ光は、１０８０ｎｍ〜１２００ｎｍの波長を有することが好ましい。また、レーザ光源部は、１０８０ｎｍ〜１２００ｎｍの波長を有するレーザ光を加工対象物に照射することが好ましい。

この場合、切断能力を低下させることなく金属配線の損傷を抑制する上記作用効果が好適に奏される。これは、レーザ光の波長を１０８０ｎｍよりも小さくすると、加工対象物に対するレーザ光の透過性が不十分となり、改質領域を精度よく形成するのが困難となる一方、レーザ光の波長を１２００ｎｍよりも大きくすると、加工対象物に対するレーザ光の透過率が高まり過ぎ、レーザ光が金属配線に悪影響を及ぼすおそれがあるためである。

また、切断予定ラインは複数設けられており、複数の切断予定ラインに沿って第１改質領域形成工程を実施した後又は実施する前に、複数の切断予定ラインに沿って第２改質領域形成工程を実施する工程を含むことが好ましい。また、切断予定ラインは複数設けられており、制御部は、複数の切断予定ラインに沿って第１改質領域形成制御を実行した後又は実行する前に、複数の切断予定ラインに沿って第２改質領域形成制御を実行することが好ましい。

これにより、例えば第１及び第２改質領域を１つのレーザ光源を用いて形成する場合において、レーザ光のパルス幅の切替え回数を抑制することができ、加工時間を短縮化することが可能となる。

また、切断予定ラインは複数設けられており、一の切断予定ラインに沿って第１及び第２改質領域形成工程を実施するライン工程を、複数の切断予定ラインに対し順に実施する工程を含むことが好ましい。また、切断予定ラインは複数設けられており、制御部は、一の切断予定ラインに沿って第１及び第２改質領域形成制御を実施するライン制御を、複数の切断予定ラインに対し順に実施する制御を実行することが好ましい。

複数の切断予定ラインに沿って改質領域を形成する場合、例えば改質領域の形成による膨張又は当該改質領域から延びる亀裂が開くこと等の影響によって、改質領域が切断予定ラインからずれるという現象（以下、「インデックスずれ」という）が生じる場合がある。この点、上述したように、ライン工程又はライン制御を複数の切断予定ラインに対し順に実施することにより、インデックスずれを抑制することが可能となる。

本発明によれば、切断能力を低下させることなく金属配線の損傷を抑制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。 実施形態を実施するレーザ加工装置を示す概略構成図である。 反射型空間光変調器の部分断面図である。 第１実施形態によるレーザ加工の対象となる加工対象物を示す平面図である。 （ａ）は本実施形態におけるレーザ加工方法のフロー図、（ｂ）は図１０（ａ）の続きを示すフロー図、（ｃ）は図１０（ｂ）の続きを示すフロー図である。 （ａ）は図１０（ｃ）の続きを示すフロー図、（ｂ）は図１１（ａ）の続きを示すフロー図、（ｃ）は図１１（ｂ）の続きを示すフロー図である。 改質領域を形成する工程を説明するための概略断面図である。 第１実施形態における第１〜第３改質領域の形成を説明するための概略断面図である。 第１実施形態によるレーザ加工後の加工対象物の切断面を例示する写真図である。 金属配線の損傷を説明するための概略拡大断面図である。 金属配線の損傷を加工条件で比較した表である。 （ａ）は改質領域の表面からの距離と金属配線の損傷との相関を例示するグラフ、（ｂ）はレーザ光のパルス幅と金属配線の損傷との相関を例示するグラフ、（ｃ）はレーザ光の出力と金属配線の損傷との相関を例示するグラフである。 レーザ光の抜け光とレーザ光の集光点位置との関係を説明するための図である。 レーザ光のパルス幅と抜け光のエネルギー量との関係を説明するための図である。 レーザ光のパルス波形と金属配線の損傷との関係を説明するための図である。 改質領域の表面からの距離及びパルス幅について金属配線の損傷及び切断性能との相関を例示する表である。 本実施形態によるレーザ加工後の加工対象物の切断面を例示する他の写真図である。 第２実施形態における第１〜第３改質領域の形成を説明するための概略断面図である。 第３実施形態に係るレーザ加工方法を実施するレーザ加工装置を示す概略構成図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

本実施形態に係るレーザ加工方法では、加工対象物にレーザ光を集光させ、改質領域を切断予定ラインに沿って形成する。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に示すように、レーザ加工装置１００は、レーザ光Ｌをパルス発振するレーザ光源（レーザ光源部）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（移動部）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（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（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に示すように、加工対象物１には、加工対象物１を切断するための切断予定ライン５が設定されている。切断予定ライン５は、直線状に延びた仮想線である。加工対象物１の内部に改質領域を形成する場合、図３に示すように、加工対象物１の内部に集光点（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６に示すように、改質領域７が切断予定ライン５に沿って加工対象物１の内部に形成され、切断予定ライン５に沿って形成された改質領域７が切断起点領域８となる。

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。さらに、改質領域としては、加工対象物の材料において改質領域の密度が非改質領域の密度と比較して変化した領域や、格子欠陥が形成された領域がある（これらをまとめて高密転移領域ともいう）。

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

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

次に、本実施形態について詳細に説明する。

［第１実施形態］
図７は、第１実施形態に係るレーザ加工方法を実施するレーザ加工装置を示す概略構成図である。図７に示すように、本実施形態のレーザ加工装置３００は、レーザ光源（レーザ光源部）２０２、反射型空間光変調器２０３、４ｆ光学系２４１及び集光光学系２０４を筐体２３１内に備えている。レーザ光源２０２は、例えば１０８０ｎｍ〜１２００ｎｍ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が用いられている。ここでのレーザ光源２０２は、水平方向にレーザ光Ｌを出射するように、筐体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）が用いられている。ここでの反射型空間光変調器２０３は、水平方向から入射するレーザ光Ｌを変調して収差補正すると共に、水平方向に対し斜め上方に反射する。

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

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

複数の画素電極２１４は、複数の画素の配列に従って二次元状に配列されており、透明導電膜２１７に沿ってシリコン基板２１３上に配列されている。各画素電極２１４は、例えばアルミニウム等の金属材料からなり、これらの表面２１４ａは、平坦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、反射型空間光変調器２０３から出力しようとする光像に応じて各画素電極２１４への印加電圧を制御する。このようなアクティブ・マトリクス回路は、例えば図示しないＸ軸方向に並んだ各画素列の印加電圧を制御する第１のドライバ回路と、Ｙ軸方向に並んだ各画素列の印加電圧を制御する第２のドライバ回路とを有しており、制御部２５０によって双方のドライバ回路で指定された画素の画素電極２１４に所定電圧が印加されるよう構成されている。

