JP2006108478A - レーザ加工装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 レーザ光線を同一光軸上に変位した２つの集光点に集光させても、集光点が浅い一方のレーザ光線によって集光点が深い他方のレーザ光線が阻害されることのないレーザ加工装置を提供する。
【解決手段】 パルスレーザ光線発振手段が発振するパルスレーザ光線を交互に第１の経路と第２の経路に分配する経路分配手段を備え、一方の経路を通り一つの集光レンズによって集光される一方のレーザ光線と他方の経路を通り一つの集光レンズによって集光される他方のレーザ光線を、光軸方向に変位せしめられた異なる集光点に時間差を設けて交互に照射せしめる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被加工物に対して透過性を有するパルスレーザ光線を照射し、被加工物の内部に変質層を形成するレーザ加工装置に関する。
半導体デバイス製造工程においては、シリコン基板、サファイア基板、炭化珪素基板、リチウムタンタレート基板、ガラス基板或いは石英基板の如き適宜の基板を含むウエーハの表面に格子状に配列されたストリートと呼ばれる分割予定ラインによって複数の領域が区画され、この区画された領域にＩＣ、ＬＳＩ等の回路（機能素子）を形成する。そして、ウエーハを分割予定ラインに沿って切断することにより回路が形成された領域を分割して個々の半導体デバイスを製造している。ウエーハを分割するための方法としては、レーザ光線を利用する種々の様式が提案されている。
下記特許文献１および２には、ウエーハの厚さ方向中間部にパルスレーザ光線を集光させてパルスレーザ光線とウエーハとを分割予定ラインに沿って相対的に移動せしめ、これによって分割予定ラインに沿ってウエーハの厚さ方向中間部に変質層を形成し、しかる後にウエーハに外力を加えてウエーハを変質層に沿って破断せしめる、ウエーハ分割方法が開示されている。
米国特許第６，２１１，４８８号明細書 特許第３４０８８０５号公報
しかるに、ウエーハの厚さ方向中間部に変質層を形成することのみならず、ウエーハの厚さ方向中間部に代えて或いはこれに加えて裏面から所定深さまでの部分或いは表面から所定深さの部分に分割ラインに沿って変質領域を成形することも意図され得るが、いずれの場合においても、ウエーハに外力を加えて分割ラインに沿って精密に破断せしめるためには、変質層の厚さ、即ちウエーハの厚さ方向における変質層の寸法を比較的大きくすることが必要である。変質層の厚さはパルスレーザ光線の集光点近傍において１０〜５０μmであるため、変質層の厚さを増大せしめるためにはパルスレーザ光線の集光点の位置をウエーハの厚さ方向に変位せしめて、パルスレーザ光線とウエーハとを分割予定ラインに沿って繰り返し相対的に移動せしめることが必要である。従って、特にウエーハの厚さが比較的厚い場合、ウエーハを精密に破断するのに必要な厚さの変質層の形成に長時間を要する。
上述した問題を解決するために本出願人は、パルスレーザ光線を光軸方向に変位せしめられた少なくとも２個の集光点に集光せしめるように構成したレーザ加工装置を特願２００３−２７３３４１号として提案した。このレーザ加工装置によれば、被加工物即ちウエーハの厚さ方向に変位せしめられている少なくとも２個の集光点の部位に変質層を同時に形成することができる。しかしながら、このレーザ加工装置は、レーザ光線がウエーハの厚さ方向において同一光軸上に集光点を変位して照射されるため、集光点が浅いレーザ光線が集光点が深いレーザ光線の照射を阻害し、所望の変質層を形成することができないという問題がある。
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、レーザ光線を同一光軸上に変位した２つの集光点に集光させても、集光点が浅い一方のレーザ光線によって集光点が深い他方のレーザ光線が阻害されることのないレーザ加工装置を提供することにある。
上記主たる技術的課題を解決するために、本発明によれば、被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物に該被加工物に対して透過性を有するパルスレーザ光線を照射するレーザ光線照射手段と、を具備し、
該レーザ光線照射手段は、パルスレーザ光線発振手段と、該パルスレーザ光線発振手段が発振するパルスレーザ光線を伝送する光学伝送手段と該光学伝送手段によって伝送されたパルスレーザ光線を集光せしめる一つの集光レンズを備えた伝送・集光手段とを含んでいる、レーザ加工装置において、
