特許 7383340 レーザー加工装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-10

(45)【発行日】2023-11-20

(54)【発明の名称】レーザー加工装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/53 20140101AFI20231113BHJP

   B23K 26/064 20140101ALI20231113BHJP

   B23K 26/073 20060101ALI20231113BHJP

   B23K 26/55 20140101ALI20231113BHJP

   H01L 21/301 20060101ALI20231113BHJP

【ＦＩ】

B23K26/53

B23K26/064 A

B23K26/073

B23K26/55

H01L21/78 B

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019193626

(22)【出願日】2019-10-24

(65)【公開番号】P2021065912

(43)【公開日】2021-04-30

【審査請求日】2022-08-24

(73)【特許権者】

【識別番号】000134051

【氏名又は名称】株式会社ディスコ

(74)【代理人】

【識別番号】100075384

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 昂

(74)【代理人】

【識別番号】100172281

【弁理士】

【氏名又は名称】岡本 知広

(74)【代理人】

【識別番号】100206553

【弁理士】

【氏名又は名称】笠原 崇廣

(74)【代理人】

【識別番号】100189773

【弁理士】

【氏名又は名称】岡本 英哲

(74)【代理人】

【識別番号】100184055

【弁理士】

【氏名又は名称】岡野 貴之

(72)【発明者】

【氏名】武田 昇

(72)【発明者】

【氏名】上山 春樹

【審査官】山内 隆平

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－１９８７８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１８－５２０８８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／１９３９１８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００５－２８８５０３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ２６／５３

Ｂ２３Ｋ ２６／０６４

Ｂ２３Ｋ ２６／０７３

Ｂ２３Ｋ ２６／５５

Ｈ０１Ｌ ２１／３０１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被加工物を保持するチャックテーブルと、
該チャックテーブルによって保持された該被加工物にレーザービームを照射するレーザービーム照射ユニットと、
該チャックテーブルと該レーザービーム照射ユニットとを加工送り方向に沿って相対的に移動させる移動ユニットと、を備えるレーザー加工装置であって、
該レーザービーム照射ユニットは、該被加工物に対して透過性を有する波長のパルスレーザービームを発振するレーザー発振器と、該パルスレーザービームを集光して該チャックテーブルによって保持された該被加工物に照射する集光ユニットと、を有し、
該集光ユニットは、該パルスレーザービームを、強度分布を維持しながら伝播する領域を含む該レーザービームに変換し、
該レーザービームを、該集光ユニットから該チャックテーブルによって保持された該被加工物に、該領域が該被加工物の内部に位置付けられるように照射することにより、細孔と該細孔を囲む非晶質領域とを含むシールドトンネルを該被加工物の厚さ方向に沿って形成することを特徴とするレーザー加工装置。

【請求項2】

該集光ユニットは、該パルスレーザービームを変換してベッセルビームを形成するベッセルビーム形成ユニットと、該ベッセルビームを集光する凸レンズと、を有することを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工装置。

【請求項3】

該領域は、該ベッセルビーム形成ユニットと該凸レンズとの間には位置付けられないことを特徴とする請求項２に記載のレーザー加工装置。

【請求項4】

該ベッセルビーム形成ユニットは、アキシコンレンズであることを特徴とする請求項２又は３に記載のレーザー加工装置。

【請求項5】

該ベッセルビーム形成ユニットは、回折光学素子であることを特徴とする請求項２又は３に記載のレーザー加工装置。

【請求項6】

該凸レンズは、該レーザービームの伝播方向における該領域の長さが該被加工物の厚さ以上となるように該ベッセルビームを集光し、
該シールドトンネルは、該被加工物の表面及び裏面で露出するように形成されることを特徴とする請求項２又は３に記載のレーザー加工装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザービームの照射によって被加工物を加工するレーザー加工装置に関する。

【背景技術】

【0002】

デバイスチップの製造工程では、互いに交差する複数の分割予定ライン（ストリート）によって区画された複数の領域にそれぞれＩＣ（Integrated Circuit）、ＬＳＩ（Large Scale Integration）等のデバイスが形成されたウェーハが用いられる。このウェーハを分割予定ラインに沿って分割することにより、デバイスをそれぞれ備える複数のデバイスチップが得られる。

【0003】

ウェーハの分割には、ウェーハを保持するチャックテーブルと、環状の切削ブレードでウェーハを切削する切削ユニットとを備える切削装置が用いられる。切削ブレードを回転させ、チャックテーブルによって保持されたウェーハに切り込ませることにより、ウェーハが切断されて複数のデバイスチップに分割される。

