JP2007142000A - レーザ加工装置およびレーザ加工方法 - Google Patents

レーザ加工装置およびレーザ加工方法 Download PDF

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Abstract

【課題】ウェハの表面から深さ方向に複数層の改質領域を形成する際に、正常な改質領域を短時間で確実に形成可能で低コストなレーザ加工装置を提供する。
【解決手段】レーザヘッドＨＬａ〜ＨＬｃはレーザ光源ＳＬａ〜ＳＬｃおよび集光レンズＣＶａ〜ＣＶｃを備え、レーザ光Ｌａ〜Ｌｃを集光させた集光点Ｐａ〜Ｐｃの位置は、レーザ光源ＳＬａ〜ＳＬｃの波長と集光レンズＣＶａ〜ＣＶｃの開口数とによって規定される。レーザ加工装置は、各レーザ光Ｌａ〜Ｌｃの波長または集光レンズＣＶａ〜ＣＶｃの開口数の少なくともいずれか一方を調整することにより、ウェハ１０の内部における各レーザ光Ｌａ〜Ｌｃの集光点Ｐａ〜Ｐｃの深さ位置を適宜設定し、ウェハ１０の切断予定ラインＫに沿うと共に、ウェハ１０の表面１０ｂから深さ方向に離間または隣接または重複して配置された３層１組の改質領域群Ｇａ〜Ｇｃを構成する各改質領域Ｒを同時に形成する。
【選択図】 図４

Description

本発明はレーザ加工装置およびレーザ加工方法に係り、詳しくは、ウェハにレーザ光を照射してその内部に多光子吸収による改質領域を形成するレーザ加工装置およびその加工方法に関するものである。
従来より、レーザ光を用いてウェハ状の加工対象物を個々のチップに切断分離（分断）するダイシング（レーザダイシング）技術の開発が進められている。
例えば、ウェハ状の加工対象物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射し、前記加工対象物の内部に多光子吸収による改質領域（クラック領域を含む改質領域、溶融処理領域を含む改質領域、屈折率が変化した領域を含む改質領域）を形成し、この改質領域によって、前記加工対象物の切断予定ラインに沿って前記加工対象物のレーザ光入射面から所定距離内側に、切断の起点となる領域を形成し、その領域を起点とした割断によって加工対象物を切断する技術が提案されている（特許文献１参照）。
そして、特許文献１には、複数のレーザ光源から出射された各レーザ光を加工対象物の内部に集光点を合わせて異なる方向から照射することが開示されている（特許文献１の請求項７、図１７参照）。
このように、複数のレーザ光源を用いれば、レーザ光の集光点の電界強度を多光子吸収の発生が可能な大きさにすることができ、パルスレーザ光に比べて瞬間的なパワーが小さい連続波レーザ光であっても改質領域の形成が可能となるとしている。
さらに、特許文献１には、切断予定ラインに沿って複数のレーザ光源がアレイ状に配置された光源部を備えることが開示されている（特許文献１の請求項１０、図１８参照）。
このようにすれば、切断予定ラインに沿って複数の集光点を同時に形成することができるので、加工速度を向上させることができるとしている。
また、ウェハの表面からレーザ光を入射して前記ウェハの内部に改質領域を形成するレーザダイシング装置において、前記ウェハに向けて前記レーザ光を照射する複数のレーザヘッドと、前記ウェハを載置して前記複数のレーザヘッドに対して相対的に加工方向であるＸ方向に移動するチャックテーブルとが設けられ、前記複数のレーザヘッドを前記Ｘ方向と直交するＹ方向にそれぞれ独立して移動可能に構成する技術が提案されている（特許文献２参照）。
この特許文献２の技術によれば、複数のレーザヘッドがＹ方向にそれぞれ独立して移動できるので、種々の加工ピッチを有するウェハに対して、複数のラインを同時に加工することができ加工効率が高いとしている。
また、特許文献２には、複数のレーザーヘッドがＸ方向およびＹ方向と直交するＺ方向にそれぞれ独立して移動可能に設けることが開示されている。
これによれば、複数のレーザーヘッドから照射されるレーザー光の集光点のＺ方向位置をそれぞれ異なる位置に設定することができるため、１回の加工ストロークの中でウェハ内部に複数段の改質領域層を形成することができ、厚いウェハであっても容易に割断することができるとしている。
特許第３４０８８０５号公報（第２〜１６頁 図１〜図３２） 特開２００４−１１１９４６号公報（第２〜１４頁 図１〜図１６）
近年、特許文献１または特許文献２に開示されているようなレーザダイシング技術を用い、半導体基板を作成するためのウェハ（半導体ウェハ）の内部に改質領域（改質層）を形成し、その改質領域を切断の起点とした割断により、ウェハを個々のチップ（半導体チップ）に切断分離する試みがなされている。
しかし、特許文献１の技術では、ウェハの表面から深さ方向に１層（１本）の改質領域しか形成しないため、ウェハの板厚が大きい場合には、切断予定ラインに沿って精度良く切断分離することが困難であるという技術的課題がある。
また、特許文献１の技術にて、複数のレーザ光源から出射された各レーザ光をウェハの内部に集光点を合わせて異なる方向から照射した場合にも、ウェハの表面から深さ方向に１層の改質領域しか形成しないため、加工効率が悪く、スループット（単位時間当たりの生産性）が低く量産化に不向きであるという技術的課題がある。
そして、特許文献１の技術にて、複数のレーザ光源から出射された各レーザ光をウェハの内部に集光点を合わせて異なる方向から照射する際に、ウェハの表面からレーザ光を入射した場合には、ウェハの表面に対してレーザ光が斜め方向から入射することになる。そのため、ウェハの表面における半導体素子の形成領域にレーザ光が照射されることによって半導体素子に生じるダメージを懸念すると、レーザ光が照射される切断予定ラインの幅を広くとる必要がある。よって、１枚のウェハから切り取ることが可能なチップの個数が、切断予定ラインの幅の分だけ少なくなり、チップの収量が制限されることから、チップの製造コストが増大するという技術的課題がある。
また、特許文献２の技術では、レーザ光の入射面であるウェハの表面から浅い部分の改質領域を先に形成し、その後でウェハの表面から深い部分の改質領域を形成した場合に、浅い部分に形成された改質領域が、深い部分に改質領域を形成する際のレーザ光の入射を阻害し、深い部分には正常な改質領域を確実に形成することが困難であるという技術的課題がある。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、以下の目的を有するものである。
（１）ウェハの表面から深さ方向に複数層の改質領域を形成する際に、正常な改質領域を短時間で確実に形成可能で低コストなレーザ加工装置を提供する。
（２）ウェハの表面から深さ方向に複数層の改質領域を形成する際に、正常な改質領域を短時間で確実に形成可能なレーザ加工方法を低コストに提供する。
請求項１に記載の発明は、
ウェハの内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、当該ウェハの内部に多光子吸収による改質領域を形成するレーザ加工装置であって、
レーザ光を発生させて出射するレーザ光源と、そのレーザ光源の出射したレーザ光を前記集光点に集光させる集光レンズとを有する複数個のレーザヘッドを備え、
前記複数個のレーザヘッドから同時に照射された複数のレーザ光をそれぞれ異なる集光点に合わせ、ウェハの表面から深さ方向に間隔をあけた複数層の改質領域を同時に形成することと、
ウェハの切断予定ラインに沿って、前記複数のレーザ光をパルス状に照射しながら、前記ウェハに対して前記複数の集光点を相対的に移動させることにより、前記ウェハの表裏面に対して水平方向に間隔をあけて形成された複数個の改質領域から成る複数層の改質領域群を同時に形成することと、
前記複数のレーザ光をウェハの表面に対して垂直方向に入射させることと、
ウェハの表面から深い位置の改質領域が必ず先に形成されるように、ウェハに対する前記複数の集光点の移動方向を設定すると共に、前記複数の集光点のウェハの内部における深さ位置を設定することとを技術的特徴とする。
