激光加工装置和激光加工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于在加工对象物形成改质区域的激光加工装置和激光加工方法。
【背景技术】
[0002]作为现有的激光加工装置和激光加工方法，在专利文献I中记载有以使激光的波阵面在加工对象物的内部成为规定波阵面的方式(或，以使聚光于加工对象物的内部的激光的像差成为规定的像差以下的方式)对加工对象物照射被反射型空间光调制器调制的激光者。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:日本特开2009-34723号公报
【发明内容】
[0006]发明所要解决的问题
[0007]由上述那样的激光加工装置和激光加工方法形成的改质区域，有在内插式基板三维地形成通孔的情形、切断薄半导体晶片的情形、以及在半导体基板形成去疵(gettering)区域的情形等要求改质区域微细化的情形。
[0008]因此，本发明的目的在于提供一种可高精度且高效率形成微细的改质区域的激光加工装置和激光加工方法。
[0009]解决技术问题的手段
[0010]本发明的一个侧面的激光加工装置是通过对加工对象物照射激光而在加工对象物形成改质区域的激光加工装置，具备:激光光源，其出射激光；支撑部，其支撑加工对象物；以及光学系统，其使从激光光源出射的激光中包围包含该激光的光轴的中央部的环状部，聚光于被支撑部支撑的加工对象物的规定部，光学系统根据加工对象物中的规定部的位置，调整环状部的内缘和外缘中的至少一者的形状。
[0011]本发明人等发现:若使激光的环状部(激光中包围包含其光轴的中央部的部分)聚光于加工对象物的规定部，则与使激光的中央部和环状部聚光于加工对象物的规定部的情形相比，能够在加工对象物的规定部高精度地形成微细的改质区域。在上述激光加工装置中，由于使激光的环状部聚光于加工对象物的规定部，因此能够在加工对象物的规定部高精度地形成微细的改质区域。而且，由于根据加工对象物中规定部的位置调整激光的环状部的内缘和外缘中的至少一者的形状，因此能够在加工对象物的规定部高效率地形成微细的改质区域。由此，根据上述激光加工装置，可以高精度且高效率地形成微细的改质区域。
[0012]可选地，环状部具有圆环形状，光学系统根据加工对象物中规定部的位置调整环状部的内径和外径中的至少一者。根据该构成，能够正确且容易地调整激光的环状部的内缘和外缘的形状。
[0013]可选地，光学系统在规定部位于加工对象物内部的情况下，根据从激光入射于加工对象物的表面至规定部的距离，调整环状部的内缘和外缘中的至少一者的形状。根据该构成，能够根据从激光入射于加工对象物的表面至规定部的距离，在该规定部以期望的状态(包含改质区域自身的大小的状态、以及从改质区域产生于加工对象物的龟裂的长度的状态等)形成改质区域。
[0014]可选地，光学系统根据对加工对象物照射激光时所形成的预定的改质区域的状态，调整环状部的内缘和外缘中的至少一者的形状。根据该构成，为了使预定形成的改质区域的状态成为期望的状态，而预先调整激光的环状部的内缘和外缘中的至少一者的形状。
[0015]可选地，激光加工装置还具备:检测部，其检测对加工对象物照射激光时所形成的改质区域的状态，光学系统根据检测部所检测出的改质区域的状态，调整环状部的内缘和外缘中的至少一者的形状。根据该构成，在形成中或形成完的改质区域的状态因某些原因而偏离期望的状态的情况下，能够直接调整激光的环状部的内缘和外缘中的至少一者的形状。
[0016]可选地，改质区域的状态包含在对加工对象物照射激光时从改质区域产生于加工对象物的龟裂的长度的状态。根据该构成，能够使从改质区域产生于加工对象物的龟裂的长度成为期望的长度。
[0017]可选地，光学系统在规定部位于加工对象物的内部的情况下，以抑制规定部所产生的球面像差的方式，根据加工对象物的折射率、激光的波长以及从激光入射于加工对象物的表面至规定部的距离，对激光进行整形。根据该构成，由于抑制了加工对象物的规定部所产生的球面像差，因此能够在加工对象物的规定部形成更微细的改质区域。