なお、配向膜９９９ａ，９９９ｂは、液晶層２１６の両端面に配置されており、液晶分子群を一定方向に配列させる。配向膜９９９ａ，９９９ｂは、例えばポリイミドといった高分子材料からなり、液晶層２１６との接触面にラビング処理等が施されたものが適用される。

液晶層２１６は、複数の画素電極２１４と透明導電膜２１７との間に配置されており、各画素電極２１４と透明導電膜２１７とにより形成される電界に応じてレーザ光Ｌを変調する。すなわち、アクティブ・マトリクス回路によって或る画素電極２１４に電圧が印加されると、透明導電膜２１７と該画素電極２１４との間に電界が形成される。

この電界は、反射膜２１５及び液晶層２１６のそれぞれに対し、各々の厚さに応じた割合で印加される。そして、液晶層２１６に印加された電界の大きさに応じて液晶分子２１６ａの配列方向が変化する。レーザ光Ｌが透明基板２１８及び透明導電膜２１７を透過して液晶層２１６に入射すると、このレーザ光Ｌは液晶層２１６を通過する間に液晶分子２１６ａによって変調され、反射膜２１５において反射した後、再び液晶層２１６により変調されてから取り出されることとなる。

このとき、制御部２５０（後述）によって透明導電膜２１７と対向する各画素電極部２１４ａ毎に電圧が印加され、その電圧に応じて、液晶層２１６において透明導電膜２１７と対向する各画素電極部２１４ａに挟まれた部分の屈折率が変化される（各画素に対応した位置の液晶層２１６の屈折率が変化する）。かかる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の画素毎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毎に液晶層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、該レーザ光Ｌを構成する各光線において進行方向に直交する所定方向の成分の位相にずれが生じる。従って、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。ここでは、加工対象物１に照射されるレーザ光Ｌに対し、集光点Ｐで生じる球面収差を補正するための球面収差補正（収差補正）が施されることになる。

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

集光光学系２０４は、４ｆ光学系２４１によって変調されたレーザ光Ｌを加工対象物１の内部に集光するものである。この集光光学系２０４は、複数のレンズを含んで構成されており、圧電素子等を含んで構成された駆動ユニット２３２を介して筐体２３１の底板２３３に設置されている。

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て収差補正され、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２１０，２１８を順次透過して集光光学系２０４に入射し、ステージ１１１上に載置された加工対象物１内に集光光学系２０４によって集光される。

また、本実施形態のレーザ加工装置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。

さらにまた、本実施形態のレーザ加工装置３００は、当該レーザ加工装置３００を制御するための制御部として、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる制御部２５０及びパルス幅可変制御部２５１を備えている。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内の所定位置に位置し且つレーザ光Ｌの集光点Ｐが切断予定ライン５に沿って相対的に移動するように、筐体２３１やステージ１１１の位置、及び駆動ユニット２３２の駆動を制御する。ここでの制御部２５０は、加工対象物１内においてレーザ光入射面と反対側の位置に第１改質領域７ａが形成されるようにレーザ光Ｌを照射させる第１改質領域形成制御と、加工対象物１内において第１改質領域７ａよりもレーザ光入射面側の位置に第２改質領域７ｂが形成されるようレーザ光Ｌを照射させる第２改質領域形成制御と、加工対象物１内において第２改質領域７ｂよりもレーザ光入射面側の位置に第３改質領域７ｃが形成されるようレーザ光Ｌを照射させる第３改質領域形成制御と、を実行する（詳しくは、後述）。

また、制御部２５０は、改質領域７を形成する際、反射型空間光変調器２０３における各電極部２１４ａ，２１７ａに所定電圧を印加し、液晶層２１６に所定の変調パターンを表示させる。これにより、レーザ光Ｌが反射型空間光変調器２０３で所望に変調され、加工対象物１に照射されるレーザ光Ｌに対し所望の収差補正が施される。

なお、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、及び球面収差を補正するための球面収差補正パターンを含んでいる。

パルス幅可変制御部２５１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のパルス幅を可変する。具体的には、パルス幅可変制御部２５１は、第１改質領域７ａを形成する際に照射するレーザ光Ｌのパルス幅を、第２改質領域７ｂを形成する際に照射するレーザ光Ｌのパルス幅よりも小さくさせる。なお、「パルス幅」とは、通常、パルス波形においてピーク値の１／２以上の値となるときの時間幅である半値幅（ＦＷＨＭ（Full Width at Half Maximum））を意味している。

次に、上記レーザ加工装置３００を用いたレーザ加工方法について詳細に説明する。本実施形態のレーザ加工方法は、例えばＣＩＳデバイス等のイメージセンサを製造するための製造方法として用いられるものであって、加工対象物１を複数のチップに切断する。まず、レーザ加工方法の全体フローを概略説明する。

図９は本実施形態によるレーザ加工の対象となる加工対象物を示す平面図、図１０，１１は本実施形態におけるレーザ加工方法の各フローを示す図、図１２は、改質領域を形成する工程を説明するための断面図である。図９，１２に示すように、加工対象物１は、シリコン基板等の半導体基板２と、当該半導体基板２の表面２ａ上に積層された積層部４とを具備し、板状を呈している。加工対象物１の厚さは、好ましいとして１５０μｍ〜３５０μｍとされており、ここでは、より好ましいとして２００μｍ又は２５０μｍとされている。

積層部４は、絶縁層４ａ、金属配線４ｂ及び表層膜４ｃを含んでいる。絶縁層４ａは、半導体基板２の表面２ａ上に形成されている。この絶縁層４ａは、例えばＳｉＯ_２で形成され、絶縁性を有している。金属配線４ｂは、半導体基板２の表面２ａ上においてマトリックス状に並ぶ機能素子形成領域１５内に、絶縁層４ａで覆われるよう設けられている。この金属配線４ｂは、例えばアルミニウム等の金属で形成されている。表層膜４ｃは、絶縁層４ａの外表面を覆うように設けられ、例えば金属で形成されている。

この加工対象物１の積層部４側の表面３には、隣り合う機能素子形成領域１５間を通るように延びる切断予定ライン５が複数設定されている。複数の切断予定ライン５は、格子状に延在しており、加工対象物１のオリエンテーションフラット６に対して略平行な方向に沿う切断予定ライン５ａ、及び略垂直な方向に沿う切断予定ライン５ｂを含んでいる。表面３に沿う方向（厚さ方向に直交する方向）において切断予定ライン５と金属配線４ｂとの距離Ｄは、例えば２５μｍ以内とされている。