該光学伝送手段は、該パルスレーザ光線発振手段が発振するパルスレーザ光線を交互に第１の経路と第２の経路に分配する経路分配手段と、該経路分配手段によって分けられた第１の経路を通るレーザ光線と第２の経路を通るレーザ光線の光軸を再び合致されるための複数個のミラーおよびビームスプリッタと、該第１の経路と該第２の経路のいずれか一方の経路に配設され該一方の経路を通り該一つの集光レンズによって集光される一方のレーザ光線の集光点を光軸方向に変位せしめる集光点深さ変位手段と、を具備し、
該一方の経路を通り該一つの集光レンズによって集光される一方のレーザ光線と他方の経路を通り該一つの集光レンズによって集光される他方のレーザ光線を、光軸方向に変位せしめられた異なる集光点に時間差を設けて交互に照射せしめる、
ことを特徴とするレーザ加工装置が提供される。
上記経路分配手段は、上記パルスレーザ光線発振手段が発振するパルスレーザ光線を交互に垂直偏光と水平偏光に分ける偏光変換手段と、該偏光変換手段によって分けられた垂直偏光レーザ光線と水平偏光レーザ光線を第１の経路と第２の経路に分けるビームスプリッタとを具備している。偏光変換手段は、パルスレーザ光線発振手段が発振するパルスレーザ光線を交互に水平偏光と垂直偏光に分ける変調器と、パルスレーザ光線発振手段に繰り返し周波数(f)を設定する同期信号を付与するとともに該変調器に周波数(f)/2の同期信号を付与するパルスジェネレータとからなっている。パルスレーザ光線を交互に水平偏光と垂直偏光に変換せしめる変調器は、電気光学効果を用いた変調素子からなっている。
また、上記経路分配手段は、上記パルスレーザ光線発振手段が発振するパルスレーザ光線を交互に第１の経路と第２の経路に分ける変調器と、パルスレーザ光線発振手段に繰り返し周波数(f)を設定する同期信号を付与するとともに該変調器に周波数(f)/2の同期信号を付与するパルスジェネレータとからなっている。パルスレーザ光線を交互に２つの経路に分ける変調器は、音響光学効果を用いた変調素子からなっている。
上記集光点深さ変位手段は、パルスレーザ光線のビーム広がり角を変更する。
本発明のレーザ加工装置においては、経路分配手段によって第１の経路と第２の経路に分配されるレーザ光線は交互に出力されるので、互いに時間差をもって被加工物の内部に集光される。従って、第１の経路を通るレーザ光線と第２の経路を通るレーザ光線を同一光軸上に変位した集光点に集光させても、集光点が浅い一方のレーザ光線によって集光点が深い他方のレーザ光線が阻害されることはない。
以下、本発明に従って構成されたレーザ加工装置の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１には、本発明に従って構成されたレーザ加工装置の第１の実施形態の概略構成図が示されている。図示の加工装置は、被加工物であるウエーハ２を保持するためのチャックテーブル３と全体を番号４で示すレーザ光線照射手段とを具備している。
チャックテーブル３は、例えば多孔質部材から形成され或いは複数個の吸引孔又は溝が形成された吸着チャック３１を具備しており、該吸着チャック３１が図示しない吸引手段に連通されている。従って、吸着チャック３１上に被加工物であるウエーハ２のウエーハ回路面側に貼着された保護テープ２１側を載置し、図示しない吸引手段を作動することにより、ウエーハ２はチャックテーブル３上に吸引保持される。このように構成されたチャックテーブル３は、図示しない加工送り手段によって図１において矢印Ｘで示す加工送り方向に移動せしめられるように構成されている。従って、チャックテーブル３とレーザ光線照射手段４は、矢印Ｘで示す加工送り方向に相対的に移動可能である。
レーザ光線照射手段４は、パルスレーザ光線発振手段５と、このパルスレーザ光線発振手段５が発振するパルスレーザ光線を伝送し集光せしめる伝送・集光手段６とを含んでいる。パルスレーザ光線発振手段５は、被加工物であるウエーハ２に対して透過性を有するパルスレーザ光線１０を発振する。このパルスレーザ光線発振手段５は、ウエーハ２がシリコン基板、炭化珪素基板、リチウムタンタレート基板、ガラス基板或いは石英基板を含むウエーハである場合、例えば波長が１０６４ｎｍであるパルスレーザ光線１０を発振するＹＶＯ４パルスレーザ発振器或いはＹＡＧパルスレーザ発振器を用いることができる。
