JP2023110715A - レーザ光照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ光源から出射されたレーザ光を効率良く対象物に照射することができるレーザ光照射装置を提供すること。【解決手段】レーザ光照射装置１はレーザ光２１を出射するレーザ光源２３とレーザ光２１をｓ偏光２１１の第一のレーザ光２１－１とｐ偏光２１２の第二のレーザ光２１－２に分離する第一の偏光ビームスプリッタ２４－１と第一のレーザ光２１－１を位相パターンに応じて変調して出射する第一の空間光変調器２５－１と第二のレーザ光２１－２を位相パターンに応じて変調して出射する第二の空間光変調器２５－２と第一の空間光変調器２５－１から出射された第一のレーザ光２１－１と第二の空間光変調器２５－２から出射された第二のレーザ光２１－２を合成させる第二の偏光ビームスプリッタ２４－２と合成されたレーザ光２１を結像して対象物２００へと照射する結像ユニット２７とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、レーザ光照射装置に関する。

レーザ光を対象物に照射するレーザ光照射装置（例えば特許文献１、２参照）が知られている。このようなレーザ光照射装置において、レーザ光源で発生させたレーザ光は、空間光変調器により変調された後、対物レンズによって対象物に集光される。

特開２０１１－５１０１１号公報 特開２０２１－１０２２１７号公報

上述したレーザ光照射装置では、対象物に照射されるレーザ光のエネルギーを増大させることで、レーザ光の分岐数を増やして効率良く加工したり、エネルギー密度を保ったまま被照射領域を増やすことが可能となるため、レーザ光源の高出力化が強く望まれている。

ところで、高出力のレーザ光源は、通常ランダム偏光で提供される。また、空間光変調器に入射するレーザ光は直線偏光である必要がある。

従って、高出力のレーザ光源を上記のレーザ光照射装置に適用する場合、レーザ光源から出射したレーザ光を偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ：Polarizing Beam Splitter）に入射することでｐ偏光とｓ偏光とに分離し、一方の偏光成分のレーザ光を空間光変調器へと導いて変調させた後、対象物に照射することとなる。

この際、レーザ光照射装置は、他方の偏光成分のレーザ光を使用されず捨ててしまうため、対象物に照射されるレーザ光のエネルギーが半減してしまい、レーザ光を効率良く使用できていないという課題が存在していた。

本発明は、上記事実に鑑みてなされたものであり、レーザ光源から出射されたレーザ光を効率良く対象物に照射することができるレーザ光照射装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のレーザ光照射装置は、レーザ光を対象物に照射するレーザ光照射装置であって、該レーザ光を出射するレーザ光源と、該レーザ光源から出射したレーザ光の偏光成分をｐ偏光とｓ偏光に分離する第一の偏光ビームスプリッタと、該第一の偏光ビームスプリッタによって分離された一方の偏光成分を入射させ、入射した該レーザ光を位相パターンに応じて変調して出射する第一の空間光変調器と、該第一の偏光ビームスプリッタによって分離された他方の偏光成分を入射させ、入射した該レーザ光を位相パターンに応じて変調して出射する第二の空間光変調器と、該第一の空間光変調器から出射されたレーザ光を透過し、該第二の空間光変調器から出射されたレーザ光を反射させることで、該第一の空間光変調器から出射されたレーザ光と該第二の空間光変調器から出射されたレーザ光を合成させる第二の偏光ビームスプリッタと、該第二の偏光ビームスプリッタによって合成されたレーザ光を結像して該対象物へと照射する結像ユニットと、を備えることを特徴とする。

前記レーザ光照射装置において、該第一の偏光ビームスプリッタと該第一の空間光変調器の間に配設される第一の１／２波長板と、該第一の偏光ビームスプリッタと該第二の空間光変調器の間に配設される第二の１／２波長板と、を更に備えても良い。

前記レーザ光照射装置において、該結像ユニットが、該第一の空間光変調器の結像機能及び該第二の空間光変調器の結像機能であっても良い。

本発明のレーザ光照射装置は、レーザ光を対象物に照射するレーザ光照射装置であって、該レーザ光を出射するレーザ光源と、該レーザ光源から出射したレーザ光の偏光成分をｐ偏光とｓ偏光に分離する偏光ビームスプリッタと、該偏光ビームスプリッタによって分離された一方の偏光成分を入射させ、入射した該レーザ光を位相パターンに応じて変調して出射する第一の空間光変調器と、該偏光ビームスプリッタによって分離された他方の偏光成分を入射させ、入射した該レーザ光を位相パターンに応じて変調して出射する第二の空間光変調器と、該第一の空間光変調器から出射されたレーザ光を結像して該対象物へと照射する第一の結像ユニットと、該第二の空間光変調器から出射されたレーザ光を結像して該対象物へと照射する第二の結像ユニットと、を備えることを特徴とする。

前記レーザ光照射装置において、該第一の結像ユニットが、該第一の空間光変調器の結像機能であり、該第二の結像ユニットが、該第二の空間光変調器の結像機能であっても良い。

