JP6710891B2 - 光変調装置及び光変調方法 - Google Patents

Description

本発明は、被加工物の内部に集光点を合わせてレーザー光を照射することにより、被加工物の切断予定ラインに沿って被加工物の内部に改質領域を形成するレーザー加工装置及びレーザー加工方法に関するものである。

従来より、被加工物の内部に集光点を合わせてレーザー光を照射することにより、被加工物の切断予定ラインに沿って被加工物の内部に改質領域を形成するレーザー加工装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載されたレーザー加工装置では、被加工物に対してレーザー光を照射しつつ切断予定ラインに沿って相対移動させる際、被加工物内において厚さ方向に互いに異なり、且つレーザー光の相対移動方向に沿って離れた２つの位置にレーザー光を同時に集光させて一対の改質領域を同時形成する。これにより、１本の切断予定ラインについて被加工物の内部に２列の改質領域を１スキャンで形成することが可能となる。

特開２０１１−５１０１１号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたレーザー加工装置では、上述したように、一対の改質領域を同時形成する際、被加工物内において厚さ方向に互いに異なり、且つレーザー光の相対移動方向に沿って離れた２つの位置にレーザー光を同時に集光させるため、被加工物内において厚さ方向に並ぶ２つの改質領域同士は互いに異なるタイミングで形成される。そのため、厚さ方向に並ぶ２つの改質領域から発生した亀裂同士が繋がり難く、被加工物の切断精度が良くないといった問題点がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、被加工物を切断予定ラインに沿って精度よく切断することができるレーザー加工装置及びレーザー加工方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、以下の発明を提供する。

本発明の第１態様に係るレーザー加工装置は、被加工物の内部に集光点を合わせてレーザー光を照射することにより、被加工物の切断予定ラインに沿って被加工物の内部に改質領域を形成するレーザー加工装置であって、レーザー光を出力するレーザー光源と、レーザー光を変調する空間光変調器と、レーザー光を被加工物の内部に集光する集光レンズと、被加工物に対してレーザー光を切断予定ラインに沿って相対移動させる相対移動手段と、レーザー光源から出力されたレーザー光を互いの偏光方向が直交する２つの偏光光束に偏光分離し、２つの偏光光束の偏光方向を揃えて空間光変調器の異なる領域に向けて出射し、且つ空間光変調器で変調された２つの偏光光束を合成して集光レンズに向けて出射する光束分離合成手段と、被加工物の内部において被加工物の厚さ方向に互いに異なり、且つレーザー光の相対移動方向に互いに等しい少なくとも２つの位置にレーザー光が集光レンズにより集光されて改質領域が形成されるように、空間光変調器に呈示させるホログラムパターンを２つの偏光光束が空間光変調器に照射される領域毎に制御する制御部と、を備える。

本発明の第２態様に係るレーザー加工装置は、第１態様において、光束分離合成手段は、レーザー光源から出力されたレーザー光を互いの偏光方向が直交する２つの偏光光束に偏光分離する偏光ビームスプリッターと、偏光ビームスプリッターで偏光分離された２つの偏光光束のうちいずれか一方の偏光光束の光路が他方の偏光光束の光路と平行となるように、一方の偏光光束を反射する全反射プリズム又はミラーと、全反射プリズム又はミラーと空間光変調器との間に配置され、全反射プリズム又はミラーで反射した一方の偏光光束の偏光方向を他方の偏光光束の偏光光束の偏光方向に変換して出射するλ／２波長板と、を備える。

本発明の第３態様に係るレーザー加工装置は、第１態様又は第２態様において、光束分離合成手段は、２つの偏光光束の間に発生する幾何光学的な光路長差を少なくする光路長補正光学系を備える。

本発明の第４態様に係るレーザー加工方法は、被加工物の内部に集光点を合わせてレーザー光を照射することにより、被加工物の切断予定ラインに沿って被加工物の内部に改質領域を形成するレーザー加工方法であって、レーザー光源から出力されたレーザー光を変調する変調工程と、空間光変調器で変調されたレーザー光を集光レンズにより被加工物の内部に集光する集光工程と、被加工物に対してレーザー光を切断予定ラインに沿って相対移動させる相対移動工程と、被加工物の内部において被加工物の厚さ方向に互いに異なり、且つレーザー光の相対移動方向に互いに等しい少なくとも２つの位置にレーザー光が集光レンズにより集光されて改質領域が形成されるように制御する制御工程と、レーザー光源から出力されたレーザー光を互いの偏光方向が直交する２つの偏光光束に偏光分離し、２つの偏光光束の偏光方向を揃えて空間光変調器の異なる領域に向けて出射し、且つ空間光変調器で変調された２つの偏光光束を合成して集光レンズに向けて出射する光束分離合成工程と、を備え、制御工程は、空間光変調器に呈示させるホログラムパターンを２つの偏光光束が空間光変調器に照射される領域毎に制御する。