【0004】

一方、近年では、レーザービームの照射によってウェーハを分割する手法も利用されている。例えば、ウェーハにレーザービームを分割予定ラインに沿って照射することにより、ウェーハの内部に改質された領域（改質層）が形成される。この改質層が形成された領域は、ウェーハの他の領域よりも脆くなる。そのため、分割予定ラインに沿って改質層が形成されたウェーハに外力を付与すると、ウェーハが分割予定ラインに沿って破断し、分割される（特許文献１参照）。

【0005】

また、ウェーハにレーザービームを照射することにより、ウェーハの内部にシールドトンネルと称されるフィラメント状の領域を形成する手法が提案されている（特許文献２参照）。このシールドトンネルは、ウェーハの厚さ方向に沿う細孔と、細孔を囲繞する非晶質領域とによって構成される。シールドトンネルが形成された領域は、ウェーハの他の領域と比較して破断しやすくなるため、シールドトンネルはウェーハの分割起点（分割のきっかけ）として機能する。

【0006】

シールドトンネルの形成時には、レーザービームを集光する集光レンズの球面収差がウェーハの厚さに応じて調整される。球面収差を大きくすると、ウェーハの厚さ方向においてレーザービームの集光領域が伸長され、ウェーハの厚さ方向に長いシールドトンネルをウェーハの内部に形成しやすくなる。これにより、ウェーハが比較的厚い場合にも（例えば厚さ３００μｍ程度）、ウェーハの表面側から裏面側に至るシールドトンネルを形成することができ、ウェーハに分割起点が適切に形成される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２００２－１９２３７０号公報

【文献】特開２０１６－１９８７８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

上記のように、シールドトンネルを形成する際には、シールドトンネルが被加工物の表面側から裏面側に渡って広範囲に形成されるように球面収差を伸長した状態で、例えば被加工物の表面側にレーザービームが照射される。しかしながら、本出願人による検証の結果、球面収差が伸長された状態でレーザービームを被加工物の表面側に照射すると、レーザービームの強度が被加工物の表面の近傍において極めて高くなる現象が確認された。

【0009】

そのため、球面収差を伸長する方法を用いると、被加工物の表面側の領域で損傷が生じ、被加工物の表面側に意図しない加工痕が残存することがある。これにより、被加工物の加工精度が低下するとともに、被加工物の分割によって得られるデバイスチップの品質が低下する恐れがある。

【0010】

本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、被加工物の損傷を抑制しつつ、被加工物にシールドトンネルを適切に形成することが可能なレーザー加工装置の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の一態様によれば、被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルによって保持された該被加工物にレーザービームを照射するレーザービーム照射ユニットと、該チャックテーブルと該レーザービーム照射ユニットとを加工送り方向に沿って相対的に移動させる移動ユニットと、を備えるレーザー加工装置であって、該レーザービーム照射ユニットは、該被加工物に対して透過性を有する波長のパルスレーザービームを発振するレーザー発振器と、該パルスレーザービームを集光して該チャックテーブルによって保持された該被加工物に照射する集光ユニットと、を有し、該集光ユニットは、該パルスレーザービームを、強度分布を維持しながら伝播する領域を含む該レーザービームに変換し、該レーザービームを、該集光ユニットから該チャックテーブルによって保持された該被加工物に、該領域が該被加工物の内部に位置付けられるように照射することにより、細孔と該細孔を囲む非晶質領域とを含むシールドトンネルを該被加工物の厚さ方向に沿って形成するレーザー加工装置が提供される。

【0012】

なお、好ましくは、該集光ユニットは、該パルスレーザービームを変換してベッセルビームを形成するベッセルビーム形成ユニットと、該ベッセルビームを集光する凸レンズと、を有する。また、好ましくは、該領域は、該ベッセルビーム形成ユニットと該凸レンズとの間には位置付けられない。また、好ましくは、該ベッセルビーム形成ユニットは、アキシコンレンズ又は回折光学素子である。また、好ましくは、該凸レンズは、該レーザービームの伝播方向における該領域の長さが該被加工物の厚さ以上となるように該ベッセルビームを集光し、該シールドトンネルは、該被加工物の表面及び裏面で露出するように形成される。

【発明の効果】

【0013】

本発明の一態様に係るレーザー加工装置は、パルスレーザービームを、強度分布を維持しながら伝播する領域を含むレーザービームに変換する集光ユニットを備える。そして、強度分布を維持しながら伝播する領域が被加工物の内部に位置付けられるように、レーザービームが被加工物に照射されることにより、シールドトンネルが被加工物の厚さ方向に沿って形成される。これにより、被加工物の損傷を抑制しつつ、被加工物にシールドトンネルを適切に形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】レーザー加工装置を示す斜視図である。