本発明は、レーザ光源から出射されたレーザ光を効率良く対象物に照射することができるという効果を奏する。

図１は、実施形態１に係るレーザ光照射装置の構成例を示す斜視図である。 図２は、図１に示されたレーザ光照射装置のレーザ光照射ユニット等の構成を模式的に示す図である。 図３は、実施形態２に係るレーザ光照射装置のレーザ光照射ユニット等の構成を模式的に示す図である。 図４は、実施形態３に係るレーザ光照射装置のレーザ光照射ユニット等の構成を模式的に示す図である。 図５は、実施形態１の変形例に係るレーザ光照射装置のレーザ光照射ユニット等の構成を模式的に示す図である。 図６は、実施形態２の変形例に係るレーザ光照射装置のレーザ光照射ユニット等の構成を模式的に示す図である。 図７は、実施形態３の変形例に係るレーザ光照射装置のレーザ光照射ユニット等の構成を模式的に示す図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

〔実施形態１〕
本発明の実施形態１に係るレーザ光照射装置１を図面に基づいて説明する。図１は、実施形態１に係るレーザ光照射装置の構成例を示す斜視図である。図２は、図１に示されたレーザ光照射装置のレーザ光照射ユニット等の構成を模式的に示す図である。

（対象物）
実施形態１に係る図１に示すレーザ光照射装置１は、レーザ光２１を対象物２００に照射する加工装置である。実施形態１に係るレーザ光照射装置１の加工対象の対象物２００は、例えば矩形状の基板２０１と、基板２０１上に複数配置された半導体チップ２０２とを備える。対象物２００は、半導体チップ２０２の接続用のバンプ２０３（図２に示す）がレーザ光２１によりリフローされることにより、半導体チップ２０２が基板２０１にフリップチップ実装されるものである。実施形態１では、基板２０１は、例えば、ＰＣＢ基板（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）又は、チップに分割される前のデバイスウェーハ等である。

実施形態１では、対象物２００は、基板２０１上にバンプ２０３を介して半導体チップ２０２が複数配置されているものであるが、本発明では、半導体チップ２０２が複数積層され、各半導体チップ２０２間にバンプ２０３が設けられたものでも良く、複数枚のデバイスウェーハを積層して、複数のデバイスウェーハをバンプにより接合するウェーハオンウェーハ（ｗａｆｅｒ ｏｎ ｗａｆｅｒ）でも良い。

（レーザ光照射装置）
図１に示されたレーザ光照射装置１は、対象物２００の基板２０１をチャックテーブル１０に保持し、チャックテーブル１０に保持された対象物２００の基板２０１上の半導体チップ２０２にレーザ光２１を照射して、バンプ２０３をリフローして、基板２０１に半導体チップ２０２を実装する加工装置である。レーザ光照射装置１は、図１に示すように、対象物２００を保持するチャックテーブル１０と、チャックテーブル１０に保持された対象物２００にレーザ光２１を照射するレーザ光照射ユニット２０と、移動ユニット３０と、撮像ユニット４０と、制御ユニット１００とを有する。

チャックテーブル１０は、対象物２００を水平方向と平行な保持面１１で保持するものである。また、チャックテーブル１０は、移動ユニット３０の回転移動ユニット３３により保持面１１に対して直交しかつ鉛直方向と平行なＺ軸方向と平行な軸心回りに回転される。チャックテーブル１０は、回転移動ユニット３３とともに、移動ユニット３０のＸ軸移動ユニット３１により水平方向と平行なＸ軸方向に移動されかつＹ軸移動ユニット３２により水平方向と平行でかつＸ軸方向と直交するＹ軸方向に移動される。チャックテーブル１０は、移動ユニット３０によりレーザ光照射ユニット２０の下方の加工領域と、レーザ光照射ユニット２０の下方から離れて対象物２００が搬入、搬出される搬入出領域とに亘って移動される。

レーザ光照射ユニット２０は、チャックテーブル１０の保持面１１に保持された対象物２００に対して、少なくとも半導体チップ２０２（即ち、対象物２００）が吸収性を有するレーザ光２１を照射するレーザ光照射手段である。実施形態１では、レーザ光照射ユニット２０の加工ヘッド２２は、図１に示すように、装置本体２から立設した立設壁３に基端が支持されたアーム部４の先端に配置されている。

レーザ光照射ユニット２０は、図２に示すように、レーザ光２１を出射するレーザ光源２３と、第一の偏光ビームスプリッタ２４－１と、第一の空間光変調器２５－１と、第二の空間光変調器２５－２と、第二の偏光ビームスプリッタ２４－２と、リレー光学系２６と、結像ユニット２７とを備える。

また、レーザ光源２３は、偏光成分がｓ偏光２１１とｐ偏光２１２を含むレーザ光２１を出射する。なお、図２は、レーザ光２１の光路の各位置の偏光成分を適宜記載している。

第一の偏光ビームスプリッタ２４－１は、レーザ光源２３から出射したレーザ光２１の偏光成分をｐ偏光２１２とｓ偏光２１１とに分離するものである。第一の偏光ビームスプリッタ２４－１は、レーザ光２１の偏光成分を分離する偏光ビームスプリッタである。実施形態１では、第一の偏光ビームスプリッタ２４－１は、レーザ光源２３から出射したレーザ光２１のうちの偏光成分がｓ偏光２１１のレーザ光２１を反射するとともに、レーザ光源２３から出射したレーザ光２１のうちの偏光成分がｐ偏光２１２のレーザ光２１を透過して、レーザ光源２３から出射したレーザ光２１をｓ偏光２１１のレーザ光２１と、ｐ偏光２１２のレーザ光２１とに分離する。なお、以下、第一の偏光ビームスプリッタ２４－１が反射するレーザ光２１を第一のレーザ光２１－１と記し、第一の偏光ビームスプリッタ２４－１が透過するレーザ光２１を第二のレーザ光２１－２と記す。

