JP2021086902A - レーザ加工装置及びレーザ加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複屈折材料からなる半導体対象物に対するレーザ加工の品質を向上させること。【解決手段】レーザ加工装置１は、複屈折材料からなる対象物１１のレーザ加工を行うレーザ加工装置であって、レーザ光Ｌを出力する光源３と、光源３から出力されたレーザ光Ｌを変調する空間光変調器４と、レーザ光Ｌを対象物１１に向けて集光する集光レンズ５と、対象物１１においてＺ方向（光軸方向）の一点に集光するように、レーザ光Ｌの偏光成分を制御する、空間光変調器４の機能としての偏光成分制御部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ加工装置及びレーザ加工方法に関する。

半導体インゴット等の半導体対象物にレーザ光を照射することにより、半導体対象物の内部に改質領域を形成し、改質領域から延びる亀裂を進展させることにより、半導体対象物から半導体ウェハ等の半導体部材を切り出す加工方法が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２０１７−１８３６００号公報 特開２０１７−０５７１０３号公報

ここで、例えば窒化ガリウム（ＧＡＮ）インゴット等の複屈折材料からなる半導体対象物にレーザ光を集光させた場合、入射光におけるＰ偏光成分とＳ偏光成分とで屈折率が互いに異なる。また、それらの入射光は常光線と異常光線とに分けられるが、その中の異常光線はスネルの法則に従わず常光線とは異なる屈折角で光が伝搬する。これらのことから、半導体対象物の深さ方向において、互いに異なる位置にＰ偏光成分及びＳ偏光成分が集光する。このように集光点が深さ方向に分岐することによって半導体対象物において意図せず複数の打痕が形成されることとなり、適切でない亀裂を生じさせてしまう。このことで、例えばスライシング等の加工の品質が低下するおそれがある。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、複屈折材料からなる半導体対象物に対するレーザ加工の品質を向上させることを目的とする。

本発明の一態様に係るレーザ加工装置は、複屈折材料からなる半導体対象物にレーザ光を照射して半導体対象物のレーザ加工を行うレーザ加工装置であって、レーザ光を出力するレーザ出力部と、レーザ出力部から出力されたレーザ光を変調する空間光変調器と、レーザ光を半導体対象物に向けて集光する集光レンズと、半導体対象物において光軸方向の一点に集光するように、レーザ光の偏光成分を制御する偏光成分制御部と、を備える。

本発明の一態様に係るレーザ加工装置では、レーザ出力部から出力されたレーザ光が、空間光変調器によって変調され、集光レンズによって半導体対象物に集光される。そして、本レーザ加工装置では、偏光成分制御部によって、半導体対象物の一点に集光するようにレーザ光の偏光成分が制御されている。通常、複屈折材料からなる半導体対象物にレーザ光を集光させた場合、入射光におけるＰ偏光成分とＳ偏光成分とで屈折率が互いに異なる。また、それらの入射光は常光線と異常光線とに分けられるが、その中の異常光線はスネルの法則に従わず常光線とは異なる屈折角で光が伝搬する。これらのことから、半導体対象物の深さ方向において、互いに異なる位置にＰ偏光成分及びＳ偏光成分が集光する（集光点が二点となる）。このことによって、半導体対象物において意図せず複数の打痕が形成されることとなり、半導体対象物において適切でない亀裂が生じ、スライシング等の加工の品質が低下するおそれがある。この点、本発明の一態様に係るレーザ加工装置のように、偏光成分制御部によって、半導体対象物の一点に集光するようにレーザ光の偏光成分が制御されることにより、集光点が一点のみとなり、半導体対象物において打痕が一つのみ形成されることとなるので、半導体対象物において予期せぬ（適切でない）亀裂が生じることを抑制することができる。このことで、スライシング等の加工の品質が低下することを抑制することができる。以上のように、本発明の一態様に係るレーザ加工装置によれば、複屈折材料からなる半導体対象物に対するレーザ加工の品質を向上させることができる。

上述したレーザ加工装置において、レーザ出力部は、直線偏光であるレーザ光を出力し、偏光成分制御部は、レンズにより収束し、対象物に照射されるレーザ光の偏光成分を、Ｐ偏光又はＳ偏光のいずれか一方に統一してもよい。上述したように、入射光にＰ偏光成分とＳ偏光成分とが含まれている場合には互いに異なる位置にＰ偏光成分及びＳ偏光成分が集光してしまうところ、偏光成分制御部によってレーザ光の偏光成分がＰ偏光又はＳ偏光のいずれか一方に統一されることによって、集光点を適切に一点とすることができる。