【図2】図２（Ａ）は被加工物を示す斜視図であり、図２（Ｂ）はデバイスが形成された被加工物を示す斜視図である。

【図3】レーザービーム照射ユニットを示す模式図である。

【図4】ベッセルビーム形成ユニットを示す側面図である。

【図5】図５（Ａ）は被加工物にレーザービームが照射される様子を示す一部断面正面図であり、図５（Ｂ）はレーザービームの照射後の被加工物を示す一部断面正面図である。

【図6】図６（Ａ）はシールドトンネルが形成された被加工物の一部を拡大して示す断面図であり、図６（Ｂ）はシールドトンネルを示す斜視図である。

【図7】被加工物の深さ方向におけるレーザービームの強度を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、添付図面を参照して本発明の一態様に係る実施形態を説明する。まず、本実施形態に係るレーザー加工装置の構成例について説明する。図１は、レーザー加工装置２を示す斜視図である。

【0016】

レーザー加工装置２は、レーザー加工装置２を構成する各構成要素を支持する基台４を備える。基台４の表面（上面）４ａは、Ｘ軸方向（加工送り方向、左右方向、第１水平方向）及びＹ軸方向（割り出し送り方向、前後方向、第２水平方向）と概ね平行に形成されており、基台４の表面４ａ上には移動ユニット（移動機構）６が設けられている。移動ユニット６は、Ｘ軸移動ユニット（Ｘ軸移動機構）８と、Ｙ軸移動ユニット（Ｙ軸移動機構）１８とを備える。

【0017】

Ｘ軸移動ユニット８は、基台４の表面４ａ上にＸ軸方向に沿って配置された一対のＸ軸ガイドレール１０を備える。一対のＸ軸ガイドレール１０には、板状のＸ軸移動テーブル１２が、一対のＸ軸ガイドレール１０に沿ってＸ軸方向にスライド可能な状態で装着されている。

【0018】

Ｘ軸移動テーブル１２の裏面（下面）側にはナット部（不図示）が設けられており、このナット部は、一対のＸ軸ガイドレール１０に沿って配置されたＸ軸ボールねじ１４に螺合されている。また、Ｘ軸ボールねじ１４の端部には、Ｘ軸ボールねじ１４を回転させるＸ軸パルスモータ１６が連結されている。Ｘ軸パルスモータ１６でＸ軸ボールねじ１４を回転させると、Ｘ軸移動テーブル１２が一対のＸ軸ガイドレール１０に沿ってＸ軸方向に移動する。

【0019】

Ｙ軸移動ユニット１８は、Ｘ軸移動テーブル１２の表面（上面）側にＹ軸方向に沿って配置された一対のＹ軸ガイドレール２０を備える。一対のＹ軸ガイドレール２０には、板状のＹ軸移動テーブル２２が、一対のＹ軸ガイドレール２０に沿ってＹ軸方向にスライド可能な状態で装着されている。

【0020】

Ｙ軸移動テーブル２２の裏面（下面）側にはナット部（不図示）が設けられており、このナット部は、一対のＹ軸ガイドレール２０に沿って配置されたＹ軸ボールねじ２４に螺合されている。また、Ｙ軸ボールねじ２４の端部には、Ｙ軸ボールねじ２４を回転させるＹ軸パルスモータ２６が連結されている。Ｙ軸パルスモータ２６でＹ軸ボールねじ２４を回転させると、Ｙ軸移動テーブル２２が一対のＹ軸ガイドレール２０に沿ってＹ軸方向に移動する。

【0021】

Ｙ軸移動テーブル２２の表面（上面）上には、レーザー加工装置２によって加工される被加工物１１（図２（Ａ）及び図２（Ｂ）参照）を保持するチャックテーブル（保持テーブル）２８が配置されている。チャックテーブル２８の上面は、被加工物１１を保持する保持面２８ａを構成する。

【0022】

図２（Ａ）は、被加工物１１を示す斜視図である。例えば被加工物１１は、サファイア、ガラス等でなる円盤状のウェーハであり、表面（第１面）１１ａ及び裏面（第２面）１１ｂを備える。ただし、被加工物１１の材質、形状、構造、大きさ等に制限はない。例えば被加工物１１は、半導体（Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮ、ＳｉＣ等）、セラミックス、樹脂、金属等でなる、円形状又は矩形状のウェーハであってもよい。