請求項２に記載の発明は、
ウェハの内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、当該ウェハの内部に多光子吸収による改質領域を形成するレーザ加工装置であって、
レーザ光を発生させて出射するレーザ光源と、そのレーザ光源の出射したレーザ光を前記集光点に集光させる集光レンズとを有する複数個のレーザヘッドと、
前記複数個のレーザヘッドから同時に照射された複数のレーザ光の光軸の間隔を、ウェハに配置された複数本の平行な切断予定ラインの間隔に合わせるように、前記複数個のレーザヘッドを前記切断予定ラインと直交する水平方向に移動させる水平移動手段とを備え、
前記複数本の切断予定ラインに沿って、前記複数個のレーザヘッドから同時に照射された複数のレーザ光をパルス状に照射しながら、前記ウェハに対して前記複数のレーザ光の集光点を相対的に移動させることにより、前記ウェハの表裏面に対して水平方向に間隔をあけて形成された複数個の改質領域から成る複数本の改質領域群を同時に形成することと、
前記複数のレーザ光をウェハの表面に対して垂直方向に入射させることと、
ウェハの表面から深い位置の改質領域が必ず先に形成されるように、ウェハに対する前記複数の集光点の移動方向を設定すると共に、前記複数の集光点のウェハの内部における深さ位置を設定することとを技術的特徴とする。
請求項３に記載の発明は、
請求項１または請求項２に記載のレーザ加工装置において、
前記レーザ光の波長または前記集光レンズの開口数の少なくともいずれか一方を調整することにより、前記複数の集光点のウェハの内部における深さ位置を設定することを技術的特徴とする。
請求項４に記載の発明は、
請求項１または請求項２に記載のレーザ加工装置において、
前記複数のレーザヘッドをそれぞれウェハの表面に対して垂直方向に移動させる垂直移動手段を備え、
その垂直移動手段によって前記複数のレーザヘッドを移動させることにより、前記複数の集光点のウェハの内部における深さ位置を設定することを技術的特徴とする。
請求項５に記載の発明は、
請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザ加工装置において、
前記複数のレーザヘッドを複数組備え、
その複数組のレーザヘッドから同時に照射された複数のレーザ光をパルス状に照射しながら、前記複数のレーザ光の集光点をウェハの表裏面に対して水平方向に直交する２方向に移動させることにより、ウェハに対して格子状に配置された複数本の切断予定ラインに沿った複数個の改質領域から成る複数本の改質領域群を同時に形成することを技術的特徴とする。
請求項６に記載の発明は、
ウェハの内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、当該ウェハの内部に多光子吸収による改質領域を形成するレーザ加工方法であって、
レーザ光を発生させて出射するレーザ光源と、そのレーザ光源の出射したレーザ光を前記集光点に集光させる集光レンズとを有する複数個のレーザヘッドを用い、
前記複数個のレーザヘッドから同時に照射された複数のレーザ光をそれぞれ異なる集光点に合わせ、ウェハの表面から深さ方向に間隔をあけた複数層の改質領域を同時に形成することと、
ウェハの切断予定ラインに沿って、前記複数のレーザ光をパルス状に照射しながら、前記ウェハに対して前記複数の集光点を相対的に移動させることにより、前記ウェハの表裏面に対して水平方向に間隔をあけて形成された複数個の改質領域から成る複数層の改質領域群を同時に形成することと、
前記複数のレーザ光をウェハの表面に対して垂直方向に入射させることと、
ウェハの表面から深い位置の改質領域が必ず先に形成されるように、ウェハに対する前記複数の集光点の移動方向を設定すると共に、前記複数の集光点のウェハの内部における深さ位置を設定することとを技術的特徴とする。
請求項７に記載の発明は、
ウェハの内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、当該ウェハの内部に多光子吸収による改質領域を形成するレーザ加工方法であって、
レーザ光を発生させて出射するレーザ光源と、そのレーザ光源の出射したレーザ光を前記集光点に集光させる集光レンズとを有する複数個のレーザヘッドを用い、
前記複数個のレーザヘッドから同時に照射された複数のレーザ光の光軸の間隔を、ウェハに配置された複数本の平行な切断予定ラインの間隔に合わせるように、前記複数個のレーザヘッドを前記切断予定ラインと直交する水平方向に移動させることと、
前記複数本の切断予定ラインに沿って、前記複数個のレーザヘッドから同時に照射された複数のレーザ光をパルス状に照射しながら、前記ウェハに対して前記複数のレーザ光の集光点を相対的に移動させることにより、前記ウェハの表裏面に対して水平方向に間隔をあけて形成された複数個の改質領域から成る複数本の改質領域群を同時に形成することと、
前記複数のレーザ光をウェハの表面に対して垂直方向に入射させることと、
ウェハの表面から深い位置の改質領域が必ず先に形成されるように、ウェハに対する前記複数の集光点の移動方向を設定すると共に、前記複数の集光点のウェハの内部における深さ位置を設定することとを技術的特徴とする。
請求項８に記載の発明は、
請求項６または請求項７に記載のレーザ加工方法において、
前記レーザ光の波長または前記集光レンズの開口数の少なくともいずれか一方を調整することにより、前記複数の集光点のウェハの内部における深さ位置を設定することを技術的特徴とする。
請求項９に記載の発明は、
請求項６または請求項７に記載のレーザ加工方法において、
前記複数のレーザヘッドをそれぞれウェハの表面に対して垂直方向に移動させることにより、前記複数の集光点のウェハの内部における深さ位置を設定することを技術的特徴とする。
請求項１０に記載の発明は、
請求項６〜９のいずれか１項に記載のレーザ加工方法において、
前記複数のレーザヘッドを複数組用い、
その複数組のレーザヘッドから同時に照射された複数のレーザ光をパルス状に照射しながら、前記複数のレーザ光の集光点をウェハの表裏面に対して水平方向に直交する２方向に移動させることにより、ウェハに対して格子状に配置された複数本の切断予定ラインに沿った複数個の改質領域から成る複数本の改質領域群を同時に形成することを技術的特徴とする。
＜請求項１：第１実施形態または第２実施形態に該当＞
請求項１の発明では、レーザ光（Ｌａ〜Ｌｃ）を発生させて出射するレーザ光源（ＳＬａ〜ＳＬａ）と、そのレーザ光源の出射したレーザ光を集光点（Ｐａ〜Ｐｃ）に集光させる集光レンズ（ＣＶａ〜ＣＶｃ）とを有する複数個のレーザヘッド（ＨＬａ〜ＨＬｃ）を備えている。
そして、ウェハ（１０）の内部における各レーザ光の集光点の深さ位置を適宜設定し、ウェハの切断予定ライン（Ｋ）に沿うと共に、ウェハの表面（１０ｂ）から深さ方向に離間または隣接または重複して配置された複数層の改質領域群（Ｇａ〜Ｇｃ）を構成する各改質領域（Ｒ）を同時に形成している。
言い換えれば、ウェハに照射されるレーザ光のウェハへの入射方向（ウェハの深さ方向）における各レーザ光の集光点を異なる位置（深さ位置）に設定することにより、複数層の改質領域群を構成する各改質領域を前記入射方向に沿って離間または隣接または重複させた状態で並ぶように複数形成している。
そのため、請求項１の発明によれば、ウェハの表面から深さ方向に１層の改質領域しか形成しない特許文献１の技術に比べて、ウェハの板厚が大きい場合でも、ウェハを切断する際に起点となる改質領域の個数が増すことから、切断予定ラインに沿って精度良く切断分離することができる。
そして、請求項１の発明では、複数層の改質領域群を同時に形成しているため加工効率が高くなり、短時間に複数層の正常な改質領域群を確実に形成可能であるため、スループットが高く量産化に好適である。