この加工対象物１に対してレーザ加工を施す場合、図１０（ａ）に示すように、まず、加工対象物１の表面３にＢＧテープ３１を貼り付ける。続いて、図１０（ｂ）に示すように、表面３と反対側の裏面２１がレーザ光入射面となるようにステージ１１１の支持台１０７上に加工対象物１を載置する。その後、図１０（ｃ）及び図１２に示すように、制御部２５０及びパルス幅可変制御部２５１によりレーザ加工装置３００を制御し、複数の切断予定ライン５に沿って、収差補正したレーザ光Ｌを加工対象物１の裏面３から照射する。これにより、厚さ方向位置が互いに異なる複数列（ここでは、３列）の第１〜第３改質領域７ａ〜７ｃを、複数の切断予定ライン５に沿って加工対象物１の内部に形成する。

続いて、図１０（ｃ）及び図１１（ａ）に示すように、加工対象物１の裏面２１にダイシングテープ３２を貼り付けた後、加工対象物１を上下反転して表面３が上方に位置するよう載置し、ＢＧテープ３１を取り外す。続いて、図１１（ｂ）に示すように、加工対象物１に対し裏面２１側から、ダイシングテープ３２を介して切断予定ライン５に沿うようにナイフエッジ３３を押し当て、切断予定ライン５に沿って外部から加工対象物１に力を印加する。これにより、改質領域７を切断の起点として、加工対象物１を複数のチップ１０に切断する。続いて、図１１（ｃ）に示すように、複数のチップを容易にピックアップするため、ＵＶ光（紫外線）をダイシングテープ３２に照射し、ダイシングテープ３２の粘着層を硬化させて粘着力を低下させる。そして、複数のチップ１０がピックアップされる。

次に、上述した第１〜第３改質領域７ａ〜７ｂの形成について、図１３を参照しつつ詳細に説明する。

まず、レーザ光Ｌのパルス幅を、後段の第２改質領域形成工程時のレーザ光Ｌのパルス幅よりも小さい第１パルス幅とし、例えば１５０ｎｓとする。また、加工対象物１の内部において表面３側の位置にレーザ光Ｌの集光点を合わせると共に、レーザ光Ｌの球面収差が補正されるように反射型空間光変調器２０３の液晶層２１６に所定変調パターンを表示させる。そして、第１パルス幅のレーザ光Ｌを出力１５μＪで加工対象物１に照射しつつ、当該レーザ光Ｌの集光点を、一の（任意の１つの）切断予定ライン５ａに沿って３６０ｍｍ／ｓの速度で相対移動させる。

これにより、加工対象物１内の表面３側の位置に、一の切断予定ライン５ａに沿って第１改質領域７ａを一列形成する（第１改質領域形成工程）。続いて、図１３（ａ）に示すように、上記第１改質領域形成工程を、他の複数の切断予定ライン５ａに沿って繰り返し実施すると共に、複数の切断予定ライン５ｂに沿って繰り返し実施する。以上により、加工対象物１内の表面３側の位置に、複数の切断予定ライン５ａ，５ｂに沿って第１改質領域７ａを形成する。

その後、レーザ光Ｌのパルス幅を、上記第１改質領域形成工程時のレーザ光Ｌのパルス幅よりも大きい第２パルス幅とし、例えば５００ｎｓとする。また、加工対象物１の内部において第１改質領域７ａよりも裏面２１側の位置にレーザ光Ｌの集光点を合わせると共に、レーザ光Ｌの球面収差が補正されるように反射型空間光変調器２０３の液晶層２１６に所定変調パターンを表示させる。そして、第２パルス幅のレーザ光Ｌを出力１５μＪで加工対象物１に照射しつつ、当該レーザ光Ｌの集光点を一の切断予定ライン５ａに沿って３６０ｍｍ／ｓの速度で相対移動させる。これにより、加工対象物１内の第１改質領域７ａよりも裏面２１側の位置に、一の切断予定ライン５ａに沿って第２改質領域７ｂを一列形成する（第２改質領域形成工程）。

続いて、加工対象物１の内部において第２改質領域７ｂよりも裏面２１側の位置にレーザ光Ｌの集光点を合わせると共に、レーザ光Ｌの球面収差が補正されるように反射型空間光変調器２０３の液晶層２１６に所定変調パターンを表示させる。そして、第２パルス幅のレーザ光Ｌを出力１０μＪで加工対象物１に照射しつつ、当該レーザ光Ｌの集光点を一の切断予定ライン５ａに沿って３６０ｍｍ／ｓの速度で相対移動させる。これにより、加工対象物１内の第２改質領域７ｂよりも裏面２１側の位置に、一の切断予定ライン５ａに沿って第３改質領域７ｃを一列形成する（第３改質領域形成工程）。

続いて、上記第２及び第３改質領域形成工程を、他の複数の切断予定ライン５ａに沿って実施すると共に、複数の切断予定ライン５ｂに沿って実施する。以上により、加工対象物１内の第１改質領域７ａよりも裏面２１側の位置に複数の切断予定ライン５ａ，５ｂに沿って第２改質領域７ｂを形成すると共に、加工対象物１内の第２改質領域７ｂよりも裏面２１側の位置に複数の切断予定ライン５ａ，５ｂに沿って第３改質領域７ｃを形成する。

図１４は、本実施形態によるレーザ加工後の加工対象物の切断面を例示する写真図である。図１４に示すように、本実施形態では、加工対象物１を精度よく切断できることを確認することができる。さらに、第１改質領域７ａから表面３に到達するツイストハックルの発生が抑制され、加工対象物１の直進性の悪化が抑制されることがわかる。

ところで、例えば加工対象物１のストリート幅を狭くした場合、従来のレーザ加工方法により切断されたチップ１０では、図１５に示すように、金属配線４ｂが絶縁層４ａを突き破って外部へ溶出（流出）し、配線不良が発生するという金属配線４ｂの損傷（特性不良）が生じるおそれがある。

ここで、従来のレーザ加工方法により加工対象物１を切断した基本条件加工と、基本条件加工に対しレーザ光Ｌの出射を停止した条件で加工対象物１を切断したダミーラン加工と、基本条件加工に対し帯電防止テープやイオナイザを用いて除電処理を行って加工対象物１を切断した除電条件加工と、において金属配線４ｂの損傷を比較した。その結果を図１６に示す。