【0023】

また、被加工物１１には複数のデバイスが形成されていてもよい。図２（Ｂ）は、デバイス１３が形成された被加工物１１を示す斜視図である。例えば、サファイア等でなる被加工物１１の表面１１ａ側に、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＬＳＩ（Large Scale Integration）、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等のデバイス１３が複数形成される。

【0024】

なお、図２（Ｂ）に示す被加工物１１は、互いに交差するように格子状に配列された複数の分割予定ライン（ストリート）１５によって複数の矩形状の領域に区画されており、デバイス１３はそれぞれ、この領域の表面１１ａ側に形成されている。被加工物１１を分割予定ライン１５に沿って分割すると、デバイス１３をそれぞれ備える複数のデバイスチップが得られる。

【0025】

被加工物１１は、図１に示すチャックテーブル２８によって保持される。チャックテーブル２８の保持面２８ａは水平方向（ＸＹ平面方向）と概ね平行に形成されており、チャックテーブル２８の内部に形成された吸引路（不図示）を介してエジェクタ等の吸引源（不図示）に接続されている。被加工物１１を保持面２８ａ上に配置した状態で、保持面２８ａに吸引源の負圧を作用させることにより、被加工物１１がチャックテーブル２８によって吸引保持される。

【0026】

移動ユニット６は、チャックテーブル２８を保持面２８ａと平行な方向（ＸＹ平面方向）に沿って移動させる。具体的には、Ｘ軸移動ユニット８はチャックテーブル２８をＸ軸方向に沿って移動させ、Ｙ軸移動ユニット１８はチャックテーブル２８をＹ軸方向に沿って移動させる。また、チャックテーブル２８にはモータ等の回転駆動源（不図示）が連結されている。この回転駆動源は、チャックテーブル２８をＺ軸方向（鉛直方向、上下方向）に概ね平行な回転軸の周りで回転させる。

【0027】

基台４の後端部（移動ユニット６及びチャックテーブル２８の後方）には、支持構造３０が設けられている。支持構造３０は、基台４の表面４ａ上に配置された柱状の基部３０ａと、基部３０ａの上部から前方に突出する柱状の支持部３０ｂとを有する。

【0028】

支持部３０ｂの先端部（前端部）には、レーザービームを照射するレーザービーム照射ユニット３２が配置されている。レーザービーム照射ユニット３２は、被加工物１１を加工するためのレーザービームを、チャックテーブル２８によって保持された被加工物１１に向かって照射する。

【0029】

また、支持部３０ｂの先端部には、チャックテーブル２８によって保持された被加工物１１を撮像する撮像ユニット（カメラ）３４が設けられている。例えば撮像ユニット３４は、可視光カメラ、赤外線カメラ等によって構成され、レーザービーム照射ユニット３２とＸ軸方向において隣接するように配置される。撮像ユニット３４で被加工物１１を撮像することによって取得された画像に基づいて、チャックテーブル２８とレーザービーム照射ユニット３２との位置合わせや、被加工物１１の加工状況の確認等が行われる。

【0030】

レーザー加工装置２を構成する各構成要素（移動ユニット６、チャックテーブル２８、チャックテーブル２８に接続された回転駆動源（不図示）、レーザービーム照射ユニット３２、撮像ユニット３４等）はそれぞれ、制御ユニット（制御部）３６に接続されている。この制御ユニット３６によって、レーザー加工装置２の各構成要素の動作が制御される。

【0031】

制御ユニット３６は、コンピュータ等によって構成されており、レーザー加工装置２の制御に必要な演算等の処理を行う処理部と、処理部による処理に用いられる各種のデータ、プログラム等が記憶される記憶部とを備える。処理部は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサを含んで構成される。また、記憶部は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリによって構成される。

【0032】

レーザー加工装置２によって被加工物１１を加工する際は、まず、被加工物１１をチャックテーブル２８によって保持する。そして、レーザービーム照射ユニット３２からチャックテーブル２８によって保持された被加工物１１にレーザービームを照射することにより、被加工物１１が加工される。

【0033】

図３は、レーザービーム照射ユニット３２を示す模式図である。レーザービーム照射ユニット３２は、レーザービームをパルス発振するレーザー発振器５０を備える。レーザー発振器５０としては、例えばＹＡＧレーザー、ＹＶＯ_４レーザー、ＹＬＦレーザー等を用いることができる。このレーザー発振器５０から、パルスレーザービーム５２が発振される。

【0034】

なお、パルスレーザービーム５２の波長は、パルスレーザービーム５２の少なくとも一部が被加工物１１を透過するように設定される。すなわち、パルスレーザービーム５２は被加工物１１に対して透過性を有する。レーザー発振器５０から発振されたパルスレーザービーム５２は、ミラー５４で反射した後、集光ユニット５６に入射する。