また、請求項１の発明では、ウェハの表面に対して各レーザ光を垂直方向に入射しているため、各レーザ光が照射される切断予定ラインの幅を狭くすることが可能になり、１枚のウェハから切り取ることが可能なチップの個数が、切断予定ラインの幅を広くした場合に比べて多くなることから、チップの製造コストを削減できる。
さらに、請求項１の発明では、ウェハの表面（レーザ光の入射面）から深い位置の改質領域が必ず先に形成されるように（すなわち、ウェハの表面に対して遠い方から順番に複数層の改質領域群を構成する各改質領域が形成されるように）、ウェハに対する各集光点の移動方向を設定すると共に、各集光点の深さ位置を設定している。
そのため、ウェハの表面から浅い部分に形成された改質領域が、深い部分に改質領域を形成する際のレーザ光の入射を阻害することなく、当該深い部分にも正常な改質領域を確実に形成することができる。
ここで、ウェハの内部における集光点の深さ位置とは、ウェハの表面（レーザ光の入射面）から当該集光点までの距離である。
＜請求項２：第３実施形態または第４実施形態に該当＞
請求項２の発明では、レーザ光（Ｌａ〜Ｌｃ）を発生させて出射するレーザ光源（ＳＬａ〜ＳＬａ）と、そのレーザ光源の出射したレーザ光を集光点（Ｐａ〜Ｐｃ）に集光させる集光レンズ（ＣＶａ〜ＣＶｃ）とを有する複数個のレーザヘッド（ＨＬａ〜ＨＬｃ）を備えている。
また、複数個のレーザヘッドから同時に照射された複数のレーザ光の光軸（ＯＡａ〜ＯＡｃ）の間隔（ｔ）を、ウェハに配置された複数本の平行な切断予定ライン（Ｋａ〜Ｋｃ）の間隔に合わせるように、複数個のレーザヘッドを切断予定ラインと直交する水平方向（Ｙ方向）に移動させる水平移動手段（駆動装置４１ａ〜４１ｃおよび制御装置２３）を備えている。
そして、複数本の切断予定ラインに沿って、複数個のレーザヘッドから同時に照射された複数のレーザ光をパルス状に照射しながら、ウェハに対して複数のレーザ光の集光点（Ｐａ〜Ｐｃ）を相対的に移動させることにより、ウェハの表裏面に対して水平方向（Ｘ方向）に間隔をあけて形成された複数個の改質領域（Ｒ）から成る複数本の改質領域群（Ｇａ〜Ｇｃ）を同時に形成している。
そのため、請求項２の発明によれば、複数本の切断予定ラインに沿った複数本の改質領域群を同時に形成しているため加工効率が高くなり、短時間に複数本の正常な改質領域群を確実に形成可能であるため、スループットが高く量産化に好適である。
また、請求項２の発明では、ウェハの表面に対して各レーザ光を垂直方向に入射しているため、各レーザ光が照射される切断予定ラインの幅を狭くすることが可能になり、１枚のウェハから切り取ることが可能なチップの個数が、切断予定ラインの幅を広くした場合に比べて多くなることから、チップの製造コストを削減できる。
さらに、請求項２の発明では、ウェハの表面（レーザ光の入射面）から深い位置の改質領域が必ず先に形成されるように（すなわち、ウェハの表面に対して遠い方から順番に複数層の改質領域群を構成する各改質領域が形成されるように）、ウェハに対する各集光点の移動方向を設定すると共に、各集光点の深さ位置を設定している。
そのため、ウェハの表面から浅い部分に形成された改質領域が、深い部分に改質領域を形成する際のレーザ光の入射を阻害することなく、当該深い部分にも正常な改質領域を確実に形成することができる。
ここで、ウェハの内部における集光点の深さ位置とは、ウェハの表面（レーザ光の入射面）から当該集光点までの距離である。
＜請求項３：第１実施形態または第３実施形態に該当＞
請求項１または請求項２の発明において、複数の集光点のウェハの内部における深さ位置を設定するには、請求項３の発明のように、レーザ光の波長または集光レンズの開口数の少なくともいずれか一方を調整すればよい。
すなわち、レーザ光の波長が大きいほど、ウェハの内部における集光点の深さ位置が深くなり、ウェハの表面から深い部分に改質領域が形成される。
また、集光レンズの開口数が小さいほど、ウェハの内部における集光点の深さ位置が深くなり、ウェハの表面から深い部分に改質領域が形成される。
尚、波長と開口数の両方を調整しても、集光点の深さ位置を適宜設定できる。
＜請求項４：第２実施形態または第４実施形態に該当＞
請求項１または請求項２の発明において、複数の集光点のウェハの内部における深さ位置を設定するには、請求項４の発明のように、複数のレーザヘッドをそれぞれウェハの表面に対して垂直方向（Ｚ方向）に移動させる垂直移動手段（駆動装置５１ａ〜５１ｃおよび制御装置２３）を用い、その垂直移動手段によって複数のレーザヘッドをそれぞれの集光点の深さ位置に対応した適宜な位置に移動させればよい。
＜請求項５：第５実施形態に該当＞
請求項５の発明によれば、ウェハに対して格子状に配置された複数本の切断予定ラインに沿った複数個の改質領域から成る複数本の改質領域群を同時に形成可能になるため、請求項１または請求項２の発明よりも更に加工効率を高くできる。
＜請求項６〜請求項１０）
請求項６〜１０の発明はそれぞれ、請求項１〜５の発明によるレーザ加工方法に関するものである。そのため、請求項６〜１０の発明によれば、前記した請求項１〜５の発明と同様の作用・効果が得られる。
＜用語の説明＞
尚、上術した［発明の効果］に記載した（ ）内の数字等は、上述した［背景技術］と後述する［発明を実施するための最良の形態］に記載した構成部材・構成要素の符号に対応したものである。
そして、［課題を解決するための手段］［発明の効果］に記載した構成部材・構成要素と、［背景技術］［発明を実施するための最良の形態］に記載した構成部材・構成要素との対応関係は以下のようになっている。
「水平移動手段」は、駆動装置４１ａ〜４１ｃおよび制御装置２３に該当する。
「垂直移動手段」は、駆動装置５１ａ〜５１ｃおよび制御装置２３に該当する。
以下、本発明を具体化した各実施形態について図面を参照しながら説明する。尚、各実施形態において、同一の構成部材および構成要素については符号を等しくすると共に、同一内容の箇所については重複説明を省略してある。
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態においてウェハ１０にレーザ光を照射して改質領域を形成するためのレーザ加工装置２０の概略構成を示す斜視図である。
レーザ加工装置２０は、ウェハ載置装置２１、レーザ照射装置２２、制御装置２３などから構成されている。
ウェハ載置装置２１は、回転テーブル（ステージ、試料台）３１、移動テーブル３２などから構成されている。
ウェハ１０は円盤形の回転テーブル３１上に載置され、ウェハ１０の裏面１０ａは回転テーブル３１の上面に吸着固定されている。
回転テーブル３１は、移動テーブル３２に対して回動可能に軸支され、移動テーブル３２内に設けられている駆動装置（図示略）により、ウェハ１０の表裏面１０ｂ，１０ａと平行な水平面内にてθ方向に回動される。
移動テーブル３２は、レーザ加工装置２０の本体ベース（図示略）内に設けられている駆動装置（図示略）により、ウェハ１０の表裏面１０ｂ，１０ａと平行な水平面内にてＸ，Ｙ方向に移動される。
レーザ照射装置２２は、回転テーブル３１の上方に配置され、レーザ加工装置２０に設けられている駆動装置（図示略）により、ウェハ１０の表裏面１０ｂ，１０ａと平行な水平面内にてＸ，Ｙ方向に移動されると共に、ウェハ１０の表裏面１０ｂ，１０ａと垂直なＺ方向に移動される。
レーザ照射装置２２内には３個のレーザヘッドＨＬａ〜ＨＬｃが設けられ、各レーザヘッドＨＬａ〜ＨＬｃはＸ方向に並べて配置されている。
制御装置２３は、前記各駆動装置を制御することにより、各テーブル３１，３２およびレーザ照射装置２２のＸ，Ｙ，Ｚ方向の移動を制御する。
尚、Ｘ方向とＹ方向とＺ方向はそれぞれ直交する。
図２（Ａ）は、第１実施形態におけるレーザ照射装置２２の底面図である。図２（Ｂ）は、第１実施形態におけるレーザ照射装置２２の概略構成を説明するための一部縦断面図である。
レーザ照射装置２２の筺体２２ａは底面が開放された箱状を成し、筺体２２ａ内には３個のレーザヘッドＨＬａ〜ＨＬｃが取付固定されている。