本発明の第５態様に係るレーザー加工方法は、第４態様において、光束分離合成工程は、レーザー光源から出力されたレーザー光を互いの偏光方向が直交する２つの偏光光束に偏光分離する偏光分離工程と、偏光分離工程で偏光分離された２つの偏光光束のうちいずれか一方の偏光光束の光路が他方の偏光光束の光路と平行となるように、一方の偏光光束を反射する反射工程と、反射工程で反射した一方の偏光光束の偏光方向を他方の偏光光束の偏光光束の偏光方向に変換する変換工程と、変換工程で偏光方向が変換された一方の偏光光束と、他方の偏光光束とを空間光変調器に向けて出射する出射工程と、を備える。

本発明の第６態様に係るレーザー加工方法は、第４態様又は第５態様において、光束分離合成工程は、２つの偏光光束の間に発生する幾何光学的な光路長差を少なくする光路長補正工程を備える。

本発明によれば、被加工物を切断予定ラインに沿って精度よく切断することができる。

本発明の一実施形態に係るレーザー加工装置の概略を示した構成図である。 空間光変調器及びその周辺部の構成を示した図であり、図１と同一方向から見た図である。 空間光変調器及びその周辺部の構成を示した図であり、図１の矢印Ａ方向から見た図である。 空間光変調器で呈示されるホログラムパターンの一例を示した図である。 本発明の一実施形態に係るレーザー加工方法を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係るレーザー加工方法を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係るレーザー加工方法を説明するための図である。 光束分離合成手段が光路長補正光学系を備えた構成の一例を示した図である。 他の構成例に係る光束分離合成手段の構成を示した図である。 本発明の効果を説明するための図であり、ウェーハに複雑な形状の切断予定ラインが設定されている状態を示した概略図である。 本発明の比較例を説明するための図である。 本発明の比較例を説明するための図である。

以下、添付図面に従って本発明の実施形態について詳説する。

図１は、本発明の一実施形態に係るレーザー加工装置の概略を示した構成図である。図１に示すように、本実施形態のレーザー加工装置１は、主として、ステージ１１と、レーザーエンジン（光学系ユニット）２０と、制御部５０とを備えている。なお、本実施形態では、レーザーエンジン２０と制御部５０とが別々に構成される場合を例示したが、この構成に限らず、レーザーエンジン２０は制御部５０の一部又は全部を含んでいてもよい。

ステージ１１は、被加工物を吸着保持するものである。ステージ１１は、図示しないステージ移動機構を含んで構成され、ステージ移動機構によりＸＹＺθ方向に移動可能に構成される。ステージ移動機構としては、例えば、ボールねじ機構、リニアモータ機構等の種々の機構にて構成することができる。なお、図１においては、ＸＹＺの３方向は互いに直交し、このうちＸ方向およびＹ方向は水平方向であり、Ｚ方向は鉛直方向である。また、θ方向は、鉛直方向軸（Ｚ軸）を回転軸とする回転方向である。ステージ１１は、本発明の相対移動手段の一例である。

本実施形態では、被加工物として、シリコンウェーハ等の半導体ウェーハ（以下、「ウェーハ」という。）Ｗが適用される。ウェーハＷは、格子状に配列された切断予定ラインによって複数の領域に区画され、この区画された各領域に半導体チップを構成する各種デバイスが形成されている。なお、本実施形態においては、被加工物としてウェーハＷを適用した場合について説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、ガラス基板、圧電セラミック基板、ガラス基板なども適用することができる。

ウェーハＷは、デバイスが形成された表面（デバイス面）に粘着材を有するバックグラインドテープ（以下、ＢＧテープ）が貼付され、裏面が上向きとなるようにステージ１１に載置される。ウェーハＷの厚さは、特に制限はないが、典型的には７００μｍ以上、より典型的には７００〜８００μｍである。

