JP2022071402A - レーザ加工装置及びレーザ加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加工溝の加工品質の維持とタクトタイムの増加防止とを両立可能なレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供する。【解決手段】第２レーザ光を加工送り方向に沿って複数の分岐光に分岐させる分岐素子と、分岐素子により分岐された複数の分岐光を、加工対象のストリートに集光させる第２集光レンズと、を備え、第２集光レンズによりストリートに集光される分岐光ごとのスポットの中で互いに隣り合う先行スポットと後行スポットとの間隔である分岐距離をＬとし、相対移動の速度である加工速度をＶとし、先行スポットの加工位置に対して後行スポットが重なるまでの時間をτとした場合に、時間がτ＝Ｌ／Ｖで表され、第２溝の加工品質の悪化が発生する時間の閾値をτ１とした場合にτ＞τ１を満たす。【選択図】図５

Description

本発明は、ウェーハのレーザ加工を行うレーザ加工装置及びレーザ加工方法に関する。

近年の半導体デバイスの製造分野では、シリコン等の基板の表面にガラス質材料からなる低誘電率絶縁体被膜（Ｌｏｗ－ｋ膜）と回路を形成する機能膜とを積層した積層体により複数のデバイスを形成しているウェーハ（半導体ウェーハ）が知られている。このようなウェーハは、複数のデバイスが格子状のストリートによって格子状に区画されており、ウェーハをストリートに沿って分割することにより個々のデバイスが製造される。

ウェーハを複数のデバイス（チップ）に分割する方法として、高速回転するブレードを用いる方法、ウェーハの内部にストリートに沿ってレーザ加工領域を形成してこのレーザ加工領域が形成されることにより強度が低下したストリートに沿って外力を加える方法が知られている。しかしながら、Ｌｏｗ－ｋ膜が適用されたウェーハの場合、Ｌｏｗ－ｋ膜の素材とウェーハの素材とが異なるため、前者の方法ではブレードにより絶縁膜と基板とを同時に切削することが困難である。また、後者の方法ではストリート上にＬｏｗ－ｋ膜が存在する場合に良好な品質で個々のデバイスに分割することが困難である。

そこで、特許文献１には、ウェーハのストリートに沿って２条の縁切り溝（遮断溝）を形成する縁切り加工と、２条の縁切り溝の間に中抜き溝（分割溝）を形成する中抜き加工と、を行うレーザ加工装置が開示されている。このレーザ加工装置は、ウェーハに対してレーザ光学系を加工送り方向の一方向側（例えば往路方向側）に相対移動させながら、レーザ光学系により同一のストリートに沿って２条の縁切り溝と中抜き溝とを同時形成（並行形成）することでＬｏｗ－ｋ膜等を除去する。

特許文献２には、ウェーハを保持するチャックとレーザ光学系とを相対移動させながら、レーザ光学系によりダイシングストリートに沿って互いに平行な一対のトレンチ（２条の第１溝）と、一対のトレンチの間に形成される凹部であるファロウ（第２溝）と、を形成するレーザ加工装置が開示されている。特許文献２のレーザ光学系は、ウェーハに対するレーザ光学系の加工送り方向（往路方向、復路方向）に関係なく、トレンチの加工に対応するレーザビームをファロウの加工に対応するレーザビームよりも先行させる。

また、特許文献２に記載のレーザ加工装置は、ファロウの加工に対応するレーザビームを加工送り方向に４分岐させ、４分岐させたレーザビームを共通の集光レンズでストリート上に個別に集光させることによりファロウの加工を行っている。

特開２００９－１８２０１９号公報 特開２０１６－２０８０３５号公報

ところで、特許文献１に記載のレーザ加工装置においてストリート上に形成される加工溝（２条の縁切り溝、中抜き溝）、特に中抜き溝の加工深さを深くしたい場合には、中抜き加工に対応するレーザ光（パルスレーザ光）のパワーを上げる、或いはこのレーザ光の繰り返し周波数を上げる必要がある。しかしながら、この場合にはウェーハの溶融による加工溝の埋め戻りが支配的になり、所望の加工深さが得られず且つ加工品質も悪化する。

加工溝（中抜き溝）の加工品質の悪化等を防止するためには、例えば、ウェーハごとに定められた加工品質が保たれるレーザ光のパワーの閾値に基づき、この閾値以下のパワーのレーザ光で中抜き加工を行う方法がある。しかしながら、この場合にはストリートごとに複数回（複数パス）の中抜き加工を行う必要があり、タクトタイムが増加してしまう。

このため、上述の閾値未満のパワーのレーザ光で中抜き加工を行う場合には、例えば、中抜き加工を行う集光レンズを増やすことで、ストリートごとに１回の中抜き加工を行うだけで所望深さの中抜き溝を形成する方法が考えられる（後述の図８参照）。しかしながら、この場合には集光レンズの数の増加分だけウェーハに対するレーザ光学系の相対移動量（加工距離）が増加するため、タクトタイムが増加してしまう。また、各集光レンズを同一直線上に配置する必要があり、その配置調整の煩雑さ及び難易度が増えてしまう。

そこで、上記特許文献２に記載されているように、中抜き加工に対応するレーザ光を複数の分岐光に分岐させ、各分岐光を共通の集光レンズでストリートに集光させる方法が考えられる。しかしながら、各分岐光の分岐距離（間隔）が狭いと、レーザ光の繰り返し周波数を増加させたのと同様の状態になる。この場合には、ウェーハが十分に冷却されない状態でストリートに次々とレーザ光（パルスレーザ光）が照射されるため、ウェーハに対する入熱量の増加による加工溝の加工品質の悪化が懸念される。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、加工溝の加工品質の維持とタクトタイムの増加防止とを両立可能なレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供することを目的とする。

本発明の目的を達成するためのレーザ加工装置は、ウェーハを保持するテーブルに対しレーザ光学系をウェーハのストリートに沿った加工送り方向に相対移動させながら、レーザ光学系によりストリートに沿って互いに平行な２条の第１溝を形成する縁切り加工と、２条の第１溝の間に第２溝を形成する中抜き加工と、を行うレーザ加工装置において、レーザ光学系が、縁切り加工に対応する２本の第１レーザ光と、中抜き加工に対応する第２レーザ光と、を出射するレーザ光出射系と、レーザ光出射系から出射された２本の第１レーザ光を加工対象のストリートに集光させる第１集光レンズと、レーザ光出射系から出射された第２レーザ光を加工送り方向に沿って複数の分岐光に分岐させる分岐素子と、分岐素子により分岐された複数の分岐光を、加工対象のストリートに集光させる第２集光レンズと、を備え、第２集光レンズによりストリートに集光される分岐光ごとのスポットの中で互いに隣り合う先行スポットと後行スポットとの間隔である分岐距離をＬとし、相対移動の速度である加工速度をＶとし、先行スポットの加工位置に対して後行スポットが重なるまでの時間をτとした場合に、時間がτ＝Ｌ／Ｖで表され、第２溝の加工品質の悪化が発生する時間の閾値をτ１とした場合にτ＞τ１を満たす。

このレーザ加工装置によれば、タクトタイムの増加を防止し、且つ加工溝（第２溝）の加工品質を悪化させることなく所望の加工深さが得られる。

本発明の他の態様に係るレーザ加工装置において、レーザ光出射系が、縁切り加工に対応する条件のレーザ光を出射する第１レーザ光源と、中抜き加工に対応する条件のレーザ光を出射する第２レーザ光源と、第１レーザ光源から出射されたレーザ光から２本の第１レーザ光を形成する第１光形成素子と、第２レーザ光源から出射されたレーザ光から第２レーザ光を形成する第２光形成素子と、を備え、分岐素子が、第２光形成素子と第２集光レンズとの間の光路上に設けられている。これにより、レーザ加工を高速化してタクトタイムを低減させることができる。

本発明の他の態様に係るレーザ加工装置において、レーザ光出射系が、レーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光源から出射されたレーザ光を２分岐させる２分岐素子と、２分岐素子により２分岐されたレーザ光の一方から２本の第１レーザ光を形成する第１光形成素子と、２分岐素子により２分岐されたレーザ光の他方から第２レーザ光を形成する第２光形成素子と、を備え、分岐素子が、第２光形成素子と第２集光レンズとの間の光路上に設けられている。

本発明の他の態様に係るレーザ加工装置において、第２光形成素子が、ストリートに非円形状のスポットを形成する第２レーザ光を形成し、第２光形成素子を、第２光形成素子の光軸を中心とする軸周り方向に回転させる第２光形成素子回転機構と、を備える。これにより、第２溝の幅を調整することができる。

本発明の他の態様に係るレーザ加工装置において、第１光形成素子を、第１光形成素子の光軸を中心とする軸周り方向に回転させる第１光形成素子回転機構を備える。これにより、２条の第１溝の間隔を調整することができる。

本発明の他の態様に係るレーザ加工装置において、第２集光レンズが、第１集光レンズを間に挟んで２個設けられ且つ第１集光レンズと共に加工送り方向に沿って一列に配置され、レーザ光出射系から出射された２本の第１レーザ光を第１集光レンズに導き且つ分岐素子により分岐された複数の分岐光を２個の第２集光レンズに選択的に導く接続光学系を備え、接続光学系が、テーブルに対してレーザ光学系が加工送り方向の往路方向側に相対移動される場合には、複数の分岐光を第１集光レンズに対して往路方向側とは反対の復路方向側に位置する第２集光レンズに導き、且つテーブルに対してレーザ光学系が復路方向側に相対移動される場合には、複数の分岐光を第１集光レンズに対して往路方向側に位置する第２集光レンズに導く。これにより、レーザ加工のタクトタイムを低減させることができる。