【0035】

集光ユニット５６は、パルスレーザービーム５２を集光し、チャックテーブル２８によって保持された被加工物１１に照射する。具体的には、集光ユニット５６は、パルスレーザービーム５２を変換してレーザービーム６２を形成するとともに、レーザービーム６２を被加工物１１の内部で集光させる。その結果、被加工物１１がレーザービーム６２によって加工される。

【0036】

例えば、被加工物１１を分割予定ライン１５（図２（Ｂ）参照）に沿って分割する場合には、レーザービーム６２を分割予定ライン１５に沿って照射することにより、被加工物１１の内部に後述のシールドトンネル１７（図５（Ｂ）参照）が形成される。後述の通り、シールドトンネル１７が形成された領域は、被加工物１１の他の領域と比較して脆く、破断しやすい。そのため、シールドトンネル１７は被加工物１１の分割起点（分割のきっかけ）として機能する。

【0037】

被加工物１１を確実に分割するためには、シールドトンネル１７が被加工物１１の表面１１ａ側から裏面１１ｂ側に渡って広範囲に形成されることが好ましい。そこで、レーザービームを集光する集光レンズの球面収差を大きくすることにより、被加工物１１の厚さ方向においてレーザービームの集光領域を伸長する手法が用いられることがある。集光領域が伸長されたレーザービームを被加工物１１に照射すると、被加工物１１の厚さ方向に長いシールドトンネル１７が被加工物１１の内部に形成される。これにより、被加工物１１が比較的厚い場合にも、被加工物１１の表面１１ａ側から裏面１１ｂ側に至るシールドトンネル１７を形成することが可能となる。

【0038】

しかしながら、本出願人による検証の結果、球面収差が伸長された状態でレーザービームを被加工物１１の表面１１ａ側に照射すると、レーザービームの強度が被加工物１１の表面１１ａの近傍において極めて高くなる現象が確認された。そのため、球面収差を伸長する方法を用いると、被加工物１１の表面１１ａ側の領域で損傷が生じ、被加工物１１の表面１１ａ側に意図しない加工痕が残存することがある。これにより、被加工物１１の加工精度が低下するとともに、被加工物１１の分割によって得られるチップの品質が低下する恐れがある。

【0039】

そこで、本実施形態では、強度分布を維持しながら伝播する領域を含むレーザービーム６２を、該領域が被加工物１１の内部に位置付けられるように照射することによって、被加工物１１を加工する。具体的には、回折現象によるビームの広がり（ビーム径の拡大）が実質的に生じないレーザービーム（非回折性レーザービーム）の照射によって、被加工物１１にシールドトンネル１７を形成する。非回折性レーザービームは、強度分布が伝搬距離に依存しないという性質をもつ。非回折性レーザービームの例としては、ベッセルビーム、長距離伝搬非回折ビーム（LRNB：Long Range Nondiffracting Beam）等が挙げられる。

【0040】

集光ユニット５６は、レーザー発振器５０から発振されたパルスレーザービーム５２を、強度分布を維持しながら伝播する領域を含むレーザービーム６２に変換する。すなわち、集光ユニット５６は、パルスレーザービーム５２から非回折性レーザービームを生成する。なお、この非回折性レーザービームは、強度分布が変化しない状態で伝播する理想的な非回折性レーザービームである必要はなく、強度が所定の値以上に保たれた状態で所定の距離伝搬する近似的な非回折性レーザービームであればよい。

【0041】

例えば集光ユニット５６は、パルスレーザービーム５２を変換してベッセルビームを形成するベッセルビーム形成ユニット（ベッセルビーム形成素子）５８と、ベッセルビーム形成ユニット５８によって形成されたベッセルビームを集光する凸レンズ６０とを備える。この場合、被加工物１１に照射される非回折性のレーザービーム６２として、ベッセルビームが生成される。

【0042】

図４は、ベッセルビーム形成ユニット５８を示す側面図である。例えばベッセルビーム形成ユニット５８は、アキシコンレンズ６４によって構成される。アキシコンレンズ６４は、円柱状のエッジ部６４ａと、円錐状の先端部６４ｂとを備える。

【0043】

アキシコンレンズ６４のエッジ部６４ａ側にパルスレーザービーム５２が入射すると、アキシコンレンズ６４の先端部６４ｂ側からレーザービーム６２が出射する。このレーザービーム６２は、自己干渉効果によって伝播方向（アキシコンレンズ６４の光軸方向、矢印Ａで示す方向）における強度分布が維持される領域（干渉領域６２ａ）を含んでいる。この干渉領域６２ａでは、レーザービーム６２の回折が実質的に生じず、レーザービーム６２は微小なビーム径（例えば、直径数μｍ程度）を維持した状態で長距離（例えば、数ｍｍ以上）伝播する。すなわち、干渉領域６２ａにおいて近似的なベッセルビームが形成される。