図１を参照して説明を続けると、レーザ光線照射手段４における伝送・集光手段６は、パルスレーザ光線発振手段５とチャックテーブル３上に保持された被加工物であるウエーハ２との間に配設されている。図示の実施形態における伝送・集光手段６は、パルスレーザ光線発振手段５が発振するパルスレーザ光線を伝送する光学伝送手段７と、該光学伝送手段７によって伝送されたパルスレーザ光線を集光せしめる対物レンズ等の集光レンズ８を含んでいる。光学伝送手段７は、パルスレーザ光線発振手段５が発振するパルスレーザ光線を交互に第１の経路７aと第２の経路７bに分配する経路分配手段７１を具備している。この経路分配手段７１は、パルスレーザ光線発振手段５が発振するパルスレーザ光線を交互に垂直偏光と水平偏光に分ける偏光変換手段７１１と、該偏光変換手段７１１によって分けられた垂直偏光レーザ光線と水平偏光レーザ光線を第１の経路７aと第２の経路７bに分けるビームスプリッタ７１２とからなっている。偏光変換手段７１１は、パルスレーザ光線発振手段５が発振するパルスレーザ光線を交互に垂直偏光と水平偏光に分ける変調器７１１aと、パルスレーザ光線発振手段５に繰り返し周波数(f)を設定する同期信号を付与するとともに変調器７１１aに周波数(f)/2の同期信号を付与するパルスジェネレータ７１１bとからなっている。なお、変調器７１１aは、図示の実施形態においては電気光学効果を用いた変調素子が用いられている。
図示の実施形態における光学伝送手段７は、上記第１の経路７aに配設された集光点深さ変位手段７３と、上記ビームスプリッタ７１２によって第１の経路７aと第２の経路７bに分けられた垂直偏光レーザ光線と水平偏光レーザ光線の光軸を再び合致させるための第１のミラー７４と第２のミラー７５とビームスプリッタ７６を含んでいる。なお、上記集光点深さ変位手段７３は、図示の実施形態においては２個の凸レンズ７３１と７３２とからなっている。
上述したレーザ加工装置においては、パルスレーザ光線発振手段５から繰り返し周波数がｆ(Hz)のパルスレーザ光線を発振したい場合には、偏光変換手段７１１のパルスジェネレータ７１１bから繰り返し周波数(f)を設定する同期信号を付与し、パルスレーザ光線発振手段５が発振するパルスレーザ光線の繰り返し周波数(f)を制御する。そして、パルスジェネレータ７１１bは、同時にパルスレーザ光線発振手段５に付与した信号をトリガーとした周波数(f)/2の同期信号を変調器７１１aに付与する。この結果、パルスレーザ光線発振手段５から発振されたパルスレーザ光線１０が電気光学効果を用いた変調素子からなる変調器７１１aを通る際に交互に垂直偏光と水平偏光に分けられる（ただし、レーザ光線の出射時の偏光が直線偏光の場合）。なお、偏光変換手段７１１による垂直偏光と水平偏光の振り分けは、例えば連続する２パルスを垂直偏光に、次の連続する２パルスを水平偏光に交互に分けるようにしてもよい。
偏光変換手段７１１の変調器７１１aによって交互に分けられた垂直偏光と水平偏光は、ビームスプリッタ７１２によって垂直偏光レーザ光線１０aと水平偏光レーザ光線１０bに分配される。即ち、垂直偏光レーザ光線１０aはビームスプリッタ７１２を透過して第１の経路７aに直進し、水平偏光レーザ光線１０bはビームスプリッタ７１２によって反射されて第２の経路７bに実質上直角に方向変換される。第１の経路７aに直進した垂直偏光レーザ光線１０aは、集光点深さ変位手段７３の２個の凸レンズ７３１と７３２を通過することによってビーム広がり角が変更せしめられる。図示の実施形態においては、集光点深さ変位手段７３を構成する下流側の凸レンズ７３２から遠ざかるに従ってビーム径が漸次増大するようになっている。集光点深さ変位手段７３を通過することによってビーム広がり角が変更された垂直偏光レーザ光線１０aは、ビームスプリッタ７６を透過し、そして対物集光レンズ８によって被加工物であるウエーハ２の内部における集光点Pａに集光せしめられる。第１の経路７aを直進した垂直偏光レーザ光線１０aは、集光点深さ変位手段７３を通過することによってビーム径が漸次増大せしめられた状態で集光レンズ８によって集光されるので、その集光点Pａは第２の経路７bを通る水平偏光レーザ光線１０bの後述する集光点Pbより深い位置（図１において下方位置）、即ち集光レンズ８から光軸方向に離れた位置となる。この集光点Paの深さ位置は、集光点深さ変位手段７3としての凸レンズ７３１または７３２を光軸方向に移動せしめることによって適宜に調整することができる。
一方、ビームスプリッタ７１２によって第２の経路７bに分岐された水平偏光レーザ光線１０bは、第１のミラー７４、第２のミラー７５およびビームスプリッタ７６に反射されてそれぞれ実質上直角に方向変換されて、その光軸が上記第１の経路７aを通る垂直偏光レーザ光線１０aの光軸に合致せしめられる。このようにして垂直偏光レーザ光線１０aの光軸に合致された水平偏光レーザ光線１０bは、集光レンズ８によって被加工物であるウエーハ２の内部における集光点Pbに集光せしめられる。図１に示すように、水平偏光レーザ光線１０bの集光点Pbは、上記垂直偏光レーザ光線１０aの集光点Pａと同一光軸において、集光点Pａより浅い位置（図１において上方位置）、即ち集光レンズ８に近い位置となる。
