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(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】2024-11-18
(45)【発行日】2024-11-26
(54)【発明の名称】レーザー加工装置
(51)【国際特許分類】
B23K 26/364 20140101AFI20241119BHJP
H01L 21/301 20060101ALI20241119BHJP
【ＦＩ】
B23K26/364
H01L21/78 B
【請求項の数】
15
(21)【出願番号】P 2021104239
(22)【出願日】2021-06-23
(65)【公開番号】P2023003203
(43)【公開日】2023-01-11
【審査請求日】2024-04-23
(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】110002147
【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】前田 充史
【審査官】岩見 勤
(56)【参考文献】
【文献】特開平０６－２８５６５４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１４－５０９９４９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－１５８８５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１１／０１２７６９７（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１４／０２２７８８９（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｋ ２６／３６４
Ｈ０１Ｌ ２１／３０１
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
レーザー加工装置であって、被加工物を保持する保持テーブルと、
該保持テーブルに保持された被加工物にパルスレーザービームを集光して照射する集光光学素子を備えたレーザー照射手段と、
該保持テーブルと該パルスレーザービームの集光点とを相対的に加工送りする送り手段と、
加工条件を入力する入力手段と、
該入力手段から入力された加工条件で該レーザー照射手段および送り手段を制御する制御手段と、を備え、
該制御手段は、
該被加工物のレーザー加工において集光点を基準とした最適なデフォーカス量（ｄｚ）を、被加工物の沸点（Ｔｂ）と、吸収係数（α）と、密度（ρ）と、比熱（ｃ）と、該レーザー照射手段を構成するパルスレーザービームの集光角（θ）と、パルスレーザービームのパルスエネルギー（Ｅ）と、に基づいて求める、レーザー加工装置。
【請求項2】
該制御手段は、該パルスエネルギー（Ｅ）を、該被加工物による反射損失で補正する、
請求項１に記載のレーザー加工装置。
【請求項3】
該制御手段は、該集光角（θ）に代わって、該レーザー照射手段を構成する集光光学素子の焦点距離（ｆ）と、該集光光学素子に到達するパルスレーザービームの直径（Ｄ）とを更に用いて該デフォーカス量（ｄｚ）を求める、
請求項１または請求項２に記載のレーザー加工装置。
【請求項4】
該制御手段は、該パルスエネルギー（Ｅ）に代わって、パルスレーザービームの平均出力（Ｐ）と、該パルスレーザービームの繰り返し周波数（ｆｒ）とを更に用いて該デフォーカス量（ｄｚ）を求める、
請求項１乃至請求項３のうちいずれか一項に記載のレーザー加工装置。
【請求項5】
該制御手段は、最適なデフォーカス量(ｄｚ)を、パルスレーザービームの波長を（λ）、自然対数の底を（ｅ）、円周率を（π）として、ｍｋｓ単位系で、
【数1】
【請求項6】
該制御手段は、最適なデフォーカス量(ｄｚ)を、パルスレーザービームの波長を（λ）、パルスレーザービームのＭスクウェア値を（Ｍ２）、自然対数の底を（e）、円周率を（π）として、ｍｋｓ単位系で、
【数2】
【請求項7】
該制御手段は、レーザー加工すべき領域の所望の加工溝の深さを（Ｌ）と、該送り手段の送り速度を（ｖ）と、に基づいて
レーザー加工すべき領域への走査回数（Ｎｓ）を求める請求項１乃至請求項６のうちいずれか一項に記載のレーザー加工装置。
【請求項8】
該制御手段は、該走査回数（Ｎｓ）を、ｍｋｓ単位系で、
【数3】
【請求項9】
該制御手段は、該求められた最適なデフォーカス量（ｄｚ）によって決定されるスポット径が加工すべき領域の幅を超えている場合、
加工すべき領域の幅（ｇ）と、被加工物の沸点（Ｔｂ）と、吸収係数（α）と、密度（ρ）と、比熱（ｃ）と、に基づいて、パルスエネルギー（Ｅ）を調整し、
パルスレーザービームの集光角（θ）と、加工すべき領域の幅（ｇ）とに基づいて、デフォーカス量（ｄｚ）を調整する、
請求項１乃至請求項８のうちいずれか一項に記載のレーザー加工装置。
【請求項10】
該制御手段は、該パルスエネルギー（Ｅ）を、ｍｋｓ単位系で、
【数4】
該デフォーカス量（ｄｚ）を、ｍｋｓ単位系で、
【数5】
【請求項11】
該制御手段は、レーザー加工される加工溝の幅に対する加工溝の深さ（Ｌ）の比の上限値（ａ）に基づいてパルスレーザービームの走査ピッチ（ｐ）を求め、
パルスレーザービームを走査ピッチ（ｐ）で走査本数（Ｎ）だけ並列に走査する、
請求項１乃至請求項１０のうちいずれか一項に記載のレーザー加工装置。
【請求項12】
該制御手段は、該走査本数（Ｎ）を、ｍｋｓ単位系で、
【数6】
該走査ピッチ（ｐ）を
【数7】
請求項１１に記載のレーザー加工装置。
【請求項13】
制御手段は、レーザー加工される加工溝の幅に対する加工溝の深さ（Ｌ）と、レーザー加工される加工溝の幅に対する加工溝の深さ（Ｌ）の比の上限値（ａ）とし、
（Ｌ）／（ａ）が加工すべき領域の幅（ｇ）を超える場合、
警告を発する請求項１１または請求項１２に記載のレーザー加工装置。
【請求項14】
該レーザー加工装置は、該被加工物に形成された加工溝の深さ（Ｌ）を測定する深さ測定器を有し、
該制御手段は、
該深さ測定器によって測定されたレーザー加工溝の幅に対する加工溝の深さ（Ｌ）の比の上限値（ａ）を算出する上限値算出部と、
該上限値算出部によって算出された該上限値（ａ）に基づいて、所望の深さを有する加工溝を形成するための加工条件を算出する加工条件算出部と、
を更に含む、請求項１乃至請求項１３のうちいずれか一項に記載のレーザー加工装置。
【請求項15】
該制御手段は、該加工条件算出部によって算出された加工条件で被加工物を加工した後、
該深さ測定器で被加工物に形成された加工溝の深さ測定を行い、
該加工溝の深さが所望の深さになっているか否かを判定する判定部と、
該判定部による判定の結果、所望の深さになっていないと判定された場合に、走査回数（Ｎｓ）を修正する加工条件修正部と、
を更に備える、請求項１４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、レーザー加工装置に関する。
【背景技術】
【0002】
ＩＣ（Integrated Circuit）、ＬＳＩ（Large Scale Integration）、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の複数のデバイスが分割予定ラインによって区画され表面に形成されたウエーハは、レーザー加工装置によって個々のデバイスチップに分割され、携帯電話、パソコン等の電気機器に利用される（例えば、特許文献１参照）。
【0003】
レーザー加工装置は、被加工物を保持する保持テーブルと、該保持テーブルに保持された被加工物にレーザービームを照射してレーザー加工を施すレーザー照射手段と、該保持テーブルと該レーザービームの集光点とを相対的に加工送りする送り手段と、加工条件を入力する入力手段と、該入力手段から入力された加工条件で少なくとも該レーザー照射手段および該送り手段を制御する制御手段と、を備え、ウエーハを高精度に個々のデバイスチップに分割することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開平１０－３０５４２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献１に示されたレーザー加工装置は、被加工物の種類ごとにレーザービームの出力、デフォーカス量や走査回数等について実験を繰り返し最適な加工条件を求めなければならず生産性が悪いという問題がある。
【0006】
従って、被加工物の種類に応じて最適な加工条件を生産性の向上を図りながらも設定できるレーザー加工装置に解決すべき課題がある。
【0007】
本願発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その目的は、被加工物の種類に応じて最適な加工条件を生産性の向上を図りながらも設定できるレーザー加工装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のレーザー加工装置は、レーザー加工装置であって、被加工物を保持する保持テーブルと、該保持テーブルに保持された被加工物にパルスレーザービームを集光して照射する集光光学素子を備えたレーザー照射手段と、該保持テーブルと該パルスレーザービームの集光点とを相対的に加工送りする送り手段と、加工条件を入力する入力手段と、該入力手段から入力された加工条件で該レーザー照射手段および送り手段を制御する制御手段と、を備え、該制御手段は、該被加工物のレーザー加工において集光点を基準とした最適なデフォーカス量（ｄｚ）を、被加工物の沸点（Ｔｂ）と、吸収係数（α）と、密度（ρ）と、比熱（ｃ）と、該レーザー照射手段を構成するパルスレーザービームの集光角（θ）と、パルスレーザービームのパルスエネルギー（Ｅ）と、に基づいて求めることを特徴とする。
【0009】
前記レーザー加工装置において、該制御手段は、該パルスエネルギー（Ｅ）を、該被加工物による反射損失で補正しても良い。
【0010】
前記レーザー加工装置において、該制御手段は、該集光角（θ）に代わって、該レーザー照射手段を構成する集光光学素子の焦点距離（ｆ）と、該集光光学素子に到達するパルスレーザービームの直径（Ｄ）とを更に用いて該デフォーカス量（ｄｚ）を求めても良い。
【0011】
前記レーザー加工装置において、該制御手段は、該パルスエネルギー（Ｅ）に代わって、パルスレーザービームの平均出力（Ｐ）と、該パルスレーザービームの繰り返し周波数（ｆｒ）とを更に用いて該デフォーカス量（ｄｚ）を求めても良い。
【0012】