上述したレーザ加工装置において、偏光成分制御部は、直線偏光をラジアル偏光又はアジマス偏光に変換する変換素子を有していてもよい。ラジアル偏光（放射状偏光）は、Ｐ偏光で半導体対象物に入射する。また、アジマス偏光は、Ｓ偏光で半導体対象物に入射する。このため、直線偏光がラジアル偏光又はアジマス偏光に変換されることにより、レーザ光の偏光成分をＰ偏光又はＳ偏光のいずれか一方に適切に統一することができ、集光点を適切に一点とすることができる。

上述したレーザ加工装置において、偏光成分制御部は、レーザ光におけるＰ偏光又はＳ偏光を遮断するスリット部を有していてもよい。Ｐ偏光又はＳ偏光が遮断されることにより、レーザ光の偏光成分をＰ偏光又はＳ偏光のいずれか一方に適切に統一することができ、集光点を適切に一点とすることができる。

上述したレーザ加工装置において、スリット部は、空間光変調器の変調パターンとして設定されるスリットパターンであってもよい。空間光変調器の変調パターンとしてスリットパターンが設定されることにより、物理的なスリットを設けることなく、シンプルな構成で、集光点を適切に一点とすることができる。

上述したレーザ加工装置において、複屈折材料は、面方位００１の１軸性結晶材料であってもよい。これにより、レーザ光の偏光成分がＰ偏光又はＳ偏光のいずれか一方に統一される場合に、レーザ加工の品質を効果的に向上させることができる。

本発明の一態様に係るレーザ加工方法は、複屈折材料からなる半導体対象物にレーザ光を照射して半導体対象物のレーザ加工を行うレーザ加工方法であって、ステージに半導体対象物を載置する工程と、半導体対象物において光軸方向の一点に集光するようにレーザ光の偏光成分を制御する偏光成分制御部を設定する工程と、レーザ光を出力する工程と、を含む。

上述したレーザ加工方法において、レーザ光を出力する工程では、直線偏光であるレーザ光を出力し、偏光成分制御部を設定する工程では、直線偏光をラジアル偏光又はアジマス偏光に変換する変換素子を取り付けてもよい。

上述したレーザ加工方法において、偏光成分制御部を設定する工程では、レーザ光におけるＰ偏光又はＳ偏光を遮断するスリットパターンを、レーザ光を変調する空間光変調器の変調パターンとして設定してもよい。

本発明によれば、複屈折材料からなる半導体対象物に対するレーザ加工の品質を向上させることができる。

本発明の第１実施形態に係るレーザ加工装置の構成図である。 第１実施形態のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法の対象物であるＧａＮインゴットの側面図である。 図２に示されるＧａＮインゴットの平面図である。 レーザ加工装置を用いた半導体部材製造方法の一工程におけるＧａＮインゴットの一部分の縦断面図である。 レーザ加工装置を用いた半導体部材製造方法の一工程におけるＧａＮインゴットの一部分の横断面図である。 レーザ加工装置を用いた半導体部材製造方法の一工程におけるＧａＮインゴットの側面図である。 レーザ加工装置を用いた半導体部材製造方法の一工程におけるＧａＮインゴットの側面図である。 空間光変調器の変調パターン（スリットパターン含む）を示す図である。 スリットパターンを用いた場合の集光点を示す図である。 第１実施形態に係るレーザ加工方法の各工程を示すフローチャートである。 比較例と本実施形態との集光点の違いを示す図である。 本発明の第２実施形態に係るレーザ加工装置の構成図である。 軸対称偏光素子による偏光分布の変調を説明する図である。 第２実施形態に係るレーザ加工方法の各工程を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
［第１実施形態］
［レーザ加工装置の基本構成］

図１に示されるように、第１実施形態に係るレーザ加工装置１は、ステージ２と、光源３と、空間光変調器４と、集光レンズ５と、制御部６と、を備えている。レーザ加工装置１は、複屈折材料からなる半導体対象物である対象物１１にレーザ光Ｌを照射して、該対象物１１のレーザ加工を行う装置である。複屈折材料は、例えば、異方性を有する面方位（００１）１軸性結晶材料である。複屈折材料は、２軸性結晶材料であってもよい。レーザ加工装置１は、レーザ光Ｌを照射することにより、対象物１１に改質領域１２を形成する。レーザ加工装置１は、本実施形態で主に説明するようなレーザスライシング装置であってもよいし、レーザダイシング装置であってもよいし、内部レーザマーキング装置であってもよいし、レーザストラクチャー装置であってもよい。以下、第１水平方向をＸ方向といい、第１水平方向に垂直な第２水平方向をＹ方向という。また、鉛直方向をＺ方向という。