本発明の他の態様に係るレーザ加工装置において、第２レーザ光がパルスレーザ光であり、加工速度及び第２レーザ光の繰り返し周波数の少なくともいずれか一方を調整して、スポットごとに、スポットに対して次回に照射されるスポットの加工送り方向のオーバーラップ率を５０％以下にする。これにより、加工溝（第２溝）の加工品質をより向上させることができる。

本発明の目的を達成するためのレーザ加工方法は、ウェーハを保持するテーブルに対しレーザ光学系をウェーハのストリートに沿った加工送り方向に相対移動させながら、レーザ光学系によりストリートに沿って互いに平行な２条の第１溝を形成する縁切り加工と、２条の第１溝の間に第２溝を形成する中抜き加工と、を行うレーザ加工方法において、レーザ光学系が、縁切り加工に対応する２本の第１レーザ光と中抜き加工に対応する第２レーザ光とを出射し、２本の第１レーザ光を第１集光レンズにより加工対象のストリートに集光し、第２レーザ光を加工送り方向に沿って複数の分岐光に分岐し、複数の分岐光を第２集光レンズにより加工対象のストリートに集光し、第２集光レンズによりストリートに集光される分岐光ごとのスポットの中で互いに隣り合う先行スポットと後行スポットとの間隔である分岐距離をＬとし、相対移動の速度である加工速度をＶとし、先行スポットの加工位置に対して後行スポットが重なるまでの時間をτとした場合に、時間がτ＝Ｌ／Ｖで表され、第２溝の加工品質の悪化が発生する時間の閾値をτ１とした場合にτ＞τ１を満たす。

本発明は、加工溝の加工品質の維持とタクトタイムの増加防止とを両立可能である。

第１実施形態のレーザ加工装置の概略図である。 レーザ加工装置による加工対象のウェーハの平面図である。 奇数番目のストリートに沿ったレーザ加工を説明するための説明図である。 偶数番目のストリートに沿ったレーザ加工を説明するための説明図である。 ウェーハに対して往路方向側に相対移動されるレーザ光学系による縁切り加工及び中抜き加工を説明するための説明図である。 ウェーハに対して復路方向側に相対移動されるレーザ光学系による縁切り加工及び中抜き加工を説明するための説明図である。 第１実施形態のレーザ加工装置によるウェーハのストリートごとのレーザ加工の流れ、特に第１高速シャッタ、第２高速シャッタ、第１安全シャッタ、及び第２安全シャッタの動作を示したフローチャートである。 比較例と本実施形態とにおいて、ストリートごとのレーザ加工に要する加工距離を比較するための説明図である。 第２レーザ光の繰り返し周波数が１０ｋＨｚで且つ加工速度が３００ｍｍ／ｓである場合の中抜き加工を説明するための説明図である。 第２レーザ光の繰り返し周波数が１０ｋＨｚで且つ加工速度が３０ｍｍ／ｓである場合の中抜き加工を説明するための説明図である。 第２集光レンズによりストリート（復路、復路）上に集光される各分岐光のスポットを示した上面図である。 第２レーザ光を分岐させない場合のストリートの任意の一点での入熱量と経過時間との関係を示したグラフである。 「τ＜τ１」となる場合のストリートの任意の一点での入熱量と経過時間との関係を示したグラフである。 「τ＞＞τ１」を満たす場合のストリートの任意の一点での入熱量と経過時間との関係を示したグラフである。 「τ＞τ１」を満たす場合のストリートの任意の一点での入熱量と経過時間との関係を示したグラフである。 「１スポット」の比較例と「２スポット」の本実施例とにおいて、中抜き加工の加工条件と中抜き溝の底面の加工状態との関係を示した説明図である。 図１６に示した加工条件（Ａ～Ｄ、Ａ１～Ｄ１）ごとの入熱量と中抜き溝の加工深さとの関係を示したグラフである。 図１６に示した加工条件ごとの加工速度と中抜き溝の加工深さとの関係を示したグラフである。 中抜き加工の好ましいオーバーラップ率を説明するための説明図である。 第１回転機構による２条の縁切り溝のＹ方向の間隔調整を説明するための説明図である。 第２回転機構による中抜き溝のＹ方向の幅調整を説明するための説明図である。 第３実施形態の分岐光ごとのスポットの上面図である。 第４実施形態のレーザ加工装置のレーザ光学系の概略図である。

［第１実施形態のレーザ加工装置の全体構成］
図１は、第１実施形態のレーザ加工装置１０の概略図である。図１に示すように、レーザ加工装置１０は、ウェーハ１２を複数のチップ１４（図２参照）に分割する前の前工程として、ウェーハ１２に対してレーザ加工（アブレーション溝加工）を施す。なお、図中のＸＹＺ方向は互いに直交し、このうちＸ方向及びＹ方向は水平方向であり、Ｚ方向は上下方向である。ここで、Ｘ方向は本発明の加工送り方向に相当する。

図２は、レーザ加工装置１０による加工対象のウェーハ１２の平面図である。図２に示すように、ウェーハ１２は、シリコン等の基板の表面にＬｏｗ－ｋ膜と回路を形成する機能膜とを積層した積層体である。ウェーハ１２は格子状に配列された複数のストリートＣ（分割予定ライン）によって複数の領域に区画されている。この区画された各領域にはチップ１４を構成するデバイス１６が設けられている。

レーザ加工装置１０は、図中の括弧付き数字（１）～（４）、・・・に示すように、ストリートＣごとにストリートＣに沿ってウェーハ１２に対してレーザ加工を行うことで、基板上のＬｏｗ－ｋ膜等を除去する。

この際にレーザ加工装置１０は、ウェーハ１２のレーザ加工に要するタクトタイムを低減するために、ウェーハ１２に対して後述のレーザ光学系２４をＸ方向に相対移動させる際の相対移動方向をストリートＣごとに交互に切り替える。

例えば、図中の括弧付き数字（１），（３）等に示す奇数番目のストリートＣに沿ってレーザ加工を行う場合には、ウェーハ１２に対して後述のレーザ光学系２４をＸ方向の一方向側である往路方向側Ｘ１（図５参照）に相対移動させる。また、図中の括弧付き数字（２），（４）等に示す偶数番目のストリートＣに沿ってレーザ加工を行う場合には、ウェーハ１２に対してレーザ光学系２４をＸ方向の他方向側、すなわち往路方向側Ｘ１とは反対の復路方向側Ｘ２（図６参照）に相対移動させる。

図３は、奇数番目のストリートＣに沿ったレーザ加工を説明するための説明図である。図４は、偶数番目のストリートＣに沿ったレーザ加工を説明するための説明図である。

図３及び図４に示すように、本実施形態ではレーザ加工として縁切り加工及び中抜き加工が同時に（並行して）実行される。縁切り加工は、２本の第１レーザ光Ｌ１を用いて行うレーザ加工であって、且つストリートＣに沿って互いに平行な２条の縁切り溝１８（本発明の２条の第１溝に相当するアブレーション溝）を形成するレーザ加工である。

中抜き加工は、縁切り加工で形成された２条の縁切り溝１８の間に中抜き溝１９（本発明の第２溝に相当するアブレーション溝）を形成するレーザ加工である。本実施形態では、この中抜き加工を、２本の第１レーザ光Ｌ１よりも太径の第２レーザ光Ｌ２を加工送り方向（Ｘ方向）に複数分岐した分岐光Ｌ２ａを用いて行う。なお、アブレーション溝である２条の縁切り溝１８及び中抜き溝１９については公知技術であるので、その詳細についての説明は省略する（特許文献１参照）。

レーザ加工装置１０では、ウェーハ１２に対して後述のレーザ光学系２４を往路方向側Ｘ１（図５参照）に相対移動させたり或いは復路方向側Ｘ２（図６参照）に相対移動させたりする場合のいずれにおいても、縁切り加工を中抜き加工よりも先行して行う。

図１に戻って、レーザ加工装置１０は、テーブル２０と、第１レーザ光源２２Ａと、第２レーザ光源２２Ｂと、レーザ光学系２４と、顕微鏡２６と、相対移動機構２８と、制御装置３０と、を備える。

テーブル２０は、ウェーハ１２を保持する。また、テーブル２０は、制御装置３０の制御の下、相対移動機構２８により加工対象のストリートＣに平行な加工送り方向であるＸ方向とストリートＣの幅方向に平行なＹ方向とに移動されると共に、Ｚ方向に平行なテーブル２０の中心軸（回転軸）を中心として回転される。

第１レーザ光源２２Ａ及び第２レーザ光源２２Ｂは、後述のレーザ光学系２４と共に本発明のレーザ光学系を構成する。第１レーザ光源２２Ａは、縁切り加工に適した条件（波長、パルス幅、及び繰り返し周波数等）のパルスレーザ光であるレーザ光ＬＡをレーザ光学系２４へ常時出射する。第２レーザ光源２２Ｂは、中抜き加工に適した条件（波長、パルス幅、及び繰り返し周波数等）のパルスレーザ光であるレーザ光ＬＢをレーザ光学系２４へ常時出射する。