前記レーザー加工装置において、該制御手段は、最適なデフォーカス量(ｄｚ)を、パルスレーザービームの波長を（λ）、自然対数の底を（ｅ）、円周率を（π）として、ｍｋｓ単位系で、
で求めても良い。
【数1】
【0013】
前記レーザー加工装置において、該制御手段は、最適なデフォーカス量(ｄｚ)を、パルスレーザービームの波長を（λ）、パルスレーザービームのＭスクウェア値を（Ｍ２）、自然対数の底を（e）、円周率を（π）として、ｍｋｓ単位系で、
で求めても良い。
【数2】
【0014】
前記レーザー加工装置において、該制御手段は、レーザー加工すべき領域の所望の加工溝の深さを（Ｌ）と、該送り手段の送り速度を（ｖ）と、に基づいて、レーザー加工すべき領域への走査回数（Ｎｓ）を求めても良い。
【0015】
前記レーザー加工装置において、該制御手段は、該走査回数（Ｎｓ）を、ｍｋｓ単位系で、
で求めても良い。
【数3】
【0016】
前記レーザー加工装置において、該制御手段は、該求められた最適なデフォーカス量（ｄｚ）によって決定されるスポット径が加工すべき領域の幅を超えている場合、加工すべき領域の幅（ｇ）と、被加工物の沸点（Ｔｂ）と、吸収係数（α）と、密度（ρ）と、比熱（ｃ）と、に基づいて、パルスエネルギー（Ｅ）を調整し、パルスレーザービームの集光角（θ）と、加工すべき領域の幅（ｇ）とに基づいて、デフォーカス量（ｄｚ）を調整しても良い。
【0017】
前記レーザー加工装置において、該制御手段は、該パルスエネルギー（Ｅ）を、ｍｋｓ単位系で、
で調整し、
該デフォーカス量（ｄｚ）を、ｍｋｓ単位系で、
で調整しても良い。
【数4】
該デフォーカス量（ｄｚ）を、ｍｋｓ単位系で、
【数5】
【0018】
前記レーザー加工装置において、該制御手段は、レーザー加工される加工溝の幅に対する加工溝の深さ（Ｌ）の比の上限値（ａ）に基づいてパルスレーザービームの走査ピッチ（ｐ）を求め、パルスレーザービームを走査ピッチ（ｐ）で走査本数（Ｎ）だけ並列に走査しても良い。
【0019】
前記レーザー加工装置において、該制御手段は、該走査本数（Ｎ）を、ｍｋｓ単位系で、
で求め、
該走査ピッチ（ｐ）を
で求めても良い。
【数6】
該走査ピッチ（ｐ）を
【数7】
【0020】
前記レーザー加工装置において、制御手段は、レーザー加工される加工溝の幅に対する加工溝の深さ（Ｌ）と、レーザー加工される加工溝の幅に対する加工溝の深さ（Ｌ）の比の上限値（ａ）とし、（Ｌ）/（ａ）が加工すべき領域の幅（ｇ）を超える場合、警告を発しても良い。
【0021】
前記レーザー加工装置において、該レーザー加工装置は、該被加工物に形成された加工溝の深さ（Ｌ）を測定する深さ測定器を有し、該制御手段は、該深さ測定器によって測定されたレーザー加工溝の幅に対する加工溝の深さ（Ｌ）の比の上限値（ａ）を算出する上限値算出部と、該上限値算出部によって算出された該上限値（ａ）に基づいて、所望の深さを有する加工溝を形成するための加工条件を算出する加工条件算出部と、を更に含んでも良い。
【0022】
前記レーザー加工装置において、該制御手段は、該加工条件算出部によって算出された加工条件で被加工物を加工した後、該深さ測定器で被加工物に形成された加工溝の深さ測定を行い、該加工溝の深さが所望の深さになっているか否かを判定する判定部と、該判定部による判定の結果、所望の深さになっていないと判定された場合に、走査回数（Ｎｓ）を修正する加工条件修正部と、を更に備えても良い。
【0023】
さて、図１に示すように、基板２０１の表面２０２に格子状に形成された分割予定ライン２０３で区画された領域にデバイス２０４が形成された被加工物２００にパルスレーザービーム２１（図２に示す）を照射して、被加工物２００にアブレーション加工を施し、加工溝２１０を形成する。なお、図１は、実施形態１に係るレーザー加工装置の加工対象の被加工物の要部の平面図である。図２は、実施形態１に係るレーザー加工装置が被加工物にレーザー加工を施す状態を模式的に示す側面図である。
【0024】
パルス幅がピコ秒オーダーまで圧縮されたパルスレーザービーム２１を物質に照射した場合、光エネルギーによって被加工物２００が発熱しても、その熱の拡散量が十分小さいうちに光照射が完了し、その照射領域が除去される。また、フェムト秒オーダーまで圧縮されたパルスレーザービーム２１を照射した場合には、被加工物２００が発熱することなく分子や原子の結合が切断され、その照射領域が除去される。すなわち、吸収された光エネルギーの殆どは、熱として拡散することなく、その場に留まり、被加工物の除去に寄与する。その結果、閾値以上の光エネルギーを吸収した領域がそのまま除去されると捉えることが可能となり、照射光のフルエンスが加工閾値Ｆｔｈを超える領域のみ除去される、というモデルが成立する。このモデルに従うと、１パルスのパルスレーザービーム２１で形成される加工痕の深さＬ０と、被加工物２００の表面２０２でのフルエンスＦ０との関係は、下記の式１及び式２で示すことができる。
【0025】
【数8】
【0026】
【数9】
【0027】
なお、フルエンスＦ０とは、被加工物２００の表面２０２でのパルスレーザービーム２１のパルスエネルギーＥを、被加工物２００の表面２０２でのパルスレーザービーム２１のスポットの面積で除した値である。また、αとは、被加工物２００の吸収係数（／ｍ）である。
【0028】
除去効率をＬ０／Ｆ０として、この除去効率Ｌ０／Ｆ０が最大となるのが、下記の式３及び式４の時である。なお、ｅとは、自然対数の底である。
【0029】
【数10】
【0030】
【数11】
【0031】
一方、除去に必要なエネルギーの体積密度Ｅｔｈを、被加工物２００を構成する原子や分子の結合エネルギーについての単体積当たりの総和で考えると、被加工物２００の比熱である質量比熱ｃ、被加工物２００の密度ρ、被加工物２００の沸点Ｔｂを用いて、下記の式５で近似することができる。
【0032】
【数12】
【0033】
ここで光の侵入長は１／αなので、除去に必要な単位面積あたりの光エネルギー、すなわちフルエンスの加工閾値Ｆｔｈは、下記の式６となる。
【0034】
【数13】
【0035】
従って、１パルスのパルスレーザービーム２１で形成される加工溝２１０の深さＬ０が最大となって、除去効率が最大となるフルエンスＦ０は、下記の式７となる。
【0036】
【数14】
【0037】
パルスレーザービーム２１のレーザーパワーの空間分布が、ガウス分布を示すとすると、フルエンスＦ０とパルスエネルギーＥとの関係は、下記の式８となる。なお、πは、円周率であり、ｗは、被加工物２００の表面２０２でのパルスレーザービーム２１の半径である。
【0038】
【数15】
【0039】
また、パルスエネルギーＥと、パルスレーザービーム２１の繰り返し周波数ｆｒと、パルスレーザービーム２１の平均出力Ｐとの関係は、下記の式９となる。
【0040】
【数16】
【0041】
従って、除去効率が最大となるパルスレーザービーム２１の半径ｗは、下記式１０となる。
【0042】
【数17】
【0043】
パルスレーザービーム２１の半径ｗは、波動光学に基づいて、下記の式１１、又はパルスレーザービーム２１のＭスクェア値Ｍ２を導入すると、下記の式１２となり、パルスレーザービーム２１の半径ｗとデフォーカス量ｄｚの関係との関係は、下記の式１３、又はパルスレーザービーム２１のＭスクェア値Ｍ２を導入すると、下記の式１４となる。
【0044】
【数18】
【0045】
【数19】
【0046】
【数20】
【0047】
【数21】
【0048】
なお、式１１、式１２、式１３及び式１４において、ｗ０は、Ｍスクェア値Ｍ２が１を示す場合の集光点２３（図２に示す）でのパルスレーザービーム２１の半径、ｚ０は、焦点深度を示す。デフォーカス量ｄｚは、被加工物２００の表面２０２から集光点２３までの距離である。
【0049】
パルスレーザービーム２１を集光する集光光学素子である集光光学素子２２の焦点距離をｆとし、パルスレーザービーム２１の波長をλとし、集光レンズ２１に到達する集光前のパルスレーザービーム２１のビーム径（直径に相当）をＤとすると、集光点２３（図２に示す）でのパルスレーザービーム２１の半径ｗ０と、焦点深度ｚ０は、下記の式１５及び式１６で表すことができる。
【0050】
【数22】
【0051】
【数23】
【0052】
従って、除去効率が最大となるデフォーカス量ｄｚは、下記の式１７、又はパルスレーザービーム２１のＭスクェア値Ｍ２を導入すると、下記の式１８となる。
【0053】
【数24】
【0054】
【数25】
【0055】
なお、式１７及び式１８に含まれる、Ｄ／ｆは、レーザービーム照射ユニット２０を構成するレーザービーム２１の集光角θの２倍とほぼ一致する。従って、式１７と式１８は、レーザービーム２１の集光角θに基づいてデフォーカス量ｄｚを算出することに相当する。また、Ｍスクェア値Ｍ２は、下記の式１９で示される。ｄは、ビームウェストの直径である。
【0056】
【数26】
【0057】
式１については、被加工物２００の表面２０２におけるパルスレーザービーム２１の反射損失を考慮して、下記の式２０としても良い。
【0058】
【数27】
【0059】
ここで、式２０のＲは被加工物２００の反射率を示し、下記の式２１で算出される。
【0060】
【数28】
【0061】
なお、式２１のｎは被加工物２００の屈折率であり、ｉは虚数単位である。この時、除去効率が最大となるデフォーカス量ｄｚは、下記の式２２として算出される。
【0062】
【数29】
【0063】
この式２２は、式１７と比較してＰ⇒（１－Ｒ）Ｐと補正されており、式２２を用いることは、平均出力Ｐについて、反射率Ｒが有限であることに起因する反射損失を補正することに相当する。さらには、平均出力ＰはパルスエネルギーＥに比例するため、式２２を用いることは、パルスエネルギーＥについても反射損失を補正していることに相当する。
【0064】
また、Ｄ／ｆが、レーザービーム照射ユニット２０を構成するレーザービーム２１の集光角θの２倍とほぼ一致するので、式２２は、式１７と式１８と同様に、レーザービーム２１の集光角θに基づいてデフォーカス量ｄｚを算出することに相当する。また、式１７、式１８及び式２２は、集光角θに代わって、焦点距離ｆとパルスレーザービーム２１の直径Ｄとを更に用いてデフォーカス量ｄｚを算出することにも相当するとともに、パルスエネルギーＥに代わって、平均出力Ｐと、繰り返し周波数Ｆｒとを更に用いてデフォーカス量ｄｚを算出することにも相当する。
【0065】