ステージ２は、例えば対象物１１に貼り付けられたフィルムを吸着することにより、対象物１１を支持する。本実施形態では、ステージ２は、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれに沿って移動可能である。また、ステージ２は、Ｚ方向に平行な軸線を中心線として回転可能である。

光源３は、例えばパルス発振方式によって、対象物１１に対して透過性を有するレーザ光Ｌを出力するレーザ出力部である。光源３は、例えば直線偏光であるレーザ光Ｌを出力する。光源３から出力されたレーザ光Ｌは、例えばアテネータ（不図示）により出力が調整されると共に、一又は複数のレンズ系（不図示）によりビーム径が拡大される。空間光変調器４は、光源３から出力されたレーザ光Ｌを変調する。空間光変調器４は、例えば反射型液晶（ＬＣＯＳ：Liquid Crystal on Silicon）の空間光変調器（ＳＬＭ：Spatial Light Modulator）である。本実施形態では、空間光変調器４は、レーザ光Ｌの偏光成分を制御する偏光成分制御部（詳細は後述）としても機能する。集光レンズ５は、空間光変調器４によって変調されたレーザ光Ｌを対象物１１に向けて集光する。本実施形態では、空間光変調器４及び集光レンズ５は、Ｚ方向に沿って移動可能である。

ステージ２に支持された対象物１１の内部にレーザ光Ｌが集光されると、レーザ光Ｌの集光点Ｃに対応する部分においてレーザ光Ｌが特に吸収され、対象物１１の内部に改質領域１２が形成される。改質領域１２は、密度、屈折率、機械的強度、その他の物理的特性が周囲の非改質領域とは異なる領域である。改質領域１２としては、例えば、溶融処理領域、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等がある。

一例として、ステージ２をＸ方向に沿って移動させ、対象物１１に対して集光点ＣをＸ方向に沿って相対的に移動させると、複数の改質スポット１３がＸ方向に沿って１列に並ぶように形成される。１つの改質スポット１３は、１パルスのレーザ光Ｌの照射によって形成される。１列の改質領域１２は、１列に並んだ複数の改質スポット１３の集合である。隣り合う改質スポット１３は、対象物１１に対する集光点Ｃの相対的な移動速度及びレーザ光Ｌの繰り返し周波数によって、互いに繋がる場合も、互いに離れる場合もある。

制御部６は、ステージ２、光源３、空間光変調器４及び集光レンズ５を制御する。制御部６は、プロセッサ、メモリ、ストレージ及び通信デバイス等を含むコンピュータ装置として構成されている。制御部６では、メモリ等に読み込まれたソフトウェア（プログラム）が、プロセッサによって実行され、メモリ及びストレージにおけるデータの読み出し及び書き込み、並びに、通信デバイスによる通信が、プロセッサによって制御される。これにより、制御部６は、各種機能を実現する。
［レーザ加工装置を用いた半導体部材製造方法の一例］

次に、レーザ加工装置１を用いた半導体部材製造方法の一例として、対象物１１であるＧａＮインゴット２０（図２及び図３参照）から複数のＧａＮウェハ３０（図２及び図３参照）をスライシングして取得する工程について説明する。本実施形態では、対象物１１は、図２及び図３に示されるように、窒化ガリウム（ＧａＮ）によって例えば円板状に形成されたＧａＮインゴット（半導体インゴット、半導体対象物）２０である。一例として、ＧａＮインゴット２０の直径は２inであり、ＧａＮインゴット２０の厚さは２ｍｍである。一例として、ＧａＮウェハ３０の直径は２inであり、ＧａＮウェハ３０の厚さは１００μｍである。

