JP2019013962A - レーザー加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の解決すべき課題は、設備費が高額になることなく、照射されるレーザー光線のパルス幅を調整できるレーザー加工装置を提供することにある。【解決手段】本発明によれば、被加工物（１０）を保持する保持手段（３４）と、該保持手段（３４）に保持された被加工物（１０）に線幅をもった波長のパルスレーザー光線ＬＢを照射するレーザー光線照射手段（２４）と、該保持手段（３４）と該レーザー光線照射手段（２４）とを相対的に加工送りする手段と、を少なくとも備えたレーザー加工装置２であって、該レーザー光線照射手段（２４）は、パルスレーザー光線ＬＢを発振するレーザー発振器（２４２）と、該レーザー発振器（２４２）が発振したパルスレーザー光線ＬＢを集光する集光器（２４１）と、該レーザー発振器（２４２）と該集光器（２４１）との間に該線幅におけるパルスレーザー光線ＬＢの波長域に時間差を生じさせてパルス幅を調整するパルス幅調整手段（２４７）が配設されるレーザー加工装置が提供される。【選択図】図２

Description

本発明は、被加工物に照射されるレーザー光線のパルス幅を調整することができるパルス幅調整手段を備えたレーザー加工装置に関する。

ＩＣ、ＬＳＩ、ＳＡＷ、ＢＡＷ、ＬＥＤ、ＬＤ、パワーデバイス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、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＬＴ（ＬｉＴａＯ_３）、ＬＮ（ＬｉＮｂＯ_３）等の基板の上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に分割され、携帯電話、パソコン、通信機器等の電気機器に利用される。

レーザー加工装置は、被加工物を保持する保持手段と、該保持手段に保持された被加工物にパルスレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、該保持手段と該レーザー光線照射手段とを相対的に加工送りする加工送り手段と、を少なくとも備えて構成される(例えば、特許文献１、２を参照。）。

特開平１０−３０５４２０号公報 特開２００４−１８８４７５号公報

上記したように、デバイスを構成する基板の種類は、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＬＴ（ＬｉＴａＯ_３）、ＬＮ（ＬｉＮｂＯ_３）等と多岐に渡り、基板の種類、形成されたデバイスの種類、ウエーハの厚さ等に応じて様々な加工方法が選択され、それとともに、適切なレーザー光線のパルス幅を照射するレーザー加工装置を選定し使用しなければならず、それに応じてレーザー加工装置を用意するとなると、設備費が高額となり、不経済であるという問題がある。

本発明は、上記事実に鑑みなされたものであり、その主たる技術課題は、設備費が高額になることなく照射されるレーザー光線のパルス幅を調整できるレーザー加工装置を提供することにある。

上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、被加工物を保持する保持手段と、該保持手段に保持された被加工物に線幅をもった波長のパルスレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、該保持手段と該レーザー光線照射手段とを相対的に加工送りする手段と、を少なくとも備えたレーザー加工装置であって、該レーザー光線照射手段は、パルスレーザー光線を発振するレーザー発振器と、該レーザー発振器が発振したパルスレーザー光線を集光する集光器と、該レーザー発振器と該集光器との間に該線幅におけるパルスレーザー光線の波長域に時間差を生じさせてパルス幅を調整するパルス幅調整手段が配設されるレーザー加工装置が提供される。

本発明は、さらに、該レーザー発振器が発振したパルスレーザー光線の方向を変換するビームスプリッターを備え、該集光器は該ビームスプリッターによって方向が変換されたパルスレーザー光線を集光し、該パルス幅調整手段は、該ビームスプリッターを挟んで該レーザー発振器の反対側に配設されるようにしてもよい。また、該レーザー発振器と該ビームスプリッターとの間に配設され該ビームスプリッターに対してＰ偏光、Ｓ偏光を選択的に位置付ける１／２波長板と、該ビームスプリッターと該パルス幅調整手段との間に配設され該１／２波長板によって選択されたＰ偏光を円偏光に変換する第一の１／４波長板と、を備え、該パルス幅調整手段によって回転方向が逆転したパルスレーザー光線が該第一の１／４波長板に導かれてＳ偏光に変換され、Ｓ偏光に変換されたパルスレーザー光線が該ビームスプリッターに導かれ、該ビームスプリッターによって進行方向が変換されたパルスレーザー光線が該集光器に導かれように構成することもできる。