図１６中の「改質領域の表面からの距離」は、表面３から第１改質領域７ａまでの距離（つまり、第１改質領域７ａの下端距離）を示している。「金属配線の損傷の判定」は、所定数のチップ（例えば３０チップ）中で金属配線４ｂの損傷が生じていない場合に“○（適）”とし、当該損傷が生じた場合に“×（不適）”とし、括弧内に損傷発生箇所数を示している。これらについては、以下の説明において同様である。

図１６に示すように、金属配線４ｂの損傷は、レーザ光Ｌを照射することにより初めて発生することが見出され、静電気対策を施しても生じることがわかる。これにより、金属配線４ｂの損傷は、加工対象物１に対するレーザ光Ｌの照射に起因して生じることが見出される。特に、レーザ光Ｌの照射後で加工対象物１にレーザ光Ｌの吸収が始まる（つまり、改質領域７の形成が始まる）までの間にて加工対象物１を透過するレーザ光（いわゆる、「抜け光」）が、金属配線４ｂの損傷の要因であると推測される。なお、加工対象物１に改質領域７を１列のみ形成した場合にも金属配線４ｂの損傷が生じており、１スキャンのレーザ加工のみで特性不良が発生することも確認される。

図１７は、各パラメータについて金属配線の損傷との相関を例示するグラフである。図１７（ａ）中では、レーザ光Ｌの波長を１０８０ｎｍとし、パルス幅を５００ｎｓとし、出力を１５μＪとし、収差補正有りとしている。図１７（ｂ）では、レーザ光Ｌの波長を１０８０ｎｍとし、出力を１５μＪとし、収差補正有りとし、表面３から第１改質領域７ａまでの距離を０μｍとしている。図１７（ｃ）中では、レーザ光Ｌの波長を１０８０ｎｍとし、収差補正有りとし、表面３から第１改質領域７ａまでの距離を２０μｍとしている。

図１７（ａ）に示すように、金属配線４ｂの損傷は、表面３から第１改質領域７ａまでの距離を大きくするほど発生し難い傾向を有することがわかる。これは、次のメカニズムによると考察される。すなわち、レーザ光Ｌの抜け光が金属配線４ｂの損傷に影響する場合、レーザ光Ｌの抜け光の影響範囲Ａｒ及び抜け光のエネルギー密度ρＥは、第１改質領域７ａの形成深さによって異なる。例えば図１８（ａ），（ｂ）に示すように、表面３と集光点Ｐまでの距離を１／２にした際、レーザ光Ｌの抜け光の影響範囲Ａｒは１／２（半径）に狭まるが、エネルギー密度ρＥは４倍に増加する。金属配線４ｂの損傷は、影響範囲Ａｒではなくエネルギー密度ρＥに起因していると考えられ、よって、第１改質領域７ａの形成位置（第１改質領域７ａを形成する際のレーザ光Ｌの集光点Ｐ位置）を表面３から離す方が、金属配線４ｂの損傷が発生し難くなるのである。

また、図１７（ｂ）に示すように、金属配線４ｂの損傷は、レーザ光Ｌのパルス幅が小さいほど発生し難い傾向を有することがわかる。パルス幅が大きい方が金属配線４ｂの損傷が発生し易い要因は、例えば次の２点であると推測する。すなわち、まず第１として、例えば図１９に示すように、パルス幅１５０ｎｓよりもパルス幅５００ｎｓのレーザ光Ｌの方が、２倍のエネルギー量の抜け光が発生することが確認される。そのため、抜け光のエネルギー量が大きい長パルス幅のレーザ光Ｌの方が、金属配線４ｂの損傷が発生し易いと推測される。

なお、厚さ３００μｍの加工対象物１において、改質領域７を形成に必要なエネルギー量とレーザ光Ｌのパルス幅とは、下記の関係を有している。これによっても、改質領域７の形成するために必要なエネルギー量は、長パルス幅のレーザ光Ｌの方が大きいことがわかる。
パルス幅：１５０ｎｓ 必要エネルギー量：１．２５μＪ 比率：１
パルス幅：２５０ｎｓ 必要エネルギー量：１．５μＪ 比率：１.２
パルス幅：３５０ｎｓ 必要エネルギー量：２μＪ 比率：１．６
パルス幅：５００ｎｓ 必要エネルギー量：２．５μＪ 比率：２

第２として、レーザ光Ｌの抜け光の状態は、そのパルス幅の違いによって異なっており、パルス幅１５０ｎｓではピーク出力は高いが時間的には短い抜け光が発生する一方、パルス幅５００ｎｓではピーク出力は低いが時間的に長い抜け光が発生している。金属配線４ｂの損傷は、ピーク出力ではなく時間的に長い抜け光に起因して発生すると推測される。

また、図１７（ｃ）に示すように、金属配線４ｂの損傷は、レーザ加工として通常用いられるレーザ光Ｌの出力域では、出力を変化させても影響がみられないことがわかる。なお、レーザ光Ｌの出力が６μＪ以下では、金属配線４ｂの損傷が未発生ではあるもののレーザ加工として実用的ではない。

図２０は、レーザ光のパルス波形と金属配線４ｂの損傷との関係を示す図である。図２０（ａ）〜２０（ｄ）に示す各パルス波形では、横軸が時間とされ、縦軸が出力値とされており、各パルス幅（半値幅）は互いに等しいものとされている。図２０に示すように、パルス幅が互いに等しい複数のパルス波形においては、立上がりの早い波形の方が金属配線４ｂの損傷に影響は少ないと推測される。よって、本実施形態においてレーザ光Ｌのパルス波形は、急峻な立上がりを有することが好ましい。

また、レーザ光Ｌを全て吸収する感光性樹脂（例えば融点２３０℃）を塗布した積層部４では、金属配線４ｂの損傷が発生しない場合があるという結果を得た。また、金属配線４ｂに使用されているアルミニウムを全面塗布した積層部４でも、金属配線４ｂの損傷が発生しない場合があるという結果を得た。よって、特に、本実施形態のように積層部４が絶縁層４ａと金属配線４ｂとを含んで構成されている場合、レーザ光Ｌの抜け光が絶縁層４ａ及び金属配線４ｂにて干渉または反射し、光が強め合った箇所で損傷が発生している可能性がある。

図２１は、第１改質領域の表面からの距離及びパルス幅について金属配線の損傷及び切断性能との相関を例示する表である。図２１中では、レーザ光Ｌの波長を１０８０ｎｍとし、周波数を９５ｋＨｚとし、加工速度を３６０ｍｍ／ｓｅｃとし、収差補正を有りとしている。図中のグラフの各セル内には、「金属配線の損傷の判定」、「直進性の判定」及び「分断率の判定」を上から順に示している。「直進性」は、加工対象物１の切断時の直進性を示し、３μｍ以内の場合に“○（適）”とし、当該３μｍよりも大きい場合に“×（不適）”とし、括弧内にその長さを示している。