まず、上述したレーザ加工装置１が、複数の仮想面１５のそれぞれに沿って複数の改質スポット１３を形成する。複数の仮想面１５のそれぞれは、ＧａＮインゴット２０の内部においてＧａＮインゴット２０の表面２０ａに対向する面であり、表面２０ａに対向する方向に並ぶように設定されている。本実施形態では、複数の仮想面１５のそれぞれは、表面２０ａに平行な面であり、例えば円形状を呈している。複数の仮想面１５のそれぞれは、表面２０ａ側から見た場合に互いに重なるように設定されている。ＧａＮインゴット２０には、複数の仮想面１５のそれぞれを囲むように複数の周縁領域１６が設定されている。つまり、複数の仮想面１５のそれぞれは、ＧａＮインゴット２０の側面２０ｂに至っていない。一例として、隣り合う仮想面１５間の距離は１００μｍであり、周縁領域１６の幅（本実施形態では、仮想面１５の外縁と側面２０ｂとの距離）は３０μｍ以上である。

複数の改質スポット１３の形成は、例えば５３２ｎｍの波長を有するレーザ光Ｌの照射によって、表面２０ａとは反対側から１つの仮想面１５ごとに順次に実施される。複数の改質スポット１３の形成は、複数の仮想面１５のそれぞれにおいて同様であるため、以下、表面２０ａに最も近い仮想面１５に沿った複数の改質スポット１３の形成について、図４及び図５を参照して説明する。なお、図５において、矢印は、レーザ光Ｌの集光点Ｃの軌跡を示している。

まず、レーザ加工装置１が、図４及び図５に示されるように、表面２０ａからＧａＮインゴット２０の内部にレーザ光Ｌを入射させることにより、仮想面１５に沿って（例えば、仮想面１５の全体に沿って２次元に並ぶように）複数の改質スポット１３を形成する。このとき、レーザ加工装置１は、複数の改質スポット１３からそれぞれ延びる複数の亀裂１４が互いに繋がらないように複数の改質スポット１３を形成してもよいし、互いに繋がるように複数の改質スポット１３を形成してもよい。また、レーザ加工装置１は、パルス発振されたレーザ光Ｌの集光点Ｃを仮想面１５に沿って移動させることにより、複数列の改質スポット１３を形成する。なお、図４及び図５では、改質スポット１３が白抜き（ハッチングなし）で示されており、亀裂１４が延びる範囲が破線で示されている。

本実施形態では、パルス発振されたレーザ光Ｌが、Ｙ方向に並ぶ複数の集光点Ｃに集光されるように、空間光変調器４によって変調される。そして、複数の集光点Ｃが、Ｘ方向に沿って仮想面１５上を相対的に移動させられる。一例として、レーザ光Ｌのパルスピッチ（すなわち、複数の集光点Ｃの相対的な移動速度を、レーザ光Ｌの繰り返し周波数で除した値）は１０μｍである。また、１つの集光点Ｃ当たりのレーザ光Ｌのパルスエネルギー（以下、単に「レーザ光Ｌのパルスエネルギー」という）は、０．３３μＪである。

続いて、ヒータ等を備える加熱装置が、ＧａＮインゴット２０を加熱し、複数の仮想面１５のそれぞれにおいて、複数の改質スポット１３からそれぞれ延びる複数の亀裂１４を互いに繋げることにより、図６に示されるように、複数の仮想面１５のそれぞれにおいて、仮想面１５に渡る亀裂１７（以下、単に「亀裂１７」という）を形成する。図６では、複数の改質スポット１３及び複数の亀裂１４、並びに、亀裂１７が形成される範囲が破線で示されている。なお、加熱以外の方法でＧａＮインゴット２０に何らかの力を作用させることにより、複数の亀裂１４を互いに繋げて亀裂１７を形成してもよい。また、仮想面１５に沿って複数の改質スポット１３を形成することにより、複数の亀裂１４を互いに繋げて亀裂１７を形成してもよい。

ここで、ＧａＮインゴット２０においては、複数の改質スポット１３からそれぞれ延びる複数の亀裂１４内に窒素ガスが生じている。そのため、ＧａＮインゴット２０を加熱して窒素ガスを膨張させることにより、窒素ガスの圧力（内圧）を利用して亀裂１７を形成することができる。しかも、周縁領域１６によって、当該周縁領域１６が囲む仮想面１５の外部（例えば、ＧａＮインゴット２０の側面２０ｂ）への複数の亀裂１４の進展が阻まれるため、複数の亀裂１４内に生じた窒素ガスが仮想面１５の外部に逃げるのを抑制することができる。つまり、周縁領域１６は、改質スポット１３を含まない非改質領域であって、当該周縁領域１６が囲む仮想面１５に亀裂１７が形成される際に、当該周縁領域１６が囲む仮想面１５の外部への複数の亀裂１４の進展を阻む領域である。そのために、周縁領域１６の幅を３０μｍ以上とすることが好ましい。