また、本発明は、該ビームスプリッターを挟んで該該集光器の反対側に配設された第二の１／４波長板と、該第二の１／４波長板に対向して配設されたミラーと、を備え、該１／２波長板によって選択されたＳ偏光は該ビームスプリッターによって該第二の１／４波長板に導かれて円偏光に変換され、該ミラーによって回転方向が逆転したパルスレーザー光線が該第二の１／４波長板に導かれてＰ偏光に変換され、Ｐ偏光に変換されたパルスレーザー光線が該ビームスプリッターから該集光器に導かれるように構成することができる。

さらに、該パルス幅調整手段は、第一の端面と該第一の端面の反対側の第二の端面とを備えた石英体で構成され、該第一の端面と該第二の端面との間には線幅の波長域で反射する複数の反射層が形成されていて該第一の端面と該第二の端面との長さによって被加工物に照射されるパルスレーザー光線のパルス幅が決定されるように構成することができる。

また、該パルス幅調整手段は、該第一の端面と該第二の端面との長さが異なる複数の石英体を備え、所望のパルス幅に応じて該石英体が選択されるように構成することが好ましい。さらには、該パルス幅調整手段によってパルス幅が調整されたパルスレーザー光線の波長を変換する波長変換手段が配設されていてもよい。

本発明は、レーザー光線照射手段は、パルスレーザー光線を発振するレーザー発振器と、レーザー発振器が発振したパルスレーザー光線を集光する集光器と、レーザー発振器と集光器との間に線幅におけるパルスレーザー光線の波長域に時間差を生じさせてパルス幅を調整するパルス幅調整手段が配設されことにより、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＳｉＯ_２、Ａｌ_３Ｏ_３ＬＴ、ＬＮ等と多岐に渡る基板に対して適正なパルス幅に調整することができ、基板の種類に応じたパルス幅を備えたレーザー加工装置を選定する必要がなく、設備費が高額となり不経済であるという問題が解消する。

本発明に基づき構成されたレーザー加工装置２の全体斜視図である。 図１に記載されたレーザー加工装置に搭載されるレーザー光線照射手段を示すブロック図である。 図２に示すレーザー光線照射手段に備えられたパルス幅調整手段を構成する回析光学素子の機能を説明するための概念図である。 図３に示す回析光学素子によってパルス幅が伸長される態様を説明するための概念図である。

以下、本発明のレーザー加工装置について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１には、本発明に基づき構成されたレーザー加工装置２の全体斜視図が示されている。レーザー加工装置２は、被加工物を保持する保持手段２２と、静止基台２ａ上に配設され保持手段２２を移動させる移動手段２３と、保持手段２２に保持された被加工物にレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段２４と、静止基台２ａ上の移動手段２３の側方に矢印Ｚで示すＺ方向に立設される垂直壁部５１、及び垂直壁部５１の上端部から水平方向に延びる水平壁部５２からなる枠体５０とを備えている。枠体５０の水平壁部５２内部には、本発明のレーザー加工装置２の主要部を構成するレーザー光線照射手段２４の光学系が内蔵されており、水平壁部５２の先端部下面側には、レーザー光線照射手段２４を構成する集光器２４１が配設されると共に、集光器２４１に対して図中矢印Ｘで示す方向で隣接する位置に撮像手段２６が配設される。なお、保持手段２２は、図中左上方に拡大して示す粘着テープＴを介して環状のフレームＦに保持された被加工物（ウエーハ１０）を保持する。なお、本実施形態では、ウエーハ１０は、Ｓｉ（シリコン）基板から構成され、Ｓｉに対して吸収性を有する３５５ｎｍ波長のパルスレーザー光線を照射してアブレーション加工を実施する場合について説明するが、本発明のレーザー加工装置がこれに限定されるものではないことはいうまでもない。

保持手段２２は、図中に矢印Ｘで示すＸ方向において移動自在に基台２ａに搭載された矩形状のＸ方向可動板３０と、図中に矢印Ｙで示すＹ方向において移動自在にＸ方向可動板３０に搭載された矩形状のＹ方向可動板３１と、Ｙ方向可動板３１の上面に固定された円筒状の支柱３２と、支柱３２の上端に固定された矩形状のカバー板３３とを含む。カバー板３３には該カバー板３３上に形成された長穴を通って上方に延びる円形状の被加工物を保持し、図示しない回転駆動手段により回転可能に構成されたチャックテーブル３４が配設されている。チャックテーブル３４の上面には、多孔質材料から形成され実質上水平に延在する円形状の吸着チャック３５が配置されている。吸着チャック３５は、支柱３２を通る流路によって図示しない吸引手段に接続されている。なお、Ｘ方向は図１に矢印Ｘで示す方向であり、Ｙ方向は矢印Ｙで示す方向であってＸ方向に直交する方向である。Ｘ方向、Ｙ方向で規定される平面は実質上水平である。