また、前述した式１７、式１８及び式２２は、パルス幅がピコ秒オーダー（さらに望ましくは、フェムト秒オーダー）まで圧縮されたパルスレーザービーム２１を照射する場合に用いられることが望ましい。例えば、式１７、式１８及び式２２は、パルスレーザービーム２１のパルス幅が、５ｆｓ（フェムト秒）～１００ｐｓ（ピコ秒）であるパルスレーザービーム２１を照射する場合に用いられることが好ましく、パルスレーザービーム２１のパルス幅が、５ｆｓ～１０ｐｓであるパルスレーザービーム２１を照射する場合に用いられることがより好ましく、パルスレーザービーム２１のパルス幅が、５ｆｓ～１ｐｓであるパルスレーザービーム２１を照射する場合に用いられることが更に好ましい。なお、５ｆｓ～１ｐｓは、フェムト秒オーダーであり、１ｐｓ～１００ｐｓは、ピコ秒オーダーである。
【0066】
一方、この時に１パルスのパルスレーザービーム２１で加工される深さＬ０と、加工痕の半径ｒａは、下記の式２３及び式２４で示される。
【0067】
【数30】
【0068】
【数31】
【0069】
加工上で必要な所望の加工痕の深さをＬとすると、同一箇所へのパルスレーザービーム２１のパルス照射数Ｎｐは、下記の式２５で示される。なお、パルス照射数Ｎｐとは、所望の加工痕の深さＬを実現するために、被加工物２００の同一箇所にパルスレーザービーム２１を照射する回数である。
【0070】
【数32】
【0071】
パルスレーザービーム２１の走査速度をｖとすると、所望の加工痕の深さＬを実現するための走査回数Ｎｓは、下記の式２６で示される。走査回数Ｎｓとは、被加工物２００の各分割予定ライン２０３に所望の深さＬの加工痕である加工溝２１０を形成するために、パルスレーザービーム２１を照射しながら送り速度である走査速度ｖで保持テーブル１０をＸ軸方向に移動させる（即ち、保持テーブル１０に保持された被加工物２００と集光点２３とをＸ軸方向に相対的に移動させる）回数である。走査速度ｖは、保持テーブル１０のＸ軸方向の送り速度であってもよいし、パルスレーザービーム２１の走査速度であってもよい。
【0072】
【数33】
【0073】
一方、加工痕である加工溝２１０の幅を所望の加工幅（実施形態１では、例えは、分割予定ライン２０３の幅ｇ）以下に加工したい場合、例えば分割予定ライン２０３の幅ｇが下記の式２７を満たす必要がある。
【0074】
【数34】
【0075】
レーザー発振器から最大出力Ｐｆのパルスレーザービーム２１を出射すると、被加工物２００の表面２０２上のパルスレーザービーム２１のスポット径が分割予定ライン２０３の幅ｇを超える場合には、パルスレーザービーム２１の半径ｗが下記の式２８を満たし、デフォーカス量ｄｚが下記の式２９を満たし、パルスエネルギーＥが下記の式３０を満たし、パルスレーザービーム２１の平均出力Ｐが下記の式３１を満たす必要がある。
【0076】
【数35】
【0077】
【数36】
【0078】
【数37】
【0079】
【数38】
【0080】
一般的に加工溝２１０のアスペクト比（図３に示す加工溝２１０の幅Ｗに対する加工溝２１０の深さＬの比をいい、Ｌ／Ｗで示される）には、上限値ａが存在する。このため、所望の深さＬで加工溝２１０を形成するには、加工溝２１０の幅がＬ／ａであることが必要となる。この時の走査本数Ｎ（図３に示す）と走査ピッチｐ（図３に示す）は、下記の式３２及び式３３を満たす必要がある。なお、図３は、図２に示された被加工物に所望の深さの加工溝を形成する状態を模式的に示す断面図である。
【0081】
【数39】
【0082】
【数40】
【0083】
なお、走査本数Ｎは、幅Ｌ／ａの加工溝２１０を形成するために、各分割予定ライン２０３の幅方向に照射するパルスレーザービーム２１の本数である。走査ピッチｐは、各分割予定ライン２０３の幅方向に照射するパルスレーザービーム２１のうちの互いに隣り合うパルスレーザービーム２１の集光点２３間の距離である。
【0084】
このように、本発明のレーザー加工装置は、式１７、式１８又は式２２等を用いてデフォーカス量ｄｚを算出するなどして、加工条件を求めるので、被加工物２００の種類に応じて最適な加工条件を、実験等を繰り返すことなく求めることができる、という効果を奏する。
【発明の効果】
【0085】
本発明は、被加工物の種類に応じて最適な加工条件を生産性の向上を図りながらも設定できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0086】
【発明を実施するための形態】
【0087】
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換または変更を行うことができる。
【0088】
〔実施形態１〕
本発明の実施形態１に係るレーザー加工装置１を図面に基づいて説明する。図４は、実施形態１に係るレーザー加工装置の構成例を示す斜視図である。図５は、図４に示されたレーザー加工装置の加工対象の被加工物の斜視図である。図６は、図４に示されたレーザー加工装置のレーザービーム照射ユニットの概略の構成を示す図である。図４に示す実施形態１に係るレーザー加工装置１は、図５に示す被加工物２００に対してパルスレーザービーム２１を照射し、被加工物２００にレーザー加工（加工に相当）を施す加工装置である。
本発明の実施形態１に係るレーザー加工装置１を図面に基づいて説明する。図４は、実施形態１に係るレーザー加工装置の構成例を示す斜視図である。図５は、図４に示されたレーザー加工装置の加工対象の被加工物の斜視図である。図６は、図４に示されたレーザー加工装置のレーザービーム照射ユニットの概略の構成を示す図である。図４に示す実施形態１に係るレーザー加工装置１は、図５に示す被加工物２００に対してパルスレーザービーム２１を照射し、被加工物２００にレーザー加工（加工に相当）を施す加工装置である。
【0089】
（被加工物）
図４に示されたレーザー加工装置１の加工対象である被加工物２００は、シリコン、サファイア、ガリウムヒ素などの基板２０１を有する円板状の半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等である。被加工物２００は、図５に示すように、基板２０１の表面２０２に互いに交差する分割予定ライン２０３が複数設定され、表面２０２に複数設定された分割予定ライン２０３によって区画された各領域にデバイス２０４が形成されている。
図４に示されたレーザー加工装置１の加工対象である被加工物２００は、シリコン、サファイア、ガリウムヒ素などの基板２０１を有する円板状の半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等である。被加工物２００は、図５に示すように、基板２０１の表面２０２に互いに交差する分割予定ライン２０３が複数設定され、表面２０２に複数設定された分割予定ライン２０３によって区画された各領域にデバイス２０４が形成されている。
【0090】
デバイス２０４は、例えば、ＩＣ（Integrated Circuit）、又はＬＳＩ（Large Scale Integration）等の集積回路、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、又はＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等のイメージセンサ、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等である。
【0091】
また、実施形態１において、被加工物２００は、被加工物２００の外径よりも大径な円板状でかつ外縁部に環状のフレーム２０７が貼着された粘着テープ２０８が裏面２０５に貼着されて、フレーム２０７の開口２０９内に支持される。また、実施形態１において、被加工物２００は、表面２０２の裏側の裏面２０５が粘着テープ２０８に貼着されて、表面２０２を上方に向けている。
【0092】
実施形態１において、被加工物２００は、粘着テープ２０８によりフレーム２０７の開口２０９内に支持された状態で、レーザー加工装置１によりレーザー加工が施されるなどして、分割予定ライン２０３に沿って加工痕である加工溝２１０が形成されるなどして、個々のデバイス２０４に分割される。
【0093】
（レーザー加工装置）
レーザー加工装置１は、被加工物２００の表面２０２から被加工物２００を構成する基板２０１に対して吸収性を有する波長のパルスレーザービーム２１を分割予定ライン２０３に沿って照射して、被加工物２００にアブレーション加工を施して、各分割予定ライン２０３に加工溝２１０を形成する加工装置である。
レーザー加工装置１は、被加工物２００の表面２０２から被加工物２００を構成する基板２０１に対して吸収性を有する波長のパルスレーザービーム２１を分割予定ライン２０３に沿って照射して、被加工物２００にアブレーション加工を施して、各分割予定ライン２０３に加工溝２１０を形成する加工装置である。
【0094】
レーザー加工装置１は、図４に示すように、被加工物２００を保持する保持テーブル１０と、レーザービーム照射ユニット２０と、移動ユニット３０と、撮像ユニット４０と、制御手段である制御ユニット１００とを有する。
【0095】
保持テーブル１０は、被加工物２００を水平方向と平行な保持面１１で保持する。保持面１１は、ポーラスセラミック等から形成された円盤形状であり、図示しない真空吸引経路を介して図示しない真空吸引源と接続されている。保持テーブル１０は、真空吸引源により吸引されることで、保持面１１上に載置された被加工物２００を吸引保持する。保持テーブル１０の周囲には、被加工物２００を開口２０９内に支持するフレーム２０７を挟持するクランプ部１２が複数配置されている。
【0096】
また、保持テーブル１０は、移動ユニット３０の回転移動ユニット３４により保持面１１に対して直交しかつ鉛直方向と平行なＺ軸方向と平行な軸心回りに回転される。保持テーブル１０は、回転移動ユニット３４とともに、移動ユニット３０のＸ軸移動ユニット３１により水平方向と平行なＸ軸方向に移動されかつＹ軸移動ユニット３２により水平方向と平行でかつＸ軸方向と直交するＹ軸方向に移動される。保持テーブル１０は、移動ユニット３０によりレーザービーム照射ユニット２０の下方の加工領域と、レーザービーム照射ユニット２０の下方から離れて被加工物２００が搬入、搬出される搬入出領域とに亘って移動される。
【0097】
レーザービーム照射ユニット２０は、保持テーブル１０に保持された被加工物２００に対してパルスレーザービーム２１を集光して照射する集光光学素子２２（実施形態１では、集光レンズ）を備えたレーザー照射手段である。実施形態１では、レーザービーム照射ユニット２０の一部は、図４に示すように、装置本体２から立設した立設壁３に設けられた移動ユニット３０のＺ軸移動ユニット３３によりＺ軸方向に移動される昇降部材４に支持されている。
【0098】