上述した垂直偏光レーザ光線１０aと水平偏光レーザ光線１０bは、上記偏光変換手段７１１の変調器７１１aによって交互に出力されるので、互いにパルスとパルスとの間に時間差をもって被加工物であるウエーハ２の内部に集光される。従って、垂直偏光レーザ光線１０aと水平偏光レーザ光線１０bが干渉することはなく、集光点が浅い水平偏光レーザ光線１０bによって集光点が深い垂直偏光レーザ光線１０aが阻害されることはない。この結果、垂直偏光レーザ光線１０aの集光点Pａ近傍および水平偏光レーザ光線１０bの集光点Pb近傍、通常は集光点Pａおよび集光点Pbから上方に向かってそれぞれ所望の厚T1およびT2の変質層W１およびW２を同時に形成することができる。被加工物であるウエーハ２に形成される変質層は、ウエーハ２の材質或いは集光せしめられる垂直偏光レーザ光線１０aおよび水平偏光レーザ光線１０bの強度にも依存するが、通常は溶融再固化（即ち、垂直偏光レーザ光線１０aおよび水平偏光レーザ光線１０bが集光されている時に溶融され垂直偏光レーザ光線１０aおよび水平偏光レーザ光線１０bの集光が終了した後に固化される）、ボイド或いはクラックである。なお、交互の分けられた垂直偏光レーザ光線１０aと水平偏光レーザ光線１０bがそれぞれ集光点Pａと集光点Pbに到達する時間差は、（１秒／繰り返し周波数）となる。また、交互に集光される垂直偏光レーザ光線１０aと水平偏光レーザ光線１０bは、集光点が集光レンズ８から遠い垂直偏光レーザ光線１０aを、集光点が集光レンズ８から近い水平偏光レーザ光線１０bより先に集光させることが望ましい。
図示の実施形態におけるレーザ加工装置は、上述したようにパルスレーザ光線を照射しつつチャックテーブル３（従って、チャックテーブル３に保持された被加工物であるウエーハ２）を、図１において例えば左方に移動せしめる。この結果、ウエーハ２の内部には、図２に示すように所定の分割予定ラインに沿って厚さＴ１およびＴ２を有する２個の変質層Ｗ１およびＷ２が同時に形成される。このように、図示の実施形態におけるレーザ加工装置によれば、単一のレーザ光線発生手段４によって、被加工物であるウエーハ２にその厚さ方向に変位せしめられた２個の領域に厚さＴ１およびＴ２を有する変質層Ｗ１およびＷ２を同時に形成することができる。なお、変質層Ｗ１とＷ２を厚さ方向に連続して形成させたい場合には、例えば集光点深さ変位手段７３としての凸レンズ７３１または７３２を光軸方向即ち図１において上下方向に移動し、垂直偏光レーザ光線１０aの集光点Paを上方に移動させる。そして、集光点Paを水平偏光レーザ光線１０bの集光点Pbより厚さＴ1だけ下方位置に合わせる。
なお、上記レーザ加工における加工条件は、例えば次のように設定されている。
光源 ：LD励起QスイッチNd：YVO4パルスレーザー
波長 ：１０６４ｎｍ
パルス出力 ：２．５μJ
集光スポット径 ：φ１μｍ
パルス幅 ：４０ns
繰り返し周波数 ：１００ｋHｚ
加工送り速度 ：１００ｍｍ／秒
なお、被加工物であるウエーハ２の厚さが厚く、厚さＴ１およびＴ２を有する変質層Ｗ１およびＷ２では分割ラインに沿ってウエーハ２を精密に分割するには不充分である場合には、レーザ光線照射手段４とチャックテーブル３とを光軸方向、即ち図１において矢印Zで示す上下方向に相対的に所定距離移動せしめ、これによって集光点Pａおよび集光点Pbを光軸方向、従って被加工物であるウエーハ２の厚さ方向に変位せしめ、レーザ光線照射手段４からパルスレーザ光線を照射しつつチャックテーブル３を図１において矢印Ｘで示す加工送り方向に移動せしめる。この結果、被加工物であるウエーハ２には、上記変質層Ｗ１およびＷ２に加えて厚さ方向に変位した部位に厚さＴ１およびＴ2を有する変質層Ｗ１およびＷ２形成することができる。
次に、レーザ光線照射手段４の第２の実施形態について、図３を参照して説明する。
図３に示すレーザ光線照射手段４は、上述した図１に示すレーザ光線照射手段４における集光点深さ変位手段７３を第２の経路７bに配設したものである。この集光点深さ変位手段７３は、１個の凸レンズ７３３からなり、ビームスプリッタ７１２と第１のミラー７４との間に配設される。なお、図３に示すレーザ光線照射手段４は、集光点深さ変位手段７３以外の構成は上述した図１に示すレーザ光線照射手段４と実質的に同一であるため、同一部材には同一符号を付してその説明は省略する。