移動手段２３は、Ｘ方向移動手段４０と、Ｙ方向移動手段４２と、を含む。Ｘ方向移動手段４０は、モータの回転運動を、ボールねじを介して直線運動に変換してＸ方向可動板３０に伝達し、基台２ａ上の案内レールに沿ってＸ方向可動板３０をＸ方向において進退させる。Ｙ方向移動手段４２は、モータの回転運動を、ボールねじを介して直線運動に変換し、Ｙ方向可動板３１に伝達し、Ｘ方向可動板３０上の案内レールに沿ってＹ方向可動板３１をＹ方向において進退させる。なお、図示は省略するが、Ｘ方向移動手段４０、Ｙ方向移動手段４２には、それぞれ位置検出手段が配設されており、チャックテーブル３４のＸ方向の位置、Ｙ方向の位置、周方向の回転位置が正確に検出され、後述する制御手段から指示される信号に基づいてＸ方向移動手段４０、Ｙ方向移動手段４２、及び図示しない回転駆動手段が駆動され、任意の位置および角度にチャックテーブル３４を正確に位置付けることが可能になっている。

図１の左上方に示すように、ウエーハ１０は複数の分割予定ライン１２によって区画された複数の領域にデバイス１４が形成されており、粘着テープＴを介して環状のフレームＦに支持された状態でチャックテーブル３４に保持される。そして、レーザー光線照射手段２４を作動させて集光器２４１からウエーハ１０に対してパルスレーザー光線を照射しながら、上記したＸ方向移動手段４０、Ｙ方向移動手段４２を作動させることにより、分割予定ライン１２に対してレーザー加工を実施し分割起点となる分割溝を形成する。

図２に基づいて、本発明に基づき構成されたレーザー光線照射手段２４をより具体的に説明する。

レーザー光線照射手段２４は、平均出力が１０Ｗ、波長１０６４ｎｍで、所定の線幅をもったパルスレーザー光線ＬＢを発振するレーザー発振器２４２を備え、レーザー発振器２４２が発振するパルスレーザー光線ＬＢのパルス幅は、例えば１００ｆｓ（フェムト秒）である。ここで、本発明における線幅とは、いわゆるスペクトル線幅を指し、光強度が最大値となる波長（１０６４ｎｍ）に対してある特定の値に強度が低下する波長の広がり幅（本実施形態では、１０６０ｎｍ〜１０７０ｎｍ）を表す。レーザー発振器２４２から発振されたパルスレーザー光線ＬＢは、パルスレーザー光線ＬＢの出力を調整するアッテネータ２４３に入射される。アッテネータ２４３にて所望の出力に調整されたパルスレーザー光線ＬＢは、１／２波長板２４４に入射される。１／２波長板２４４は、一般的に知られているように、直交する２つの偏光成分に位相差（光路差）をλ／２（１８０°）与え、高速軸を回転させることによりＰ偏光（ＬＢ１）、Ｓ偏光（ＬＢ２）を選択的に出射するものであり、１／２波長板２４４から出射されたパルスレーザー光線ＬＢ１、ＬＢ２は、ビームスプリッター２４５に照射される。すなわち、１／２波長板２４４は、レーザー発振器２４２とビームスプリッター２４５との間に配設される。

１／２波長板２４４でＰ偏光が選択された場合のパルスレーザー光線ＬＢ１は、ビームスプリッター２４５をそのまま透過して、第一の１／４波長板２４６に導かれ、所定の回転方向の円偏光に変換される。第一の１／４波長板２４６によって円偏光に変換されたパルスレーザー光線ＬＢ１は、おって詳述するパルス幅調整手段２４７に導かれる。パルス幅調整手段２４７にてパルス幅が変換された戻り光ＬＢ１’は、パルス幅調整手段２４７において反射されることにより回転方向が逆転し、再度第一の１／４波長板２４６を通過する際にはＳ偏光に変換される。Ｓ偏光となった戻り光ＬＢ１’は、今度はビームスプリッター２４５にて反射し、図中下方に向けて進行方向が変換され、おって詳述する波長変換手段２４８に導かれ、所定の波長に変換されたパルスレーザー光線ＬＢ３とされた後、集光器２４１の集光レンズ２４１ａによって集光され、吸着チャック３５上に保持されたウエーハ１０に照射される。

他方、１／２波長板２４４の高速軸を回転させて、Ｓ偏光が選択された場合のパルスレーザー光線ＬＢ２は、ビームスプリッター２４５にて反射される。ビームスプリッター２４５にて反射されたパルスレーザー光線ＬＢ２は、図中上方に向けて進行方向が変換されて、ビームスプリッター２４５を挟んで集光器２４１の反対側に配設された第二の１／４波長板２４９に導かれる。そして、第二の１／４波長板２４９にて所定の回転方向の円偏光に変換され、ミラー２５０にて反射して戻り光ＬＢ２’となる。