【0044】

ただし、ベッセルビーム形成ユニット５８はアキシコンレンズ６４に限られない。例えば、ベッセルビーム形成ユニット５８は回折光学素子（DOE：Diffractive Optical Element）であってもよい。この場合、回折光学素子としては、例えばアキシコンレンズ６４と等価な光学性能を有するバイナリ光学素子を用いることができる。

【0045】

図３に示すように、ベッセルビーム形成ユニット５８によって形成されたベッセルビーム（近似的なベッセルビーム）は、凸レンズ６０を通過した後、レーザービーム６２として被加工物１１に照射される。このとき、レーザービーム６２は、干渉領域６２ａ（図４参照）の少なくとも一部が被加工物１１の内部（表面１１ａと裏面１１ｂとの間）に位置付けられるように照射される。

【0046】

なお、干渉領域６２ａの長さと、干渉領域６２ａの被加工物１１に対する高さ位置とは、ベッセルビーム形成ユニット５８及び凸レンズ６０の特性、位置等によって調整される。例えば、凸レンズ６０の開口数（ＮＡ）、アキシコンレンズ６４の角度θ（図４参照）、凸レンズ６０及びアキシコンレンズ６４の高さ位置、凸レンズ６０とアキシコンレンズ６４との位置関係等を調整することにより、干渉領域６２ａの長さ及び位置が制御される。

【0047】

次に、上記のレーザービーム照射ユニット３２を備えたレーザー加工装置２を用いて、被加工物１１を加工する具体的な方法について説明する。ここでは、レーザービーム照射ユニット３２から被加工物１１にレーザービーム６２を照射することにより、シールドトンネルと称されるフィラメント状の領域を被加工物１１に形成する。以下では一例として、被加工物１１の分割予定ライン１５（図２（Ｂ）参照）に沿ってシールドトンネルを形成する場合について説明する。

【0048】

図５（Ａ）は、被加工物１１にレーザービーム６２が照射される様子を示す一部断面正面図である。被加工物１１にレーザービーム６２を照射する際は、まず、被加工物１１をチャックテーブル２８によって保持する。例えば、レーザービーム６２を被加工物１１の表面１１ａ側に照射する場合には、被加工物１１を、表面１１ａ側が上方に露出し裏面１１ｂ側が保持面２８ａと対向するように、チャックテーブル２８上に配置する。この状態で、保持面２８ａに吸引源（不図示）の負圧を作用させることにより、被加工物１１がチャックテーブル２８によって吸引保持される。

【0049】

次に、チャックテーブル２８を回転させ、被加工物１１に設定された一の分割予定ライン１５（図２（Ｂ）参照）の長さ方向をＸ軸方向に合わせる。また、レーザービーム６２が一の分割予定ライン１５の延長線上で集光するように、チャックテーブル２８の位置を移動ユニット６（図１参照）によって調整する。なお、チャックテーブル２８とレーザービーム照射ユニット３２との位置合わせは、撮像ユニット３４（図１参照）によって取得された画像に基づいて行われる。

【0050】

その後、レーザービーム照射ユニット３２からレーザービーム６２を照射しながら、チャックテーブル２８を移動ユニット６（図１参照）によって加工送り方向（矢印Ｂで示す方向）に移動させる。これにより、被加工物１１を保持しているチャックテーブル２８と、レーザービーム照射ユニット３２とが、加工送り方向に沿って相対的に移動する。そして、レーザービーム６２が一の分割予定ライン１５に沿って線状に照射される。

【0051】

図５（Ｂ）は、レーザービーム６２の照射後の被加工物１１を示す一部断面正面図である。被加工物１１にレーザービーム６２が照射されると、被加工物１１には、複数のシールドトンネル１７が一の分割予定ライン１５に沿って形成される。複数のシールドトンネル１７はそれぞれ、被加工物１１の厚さ方向に沿ってフィラメント状に形成される。

【0052】

図６（Ａ）はシールドトンネル１７が形成された被加工物１１の一部を拡大して示す断面図であり、図６（Ｂ）はシールドトンネル１７を示す斜視図である。なお、図６（Ａ）には、シールドトンネル１７が被加工物１１の厚さ方向全域に渡って形成され、表面１１ａ及び裏面１１ｂで露出している例を示している。