図３に示すレーザ光線照射手段４においては、上述した図１に示すレーザ光線照射手段４と同様に偏光変換手段７１１の変調器７１１aによって交互に分けられた垂直偏光と水平偏光は、ビームスプリッタ７１２によって垂直偏光レーザ光線１０aと水平偏光レーザ光線１０bに分離される。即ち、垂直偏光レーザ光線１０aはビームスプリッタ７１２を透過して第１の経路７aに直進し、水平偏光レーザ光線１０bはビームスプリッタ７１２によって反射されて第２の経路７bに実質上直角に方向変換される。第１の経路７aに直進した垂直偏光レーザ光線１０aは、ビームスプリッタ７６を透過し、そして集光レンズ８によって被加工物であるウエーハ２の内部における集光点Pcに集光せしめられる。この集光点Pcは、上述した図１に示す実施形態における水平偏光レーザ光線１０bの集光点Pbに対応する。
一方、ビームスプリッタ７１２によって第２の経路７bに分岐された水平偏光レーザ光線１０bは、集光点深さ変位手段７３としての凸レンズ７３３を通過することによってビーム広がり角が変更せしめられる。図示の実施形態においては、水平偏光レーザ光線１０bは凸レンズ７３３を通過することによってその広がり角が凸レンズ７３３から遠ざかるに従ってビーム径が漸次減少される。凸レンズ７３３を通過することによってビーム広がり角が変更せしめられた水平偏光レーザ光線１０bは、第１のミラー７４、第２のミラー７５およびビームスプリッタ７６の設置角度に対応して反射し、その光軸が上記第１の経路７aを通る垂直偏光レーザ光線１０aの光軸に合致せしめられる。なお、集光レンズ８に入射される水平偏光レーザ光線１０bは、上記集光点深さ変位手段７３としての凸レンズ７３３を通過することによってビーム広がり角が変更せしめられているので、ビーム径も変更されている。そして、集光レンズ８を通過した水平偏光レーザ光線１０bは、被加工物であるウエーハ２の内部における集光点Pdに集光せしめられる。このようにして第２の経路７bを通る水平偏光レーザ光線１０bは、集光点深さ変位手段７３を通過することによってビーム径が漸次増大せしめられた状態で集光レンズ８によって集光されるので、第１の経路７aを通る垂直偏光レーザ光線１０aの集光点Paより深い位置（図３において下方位置）、即ち集光レンズ８から光軸方向に離れた位置となる。この集光点Pdの深さ位置は、集光点深さ変位手段７3としての凸レンズ７３３を光軸方向に移動せしめることによって適宜に調整することができる。図３に示す実施形態においても、垂直偏光レーザ光線１０aと水平偏光レーザ光線１０bは上記偏光変換手段７１１の変調器７１１によって交互に出力されるので、互いに時間差をもって被加工物であるウエーハ２の内部に集光される。従って、垂直偏光レーザ光線１０aと水平偏光レーザ光線１０bが干渉することはなく、集光点が浅い垂直偏光レーザ光線１０aによって集光点が深い水平偏光レーザ光線１０bが阻害されることはない。この結果、垂直偏光レーザ光線１０aの集光点Pc近傍および水平偏光レーザ光線１０bの集光点Pd近傍にそれぞれ所望の厚T1およびT2の変質層W１およびW２を略同時に形成することができる。
次に、レーザ光線照射手段４の第３の実施形態について、図４を参照して説明する。
図４に示すレーザ光線照射手段４は、上述した図１に示すレーザ光線照射手段４におけるパルスレーザ光線発振手段５が発振するパルスレーザ光線を交互に第１の経路７aと第２の経路７bに分配する経路分配手段を変更したものである。即ち、図４に示す実施形態における経路分配手段７２は、パルスレーザ光線発振手段５を交互に異なる２つの経路に分ける変調器７２１と、パルスレーザ光線発振手段５に繰り返し周波数(f)を設定する同期信号を付与するとともに変調器７２１に周波数(f)/2の同期信号を付与するパルスジェネレータ７２２とからなっている。なお、変調器７２１は、図示の実施形態においては音響光学効果を用いた変調素子が用いられている。この経路分配手段７２を設けることにより、図１に示すレーザ光線照射手段４におけるビームスプリッタ７１２を除去することができる。なお、図４に示すレーザ光線照射手段４は、経路分配手段７２以外の構成は上述した図１に示すレーザ光線照射手段４と実質的に同一であるため、同一部材には同一符号を付してその説明は省略する。