ミラー２５０にて反射した戻り光ＬＢ２’は、円偏光の回転方向が逆転しており、再度１／４波長板２４９を通過することによりＰ偏光に変換され、ビームスプリッター２４５に導かれる。ビームスプリッター２４５に導かれたＰ偏光の戻り光ＬＢ２’は、ビームスプリッター２４５を透過して進み、上記した戻り光ＬＢ１’と同様に、波長変換手段２４８に導かれ、所定の波長に変換されたパルスレーザー光線ＬＢ３とされた後、集光器２４１の集光レンズ２４１ａによって集光され、吸着チャック３５上に保持されたウエーハ１０に照射される。なお、１／２波長板２４４にてＳ偏光が選択された場合は、パルス幅は調整されない。

上記したパルス幅調整手段２４７について、より具体的に説明する。本実施形態におけるパルス幅調整手段２４７は、体積ブラッググレーティング（Ｖｏｌｕｍｅ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）と呼ばれる回析光学素子２４７ａ〜２４７ｄからなる。回析光学素子２４７ａ〜２４７ｄは、図３に一例として示す回析光学素子２４７ａから理解されるように、レーザー光線が入射する側の第一の端面２６０と、該第一の端面２６０の反対側の第二の端面２６１を有する屈折率が１．５である石英体で構成され、第一の端面２６０と第二の端面との間には、照射されるレーザー光線の線幅(本実施形態では波長１０６０ｎｍ〜１０７０ｎｍ）の波長域で反射する複数の反射層２４７’が形成された、いわゆるチャープブラッググレーティングで構成されている。回析光学素子２４７ａを構成する複数の反射層２４７ａ’は、第一の端面２６０側から順に、反射する波長が大きくなるように構成されており、最も第二の端面２６１側にある反射層２４７ａ’は、波長１０７０ｎｍの光線を反射するように設定されている。すなわち、回析光学素子２４７ａに同時に入射されたレーザー光線のうち、波長１０６０ｎｍの光線と、１０７０ｎｍの光線とは、回析光学素子２４７ａ’から出射される際には第一の端面と第二の端面との距離に応じて時間差が生じさせられる。回析光学素子２４７ａ〜２４７ｄは、それぞれ、第一の端面と第二の端面との長さが異なるように設定され、例えば、１ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍ、３０ｍｍの長さで設定されている。なお、図３に示す回析光学素子２４７ａと、回析光学素子２４７ｂ〜２４７ｄとは、その長さが異なるのみであり、レーザー光線の線幅(本実施形態では波長１０６０ｎｍ〜１０７０ｎｍ）の波長域で反射する複数の反射層が形成されている点については、２４７ａと変わりがない。回析光学素子２４７ａ〜２４７ｄは、円周上に配置されており、該円周の中心に配設された回転軸（図示は省略する。）にはステップモータＭ１が接続されている。そして、図示しない制御手段の指示信号に基づきステップモータＭ１を回転させることにより、パルスレーザー光線ＬＢ１が照射される位置に位置付ける回析光学素子を適宜切り換えることができるように構成される。なお、図２に示された第一の端面と第二の端面との長さは、説明の都合上大きく記載しており、実際の長さに沿ったものではない。

上記した波長変換手段２４８について、より具体的に説明する。波長変換手段２４８は、複数の波長変換結晶２４８ａ〜２４８ｄと、波長を変換しない通過孔とによって構成される。波長変換結晶２４８ａ〜２４８ｄ及び該通過孔は、上述したパルス幅調整手段２４７と略同様に円周上に配置されており、図示しない制御手段の指示信号に基づき該円周の中心に配設された回転軸を駆動するステップモータＭ２により回転させられる。これにより、パルスレーザー光線ＬＢ１が照射される位置に位置付ける波長変換結晶又は通過孔を適宜切り換えることができるように構成される。波長変換結晶２４８ａ〜２４８ｄは、例えば、ＣＬＢＯ結晶、ＬＢＯ結晶、ＫＴＰ結晶、及び、それらの組み合わせによって構成される。たとえば、波長１０６４ｎｍのレーザー光線を波長３５５ｎｍのレーザー光線に波長変換するための２４８ａは、第一のＬＢＯ結晶及び第二のＬＢＯ結晶から構成され、第一のＬＢＯ結晶により波長１０６４ｎｍの光線を波長５３２ｎｍの光線に変換し、さらに、第二のＬＢＯ結晶により該波長５３２ｎｍの光線を波長３５５ｎｍの光線に変換する。同様にして、波長１０６４ｎｍのレーザー光線を波長２６６ｎｍの光線に変換する波長変換結晶２４８ｂは、ＫＴＰ結晶及びＣＬＢＯ結晶から構成される。その他の波長変換結晶２４８ｃ、２４８ｄは、変換したい波長に合わせて適宜設定される。なお、波長変換結晶２４８ａ〜２４８ｄによってレーザー加工に使用される所望の波長に変換される際には、レーザー加工に供されない他の波長のレーザー光線が該所望の波長のレーザー光線とは照射方向が異なる所定の方向に向けて発生する。よって、該他の波長のレーザー光線を吸収するためのビームダンパーが該所定の方向の位置に配設される（図示は省略する。）。