なお、実施形態１では、第一の偏光ビームスプリッタ２４－１が反射したｓ偏光２１１の第一のレーザ光２１－１は、第一の１／２波長板２８－１を透過して、偏光方向が回転され、偏光成分がｐ偏光２１２に変更される。また、実施形態１では、第一の偏光ビームスプリッタ２４－１を透過したｐ偏光２１２の第二のレーザ光２１－２は、ミラ－２９により反射された後、第二の１／２波長板２８－２を透過して、偏光成分がｓ偏光２１１に変更される。

１／２波長板２８－１，２８－２は、レーザ光２１－１，２１－２の偏光成分をｓ偏光２１１からｐ偏光２１２、及びｐ偏光２１２からｓ偏光２１１にするものである。即ち、実施形態１では、レーザ光照射ユニット２０は、第一の偏光ビームスプリッタ２４－１と第一の空間光変調器２５－１との間に配設される第一の１／２波長板２８－１と、第一の偏光ビームスプリッタ２４－１と第二の空間光変調器２５－２との間に配設される第一の１／２波長板２８－１と、を更に備える。しかしながら、本発明では、レーザ光照射ユニット２０は、１／２波長板２８－１，２８－２の双方を備えなくても良い。

第一の空間光変調器２５－１は、第一の偏光ビームスプリッタ２４－１によって分離されて第一の１／２波長板２８－１により偏光成分が変更された一方の偏光成分であるｐ偏光２１２の第一のレーザ光２１－１を入射させ、入射した第一のレーザ光２１－１を位相パターンに応じて変調して出射するものである。実施形態１では、第一の空間光変調器２５－１は、第一のレーザ光２１－１の光学的特性を変調して出射する所謂ＬＣＯＳ－ＳＬＭ（Liquid Crystal On Silicon-Spatial Light Modulator）である。

実施形態１において、第一の空間光変調器２５－１は、第一のレーザ光２１－１の光学的特性を変調する位相パターンを表示する表示面２５１を有し、位相パターンを表示した表示面２５１に第一のレーザ光２１－１を反射させることで、第一のレーザ光２１－１の光学的特性を変調する。表示面２５１は、液晶表示装置（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）により構成されている。

実施形態１において、第一の空間光変調器２５－１は、表示面２５１を構成する液晶表示装置の配光方向が入射する第一のレーザ光２１－１の偏光成分であるｐ偏光２１２に応じた向きとなるように配置される。第一の空間光変調器２５－１は、第一のレーザ光２１－１を表示面２５１で反射して第二の偏光ビームスプリッタ２４－２に向けて出射する。

第二の空間光変調器２５－２は、第一の偏光ビームスプリッタ２４－１によって分離されて第二の１／２波長板２８－２により偏光成分が変更された他方の偏光成分であるｓ偏光２１１の第二のレーザ光２１－２を入射させ、入射した第二のレーザ光２１－２を位相パターンに応じて変調して出射するものである。実施形態１では、第二の空間光変調器２５－２は、第一のレーザ光２１－１の光学的特性を変調して出射する所謂ＬＣＯＳ－ＳＬＭ（Liquid Crystal On Silicon-Spatial Light Modulator）である。

実施形態１において、第二の空間光変調器２５－２は、第二のレーザ光２１－２の光学的特性を変調する位相パターンを表示する表示面２５２を有し、位相パターンを表示した表示面２５２に第二のレーザ光２１－２を反射させることで、第二のレーザ光２１－２の光学的特性を変調する。表示面２５２は、液晶表示装置（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）により構成されている。

実施形態１において、第二の空間光変調器２５－２は、表示面２５２を構成する液晶表示装置の配光方向が入射する第二のレーザ光２１－２の偏光成分であるｓ偏光２１１に応じた向きとなるように配置される。第二の空間光変調器２５－２は、第二のレーザ光２１－２を表示面２５２で反射して第二の偏光ビームスプリッタ２４－２に向けて出射する。

第二の偏光ビームスプリッタ２４－２は、第一の空間光変調器２５－１から出射された第一のレーザ光２１－１を透過し、第二の空間光変調器２５－２から出射された第二のレーザ光２１－２を反射させることで、第一の空間光変調器２５－１から出射された第一のレーザ光２１－１と第二の空間光変調器２５－２から出射された第二のレーザ光２１－２とを合成させて、合成後の偏光成分がｐ偏光２１２とｓ偏光２１１を含むレーザ光２１を出射するものである。なお、レーザ光２１は、空間光変調器２５－１，２５－２により対象物２００に照射されるのに適した光学的特性に変調されたレーザ光である。

実施形態１では、第二の偏光ビームスプリッタ２４－２は、合成したレーザ光２１をリレー光学系２６に向けて出射する。

リレー光学系２６は、少なくとも１つ以上の周知のレンズ等の光学部品を備え、第二の偏光ビームスプリッタ２４－２が出射したレーザ光２１を結像ユニット２７に向けて出射するものである。

結像ユニット２７は、第二の偏光ビームスプリッタ２４－２により合成されたレーザ光２１を結像してチャックテーブル１０の保持面１１に保持された対象物２００へと照射するものである。結像ユニット２７は、レーザ光２１をチャックテーブル１０の保持面１１に保持された対象物２００の半導体チップ２０２に結像する結像レンズ２７１と、図示しないレンズ移動ユニットとを備える。