図４に示すレーザ光線照射手段４においては、パルスレーザ光線発振手段５から繰り返し周波数がｆ(Hz)のパルスレーザ光線を発振したい場合には、パルスジェネレータ７２２から繰り返し周波数(f)を設定する同期信号を付与し、パルスレーザ光線発振手段５が発振するパルスレーザ光線の繰り返し周波数(f)を制御する。そして、パルスジェネレータ７２２は、同時にパルスレーザ光線発振手段５に付与した信号をトリガーとした周波数(f)/2の同期信号を変調器７２１に付与する。この結果、パルスレーザ光線発振手段５から発振されたパルスレーザ光線１０が音響光学効果を用いた変調素子からなる変調器７２１を通る際に交互に異なる２つの経路、即ち第１の経路７aと第２の経路７bに分けられる。例えば、奇数番目のパルスレーザ光線は第１の経路７aに、偶数番目のパルスレーザ光線は第２の経路７bに分けられる。なお、経路分配手段７２によるパルスレーザ光線の分配は、例えば連続する２パルスを第１の経路７aに、次の連続する２パルスを第２の経路７bに交互に分けるようにしてもよい。
経路分配手段７２の変調器７２１によって第１の経路７aに分けられた第１のレーザ光線１０cは、集光点深さ変位手段７３の２個の凸レンズ７３１と７３２を通過することによってビーム広がり角が変更せしめられる。図示の実施形態においては、上述したように集光点深さ変位手段７３を構成する下流側の凸レンズ７３２から遠ざかるに従ってビーム径が漸次増大するようになっている。集光点深さ変位手段７３を通過することによってビーム広がり角が変更された垂直偏光レーザ光線１０aは、ビームスプリッタ７６を透過し、そして集光レンズ８によって被加工物であるウエーハ２の内部における集光点Peに集光せしめられる。第１の経路７aに直進した第１のレーザ光線１０cは、集光点深さ変位手段７３を通過することによってビーム径が漸次増大せしめられた状態で集光レンズ８によって集光されるので、その集光点Peは第２の経路７bを通る後述する第２のレーザ光線１０dの集光点Pfより深い位置（図１において下方位置）、即ち集光レンズ８から光軸方向に離れた位置となる。この集光点Peの深さ位置は、集光点深さ変位手段７3としての凸レンズ７３１または７３２を光軸方向に移動せしめることによって適宜に調整することができる。
一方、経路分配手段７２の変調器７２１によって第２の経路７bに分岐されたる第２のレーザ光線１０dは、第１のミラー７４、第２のミラー７５およびビームスプリッタ７６に反射されてそれぞれ実質上直角に方向変換されて、その光軸が上記第１の経路７aを通る第１のレーザ光線１０cの光軸に合致せしめられる。このようにして第１のレーザ光線１０cの光軸に合致された第２のレーザ光線１０dは、集光レンズ８によって被加工物であるウエーハ２の内部における集光点Pfに集光せしめられる。図４に示すように、第２のレーザ光線１０dの集光点Pfは、上記第１のレーザ光線１０cの集光点Peと同一光軸において、集光点Peより浅い位置（図１において上方位置）、即ち集光レンズ８に近い位置となる。
上述した第１のレーザ光線１０cと第２のレーザ光線１０dは、上記経路分配手段７２の変調器７２１によって交互に出力されるので、互いに時間差をもって被加工物であるウエーハ２の内部に集光される。従って、第１のレーザ光線１０cと第２のレーザ光線１０dが干渉することはなく、集光点が浅い第２のレーザ光線１０dによって集光点が深い第１のレーザ光線１０cが阻害されることはない。この結果、第１のレーザ光線１０cの集光点Pe近傍および第２のレーザ光線１０dの集光点Pf近傍にそれぞれ所望の厚さT1およびT2の変質層W１およびW２を形成することができる。なお、第１のレーザ光線１０cと第２のレーザ光線１０dがそれぞれ集光点Peと集光点Pfに到達する時間差は、（１秒／繰り返し周波数）となる。また、交互に集光される第１のレーザ光線１０cと第２のレーザ光線１０dは、集光点が集光レンズ８から遠い第１のレーザ光線１０cを、集光点が集光レンズ８から近い第２のレーザ光線１０dより先に集光させることが望ましい。
次に、レーザ光線照射手段４の第４の実施形態について、図５を参照して説明する。
図５に示すレーザ光線照射手段４は、上述した図４に示すレーザ光線照射手段４における集光点深さ変位手段７３を第２の経路７bに配設したものである。この集光点深さ変位手段７３は、上記第２の実施形態における集光点深さ変位手段７３と同様に１個の凸レンズ７３３からなり、変調器７２１と第１のミラー７４との間に配設される。なお、図５に示すレーザ光線照射手段４は、集光点深さ変位手段７３以外の構成は上述した図４に示すレーザ光線照射手段４と実質的に同一であるため、同一部材には同一符号を付してその説明は省略する。