続いて、研削装置が、ＧａＮインゴット２０のうち複数の周縁領域１６及び複数の仮想面１５のそれぞれに対応する部分を研削（研磨）することにより、図７に示されるように、複数の亀裂１７のそれぞれを境界としてＧａＮインゴット２０から複数のＧａＮウェハ３０を取得する。このように、ＧａＮインゴット２０は、複数の仮想面１５のそれぞれに沿って切断される。なお、この工程では、研削以外の機械加工、レーザ加工等によって、ＧａＮインゴット２０のうち複数の周縁領域１６に対応する部分を除去してもよい。
［偏光成分制御に係るレーザ加工装置の構成］

空間光変調器４は、対象物１１において光軸方向（Ｚ方向，対象物１１の深さ方向）の一点に集光するように、レーザ光Ｌの偏光成分を制御する偏光成分制御部として機能する。通常、ＧａＮインゴット２０等の複屈折材料からなる対象物１１にレーザ光集光させた場合、入射光におけるＰ偏光（異常光線）成分とＳ偏光（常光線）成分とで屈折率が互いに異なり、また、常光線と異常光線とは異なる屈折角で光が伝搬するため、対象物１１のＺ方向において、互いに異なる位置にＰ偏光成分及びＳ偏光成分が集光し、集光点ＦＰが二点となる（図１１（ａ）参照）。このことによって、対象物１１において複数の打痕が形成されて適切でない亀裂が生じ、上述したＧａＮウェハ３０のスライシング等の加工の品質が低下するおそれがある。本実施形態では、空間光変調器４が偏光成分制御部として機能して、対象物１１のＺ方向において一点のみ集光点ＦＰが形成される（図１１（ｂ）参照）ように、レーザ光Ｌの偏光成分を制御する。

空間光変調器４は、レーザ光ＬにおけるＰ偏光又はＳ偏光を遮断するスリット部として機能することにより、レーザ光Ｌの偏光成分をＰ偏光又はＳ偏光のいずれか一方に統一し、集光点ＦＰを一点としている。なお、「レーザ光Ｌの偏光成分をＰ偏光又はＳ偏光のいずれか一方に統一する」とは、レーザ光Ｌの偏光成分をＰ偏光又はＳ偏光のいずれか一方に完全に制限するものだけでなく、集光点ＦＰが二点以上とならない範囲でレーザ光Ｌの偏光成分に遮断対象の偏光成分が含まれているものも含む。空間光変調器４の機能としてのスリット部は、空間光変調器４の変調パターンとして設定されるスリットパターンである。空間光変調器４では、液晶層に表示される変調パターンが適宜設定されることにより、レーザ光Ｌが変調（例えば、レーザ光Ｌの強度、振幅、位相、偏光等が変調）可能となる。変調パターンとは、変調を付与するホログラムパターンであり、スリットパターンを含んでいる。

図８は、空間光変調器４の液晶層に表示される変調パターン（スリットパターン含む）を示す図である。図８に示される「光の遮断領域」は、後述するスリットパターンＳＰ１又はスリットパターンＳＰ２によって遮光される領域を示している。また、図８に示される直線偏光の矢印は、直線偏光方向を示している。図８（ａ）に示される変調パターンＭＰ１には、スリットパターンＳＰ１と収差補正パターンＣＰとが含まれている。収差補正パターンとは、球面収差、非点収差、歪曲収差、コマ収差等の補正パターンである。図８（ａ）に示される例では、直線偏光方向に形成されたスリット部分以外の光が遮断されるようにスリットパターンＳＰ１が設定されている。この場合には、レーザ光ＬにおけるＳ偏光が遮断され、レーザ光Ｌの偏光成分がＰ偏光に統一（制限）される。また、図８（ｂ）に示される変調パターンＭＰ２には、スリットパターンＳＰ２と収差補正パターンＣＰとが含まれている。図８（ｂ）に示される例では、直線偏光方向に直交する方向に形成されたスリット部分以外の光が遮断されるようにスリットパターンＳＰ２が設定されている。この場合には、レーザ光におけるＰ偏光が遮断され、レーザ光Ｌの偏光成分がＳ偏光に統一（制限）される。