結像レンズ２７１は、例えば、加工ヘッド２２内に配置され、鉛直方向と平行なＺ軸方向に沿って、チャックテーブル１０の保持面１１と対向する位置に配置されている。結像レンズ２７１は、チャックテーブル１０に保持された対象物２００に対してレーザ光２１を結像して照射する結像素子である。

レンズ移動ユニットは、結像レンズ２７１とチャックテーブル１０に保持された対象物２００とのＺ軸方向の距離を変更するものである。実施形態１では、レンズ移動ユニットは、結像レンズ２７１をＺ軸方向と平行なレーザ光２１の光軸に沿って移動させることで、結像レンズ２７１とチャックテーブル１０に保持された対象物２００との距離をレーザ光２１の光軸に沿って相対的に変更させる。実施形態１では、レンズ移動ユニットは、軸心回りに回転自在に設けられかつＺ軸方向と平行な周知のボールねじ、ボールねじを軸心回りに回転させる周知のパルスモータ、結像レンズ２７１をＺ軸方向に移動自在に支持する周知のガイドレールを備える。

また、実施形態１において、レーザ光照射ユニット２０は、第一のレーザ光２１－１の共役面３０１と第二のレーザ光２１－２の共役面３０２とが一致するように調整されている。また、第一のレーザ光２１－１と第二のレーザ光２１－２の共役面３０１，３０２を一致させるためには、第一のレーザ光２１－１の光路長と第二のレーザ光２１－２の光路長が一致する長さとなるように光学系を構成してもよく、第一の空間光変調器２５－１と第二の空間光変調器２５－２に表示させる位相パターンを制御することで共役面３０１，３０２を一致させてもよい。なお、実施形態１では、共役面３０１，３０２は、第二の偏光ビームスプリッタ２４－２とリレー光学系２６との間に形成される。

レーザ光照射ユニット２０は、チャックテーブル１０に保持された対象物２００に対して、対象物２００の少なくとも半導体チップ２０２が吸収性を有する波長のレーザ光２１を照射して、半導体チップ２０２を加熱し、バンプ２０３をリフローして、半導体チップ２０２を基板２０１に実装（接合固定）する。

移動ユニット３０は、チャックテーブル１０とレーザ光照射ユニット２０の加工ヘッド２２とをＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向と平行な軸心回りに相対的に移動させるものである。Ｘ軸方向及びＹ軸方向は、互いに直交し、かつ保持面１１（即ち水平方向）と平行な方向である。移動ユニット３０は、チャックテーブル１０をＸ軸方向に移動させる加工送りユニットであるＸ軸移動ユニット３１と、チャックテーブル１０をＹ軸方向に移動させる割り出し送りユニットであるＹ軸移動ユニット３２と、チャックテーブル１０をＺ軸方向と平行な軸心回りに回転する回転移動ユニット３３とを備えている。

Ｙ軸移動ユニット３２は、チャックテーブル１０と、レーザ光照射ユニット２０の加工ヘッド２２とをＹ軸方向に相対的に移動する割り出し送りユニットである。実施形態１では、Ｙ軸移動ユニット３２は、レーザ光照射装置１の装置本体２上に設置されている。Ｙ軸移動ユニット３２は、Ｘ軸移動ユニット３１を支持した移動プレート５をＹ軸方向に移動自在に支持している。

Ｘ軸移動ユニット３１は、チャックテーブル１０と、レーザ光照射ユニット２０の加工ヘッド２２とをＸ軸方向に相対的に移動する加工送りユニットである。Ｘ軸移動ユニット３１は、移動プレート５上に設置されている。Ｘ軸移動ユニット３１は、チャックテーブル１０をＺ軸方向と平行な軸心回りに回転する回転移動ユニット３３を支持した第２移動プレート６をＸ軸方向に移動自在に支持している。第２移動プレート６は、回転移動ユニット３３、チャックテーブル１０を支持している。回転移動ユニット３３は、チャックテーブル１０を支持している。

Ｘ軸移動ユニット３１、及びＹ軸移動ユニット３２は、軸心回りに回転自在に設けられた周知のボールねじ、ボールねじを軸心回りに回転させる周知のパルスモータ、移動プレート５，６をＸ軸方向、又はＹ軸方向に移動自在に支持する周知のガイドレールを備える。回転移動ユニット３３は、チャックテーブル１０を軸心回りに回転するモータ等を備える。

また、レーザ光照射装置１は、チャックテーブル１０のＸ軸方向の位置を検出するための図示しないＸ軸方向位置検出ユニットと、チャックテーブル１０のＹ軸方向の位置を検出するための図示しないＹ軸方向位置検出ユニットと、レーザ光照射ユニット２０のＺ軸方向の位置を検出するための図示しないＺ軸方向位置検出ユニットを備える。各位置検出ユニットは、検出結果を制御ユニット１００に出力する。

また、レーザ光照射装置１は、レーザ光照射ユニット２０の結像レンズ２７１のＺ軸方向の位置を検出するための図示しないレンズ位置検出ユニットを備える。レンズ位置検出ユニットは、検出結果を制御ユニット１００に出力する。

撮像ユニット４０は、チャックテーブル１０に保持された対象物２００を撮像するものである。撮像ユニット４０は、対物レンズがＺ軸方向に対向するものを撮像するＣＣＤ（Charge Coupled Device）撮像素子又はＣＭＯＳ（Complementary MOS）撮像素子等の撮像素子を備えている。実施形態１では、撮像ユニット４０は、図１に示すように、アーム部４の先端に配置されている。