ここで、後述の第４実施形態のように１つのレーザ光源２２（図２３参照）で、縁切り溝加工と中抜き溝加工とを行うことも考えられるが、レーザ光条件によっては縁切り溝加工の速度は向上できても中抜き溝加工の速度が向上できず、その結果、速度向上できない中抜き溝加工の速度で加工する必要がある。また、レーザ光条件によってはその逆となる場合がある。従って、それぞれにおいて低速度となる側の速度がレーザ加工における上限速度となってしまう。

このように縁切り加工及び中抜き加工では、加工速度と加工仕上がりにそれぞれ適したレーザ光条件が有る。このため、縁切り加工と中抜き加工とで異なる光源（第１レーザ光源２２Ａ及び第２レーザ光源２２Ｂ）を用いることが好ましい。これにより、レーザ加工がより高速化されるので、タクトタイムを低減させることができる。

レーザ光学系２４（レーザユニット又はレーザヘッドともいう）は、詳しくは後述するが、第１レーザ光源２２Ａからのレーザ光ＬＡに基づき縁切り加工用の２本の第１レーザ光Ｌ１を形成する。また、レーザ光学系２４は、第２レーザ光源２２Ｂからのレーザ光ＬＢに基づき中抜き加工用の１本の第２レーザ光Ｌ２を形成した後、この第２レーザ光Ｌ２を複数の分岐光Ｌ２ａに分岐させる。そして、レーザ光学系２４は、２本の第１レーザ光Ｌ１を第１集光レンズ３８からストリートＣに向けて出射（照射）する。また、レーザ光学系２４は、制御装置３０の制御の下、各分岐光Ｌ２ａを２個の第２集光レンズ４０Ａ，４０Ｂから選択的にストリートＣに向けて出射（照射）する。

さらに、レーザ光学系２４は、制御装置３０の制御の下、相対移動機構２８によりＹ方向及びＺ方向に移動される。

顕微鏡２６は、レーザ光学系２４に固定されており、レーザ光学系２４と一体に移動する。顕微鏡２６は、縁切り加工及び中抜き加工の前に、ウェーハ１２に形成されているアライメント基準（図示は省略）を撮影する。また、顕微鏡２６は、縁切り加工及び中抜き加工によりストリートＣに沿って形成された２条の縁切り溝１８及び中抜き溝１９の撮影を行う。顕微鏡２６により撮影された撮影画像（画像データ）は、制御装置３０へ出力され、この制御装置３０により不図示のモニタに表示される。

相対移動機構２８は、不図示のＸＹＺアクチュエータ及びモータ等から構成されており、制御装置３０の制御の下、テーブル２０のＸＹ方向の移動及び回転軸を中心とする回転と、レーザ光学系２４のＺ方向の移動と、を行う。これにより、相対移動機構２８は、テーブル２０及びウェーハ１２に対してレーザ光学系２４を相対移動させることができる。なお、テーブル２０（ウェーハ１２）に対してレーザ光学系２４を各方向（回転を含む）に相対移動可能であればその相対移動方法は特に限定はされない。

相対移動機構２８を駆動することで、加工対象のストリートＣの一端である加工開始位置に対するレーザ光学系２４の位置合わせ（アライメント）と、ストリートＣに沿ったＸ方向［往路方向側Ｘ１（図５参照）又は復路方向側Ｘ２（図６参照）］のレーザ光学系２４の相対移動と、を実行することができる。また、相対移動機構２８を駆動して、テーブル２０を９０°回転させることで、ウェーハ１２のＹ方向に沿った各ストリートＣを加工送り方向であるＸ方向に平行にすることができる。

制御装置３０は、例えばパーソナルコンピュータのような演算装置により構成され、各種のプロセッサ（Processor）及びメモリ等から構成された演算回路を備える。各種のプロセッサには、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、及びプログラマブル論理デバイス［例えばＳＰＬＤ（Simple Programmable Logic Devices）、ＣＰＬＤ（Complex Programmable Logic Device）、及びＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Arrays）］等が含まれる。なお、制御装置３０の各種機能は、１つのプロセッサにより実現されてもよいし、同種または異種の複数のプロセッサで実現されてもよい。

制御装置３０は、第１レーザ光源２２Ａ、第２レーザ光源２２Ｂ、レーザ光学系２４、顕微鏡２６、及び相対移動機構２８等の動作を統括的に制御する。

［レーザ光学系］
図５は、ウェーハ１２に対して往路方向側Ｘ１に相対移動されるレーザ光学系２４による縁切り加工及び中抜き加工を説明するための説明図である。図６は、ウェーハ１２に対して復路方向側Ｘ２に相対移動されるレーザ光学系２４による縁切り加工及び中抜き加工を説明するための説明図である。以下、ウェーハ１２に対して往路方向側Ｘ１に相対移動されるレーザ光学系２４の加工対象である奇数番目のストリートＣを適宜「往路」といい、復路方向側Ｘ２に相対移動されるレーザ光学系２４の加工対象である偶数番目のストリートＣを適宜「復路」という。

図５及び図６に示すように、レーザ光学系２４は、第１安全シャッタ１００Ａ及び第２安全シャッタ１００Ｂと、安全シャッタ駆動機構１０２と、第１光形成素子３２と、第２光形成素子３４と、分岐素子３５と、接続切替素子３６と、第１集光レンズ３８と、２個の第２集光レンズ４０Ａ，４０Ｂと、第１高速シャッタ４７Ａ及び第２高速シャッタ４７Ｂと、高速シャッタ駆動機構４７Ｃと、を備える。

第１安全シャッタ１００Ａは、第１レーザ光源２２Ａと第１光形成素子３２との間のレーザ光ＬＡの光路上に挿脱自在に設けられている。また、第２安全シャッタ１００Ｂは、第２レーザ光源２２Ｂと第２光形成素子３４との間のレーザ光ＬＢの光路上に挿脱自在に設けられている。

安全シャッタ駆動機構１０２は、制御装置３０の制御の下、レーザ光ＬＡの光路に対して第１安全シャッタ１００Ａを挿脱させると共に、レーザ光ＬＢの光路に対して第２安全シャッタ１００Ｂを挿脱させるアクチュエータである。安全シャッタ駆動機構１０２は、レーザ加工時以外では、レーザ光ＬＡの光路に対して第１安全シャッタ１００Ａを挿入させると共に、レーザ光ＬＢの光路に対して第２安全シャッタ１００Ｂを挿入させることで、レーザ光ＬＡ，ＬＢの光路を開放する。

また、安全シャッタ駆動機構１０２は、レーザ加工時にはレーザ光ＬＡの光路から第１安全シャッタ１００Ａを退避させると共に、レーザ光ＬＢの光路から第２安全シャッタ１００Ｂを退避させることで、レーザ光ＬＡ，ＬＢの光路を開放する。

第１光形成素子３２及び第２光形成素子３４は、既述の第１レーザ光源２２Ａ及び第２レーザ光源２２Ｂと共に本発明のレーザ光出射系を構成する。第１光形成素子３２は、例えば回折光学素子（Diffractive Optical Element：ＤＯＥ）が用いられる。この第１光形成素子３２は、第１レーザ光源２２Ａより入射したレーザ光ＬＡから縁切り加工に対応する２本の第１レーザ光Ｌ１を形成し、２本の第１レーザ光Ｌ１を第１集光レンズ３８に向けて出射する。これにより、ストリートＣ（往路及び復路）上に第１集光レンズ３８により２本の第１レーザ光Ｌ１が集光され、ストリートＣ上においてＹ方向に離間した２個のスポットＳＰ１（集光点又は加工点ともいう）が形成される。なお、図示は省略するが、第１光形成素子３２から第１集光レンズ３８に至る２本の第１レーザ光Ｌ１の光路（光路上に設けられた各種光学素子を含む）は、本発明の接続光学系の一部を構成する。

第２光形成素子３４は、例えば回折光学素子及びマスク等が用いられる。第２光形成素子３４は、第２レーザ光源２２Ｂより入射したレーザ光ＬＢから中抜き加工に対応する第２レーザ光Ｌ２を形成する。第２レーザ光Ｌ２は、後述の分岐素子３５を経て、２条の縁切り溝１８の間において矩形状（円形状等の他の形状でも可）で且つＸ方向に沿った複数個のスポットＳＰ２を形成する。このスポットＳＰ２のＹ方向の幅は、２条の縁切り溝１８の間隔に合わせて調整されている。そして、第２光形成素子３４は、第２レーザ光Ｌ２を分岐素子３５へ出射する。

分岐素子３５は、第２光形成素子３４から入射した第２レーザ光Ｌ２をＸ方向（加工送り方向）に沿って複数の分岐光Ｌ２ａに分岐させる。この分岐素子３５としては、例えば、回折光学素子、屈折光学素子、プリズム、及びこれらの組み合わせ等が用いられる。なお、図中では、分岐素子３５により第２レーザ光Ｌ２を２分岐させているが、３以上に分岐させてもよい。そして、分岐素子３５は、各分岐光Ｌ２ａを接続切替素子３６へ出射する。なお、各分岐光Ｌ２ａの具体的な分岐条件については後述する。