図５に示すレーザ光線照射手段４は、上述した図４に示すレーザ光線照射手段４と同様に変調器７２１によって分けられた第１のレーザ光線１０cは、第１の経路７aに直進してビームスプリッタ７６を透過し、そして集光レンズ８によって被加工物であるウエーハ２の内部における集光点Pgに集光せしめられる。この集光点Pgは、上述した図4に示すレーザ光線照射手段４における第3のレーザ光線１０dの集光点Pfに対応する。
一方、経路分配手段７２の変調器７２１によって第２の経路７bに分岐された第２のレーザ光線１０dは、集光点深さ変位手段７３としての凸レンズ７３３を通過することによってビーム広がり角が変更せしめられる。図示の実施形態においては、第２のレーザ光線１０dは凸レンズ７３３を通過することによってその広がり角が凸レンズ７３３から遠ざかるに従って径が漸次減少される。凸レンズ７３３を通過することによってビーム広がり角が変更せしめられ第２のレーザ光線１０dは、第１のミラー７４、第２のミラー７５およびビームスプリッタ７６の設置角度に対応して反射し、その光軸が上記第１の経路７aを通る第１のレーザ光線１０cの光軸に合致せしめられる。なお、集光レンズ８に入射される第２のレーザ光線１０dは、上記集光点深さ変位手段７３としての凸レンズ７３３を通過することによってビーム広がり角が変更せしめられているので、ビーム径も変更されている。そして、集光レンズ８を通過した第２のレーザ光線１０dは、被加工物であるウエーハ２の内部における集光点Phに集光せしめられる。このようにして第２の経路７bを通る第２のレーザ光線１０dは、集光点深さ変位手段７３を通過することによってビーム径が漸次増大せしめられた状態で集光レンズ８によって集光されるので、第１の経路７aを通る第１のレーザ光線１０cの集光点Pgより深い位置（図５において下方位置）、即ち集光レンズ８から光軸方向に離れた位置となる。この集光点Phの深さ位置は、集光点深さ変位手段７３としての凸レンズ７３３を光軸方向に移動せしめることによって適宜に調整することができる。図５に示す実施形態においても、第１のレーザ光線１０cと第２の第２のレーザ光線１０dは、上記変調器７２１によって交互に出力されるので、互いに時間差をもって被加工物であるウエーハ２の内部に集光される。従って、第１のレーザ光線１０cと第２のレーザ光線１０dが干渉することはなく、集光点が浅い第１のレーザ光線１０cによって集光点が深い第２のレーザ光線１０dが阻害されることはない。この結果、第１のレーザ光線１０cの集光点Pg近傍および第２のレーザ光線１０dの集光点Ph近傍にそれぞれ所望の厚さT1およびT2の変質層W１およびW２を形成することができる。
次に、集光点深さ変位手段７３の更に他の実施形態について、図６を参照して説明する。
図６に示す集光点深さ変位手段７３は、間隔を置いて配設された凸レンズ７３４および第４の凸レンズ７３５と、該凸レンズ７３４と凸レンズ７３５との間に配設された第１のミラー対７３６および第２のミラー対７３７とからなっている。第１のミラー対７３６は互いに平行に配設された第１のミラー７３６aと第２のミラー７３６bとからなり、該第１のミラー７３６aと第２のミラー７３６bは互いの間隔を維持した状態で図示しないミラー保持部材に固定されている。第２のミラー対７３７も互いに平行に配設された第１のミラー７３７aと第２のミラー７３７bとからなっており、該第１のミラー７３７aと第２のミラー７３７bは互いの間隔を維持した状態で図示しないミラー保持部材に固定されている。このように構成された図６に示す集光点深さ変位手段７３においては、上述した第２の経路７bに分岐された水平偏光レーザ光線１０bまたは第２のレーザ光線１０dは凸レンズ７３４、第１のミラー対７３６の第１のミラー７３６aおよび第２のミラー７３６b、第２のミラー対７３７の第１のミラー７３７aおよび第２のミラー７３７b、凸レンズ７３５を通過することにより、第２のパルスレーザ光線１０ｂの広がり角が凸レンズ７３５から遠ざかるに従ってビーム径が漸次増大せしめられる構成となっている。なお、上記水平偏光レーザ光線１０bまたは第２のレーザ光線１０dの広がり角および上記集光レンズ８の入射時のビーム径、即ち集光点深さ変位手段７３を通過し上記集光レンズ８によって集光される水平偏光レーザ光線１０bまたは第２のレーザ光線１０dの集光点の深さ位置は、第１のミラー対７３６および第２のミラー対７３７の設置角度を変更して光路長を変更することにより適宜に調整することができる。この設置角度の調整は、第１のミラー対７３６および第２のミラー対７３７をそれぞれ保持する図示しないミラー保持部材を、それぞれ第１のミラー７３６aと第２のミラー７３６bおよび第１のミラー７３７aと第２のミラー７３７bが点対称の位置となる点Qを中心として回動する。なお、上述した集光点深さ変位手段７３は、上述した各実施形態における第１のミラー７４と第２のミラー７５の間に配置してもよく、また、第１の経路７aに配置してもよい。