レーザヘッドＨＬａはレーザ光源ＳＬａおよび集光レンズＣＶａを備え、レーザ光源ＳＬａは波長λａのレーザ光Ｌａを出射し、レーザ光Ｌａを集光させた集光点Ｐａの位置は、波長λａと集光レンズＣＶａの開口数ＮＡａとによって規定される。
レーザヘッドＨＬｂはレーザ光源ＳＬｂおよび集光レンズＣＶｂを備え、レーザ光源ＳＬｂは波長λｂのレーザ光Ｌｂを出射し、レーザ光Ｌｂを集光させた集光点Ｐｂの位置は、波長λｂと集光レンズＣＶａの開口数ＮＡｂとによって規定される。
レーザヘッドＨＬｃはレーザ光源ＳＬｃおよび集光レンズＣＶｃを備え、レーザ光源ＳＬｃは波長λｃのレーザ光Ｌｃを出射し、レーザ光Ｌｃを集光させた集光点Ｐｃの位置は、波長λｃと集光レンズＣＶｃの開口数ＮＡｃとによって規定される。
各レーザ光Ｌａ〜Ｌｃの光軸ＯＡａ〜ＯＡｃは、Ｚ方向を向くと共にＸ方向に並べて配置されている。
制御装置２３は、各レーザヘッドＨＬａ〜ＨＬｃによる各レーザ光Ｌａ〜Ｌｃの照射を制御する。
図３および図４は、第１実施形態においてウェハ１０にレーザ光Ｌａ〜Ｌｃを照射して改質領域Ｒを形成する様子を説明するための説明図であり、図３（Ａ）はウェハ１０の平面図を表し、図３（Ｂ）および図４はウェハ１０の縦断面を模式的に表したものである。
尚、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示すＶ−Ｖ線断面図である。
また、図４は、図３（Ａ）に示す切断予定ラインＫに相当するＷ−Ｗ線断面図である。
単結晶シリコンのバルク材から成るウェハ（バルクシリコンウェハ）１０の裏面１０ａには、ダイシングフィルム（ダイシングシート、ダイシングテープ、エキスパンドテープ）１１が貼着されている。
尚、ダイシングフィルム１１は、加熱により伸張するか又は伸張方向に力を加えることにより伸張する伸張性のプラスチック製フィルム材から成り、ウェハ１０の裏面側全面に対して接着剤（図示略）によって接着されている。
ウェハ１０の表面１０ｂを上向きにし、ダイシングフィルム１１が貼着されているウェハ１０の表面１０ａを下向きにした状態で、ウェハ１０を回転テーブル３１（図３および図４では図示略。図１参照）上に載置すると、ダイシングフィルム１１が回転テーブル３１の上面と接触する。
そして、レーザ加工装置２０は、各レーザ光Ｌａ〜Ｌｃの光軸ＯＡａ〜ＯＡｃをウェハ１０の表面１０ｂに対して垂直にすると共に切断予定ラインＫに合致させた状態で、各レーザ光Ｌａ〜Ｌｃを集光レンズＣＶａ〜ＣＶｃを介してウェハ１０の表面（レーザ光Ｌａ〜Ｌｃの入射面）１０ｂへ照射させ、ウェハ１０の内部における所定位置にレーザ光Ｌを集光させた異なる集光点（焦点）Ｐａ〜Ｐｃを合わせる。その結果、ウェハ１０の内部における異なる集光点Ｐａ〜Ｐｃの箇所にそれぞれ、各レーザ光Ｌａ〜Ｌｃの照射による改質領域（改質層）Ｒが形成される。
このとき、レーザ光の波長が大きいほど、ウェハ１０の内部における集光点の深さ位置が深くなり、ウェハ１０の表面１０ｂから深い部分に改質領域Ｒが形成される。
言い換えれば、レーザ光の波長が大きいほど、レーザ光の入射面（ウェハ１０の表面１０ｂ）から集光点までの距離が大きくなり、ウェハ１０の内部におけるレーザ光の入射面から遠い部分に改質領域Ｒが形成される。
また、集光レンズの開口数が小さいほど、ウェハ１０の内部における集光点の深さ位置が深くなり、ウェハ１０の表面１０ｂから深い部分に改質領域Ｒが形成される。
言い換えれば、集光レンズの開口数が小さいほど、レーザ光の入射面（ウェハ１０の表面１０ｂ）から集光点までの距離が大きくなり、ウェハ１０の内部におけるレーザ光の入射面から遠い部分に改質領域Ｒが形成される。
ここで、ウェハ１０の内部における集光点Ｐａ〜Ｐｃの深さ位置とは、ウェハ１０の表面（レーザ光Ｌａ〜Ｌｃの入射面）１０ｂから集光点Ｐａ〜Ｐｃまでの距離である。
そのため、各レーザ光Ｌａ〜Ｌｃの波長λａ〜λｃがこの順番で大きくなるように設定しておけば（λａ＜λｂ＜λｃ）、各集光点Ｐａ〜Ｐｃの深さ位置をこの順番で深くすることができる。
また、各集光レンズＣＶａ〜ＣＶｃの開口数ＮＡａ〜ＮＡｃがこの順番で小さくなるように設定しておけば（ＮＡａ＞ＮＡｂ＞ＮＡｃ）、各集光点Ｐａ〜Ｐｃの深さ位置をこの順番で深くすることができる。
尚、各波長λａ〜λｃと各開口数ＮＡａ〜ＮＡｃの両方を前記のように設定しても、各集光点Ｐａ〜Ｐｃの深さ位置をこの順番で深くすることができる。
ここで、改質領域Ｒは、レーザ光Ｌａ〜Ｌｃの照射によって発生した主に多光子吸収による溶融処理領域を含むものである。
すなわち、ウェハ１０の内部における集光点Ｐａ〜Ｐｃの箇所は、レーザ光Ｌａ〜Ｌｃの多光子吸収によって局所的に加熱され、その加熱により一旦溶融した後に再固化する。このように、ウェハ１０の内部にて溶融後に再固化した領域が改質領域Ｒとなる。
つまり、溶融処理領域とは、相変化した領域や結晶構造が変化した領域である。言い換えれば、溶融処理領域とは、ウェハ１０の内部にて、単結晶シリコンが非晶質シリコンに変化した領域、単結晶シリコンが多結晶シリコンに変化した領域、単結晶シリコンが非晶質シリコンおよび多結晶シリコンを含む構造に変化した領域のいずれかの領域である。尚、ウェハ１０は、バルクシリコンウェハであるため、溶融処理領域は主に多結晶シリコンから成る。
ちなみに、溶融処理領域は、レーザ光Ｌａ〜Ｌｃがウェハ１０の内部で吸収されること（つまり、通常のレーザ光による加熱）によって形成されたものではなく、主に多光子吸収によって形成される。
そのため、ウェハ１０の内部における集光点Ｐａ〜Ｐｃの箇所以外にはレーザ光Ｌａ〜Ｌｃがほとんど吸収されず、ウェハ１０の表面１０ｂが溶融したり変質することはない。
そして、レーザ加工装置２０は、ウェハ１０の内部における各集光点Ｐａ〜Ｐｃの深さ位置を一定にした状態で、レーザ照射装置２２をＸ方向に移動させ、各レーザ光Ｌａ〜Ｌｃをパルス状に照射しながら走査することにより、ウェハ１０における直線状の切断予定ラインＫに沿ってＸ方向に集光点Ｐａ〜Ｐｃを移動させる。
ところで、レーザ照射装置２２を移動させることによって各レーザ光Ｌａ〜Ｌｃを走査するのではなく、レーザ照射装置２２を固定した状態で、各テーブル３１，３２を各レーザ光Ｌａ〜Ｌｃの照射方向（ウェハ１０の表面１０ｂに対するレーザ光Ｌａ〜Ｌｃの入射方向）と直交する方向に回動または移動させてもよい。
すなわち、レーザ照射装置２２を移動させることによるレーザ光Ｌａ〜Ｌｃの走査と、各テーブル３１，３２を回動・移動させることによるウェハ１０の移動により、ウェハ１０の切断予定ラインＫに沿いながら、ウェハ１０に対して各集光点Ｐａ〜Ｐｃを相対的に移動させればよい。
このように、ウェハ１０の内部における各集光点Ｐａ〜Ｐｃの深さ位置を一定にした状態で、各レーザ光Ｌａ〜Ｌｃをパルス状に照射しながら、ウェハ１０に対して各集光点Ｐａ〜Ｐｃを相対的に移動させることにより、ウェハ１０の表面１０ｂから一定深さ位置にて（つまり、レーザ光Ｌａ〜Ｌｃの入射面から一定距離内側の位置にて）、ウェハ１０の表裏面１０ｂ，１０ａに対して水平方向（Ｘ方向）に一定の間隔をあけた複数個の改質領域Ｒから成る３層１組の改質領域群Ｇａ〜Ｇｃが同時に形成されてゆく。
このとき、３層の改質領域群Ｇｃ〜Ｇａを構成する各改質領域Ｒは、レーザ光Ｌａ〜Ｌｃが入射するウェハ１０の表面（レーザ光Ｌの入射面）１０ｂに対して遠い方から順番に（Ｇｃ→Ｇｂ→Ｇａの順番で）形成する必要がある。
例えば、レーザ光Ｌが入射するウェハ１０の表面１０ｂに対して近い位置の改質領域群Ｇａを先に形成し、その後にレーザ光Ｌが入射するウェハ１０の表面１０ｂに対して遠い位置の改質領域群Ｇｃを形成した場合には、改質領域群Ｇｃの形成時に照射されたレーザ光Ｌが先に形成された改質領域群Ｇａによって散乱されるため、改質領域群Ｇｃを構成する各改質領域Ｒの寸法にバラツキが生じ、改質領域群Ｇｃを均一に形成することができない。
しかし、レーザ光Ｌが入射するウェハ１０の表面（レーザ光Ｌの入射面）１０ｂに対して遠い方から順番に改質領域群Ｇｃ〜Ｇａを形成すれば、当該入射面１０ｂと集光点Ｐとの間に改質領域Ｒがない状態で新たな改質領域Ｒを形成可能なため、既に形成されている改質領域Ｒによってレーザ光Ｌが散乱されず、３層の改質領域群Ｇａ〜Ｇｃをそれぞれ均一に形成することができる。