本実施形態のレーザー加工装置２は概ね以上のように構成されており、その作用について、以下に説明する。

まず、ウエーハ１０をチャックテーブル３４に保持する保持工程を実施する。より具体的には、図１に示すレーザー加工装置２のチャックテーブル３４に粘着テープＴ側を下にして載置し、図示しない吸引手段を作動させて吸着チャック３５を介して吸引保持し、ウエーハ１０を上方に露出させてクランプ等により環状フレームＦをクランプして固定する。

上記した保持工程を実施したならば、パルス幅調整手段２４７と、波長変換手段２４８の設定を行う。本実施形態では、Ｓｉ基板からなるウエーハ１０の分割予定ライン１２に対して照射してアブレーション加工を実施して分割起点となる分割溝を形成する。そのため、ウエーハ１０に対して吸収性を有する波長（３５５ｎｍ）であって、パルス幅が約１０ｐｓとなるレーザー光線を形成する。ウエーハ１０に照射するレーザー光線のパルス幅を１０ｐｓとするために、パルス幅調整手段２４７によってパルスレーザー光線ＬＢ１の照射位置に回析光学素子２４７ａが位置付けられる。また、レーザー発振器２４２から発振された波長１０６４ｎｍのパルスレーザー光線ＬＢを波長３５５ｎｍのレーザー光線に変換すべく、波長変換手段２４８の波長変換結晶２４８ａがレーザー光線の照射位置に位置付ける。

パルス幅調整手段２４７、波長変換手段２４８が設定されたならば、ウエーハ１０の加工領域を撮像する撮像手段２６を用いて、ウエーハ１０の加工領域（分割予定ライン１２）と、レーザー光線照射手段２４の集光器２４１の照射位置との位置合わせを行うアライメントを実施する。

該アライメントを実施後、チャックテーブル３４を移動して分割予定ライン１２の一端に集光器２４１から照射されるレーザー光線の照射位置を位置付ける。そして、レーザー発振器２４２からパルスレーザー光線ＬＢの発振を開始する。

上述したように、レーザー発振器２４２から発振されるパルスレーザー光線ＬＢは、波長は１０６４ｎｍ、平均出力１０Ｗ、パルス幅は１００ｆｓであると共に、所定の線幅（１０６０ｎｍ〜１０７０ｎｍ）をもった光線である。そして、パルスレーザー光線ＬＢは、アッテネータ２４３によって所望の出力（たとえば３Ｗ）に調整され、１／２波長板２４４に導かれる。本実施形態では、後述する波長変換手段２４７による波長変換を実施するため、１／２波長板２４４に導かれたパルスレーザー光線ＬＢは、１／２波長板２４４によってＰ偏光が選択され（レーザーＬＢ１）、１／２波長板２４４から出射されてビームスプリッター２４５に導かれる。ビームスプリッター２４５は、Ｐ偏光を透過するものであるから、パルスレーザー光線ＬＢ１はそのまま進行して、１／４波長板２４６に導かれ、所定の回転方向の円偏光に変換される。円偏光に変換されたパルスレーザー光線ＬＢ１は、パルス幅調整手段２４７において予め設定されていた回析光学素子２４７ａに入射される。回析光学素子２４７ａは、図３に基づき説明したように、第一の端面２６０と、第二の端面２６１との長さが１ｍｍで設定されていると共に、内部には進行方向における位置に応じて反射する波長が異なるように設定された複数の反射層２４７ａ’が形成されている。