【0053】

シールドトンネル１７は、被加工物１１の厚さ方向に沿って形成された細孔１７ａと、細孔１７ａを囲繞する非晶質領域１７ｂとによって構成される。例えば、細孔１７ａの直径は１μｍ以下、非晶質領域１７ｂの直径は５μｍ以下であり、隣接するシールドトンネル１７の非晶質領域１７ｂ同士は互いに結合している。

【0054】

シールドトンネル１７が形成された領域は、被加工物１１の他の領域よりも脆くなる。そのため、例えばシールドトンネル１７が形成された被加工物１１に外力を付与すると、被加工物１１がシールドトンネル１７に沿って分割される。すなわち、シールドトンネル１７は被加工物１１の分割起点として機能する。

【0055】

被加工物１１に照射されるレーザービーム６２の条件（エネルギー、繰り返し周波数、加工送り速度等）は、被加工物１１にシールドトンネル１７が適切に形成されるように設定される。なお、レーザービーム６２の具体的な照射条件の例は、後述の実施例の通りである。

【0056】

ここで、レーザービーム６２は、干渉領域６２ａが被加工物１１の内部に位置付けられるように、被加工物１１に照射される（図５（Ａ）参照）。例えば、干渉領域６２ａの長さ（レーザービーム６２の伝播方向における距離）が被加工物１１の厚さ未満である場合には、干渉領域６２ａの全体が被加工物１１の内部に位置付けられる。

【0057】

干渉領域６２ａでは、レーザービーム６２の強度が所定の値以上に維持されており、被加工物１１の内部のうち干渉領域６２ａが位置付けられた領域では特にシールドトンネル１７の形成が進行しやすい。そのため、被加工物１１の厚さ方向に沿うシールドトンネル１７が形成されやすくなり、被加工物１１が比較的厚い場合（例えば、厚さ３００μｍ以上）であっても、被加工物１１の厚さ方向の広範囲に渡ってシールドトンネル１７を形成することが可能となる。

【0058】

なお、シールドトンネル１７を分割起点として被加工物１１を確実に分割するためには、シールドトンネル１７が被加工物１１の表面１１ａから裏面１１ｂに至るように形成されることが好ましい。そこで、例えばレーザービーム６２は、干渉領域６２ａの長さが被加工物１１の厚さ以上となるように整形される。そして、レーザービーム６２は、干渉領域６２ａが被加工物１１の厚さ方向の全域に位置付けられるように、被加工物１１に照射される。すなわち、干渉領域６２ａの上端は被加工物１１の表面１１ａよりも上方に位置付けられ、干渉領域６２ａの下端は被加工物１１の裏面１１ｂよりも下方に位置付けられる。

【0059】

この状態で、レーザービーム６２が分割予定ライン１５に沿って走査される。これにより、被加工物１１の表面１１ａ及び裏面１１ｂで露出するシールドトンネル１７が、分割予定ライン１５に沿って確実に形成される。

【0060】

その後、他の分割予定ライン１５に対しても同様にレーザービーム６２を照射する。そして、被加工物１１に含まれる全ての分割予定ライン１５に沿ってレーザービーム６２が照射されると、シールドトンネル１７の形成工程が完了し、分割予定ライン１５に沿ってシールドトンネル１７が形成された被加工物１１が得られる。この被加工物１１に例えば外力を付与すると、被加工物１１が分割予定ライン１５に沿って破断し、デバイス１３（図２（Ｂ）参照）をそれぞれ備える複数のデバイスチップが得られる。

【0061】

次に、本実施形態に係るレーザービーム照射ユニット３２から照射されたレーザービーム（ベッセルビーム）の強度を評価した結果について説明する。本評価では、ベッセルビーム形成ユニット５８と凸レンズ６０とによって構成された集光ユニット５６（図３参照）から被加工物にレーザービームを照射した場合における、被加工物の内部でのレーザービームの強度を、シミュレーションによって算出した。

【0062】

本評価で用いたレーザービーム照射ユニット３２の構成は、図３に示す通りである。なお、レーザービーム６２としては、各パルスが５つのサブパルスに分割されたフェムト秒レーザー（バーストパルスレーザー）を用いた。また、レーザービームの照射条件は以下のように設定した。
波長 ：１０３０ｎｍ
エネルギー ：２５０μＪ
繰り返し周波数 ：１０ｋＨｚ
加工送り速度 ：１００ｍｍ／ｓ

【0063】

ベッセルビーム形成ユニット５８としては、角度θ（図４参照）が１．０°のアキシコンレンズ６４を用い、凸レンズ６０としては、焦点距離が２５ｍｍの非球面レンズを用いた。また、被加工物としては、厚さ１．５ｍｍの石英ガラスを用いた。