図２１中の「分断率」は、所定数のチップ（例えば３０チップ）中で精度よく切断されたチップの割合を示し、１００％以内の場合に“○（適）”とし、それ以外の場合に“×（不適）”とし、括弧内に分断率を示している。ちなみに、図２１に示す相関は厚さ２００μｍの加工対象物１を対象にして例示するものであるが、厚さ２５０μｍの加工対象物１も同様の相関を有し、さらには、厚さ１５０μｍ〜３５０μｍの加工対象物１も同様の相関を有している。

図２１に示すように、レーザ光Ｌのパルス幅が４５０ｎｓ及び５００ｎｓのとき、金属配線４ｂに損傷が生じていることがわかる。また、レーザ光Ｌのパルス幅が２００ｎｓ及び１５０ｎｓのとき、切断能力が低下しており、直進性や分断率が不適となっていることがわかる。一方、レーザ光Ｌのパルス幅が２５０ｎｓ〜４００ｎｓのとき、切断能力を低下させることなく金属配線４ｂの損傷を抑制可能なことがわかる。よって、本実施形態においてレーザ光Ｌのパルス幅は、２５０ｎｓ〜４００ｎｓが好ましい。

また、第１改質領域７ａの表面３からの距離が１６μｍ以下のとき、金属配線４ｂの損傷及び切断能力の低下が生じていることがわかる。一方、次の場合、切断能力を低下させることなく金属配線４ｂの損傷を抑制できることがわかる。
パルス幅：250ｎｓ、第１改質領域７ａの表面３からの距離：20μｍ〜40μｍ
パルス幅：300ｎｓ、第１改質領域７ａの表面３からの距離：28μｍ〜40μｍ
パルス幅：350ｎｓ、第１改質領域７ａの表面３からの距離：28μｍ〜48μｍ
パルス幅：400ｎｓ、第１改質領域７ａの表面３からの距離：36μｍ〜48μｍ

よって、第１改質領域７ａの形成位置としての表面３からの距離は、パルス幅が２５０ｎｓの場合に２０μｍ〜４０μｍとされ、パルス幅が３００ｎｓの場合に２８μｍ〜４０μｍとされ、パルス幅が３５０ｎｓの場合に２８μｍ〜４８μｍとされ、パルス幅が４００ｎｓの場合に３６μｍ〜４８μｍとされるのが好ましいことが見出される。

なお、ここでのレーザ光Ｌのパルス幅の各数値は、加工上、製造上及び設計上等の誤差を有するものである。そのため、例えば図２１に示す例では、第１改質領域７ａの表面３からの距離は、好ましいとして、パルス幅が２２５ｎｓ〜２７５ｎｓの場合に２０μｍ〜４０μｍとされ、パルス幅が２７５ｎｓ〜３２５ｎｓの場合に２８μｍ〜４０μｍとされ、パルス幅が３２５ｎｓ〜３７５ｎｓの場合に２８μｍ〜４８μｍとされ、パルス幅が３７５ｎｓ〜４２５ｎｓの場合に３６μｍ〜４８μｍとされてもよい。

また、次に示すように、レーザ光Ｌのパルスピッチについては、金属配線４ｂの損傷に対し影響はみられないことがわかる。
パルスピッチ：2.25μｍ、金属配線４ｂの損傷箇所：14箇所
パルスピッチ：3.75μｍ、金属配線４ｂの損傷箇所：17箇所
パルスピッチ：5.25μｍ、金属配線４ｂの損傷箇所：15箇所
但し、パルス幅500ｎｓ、出力15μＪ、表面３から第１改質領域７ａまでの距離20μｍ

また、次に示すように、レーザ光Ｌの収差補正の有無についても、金属配線４ｂの損傷に対し影響はみられないことがわかる。
パルス幅：500ｎｓ、収差補正：有り、金属配線４ｂの損傷箇所：17箇所
パルス幅：500ｎｓ、収差補正：無し、金属配線４ｂの損傷箇所：12箇所
パルス幅：150ｎｓ、収差補正：有り、金属配線４ｂの損傷箇所：0箇所
パルス幅：150ｎｓ、収差補正：無し、金属配線４ｂの損傷箇所：0箇所

また、レーザ光Ｌの波長を１０８０ｎｍよりも小さくすると、加工対象物１に対するレーザ光Ｌの透過性が不十分となり、改質領域７を精度よく形成するのが困難となる。また、例えばレーザ光Ｌの波長を１０８０ｎｍよりも小さい１０６４ｎｍとすると、加工対象物１の材質や厚さ等に起因して、分断率を維持するためにスキャン本数（厚さ方向における改質領域７の列数）を増やす必要がある。つまり、切断能力が低下する場合があり好ましくない。他方、レーザ光Ｌの波長を１２００ｎｍよりも大きく（例えば１３００ｎｍ）すると、加工対象物１に対するレーザ光Ｌの透過率が高まることから、レーザ光Ｌが金属配線４ｂに悪影響を及ぼすおそれが高まるため、所定数のチップ（例えば３０チップ）中で金属配線４ｂの損傷が１００箇所以上発生する場合があり、好ましくない。よって、レーザ光Ｌの波長は１０８０ｎｍ〜１２００ｎｍであることが好ましい。

また、上述したように、第１改質領域形成工程における第１改質領域７ａの形成位置は、次の位置が好ましい。すなわち、パルス幅が２５０ｎｓの場合、表面３からの距離が２０μｍ〜４０μｍの位置とし、パルス幅が３００ｎｓの場合、表面３からの距離が２８μｍ〜４０μｍの位置とし、パルス幅が３５０ｎｓの場合、表面からの距離が２８μｍ〜４８μｍの位置とし、パルス幅が４００ｎｓの場合、表面からの距離が３６μｍ〜４８μｍの位置とすることが好ましい。これにより、第１改質領域７ａを形成する際のレーザ光Ｌのパルス幅と金属配線４ｂの損傷との間の上記傾向だけでなく、第１改質領域７ａの位置と金属配線４ｂの損傷との間の上記傾向（つまり、第１改質領域７ａの位置を表面３から遠ざけると、金属配線４ｂの損傷が低減するという傾向）をも、切断能力との関係で好適に利用することができる。その結果、切断能力を低下させることなく金属配線４ｂの損傷を抑制するという上記作用効果を、効果的に発揮させることが可能となる。