図９（ａ）は、スリットパターンＳＰ１を用いた場合の集光点ＦＰを示す図である。図９（ｂ）は、スリットパターンＳＰ２を用いた場合の集光点ＦＰを示す図である。図９（ａ）及び図９（ｂ）のそれぞれにおいて、左図はＸＺ平面、右図はＹＺ平面である。図９（ａ）に示されるように、スリットパターンＳＰ１を用いた場合において、ＸＺ平面及びＹＺ平面のいずれを参照しても、集光点ＦＰがＺ方向（光軸方向）に一点のみとなっていることが確認できる。同様に、図９（ｂ）に示されるように、スリットパターンＳＰ２を用いた場合において、ＸＺ平面及びＹＺ平面のいずれを参照しても、集光点ＦＰがＺ方向（光軸方向）に一点のみとなっていることが確認できる。なお、スリットパターンＳＰ２が用いられた場合には、Ｐ偏光が遮断されＳ偏光成分に統一されるところ、Ｓ偏光では入射角によらずに屈折率が一様になるため、集光性をより良好にすることができる。
［レーザ加工方法の一例］

次に、レーザ加工方法の一例について、図１０を参照して説明する。図１０は、第１実施形態に係るレーザ加工方法の各工程を示す図である。本レーザ加工方法は、複屈折材料からなる対象物１１（例えばＧａＮインゴット２０）にレーザ光Ｌを照射して対象物１１にレーザ加工を行うものである。

図１０に示されるように、第１実施形態に係るレーザ加工方法では、まず、ステージ２に対象物１１がセット（載置）される（ステップＳ１，半導体対象物を載置する工程）。

つづいて、空間光変調器４において、液晶層に表示される変調パターン（スリットパターン含む）が設定される（ステップＳ２，偏光成分制御部を設定する工程）。ここでの変調パターンとは、例えば図８（ａ）に示される変調パターンＭＰ１であり、レーザ光ＬにおけるＳ偏光を遮断し偏光成分をＰ偏光に統一（制限）するスリットパターンＳＰ１を含んでいる。或いは、変調パターンとは、例えば図８（ｂ）に示される変調パターンＭＰ２であり、レーザ光ＬにおけるＰ偏光を遮断し偏光成分をＳ偏光に統一（制限）するスリットパターンＳＰ２を含んでいる。このように、ステップＳ２（偏光成分制御部を設定する工程）では、レーザ光ＬにおけるＰ偏光又はＳ偏光を遮断するスリットパターンＳＰ１又はスリットパターンＳＰ２を、空間光変調器４の変調パターンとして設定する。なお、空間光変調器４の液晶層には、スリットパターン及び収差補正パターンが表示されてもよい。

つづいて、レーザ加工条件が入力され設定される（ステップＳ３）。レーザ加工条件とは、例えばレーザ光Ｌのエネルギー、パルスピッチ等の条件である。最後に、レーザ加工装置１によって、複数の仮想面１５のそれぞれに沿って複数の改質スポット１３が形成され、レーザ加工が実施される（ステップＳ４，レーザ光を出力する工程）。
［作用効果］

次に、本実施形態に係るレーザ加工装置１の作用効果について説明する。

本実施形態に係るレーザ加工装置１は、複屈折材料からなる対象物１１のレーザ加工を行うレーザ加工装置であって、レーザ光Ｌを出力する光源３と、光源３から出力されたレーザ光Ｌを変調する空間光変調器４と、レーザ光Ｌを対象物１１に向けて集光する集光レンズ５と、対象物１１においてＺ方向（光軸方向）の一点に集光するように、レーザ光Ｌの偏光成分を制御する、空間光変調器４の機能としての偏光成分制御部と、を備える。

本実施形態に係るレーザ加工装置１では、光源３から出力されたレーザ光が、空間光変調器４によって変調され、集光レンズ５によって対象物１１に集光される。そして、本レーザ加工装置１では、空間光変調器４の機能である偏光成分制御部によって、対象物１１の一点に集光するようにレーザ光Ｌの偏光成分が制御されている。通常、複屈折材料からなる半導体対象物にレーザ光を集光させた場合、入射光におけるＰ偏光成分とＳ偏光成分とで屈折率が互いに異なるため、図１１（ａ）に示されるように、半導体対象物の深さ方向において、互いに異なる位置にＰ偏光成分及びＳ偏光成分が集光する（集光点ＦＰが二点となる）。このことによって、半導体対象物において意図せず複数の打痕が形成されることとなり、半導体対象物において適切でない亀裂が生じ、スライシング等の加工の品質が低下するおそれがある。この点、本実施形態に係るレーザ加工装置１のように、空間光変調器４の機能である偏光成分制御部によって、対象物１１の一点に集光点ＦＰ（図１１（ｂ）参照）が形成されるようにレーザ光の偏光成分が制御されることにより、対象物１１において打痕が一つのみ形成されることとなり、対象物１１において予期せぬ（適切でない）亀裂が生じることを抑制することができる。このことで、スライシング等の加工の品質が低下することを抑制することができる。以上のように、本実施形態に係るレーザ加工装置１によれば、複屈折材料からなる半導体対象物に対するレーザ加工の品質を向上させることができる。