【0064】

そして、レーザービーム６２が被加工物の表面側に照射された場合における、被加工物の内部でのレーザービーム６２の強度を算出した。なお、レーザービームの強度は、Zemax OpticStudio（Zemax,LLC社製）及びVirtualLab（Light Trans社製）を用いたシミュレーションによって算出した。

【0065】

図７は、被加工物（石英ガラス）の深さ方向におけるレーザービームの強度を示すグラフである。図７において、本実施例に係るレーザービームの光軸中心における強度を実線で示している。また、図７には、本実施例に係る集光ユニット５６に代えて、集光レンズと、集光レンズの先端に固定されたガラス板（厚さ：２．０ｍｍ）とによって構成される集光ユニットでレーザービームを集光した場合のレーザービーム強度を、比較例（従来例）として示している。本比較例では、ガラス板によって球面収差が伸長されることにより、被加工物１１の厚さ方向におけるレーザービームの集光領域が延長されている。

【0066】

比較例では、被加工物の表面近傍においてレーザービームの強度が極めて高くなることが確認された。この結果より、球面収差が伸長されたレーザービームを被加工物に照射してシールドトンネルを形成すると、被加工物の表面側の領域で損傷が生じる可能性が高いことが示唆される。

【0067】

一方、本実施例に係るレーザービーム照射ユニット３２を用いた場合には、レーザービームの強度が被加工物の表面近傍で急激に増加する現象は確認されなかった。また、被加工物の表面側に入射したレーザービームは、被加工物の裏面側に向かって所定の強度を維持しながら長距離（図７では０．９ｍｍ程度）伝播することが確認された。

【0068】

この結果は、レーザービーム照射ユニット３２を用いると、被加工物の表面近傍において損傷が生じにくくなることを示唆している。また、レーザービーム照射ユニット３２から照射されたレーザービーム（ベッセルビーム）を用いると、球面収差が伸長されたレーザービームを用いる場合と比較して、レーザービームが所定の値以上の強度を維持したまま、被加工物の内部により深く伝播することが確認された。

【0069】

本評価の結果より、レーザービーム照射ユニット３２を用いると、被加工物の表面に過度のダメージを与えることなく、被加工物の内部にシールドトンネル１７（図５（Ｂ）等参照）を確実に形成することが可能となることが示された。

【0070】

以上の通り、本実施形態に係るレーザー加工装置２は、パルスレーザービーム５２を、強度分布を維持しながら伝播する領域を含むレーザービーム６２に変換する集光ユニット５６を備える。そして、強度分布を維持しながら伝播する領域が被加工物１１の内部に位置付けられるように、レーザービーム６２が被加工物１１に照射されることにより、シールドトンネル１７が被加工物１１の厚さ方向に沿って形成される。これにより、被加工物１１の損傷を抑制しつつ、被加工物１１にシールドトンネル１７を適切に形成することができる。

【0071】

なお、本実施形態に係る構造、方法等は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。

【符号の説明】

【0072】

１１ 被加工物
１１ａ 表面（第１面）
１１ｂ 裏面（第２面）
１３ デバイス
１５ 分割予定ライン（ストリート）
１７ シールドトンネル
１７ａ 細孔
１７ｂ 非晶質領域
２ レーザー加工装置
４ 基台
４ａ 表面（上面）
６ 移動ユニット（移動機構）
８ Ｘ軸移動ユニット（Ｘ軸移動機構）
１０ Ｘ軸ガイドレール
１２ Ｘ軸移動テーブル
１４ Ｘ軸ボールねじ
１６ Ｘ軸パルスモータ
１８ Ｙ軸移動ユニット（Ｙ軸移動機構）
２０ Ｙ軸ガイドレール
２２ Ｙ軸移動テーブル
２４ Ｙ軸ボールねじ
２６ Ｙ軸パルスモータ
２８ チャックテーブル（保持テーブル）
２８ａ 保持面
３０ 支持構造
３０ａ 基部
３０ｂ 支持部
３２ レーザービーム照射ユニット
３４ 撮像ユニット（カメラ）
３６ 制御ユニット（制御部）
５０ レーザー発振器
５２ パルスレーザービーム
５４ ミラー
５６ 集光ユニット
５８ ベッセルビーム形成ユニット（ベッセルビーム形成素子）
６０ 凸レンズ
６２ レーザービーム
６２ａ 干渉領域
６４ アキシコンレンズ
６４ａ エッジ部
６４ｂ 先端部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】