なお、第１改質領域７ａの表面３からの距離は、例えばパルス幅の各数値が有する加工上等の誤差のため、パルス幅が２２５ｎｓ〜２７５ｎｓの場合に２０μｍ〜４０μｍとされ、パルス幅が２７５ｎｓ〜３２５ｎｓの場合に２８μｍ〜４０μｍとされ、パルス幅が３２５ｎｓ〜３７５ｎｓの場合に２８μｍ〜４８μｍとされ、パルス幅が３７５ｎｓ〜４２５ｎｓの場合に３６μｍ〜４８μｍとされてもよい。

図２２は、本実施形態によるレーザ加工後の加工対象物の切断面を例示する他の写真図である。図２２に示す例では、改質領域７ｂを挟んで表面３側（レーザ光入射面側とは反対側）に、切断予定ライン５に沿って相互に離隔するように複数の微小空洞Ｖが形成されている。つまり、本実施形態の上記第２改質領域形成工程では、当該微小空洞Ｖが生じるように第２改質領域７ｂを形成している。これにより、切断予定ライン５から外れた不必要な割れが生じ難くなり、割断制御が容易となると共に、改質領域７と微小空洞Ｖとの間における応力分布によって加工対象物１を容易に切断することができる。

なお、微小空洞Ｖは、加工対象物１の内部のみにおいて形成されており、その周囲の結晶構造が実質的に変化していないものである。加工対象物１がシリコン単結晶構造の場合には、微小空洞Ｖの周囲はシリコン単結晶構造のままの部分が多い。この微小空洞Ｖは、改質領域７と連続して形成される場合もある。

ちなみに、切断予定ライン５が金属配線４ｂに近いほど金属配線４ｂの損傷が生じ易いことが見出されるため、切断予定ライン５と金属配線４ｂとの距離Ｄ（図１２参照）が２５μｍ以内である本実施形態の場合、金属配線４ｂの損傷が特に生じ易い。よって、本実施形態では、金属配線４ｂの損傷を抑制するという上記作用効果は顕著となる。

以上、本実施形態では、レーザ光Ｌのパルス幅を可変し、第１改質領域７ａを形成する際に照射するレーザ光Ｌのパルス幅を、第２改質領域７ｂを形成する際に照射するレーザ光Ｌのパルス幅よりも小さくしている。これにより、第１改質領域７ａを形成する際において、レーザ光Ｌのパルス幅と金属配線４ｂの損傷との上記傾向を利用し、当該損傷の発生を防きながら、第２改質領域７ｂを形成することによって切断能力を維持させることができる。従って、切断能力を低下させることなく金属配線４ｂの損傷を抑制可能となる。

また、本実施形態では、レーザ光Ｌが１０８０ｎｍ〜１２００ｎｍの波長を有している。これにより、切断能力を低下させることなく金属配線４ｂの損傷を抑制する上記作用効果が好適に奏される。これは、上述したように、レーザ光Ｌの波長を１０８０ｎｍよりも小さくすると、加工対象物１に対するレーザ光Ｌの透過性が不十分となり、改質領域７を精度よく形成するのが困難となる一方、レーザ光Ｌの波長を１２００ｎｍよりも大きくすると、加工対象物１に対するレーザ光Ｌの透過率が高まり過ぎ、レーザ光Ｌ及びその抜け光が金属配線４ｂに悪影響を及ぼすおそれが高まるためである。

また、本実施形態では、複数の切断予定ライン５ａ，５ｂに沿って上記第１改質領域形成工程を実施し、同じ深さ位置の全て第１改質領域７ａの形成を完了した後に、複数の切断予定ライン５ａ，５ｂに沿って上記第２及び第３改質領域形成工程を実施し、第２及び第３改質領域７ｂ，７ｃを形成している。つまり、制御部２５０及びパルス幅可変制御部２５１により、複数の切断予定ライン５に沿って上記第１改質領域形成制御を実行した後、複数の切断予定ライン５に沿って第２及び第３改質領域形成制御を実行している。その結果、パルス幅可変制御部２５１によるパルス幅の切替え回数を抑制でき（ここでは１回にでき）、加工時間を短縮化することが可能となる。

なお、レーザ光Ｌのパルス幅は瞬時に変更することが極めて困難であることから、パルス幅の切替え回数を抑制する上記効果は特に有効である。ちなみに、本実施形態では、レーザ光源１０１が１つで構成されているため、その装置構成を簡易化することができる。

ちなみに、本実施形態では、上記第１改質領域形成工程において、表面３に至る亀裂（いわゆるＢＨＣ）が第１改質領域７ａから生じないように第１改質領域７ａを形成することになる。この点においても、本実施形態では金属配線４ｂの損傷を抑制することができる。一方、上記第２改質領域形成工程では、表面３に至る亀裂が第２改質領域７ｂから生じるように第２改質領域７ｂを形成する。これにより、当該亀裂を利用して加工対象物１を確実に切断することができ、高い切断能力を確保することが可能となる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、本実施形態に説明では、上記第１実施形態と異なる点について主に説明する。

図２３は、第２実施形態における第１〜第３改質領域の形成を説明するための概略断面図である。図２３に示すように、本実施形態は、第１〜第３改質領域７ａ〜７ｃの形成順に関して上記第１実施形態と異なっている。具体的には、まず、レーザ光Ｌのパルス幅を、後段の第２改質領域形成工程時のパルス幅よりも小さい第１パルス幅とし、例えば１５０ｎｓとする。そして、図２３（ａ）に示すように、加工対象物１の内部において表面３側の位置にレーザ光Ｌの集光点を合わせ、第１パルス幅のレーザ光Ｌを加工対象物１に照射しつつ、当該レーザ光Ｌの集光点を一の切断予定ライン５に沿って相対移動させる。これにより、加工対象物１内の表面３側の位置に、一の切断予定ライン５に沿って第１改質領域７ａを一列形成する（第１改質領域形成工程）。

続いて、レーザ光Ｌのパルス幅を、上記第１改質領域形成工程時のパルス幅よりも大きい第２パルス幅とし、例えば５００ｎｓとする。そして、図２３（ｂ）に示すように、加工対象物１の内部において第１改質領域７ａよりも裏面２１側の位置にレーザ光Ｌの集光点を合わせ、第２パルス幅のレーザ光Ｌを加工対象物１に照射しつつ、当該レーザ光Ｌの集光点を一の切断予定ライン５に沿って相対移動させる。これにより、加工対象物１内の第１改質領域７ａよりも裏面２１側の位置に、一の切断予定ライン５に沿って第２改質領域７ｂを一列形成する（第２改質領域形成工程）。