撮像ユニット４０は、撮像素子が撮像した画像を取得し、取得した画像を制御ユニット１００に出力する。また、撮像ユニット４０は、チャックテーブル１０の保持面１１に保持された対象物２００を撮像して、対象物２００とレーザ光照射ユニット２０の結像レンズ２７１との位置合わせを行うアライメントを遂行するための画像を取得する。

また、レーザ光照射装置１は、温度検出器５０と、押圧部材６０等を備えている。温度検出器５０は、チャックテーブル１０の保持面１１に保持された対象物２００の温度を検出するものである。温度検出器５０は、例えば、赤外線カメラを有して構成される。温度検出器５０は、検出した対象物２００の温度を示す情報を制御ユニット１００に出力する。実施形態１において、温度検出器５０は、アーム部４の先端の撮像ユニット４０とＸ軸方向に並ぶ位置に配置されている。

押圧部材６０は、下面６１でチャックテーブル１０に保持された対象物２００の半導体チップ２０２をチャックテーブル１０の保持面１１に向けて押圧するものである。押圧部材６０は、アーム部４とチャックテーブル１０との間に配置され、下面６１が水平方向に沿って平坦に形成されている。押圧部材６０は、レーザ光２１を透過する材料（例えば、石英ガラス等）により構成される。押圧部材６０は、アーム部４に取り付けられた昇降ユニット６２によりＺ軸方向に沿って昇降される。

制御ユニット１００は、レーザ光照射装置１の上述した各構成要素をそれぞれ制御して、対象物２００に対する加工動作をレーザ光照射装置１に実施させるものである。なお、制御ユニット１００は、ＣＰＵ（central processing unit）のようなマイクロプロセッサを有する演算処理装置と、ＲＯＭ（read only memory）又はＲＡＭ（random access memory）のようなメモリを有する記憶装置と、入出力インターフェース装置とを有するコンピュータである。制御ユニット１００の演算処理装置は、記憶装置に記憶されているコンピュータプログラムに従って演算処理を実施して、レーザ光照射装置１を制御するための制御信号を入出力インターフェース装置を介してレーザ光照射装置１の上述した構成要素に出力して、制御ユニット１００の機能を実現する。

また、レーザ光照射装置１は、加工動作の状態や画像などを表示する液晶表示装置などにより構成される表示手段である表示ユニットと、オペレータが加工条件などを入力する際に用いる入力手段である入力ユニット等を備えている。表示ユニット及び入力ユニットは、制御ユニット１００に接続している。入力ユニットは、表示ユニットに設けられたタッチパネルと、キーボード等の外部入力装置との少なくとも一方により構成される。

次に、前述した構成のレーザ光照射装置１の加工動作を説明する。レーザ光照射装置１は、制御ユニット１００がオペレータにより入力された加工条件を受け付けて登録し、対象物２００が搬入出領域に位置付けられたチャックテーブル１０の保持面１１に載置される。レーザ光照射装置１は、オペレータからの加工動作の開始指示を制御ユニット１００が受け付けると、加工動作を開始する。

加工動作では、レーザ光照射装置１は、制御ユニット１００が移動ユニット３０を制御してチャックテーブル１０を加工領域に移動し、撮像ユニット４０でチャックテーブル１０に吸引保持された対象物２００を撮像して画像を取得して、アライメントを遂行する。加工動作では、レーザ光照射装置１は、制御ユニット１００が移動ユニット３０及びレーザ光照射ユニット２０を制御して、加工条件通りにレーザ光照射ユニット２０の加工ヘッド２２とチャックテーブル１０とを相対的に移動させながら対象物２００の半導体チップ２０２にレーザ光２１を照射して、バンプ２０３をリフローして、半導体チップ２０２を基板２０１に接合する。

なお、実施形態１において、加工動作では、レーザ光照射装置１は、半導体チップ２０２にレーザ光２１を照射する際に、昇降ユニット６２により押圧部材６０を下降して、押圧部材６０の下面６１でチャックテーブル１０上の対象物２００の半導体チップ２０２をチャックテーブル１０の保持面１１に向けて押圧し、押圧部材６０越しにレーザ光２１を対象物２００に照射する。また、実施形態１において、加工動作では、レーザ光照射装置１は、制御ユニット１００が温度検出器５０の検出結果に基づいて半導体チップ２０２等の損傷を抑制するようにレーザ光２１のレーザパワー密度等を変更しても良い。

また、実施形態１では、加工動作では、レーザ光照射装置１は、一度に一つの半導体チップ２０２にレーザ光２１を照射するが、本発明では、一度に複数の半導体チップ２０２にレーザ光２１を照射しても良い。レーザ光照射装置１は、チャックテーブル１０に保持された対象物２００の全ての半導体チップ２０２にレーザ光２１を照射して、基板２０１に接合すると、加工動作を終了する。

以上、説明した実施形態１に係るレーザ光照射装置１は、第一の偏光ビームスプリッタ２４－１によりレーザ光２１をｓ偏光２１１の第一のレーザ光２１－１とｐ偏光２１２の第二のレーザ光２１－２とに分離した後、それぞれの偏光成分のレーザ光２１－１，２１－２を異なる空間光変調器２５－１，２５－２に入射し、空間光変調器２５－１，２５－２で変調されたレーザ光２１－１，２１－２を第二の偏光ビームスプリッタ２４－２により合成して、対象物２００に照射する。その結果、実施形態１に係るレーザ光照射装置１は、対象物２００に照射されるレーザ光２１のエネルギーが半減することを抑制でき、レーザ光源２３から出射されたレーザ光２１を効率良く対象物２００に照射することが可能となるという効果を奏する。