接続切替素子３６は、本発明の接続光学系を構成する。この接続切替素子３６としては、例えば、公知の光スイッチ或いは各種光学素子（λ／２板、偏光ビームスプリッタ、ハーフミラー、及びミラー等、或いはこれらの組み合わせ）が用いられる。接続切替素子３６は、制御装置３０の制御の下、分岐素子３５から出射された各分岐光Ｌ２ａを第２集光レンズ４０Ａ，４０Ｂに選択的に導く。

第１集光レンズ３８及び第２集光レンズ４０Ａ，４０Ｂは、Ｘ方向（加工送り方向）に沿って一列に配置されている。第１集光レンズ３８は、第２集光レンズ４０Ａと第２集光レンズ４０Ｂとの間に配置されている。換言すると、第２集光レンズ４０Ａ，４０Ｂは、第１集光レンズ３８を間に挟むように配置されている。第２集光レンズ４０Ａは、第１集光レンズ３８に対して復路方向側Ｘ２に配置されている。第２集光レンズ４０Ｂは、第１集光レンズ３８に対して往路方向側Ｘ１に配置されている。

第１集光レンズ３８は、第１光形成素子３２から入射した２本の第１レーザ光Ｌ１をストリートＣ（往路及び復路）上に集光させる。第２集光レンズ４０Ａは、接続切替素子３６から入射した各分岐光Ｌ２ａをストリートＣ（往路）上に集光させる。第２集光レンズ４０Ｂは、接続切替素子３６から入射した各分岐光Ｌ２ａをストリートＣ（復路）上に集光させる。

接続切替素子３６は、相対移動機構２８によりレーザ光学系２４がウェーハ１２に対して往路方向側Ｘ１及び復路方向側Ｘ２のいずれか一方向側に相対移動される場合に、各分岐光Ｌ２ａを、第２集光レンズ４０Ａ，４０Ｂの中で第１集光レンズ３８に対して往路方向側Ｘ１及び復路方向側Ｘ２の他方向側に位置するレンズに導く。

具体的には図５に示すように、接続切替素子３６は、相対移動機構２８によりレーザ光学系２４がウェーハ１２に対して往路方向側Ｘ１に相対移動される場合には、分岐素子３５から出射された各分岐光Ｌ２ａを第２集光レンズ４０Ａに導く。これにより、ストリートＣ（往路）上に第２集光レンズ４０Ａにより各分岐光Ｌ２ａが個別に集光されることで分岐光Ｌ２ａごとのスポットＳＰ２が形成される。その結果、レーザ光学系２４の往路方向側Ｘ１への相対移動によりストリートＣ（往路）に沿って縁切り加工が先行して実行されることで２条の縁切り溝１８が形成され、続いて中抜き加工が実行されることで２条の縁切り溝１８の間に中抜き溝１９が形成される。

図６に示すように、接続切替素子３６は、相対移動機構２８によりレーザ光学系２４がウェーハ１２に対して復路方向側Ｘ２に相対移動される場合には、分岐素子３５から出射された各分岐光Ｌ２ａを第２集光レンズ４０Ｂに導く。これにより、ストリートＣ（復路）上に第２集光レンズ４０Ｂにより各分岐光Ｌ２ａが個別に集光されることで分岐光Ｌ２ａごとのスポットＳＰ２が形成される。その結果、レーザ光学系２４の復路方向側Ｘ２への相対移動によりストリートＣ（復路）に沿って縁切り加工が先行して実行されることで２条の縁切り溝１８が形成され、続いて中抜き加工が実行されることで２条の縁切り溝１８の間に中抜き溝１９が形成される。

このように本実施形態では、第２レーザ光Ｌ２を複数の分岐光Ｌ２ａに分岐させて、第２集光レンズ４０Ａ，４０Ｂにより各分岐光Ｌ２ａを個別にストリートＣ上に集光させることで、分岐光Ｌ２ａごとにストリートＣの中抜き加工を行うことができる。その結果、ウェーハ１２に対するレーザ光学系２４の１回の往路方向側Ｘ１又は復路方向側Ｘ２の相対移動によって、分岐光Ｌ２ａの数に応じた複数回分の中抜き加工をストリートＣに対して同時に行うことができる。このため、第２レーザ光Ｌ２のパワーを上げることなく中抜き溝１９（加工溝）の加工深さを深くすることができる。これにより、タクトタイムを増加させることなく、中抜き溝１９の加工品質が維持されるようなパワーの第２レーザ光Ｌ２で中抜き加工を行うことができる。

第１高速シャッタ４７Ａは、第１レーザ光源２２Ａと第１光形成素子３２との間のレーザ光ＬＡの光路（第１光形成素子３２と第１集光レンズ３８との間の光路でも可）に対して挿脱自在に設けられている。第１高速シャッタ４７Ａは、第１レーザ光源２２Ａと第１光形成素子３２との間の光路に挿入された場合に、第１レーザ光源２２Ａから第１光形成素子３２に入射するレーザ光ＬＡを遮断することで第１集光レンズ３８からの２本の第１レーザ光Ｌ１の出射を停止させる。

第２高速シャッタ４７Ｂは、第２レーザ光源２２Ｂと第２光形成素子３４との間のレーザ光ＬＢの光路（第２光形成素子３４と接続切替素子３６との間の光路でも可）に対して挿脱自在に設けられている。第２高速シャッタ４７Ｂは、第２レーザ光源２２Ｂと第２光形成素子３４との間の光路に挿入された場合に、第２レーザ光源２２Ｂから第２光形成素子３４に入射するレーザ光ＬＢを遮断することで、第２集光レンズ４０Ａ，４０Ｂからの各分岐光Ｌ２ａの出射を停止させる。

高速シャッタ駆動機構４７Ｃは、制御装置３０の制御の下、第１高速シャッタ４７Ａ及び第２高速シャッタ４７Ｂを既述の各光路に対して挿脱させるアクチュエータである。高速シャッタ駆動機構４７Ｃは、縁切り加工時には第１高速シャッタ４７Ａをレーザ光ＬＡの光路から退避させ且つ縁切り加工時以外では第１高速シャッタ４７Ａをレーザ光ＬＡの光路に挿入する。また、高速シャッタ駆動機構４７Ｃは、中抜き加工時には第２高速シャッタ４７Ｂをレーザ光ＬＢの光路から退避させ且つ中抜き加工時以外では第２高速シャッタ４７Ｂをレーザ光ＬＢの光路に挿入する。

［レーザ加工（各シャッタの動作）］
図７は、上記構成の第１実施形態のレーザ加工装置１０によるウェーハ１２のストリートＣごとのレーザ加工の流れ、特に第１高速シャッタ４７Ａ、第２高速シャッタ４７Ｂ、第１安全シャッタ１００Ａ、及び第２安全シャッタ１００Ｂの動作を示したフローチャートである。

図７に示すように、レーザ加工対象のウェーハ１２がテーブル２０に保持されると、制御装置３０が、最初に安全シャッタ駆動機構１０２を駆動して各安全シャッタ１００Ａ，１００Ｂをレーザ光ＬＡ，ＬＢの光路上から退避させる（ステップＳ０）。

次いで、制御装置３０が相対移動機構２８を駆動して、ウェーハ１２に対して顕微鏡２６をウェーハ１２のアライメント基準（図示は省略）を撮影可能な位置まで相対移動させた後、顕微鏡２６によるアライメント基準の撮影を実行させる。そして、制御装置３０は、顕微鏡２６により撮影されたアライメント基準の撮影画像に基づき、ウェーハ１２内の各ストリートＣの位置を検出するアライメント検出を行う。次いで、制御装置３０は、相対移動機構２８を駆動して、レーザ光学系２４の第１集光レンズ３８の光軸と、第１番目のストリートＣ（往路）の加工開始位置との位置合わせを行う（ステップＳ１）。

また、制御装置３０は、接続切替素子３６を駆動して各分岐光Ｌ２ａを出射するレンズを第２集光レンズ４０Ａに切り替えた後（ステップＳ２）、高速シャッタ駆動機構４７Ｃを駆動して第１高速シャッタ４７Ａをレーザ光ＬＡの光路上から退避させる（ステップＳ３）。これにより、第１集光レンズ３８から２本の第１レーザ光Ｌ１が出射され、２本の第１レーザ光Ｌ１がストリートＣ（往路）上の加工開始位置に集光される。

次いで、制御装置３０は、相対移動機構２８を駆動して、ウェーハ１２に対してレーザ光学系２４を往路方向側Ｘ１に相対移動させる（ステップＳ４）。そして、第２集光レンズ４０Ａの光軸がストリートＣ（往路）の加工開始位置に到達すると、制御装置３０は、高速シャッタ駆動機構４７Ｃを駆動して第２高速シャッタ４７Ｂをレーザ光ＬＢの光路上から退避させる（ステップＳ５）。これにより、第２集光レンズ４０Ａから各分岐光Ｌ２ａが出射され、各分岐光Ｌ２ａが上述の加工開始位置に集光される。

レーザ光学系２４の往路方向側Ｘ１への相対移動が継続すると、図３及び図５に示したように、２本の第１レーザ光Ｌ１のスポットＳＰ１と分岐光Ｌ２ａごとのスポットＳＰ２とがストリートＣ（往路）に沿って往路方向側Ｘ１に移動する。その結果、ストリートＣ（往路）に沿って、縁切り加工による２条の縁切り溝１８の形成と中抜き加工による中抜き溝１９の形成とが間隔を空けて同時に実行される。