従って、図４に示すように、各集光点Ｐａ〜Ｐｃを切断予定ラインＫに沿って相対的に移動させる際に、集光点Ｐｃを先頭にし集光点Ｐｂが続いて集光点Ｐａが最後になって各集光点Ｐｃ〜Ｐａがこの順番（Ｐｃ→Ｐｂ→Ｐａ）で移動される場合には、各集光点Ｐｃ〜Ｐａの深さ位置がこの順番で浅くなるように設定しなければならない。
すなわち、集光点Ｐｃの深さ位置が最も深く、集光点Ｐａの深さ位置が最も浅く、集光点Ｐｂの深さ位置が各集光点Ｐａ，Ｐｃの深さ位置の中間になるように設定しなければならない。
このようにすれば、集光点Ｐａによって形成される改質領域群Ｇａを最上層にし、集光点Ｐｂによって形成される改質領域群Ｇｂを中間層にし、集光点Ｐｃによって形成される改質領域群Ｇａを最下層にした上で、レーザ光Ｌａ〜Ｌｃが入射するウェハ１０の表面（レーザ光Ｌの入射面）１０ｂに対して遠い方から順番（Ｇｃ→Ｇｂ→Ｇａ）に各改質領域群Ｇｃ〜Ｇａを構成する各改質領域Ｒを形成することができる。
以上のように、ウェハ１０の内部に各改質領域群Ｇａ〜Ｇｃを形成した後に、ダイシングフィルム１１を切断予定ラインに対して水平方向（図３に示す矢印β，β’方向。つまり、Ｙ方向）に伸張させることにより、各改質領域群Ｇａ〜Ｇｃに引張応力を印加する。
すると、ウェハ１０の内部に剪断応力が発生し、まず、ダイシングフィルム１１に最も近い最下層の改質領域群Ｇｃを起点としてウェハ１０の深さ方向に亀裂（割れ）が発生し、次に、中間層の改質領域群Ｇｂを起点としてウェハ１０の深さ方向に亀裂が発生し、続いて、最上層の改質領域群Ｇａを起点としてウェハ１０の深さ方向に亀裂が発生し、各改質領域群Ｇａ〜Ｇｃを起点とした亀裂がそれぞれ成長して繋がり、その成長した亀裂がウェハ１０の表裏面１０ｂ，１０ａに到達することにより、ウェハ１０が切断分離される。
ここで、各改質領域群Ｇａ〜Ｇｃは切断予定ラインＫに沿って形成されているため、ダイシングフィルム１１を伸張させて各改質領域群Ｇａ〜Ｇｃに引張応力を好適に印加させることで、各改質領域群Ｇａ〜Ｇｃを構成する各改質領域Ｒを切断の起点とした割断により、ウェハ１０に不要な割れを生じさせることなく、ウェハ１０を比較的小さな力で精度良く切断分離することができる。
尚、薄板略円板状のウェハ１０の表面１０ｂには、多数個のチップ（図示略）が碁盤目状に整列配置されており、切断予定ラインＫは各チップの間に配置されている。つまり、ウェハ１０の表面１０ｂには複数本の切断予定ラインＫが格子状に配置されている。
そのため、各改質領域群Ｇａ〜Ｇｃを各切断予定ラインＫ毎に形成した後に、ダイシングフィルム１１を伸張させることにより、ウェハ１０を個々のチップに切断分離することができる。
［第１実施形態の作用・効果］
第１実施形態では、各レーザ光Ｌａ〜Ｌｃをそれぞれ出射する３個のレーザヘッドＨＬａ〜ＨＬｃを用いている。
そして、各レーザ光Ｌａ〜Ｌｃの波長λａ〜λｃまたは集光レンズＣＶａ〜ＣＶｃの開口数ＮＡａ〜ＮＡｃの少なくともいずれか一方を調整することにより、ウェハ１０の内部における各レーザ光Ｌａ〜Ｌｃの集光点Ｐａ〜Ｐｃの深さ位置を適宜設定し、ウェハ１０の切断予定ラインＫに沿うと共に、ウェハ１０の表面１０ｂから深さ方向に離間または隣接または重複して配置された３層１組の改質領域群Ｇａ〜Ｇｃを構成する各改質領域Ｒを同時に形成している。
言い換えれば、ウェハ１０に照射されるレーザ光Ｌａ〜Ｌｃのウェハ１０への入射方向（ウェハ１０の深さ方向）におけるレーザ光Ｌａ〜Ｌｃの集光点Ｐａ〜Ｐｃを異なる位置（深さ位置）に設定することにより、３組６層の改質領域群Ｇａ〜Ｇｃを構成する各改質領域Ｒを前記入射方向に沿って離間または隣接または重複させた状態で並ぶように複数形成している。
このように、第１実施形態では、各レーザ光Ｌａ〜Ｌｃを同時にウェハ１０に照射することにより、各レーザ光Ｌａ〜Ｌｃにそれぞれ対応した深さの異なる３層の改質領域群Ｇａ〜Ｇｃを構成する各改質領域Ｒを形成している。
そのため、第１実施形態によれば、ウェハの表面から深さ方向に１層の改質領域しか形成しない特許文献１の技術に比べて、ウェハ１０の板厚が大きい場合でも、ウェハ１０を切断する際に起点となる改質領域Ｒの個数が増すことから、切断予定ラインＫに沿って精度良く切断分離することができる。
そして、第１実施形態では、各改質領域群Ｇａ〜Ｇｃを同時に形成しているため加工効率が高くなり、短時間に３層の正常な改質領域群Ｇａ〜Ｇｃを確実に形成可能であるため、スループットが高く量産化に好適である。
また、第１実施形態では、ウェハ１０の表面１０ｂに対して各レーザ光Ｌａ〜Ｌｃを垂直方向に入射しているため、各レーザ光Ｌａ〜Ｌｃが照射される切断予定ラインＫの幅を狭くすることが可能になり、１枚のウェハ１０から切り取ることが可能なチップの個数が、切断予定ラインＫの幅を広くした場合に比べて多くなることから、チップの製造コストを削減できる。
さらに、第１実施形態では、ウェハ１０の表面（レーザ光Ｌの入射面）１０ｂに対して遠い方から順番に各改質領域群Ｇｃ〜Ｇａを構成する各改質領域Ｒが形成されるように、ウェハ１０に対する各集光点Ｐａ〜Ｐｃの移動方向を設定すると共に、各集光点Ｐａ〜Ｐｃの深さ位置を設定している。
そのため、ウェハ１０の表面１０ｂから浅い部分に形成された改質領域Ｒが、深い部分に改質領域Ｒを形成する際のレーザ光の入射を阻害することなく、当該深い部分にも正常な改質領域Ｒを確実に形成することができる。
尚、第１実施形態では３個のレーザヘッドＨＬａ〜ＨＬｃを用いて３層の改質領域群Ｇａ〜Ｇｃを形成しているが、２個または４個以上のレーザヘッドを用いて２層または４層以上の改質領域群を形成するようにしてもよい。
＜第２実施形態＞
図５（Ａ）は、第２実施形態におけるレーザ照射装置２２の底面図である。図５（Ｂ）は、第２実施形態におけるレーザ照射装置２２の概略構成を説明するための一部縦断面図である。
図６および図７は、第２実施形態においてウェハ１０にレーザ光Ｌａ〜Ｌｃを照射して改質領域Ｒを形成する様子を説明するための説明図であり、図６（Ａ）はウェハ１０の平面図を表し、図６（Ｂ）および図７はウェハ１０の縦断面を模式的に表したものである。
尚、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示すＶ−Ｖ線断面図である。
また、図７は、図６（Ａ）に示す切断予定ラインＫに相当するＷ−Ｗ線断面図である。
第２実施形態において、第１実施形態と異なるのは、以下の点だけである。
［２−１］レーザ照射装置２２内には３個の駆動装置４１ａ〜４１ｃが設けられている。
［２−２］駆動装置４１ａは、レーザヘッドＨＬａを光軸ＯＡａに沿った方向であるＺ方向に進退移動させる。駆動装置４１ｂは、レーザヘッドＨＬｂを光軸ＯＡｂに沿った方向であるＺ方向に進退移動させる。駆動装置４１ｃは、レーザヘッドＨＬｃを光軸ＯＡｃに沿った方向であるＺ方向に進退移動させる。尚、各駆動装置４１ａ〜４１ｃは、どのような機構（例えば、ラック・ピニオン、ボールねじなど）によって具体化してもよい。
［２−３］制御装置２３は、各駆動装置４１ａ〜４１ｃを制御することにより、各レーザヘッドＨＬａ〜ＨＬｃのＺ方向の移動を制御する。
［２−４］各レーザ光Ｌａ〜Ｌｃの波長および集光レンズＣＶａ〜ＣＶｃの開口数はそれぞれ同じ値に設定されている。
このように、第２実施形態では、各駆動装置４１ａ〜４１ｃを用いて各レーザヘッドＨＬａ〜ＨＬｃのＺ方向の位置を調整することにより、第１実施形態と同様に、ウェハ１０の内部における各レーザ光Ｌａ〜Ｌｃの集光点Ｐａ〜Ｐｃの深さ位置を適宜設定し、ウェハ１０の切断予定ラインＫに沿うと共に、ウェハ１０の表面１０ｂから深さ方向に離間または隣接または重複して配置された３層１組の改質領域群Ｇａ〜Ｇｃを同時に形成している。
従って、第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の作用・効果を得ることができる。