以上、本発明を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲で種々の変形は可能である。例えば、図示の実施形態においては、集光点深さ変位手段としての凸レンズを用いた例を示したが、集光点深さ変位手段としてのレンズは、凹レンズまたは組み合わせレンズを用いてもよい。
本発明に従って構成されたレーザ加工装置の第１の実施形態を示す概略構成図。 図１のレーザ加工装置によって被加工物の内部に２個の変質層を同時に形成した状態を示す説明図。 本発明に従って構成されたレーザ加工装置の第２の実施形態を示す概略構成図。 本発明に従って構成されたレーザ加工装置の第３の実施形態を示す概略構成図。 本発明に従って構成されたレーザ加工装置の第４の実施形態を示す概略構成図。 本発明に従って構成されたレーザ加工装置に装備される集光点深さ変位手段の他の実施形態を示す概略構成図。
符号の説明
２：ウエーハ（被加工物）
３：チャックテーブル
３１：吸着チャック
４：レーザ光線照射手段
５：パルスレーザ光線発振手段
６：伝送・集光手段
７：光学伝送手段
７１：経路分配手段
７１１：変更変換手段
７１２：ビームスプリッタ
７２：経路分配手段
７３：集光点深さ変位手段
７４：第１のミラー
７５：第２のミラー
７６：ビームスプリッタ
８：集光レンズ

Claims (7)

  1. 被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物に該被加工物に対して透過性を有するパルスレーザ光線を照射するレーザ光線照射手段と、を具備し、
    該レーザ光線照射手段は、パルスレーザ光線発振手段と、該パルスレーザ光線発振手段が発振するパルスレーザ光線を伝送する光学伝送手段と該光学伝送手段によって伝送されたパルスレーザ光線を集光せしめる一つの集光レンズを備えた伝送・集光手段とを含んでいる、レーザ加工装置において、
    該光学伝送手段は、該パルスレーザ光線発振手段が発振するパルスレーザ光線を交互に第１の経路と第２の経路に分配する経路分配手段と、該経路分配手段によって分けられた第１の経路を通るレーザ光線と第２の経路を通るレーザ光線の光軸を再び合致されるための複数個のミラーおよびビームスプリッタと、該第１の経路と該第２の経路のいずれか一方の経路に配設され該一方の経路を通り該一つの集光レンズによって集光される一方のレーザ光線の集光点を光軸方向に変位せしめる集光点深さ変位手段と、を具備し、
    該一方の経路を通り該一つの集光レンズによって集光される一方のレーザ光線と他方の経路を通り該一つの集光レンズによって集光される他方のレーザ光線を、光軸方向に変位せしめられた異なる集光点に時間差を設けて交互に照射せしめる、
    ことを特徴とするレーザ加工装置。
  2. 該経路分配手段は、該パルスレーザ光線発振手段が発振するパルスレーザ光線を交互に垂直偏光と水平偏光に分ける偏光変換手段と、該偏光変換手段によって分けられた垂直偏光レーザ光線と水平偏光レーザ光線を第１の経路と第２の経路に分けるビームスプリッタとを具備している、請求項１記載のレーザ加工装置。
  3. 該偏光変換手段は、該パルスレーザ光線発振手段が発振するパルスレーザ光線を交互に水平偏光と垂直偏光に分ける変調器と、該パルスレーザ光線発振手段に繰り返し周波数(f)を設定する同期信号を付与するとともに該変調器に周波数(f)/2の同期信号を付与するパルスジェネレータとからなっている、請求項２記載のレーザ加工装置。
  4. 該パルスレーザ光線を交互に水平偏光と垂直偏光に変換せしめる変調器は、電気光学効果を用いた変調素子からなっている、請求項３記載のレーザ加工装置。
  5. 該経路分配手段は、該パルスレーザ光線発振手段が発振するパルスレーザ光線を交互に第１の経路と第２の経路に分ける変調器と、該パルスレーザ光線発振手段に繰り返し周波数(f)を設定する同期信号を付与するとともに該変調器に周波数(f)/2の同期信号を付与するパルスジェネレータとからなっている、請求項１記載のレーザ加工装置。
  6. 該パルスレーザ光線を交互に２つの経路に分ける変調器は、音響光学効果を用いた変調素子からなっている、請求項５記載のレーザ加工装置。
  7. 該集光点深さ変位手段は、パルスレーザ光線のビーム広がり角を変更する、請求項１から６のいずれかに記載のレーザ加工装置。
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