レーザービーム照射ユニット２０は、図６に示すように、被加工物２００の基板２０１に対して吸収性を有する波長のパルスレーザービーム２１を出射するレーザー発振器２６と、保持テーブル１０の保持面１１に保持された被加工物２００にレーザー発振器２６から出射されたパルスレーザービーム２１を集光する集光光学素子２２とを備える。
【0099】
レーザー発振器２６は、被加工物２００に対して吸収性を示す波長を有し、１／ｅ２ビーム径がＤであるガウシアン状の空間分布を示し、なおかつＥのパルスエネルギーを有するパルスレーザービーム２１を、繰り返し周波数Ｆｒで発振する。発振されたパルスレーザービーム２１は、パルスレーザービーム２１の偏向方向を制御するためのミラー２４、パルスレーザービーム２４のパルスエネルギーを制御するための減衰器２５などを介して、集光光学素子２２へと導光される。なお、本発明では、減衰器２５は、レーザー発振器２６の内部にあっても良い。
【0100】
集光光学素子２２は、保持テーブル１０の保持面１１とＺ軸方向に対向する位置に配置され、保持テーブル１０に保持された被加工物２００に対してパルスレーザービーム２１を集光して照射する。集光光学素子２２は、レーザー発振器２６から出射されたパルスレーザービーム２１を透過して、パルスレーザービーム２１を集光点２３（図２に示す）に集光する。前述した構成のレーザービーム照射ユニット２０は、保持テーブル１０に保持された被加工物２００に対して吸収性を有する波長のパルスレーザービーム２１の集光点２３を、被加工物２００の内部に設定して、パルスレーザービーム２１を被加工物２００の表面２０２に照射して、被加工物２００をアブレーション加工する。
【0101】
移動ユニット３０は、保持テーブル１０とレーザービーム照射ユニット２０が照射するパルスレーザービーム２１の集光点２３とをＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向及びＺ軸方向と平行な軸心回りに相対的に移動させるものである。Ｘ軸方向及びＹ軸方向は、互いに直交し、かつ保持面１１（即ち水平方向）と平行な方向である。移動ユニット３０は、保持テーブル１０をＸ軸方向に移動させる加工送りユニットであるＸ軸移動ユニット３１と、保持テーブル１０，１５をＹ軸方向に移動させる割り出し送りユニットであるＹ軸移動ユニット３２と、レーザービーム照射ユニット２０に含まれる集光光学素子２２をＺ軸方向に移動させるＺ軸移動ユニット３３と、保持テーブル１０をＺ軸方向と平行な軸心回りに回転する回転移動ユニット３４とを備える。
【0102】
Ｙ軸移動ユニット３２は、保持テーブル１０と、レーザービーム照射ユニット２０のパルスレーザービーム２１の集光点２３とを相対的に割り出し送りするユニットである。実施形態１では、Ｙ軸移動ユニット３２は、レーザー加工装置１の装置本体２上に設置されている。Ｙ軸移動ユニット３２は、Ｘ軸移動ユニット３１を支持した移動プレート５をＹ軸方向に移動自在に支持している。
【0103】
Ｘ軸移動ユニット３１は、保持テーブル１０と、レーザービーム照射ユニット２０のパルスレーザービーム２１の集光点２３とを相対的に加工送りする送り手段である。Ｘ軸移動ユニット３１は、移動プレート５上に設置されている。Ｘ軸移動ユニット３１は、保持テーブル１０をＺ軸方向と平行な軸心回りに回転する回転移動ユニット３４を支持した第２移動プレート６をＸ軸方向に移動自在に支持している。第２移動プレート６は、回転移動ユニット３４、保持テーブル１０を支持している。Ｚ軸移動ユニット３３は、立設壁３に設置され、昇降部材４をＺ軸方向に移動自在に支持している。回転移動ユニット３４は、保持テーブル１０を支持している。
【0104】
Ｘ軸移動ユニット３１、Ｙ軸移動ユニット３２及びＺ軸移動ユニット３３は、軸心回りに回転自在に設けられた周知のボールねじ、ボールねじを軸心回りに回転させる周知のパルスモータ、移動プレート５，６をＸ軸方向又はＹ軸方向に移動自在に支持するとともに、昇降部材４をＺ軸方向に移動自在に支持する周知のガイドレールを備える。回転移動ユニット３４は、保持テーブル１０を軸心回りに回転するモータ等を備える。
【0105】
また、レーザー加工装置１は、保持テーブル１０のＸ軸方向の位置を検出するための図示しないＸ軸方向位置検出ユニットと、保持テーブル１０のＹ軸方向の位置を検出するための図示しないＹ軸方向位置検出ユニットと、レーザービーム照射ユニット２０に含まれる集光光学素子２２のＺ軸方向の位置を検出するＺ軸方向位置検出ユニット５０とを備える。各位置検出ユニット５０は、検出結果を制御ユニット１００に出力する。
【0106】
撮像ユニット４０は、保持テーブル１０に保持された被加工物２００を撮像するものである。撮像ユニット４０は、対物レンズを透過した光を受光し、対物レンズがＺ軸方向に対向するものを撮像するＣＣＤ（Charge Coupled Device）撮像素子又はＣＭＯＳ（Complementary MOS）撮像素子等の撮像素子を備えている。
【0107】
撮像ユニット４０は、撮像素子が撮像した画像を取得し、取得した画像を制御ユニット１００に出力する。また、撮像ユニット４０は、保持テーブル１０の保持面１１に保持された被加工物２００を撮像して、被加工物２００とレーザービーム照射ユニット２０との位置合わせを行うアライメントを遂行するための画像を取得する。
【0108】
また、実施形態１において、撮像ユニット４０と、Ｚ軸方向位置検出ユニット５０とは、深さ測定器６１を構成している。深さ測定器６１は、パルスレーザービーム２１の照射によって被加工物２００に形成された加工痕である加工溝２１０の深さＬを測定するものである。深さ測定器６１は、被加工物２００の表面２０２の加工溝２１０が形成されていない箇所に撮像ユニット４０のピントがあった時のＺ軸方向位置検出ユニット５０の検出結果と、被加工物２００の表面２０２の加工溝２１０の底に撮像ユニット４０のピントがあった時のＺ軸方向位置検出ユニット５０の検出結果とを制御ユニット１００に出力することで、加工溝２１０の表面２０２からの深さＬを測定する。なお、制御ユニット１００は、被加工物２００の表面２０２の加工溝２１０が形成されていない箇所に撮像ユニット４０のピントがあった時のＺ軸方向位置検出ユニット５０の検出結果と、被加工物２００の表面２０２の加工溝２１０の底に撮像ユニット４０のピントがあった時のＺ軸方向位置検出ユニット５０の検出結果とから加工溝２１０の表面２０２からの深さＬを算出する。
【0109】
また、実施形態１において、深さ測定器６１を構成する撮像ユニット４０は、加工溝２１０の幅Ｗを測定する幅測定器６２も構成する。撮像ユニット４０は、被加工物２００の表面２０２にピントがあった際の画像を取得し、取得した画像を制御ユニット１００に出力する。制御ユニット１００は、撮像ユニット４０が取得した画像から加工溝２１０の幅Ｗを測定する。
【0110】
制御ユニット１００は、レーザー加工装置１の上述した構成要素をそれぞれ制御して、被加工物２００に対するレーザー加工動作をレーザー加工装置１に実施させるものである。なお、制御ユニット１００は、ＣＰＵ（central processing unit）のようなマイクロプロセッサを有する演算処理装置と、ＲＯＭ（read only memory）又はＲＡＭ（random access memory）のようなメモリを有する記憶装置と、入出力インターフェース装置とを有するコンピュータである。制御ユニット１００の演算処理装置は、記憶装置に記憶されているコンピュータプログラムに従って演算処理を実施して、レーザー加工装置１を制御するための制御信号を入出力インターフェース装置を介してレーザー加工装置１の上述した構成要素に出力して、制御ユニット１００の機能を実現する。
【0111】
また、レーザー加工装置１は、加工動作の状態や画像などを表示する液晶表示装置などにより構成される表示手段である表示ユニット１１０と、オペレータが加工条件などを入力する際に用いる入力手段である入力ユニット１１１と、音と光の少なくとも一方を発してオペレータに報知する報知ユニット１１２とを備えている。表示ユニット１１０、入力ユニット１１１及び報知ユニット１１２は、制御ユニット１００に接続している。入力ユニット１１１は、表示ユニット１１０に設けられたタッチパネルと、キーボード等の外部入力装置との少なくとも一方により構成される。
【0112】
また、制御ユニット１００は、記憶部１０１と、加工条件算出部１０２と、上限値算出部１０３と、判定部１０４と、加工条件修正部１０５とを備える。記憶部１０１は、入力ユニット１１１から入力された加工条件を記憶するとともに、制御ユニット１００の各コンピュータプログラム等を記憶するものである。
【0113】
実施形態１では、記憶部１０１は、加工条件として、集光光学素子２２の焦点距離ｆ、集光前のパルスレーザービーム２１のビーム径Ｄ、レーザー発振器の出射するパルスレーザービーム２１の平均出力Ｐ、レーザー発振器の出射するパルスレーザービーム２１のパルスエネルギーＥ、パルスレーザービーム２１の繰り返し周波数ｆｒ、パルスレーザービーム２１の波長λ、パルスレーザービーム２１のＭスクェア値Ｍ２、パルスレーザービーム２１を照射する際の走査速度ｖ、分割予定ライン２０３の幅ｇ、被加工物２００に加工したい加工溝２１０の深さＬ、レーザービーム照射ユニット２０を構成する集光光学素子２２のパルスレーザービーム２１の集光角θ、被加工物２００に形成したい加工溝２１０の所望の深さＬ等を含む。
【0114】
また、実施形態１では、記憶部１０２は、被加工物２００の材料名と、被加工物２００の吸収係数α、被加工物２００の質量比熱ｃ（比熱に相当）、被加工物２００の密度ρ、被加工物２００の沸点Ｔｂ、被加工物２００の屈折率ｎとを対応付けて記憶している。
【0115】
加工条件算出部１０２は、入力ユニット１１１等から被加工物２００の材料名が入力されると、入力された材料名に対応付けられた吸収係数α、質量比熱ｃ、密度ρ、沸点Ｔｂ、屈折率ｎを記憶部１０１から取得する。加工条件算出部１０２は、記憶部１０１から取得した吸収係数α、質量比熱ｃ、密度ρ、沸点Ｔｂ、屈折率ｎ、及び記憶部１０１に記憶された加工条件に基づいて、式９、式１０、式１１、式１２を用い、さらに、式１７、式１８又は式２２を用いて、パルスレーザービーム２１を照射して加工効率（除去効率ともいい、加工溝２１０を形成するための効率を示している）を最大とする最適なデフォーカス量ｄｚを求めるものである。即ち、加工条件算出部１０２は、被加工物２００のレーザー加工において集光点２３を基準とした最適なデフォーカス量ｄｚを、沸点Ｔｂと、吸収係数αと、密度ρと、質量比熱ｃと、パルスレーザービーム２１の集光角θと、パルスレーザービーム２１のパルスエネルギーＥと、に基づいて求める。実施形態１では、デフォーカス量ｄｚを、沸点Ｔｂ、吸収係数α、密度ρ、質量比熱ｃ、集光角θ、パルスエネルギーＥに加え、ビーム径Ｄ、焦点距離ｆ、波長λ、平均出力Ｐ、繰り返し周波数ｆｒに基づいて求める。