＜第３実施形態＞
図８（Ａ）は、第３実施形態におけるレーザ照射装置２２の底面図である。
図８（Ｂ）は、第３実施形態においてウェハ１０にレーザ光Ｌａ〜Ｌｃを照射して改質領域Ｒを形成する様子を説明するための説明図であり、ウェハ１０の一部透視斜視図である。
第３実施形態において、第１実施形態と異なるのは、以下の点だけである。
［３−１］レーザ照射装置２２内に設けられた各レーザヘッドＨＬａ〜ＨＬｃから照射される各レーザ光Ｌａ〜Ｌｃの光軸ＯＡａ〜ＯＡｃは、Ｚ方向を向くと共にＹ方向に並べて配置されている。
［３−２］レーザ照射装置２２内には３個の駆動装置５１ａ〜５１ｃが設けられている。
［３−３］各駆動装置５１ａ〜５１ｃはそれぞれ、各レーザヘッドＨＬａ〜ＨＬｃをＹ方向に進退移動させる。尚、各駆動装置５１ａ〜５１ｃは、どのような機構（例えば、ラック・ピニオン、ボールねじなど）によって具体化してもよい。
［３−４］制御装置２３は、各駆動装置５１ａ〜５１ｃを制御することにより、各レーザヘッドＨＬａ〜ＨＬｃのＹ方向の移動を制御し、各光軸ＯＡａ〜ＯＡｃの間隔ｔをウェハ１０に配置された平行な切断予定ラインＫａ〜Ｋｃの間隔に設定する。
前記のように、切断予定ラインはウェハ１０から切断分離される各チップの間に配置されているため、切断予定ラインＫａ〜Ｋｃの間隔（光軸ＯＡａ〜ＯＡｃの間隔ｔ）が１個のチップの幅または奥行の寸法となる。
また、各切断予定ラインＫａ〜ＫｃはＸ方向に沿うと共にＹ方向に並べて配置されているため、各レーザヘッドＨＬａ〜ＨＬｃが進退移動されるＹ方向は、各切断予定ラインＫａ〜Ｋｃと直交する水平方向になる。
［３−５］レーザ加工装置２０は、各レーザ光Ｌａ〜Ｌｃの光軸ＯＡａ〜ＯＡｃをウェハ１０の表面１０ｂに対して垂直にすると共に、各光軸ＯＡａ〜ＯＡｃをそれぞれ各切断予定ラインＫａ〜Ｋｃに合致させた状態で、各レーザ光Ｌａ〜Ｌｃを集光レンズＣＶａ〜ＣＶｃを介してウェハ１０の表面１０ｂへ照射させ、ウェハ１０の内部における所定位置にレーザ光Ｌを集光させた各集光点Ｐａ〜Ｐｃを合わせ、各集光点Ｐａ〜Ｐｃの箇所に各レーザ光Ｌａ〜Ｌｃの照射による改質領域Ｒを形成する。
そして、レーザ加工装置２０は、ウェハ１０の内部における各集光点Ｐａ〜Ｐｃの深さ位置を一定にした状態で、各レーザ光Ｌａ〜Ｌｃをパルス状に照射しながら、ウェハ１０に対して各集光点Ｐａ〜Ｐｃを相対的にＸ方向へ移動させることにより、各切断予定ラインＫａ〜Ｋｃに沿ってＸ方向に一定の間隔をあけた複数個の改質領域Ｒから成る３本の改質領域群Ｇａ〜Ｇｃを同時に形成されてゆく。
ここで、レーザ加工装置２０は、第１実施形態と同様に、各レーザ光Ｌａ〜Ｌｃの波長λａ〜λｃまたは集光レンズＣＶａ〜ＣＶｃの開口数ＮＡａ〜ＮＡｃの少なくともいずれか一方を調整することにより、各集光点Ｐａ〜Ｐｃの深さ位置を設定する。
［３−６］レーザ加工装置２０は、ウェハ１０の内部における集光点Ｐａ〜Ｐｃの深さ位置を段階的に変えることにより、各切断予定ラインＫａ〜Ｋｃに沿うと共に、ウェハ１０の表面１０ｂから深さ方向（ウェハ１０の厚さ方向、ウェハ１０の断面方向、ウェハ１０の表裏面１０ｂ，１０ａに対して垂直方向）に離間または隣接または重複して配置された複数層の改質領域群を構成する各改質領域Ｒを順次形成する。
図８（Ｂ）に示す例では、切断予定ラインＫａに沿って３層の改質領域群Ｇａが形成され、切断予定ラインＫｂに沿って２層の改質領域群Ｇｂが形成され、切断予定ラインＫｃに沿って１層の改質領域群Ｇａが形成されている。
このとき、第１実施形態と同様に、ウェハ１０におけるレーザ入射面である表面１０ｂから遠い位置（すなわち深い位置）の改質領域Ｒが必ず先に形成されるように、ウェハ１０に対する各集光点Ｐａ〜Ｐｃの移動方向を設定すると共に、各集光点Ｐａ〜Ｐｃの深さ位置を設定しておく。
このように、第３実施形態では、各駆動装置５１ａ〜５１ｃを用いて各レーザヘッドＨＬａ〜ＨＬｃのＹ方向の位置を調整することにより、各光軸ＯＡａ〜ＯＡｃの間隔ｔをウェハ１０の切断予定ラインＫａ〜Ｋｃの間隔に設定し、各レーザ光Ｌａ〜Ｌｃの集光点Ｐａ〜Ｐｃの深さ位置を第１実施形態と同様に設定した状態で、各集光点Ｐａ〜Ｐｃを切断予定ラインＫａ〜Ｋｃに沿ってＸ方向に移動している。
従って、第３実施形態によれば、各切断予定ラインＫａ〜Ｋｃに沿った３本の改質領域群Ｇａ〜Ｇｃを同時に形成することが可能になるため加工効率を高くできる。
尚、第３実施形態では３個のレーザヘッドＨＬａ〜ＨＬｃを用いて３本の改質領域群Ｇａ〜Ｇｃを形成しているが、２個または４個以上のレーザヘッドを用いて２本または４本以上の改質領域群を形成するようにしてもよい。
また、第３実施形態では、第１実施形態と同様に、ウェハ１０の表面１０ｂに対して各レーザ光Ｌａ〜Ｌｃを垂直方向に入射しているため、各レーザ光Ｌａ〜Ｌｃが照射される切断予定ラインＫの幅を狭くすることが可能になり、１枚のウェハ１０から切り取ることが可能なチップの個数が、切断予定ラインＫの幅を広くした場合に比べて多くなることから、チップの製造コストを削減できる。
さらに、第３実施形態では、第１実施形態と同様に、ウェハ１０の表面（レーザ光Ｌの入射面）１０ｂに対して遠い方から順番に各改質領域群Ｇｃ〜Ｇａを構成する各改質領域Ｒが形成されるように、ウェハ１０に対する各集光点Ｐａ〜Ｐｃの移動方向を設定すると共に、各集光点Ｐａ〜Ｐｃの深さ位置を設定している。
そのため、ウェハ１０の表面１０ｂから浅い部分に形成された改質領域Ｒが、深い部分に改質領域Ｒを形成する際のレーザ光の入射を阻害することなく、当該深い部分にも正常な改質領域Ｒを確実に形成することができる。
＜第４実施形態＞
図９（Ａ）は、第４実施形態におけるレーザ照射装置２２の底面図である。
図９（Ｂ）は、第４実施形態においてウェハ１０にレーザ光Ｌａ〜Ｌｃを照射して改質領域Ｒを形成する様子を説明するための説明図であり、ウェハ１０の一部透視斜視図である。
第４実施形態において、第３実施形態と異なるのは、第２実施形態の前記［２−１］〜［２−４］と同じ構成が設けられており、各駆動装置４１ａ〜４１ｃを用いて各レーザヘッドＨＬａ〜ＨＬｃのＺ方向の位置を調整することにより、ウェハ１０の内部における各レーザ光Ｌａ〜Ｌｃの集光点Ｐａ〜Ｐｃの深さ位置を設定している点だけである。
従って、第４実施形態によれば、第３実施形態と同様の作用・効果を得ることができる。
＜第５実施形態＞
図１０は、第５実施形態においてウェハ１０にレーザ光Ｌｄ〜Ｌｇを照射して改質領域Ｒを形成する様子を説明するための説明図であり、ウェハ１０の一部透視斜視図である。
第５実施形態において、第３実施形態または第４実施形態と異なるのは、以下の点だけである。
［５−１］３個１組のレーザヘッドＨＬａ〜ＨＬｃと同様の構成の３個１組のレーザヘッドＨＬｄ〜ＨＬｆが設けられている。
［５−２］第３実施形態または第４実施形態と同様に、各レーザヘッドＨＬａ〜ＨＬｃから照射される各レーザ光Ｌａ〜Ｌｃの光軸ＯＡａ〜ＯＡｃをＺ方向に向け、各集光点Ｐａ〜Ｐｃをウェハ１０に対して相対的にＸ方向に移動し、ウェハ１０に配置された平行な切断予定ラインＫａ〜Ｋｃに沿って、３本の改質領域群Ｇａ〜Ｇｃを構成する各改質領域Ｒを形成する。
また、各レーザヘッドＨＬｄ〜ＨＬｆから照射される各レーザ光Ｌｄ〜Ｌｆの光軸ＯＡｄ〜ＯＡｆをＺ方向に向け、各集光点Ｐｄ〜Ｐｆをウェハ１０に対して相対的にＹ方向に移動し、ウェハ１０に配置された平行な切断予定ラインＫｄ〜Ｋｆに沿って、３本の改質領域群Ｇｄ〜Ｇｆを構成する各改質領域Ｒを形成する。
尚、各切断予定ラインＫａ〜ＫｃはＸ方向に沿って配置され、各切断予定ラインＫｄ〜ＫｆはＹ方向に沿って配置され、各切断予定ラインＫａ〜Ｋｆは格子状に配置されている。
このように、第５実施形態では、３個１組のレーザヘッドＨＬａ〜ＨＬｃ，ＨＬｄ〜ＨＬｆを２組備え、その２組のレーザヘッドから同時に照射された６つのレーザ光Ｌａ〜Ｌｆをパルス状に照射しながら、各レーザ光Ｌａ〜Ｌｆの集光点Ｐａ〜Ｐｆをウェハ１０の表裏面１０ｂ，１０ａに対して水平方向に直交する２方向（Ｘ，Ｙ方向）に移動させることにより、ウェハ１０に対して格子状に配置された６本の切断予定ラインＫａ〜Ｋｆに沿った複数個の改質領域Ｒから成る６本の改質領域群Ｇａ〜Ｇｆを同時に形成している。