制御装置３０は、スポットＳＰ１がストリートＣ（往路）の加工終了位置に到達するタイミングに合わせて、高速シャッタ駆動機構４７Ｃを駆動して第１高速シャッタ４７Ａをレーザ光ＬＡの光路上に挿入させる（ステップＳ６，Ｓ７）。また、制御装置３０は、各スポットＳＰ２が上述の加工終了位置に到達するタイミングに合わせて、高速シャッタ駆動機構４７Ｃを駆動して第２高速シャッタ４７Ｂをレーザ光ＬＢの光路上に挿入させる（ステップＳ８）。これにより、第１番目のストリートＣ（往路）のレーザ加工が完了する。

制御装置３０は、第１番目のストリートＣ（往路）のレーザ加工が完了すると、相対移動機構２８を駆動して、第１集光レンズ３８の光軸と、第２番目のストリートＣ（復路）の加工開始位置との位置合わせを行う（ステップＳ９でＹＥＳ、ステップＳ１０）。

また、制御装置３０は、接続切替素子３６を駆動して各分岐光Ｌ２ａを出射するレンズを第２集光レンズ４０Ｂに切り替えた後（ステップＳ１１）、高速シャッタ駆動機構４７Ｃを駆動して第１高速シャッタ４７Ａをレーザ光ＬＡの光路上から退避させる（ステップＳ１２）。これにより、第１集光レンズ３８により２本の第１レーザ光Ｌ１がストリートＣ（復路）上の加工開始位置に集光される。

次いで、制御装置３０は、相対移動機構２８を駆動して、ウェーハ１２に対してレーザ光学系２４を復路方向側Ｘ２に相対移動させる（ステップＳ１３）。そして、第２集光レンズ４０Ｂの光軸が通常ストリートＣ（復路）の加工開始位置に到達すると、制御装置３０は、高速シャッタ駆動機構４７Ｃを駆動して第２高速シャッタ４７Ｂをレーザ光ＬＢの光路上から退避させる（ステップＳ１４）。これにより、第２集光レンズ４０Ｂにより各分岐光Ｌ２ａが加工開始位置に集光される。

レーザ光学系２４の復路方向側Ｘ２への相対移動が継続すると、図４及び図６に示したように、２本の第１レーザ光Ｌ１のスポットＳＰ１と分岐光Ｌ２ａごとのスポットＳＰ２とがストリートＣ（復路）に沿って復路方向側Ｘ２に移動する。その結果、ストリートＣ（復路）に沿って、縁切り加工による２条の縁切り溝１８の形成と中抜き加工による中抜き溝１９の形成とが間隔を空けて同時に実行される。

制御装置３０は、スポットＳＰ１がストリートＣ（復路）の加工終了位置に到達するタイミングに合わせて、高速シャッタ駆動機構４７Ｃを駆動して第１高速シャッタ４７Ａをレーザ光ＬＡの光路上に挿入させる（ステップＳ１５，Ｓ１６）。また、制御装置３０は、分岐光Ｌ２ａごとのスポットＳＰ２が加工終了位置に到達するタイミングに合わせて、高速シャッタ駆動機構４７Ｃを駆動して第２高速シャッタ４７Ｂをレーザ光ＬＢの光路上に挿入させる（ステップＳ１７）。これにより、第２番目のストリートＣ（復路）のレーザ加工が完了する。

以下同様に、Ｘ方向に平行な全てのストリートＣに沿ってレーザ加工（縁切り加工及び中抜き加工）が繰り返し実行される（ステップＳ９でＹＥＳ、ステップＳ１８でＹＥＳ）。次いで、制御装置３０は、相対移動機構２８を駆動してテーブル２０を９０°回転させた後、上述の一連の処理を繰り返し実行する。これにより、格子状の各ストリートＣに沿ってレーザ加工が実行される。

図８は、比較例（符号８Ａ参照）と本実施形態（符号８Ｂ参照）とにおいて、ストリートＣごとのレーザ加工に要する加工距離（ウェーハ１２に対するレーザ光学系２４の相対移動量）を比較するための説明図である。なお、図８では、第２レーザ光Ｌ２を４分岐させた場合を例に挙げて説明を行っている。

本実施形態では、１個（共通）の第２集光レンズ４０Ａ（第２集光レンズ４０Ｂ）内で第２レーザ光Ｌ２を各分岐光Ｌ２ａに分岐させているが、例えば、図８の符号８Ａに示す比較例のように、中抜き加工を行う第２集光レンズ４０Ａ，４０Ｂを増やす方法も考えられる。

しかしながら、比較例では、複数の第２集光レンズ４０Ａ，４０Ｂのうちの最後のレンズが加工終了位置に到達するまでウェーハ１２に対するレーザ光学系２４の相対移動を継続する必要あり、レーザ加工の加工距離が増加することでタクトタイムが増加してしまう。特に本実施形態のようにストリートＣ（往路、復路）のレーザ加工を往復で行う場合には、加工距離がさらに増えてしまう。また、複数の第２集光レンズ４０Ａ，４０Ｂを同一直線上に配置する必要があり、配置調整の煩雑さ及び難易度が増えるという問題ある。

これに対して図８の符号８Ｂに示すように、本実施形態では、１個（共通）の第２集光レンズ４０Ａ，４０Ｂ内で第２レーザ光Ｌ２（スポットＳＰ２）を分岐させているので、比較例とは異なり加工距離は増加せず、タクトタイムの増加が防止される。また、比較例のように複数の第２集光レンズ４０Ａ，４０Ｂの配置調整を行う必要がなくなる。

［中抜き加工］
図９は、第２レーザ光Ｌ２の繰り返し周波数が１０ｋＨｚで且つ加工速度が３００ｍｍ／ｓである場合の中抜き加工を説明するための説明図である。図１０は、第２レーザ光Ｌ２の繰り返し周波数が１０ｋＨｚで且つ加工速度が３０ｍｍ／ｓである場合の中抜き加工を説明するための説明図である。

図９及び図１０に示すように、中抜き加工では、レーザ光学系２４によりストリートＣ上に複数のスポットＳＰ２を形成する。この際に、第２レーザ光Ｌ２はパルスレーザ光であるので、レーザ光学系２４からストリートＣに対する各分岐光Ｌ２ａの照射は第２レーザ光Ｌ２の繰り返し周波数に応じて断続的（一定間隔ごと）に行われる。また同時に、相対移動機構２８がウェーハ１２に対してレーザ光学系２４をＸ方向に相対移動、具体的にはウェーハ１２を所定の加工速度でＸ方向に移動させる。これにより、ストリートＣに対して各分岐光Ｌ２ａのパルスが照射されるごとに、各スポットＳＰ２の位置がストリートＣに沿って移動する。

各スポットＳＰ２の位置の移動量であるスポット移動量ｄは、第２レーザ光Ｌ２の繰り返し周波数及び加工速度に応じて変化する。

例えば、図９に示したように繰り返し周波数が１０ｋＨｚで且つ加工速度が３００ｍｍ／ｓである場合のスポット移動量ｄは３０μｍである。また、図１０に示したように繰り返し周波数が１０ｋＨｚで且つ加工速度が３０ｍｍ／ｓである場合のスポット移動量ｄは３μｍである。なお、スポット移動量ｄは、繰り返し周波数が増加するほど減少し、逆に繰り返し周波数が減少するほど増加する。

図１１は、本発明のレーザ加工方法を説明するための説明図であり、より具体的には第２集光レンズ４０Ａ，４０ＢによりストリートＣ（復路、復路）上に集光される各分岐光Ｌ２ａのスポットＳＰ２を示した上面図である。

図１１に示すように、本実施形態では、ストリートＣ上に集光される分岐光Ｌ２ａごとのスポットＳＰ２の間隔、すなわち分岐光Ｌ２ａごとのスポットＳＰ２の中で互いに隣り合う先行スポットＳＰ２ａと後行スポットＳＰ２ｂとの間隔である分岐距離を「Ｌ」とする。なお、互いに隣り合うスポットＳＰ２の中でストリートＣに沿って先行して移動する方が先行スポットＳＰ２ａであり、ストリートＣに沿って後行して移動する方が後行スポットＳＰ２ｂである。

そして、レーザ加工（縁切り加工及び中抜き加工）の加工速度を「Ｖ」とした場合に、ストリートＣ上での先行スポットＳＰ２ａの加工位置に対して後行スポットＳＰ２ｂが重なるまでの時間τは、τ＝Ｌ／Ｖで表される。

この際に時間τが短い場合、すなわち分岐距離Ｌが短かったり加工速度Ｖが速かったりすると、第２レーザ光Ｌ２の繰り返し周波数を増加させたのと同様の状態となり、ウェーハ１２に対する入熱量が大きくなり過ぎることで中抜き溝１９の加工品質が悪化する。また逆に、時間τが長い場合、すなわち分岐距離Ｌが長かったり加工速度Ｖが遅かったりする場合には、ストリートＣ上での先行スポットＳＰ２ａの加工位置に対して後行スポットＳＰ２ｂが重なるまでの間にこの加工位置が冷却されるので、ウェーハ１２に対する入熱量が一定範囲内に抑えられる。その結果、中抜き溝１９の加工品質が保たれる。