〔実施形態２〕
実施形態２に係るレーザ光照射装置１を図面に基づいて説明する。図３は、実施形態２に係るレーザ光照射装置のレーザ光照射ユニット等の構成を模式的に示す図である。なお、図３は、実施形態１と同一部分に同一符号を付して説明を省略し、図２と同様にレーザ光２１の光路の各位置の偏光成分を適宜記載している。実施形態２に係るレーザ光照射装置１は、レーザ光照射ユニット２０の構成以外、実施形態１と同じである。

実施形態２に係るレーザ光照射装置１のレーザ光照射ユニット２０－１は、図３に示すように、レーザ光２１を出射するレーザ光源２３と、偏光ビームスプリッタ２４と、第一の空間光変調器２５－１と、第二の空間光変調器２５－２と、第一のリレー光学系２６－１と、第二のリレー光学系２６－２と、第一の結像ユニット２７－１と、第二の結像ユニット２７－２とを備える。

実施形態２では、偏光ビームスプリッタ２４は、実施形態１の第一の偏光ビームスプリッタ２４－１と構成が同じである。実施形態２では、偏光ビームスプリッタ２４は、レーザ光源２３から出射したレーザ光２１のうちの偏光成分がｓ偏光２１１のレーザ光２１を第一の空間光変調器２５－１に向けて反射するとともに、偏光成分がｐ偏光２１２の第二のレーザ光２１－２を透過して、レーザ光２１をｓ偏光２１１の第一のレーザ光２１－１とｐ偏光２１２の第二のレーザ光２１－２とに分離する。

なお、実施形態２では、偏光ビームスプリッタ２４が反射したｓ偏光２１１の第一のレーザ光２１－１は、第一の空間光変調器２５－１の表示面２５１に照射される。また、実施形態２では、偏光ビームスプリッタ２４が透過したｐ偏光２１２の第二のレーザ光２１－２は、ミラー２９により反射された後、第二の空間光変調器２５－２の表示面２５２に照射される。

第一の空間光変調器２５－１は、偏光ビームスプリッタ２４によって分離された一方の偏光成分であるｓ偏光２１１の第一のレーザ光２１－１を入射させ、入射した第一のレーザ光２１－１を位相パターンに応じて変調して出射する所謂ＬＣＯＳ－ＳＬＭである。 実施形態２において、第一の空間光変調器２５－１は、第一のレーザ光２１－１を表示面２５１で反射して、第一のレーザ光２１－１の光学的特性を変調して、第一のリレー光学系２６－１に向けて出射する。

第二の空間光変調器２５－２は、偏光ビームスプリッタ２４によって分離された他方の偏光成分であるｐ偏光２１２の第二のレーザ光２１－２を入射させ、入射した第二のレーザ光２１－２を位相パターンに応じて変調して出射する所謂ＬＣＯＳ－ＳＬＭである。実施形態２において、第二の空間光変調器２５－２は、第二のレーザ光２１－２を表示面２５２で反射して、第二のレーザ光２１－２の光学的特性を変調して出射する。なお、実施形態２では、第二の空間光変調器２５－２により光学的特性が変更された第二のレーザ光２１－２は、ミラー２９－１により第二のリレー光学系２６－２に向けて反射される。

第一のリレー光学系２６－１は、第一の空間光変調器２５－１により光学的特性が変調された第一のレーザ光２１－１を第一の結像ユニット２７－１に向けて出射するものである。第二のリレー光学系２６－２は、第二の空間光変調器２５－２により光学的特性が変調された第二のレーザ光２１－２を第二の結像ユニット２７－２に向けて出射するものである。リレー光学系２６－１，２６－２は、実施形態１のリレー光学系２６と同様に、少なくとも１つ以上の周知のレンズ等の光学部品を備えている。

第一の結像ユニット２７－１は、第一の空間光変調器２５－１から出射された第一のレーザ光２１－１を結像してチャックテーブル１０の保持面１１に保持された対象物２００へと照射するものである。第二の結像ユニット２７－２は、第二の空間光変調器２５－２から出射された第二のレーザ光２１－２を結像してチャックテーブル１０の保持面１１に保持された対象物２００へと照射するものである。なお、結像ユニット２７－１，２７－２は、偏光ビームスプリッタ２４によりレーザ光２１から分離された互いに独立したレーザ光２１－１，２１－２をチャックテーブル１０の保持面１１に保持された対象物２００へと結像する。即ち、実施形態２では、レーザ光照射ユニット２０は、一度に２本のレーザ光２１－１，２１－２を対象物２００に照射する。

各結像ユニット２７－１，２７－２は、実施形態１の結像ユニット２７と同様に、レーザ光２１－１，２１－２をチャックテーブル１０の保持面１１に保持された対象物２００の半導体チップ２０２に結像する結像レンズ２７１と、図示しないレンズ移動ユニットとを備える。

結像レンズ２７１は、例えば、加工ヘッド２２内に配置され、鉛直方向と平行なＺ軸方向に沿って、チャックテーブル１０の保持面１１と対向する位置に配置されている。結像レンズ２７１は、チャックテーブル１０に保持された対象物２００に対してレーザ光２１－１，２１－２を結像して照射する結像素子である。