従って、第５実施形態によれば、Ｘ方向とＹ方向の両方向にそれぞれ３本ずつの改質領域群を構成する各改質領域Ｒを同時に形成可能になるため、第３実施形態または第４実施形態よりも更に加工効率を高くできる。
尚、第５実施形態では３個１組のレーザヘッドＨＬａ〜ＨＬｃ，ＨＬｄ〜ＨＬｆを２組用いて６本の改質領域群Ｇａ〜Ｇｆを形成しているが、２個１組または４個以上を１組とするレーザヘッドを３組以上用いることにより、複数本の改質領域群を形成するようにしてもよい。
＜第６実施形態＞
図１１（Ａ）（Ｂ）は、第６実施形態におけるレーザ照射装置２２の底面図である。
第６実施形態において、第３実施形態または第４実施形態と異なるのは、レーザ照射装置２２内に設けられた各レーザヘッドＨＬａ〜ＨＬｃが、少なくとも各レーザヘッドＨＬａ〜ＨＬｃのＸ方向の幅分だけ、Ｘ方向にずらして配置されている点だけである。
従って、第６実施形態によれば、各駆動装置５１ａ〜５１ｃを用いて各レーザヘッドＨＬａ〜ＨＬｃのＹ方向の位置を調整することにより、各光軸ＯＡａ〜ＯＡｃの間隔ｔの最小値をゼロにまですることが可能であり、当該間隔ｔを第３実施形態または第４実施形態に比べて小さく設定できることから、ウェハ１０から切断分離されるチップのサイズが小さな場合にも容易に対応することができる。
＜別の実施形態＞
本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、以下のように具体化してもよく、その場合でも、上記各実施形態と同等もしくはそれ以上の作用・効果を得ることができる。
［１］上記実施形態はバルクシリコンウェハに適用したものであるが、本発明の適用はこれに限られるものではなく、多層構造の半導体基板を作成するための半導体材料から成るウェハに適用してもよい。
その場合、ウェハとしては、例えば、貼り合わせＳＯＩ（Silicon On Insulator）構造のウェハ、ＳＩＭＯＸ（Separation by IMplanted OXygen）構造のウェハ、ガラスなどの絶縁基板上に多結晶シリコンまたは非晶質シリコンを固相成長法や溶融再結晶化法により形成したＳＯＩ構造のウェハ、サファイアなどの基板上にIII−Ｖ族化合物半導体層を結晶成長させた半導体発光素子に用いられるウェハ、陽極接合を用いてシリコン基板とガラス基板とを貼り合わせて形成したウェハなどがある。
その場合、１台のレーザ加工装置２０に複数のレーザヘッドＨＬａ〜ＨＬｆを設けてあるため、異なる材質のウェハを複数枚積層させた多層構造のウェハに対して、各レーザヘッドＨＬａ〜ＨＬｆから照射するレーザ光Ｌａ〜Ｌｆの波長および開口数を多層構造の各層の材質に対応した最適なものに設定しておけば、各層に最適なレーザ光を照射することが可能になることから、各層毎に正常な改質領域Ｒを確実に成形することができる。
従来、異なる材質のウェハを複数枚積層させた多層構造のウェハの各層に対して改質領域Ｒを形成するには、多層構造の各層の材質に対応したレーザ光を照射するレーザヘッドを備えたレーザ加工装置を各層毎に用意しておき、１つの層に改質領域Ｒを形成する度に別のレーザ加工装置にウェハを移し替える必要があった。
しかし、上記各実施形態を多層構造のウェハのレーザ加工に適用すれば、１台のレーザ加工装置２０を用いるだけで、多層構造の各層の材質に対応した最適なレーザ光を照射可能であることから、別のレーザ加工装置にウェハを移し替えることなく、各層に同時もしくは連続して改質領域Ｒを形成可能なため、加工効率が向上すると共に、複数のレーザ加工装置を設置した場合に比べて装置の設置スペースを削減できる。
［２］上記実施形態はバルクシリコンウェハに適用したものであるが、本発明の適用はこれに限られるものではなく、半導体基板（例えば、ガリウム砒素基板など）を作成するための半導体材料（例えば、ガリウム砒素など）から成るウェハであれば、どのようなウェハに適用してもよい。
また、本発明は、半導体基板を作成するための半導体材料から成るウェハに限らず、種々の材料（例えば、ガラスを含む材料など）から成るウェハに適用してもよい。
その場合、多光子吸収による改質領域Ｒは、上記各実施形態のような溶融処理領域を含むものに限らず、ウェハの形成材料に合わせた適宜なものにすればよい。例えば、ウェハの形成材料がガラスを含む場合には、多光子吸収による改質領域Ｒを、クラック領域を含むものか又は屈折率が変化した領域を含むものにすればよい。
尚、クラック領域または屈折率が変化した領域を含む改質領域については、特許文献１に開示されているため、説明を省略する。
［３］上記実施形態では、ダイシングフィルム１１を伸張させることによりウェハ１０を切断分離している。しかし、曲率を有した物（例えば、半球状の物）の曲面（膨らんだ方の面）をウェハ１０の切断予定ラインに押し当てて押圧力を印加することにより、改質領域Ｒに剪断応力を発生させ、ウェハ１０を切断分離するようにしてもよい。
本発明を具体化した各実施形態においてウェハ１０にレーザ光を照射して改質領域を形成するためのレーザ加工装置２０の概略構成を示す斜視図である。 図２（Ａ）は、第１実施形態におけるレーザ照射装置２２の底面図である。図２（Ｂ）は、第１実施形態におけるレーザ照射装置２２の概略構成を説明するための一部縦断面図である。 第１実施形態においてウェハ１０にレーザ光Ｌａ〜Ｌｃを照射して改質領域Ｒを形成する様子を説明するための説明図であり、図３（Ａ）はウェハ１０の平面図を表し、図３（Ｂ）はウェハ１０の縦断面を模式的に表したもので図３（Ａ）に示すＶ−Ｖ線断面図である。 第１実施形態においてウェハ１０にレーザ光Ｌａ〜Ｌｃを照射して改質領域Ｒを形成する様子を説明するための説明図であり、ウェハ１０の縦断面を模式的に表したもので、図３（Ａ）に示す切断予定ラインＫに相当するＷ−Ｗ線断面図である。 図５（Ａ）は、第２実施形態におけるレーザ照射装置２２の底面図である。図５（Ｂ）は、第２実施形態におけるレーザ照射装置２２の概略構成を説明するための一部縦断面図である。 第２実施形態においてウェハ１０にレーザ光Ｌａ〜Ｌｃを照射して改質領域Ｒを形成する様子を説明するための説明図であり、図６（Ａ）はウェハ１０の平面図を表し、図６（Ｂ）はウェハ１０の縦断面を模式的に表したもので図６（Ａ）に示すＶ−Ｖ線断面図である。 第２実施形態においてウェハ１０にレーザ光Ｌａ〜Ｌｃを照射して改質領域Ｒを形成する様子を説明するための説明図であり、ウェハ１０の縦断面を模式的に表したもので、図６（Ａ）に示す切断予定ラインＫに相当するＷ−Ｗ線断面図である。 図８（Ａ）は、第３実施形態におけるレーザ照射装置２２の底面図である。図８（Ｂ）は、第３実施形態においてウェハ１０にレーザ光Ｌａ〜Ｌｃを照射して改質領域Ｒを形成する様子を説明するための説明図であり、ウェハ１０の一部透視斜視図である。 図９（Ａ）は、第４実施形態におけるレーザ照射装置２２の底面図である。図９（Ｂ）は、第４実施形態においてウェハ１０にレーザ光Ｌａ〜Ｌｃを照射して改質領域Ｒを形成する様子を説明するための説明図であり、ウェハ１０の一部透視斜視図である。 第５実施形態においてウェハ１０にレーザ光Ｌｄ〜Ｌｇを照射して改質領域Ｒを形成する様子を説明するための説明図であり、ウェハ１０の一部透視斜視図である。 第６実施形態におけるレーザ照射装置２２の底面図である。
符号の説明
１０…ウェハ
１０ａ…ウェハ１０の裏面
１０ｂ…ウェハ１０の表面
１１…ダイシングフィルム
２０…レーザ加工装置
２１…ウェハ載置装置
２２…レーザ照射装置
２３…制御装置（垂直移動手段、水平移動手段）
３１…回転テーブル
３２…移動テーブル
４１ａ〜４１ｃ…駆動装置（垂直移動手段）
５１ａ〜５１ｃ…駆動装置（水平移動手段）
ＨＬａ〜ＨＬｆ…レーザヘッド
Ｌａ〜Ｌｆ…レーザ光
ＣＶａ〜ＣＶｃ…集光レンズ
Ｐａ〜Ｐｆ…集光点
ＯＡａ〜ＯＡｃ光軸
Ｒ…改質領域