【0116】
なお、実施形態１では、記憶部１０２が、被加工物２００の材料名と、被加工物２００の吸収係数α、被加工物２００の質量比熱ｃ（比熱に相当）、被加工物２００の密度ρ、被加工物２００の沸点Ｔｂ、被加工物２００の屈折率ｎとを対応付けて記憶し、加工条件算出部１０２が、入力ユニット１１１等から被加工物２００の材料名が入力されると、入力された材料名に対応付けられた吸収係数α、質量比熱ｃ、密度ρ、沸点Ｔｂ、屈折率ｎを記憶部１０１から取得している。しかしながら、本発明は、入力ユニット１１１等から被加工物２００の材料名と、被加工物２００の吸収係数α、被加工物２００の質量比熱ｃ、被加工物２００の密度ρ、被加工物２００の沸点Ｔｂ、被加工物２００の屈折率ｎが入力されると、加工条件算出部１０２は、入力された値と加工条件とに基づいて、式１７、式１８又は式２２を用いて、最適なデフォーカス量ｄｚを求めても良い。
【0117】
また、加工条件算出部１０２即ち制御ユニット１００は、式９を用いて、パルスレーザービーム２１の平均出力Ｐと、パルスレーザービーム２１の繰り返し周波数ｆｒと、に基づいてパルスエネルギーＥを求める。加工条件算出部１０２即ち制御ユニット１００は、パルスエネルギーＥを被加工物２００による反射率Ｒで補正し、パルスレーザービーム２１の平均出力Ｐを被加工物２００による反射率Ｒで補正する。また、加工条件算出部１０２即ち制御ユニット１００は、式１７、式１８又は式２２を用いて、デフォーカス量ｄｚを求め、Ｄ／ｆがレーザービーム２１の集光角θの２倍とほぼ一致するので、ビーム径Ｄと焦点距離ｆとに基づいて、Ｄ／２ｆによりレーザービーム２１の集光角θを求める。
【0118】
上限値算出部１０３は、深さ測定器６１によって測定された加工溝２１０の幅Ｗに対する加工溝２１０の深さＬのアスペクト比の上限値ａを算出するものである。
【0119】
また、加工条件算出部１０２は、上限値算出部１０３によって算出されたアスペクト比の上限値ａに基づいて、所望の深さＬを有する加工溝２１０を形成するための加工条件を算出するものである。加工条件算出部１０２は、加工条件で定められた走査速度ｖで保持テーブル１０をＸ軸方向に移動させながら加工条件で定められたパルスレーザービーム２１を照射して、分割予定ライン２０３に所望の深さＬの加工溝２１０を形成する際に、分割予定ライン２０３への走査回数Ｎｓを式２６等を用いて求める。
【0120】
加工条件算出部１０２即ち制御ユニット１００は、走査回数Ｎｓを加工溝２１０の深さＬと走査速度ｖとに基づいて求める。実施形態１では、加工条件算出部１０２即ち制御ユニット１００は、走査回数Ｎｓを、加工溝２１０の深さＬ、走査速度ｖに加え、平均出力Ｐ、繰り返し周波数Ｆｒ、質量比熱ｃ、密度ρ、沸点Ｔｂ、吸収係数αに基づいて求める。加工条件算出部１０２は、式２６等を用いて算出した走査回数Ｎｓのパルスレーザービーム２１を保持テーブル１０に保持された被加工物２００に照射して、被加工物２００に加工溝２１０を形成する。
【0121】
判定部１０４は、加工条件算出部１０２によって算出された加工条件で被加工物２００を加工した後、深さ測定器６１で被加工物２００に形成された加工溝２１０の深さ測定を行い、加工溝２１０の深さが所望の深さＬになっているか否かを判定するものである。
【0122】
加工条件修正部１０５は、判定部１０４による判定の結果、所望の深さになっていないと判定された場合に、走査回数Ｎｓを修正するものである。
【0123】
また、判定部１０４は、加工条件算出部１０２により求められた最適なデフォーカス量ｄｚによって決定されるパルスレーザービーム２１の被加工物２００の表面２０２におけるスポット径が加工すべき領域（実施形態１では、分割予定ライン２０３）の幅ｇを超えているか否かを判定するものでもある。具体的には、判定部１０４は、Ｌ／ａが上限値である幅ｇを超えるか否かを判定する。
【0124】
判定部１０４は、Ｌ／ａが幅ｇを超えると判定すると、加工条件算出部１０２により求められた最適なデフォーカス量ｄｚによって決定されるパルスレーザービーム２１の被加工物２００の表面２０２におけるスポット径が分割予定ライン２０３の幅ｇを超えると判定する。
【0125】
判定部１０４は、Ｌ／ａが幅ｇを超えないと判定すると、加工条件算出部１０２により求められた最適なデフォーカス量ｄｚによって決定されるパルスレーザービーム２１の被加工物２００の表面２０２におけるスポット径が分割予定ライン２０３の幅ｇを超えないと判定する。
【0126】
また、判定部１０４は、加工条件算出部１０２により求められた最適なデフォーカス量ｄｚによって決定されるパルスレーザービーム２１の被加工物２００の表面２０２におけるスポット径が分割予定ライン２０３の幅ｇを超えていると判定すると、報知ユニット１１２を動作させて警告を発したり、表示ユニット１１０に警告を表示する。
【0127】
加工条件修正部１０５は、加工条件算出部１０２により求められた最適なデフォーカス量ｄｚによって決定されるパルスレーザービーム２１の被加工物２００の表面２０２におけるスポット径が分割予定ライン２０３の幅ｇを超えると判定部１０４が判定すると、分割予定ライン２０３の幅ｇ、被加工物２００の沸点Ｔｂ、吸収係数α、密度ρ、質量比熱ｃに基づいて、パルスエネルギーＥを調整し、パルスレーザービーム２１の集光角θと、分割予定ライン２０３の幅ｇに基づいて、デフォーカス量ｄｚを調整するものでもある。
【0128】
加工条件修正部１０５は、加工条件算出部１０２により求められた最適なデフォーカス量ｄｚによって決定されるパルスレーザービーム２１の被加工物２００の表面２０２におけるスポット径が分割予定ライン２０３の幅ｇを超えると判定部１０４が判定すると、パルスエネルギーＥを式３０を用いて算出し、算出したパルスエネルギーＥを被加工物２００を加工する際の加工条件として設定する。即ち、加工条件修正部１０５は、加工条件算出部１０２により求められた最適なデフォーカス量ｄｚによって決定されるパルスレーザービーム２１の被加工物２００の表面２０２におけるスポット径が分割予定ライン２０３の幅ｇを超えると判定部１０４が判定すると、パルスエネルギーＥを式３０を用いて調整する。
【0129】
また、加工条件修正部１０５は、加工条件算出部１０２により求められた最適なデフォーカス量ｄｚによって決定されるパルスレーザービーム２１の被加工物２００の表面２０２におけるスポット径が分割予定ライン２０３の幅ｇを超えると判定部１０４が判定すると、デフォーカス量ｄｚを式２９を用いて算出し、算出したデフォーカス量ｄｚを被加工物２００を加工する際の加工条件として設定する。即ち、加工条件修正部１０５は、加工条件算出部１０２により求められた最適なデフォーカス量ｄｚによって決定されるパルスレーザービーム２１の被加工物２００の表面２０２におけるスポット径が分割予定ライン２０３の幅ｇを超えると判定部１０４が判定すると、デフォーカス量ｄｚを式２９を用いて調整する。実施形態１において、加工条件修正部１０５は、ビーム径Ｄ、焦点距離ｆ、即ち集光角θ、幅ｇ、波長λに基づいて、デフォーカス量ｄｚを調整する。
【0130】
また、加工条件算出部１０２は、上限値算出部１０３によって算出されたアスペクト比の上限値ａに基づいて、式３２で各分割予定ライン２０３に照射するパルスレーザービーム２１の走査本数Ｎを求め、式３３で走査ピッチｐを求める。加工条件算出部１０２即ち制御ユニット１００は、アスペクト比の上限値ａに基づいて、パルスレーザービーム２１の走査ピッチｐを求める。実施形態１では、加工条件算出部１０２は、上限値ａに加え、加工溝２１０の所望の深さＬ、沸点Ｔｂ、吸収係数α、密度ρ、質量比熱ｃ、平均出力Ｐ、繰り返し周波数ｆｒに基づいて、走査本数Ｎを求める。また、実施形態１では、加工条件算出部１０２は、上限値ａに加え、加工溝２１０の所望の深さＬ、沸点Ｔｂ、吸収係数α、密度ρ、質量比熱ｃ、平均出力Ｐ、繰り返し周波数ｆｒに基づいて、走査ピッチｐを求める。
【0131】
なお、記憶部１０１の機能は、前述した記憶装置により実現される。加工条件算出部１０２、上限値算出部１０３、判定部１０４及び加工条件修正部１０５の機能は、演算処理装置が記憶装置に記憶されているコンピュータプログラムに従って演算処理を実施することにより実現される。
【0132】
次に、実施形態１に係るレーザー加工装置１の加工動作を図面に基づいて説明する。図７は、実施形態１に係るレーザー加工装置の加工動作の流れの一部を示すフローチャートである。図８は、実施形態１に係るレーザー加工装置の加工動作の流れの残りを示すフローチャートである。図９は、図７及び図８に示された加工動作においてアスペクト比の上限値を算出する際に被加工物の同一箇所に加工溝を形成した際の走査回数と加工溝の深さの一例を示す図である。図１０は、図７及び図８に示された加工動作においてアスペクト比の上限値を算出する際に被加工物の同一箇所に加工溝を形成した際の加工溝の幅と飽和した加工溝の深さの一例を示す図である。
【0133】
前述した構成のレーザー加工装置１は、オペレータが入力ユニット等を操作して入力した加工条件を制御ユニット１００が受け付け、搬入出領域に位置付けられた保持テーブル１０の保持面１１に被加工物２００が載置される。実施形態１において、レーザー加工装置１は、制御ユニット１００が入力ユニットからオペレータの加工動作の開始指示を受け付けると、加工動作を開始する。
【0134】
加工動作では、レーザー加工装置１は、制御ユニット１００がｉ＝１として（ステップ１００１）、被加工物２００を保持テーブル１０の保持面１１に吸引保持し、クランプ部１２でフレーム２０７を挟持する。レーザー加工装置１は、制御ユニット１００の加工条件算出部１０２が、加工条件に基づき、加工溝２１０の深さＬ、アスペクト比の上限値ａを仮に１として、加工条件であるデフォーカス量ｄｚを式１７、式１８又は式２２を用いて算出する（ステップ１００２）。
【0135】
また、加工動作では、レーザー加工装置１は、制御ユニット１００が移動ユニット３０を制御して保持テーブル１０を加工領域に位置付け、保持テーブル１０に吸引保持された被加工物２００を撮像ユニット４０の下方に位置付ける。レーザー加工装置１は、撮像ユニット４０で被加工物２００を撮像し、撮像ユニット４０が取得した画像に基づいてアライメントを遂行する。なお、実施形態１では、被加工物２００のデバイス２０４が形成されていない外周部の外周余剰領域をレーザービーム照射ユニット２０の集光光学素子２２の下方に位置付ける。
【0136】