レンズ移動ユニットは、結像レンズ２７１とチャックテーブル１０に保持された対象物２００とのＺ軸方向の距離を変更するものである。実施形態１では、レンズ移動ユニットは、結像レンズ２７１をＺ軸方向と平行なレーザ光２１－１，２１－２の光軸に沿って移動させることで、結像レンズ２７１とチャックテーブル１０に保持された対象物２００との距離をレーザ光２１－１，２１－２の光軸に沿って相対的に変更させる。

また、実施形態２において、レーザ光照射ユニット２０は、第一のレーザ光２１－１の共役面３０１と第二のレーザ光２１－２の共役面３０２とが一致するように調整されている。また、第一のレーザ光２１－１の共役面３０１と第二のレーザ光２１－２の共役面３０２とを一致させるためには、第一のレーザ光２１－１の光路長と第二のレーザ光２１－２の光路長が一致する長さとなるように光学系を構成してもよく、第一の空間光変調器２５－１と第二の空間光変調器２５－２に表示させる位相パターンを制御することで共役面３０１，３０２を一致させてもよい。なお、実施形態２では、共役面３０１は、第一の空間光変調器２５－１と第一のリレー光学系２６－１との間に形成され、共役面３０２は、ミラー２９－１と第二のリレー光学系２６－２との間に形成される。また、本発明において、実施形態２では、共役面３０１，３０２を一致させなくても良く、第一のレーザ光２１－１を照射する対象物と、第二のレーザ光２１－２を照射する対象物の被照射領域に合わせてそれぞれ共役面３０１，３０２の位置を調整してもよい。

実施形態２において、レーザ光照射ユニット２０は、チャックテーブル１０に保持された対象物２００に対して、対象物２００の少なくとも半導体チップ２０２が吸収性を有する波長のレーザ光２１－１，２１－２を２本照射して、半導体チップ２０２を加熱し、バンプ２０３をリフローして、半導体チップ２０２を基板２０１に実装（接合固定）する。

実施形態２に係るレーザ光照射装置１は、偏光ビームスプリッタ２４によりレーザ光２１をｓ偏光２１１の第一のレーザ光２１－１とｐ偏光２１２の第二のレーザ光２１－２とに分離した後、それぞれの偏光成分のレーザ光２１－１，２１－２を異なる空間光変調器２５－１，２５－２に入射し、空間光変調器２５－１，２５－２で変調されたレーザ光２１－１，２１－２をそれぞれ対象物２００に照射する。その結果、実施形態２に係るレーザ光照射装置１は、対象物２００に照射されるレーザ光２１のエネルギーが半減することを抑制でき、レーザ光源２３から出射されたレーザ光２１を効率良く対象物２００に照射することが可能となるという効果を奏する。

〔実施形態３〕
実施形態３に係るレーザ光照射装置１を図面に基づいて説明する。図４は、実施形態３に係るレーザ光照射装置のレーザ光照射ユニット等の構成を模式的に示す図である。なお、図４は、実施形態２と同一部分に同一符号を付して説明を省略し、図２と同様にレーザ光２１の光路の各位置の偏光成分を適宜記載している。

実施形態３に係るレーザ光照射装置１のレーザ光照射ユニット２０－２は、第一のリレー光学系２６－１と第一の結像ユニット２７－１との間と、第二のリレー光学系２６－２と第二の結像ユニット２７－２との間との少なくとも一方に１／２波長板２８を配置する事以外、実施形態２と同じである。なお、１／２波長板２８の構成は、実施形態１の１／２波長板２８－１，２８－２の構成と同じである。

実施形態３に係るレーザ光照射装置１のレーザ光照射ユニット２０－２は、第二のリレー光学系２６－２と第二の結像ユニット２７－２との間に１／２波長板２８を配置している。１／２波長板２８は、第二のレーザ光２１－２の偏光成分をｐ偏光２１２からｓ偏光２１１に変更する。実施形態３に係るレーザ光照射装置１のレーザ光照射ユニット２０は、一度に２本のｓ偏光２１１のレーザ光２１－１，２１－２を対象物２００に照射する。

実施形態３に係るレーザ光照射装置１は、偏光ビームスプリッタ２４によりレーザ光２１をｓ偏光２１１の第一のレーザ光２１－１とｐ偏光２１２の第二のレーザ光２１－２とに分離した後、空間光変調器２５－１，２５－２で変調されたレーザ光２１－１，２１－２をそれぞれ対象物２００に照射するので、実施形態２と同様に、レーザ光源２３から出射されたレーザ光２１を効率良く対象物２００に照射することが可能となるという効果を奏する。

また、実施形態３に係るレーザ光照射装置１は、改質層等を形成するＳＤ（Stealth Dicing）加工のように偏光方向が加工結果に影響をおよぼす場合にも、２本のレーザ光２１－１，２１－２の偏光方向が揃っているので、好適に加工を施すことが可能となる。

なお、実施形態１、実施形態２及び実施形態３に係るレーザ光照射装置１は、対象物が透過性を有する波長のレーザ光を対象物の内部に集光させて、対象物の内部に改質層等を形成するＳＤ（Stealth Dicing）加工に用いられても良い。