続いて、図２３（ｃ）に示すように、加工対象物１の内部において第２改質領域７ｂよりも裏面２１側の位置にレーザ光Ｌの集光点を合わせ、第２パルス幅のレーザ光Ｌを加工対象物１に照射しつつ、当該レーザ光Ｌの集光点を一の切断予定ライン５に沿って相対移動させる。これにより、加工対象物１内の第２改質領域７ｂよりも裏面２１側の位置に、一の切断予定ライン５に沿って第３改質領域７ｃを一列形成する（第３改質領域形成工程）。以上により、一の切断予定ライン５に沿った第１〜第３改質領域７ａ〜７ｃの形成を完了する（ライン工程）。

続いて、図２３（ｄ）に示すように、上記ライン工程を、他の複数の切断予定ライン５に対して実施する。これにより、厚さ方向位置が互いに異なる複数の第１〜第３改質領域７ａ〜７ｃを、複数の切断予定ライン５に沿って加工対象物１の内部に形成する。

以上、本実施形態においても、上記実施形態と同様な作用効果、すなわち、切断能力を低下させることなく金属配線４ｂの損傷を抑制するという作用効果が奏される。

ここで、複数の切断予定ライン５に沿って改質領域７を形成する場合、加工が進行するにつれて形成される改質領域７が切断予定ライン５からずれ且つずれ量が次第に大きくなるというインデックスずれが発生する場合がある。このインデックスずれは、例えば、レーザ加工において加工対象物１の表面３若しくは裏面２１にまで延びる亀裂（ハーフカット）、若しくは表面３及び裏面２１にまで延びる亀裂（フルカット）が生じると、亀裂が開くことで当該亀裂を境にして、加工対象物１が開くために発生すると考えられる。また、このインデックスずれは、例えば、レーザ加工において形成される改質領域７の膨張により当該改質領域７を境にして奥側が奥へ移動し、手前側が手前にそれぞれ移動してしまうために発生すると考えられる。この現象は、改質領域７の形成位置が表面３や裏面２１に対し浅くなればなるほど、それより深い位置の亀裂と繋がった際に発生し易くなる。

この点、本実施形態では、１つの切断予定ライン５に沿って第１〜第３改質領域７ａ〜７ｂを連続して形成し、これを複数の切断予定ライン５に沿って繰り返している。具体的には、一の切断予定ライン５に沿って第１〜第３改質領域７ａ〜７ｃを形成する上記ライン工程を、複数の切断予定ライン５に対し順に実施している。つまり、制御部２５０及びパルス幅可変制御部２５１により、一の切断予定ライン５に沿って第１〜第３改質領域形成制御を実施するライン制御を、複数の切断予定ライン５に対し順に実施している。これにより、インデックスずれの悪影響を抑制することができ、その結果、インデックス補正を行う頻度を減らし、レーザ加工における加工時間の短縮化を図り、加工効率を向上させることができる。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。なお、本実施形態に説明では、上記第１実施形態と異なる点について主に説明する。

図２４は、第３実施形態に係るレーザ加工方法を実施するレーザ加工装置を示す概略構成図である。図２４に示すように、本実施形態のレーザ加工装置５００は、加工対象物１が水平に載置される載置台５１０と、レーザユニット５２０と、載置台５１０及びレーザユニット５２０を移動させる移動制御部５３０と、を備えている。移動制御部５３０は、載置台５１０を水平方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）に移動させ、レーザユニット５２０を鉛直方向（Ｚ軸方向）に移動させる。

レーザユニット５２０は、第１レーザ光Ｌ１をパルス発振する第１レーザ光源５０１と、第２レーザ光Ｌ２をパルス発振する第２レーザ光源５０２と、を備えている。第１レーザ光Ｌ１は、第２レーザ光Ｌ２よりも大きいパルス幅を有しており、例えば５００ｎｓのパルス幅を有している。この第１レーザ光Ｌ１は、その光量を調節する減衰器としてのアッテネータ５０３ａを通過した後、レーザ光Ｌ１の通過又は遮断を行うシャッタ５０４ａ、ビームサイズを拡大するビームエキスパンダ５０５ａ、ダイクロイックミラー５０６に順次に導かれ、集光用レンズ５０７ａにより集光されて加工対象物１に照射される。

第２レーザ光Ｌ２は、第１レーザ光Ｌ１よりも小さいパルス幅を有しており、例えば１５０ｎｓのパルス幅を有している。この第２レーザ光Ｌ２は、その光量を調節する減衰器としてのアッテネータ５０３ｂを通過した後、レーザ光Ｌ２の通過又は遮断を行うシャッタ５０４ｂ、ビームサイズを拡大するビームエキスパンダ５０５ｂに順次に導かれ、集光用レンズ５０７ｂにより集光されて加工対象物１に照射される。

集光用レンズ５０７ａには、ピエゾ素子５０８ａが取り付けられており、当該ピエゾ素子５０８ａにより集光用レンズ５０７ａのＺ軸方向位置が調整される。同様に、集光用レンズ５０７ｂにも、ピエゾ素子５０８ｂが取り付けられており、当該ピエゾ素子５０８ｂにより集光用レンズ５０７ｂのＺ軸方向位置が調整される。集光用レンズ５０７ａ，５０７ｂは、集光用レンズ３１とＸ軸方向に所定の距離Ｄだけ互いに離間して並設されており、ここでの距離Ｄは、３５ｍｍとされている。

制御部２５０は、第１及び第２レーザ光源５０１，５０２を制御し、これらから出射される第１及び第２レーザ光Ｌ１。Ｌ２それぞれの出力及びパルス幅等を調節する。また、制御部２５０は、ＡＦユニット２１２で取得した切断予定ライン５に沿うレーザ光入射面の変位データに基づいて、集光用レンズ３１，３２により集光される第１及び第２レーザ光Ｌ１，Ｌ２の集光点が表面３を基準として所定の位置に合うように、ピエゾ素子２８，２９の駆動をそれぞれ制御する。

このように構成されたレーザ加工装置５００においては、第１改質領域形成工程と同時に、第２又は第３改質領域形成工程を実施することができる。具体的には、第２レーザ光源５０２から第２レーザ光Ｌ２を照射して第１改質領域７ａを切断予定ライン５に沿って形成するのと同時に、第１レーザ光源５０１から第１レーザ光Ｌを照射して第２改質領域７ｂ又は第３改質領域７ｃを当該切断予定ライン５に沿って形成することができる。

従って、レーザ光Ｌのパルス幅の切替えを抑制することができ、加工時間を短縮化することが可能となる。さらに、一の切断予定ライン５毎に複数の改質領域７が形成されることになるため、インデックスずれの悪影響を抑制することができる。