[0018]可选地，光学系统具有:空间光调制器，其以调整环状部的内缘和外缘中的至少一者的形状的方式调制激光；以及聚光光学系统，其使被空间光调制器调制的激光聚光于规定部。根据该构成，能够动态且瞬时地调整激光的环状部的内缘和外缘中的至少一者的形状。
[0019]本发明的一个侧面的激光加工方法是通过对加工对象物照射激光而在加工对象物形成改质区域的激光加工方法，使激光中包围包含该激光的光轴的中央部的环状部聚光于加工对象物的规定部，此时，根据加工对象物中的规定部的位置，调整环状部的内缘和外缘中的至少一者的形状。
[0020]根据该激光加工方法，可以与上述激光加工装置同样地高精度且高效率地形成微细的改质区域。
[0021]发明的效果
[0022]根据本发明，可以提供能够高精度且高效率地形成微细的改质区域的激光加工装置和激光加工方法。
【附图说明】
[0023]图1是本发明的一个实施方式的激光加工装置的构成图。
[0024]图2是图1的激光加工装置的空间光调制器的一部分放大截面图。
[0025]图3是表示图1的激光加工装置中激光的聚光状态的概念图。
[0026]图4是表示图1的激光加工装置的加工深度与激光的截面形状的关系的概念图。
[0027]图5是表示图1的激光加工装置中所实施的激光加工方法的一个例子的流程图。
[0028]图6是表示图1的激光加工装置中所存储的数据表格的一个例子的表。
[0029]图7是表示图1的激光加工装置中所实施的激光加工方法的其他例的流程图。
[0030]图8是表示图1的激光加工装置中所存储的数据表格的其他例的表。
[0031]图9是图1的激光加工装置的加工对象即内插式基板的截面图。
[0032]图10是表示激光的输出与龟裂的长度的关系的图表。
[0033]图11是表示硅晶片的切断面中龟裂的状态的图像。
[0034]图12是表示中央成分的截断率与龟裂的长度的关系的图表。
[0035]图13是表示中央成分的截断率与激光的输出调整幅度的关系的图表。
[0036]图14是光学系统的变形例的构成图。
[0037]图15是光学系统的变形例的构成图。
[0038]图16是光学系统的变形例的构成图。
[0039]图17是光学系统的变形例的构成图。
[0040]图18是表示激光加工方法的变形例中激光的聚光状态的概念图。
[0041]符号的说明:
[0042]I…激光加工装置，2…激光光源，4…空间光调制器，7…物镜单元(聚光光学系统)，8…载置台(支撑部)，9…检测部，11…光学系统。
【具体实施方式】
[0043]以下，参照附图详细说明本发明优选的实施方式。另外，各图中对相同或相当部分赋予相同符号且省略重复的说明。
[0044]如图1所示，激光加工装置I通过对加工对象物S照射激光L，而在加工对象物S形成改质区域R。激光加工装置I如以下所说明的，对于在内插式基板三维地形成通孔的情形、切断薄半导体晶片的情形、以及在半导体基板形成去疵区域的情形等要求改质区域R微细化的情形特别有效的装置。
[0045]此处，激光L透过加工对象物S并且特别在加工对象物S内部的聚光点附近被吸收，由此，在加工对象物S形成有改质区域R( S卩，内部吸收型激光加工)。由此，由于在加工对象物S的表面SI激光L几乎不被吸收，因此加工对象物S的表面SI不会熔融。一般而言，在从表面SI熔融并除去而形成有孔或槽等的除去部(表面吸收型激光加工)的情况下，加工区域从表面SI侧逐渐向背面侧行进。
[0046]另外，改质区域R是指成为密度、折射率、机械强度或其他物理特性与周围不同的状态的区域。作为改质区域R，例如有熔融处理区域、裂痕区域、绝缘破坏区域、折射率变化区域等，也有它们混合存在的区域。再者，作为改质区域R，有加工对象物的材料中改质区域R的密度与非改质区域的密度相比有所变化的区域、形成有晶格缺陷的区域(将它们统称为高密度转移区域)。另外，熔融处理区域、折射率变化区域、改质区域R的密度与非改质区域的密度相比有所变化的区域、形成有晶格缺陷的区域有在这些区域的内部或改质区域R与非改质区域的界面内含龟裂(裂纹、微裂痕)的情形。内含的龟裂有遍及改质区域R的整个面的情形或形成在仅一部分或多个部分的情形。
[0047]如图1所示，激光加工装置I具备激光光源2、衰减器3、空间光调制器4、4f光学系统5、反射镜6、物镜单元(聚光光学系统)7、载置台(支撑部)8、检测部9、以及控制部10。
[0048]激光光源2通过