回析光学素子２４７ａに入射されるパルスレーザー光線ＬＢ１のパルス幅が調整される様子について図３、図４を参照しながら説明する。図４（ａ）には、パルス幅が調整される前のパルスレーザー光線ＬＢ１の１パルスが示されている。パルスレーザー光線ＬＢ１は、円偏光に変換されているものの、レーザー発振器２４２から発振されたときのパルス幅１００ｆｓのままで進行してきている。ここで、回析光学素子２４７ａに最初に入射されたパルスレーザー光線ＬＢ１のうち、波長１０６０ｎｍの光線は、図３に基づいて説明したように、入射側の第一の端面２６０側の反射層２４７ａ’で反射する。さらに、パルスレーザー光線ＬＢ１を構成する波長のうち、１０６０ｎｍから大きくなるにつれて、反射される反射層２４７ａ’が第二の端面２６１側に近づき順に反射され、最も第二の端面２６１側の反射層では、１０７０ｎｍの光線が反射される。そして、上述したように、回析光学素子２４７ａは、屈折率が１．５であり、第一の端面２６０と第二の端面２６１との長さが１ｍｍ、すなわち、往復で光路長差が２ｍｍになるように設定されていることから、第一の端面２６０側の反射層２４７ａ’で最初に反射される波長１０６０ｎｍの光線と、第二の端面２６１側の反射層２４７ａ’で最後に反射される波長１０７０ｎｍの光線とは、約１０ｐｓの時間差が生じた状態で回析光学素子２４７ａから出射されることになる。その結果、回析光学素子２４７ａに最初に入射されたパルスレーザー光線ＬＢ１は、図４（ｂ）に点線ＬＢ１’ａで示すように、そのパルス幅が、約１０ｐｓに調整される。そして、入射される元々のパルスレーザー光線ＬＢ１は、１００ｆｓのパルス幅を有していることから、１００ｆｓの間だけパルスレーザー光線ＬＢ１は１０ｐｓのパルス幅を有するレーザー光線に変換し続け、図４（ｂ）に一点鎖線ＬＢ１’ｂで示す光線を出射して１パルスのパルス幅の調整が完了する。これにより、図４（ａ）に示すパルス幅が１００ｆｓであるパルスレーザー光線ＬＢ１は、図４（ｂ）に実線ＬＢ１’で示す約１０ｐｓ＋１００ｆｓのパルス幅を有する反射光、すなわち戻り光ＬＢ１’に調整され、回析光学素子２４７ａから出射される。

なお、パルス幅調整手段２４７において、第１の端面と第二の端面とが１０ｍｍとなる回析光学素子２４７ｃが選択された場合は、図４（ｃ）に示すように、パルス幅＝１００ｐｓ＋１００ｆｓとなる戻り光ＬＢ１’に調整される。同様に、第１の端面と第二の端面とが５ｍｍとなる回析光学素子２４７ｂが選択された場合は、パルス幅＝５０ｐｓ＋１００ｆｓに、第１の端面と第二の端面とが３０ｍｍとなる回析光学素子２４７ｄが選択された場合は、パルス幅＝３００ｐｓ＋１００ｆｓとなる戻り光ＬＢ１’に調整されることになる。

ここで、図２に戻り説明を続けると、回析光学素子２４７ａにて反射されて形成された円偏光の戻り光ＬＢ１’は、回析光学素子２４７ａにて反射された際に回転方向が逆転しているため、１／４波長板２４６で直線偏光に変換される際に、Ｓ偏光となる。そして、Ｓ偏光となった戻り光ＬＢ１’は、ビームスプリッター２４５にて反射され、図中下方側、すなわち、波長変換手段２４８に向けて進行方向が変換される。

ここで、上記したように、本実施形態では、図示しない制御手段の指示信号に基づき、波長変換手段２４８が作動され、戻り光ＬＢ１’が照射される位置に波長変換結晶２４８ａが位置付けられている。波長変換結晶２４８ａは、第一のＬＢＯ結晶及び第二のＬＢＯ結晶から構成され、波長１０６４ｎｍであった戻り光ＬＢ１’は、波長変換結晶２４８ａを通過することにより波長３５５ｎｍに変換されて、集光器２４１の集光レンズ２４１ａに導かれて集光され、吸着チャック３５上に保持されたウエーハ１０に照射される。

上述したようにしてレーザー光線照射手段２４の集光器２４１によりウエーハ１０に対して吸収性を有する波長（３５５ｎｍ）のレーザー光線をウエーハ１０の表面位置に集光して照射しつつ、移動手段２３を作動してチャックテーブル３４を矢印Ｘで示す方向に所定の加工送り速度で移動させる分割工程を実施して、分割予定ライン１２の他端が集光器２４１の照射位置に達したならば、レーザー発振器２４２の発振を停止すると共にチャックテーブル３４の移動を停止する。この結果、ウエーハ１０の所定の分割予定ライン１２に沿って分割溝が良好に形成される。