そこで本実施形態では、中抜き溝１９の加工品質の悪化が発生する時間τの閾値（上限値）である時間閾値をτ１とした場合に、τ＞τ１を満たす状態で中抜き加工（レーザ加工）を行う。ここで時間閾値τ１については、予め実験或いはシミュレーションを行うことで、ウェーハ１２の種類、第２レーザ光Ｌ２の種類及びパワー等に応じて決定することができる。また、「τ＞τ１を満たした状態」とは、τ＞τ１を満たすように分岐距離Ｌ及び加工速度Ｖの少なくとも一方が調整されている状態である。さらに、分岐光Ｌ２ａが３以上である場合も同様に、互いに隣り合う分岐光Ｌ２ａ（先行スポットＳＰ２ａ、後行スポットＳＰ２ｂ）の間でτ＞τ１を満たすようにする。

図１２から図１５は、ストリートＣの任意の一点での入熱量と経過時間との関係を示したグラフである。図１２は、第２レーザ光Ｌ２を分岐させない場合の任意の一点での入熱量と経過時間との関係を示す。図１３は、第２レーザ光Ｌ２を２分岐させているがτが「τ＜τ１」となる場合の任意の一点での入熱量と経過時間との関係を示す。図１４は、第２レーザ光Ｌ２を２分岐させ且つτが「τ＞＞τ１」を満たす場合の任意の一点での入熱量と経過時間との関係を示す。図１５は、第２レーザ光Ｌ２を２分岐させ且つτが「τ＞τ１」を満たす場合の任意の一点での入熱量と経過時間との関係を示す。

なお、図１２から図１５では、説明の煩雑化を防止するために、第２レーザ光Ｌ２及び各分岐光Ｌ２ａの１パルスごとのエネルギーを矩形で表しているが、他の形状、例えばガウシンアン或いは三角波などであってもよい。また、図１２から図１５中の「加工発生」は中抜き溝１９を形成可能な入熱量の閾値を示し、「品質悪化」は中抜き溝１９の加工品質が悪化する入熱量の閾値を示す。

図１２に示すように、第２レーザ光Ｌ２を分岐させない場合は、中抜き溝１９の加工深さを深くするためには第２レーザ光Ｌ２のパワーを上げる必要がある。その結果、任意の一点に対する第２レーザ光Ｌ２の１回のパルスの照射で、任意の一点の蓄熱ＨＳ（入熱量）が「品質悪化」の閾値を超えてしまう。

図１３に示すように、第２レーザ光Ｌ２を２分岐させているがτが「τ＜τ１」となる場合、すなわち分岐距離Ｌが短かったり、或いは加工速度Ｖが速かったり（繰り返し周波数が高すぎたり）する場合には、任意の一点において各分岐光Ｌ２ａ（先行スポットＳＰ２ａ及び後行スポットＳＰ２ｂ）による入熱量が蓄積される。その結果、この任意の一点の蓄熱ＨＳ（入熱量）が「品質悪化」の閾値を超えてしまう。

図１４に示すように、第２レーザ光Ｌ２を２分岐させ且つτが「τ＞＞τ１」を満たす場合には、任意の一点に対する先行スポットＳＰ２ａによる蓄熱ＨＳ（入熱量）が「加工発生」の閾値を超えた後、後行スポットＳＰ２ｂによる入熱が開始されるまでの間に十分に冷却される。このため、この任意の一点に対して後行スポットＳＰ２ｂによる入熱が開始された後も蓄熱ＨＳ（入熱量）が「品質悪化」の閾値を超えることなく、中抜き溝１９の加工品質が維持される。その結果、中抜き溝１９の加工品質を悪化させることなく所望の加工深さが得られる。

図１５に示すように、第２レーザ光Ｌ２を２分岐させ且つτが「τ＞τ１」を満たす場合、図１３よりもτが大きい（例えば分岐距離Ｌが広い）ので、任意の一点に対する先行スポットＳＰ２ａ及び後行スポットＳＰ２ｂの入熱が連続したとしても、蓄熱ＨＳ（入熱量）が「品質悪化」の閾値を超えることなく、中抜き溝１９の加工品質が維持される。その結果、中抜き溝１９の加工品質を悪化させることなく所望の加工深さが得られる。

［第１実施形態の効果］
以上のように第１実施形態では、第２集光レンズ４０Ａ，４０Ｂ内で第２レーザ光Ｌ２（スポットＳＰ２）を複数に分岐させることで、タクトタイムの増加を防止することができる。そして、第１実施形態では、τ＞τ１を満たすように分岐距離Ｌ及び加工速度Ｖ（繰り返し周波数）の少なくとも一方を調整した状態で中抜き加工を行うことにより、中抜き溝１９の加工品質を悪化させることなく所望の加工深さが得られる。その結果、第１実施形態では、タクトタイムの増加防止と、所望の加工深さの中抜き溝１９の加工品質の維持と、を両立することができる。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態のレーザ加工装置１０について説明を行う。上記第１実施形態で説明したように、τ＞τ１を満たすためには、分岐距離Ｌを広くする又は加工速度Ｖを遅くする又はその双方が考えられる。この際に加工速度Ｖを遅くするほど、スポットＳＰ２ごとに、ストリートＣに照射されたスポットＳＰ２に対して次回に照射されるスポットＳＰ２のＸ方向（加工送り方向）のオーバーラップ率が上昇する。そして、後述の図１６に示すように、オーバーラップ率と中抜き溝１９の加工品質との間には相関関係がある。そこで第２実施形態では、τ＞τ１を満たした上でさらにオーバーラップ率が後述の所定条件（５０％以下）を満たすように、加工速度Ｖ及び第２レーザ光Ｌ２の繰り返し周波数の少なくともいずれか一方の調整を行う。

なお、第２実施形態のレーザ加工装置１０は、上記第１実施形態のレーザ加工装置１０と基本的に同じ構成であるので、上記第１実施形態と機能又は構成上同一のものについては、同一符号を付してその説明は省略する。

図１６は、第２レーザ光Ｌ２を分岐させない「１スポット」の比較例と第２レーザ光Ｌ２を２分岐させる「２スポット」の本実施例とにおいて、中抜き加工の加工条件（加工速度Ｖ及びオーバーラップ率）と中抜き溝１９の底面の加工状態との関係を示した説明図である。図１７は、図１６に示した加工条件（Ａ～Ｄ、Ａ１～Ｄ１）ごとの入熱量と中抜き溝１９の加工深さとの関係を示したグラフである。図１８は、図１６に示した加工条件ごとの加工速度Ｖと中抜き溝１９の加工深さとの関係を示したグラフである。

なお、加工速度Ｖ及びオーバーラップ率以外の加工条件は、繰り返し周波数が５０ｋＨｚであり、Ｘ方向（加工送り方向）の第２レーザ光Ｌ２及び分岐光Ｌ２ａの幅が１０μｍであり、本実施例の分岐距離Ｌは１００μｍである。また、比較例の第２レーザ光Ｌ２、本実施例の個々の分岐光Ｌ２ａのエネルギーは同一である。このため、本実施例と比較例とがストリートＣに加えるエネルギーの大きさを比較すると、同一の加工条件（加工速度Ｖ及びオーバーラップ率）で本実施例が比較例に対して２倍の大きさになる。

図１６に示すように、本実施例と比較例とにおいて加工条件ごとの中抜き溝１９の加工品質を比較すると、本実施例の加工条件Ｃ１，Ｄ１では中抜き溝１９の底面に金属光沢が見られるので中抜き溝１９の加工品質は良好である。また、本実施例の加工条件Ａ１，Ｂ１では、中抜き溝１９の底面に若干の焦げが発生しているので、中抜き溝１９の加工品質は上述の加工条件Ｃ１，Ｄ１よりも劣る。

一方、比較例の加工条件Ａでは、中抜き溝１９の底面が完全に焦げているので、中抜き溝１９の加工品質がＮＧになる。また、比較例の加工条件Ｂ～Ｄでは、中抜き溝１９の加工不足が発生するので、中抜き溝１９の加工品質がＮＧになる。

図１７及び図１８に示すように、本実施例の加工条件Ｄ１と比較例の加工条件Ｂは、ストリートＣに対する単位面積当たりの熱投入量は同じになるが、加工条件Ｄ１の方が中抜き溝１９の加工深さを深くすることができる。さらに加工条件Ｄ１は、既述の図１６で説明したように中抜き溝１９の加工品質が加工条件Ｂよりも良好である。また、本実施例の加工条件Ｂ１と比較例の加工条件Ａについても同様である。

図１６から図１８に示したように、本実施例の加工条件Ａ１～Ｄ１を比較すると、オーバーラップ率が５０％よりも高くなると、中抜き溝１９の加工品質の低下が発生する。

図１９は、中抜き加工（レーザ加工）の好ましいオーバーラップ率を説明するための説明図である。図１９の符号ＸＩＸＡ，ＸＩＸＢに示すように、スポットＳＰ２のオーバーラップ率が５０％よりも大きくなると、ストリートＣ上に３スポット分の分岐光Ｌ２ａが照射される領域ＯＡが発生する。その結果、既述の図１３に示したように蓄熱ＨＳ（入熱量）が増加することで中抜き溝１９の加工品質が低下したり或いは蓄熱ＨＳが「品質悪化」の閾値を超えたりするおそれがある。