加工動作では、レーザー加工装置１は、制御ユニット１００が加工条件に基づいて、集光点２３を保持テーブル１０に吸引保持された被加工物２００の内部に設定し、レーザービーム照射ユニット２０及び移動ユニット３０を制御して、保持テーブル１０をＸ軸方向に移動させながらレーザービーム照射ユニット２０からパルスレーザービーム２１を被加工物２００の表面２０２に照射して、被加工物２００をレーザー加工し、被加工物２００に加工溝２１０を形成する（ステップ１００３）。ステップ１００３では、レーザー加工装置１は、制御ユニット１００がＺ軸移動ユニット３３を制御して、集光点２３のＺ軸方向の位置を調整し、集光点２３のＺ軸方向の位置をステップ１００２で算出したデフォーカス量ｄｚとなる位置に設定する。なお、実施形態１では、ステップ１００３において、レーザー加工装置１は、保持テーブル１０をＸ軸方向に１回移動させながらパルスレーザービーム２１を照射する。即ち、実施形態１では、ステップ１００３において、レーザー加工装置１は、走査回数１回でパルスレーザービーム２１を被加工物２００に照射する。
【0137】
加工動作では、レーザー加工装置１は、制御ユニット１００が深さ測定器６１で被加工物２００に形成された加工溝２１０の深さＬ１を測定し、測定結果をステップ１００３からの累積の走査回数と対応付けて記憶部１０１に記憶する（ステップ１００４）。加工動作では、レーザー加工装置１は、制御ユニット１００がｉ＝ｉ＋１とし（ステップ１００５）、各構成要素を制御して、ステップ１００３と同様に被加工物２００をレーザー加工する（ステップ１００６）。なお、レーザー加工装置は、ステップ１００６では、ステップ１００３において形成した加工溝２１０の底にパルスレーザービーム２１を照射して、被加工物２００のステップ１００３と同一箇所に加工溝２１０を形成するとともに、走査回数を１回とする。
【0138】
加工動作では、レーザー加工装置１は、制御ユニット１００が深さ測定器６１で被加工物２００に形成された加工溝２１０の深さＬｉを測定すると共に、加工溝２１０の幅を測定し、測定結果をステップ１００３からの累積の走査回数と対応付けて記憶部１０１に記憶する（ステップ１００７）。加工動作では、レーザー加工装置１は、制御ユニット１００がＬｉ＞Ｌｉ－１であるか否かを判定する（ステップ１００８）。即ち、ステップ１００８では、ステップ１００７で測定した深さＬｉと、前回のステップ１００７で測定した深さＬｉ－１とが変化しているか否か、即ち加工溝２１０の深さＬｉが飽和しているか否かを判定する。
【0139】
加工動作では、レーザー加工装置１は、制御ユニット１００がＬｉ＞Ｌｉ－１であると判定する（ステップ１００８：Ｙｅｓ）とステップ１００５に戻る。こうして、加工動作では、レーザー加工装置１は、加工溝２１０の深さＬｉが変化しなくなるまで、即ち、加工溝２１０の深さＬｉが飽和するまで、ステップ１００５からステップ１００８を繰り返す。こうして、制御ユニット１００は、図９に示す走査回数と加工溝２１０の深さＬｉとの関係を取得する。なお、図９は、幅が２６０μｍの加工溝２１０を形成した時の走査回数と加工溝２１０の深さＬｉとの関係を示している。図９の横軸は、ステップ１００３からの累積の走査回数を示し、図９の縦軸は、加工溝２１０の深さＬｉを示している。
【0140】
加工動作では、レーザー加工装置１は、制御ユニット１００がＬｉ＞Ｌｉ－１ではないと判定する（ステップ１００８：Ｎｏ）と、被加工物２００に所定数の加工溝２１０を形成したか否かを判定する（ステップ１００９）。加工動作では、レーザー加工装置１は、制御ユニット１００が被加工物２００に所定数の加工溝２１０を形成していないと判定する（ステップ１００９：Ｎｏ）と、走査本数Ｎを変更して（ステップ１０１０）、ステップ１００３に戻る。
【0141】
こうして、加工動作では、レーザー加工装置１は、被加工物２００に互いに幅が異なる加工溝２１０を所定数形成するまで、ステップ１００３からステップ１００９を繰り返して、各幅の加工溝２１０について、図９に示す関係を取得する。戻ったステップ１００３からステップ１００９では、被加工物２００の既に加工溝２１０が形成された位置と異なる位置に新たな加工溝２１０を形成する。
【0142】
加工動作では、レーザー加工装置１は、制御ユニット１００が被加工物２００に所定数の加工溝２１０を形成したと判定する（ステップ１００９：Ｙｅｓ）と、上限値算出部１０３が図１０に一例を示す各加工溝２１０の幅と、各加工溝２１０の深さＬｉの飽和値（飽和した加工溝２１０の深さである）との関係を生成する（ステップ１０１１）。なお、図１０の横軸は、加工溝２１０の幅Ｗを示し、図１０の縦軸は、加工溝２１０の深さＬｉの飽和値を示している。
【0143】
加工動作では、ステップ１０１１において、レーザー加工装置１は、各加工溝２１０の幅と、各加工溝２１０の深さＬｉの飽和値とが比例するので、制御ユニット１００の上限値算出部１０３が図１０に示された関係から例えば最小二乗法等を用いて、各加工溝２１０の幅と各加工溝２１０の深さＬｉの飽和値とを関係付ける関係式（図１０に点線で示す）を算出する。
【0144】
関係式は、各加工溝２１０の幅をＸとし、加工溝２１０の深さＬｉの飽和値をＹとすると、Ｙ＝ａＸで示され、Ｘの係数ａが、アスペクト比の上限値ａとなる。こうして、ステップ１０１１は、レーザー加工装置１は、制御ユニット１００の上限値算出部１０３がアスペクト比の上限値ａを算出し、算出した上限値ａを記憶する。例えば、図９の例では、アスペクト比の上限値ａは、１．８８２７である。
【0145】
加工動作では、レーザー加工装置１は、制御ユニット１００の加工条件算出部１０２が、加工条件に基づき、加工溝２１０の深さＬ、ステップ１０１１で算出したアスペクト比の上限値ａ等を用い、加工条件であるデフォーカス量ｄｚを式１７、式１８又は式２２を用いて算出し、走査回数Ｎｓを式２６を用いて算出し、各分割予定ライン２０３にパルスレーザービーム２１を照射する際の走査本数Ｎを式３２を用いて算出し、各分割予定ライン２０３にパルスレーザービーム２１を照射する際の走査ピッチｐを式３３を用いて算出する（ステップ１０１２）。
【0146】
加工動作では、レーザー加工装置１は、制御ユニット１００が加工条件特に、ステップ１０１２で算出したデフォーカス量ｄｚに基づいて、集光点２３を保持テーブル１０に吸引保持された被加工物２００の内部に設定し、レーザービーム照射ユニット２０及び移動ユニット３０を制御して、保持テーブル１０をＸ軸方向に移動させながらレーザービーム照射ユニット２０からパルスレーザービーム２１を被加工物２００の表面２０２に照射して、被加工物２００をレーザー加工し、被加工物２００に加工溝２１０を形成する（ステップ１０１３）。なお、実施形態１では、ステップ１０１３において、レーザー加工装置１は、保持テーブル１０をＸ軸方向にステップ１０１２で算出した走査回数Ｎｓ移動させながらパルスレーザービーム２１を照射する。また、ステップ１０１３において、レーザー加工装置１は、被加工物２００のデバイス２０４が形成されていない外周余剰領域のステップ１００３及びステップ１００６で形成した加工溝２１０と異なる位置にパルスレーザービーム２１を照射して、新たな加工溝２１０を形成する。
【0147】
加工動作では、レーザー加工装置１は、制御ユニット１００が深さ測定器６１で被加工物２００にステップ１０１３で形成された加工溝２１０の深さＬｓを測定し、測定結果を記憶部１０１に記憶する（ステップ１０１４）。加工動作では、レーザー加工装置１は、制御ユニット１００の判定部１０４が、Ｌｓ＝Ｌか否か、即ちステップ１０１３で形成した加工溝２１０が所望の深さＬになっているか否かを判定する（ステップ１０１５）。
【0148】
加工動作では、レーザー加工装置１は、制御ユニット１００の判定部１０４が、Ｌｓ＝Ｌではない、即ち、ステップ１０１３で形成した加工溝２１０が所望の深さＬになっていないと判定する（ステップ１０１５：Ｎｏ）と、制御ユニット１００の加工条件修正部１０５がｓ＝ｓ＋１とし（ステップ１０１６）として走査回数Ｎｓを修正して（ステップ１０１７）、ステップ１０１３に戻る。制御ユニット１００の加工条件修正部１０５は、走査回数Ｎｓを修正する際に、修正後の走査回数Ｎｓを、Ｎｓ＝Ｎｓ－１（Ｌ／Ｌｓ－１）の数式を用いて算出する。なお、Ｎｓ－１は、修正前の走査回数、即ち前回のステップ１０１３の走査回数であり、Ｌｓ－１は、直前のステップ１０１４で計測して取得した加工溝２１０の深さＬｓである。
【0149】
加工動作では、戻ったステップ１０１３において、レーザー加工装置１は、制御ユニット１００が加工条件特に、ステップ１０１２で算出したデフォーカス量ｄｚ、ステップ１０１７で修正した走査回数Ｎｓ等に基づいて、保持テーブル１０をＸ軸方向に移動させながらレーザービーム照射ユニット２０からパルスレーザービーム２１を被加工物２００の表面２０２に照射して、被加工物２００に加工溝２１０を形成する。なお、実施形態１では、戻ったステップ１０１３において、レーザー加工装置１は、被加工物２００のデバイス２０４が形成されていない外周余剰領域のステップ１００３、ステップ１００６及び今まで実施したステップ１０１３で形成した加工溝２１０と異なる位置にパルスレーザービーム２１を照射して、新たな加工溝２１０を形成する。
【0150】
こうして、加工動作では、制御ユニット１００の判定部１０４がＬｓ＝Ｌと判定、即ち、ステップ１０１３で形成した加工溝２１０が所望の深さＬになったと判定するまで、ステップ１０１３からステップ１０１７を繰り返し、加工条件修正部１０５が走査回数Ｎｓを修正する。加工動作では、レーザー加工装置１は、制御ユニット１００の判定部１０４が、Ｌｓ＝Ｌである、即ち、ステップ１０１３で形成した加工溝２１０が所望の深さＬになったと判定する（ステップ１０１５：Ｙｅｓ）と、制御ユニット１００の判定部１０４が、Ｌ／ａが分割予定ライン２０３の幅ｇを超えるか否か、即ち、ステップ１０１２で算出されたデフォーカス量ｄｚによって決定されるスポット径が分割予定ライン２０３の幅ｇを超えるか否かを判定する（ステップ１０１８）。
【0151】
加工動作では、レーザー加工装置１は、制御ユニット１００の判定部１０４が、Ｌ／ａが分割予定ライン２０３の幅ｇを超える、即ち、ステップ１０１２で算出されたデフォーカス量ｄｚによって決定されるスポット径が分割予定ライン２０３の幅ｇを超えると判定する（ステップ１０１８：Ｙｅｓ）と、警告を発し、加工条件修正部１０５が、加工条件のデフォーカス量ｄｚを式２９を用いて算出し、式２９を用いて算出した値に調整し、加工条件のパルスエネルギーＥを式３０を用いて算出し、式３０を用いて算出した値に調整する（ステップ１０１９）。また、加工動作では、ステップ１０１９において、制御ユニット１００の加工条件算出部１０２が、調整後のデフォーカス量ｄｚ、パルスエネルギーＥ、式９等に基づいて、走査本数Ｎを式３２等を用いて算出し、式３２等を用いて算出した値に調整し、加工条件の走査ピッチｐを式３３等を用いて算出し、式３３等を用いて算出した値に調整する。