なお、本実施形態では、第１レーザ光源５０１から第２レーザ光Ｌをパルス発振させると共に、第２レーザ光源５０２から第１レーザ光Ｌ１をパルス発振させてもよい。また、ＡＦユニット２１２を第１及び第２レーザ光Ｌ１，Ｌ２（集光用レンズ５０７ａ，５０７ｂ）のそれぞれに対応して設けてもよい。

さらにまた、本実施形態では、集光レンズ５０７ａ，５０７ｂに代えて１つの集光レンズを用いてもよい。この場合、第１及び第２レーザ光Ｌ１，Ｌ２の光路を適宜切り替えることにより、当該１つの集光レンズに第１及び第２レーザ光Ｌ１，Ｌ２が導かれることになる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用してもよい。

例えば、上記第１実施形態では、反射型空間光変調器２０３を設けず、反射型空間光変調器２０３によるレーザ光Ｌの収差補正を行わない場合もある。また、複数の切断予定ライン５に沿って上記第１改質領域形成工程を実施する前に、上記第２及び第３改質領域形成工程を実施する場合もある。

また、上記積層部４においては、金属配線４ｂとは別の１つ又は複数の金属配線がさらに積層配置されていてもよい。なお、本発明は、上記レーザ加工方法によりチップを製造するレーザ加工装置として捉えることもでき、また、上記レーザ加工方法により製造されたチップとして捉えることもできる。また、上記実施形態では、第１改質領域７ａを形成する前に第２及び第３改質領域７ｂ，７ｃを形成してもよい。また、第２改質領域７ｂを形成する前に第３改質領域７ｃを形成してもよい。

なお、上記において、複数の切断予定ライン５のうち改質領域７を形成する切断予定ライン５の順序については、限定されるものではないが、例えば厚さ方向視において加工対象物１の手前側領域、奥側領域、及び中央領域の順序で、各領域に延在する切断予定ライン５に沿ってライン工程を実施する場合がある。この場合、インデックスずれを互いに打ち消すように効果的に作用させることができ、インデックスずれを一層抑制することが可能となる。

１…加工対象物、２…半導体基板、３…表面、４…積層部、４ｂ…金属配線、５，５ａ，５ｂ…切断予定ライン、７…改質領域、７ａ…第１改質領域（改質領域）、７ｂ…第２改質領域（改質領域）、７ｃ…第３改質領域（改質領域）、２１…裏面、１００，３００，５００…レーザ加工装置、１０１…レーザ光源（レーザ光源部）、１１１…ステージ（移動部）、２０２…レーザ光源（レーザ光源部）、２３２…駆動ユニット、２５０…制御部、２５１…パルス幅可変制御部（制御部）、５０１…第１レーザ光源（レーザ光源部）、５０２…第２レーザ光源（レーザ光源部）、５０８ａ，５０８ｂ…ピエゾ素子、５３０…移動制御部（移動部，制御部）、Ｌ…レーザ光、Ｌ１…第１レーザ光（レーザ光）、Ｌ２…第２レーザ光（レーザ光）。

Claims (8)

1. 半導体基板と前記半導体基板上に積層され金属配線を含む積層部とを具備する加工対象物に対し、当該加工対象物において前記積層部側の表面とは反対側の裏面からレーザ光を照射することにより、切断の起点となる改質領域を切断予定ラインに沿って前記加工対象物の内部に形成するレーザ加工方法であって、
   前記レーザ光を照射し、前記加工対象物の内部における前記表面側の位置に第１改質領域を形成する第１改質領域形成工程と、
   前記レーザ光を照射し、前記加工対象物の内部における前記第１改質領域よりも前記裏面側の位置に第２改質領域を形成する第２改質領域形成工程と、を含み、
   前記第１改質領域を形成する際に照射する前記レーザ光のパルス幅は、前記第２改質領域を形成する際に照射する前記レーザ光のパルス幅よりも小さいことを特徴とするレーザ加工方法。
2. 前記レーザ光は、１０８０ｎｍ〜１２００ｎｍの波長を有することを特徴とする請求項１記載のレーザ加工方法。
3. 前記切断予定ラインは複数設けられており、
   複数の前記切断予定ラインに沿って前記第１改質領域形成工程を実施した後又は実施する前に、複数の前記切断予定ラインに沿って前記第２改質領域形成工程を実施する工程を含むことを特徴とする請求項１又は２記載のレーザ加工方法。
4. 前記切断予定ラインは複数設けられており、
   一の前記切断予定ラインに沿って前記第１及び第２改質領域形成工程を実施するライン工程を、複数の前記切断予定ラインに対し順に実施する工程を含むことを特徴とする請求項１又は２記載のレーザ加工方法。
5. 半導体基板と前記半導体基板上に積層され金属配線を含む積層部とを具備する加工対象物に対し、当該加工対象物において前記積層部側の表面とは反対側の裏面からレーザ光を照射することにより、切断の起点となる改質領域を切断予定ラインに沿って前記加工対象物の内部に形成するレーザ加工装置であって、
   前記レーザ光を前記加工対象物に照射するレーザ光源部と、
   前記レーザ光源部で照射した前記レーザ光の集光点位置を移動させるための移動部と、
   前記レーザ光源部及び前記移動部を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記加工対象物の内部における前記表面側の位置に第１改質領域が形成されるように前記レーザ光を照射させる第１改質領域形成制御と、
   前記加工対象物の内部における前記第１改質領域よりも前記裏面側の位置に第２改質領域が形成されるように前記レーザ光を照射させる第２改質領域形成制御と、を実行すると共に、
   前記第１改質領域を形成する際に照射する前記レーザ光のパルス幅を、前記第２改質領域を形成する際に照射する前記レーザ光のパルス幅よりも小さくさせることを特徴とするレーザ加工装置。
6. 前記レーザ光源部は、１０８０ｎｍ〜１２００ｎｍの波長を有する前記レーザ光を前記加工対象物に照射することを特徴とする請求項５記載のレーザ加工装置。
7. 前記切断予定ラインは複数設けられており、
   前記制御部は、複数の前記切断予定ラインに沿って前記第１改質領域形成制御を実行した後又は実行する前に、複数の前記切断予定ラインに沿って前記第２改質領域形成制御を実行することを特徴とする請求項５又は６記載のレーザ加工装置。
8. 前記切断予定ラインは複数設けられており、
   前記制御部は、一の前記切断予定ラインに沿って前記第１及び第２改質領域形成制御を実施するライン制御を、複数の前記切断予定ラインに対し順に実施する制御を実行することを特徴とする請求項５又は６記載のレーザ加工装置。