従って、上記第１実施形態で説明したようにτ＞τ１を満たすように分岐距離Ｌ及び加工速度Ｖを調整する場合には、さらにオーバーラップ率が５０％以下になるように加工速度Ｖ及び第２レーザ光Ｌ２の繰り返し周波数の少なくともいずれか一方を調整することが好ましい。例えば、第２レーザ光Ｌ２の繰り返し周波数が５０ｋＨｚでオーバーラップ率が５０％であるとすると、時間閾値τ１はτ１＝２０μｓであるので、τ＞２０μｓを満たすように分岐距離Ｌ等の調整を行う。これにより、第１実施形態よりも中抜き溝１９の加工品質をより向上させることができる。

［第３実施形態］
次に、第３実施形態のレーザ加工装置１０の説明を行う。第３実施形態のレーザ加工装置１０は、２条の縁切り溝１８のＹ方向の間隔と、中抜き溝１９のＹ方向の幅と、を調整可能である。なお、第３実施形態のレーザ加工装置１０は、後述の第１回転機構４４（図２０参照）と第２回転機構４６（図２１参照）とを備える点を除けば、上記各実施形態のレーザ加工装置１０と基本的に同じ構成である。このため、上記各実施形態と機能又は構成上同一のものについては、同一符号を付してその説明は省略する。

図２０は、第１回転機構４４による２条の縁切り溝１８のＹ方向の間隔調整を説明するための説明図である。図２０に示すように、第１回転機構４４（本発明の第１光形成素子回転機構に相当）は、例えばモータ及び駆動伝達機構により構成されており、制御装置３０の制御の下、第１光形成素子３２をその光軸を中心とする軸周り方向に回転させる。これにより、ウェーハ１２をＺ方向上方側から見た場合において、第１集光レンズ３８によりストリートＣ上に集光される２本の第１レーザ光Ｌ１のスポットＳＰ１を、第１集光レンズ３８の光軸を中心として回転させることができる。その結果、ストリートＣ上の２個のスポットＳＰ１のＹ方向の間隔を広げたり或いは狭めたりすることで、２条の縁切り溝１８のＹ方向の間隔を調整可能である。

図２１は、第２回転機構４６による中抜き溝１９のＹ方向の幅調整を説明するための説明図である。図２２は、第３実施形態の分岐光Ｌ２ａごとのスポットＳＰ２の上面図である。

図２１に示すように、第２回転機構４６（本発明の第２光形成素子回転機構に相当）は、第１回転機構４４と同様に例えばモータ及び駆動伝達機構により構成されており、制御装置３０の制御の下、第２光形成素子３４をその光軸を中心とする軸周り方向に回転させる。これにより、図２２の符号XXIIA，XXIIBに示すように、ウェーハ１２をＺ方向上方側から見た場合において、第２集光レンズ４０Ａ，４０ＢによりストリートＣ上に集光される分岐光Ｌ２ａごとのスポットＳＰ２を、第２集光レンズ４０Ａ，４０Ｂの光軸を中心として回転させることができる。

ここで分岐光Ｌ２ａごとのスポットＳＰ２は矩形状、すなわち非円形状である。このため、各スポットＳＰ２を回転させることで、ストリートＣ上に形成される中抜き溝１９のＹ方向の幅を広げたり或いは狭めたり等の調整が可能となる。なお、各スポットＳＰ２の形状は、非円形状であれば矩形状に限定されるものではない。

制御装置３０は、オペレータにより不図示の操作部に入力された調整指示に基づき、第１回転機構４４及び第２回転機構４６をそれぞれ駆動して、第１光形成素子３２及び第２光形成素子３４をそれぞれ回転させることで、２条の縁切り溝１８の間隔及び中抜き溝１９の幅を調整する。

［第４実施形態］
図２３は、第４実施形態のレーザ加工装置１０のレーザ光学系２４の概略図である。上記各実施形態のレーザ加工装置１０は、第１レーザ光源２２Ａから出射されるレーザ光ＬＡに基づき縁切り加工用の２本の第１レーザ光Ｌ１を生成し且つ第２レーザ光源２２Ｂから出射されるレーザ光ＬＢに基づき中抜き加工用の第２レーザ光Ｌ２を生成している。これに対して第４実施形態のレーザ加工装置１０は、共通のレーザ光源２２から出射されるレーザ光Ｌ０から２本の第１レーザ光Ｌ１と第２レーザ光Ｌ２とを生成する。

図２３に示すように、第４実施形態のレーザ加工装置１０は、第１レーザ光源２２Ａ及び第２レーザ光源２２Ｂの代わりにレーザ光源２２を備え、且つ第１安全シャッタ１００Ａ及び第２安全シャッタ１００Ｂの代わりに安全シャッタ１００及び分岐素子３１を備える点を除けば、上記各実施形態のレーザ加工装置１０と基本的に同じ構成である。このため、上記各実施形態と機能又は構成上同一のものについては同一符号を付してその説明は省略する。

レーザ光源２２は、分岐素子３１、第１光形成素子３２、及び第２光形成素子３４と共に本発明のレーザ光出射系を構成する。レーザ光源２２は、縁切り加工及び中抜き加工の双方に適した条件（波長、パルス幅、及び繰り返し周波数等）のレーザ光Ｌ０（パルスレーザ光等）を常時出射する。レーザ光源２２から出射されたレーザ光Ｌ０はレーザ光学系２４の分岐素子３１に入射する。

安全シャッタ１００は、レーザ光源２２と分岐素子３１との間のレーザ光Ｌ０の光路上に挿脱自在に設けられている。第４実施形態の安全シャッタ駆動機構１０２は、制御装置３０の制御の下、レーザ光Ｌ０の光路に対して安全シャッタ１００を挿脱させる。安全シャッタ駆動機構１０２は、レーザ加工時以外では、上述の光路に対して安全シャッタ１００を挿入させる。また、安全シャッタ駆動機構１０２は、レーザ加工時には、上述の光路から安全シャッタ１００を退避させる。

分岐素子３１（本発明の２分岐素子に相当）は、例えばハーフミラー等が用いられたり、或いは分岐素子３５と同様に回折光学素子、屈折光学素子、プリズム、及びこれらの組み合わせ等が用いられたりする。分岐素子３１は、レーザ光源２２から出射されたレーザ光Ｌ０を２分岐させて、２分岐したレーザ光Ｌ０の一方を第１光形成素子３２へ出射し、且つレーザ光Ｌ０の他方を第２光形成素子３４へ出射する。

以下、上記各実施形態と同様に、第１光形成素子３２による２本の第１レーザ光Ｌ１の形成と、第１集光レンズ３８によるストリートＣ上への２本の第１レーザ光Ｌ１の集光と、が行われる。また、第２光形成素子３４による第２レーザ光Ｌ２の形成と、分岐素子３５による各分岐光Ｌ２ａの生成と、接続切替素子３６による第２集光レンズ４０Ａ，４０Ｂの切替と、第２集光レンズ４０Ａ，４０ＢによるストリートＣ上への各分岐光Ｌ２ａの集光と、が行われる。

［その他］
上記各実施形態のレーザ加工装置１０では、第１集光レンズ３８によりストリートＣ上に集光されるスポットＳＰ１と、第２集光レンズ４０ＡによりストリートＣ上に集光される各スポットＳＰ２と、第２集光レンズ４０ＢによりストリートＣ上に集光される各スポットＳＰ２と、が互いに独立している。このため、上記各実施形態のように第１集光レンズ３８及び第２集光レンズ４０Ａ，４０Ｂの位置が固定されていると、レーザ加工時の加工送り軸（Ｘ軸）の運動精度に応じて、２条の縁切り溝１８及び中抜き溝１９の間に水平方向（Ｙ方向）及び垂直方向（Ｚ方向）にずれが生じるという問題がある。

そこで、上記各実施形態のレーザ加工装置１０に、第１集光レンズ３８によりストリートＣ上に集光されるスポットＳＰ１と、第２集光レンズ４０ＡによりストリートＣ上に集光される各スポットＳＰ２と、第２集光レンズ４０ＢによりストリートＣ上に集光される各スポットＳＰ２と、のＹ方向及びＺ方向の位置を個別調整する機能を設けてもよい。これにより、例えばレーザ加工装置１０の製造メーカにおいて各スポットＳＰ１，ＳＰ２のＹ方向位置及びＺ方向位置を調整（平行度を調整）することができる。

また、ウェーハ１２のレーザ加工中において顕微鏡２６により撮影された撮影画像に基づき、縁切り加工のスポットＳＰ１をストリートＣに対してトレースさせ且つ中抜き加工の各スポットＳＰ２を２条の縁切り溝１８の中央に対してトレースさせることができる。さらに、上述の撮影画像に基づき、ウェーハ１２（ストリートＣ）の表面に対するスポットＳＰ１及び各スポットＳＰ２のＺ方向のずれ量（集光位置のずれ量）を調整することができる。

上記各実施形態では、各安全シャッタ１００，１００Ａ，１００Ｂを光路上に挿脱させることで縁切り加工及び中抜き加工のオフオンを切り替えているが、第１レーザ光源２２Ａ及び第２レーザ光源２２Ｂ（レーザ光源２２）をオンオフさせることで縁切り加工及び中抜き加工のオンオフを切り替えてもよい。また、第１安全シャッタ１００Ａと第１高速シャッタ４７Ａとが一体化され、且つ第２安全シャッタ１００Ｂと第２高速シャッタ４７Ｂとが一体化されていてもよい。