【0152】
加工動作では、レーザー加工装置１は、ステップ１０１２で算出した加工条件、又はステップ１０１９で調整した加工条件等に基づいて、制御ユニット１００がレーザービーム照射ユニット２０及び移動ユニット３０等を制御して、被加工物２００とレーザービーム照射ユニット２０とを分割予定ライン２０３に沿って相対的に移動させながらパルスレーザービーム２１を被加工物２００の分割予定ライン２０３に照射して、被加工物２００の分割予定ライン２０３にレーザー加工を施す（ステップ１０２０）。
【0153】
加工動作では、ステップ１０２０において、レーザー加工装置１は、制御ユニット１００がステップ１０１２で算出した加工条件又はステップ１０１９で調整した加工条件等に基づいて、保持テーブル１０に保持した被加工物２００の全ての分割予定ライン２０３にパルスレーザービーム２１を照射して、レーザー加工を施す。即ち、加工動作では、ステップ１０２０において、レーザー加工装置１は、制御ユニット１００がパルスレーザービーム２１をステップ１０１２で算出又はステップ１０１９で調整したデフォーカス量ｄｚ、走査回数Ｎｓ、走査ピッチｐで走査本数Ｎだけ並列に走査する。加工動作では、ステップ１０２０において、レーザー加工装置１は、制御ユニット１００がステップ１０１２で算出した加工条件又はステップ１０１９で調整した加工条件等に基づいて、保持テーブル１０に保持した被加工物２００の全ての分割予定ライン２０３にレーザー加工を施すと、保持テーブル１０を搬入出領域までに移動し、搬入出領域において保持テーブル１０の吸引保持を停止し、クランプ部１２のフレーム２０７の挟持を解除して、加工動作を終了する。
【0154】
以上説明したように、実施形態１に係るレーザー加工装置１は、制御ユニット１００の加工条件算出部１０２が被加工物２００の沸点Ｔｂ、吸収係数α、密度ρ、質量比熱ｃ、集光角θ及びパルスエネルギーＥなどに基づいてデフォーカス量ｄｚを算出する。このために、レーザー加工装置１は、実験を繰り返して最適な加工条件を求める必要がなく、生産性の向上に貢献することができる。その結果、レーザー加工装置１は、被加工物２００の種類に応じて最適な加工条件を生産性の向上を図りながらも設定できるという効果を奏する。
【0155】
また、実施形態１に係るレーザー加工装置１は、制御ユニット１００の加工条件算出部１０２が式１７、式１８又は式２２に基づいてデフォーカス量ｄｚを算出するので、１パルスのパルスレーザービーム２１による除去深さを最大とするデフォーカス量ｄｚを容易に求めることができ、生産性の向上に貢献することができるという効果を奏する。
【0156】
また、実施形態１に係るレーザー加工装置１は、制御ユニット１００の加工条件算出部１０２が加工溝２１０の深さＬ、走査速度ｖ等に基づいて走査回数Ｎｓを算出するので、実験を繰り返して最適な加工条件を求める必要がなく、生産性の向上に貢献することができるという効果を奏する。
【0157】
また、実施形態１に係るレーザー加工装置１は、制御ユニット１００の加工条件算出部１０２が式２６に基づいて走査回数Ｎｓを算出するので、所望の深さＬの加工溝２１０を形成することができる走査回数Ｎｓを容易に求めることができ、生産性の向上に貢献することができるという効果を奏する。
【0158】
また、実施形態１に係るレーザー加工装置１は、Ｌ／ａが幅ｇを超えている場合に警告を発し、加工条件修正部１０５が幅ｇ、沸点Ｔｂ、吸収係数α、密度ρ、質量比熱ｃ等によって式３０に基づいてパルスエネルギーＥを調整し、集光角θ、幅ｇ等によって式２９に基づいてデフォーカス量ｄｚを調整する。その結果、レーザー加工装置１は、Ｌ／ａが幅ｇを超えている場合、即ち、スポット径が分割予定ライン２０３の幅ｇを超える場合に、パルスエネルギーＥ、デフォーカス量ｄｚ等を調整して、スポット径が分割予定ライン２０３の幅ｇを超えることを抑制することができる。
【0159】
また、実施形態１に係るレーザー加工装置１は、制御ユニット１００の加工条件算出部１０２が式３２に基づいて走査本数Ｎを算出し、式３３に基づいて走査ピッチｐを算出するので、実験を繰り返すことなく、所望の幅の加工溝２１０を形成することができる加工条件を設定することができる。
【0160】
また、実施形態１に係るレーザー加工装置１は、制御ユニット１００の上限値算出部１０３がアスペクト比の上限値ａを算出するので、加工条件算出部１０２が所望の深さＬを有する加工溝２１０を形成するための加工条件を算出することができる。
【0161】
また、実施形態１に係るレーザー加工装置１は、制御ユニット１００の判定部１０４が加工溝２１０の深さＬｓが所望の深さＬになっているか否かを判定し、加工条件修正部１０５が所望の深さＬにはっていないと判定された場合に走査回数Ｎｓを修正する。その結果、レーザー加工装置１は、所望の深さＬの加工溝２１０を形成するための走査回数Ｎｓを容易に設定することができるという効果を奏する。
【0162】
〔変形例１〕
実施形態１の変形例１に係るレーザー加工装置１を説明する。変形例１に係るレーザー加工装置１は、制御ユニット１００の加工条件算出部１０２が、式１７又は式１８の代わりに、以下の式３４又は式３５を用いて、デフォーカス量ｄｚを算出する。
実施形態１の変形例１に係るレーザー加工装置１を説明する。変形例１に係るレーザー加工装置１は、制御ユニット１００の加工条件算出部１０２が、式１７又は式１８の代わりに、以下の式３４又は式３５を用いて、デフォーカス量ｄｚを算出する。
【0163】
【数41】
【0164】
【数42】
【0165】
なお、式３４及び式３５は、質量比熱ｃの代わりにｍｏｌ比熱ｃｍｏを用いて、式１７及び式１８を表したものである。式１７及び式１８のｃ×ρは、ｍｏｌ比熱ｃｍｏを用いると、以下の式３６で示すことができる。以下の式３６を用いると、式１７及び式１８は、式３４及び式３５で示すことができる。なお、Ｎｍは、単位胞あたりの分子の数、Ｖは、単位胞体積、Ｎａは、アボガドロ数である。
【0166】
【数43】
【0167】
変形例１に係るレーザー加工装置１は、制御ユニット１００の加工条件算出部１０２が式３４又は式３５に基づいてデフォーカス量ｄｚを算出するので、被加工物２００の熱物性としてｍｏｌ比熱のみが既知である場合であっても、被加工物２００を効率的に深く除去することができるデフォーカス量ｄｚを容易に求めることができ、生産性の向上に貢献することができるという効果を奏する。
【0168】
〔変形例２〕
実施形態１の変形例２に係るレーザー加工装置１を説明する。パルスレーザービーム２１の空間分布がガウス分布から大きく逸脱する場合、１／ｅ２ビーム径を求めることが困難な場合がある。そこで、変形例２に係るレーザー加工装置１は、１／ｅ２ビーム径に変わる概略のビーム径Ｄに基づき、制御ユニット１００の加工条件算出部１０２が、式１７又は式１８の代わりに、以下の式３７又は式３８を用いて、デフォーカス量ｄｚを算出する。
実施形態１の変形例２に係るレーザー加工装置１を説明する。パルスレーザービーム２１の空間分布がガウス分布から大きく逸脱する場合、１／ｅ２ビーム径を求めることが困難な場合がある。そこで、変形例２に係るレーザー加工装置１は、１／ｅ２ビーム径に変わる概略のビーム径Ｄに基づき、制御ユニット１００の加工条件算出部１０２が、式１７又は式１８の代わりに、以下の式３７又は式３８を用いて、デフォーカス量ｄｚを算出する。
【0169】
【数44】
【0170】
【数45】
【0171】
なお、式３７又は式３８は、パルスレーザービーム２１のレーザーパワーの空間分布が、矩形形状を示すとすると、実施形態１では式８で示されたフルエンスＦ０とパルスエネルギーＥとの関係が、下記の式３９となる。以下の式３９を用いると、式１７及び式１８は、式３７及び式３８で示すことができる。
【0172】
【数46】
【0173】
変形例２に係るレーザー加工装置１は、制御ユニット１００の加工条件算出部１０２が式３７又は式３８に基づいてデフォーカス量ｄｚを算出するので、レーザーパワーの空間分布がガウシアンから大きく逸脱し、１／ｅ２ビーム径の算出が困難な場合であっても、被加工物２００を効率的に深く除去することができるデフォーカス量ｄｚを容易に求めることができ、生産性の向上に貢献することができるという効果を奏する。
【0174】
〔変形例３〕
実施形態１の変形例３に係るレーザー加工装置１を説明する。変形例３に係るレーザー加工装置１では、レーザー発振器２６より、繰り返し周波数ｆｒでパルス数Ｎｂのバーストパルスが出力される。これに伴い、制御ユニット１００の加工条件算出部１０２が、式１７又は式１８の代わりに、以下の式４０又は式４１を用いて、デフォーカス量ｄｚを算出する。
実施形態１の変形例３に係るレーザー加工装置１を説明する。変形例３に係るレーザー加工装置１では、レーザー発振器２６より、繰り返し周波数ｆｒでパルス数Ｎｂのバーストパルスが出力される。これに伴い、制御ユニット１００の加工条件算出部１０２が、式１７又は式１８の代わりに、以下の式４０又は式４１を用いて、デフォーカス量ｄｚを算出する。
【0175】
【数47】
【0176】
【数48】
【0177】
なお、式４０又は式４１は、シングルパルスのパルスレーザービーム２１を照射する代わりに、バーストバルスのパルスレーザービーム２１を照射すると、実施形態１では式９の関係が、下記の式４２となる。以下の式４２を用いると、式１７及び式１８は、式４０及び式４１で示すことができる。なお、Ｎｂは、バースト数である。
【0178】
【数49】
【0179】
変形例３に係るレーザー加工装置１は、制御ユニット１００の加工条件算出部１０２が式４０又は式４１に基づいてデフォーカス量ｄｚを算出するので、パルスレーザービーム２１がバーストパルスとして出力される場合であっても、被加工物２００を効率的に深く除去することが出来るデフォーカス量ｄｚを容易に求めることができ、生産性の向上に貢献することができるという効果を奏する。
【0180】
〔変形例４〕
実施形態１の変形例４に係るレーザー加工装置１を説明する。変形例４に係るレーザー加工装置１は、制御ユニット１００の加工条件算出部１０２が、式１７又は式１８の代わりに、以下の式４３又は式４４を用いて、デフォーカス量ｄｚを算出する。
実施形態１の変形例４に係るレーザー加工装置１を説明する。変形例４に係るレーザー加工装置１は、制御ユニット１００の加工条件算出部１０２が、式１７又は式１８の代わりに、以下の式４３又は式４４を用いて、デフォーカス量ｄｚを算出する。
【0181】
【数50】
【0182】