レーザ加工装置１において、光源３は、直線偏光であるレーザ光Ｌを出力し、空間光変調器４の機能である偏光成分制御部は、レーザ光Ｌの偏光成分を、Ｐ偏光又はＳ偏光のいずれか一方に統一する。上述したように、入射光にＰ偏光成分とＳ偏光成分とが含まれている場合には互いに異なる位置にＰ偏光成分及びＳ偏光成分が集光してしまうところ、偏光成分制御部によってレーザ光Ｌの偏光成分がＰ偏光又はＳ偏光のいずれか一方に統一されることによって、集光点ＦＰを適切に一点とすることができる。

レーザ加工装置１において、空間光変調器４の機能である偏光成分制御部は、レーザ光におけるＰ偏光又はＳ偏光を遮断するスリット部を有していてもよい。Ｐ偏光又はＳ偏光が遮断されることにより、レーザ光の偏光成分をＰ偏光又はＳ偏光のいずれか一方に適切に統一することができ、集光点を適切に一点とすることができる。

レーザ加工装置１において、上述したスリット部は、空間光変調器４の変調パターンとして設定されるスリットパターンＳＰ１又はスリットパターンＳＰ２（図８参照）であってもよい。空間光変調器４の変調パターンとしてスリットパターンが設定されることにより、物理的なスリットを設けることなく、最低限のシンプルな構成で、集光点を適切に一点とすることができる。なお、レーザ加工装置１においては、空間光変調器４のスリットパターンではなく、物理的なスリットが設けられて、レーザ光におけるＰ偏光又はＳ偏光が遮断されてもよい。
［第２実施形態］

以下、図１２〜図１４を参照して、本発明の第２実施形態に係るレーザ加工装置１００及びレーザ加工方法について説明する。なお、以下では、第１実施形態と異なる点を主に説明し、第１実施形態と重複する説明を省略する。

図１２は、第２実施形態に係るレーザ加工装置１００の構成図である。レーザ加工装置１００は、第１実施形態に係るレーザ加工装置１と基本構成が概ね同様であるが、レーザ加工装置１の構成に加えて、軸対称偏光素子１５０（変換素子）を備えている。

軸対称偏光素子１５０は、図１２に示されるように、光路上、詳細には、空間光変調器４の下流且つ集光レンズ５の上流に配置されている。空間光変調器４には直線偏光が入力される必要があるため、軸対称偏光素子１５０は、空間光変調器４よりも下流に配置される必要がある。軸対称偏光素子１５０は、偏光成分制御部として機能する構成であり、レーザ光Ｌの直線偏光をラジアル偏光（放射状偏光）又はアジマス偏光（同心円状偏光）に変換する変換素子（偏光コンバータ）である。

図１３は、軸対称偏光素子１５０による偏光分布の変調を説明する図である。図１３には、軸対称偏光素子１５０の例として、軸対称偏光素子１５０ａと軸対称偏光素子１５０ｂとが示されている。軸対称偏光素子１５０ａは、レーザ光Ｌの直線偏光（図１３に示すInput）をラジアル偏光（図１３に示すOutputの上図）に変換する変換素子である。軸対称偏光素子１５０ｂは、レーザ光Ｌの直線偏光（図１３に示すInput）をアジマス偏光（図１３に示すOutputの下図）に変換する変換素子である。軸対称偏光素子１５０としては、従来より周知の構成を用いることができ、例えば、軸方位が１５度ずつ異なる１／２波長板を１枚の石英板上に設けた部材を用いることができる。軸対称偏光素子１５０を９０度回転させることによって、ラジアル偏光への変換とアジマス偏光への変換とを切り替えることができる。