Ｇａ〜Ｇｆ…改質領域群
Ｋ…切断予定ライン

Claims (10)

  1. ウェハの内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、当該ウェハの内部に多光子吸収による改質領域を形成するレーザ加工装置であって、
    レーザ光を発生させて出射するレーザ光源と、そのレーザ光源の出射したレーザ光を前記集光点に集光させる集光レンズとを有する複数個のレーザヘッドを備え、
    前記複数個のレーザヘッドから同時に照射された複数のレーザ光をそれぞれ異なる集光点に合わせ、ウェハの表面から深さ方向に間隔をあけた複数層の改質領域を同時に形成することと、
    ウェハの切断予定ラインに沿って、前記複数のレーザ光をパルス状に照射しながら、前記ウェハに対して前記複数の集光点を相対的に移動させることにより、前記ウェハの表裏面に対して水平方向に間隔をあけて形成された複数個の改質領域から成る複数層の改質領域群を同時に形成することと、
    前記複数のレーザ光をウェハの表面に対して垂直方向に入射させることと、
    ウェハの表面から深い位置の改質領域が必ず先に形成されるように、ウェハに対する前記複数の集光点の移動方向を設定すると共に、前記複数の集光点のウェハの内部における深さ位置を設定することと
    を特徴とするレーザ加工装置。
  2. ウェハの内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、当該ウェハの内部に多光子吸収による改質領域を形成するレーザ加工装置であって、
    レーザ光を発生させて出射するレーザ光源と、そのレーザ光源の出射したレーザ光を前記集光点に集光させる集光レンズとを有する複数個のレーザヘッドと、
    前記複数個のレーザヘッドから同時に照射された複数のレーザ光の光軸の間隔を、ウェハに配置された複数本の平行な切断予定ラインの間隔に合わせるように、前記複数個のレーザヘッドを前記切断予定ラインと直交する水平方向に移動させる水平移動手段と
    を備え、
    前記複数本の切断予定ラインに沿って、前記複数個のレーザヘッドから同時に照射された複数のレーザ光をパルス状に照射しながら、前記ウェハに対して前記複数のレーザ光の集光点を相対的に移動させることにより、前記ウェハの表裏面に対して水平方向に間隔をあけて形成された複数個の改質領域から成る複数本の改質領域群を同時に形成することと、
    前記複数のレーザ光をウェハの表面に対して垂直方向に入射させることと、
    ウェハの表面から深い位置の改質領域が必ず先に形成されるように、ウェハに対する前記複数の集光点の移動方向を設定すると共に、前記複数の集光点のウェハの内部における深さ位置を設定することと
    を特徴とするレーザ加工装置。
  3. 請求項１または請求項２に記載のレーザ加工装置において、
    前記レーザ光の波長または前記集光レンズの開口数の少なくともいずれか一方を調整することにより、前記複数の集光点のウェハの内部における深さ位置を設定することを特徴とするレーザ加工装置。
  4. 請求項１または請求項２に記載のレーザ加工装置において、
    前記複数のレーザヘッドをそれぞれウェハの表面に対して垂直方向に移動させる垂直移動手段を備え、
    その垂直移動手段によって前記複数のレーザヘッドを移動させることにより、前記複数の集光点のウェハの内部における深さ位置を設定することを特徴とするレーザ加工装置。
  5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザ加工装置において、
    前記複数のレーザヘッドを複数組備え、
    その複数組のレーザヘッドから同時に照射された複数のレーザ光をパルス状に照射しながら、前記複数のレーザ光の集光点をウェハの表裏面に対して水平方向に直交する２方向に移動させることにより、ウェハに対して格子状に配置された複数本の切断予定ラインに沿った複数個の改質領域から成る複数本の改質領域群を同時に形成することを特徴とするレーザ加工装置。
  6. ウェハの内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、当該ウェハの内部に多光子吸収による改質領域を形成するレーザ加工方法であって、
    レーザ光を発生させて出射するレーザ光源と、そのレーザ光源の出射したレーザ光を前記集光点に集光させる集光レンズとを有する複数個のレーザヘッドを用い、
    前記複数個のレーザヘッドから同時に照射された複数のレーザ光をそれぞれ異なる集光点に合わせ、ウェハの表面から深さ方向に間隔をあけた複数層の改質領域を同時に形成することと、
    ウェハの切断予定ラインに沿って、前記複数のレーザ光をパルス状に照射しながら、前記ウェハに対して前記複数の集光点を相対的に移動させることにより、前記ウェハの表裏面に対して水平方向に間隔をあけて形成された複数個の改質領域から成る複数層の改質領域群を同時に形成することと、
    前記複数のレーザ光をウェハの表面に対して垂直方向に入射させることと、
    ウェハの表面から深い位置の改質領域が必ず先に形成されるように、ウェハに対する前記複数の集光点の移動方向を設定すると共に、前記複数の集光点のウェハの内部における深さ位置を設定することと
    を特徴とするレーザ加工方法。
  7. ウェハの内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、当該ウェハの内部に多光子吸収による改質領域を形成するレーザ加工方法であって、
    レーザ光を発生させて出射するレーザ光源と、そのレーザ光源の出射したレーザ光を前記集光点に集光させる集光レンズとを有する複数個のレーザヘッドを用い、
    前記複数個のレーザヘッドから同時に照射された複数のレーザ光の光軸の間隔を、ウェハに配置された複数本の平行な切断予定ラインの間隔に合わせるように、前記複数個のレーザヘッドを前記切断予定ラインと直交する水平方向に移動させることと、
    前記複数本の切断予定ラインに沿って、前記複数個のレーザヘッドから同時に照射された複数のレーザ光をパルス状に照射しながら、前記ウェハに対して前記複数のレーザ光の集光点を相対的に移動させることにより、前記ウェハの表裏面に対して水平方向に間隔をあけて形成された複数個の改質領域から成る複数本の改質領域群を同時に形成することと、
    前記複数のレーザ光をウェハの表面に対して垂直方向に入射させることと、
    ウェハの表面から深い位置の改質領域が必ず先に形成されるように、ウェハに対する前記複数の集光点の移動方向を設定すると共に、前記複数の集光点のウェハの内部における深さ位置を設定することと
    を特徴とするレーザ加工方法。
  8. 請求項６または請求項７に記載のレーザ加工方法において、
    前記レーザ光の波長または前記集光レンズの開口数の少なくともいずれか一方を調整することにより、前記複数の集光点のウェハの内部における深さ位置を設定することを特徴とするレーザ加工方法。
  9. 請求項６または請求項７に記載のレーザ加工方法において、
    前記複数のレーザヘッドをそれぞれウェハの表面に対して垂直方向に移動させることにより、前記複数の集光点のウェハの内部における深さ位置を設定することを特徴とするレーザ加工方法。
  10. 請求項６〜９のいずれか１項に記載のレーザ加工方法において、
    前記複数のレーザヘッドを複数組用い、
    その複数組のレーザヘッドから同時に照射された複数のレーザ光をパルス状に照射しながら、前記複数のレーザ光の集光点をウェハの表裏面に対して水平方向に直交する２方向に移動させることにより、ウェハに対して格子状に配置された複数本の切断予定ラインに沿った複数個の改質領域から成る複数本の改質領域群を同時に形成することを特徴とするレーザ加工方法。
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