上述したレーザー加工により、所定の分割予定ライン１２の一端から他端に渡り分割溝が形成されたならば、保持手段２２、移動手段２３、及び図示しない回転駆動手段を作動してチャックテーブル３４を移動させて、集光器２４１に対するウエーハ１０の位置を変更しながらその余の分割予定ライン１２に対し同様の分割工程を施すことにより、ウエーハ１０の全ての分割予定ライン１２に沿って分割溝を形成する。

本発明は、上記のような構成、すなわち、パルス幅調整手段２４７を備えていることにより、パルス幅を適切な値に適宜調整することが可能となり、設備費が高額となることなく、ウエーハ１０の分割予定ライン１２に沿って良好な分割溝の形成が実現できる。

さらに、本発明は、波長変換手段２４８を備えることで、レーザー発振器２４２から発振されパルス幅調整手段２４７によって調整されたパルスレーザー光線ＬＢ１を適宜所望の波長に変換することができる。特に、本実施形態では、レーザー光線の進行方向で見て、パルス幅調整手段２４７よりも下流側に波長変換手段２４８を設けることにしている。波長変換手段２４８を、パルス幅調整手段２４７よりも上流側に設けた場合は、パルス幅調整手段２４７に備えられる回析光学素子２４７ａ〜２４７ｄを変換された波長毎に用意する必要が生じるところ、本実施形態では、パルス幅調整手段２４７よりも下流側に設けることで、この問題を回避している。

本実施形態のレーザー加工装置２は、上述したパルス幅調整手段レーザー発振器２４２から発振されるパルスレーザー光線ＬＢのパルス幅を調整せずに、レーザー光線をウエーハ１０に照射してレーザー加工を実施する構成をも併せて備えている。以下に図２に基づいて詳細に説明する。

レーザー発振器２４２が発振するパルス幅１００ｆｓを変化させずにウエーハ１０に対してレーザー光線を照射する場合は、まず、予め、１／２波長板２４４の高速軸を回転させ、１／２波長板２４４をパルスレーザー光線ＬＢが通過する際に、Ｓ偏光が選択されるように設定しておく。

１／２波長板２４４を通過してＳ偏光となったパルスレーザー光線ＬＢ２は、ビームスプリッター２４５にて反射され、図中上方に進行方向が変換される。進行方向が変換されたパルスレーザー光線ＬＢ２は、第二の１／４波長板２４９に導かれ、第二の１／４波長板２４９を通過することで、所定の回転方向の円偏光に変換される。円偏光に変換されたパルスレーザー光線ＬＢ２は、その後ミラー２５０に導かれ、ミラー２５０で反射することにより回転方向が逆転され、戻り光ＬＢ２’となる。

戻り光ＬＢ２’は、円偏光のまま第二の１／４反射板２４９を再度通過するが、回転方向が逆転されているため、今度は、Ｐ偏光に変換され、ビームスプリッター２４５に導かれる。Ｐ偏光に変換された戻り光ＬＢ２’がビームスプリッター２４５に導かれると、今度は反射せずに透過して、波長変換手段２４８に導かれる。波長変換手段２４８に導かれた戻り光ＬＢ２’は、上記したパルス幅調整手段２４７を経た戻り光ＬＢ１’と同様に波長が適宜変換されてウエーハ１０に照射されてレーザー加工を施すことができる。

本発明は、上記した実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明の技術的範囲に含まれる限り、種々の変形例を想定することができる。例えば、上記した実施形態におけるレーザー発振器２４２の仕様（波長、パルス幅、平均出力）、パルス幅調整手段２４７を構成する回析光学素子２４７ａ〜２４７ｄの仕様及びその数、波長変換手段２４８を構成する波長変換結晶２４８ａ〜２４８ｄの仕様及びその数等は、使用するレーザー発振器の種類、レーザー加工を実施する際の加工方法、想定される被加工物の基板素材等に応じて適宜選択、変更することができる。

本実施形態では、吸着チャック３５上にウエーハ１０の表面側を上方に向けて表面側からレーザー光線を照射して表面に分割溝を形成するようにしたが、これに限定されず、ウエーハ１０の裏面側から分割溝を形成する加工を実施したり、基板に対して透過性を有する波長のレーザー光線の集光点を基板の内部に位置付けて改質層を形成する加工を実施したり、あるいは、基板に対して透過性を有する波長のレーザー光線の集光点を基板の内部に位置付けていわゆるシールドトンネルを形成する加工を実施したりするレーザー加工装置に適用することもできる。