上記各実施形態では、ストリートＣに対して第１集光レンズ３８により縁切り加工を行い且つ第２集光レンズ４０Ａ，４０Ｂの一方により中抜き加工を行っているが、ストリートＣに対して第２集光レンズ４０Ａ，４０Ｂの一方により縁切り加工を行い且つ第１集光レンズ３８により中抜き加工を行ってもよい。この場合においても、加工送り方向に関係なく常に縁切り加工が中抜き加工よりも先行するように接続切替素子３６を制御する。

上記各実施形態では、第２集光レンズ４０Ａ，４０Ｂ内で第２レーザ光Ｌ２を複数に分岐させると共にτ＞τ１を満たすように分岐距離Ｌ及び加工速度Ｖ（繰り返し周波数）の少なくとも一方を調整した状態で中抜き加工を行っているが、縁切り加工についても同様に行ってもよい。すなわち，第１集光レンズ３８内で２本の第１レーザ光Ｌ１を複数に分岐させると共にτ＞τ１を満たすように分岐距離Ｌ及び加工速度Ｖの少なくとも一方を調整した状態で縁切り加工を行ってもよい。

上記各実施形態では、第１集光レンズ３８及び第２集光レンズ４０Ａ，４０Ｂを用いてレーザ加工を行っているが、２種類の集光レンズ（本発明の第１集光レンズ及び第２集光レンズに相当）を用いてレーザ加工を行ってもよい。この場合には、ウェーハ１２に対するレーザ光学系２４の相対移動方向に応じて、２種類の集光レンズの一方による縁切り加工及び他方による中抜き加工と、２種類の集光レンズの他方による縁切り加工及び一方による中抜き加工と、を切り替える。

上記各実施形態では、ウェーハ１２に対してレーザ光学系２４をＸ方向に相対的に１往復させることで２本分のストリートＣ（往路および復路）のレーザ加工を行っているが、レーザ加工の方向が一方向に固定されているレーザ加工装置１０にも本発明を適用可能である。

１０ レーザ加工装置
１２ ウェーハ
１４ チップ
１６ デバイス
１８ 縁切り溝
１９ 中抜き溝
２０ テーブル
２２ レーザ光源
２２Ａ 第１レーザ光源
２２Ｂ 第２レーザ光源
２４ レーザ光学系
２６ 顕微鏡
２８ 相対移動機構
３０ 制御装置
３１，３５ 分岐素子
３２ 第１光形成素子
３４ 第２光形成素子
３６ 接続切替素子
３８ 第１集光レンズ
４０Ａ，４０Ｂ 第２集光レンズ
４４ 第１回転機構
４６ 第２回転機構
４７Ａ 第１高速シャッタ
４７Ｂ 第２高速シャッタ
４７Ｃ 高速シャッタ駆動機構
１００ 安全シャッタ
１００Ａ 第１安全シャッタ
１００Ｂ 第２安全シャッタ
１０２ 安全シャッタ駆動機構
ＨＳ 蓄熱
Ｌ 分岐距離
Ｌ０ レーザ光
Ｌ１ 第１レーザ光
Ｌ２ 第２レーザ光
Ｌ２ａ 分岐光
ＬＡ，ＬＢ レーザ光
ＯＡ 領域
ＳＰ１，ＳＰ２ スポット
ＳＰ２ａ 先行スポット
ＳＰ２ｂ 後行スポット
Ｖ 加工速度
Ｘ１ 往路方向側
Ｘ２ 復路方向側
ｄ スポット移動量
τ１ 時間閾値

Claims (8)

1. ウェーハを保持するテーブルに対しレーザ光学系を前記ウェーハのストリートに沿った加工送り方向に相対移動させながら、前記レーザ光学系により前記ストリートに沿って互いに平行な２条の第１溝を形成する縁切り加工と、前記２条の第１溝の間に第２溝を形成する中抜き加工と、を行うレーザ加工装置において、
   前記レーザ光学系が、
   前記縁切り加工に対応する２本の第１レーザ光と、前記中抜き加工に対応する第２レーザ光と、を出射するレーザ光出射系と、
   前記レーザ光出射系から出射された前記２本の第１レーザ光を加工対象の前記ストリートに集光させる第１集光レンズと、
   前記レーザ光出射系から出射された前記第２レーザ光を前記加工送り方向に沿って複数の分岐光に分岐させる分岐素子と、
   前記分岐素子により分岐された複数の前記分岐光を、加工対象の前記ストリートに集光させる第２集光レンズと、
   を備え、
   前記第２集光レンズにより前記ストリートに集光される前記分岐光ごとのスポットの中で互いに隣り合う先行スポットと後行スポットとの間隔である分岐距離をＬとし、前記相対移動の速度である加工速度をＶとし、前記先行スポットの加工位置に対して前記後行スポットが重なるまでの時間をτとした場合に、前記時間がτ＝Ｌ／Ｖで表され、
   前記第２溝の加工品質の悪化が発生する前記時間の閾値をτ１とした場合にτ＞τ１を満たすレーザ加工装置。
2. 前記レーザ光出射系が、
   前記縁切り加工に対応する条件のレーザ光を出射する第１レーザ光源と、
   前記中抜き加工に対応する条件のレーザ光を出射する第２レーザ光源と、
   前記第１レーザ光源から出射された前記レーザ光から前記２本の第１レーザ光を形成する第１光形成素子と、
   前記第２レーザ光源から出射された前記レーザ光から前記第２レーザ光を形成する第２光形成素子と、
   を備え、
   前記分岐素子が、前記第２光形成素子と前記第２集光レンズとの間の光路上に設けられている請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. 前記レーザ光出射系が、
   レーザ光を出射するレーザ光源と、
   前記レーザ光源から出射された前記レーザ光を２分岐させる２分岐素子と、
   前記２分岐素子により２分岐された前記レーザ光の一方から前記２本の第１レーザ光を形成する第１光形成素子と、
   前記２分岐素子により２分岐された前記レーザ光の他方から前記第２レーザ光を形成する第２光形成素子と、
   を備え、
   前記分岐素子が、前記第２光形成素子と前記第２集光レンズとの間の光路上に設けられている請求項１に記載のレーザ加工装置。
4. 前記第２光形成素子が、前記ストリートに非円形状の前記スポットを形成する前記第２レーザ光を形成し、
   前記第２光形成素子を、前記第２光形成素子の光軸を中心とする軸周り方向に回転させる第２光形成素子回転機構と、
   を備える請求項２又は３に記載のレーザ加工装置。
5. 前記第１光形成素子を、前記第１光形成素子の光軸を中心とする軸周り方向に回転させる第１光形成素子回転機構を備える請求項２から４のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
6. 前記第２集光レンズが、前記第１集光レンズを間に挟んで２個設けられ且つ前記第１集光レンズと共に前記加工送り方向に沿って一列に配置され、
   前記レーザ光出射系から出射された前記２本の第１レーザ光を前記第１集光レンズに導き且つ前記分岐素子により分岐された複数の前記分岐光を２個の前記第２集光レンズに選択的に導く接続光学系を備え、
   前記接続光学系が、前記テーブルに対して前記レーザ光学系が前記加工送り方向の往路方向側に相対移動される場合には、複数の前記分岐光を前記第１集光レンズに対して前記往路方向側とは反対の復路方向側に位置する前記第２集光レンズに導き、且つ前記テーブルに対して前記レーザ光学系が前記復路方向側に相対移動される場合には、複数の前記分岐光を前記第１集光レンズに対して前記往路方向側に位置する前記第２集光レンズに導く請求項１から５のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
7. 前記第２レーザ光がパルスレーザ光であり、
   前記加工速度及び前記第２レーザ光の繰り返し周波数の少なくともいずれか一方を調整して、前記スポットごとに、前記スポットに対して次回に照射される前記スポットの前記加工送り方向のオーバーラップ率を５０％以下にする請求項１から６のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
8. ウェーハを保持するテーブルに対しレーザ光学系を前記ウェーハのストリートに沿った加工送り方向に相対移動させながら、前記レーザ光学系により前記ストリートに沿って互いに平行な２条の第１溝を形成する縁切り加工と、前記２条の第１溝の間に第２溝を形成する中抜き加工と、を行うレーザ加工方法において、
   前記レーザ光学系が、前記縁切り加工に対応する２本の第１レーザ光と前記中抜き加工に対応する第２レーザ光とを出射し、前記２本の第１レーザ光を第１集光レンズにより加工対象の前記ストリートに集光し、前記第２レーザ光を前記加工送り方向に沿って複数の分岐光に分岐し、複数の前記分岐光を第２集光レンズにより加工対象の前記ストリートに集光し、
   前記第２集光レンズにより前記ストリートに集光される前記分岐光ごとのスポットの中で互いに隣り合う先行スポットと後行スポットとの間隔である分岐距離をＬとし、前記相対移動の速度である加工速度をＶとし、前記先行スポットの加工位置に対して前記後行スポットが重なるまでの時間をτとした場合に、前記時間がτ＝Ｌ／Ｖで表され、
   前記第２溝の加工品質の悪化が発生する前記時間の閾値をτ１とした場合にτ＞τ１を満たすレーザ加工方法。

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