【数51】
【0183】
なお、式４３及び式４４は、吸収係数αの代わりに減衰係数κを用いて、式１７及び式１８を表したものである。式１７及び式１８のαは、減衰係数κを用いると、以下の式４５で示すことができる。以下の式４５を用いると、式１７及び式１８は、式４３及び式４４で示すことができる。
【0184】
【数52】
【0185】
変形例４に係るレーザー加工装置１は、制御ユニット１００の加工条件算出部１０２が式４３又は式４４に基づいてデフォーカス量ｄｚを算出するので、被加工物２００の光吸収特性を示す物性値として消衰係数κのみが既知である場合であっても、被加工物２００を効率的に深く除去することが出来るデフォーカス量ｄｚを容易に求めることができ、生産性の向上に貢献することができるという効果を奏する。
【0186】
〔変形例５〕
実施形態１の変形例５に係るレーザー加工装置１を説明する。変形例５に係るレーザー加工装置１は、制御ユニット１００の加工条件算出部１０２が、式１７又は式１８の代わりに、以下の式４６又は式４７を用いて、デフォーカス量ｄｚを算出する。
実施形態１の変形例５に係るレーザー加工装置１を説明する。変形例５に係るレーザー加工装置１は、制御ユニット１００の加工条件算出部１０２が、式１７又は式１８の代わりに、以下の式４６又は式４７を用いて、デフォーカス量ｄｚを算出する。
【0187】
【数53】
【0188】
【数54】
【0189】
なお、式４６及び式４７は、下記のように求めた。ここでは、基板２０１の表面２０２に格子状に形成された分割予定ライン２０３で区画された領域にデバイス２０４が形成された被加工物２００に、空間分布がガウス分布を示すパルスレーザービーム２１を照射して、被加工物２００にアブレーション加工を施す場合について考える。この時、フルエンスが加工閾値Ｆｔｈを超える領域のみ除去されるとして、１パルスのパルスレーザービーム２１で形成される加工痕において、光軸からｒだけ離れた位置における深さＬ０（ｒ）と、被加工物２００の表面２０２における光軸上でのフルエンスＦ０との関係は、下記の式４８で示すことができる。
【0190】
【数55】
【0191】
一方、光軸上のフルエンスＦ０とパルスエネルギーＥとの関係は、下記の式４９となる。
【0192】
【数56】
【0193】
従って、下記の式５０、式５１が成立する。
【0194】
【数57】
【0195】
【数58】
【0196】
但し、式５１では、下記の式５２を満たす必要がある。なお、ｒ０は、１パルスのパルスレーザービーム２１で形成される加工痕の半径である。
【0197】
【数59】
【0198】
１パルスのパルスレーザービーム２１での除去体積をＶ０とすると、下記の式５３及び式５４が成立する。
【0199】
【数60】
【0200】
【数61】
【0201】
ｄＶ０／ｄｗ＝０として、除去体積Ｖ０が最大となる即ち除去効率が最大となるパルスレーザービーム２１の半径ｗを求めると、下記の式５５及び式５６が成立する。
【0202】
【数62】
【0203】
【数63】
【0204】
除去に必要な除去に必要なエネルギーの体積密度を、被加工物２００の質量比熱ｃ、被加工物２００の密度ρ、被加工物２００の沸点Ｔｂを用いて、上記の式５で示すことができる。
【0205】
ここで、光の侵入長は１／αなので、除去に必要な単位面積あたりの光エネルギー、すなわちフルエンスの加工閾値Ｆｔｈは、上記の式６となる。
【0206】
従って、除去体積Ｖ０が最大となる即ち除去効率が最大となるフルエンスＦ０は、下記式５７となる。
【0207】
【数64】
【0208】
また、パルスエネルギーＥと、パルスレーザービーム２１の繰り返し周波数ｆｒと、パルスレーザービーム２１の平均出力Ｐとの関係は、上記の式９となる。
【0209】
従って、除去体積Ｖ０が最大となる即ち除去効率が最大となるパルスレーザービーム２１の半径ｗは、下記の式５８となる。式５８を用いると、式１７及び式１８は、式４６及び式４７で示すことができる。
【0210】
【数65】
【0211】
変形例５に係るレーザー加工装置１は、制御ユニット１００の加工条件算出部１０２が式４６又は式４７に基づいてデフォーカス量ｄｚを算出するので、１パルスのパルスレーザービーム２１による除去体積を最大とするデフォーカス量ｄｚを容易に求めることができ、生産性の向上に貢献することができるという効果を奏する。
【0212】
〔変形例６〕
実施形態１の変形例６に係るレーザー加工装置１を説明する。変形例６に係るレーザー加工装置１は、制御ユニット１００の加工条件算出部１０２が、式１７又は式１８の代わりに、以下の式５９を用いて、デフォーカス量ｄｚを算出する。
実施形態１の変形例６に係るレーザー加工装置１を説明する。変形例６に係るレーザー加工装置１は、制御ユニット１００の加工条件算出部１０２が、式１７又は式１８の代わりに、以下の式５９を用いて、デフォーカス量ｄｚを算出する。
【0213】
【数66】
【0214】
なお、式５９は、焦点から十分に離れている場合に、上記式１１を下記の式６０に簡略化することができる。以下の式６０を用いると、式１７及び式１８は、式５９で示すことができる。
【0215】
【数67】
【0216】
変形例６に係るレーザー加工装置１は、制御ユニット１００の加工条件算出部１０２が式５９に基づいてデフォーカス量ｄｚを算出するので、被加工物２００を効率的に深く除去することが出来るデフォーカス量ｄｚを容易に求めることができ、生産性の向上に貢献することができるという効果を奏する。
【0217】
〔変形例７〕
実施形態１の変形例７に係るレーザー加工装置１を説明する。変形例７に係るレーザー加工装置１は、制御ユニット１００の加工条件算出部１０２が、式１７又は式１８の代わりに、以下の式６１又は式６２を用いて、デフォーカス量ｄｚを算出する。
実施形態１の変形例７に係るレーザー加工装置１を説明する。変形例７に係るレーザー加工装置１は、制御ユニット１００の加工条件算出部１０２が、式１７又は式１８の代わりに、以下の式６１又は式６２を用いて、デフォーカス量ｄｚを算出する。
【0218】
【数68】
【0219】
【数69】
【0220】
なお、式６１及び式６２は、集光前のパルスレーザービーム２１のビーム径Ｄの代わりに集光角θを用いて、式１７及び式１８を表したものである。式１７及び式１８のビーム径Ｄは、集光角θを用いると、以下の式６３で示すことができる。以下の式６３を用いると、式１７及び式１８は、式６１及び式６２で示すことができる。
【0221】
【数70】
【0222】
変形例７に係るレーザー加工装置１は、制御ユニット１００の加工条件算出部１０２が式６１又は式６２に基づいてデフォーカス量ｄｚを算出するので、ビーム径Ｄに代わって集光角θが既知の場合であっても、被加工物２００を効率的に深く除去することが出来るデフォーカス量ｄｚを容易に求めることができ、生産性の向上に貢献することができるという効果を奏する。
【0223】
なお、本発明の発明者は、本願発明の効果を確認した。確認では、ＧａＮ基板である被加工物２００に深さＬが６９０μｍの加工溝２１０を形成しようとして、式１７を用いてデフォーカス量ｄｚを３ｍｍと算出し、式２６を用いて走査回数Ｎｓを５００回と算出した。これら算出したデフォーカス量ｄｚを３ｍｍとし、走査回数Ｎｓを５００回として、ＧａＮ基板である被加工物２００に加工溝２１０を形成したところ、形成した加工溝２１０の深さＬｓが５００μｍであった。
【0224】
したがって、式１７を用いてデフォーカス量ｄｚを算出し、式２６を用いて走査回数Ｎｓ等を算出することで、実験を繰り返すことなく、所望の深さＬに近い深さＬｓの加工溝２１０を形成することが出来る加工条件を得ることができることが明らかとなった。
【0225】
なお、本発明は、上記実施形態及び変形例に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変質して実施することができる。なお、上記実施形態等では、被加工物２００の加工すべき領域の幅は、分割予定ライン２０３の幅ｇであるが、本発明では、分割予定ライン２０３の幅ｇに限定されず、分割予定ライン２０３の幅ｇ以下であれば良い。また、上記実施形態等では、集光点２３を被加工物２００の基板２０１の内部に設定したが、本発明では、基板２０１の表面２０２よりも被加工物２００の外側でも良い。この場合、デフォーカス量ｄｚは、被加工物２００の基板２０１の表面２０２からの距離に－（マイナス）が付されるのが望ましい。また、本発明では、深さ測定器６１は、被加工物２００の表面２０２及び加工溝２１０の底に検出用レーザービームを照射し、検出用レーザービームの反射光を受光して、加工溝２１０の深さＬを測定しても良い。
【符号の説明】
【0226】
１ レーザー加工装置
１０ 保持テーブル
２０ レーザービーム照射ユニット（レーザー照射手段）
２１ パルスレーザービーム
２２ 集光レンズ（集光光学素子）
２３ 集光点
３１ Ｘ軸移動ユニット（送り手段）
６１ 深さ測定器
１００ 制御ユニット（制御手段）
１０２ 加工条件算出部
１０３ 上限値算出部
１０４ 判定部
１０５ 加工条件修正部
１１１ 入力ユニット（入力手段）
２００ 被加工物
２０３ 分割予定ライン（加工すべき領域）
２１０ 加工溝
ａ 上限値
ｃ 質量比熱（比熱）
ｄｚ デフォーカス量
Ｄ ビーム径（直径）
ｅ 自然対数の底
Ｅ パルスエネルギー
ｆ 焦点距離
ｆｒ 繰り返し周波数
ｇ 幅
Ｌ 所望の深さ
Ｍ２ Ｍスクェア値
Ｎｓ 走査回数
Ｎ 走査本数
ｐ 走査ピッチ
Ｐ 平均出力
Ｒ 反射率（反射損失）
Ｔｂ 沸点
ｖ 走査速度（送り速度）
Ｗ 幅
α 吸収係数
ρ 密度
θ 集光角
λ 波長
π 円周率
１０ 保持テーブル
２０ レーザービーム照射ユニット（レーザー照射手段）
２１ パルスレーザービーム
２２ 集光レンズ（集光光学素子）
２３ 集光点
３１ Ｘ軸移動ユニット（送り手段）
６１ 深さ測定器
１００ 制御ユニット（制御手段）
１０２ 加工条件算出部
１０３ 上限値算出部
１０４ 判定部
１０５ 加工条件修正部
１１１ 入力ユニット（入力手段）
２００ 被加工物
２０３ 分割予定ライン（加工すべき領域）
２１０ 加工溝
ａ 上限値
ｃ 質量比熱（比熱）
ｄｚ デフォーカス量
Ｄ ビーム径（直径）
ｅ 自然対数の底
Ｅ パルスエネルギー
ｆ 焦点距離
ｆｒ 繰り返し周波数
ｇ 幅
Ｌ 所望の深さ
Ｍ２ Ｍスクェア値
Ｎｓ 走査回数
Ｎ 走査本数
ｐ 走査ピッチ
Ｐ 平均出力
Ｒ 反射率（反射損失）
Ｔｂ 沸点
ｖ 走査速度（送り速度）
Ｗ 幅
α 吸収係数
ρ 密度
θ 集光角
λ 波長
π 円周率
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】