〔変形例〕
変形例に係るレーザ光照射装置１を図面に基づいて説明する。図５は、実施形態１の変形例に係るレーザ光照射装置のレーザ光照射ユニット等の構成を模式的に示す図である。図６は、実施形態２の変形例に係るレーザ光照射装置のレーザ光照射ユニット等の構成を模式的に示す図である。図７は、実施形態３の変形例に係るレーザ光照射装置のレーザ光照射ユニット等の構成を模式的に示す図である。なお、図５、図６及び図７は、実施形態１、実施形態２及び実施形態３と同一部分に同一符号を付して説明を省略し、図２と同様にレーザ光２１の光路の各位置の偏光成分を適宜記載している。

なお、図５，図６及び図７に示す変形例に係るレーザ光照射装置１は、結像ユニット２７，２７－１，２７－２を備えずに、レーザ光２１－１，２１－２の光学特性を変調して出射する空間光変調器２５－１，２５－２の表示面２５１に結像機能を有する位相パターンを表示することで、レーザ光２１－１，２１－２を結像して対象物２００へと照射する。このために、図５に示す変形例では、第二の偏光ビームスプリッタ２４－２によって合成されたレーザ光２１を結像して対象物２００へと照射する結像ユニットが、第一の空間光変調器２５－１の結像機能及び第二の空間光変調器２５－２の結像機能である。また、図６及び図７に示す変形例では、第一の空間光変調器２５－１から出射された第一のレーザ光２１－１を結像して対象物２００へと照射する第一の結像ユニットが、第一の空間光変調器２５－１の結像機能であり、第二の空間光変調器２５－２から出射された第二のレーザ光２１－２を結像して対象物２００へと照射する第二の結像ユニットが、第二の空間光変調器２５－２の結像機能である。なお、図５、図６及び図７に示された変形例では、実施形態１、実施形態２及び実施形態３と同様に、結像ユニット２７，２７－１，２７－２を備えても良い。即ち、本発明では、結像ユニット２７，２７－１，２７－２と、空間光変調器２５－１，２５－２との少なくとも一方が、レーザ光２１，２１－１，２１－２を結像すれば良い。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

１ レーザ光照射装置
２１ レーザ光
２１－１ 第一のレーザ光（レーザ光）
２１－２ 第二のレーザ光（レーザ光）
２３ レーザ光源
２４ 偏光ビームスプリッタ
２４－１ 第一の偏光ビームスプリッタ
２４－２ 第二の偏光ビームスプリッタ
２５－１ 第一の空間光変調器（結像ユニット、第一の結像ユニット）
２５－２ 第二の空間光変調器（結像ユニット、第二の結像ユニット）
２７ 結像ユニット
２７－１ 第一の結像ユニット
２７－２ 第二の結像ユニット
２８－１ 第一の１／２波長板
２８－２ 第二の１／２波長板
２００ 対象物
２１１ ｓ偏光
２１２ ｐ偏光

Claims (5)

1. レーザ光を対象物に照射するレーザ光照射装置であって、
   該レーザ光を出射するレーザ光源と、
   該レーザ光源から出射したレーザ光の偏光成分をｐ偏光とｓ偏光に分離する第一の偏光ビームスプリッタと、
   該第一の偏光ビームスプリッタによって分離された一方の偏光成分を入射させ、入射した該レーザ光を位相パターンに応じて変調して出射する第一の空間光変調器と、
   該第一の偏光ビームスプリッタによって分離された他方の偏光成分を入射させ、入射した該レーザ光を位相パターンに応じて変調して出射する第二の空間光変調器と、
   該第一の空間光変調器から出射されたレーザ光を透過し、該第二の空間光変調器から出射されたレーザ光を反射させることで、該第一の空間光変調器から出射されたレーザ光と該第二の空間光変調器から出射されたレーザ光を合成させる第二の偏光ビームスプリッタと、
   該第二の偏光ビームスプリッタによって合成されたレーザ光を結像して該対象物へと照射する結像ユニットと、
   を備えることを特徴とするレーザ光照射装置。
2. 該第一の偏光ビームスプリッタと該第一の空間光変調器の間に配設される第一の１／２波長板と、
   該第一の偏光ビームスプリッタと該第二の空間光変調器の間に配設される第二の１／２波長板と、を更に備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ光照射装置。
3. 該結像ユニットが、該第一の空間光変調器の結像機能及び該第二の空間光変調器の結像機能であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレーザ光照射装置。
4. レーザ光を対象物に照射するレーザ光照射装置であって、
   該レーザ光を出射するレーザ光源と、
   該レーザ光源から出射したレーザ光の偏光成分をｐ偏光とｓ偏光に分離する偏光ビームスプリッタと、
   該偏光ビームスプリッタによって分離された一方の偏光成分を入射させ、入射した該レーザ光を位相パターンに応じて変調して出射する第一の空間光変調器と、
   該偏光ビームスプリッタによって分離された他方の偏光成分を入射させ、入射した該レーザ光を位相パターンに応じて変調して出射する第二の空間光変調器と、
   該第一の空間光変調器から出射されたレーザ光を結像して該対象物へと照射する第一の結像ユニットと、
   該第二の空間光変調器から出射されたレーザ光を結像して該対象物へと照射する第二の結像ユニットと、
   を備えることを特徴とするレーザ光照射装置。
5. 該第一の結像ユニットが、該第一の空間光変調器の結像機能であり、該第二の結像ユニットが、該第二の空間光変調器の結像機能であることを特徴とする請求項４に記載のレーザ光照射装置。

Images