上述したレーザ加工装置１００を用いたレーザ加工方法の一例について、図１４を参照して説明する。図１４は、第２実施形態に係るレーザ加工方法の各工程を示す図である。

図１４に示されるように、第２実施形態に係るレーザ加工方法では、まず、ステージ２に対象物１１がセット（載置）される（ステップＳ１１，半導体対象物を載置する工程）。

つづいて、光路上の所定の位置（空間光変調器４の下流且つ集光レンズ５の上流）に、直線偏光をラジアル偏光又はアジマス偏光に変換する軸対称偏光素子１５０が取り付けられる（ステップＳ１２，偏光成分制御部を設定する工程）。

つづいて、空間光変調器４の液晶層に収差補正パターンが表示されると共に、レーザ加工条件が入力されて設定される（ステップＳ１３）。最後に、レーザ加工装置１によって、複数の仮想面１５のそれぞれに沿って複数の改質スポット１３が形成され、レーザ加工が実施される（ステップＳ１４，レーザ光を出力する工程）。

上述したレーザ加工装置１００によれば、軸対称偏光素子１５０によってレーザ光Ｌの直線偏光がラジアル偏光又はアジマス偏光に変換される。ラジアル偏光は、Ｐ偏光で対象物１１に入射する。また、アジマス偏光は、Ｓ偏光で対象物１１に入射する。このため、直線偏光がラジアル偏光又はアジマス偏光に変換されることにより、レーザ光Ｌの偏光成分をＰ偏光又はＳ偏光に適切に統一することができ、集光点を適切に一点とすることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、偏光成分制御部は、光軸方向の一点に集光するようにレーザ光の偏光成分を制御するものであればよく、必ずしもレーザ光の偏光成分をＰ偏光又はＳ偏光のいずれか一方に統一するものでなくてもよい。

１，１００…レーザ加工装置、２…ステージ、３…光源（レーザ出力部）、４…空間光変調器、５…集光レンズ、１１…対象物（半導体対象物）、１５０…軸対称偏光素子（変換素子）、Ｌ…レーザ光、ＳＰ１，ＳＰ２…スリットパターン。

Claims (9)

1. 複屈折材料からなる半導体対象物にレーザ光を照射して前記半導体対象物のレーザ加工を行うレーザ加工装置であって、
   前記レーザ光を出力するレーザ出力部と、
   前記レーザ出力部から出力された前記レーザ光を変調する空間光変調器と、
   前記レーザ光を前記半導体対象物に向けて集光する集光レンズと、
   前記半導体対象物において光軸方向の一点に集光するように、前記レーザ光の偏光成分を制御する偏光成分制御部と、を備えるレーザ加工装置。
2. 前記レーザ出力部は、直線偏光である前記レーザ光を出力し、
   前記偏光成分制御部は、前記レーザ光の偏光成分を、Ｐ偏光又はＳ偏光のいずれか一方に統一する、請求項１記載のレーザ加工装置。
3. 前記偏光成分制御部は、直線偏光をラジアル偏光又はアジマス偏光に変換する変換素子を有する、請求項２記載のレーザ加工装置。
4. 前記偏光成分制御部は、前記レーザ光におけるＰ偏光又はＳ偏光を遮断するスリット部を有する、請求項２記載のレーザ加工装置。
5. 前記スリット部は、前記空間光変調器の変調パターンとして設定されるスリットパターンである、請求項４記載のレーザ加工装置。
6. 前記複屈折材料は、面方位００１の１軸性結晶材料である、請求項１〜５のいずれか一項記載のレーザ加工装置。
7. 複屈折材料からなる半導体対象物にレーザ光を照射して前記半導体対象物のレーザ加工を行うレーザ加工方法であって、
   ステージに前記半導体対象物を載置する工程と、
   前記半導体対象物において光軸方向の一点に集光するように前記レーザ光の偏光成分を制御する偏光成分制御部を設定する工程と、
   前記レーザ光を出力する工程と、を含むレーザ加工方法。
8. 前記レーザ光を出力する工程では、直線偏光である前記レーザ光を出力し、
   前記偏光成分制御部を設定する工程では、直線偏光をラジアル偏光又はアジマス偏光に変換する変換素子を光路上に配置する、請求項７記載のレーザ加工方法。
9. 前記偏光成分制御部を設定する工程では、前記レーザ光におけるＰ偏光又はＳ偏光を遮断するスリットパターンを、前記レーザ光を変調する空間光変調器の変調パターンとして設定する、請求項７記載のレーザ加工方法。

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