上記した実施形態では、レーザー発振器２４２から発振されたレーザー光線ＬＢのパルス幅を変更せずウエーハ１０にレーザー光線を照射する方法として、１／２波長板２４４、第二の１／４波長板２４９、ミラー２５０を適用して、吸着チャック３５上のウエーハ１０にレーザー光線を照射するようにしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、パルス幅調整手段２４７において回析光学素子２４７ａ〜２４７ｄが配設される円周上に、ミラーを別途配設して、パルスレーザー光線ＬＢ１が照射される位置に該ミラーを位置付けることにより、上述した方法と同様の効果を得ることが可能であり、それにより、１／２波長板２４４、第二の１／４波長板２４９、ミラー２５０を廃止することができる。

２：レーザー加工装置
２ａ：静止基台
１０：ウエーハ
１２：分割予定ライン
１４：デバイス
２２：保持手段
２３：移動手段
２４：レーザー光線照射手段
２４１：集光器
２４２：レーザー発振器
２４３：アッテネータ
２４４：１／２波長板
２４５：ビームスプリッター
２４６：第一の１／４波長板
２４７：パルス幅調整手段
２４８：波長変換手段
２４９：第二の１／４波長板
２５０：ミラー
３０：Ｘ方向可動板
３１：Ｙ方向可動板
３２：支柱
３３：カバー板
３４：チャックテーブル
３５：吸着チャック
４２：Ｘ方向移動手段
４３：Ｙ方向移動手段
５０：枠体
Ｔ：粘着テープ
Ｆ：フレーム

Claims (7)

1. 被加工物を保持する保持手段と、該保持手段に保持された被加工物に線幅をもった波長のパルスレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、該保持手段と該レーザー光線照射手段とを相対的に加工送りする手段と、を少なくとも備えたレーザー加工装置であって、
   該レーザー光線照射手段は、パルスレーザー光線を発振するレーザー発振器と、該レーザー発振器が発振したパルスレーザー光線を集光する集光器と、
   該レーザー発振器と該集光器との間に該線幅におけるパルスレーザー光線の波長域に時間差を生じさせてパルス幅を調整するパルス幅調整手段が配設されるレーザー加工装置。
2. 該レーザー発振器が発振したパルスレーザー光線の方向を変換するビームスプリッターを備え、該集光器は該ビームスプリッターによって方向が変換されたパルスレーザー光線を集光し、
   該パルス幅調整手段は、該ビームスプリッターを挟んで該レーザー発振器の反対側に配設される請求項１に記載のレーザー加工装置。
3. 該レーザー発振器と該ビームスプリッターとの間に配設され該ビームスプリッターに対してＰ偏光、Ｓ偏光を選択的に位置付ける１／２波長板と、
   該ビームスプリッターと該パルス幅調整手段との間に配設され該１／２波長板によって選択されたＰ偏光を円偏光に変換する第一の１／４波長板と、を備え、
   該パルス幅調整手段によって回転方向が逆転したパルスレーザー光線が該第一の１／４波長板に導かれてＳ偏光に変換され、Ｓ偏光に変換されたパルスレーザー光線が該ビームスプリッターに導かれ、該ビームスプリッターによって進行方向が変換されたパルスレーザー光線が該集光器に導かれる請求項１又は２に記載のレーザー加工装置。
4. 該ビームスプリッターを挟んで該該集光器の反対側に配設された第二の１／４波長板と、該第二の１／４波長板に対向して配設されたミラーと、を備え、
   該１／２波長板によって選択されたＳ偏光は該ビームスプリッターによって該第二の１／４波長板に導かれて円偏光に変換され、該ミラーによって回転方向が逆転したパルスレーザー光線が該第二の１／４波長板に導かれてＰ偏光に変換され、Ｐ偏光に変換されたパルスレーザー光線が該ビームスプリッターから該集光器に導かれる請求項３に記載のレーザー加工装置。
5. 該パルス幅調整手段は、第一の端面と該第一の端面の反対側の第二の端面とを備えた石英体で構成され、該第一の端面と該第二の端面との間には線幅の波長域で反射する複数の反射層が形成されていて該第一の端面と該第二の端面との長さによって被加工物に照射されるパルスレーザー光線のパルス幅が決定される請求項１乃至４のいずれかに記載されたレーザー加工装置。
6. 該パルス幅調整手段は、該第一の端面と該第二の端面との長さが異なる複数の石英体を備え、所望のパルス幅に応じて該石英体が選択される請求項５に記載のレーザー加工装置。
7. 該パルス幅調整手段によってパルス幅が調整されたパルスレーザー光線の波長を変換する波長変換手段が配設される請求項１乃至６のいずれかに記載されたレーザー加工装置。