なお、ウェーハＷは、一方の面に粘着材を有するダイシングテープが貼付され、このダイシングテープを介してフレームと一体化された状態でステージ１１に載置されるようにしてもよい。

レーザーエンジン２０は、主として、レーザー光源２２、空間光変調器２８、集光レンズ３８等を備えている。

レーザー光源（ＩＲレーザー光源）２２は、制御部５０の制御に従って、ウェーハＷの内部に改質領域を形成するための加工用のレーザー光Ｌを出力する。レーザー光Ｌの条件としては、例えば、光源が半導体レーザー励起Ｎｄ：ＹＡＧレーザー、波長が波長：１．１μｍ、レーザー光スポット断面積が３．１４×１０^−８ｃｍ^２、発振形態がＱスイッチパルス、繰り返し周波数が８０〜２００ｋＨｚ、パルス幅が１８０〜３７０ｎｓ、出力が８Ｗである。

空間光変調器２８は、位相変調型のものであり、レーザー光源２２から出力されたレーザー光Ｌを入力し、２次元配列された複数の画素それぞれにおいてレーザー光Ｌの位相を変調する所定のホログラムパターンを呈示して、その位相変調後のレーザー光Ｌを出力する。これにより、詳細を後述するように、レーザー光Ｌを照射しつつ切断予定ラインに沿って相対移動させる際、ウェーハＷの内部において厚さ方向に互いに異なり、且つレーザー光Ｌの相対移動方向に互いに等しい２つの位置にレーザー光Ｌが同時に集光される。

空間光変調器２８としては、例えば、反射型液晶（LCOS：Liquid Crystal on Silicon
）の空間光変調器（SLM：Spatial Light Modulator）が用いられる。空間光変調器２８の動作、及び空間光変調器２８で呈示されるホログラムパターンは、制御部５０によって制御される。なお、空間光変調器２８の具体的な構成については既に公知であるため、ここでは詳細な説明を省略する。

図２及び図３は、空間光変調器２８及びその周辺部の構成を示した図であり、図２は図１と同一方向から見た図であり、図３は図１の矢印Ａ方向から見た図である。図４は、空間光変調器２８で呈示されるホログラムパターンの一例を示した図である。

本実施形態では、図２及び図３に示すように、空間光変調器２８の手前に光束分離合成手段４２が配置されている。光束分離合成手段４２は、レーザー光源２２から出力されたレーザー光Ｌを互いの偏光方向が直交する２つの偏光光束に偏光分離して空間光変調器２８に向けて出射するとともに、空間光変調器２８で変調された２つの偏光光束を合成して同一方向に向けて出射するものである。また、光束分離合成手段４２は、空間光変調器２８に照射される２つの偏光光束の光路を平行且つそれらの偏光方向を揃えた状態で、２つの偏光光束を空間光変調器２８に導くものである。

光束分離合成手段４２の構成について詳しく説明すると、光束分離合成手段４２は、偏光ビームスプリッター４４と、全反射プリズム又はミラー４６と、λ／２波長板４８とを備えている。

偏光ビームスプリッター４４は、レーザー光源２２からのレーザー光Ｌを互いの偏光方向が直交する２つの偏光光束（第１偏光光束と第２偏光光束）に偏光分離する。本実施形態における偏光ビームスプリッター４４では、一例として、第１偏光光束（Ｐ偏光光束）を透過し、第２偏光光束（Ｓ偏光光束）を反射する。なお、第１偏光光束が本発明の「他方の偏光光束」に相当し、第２偏光光束が本発明の「一方の偏光光束」に相当する。

偏光ビームスプリッター４４を透過した第１偏光光束（Ｐ偏光光束）は、その進行方向を変えずに空間光変調器２８に向けて出射される。

偏光ビームスプリッター４４で反射した第２偏光光束（Ｓ偏光光束）は、その進行方向を９０度変えて全反射プリズム又はミラー４６に向けて出射される。そして、その第２偏光光束（Ｓ偏光光束）は、全反射プリズム又はミラー４６でさらに反射され、その進行方向を９０度変えて、その光路が上述した第１偏光光束（Ｐ偏光光束）の光路と平行にされた状態でλ／２波長板４８に向けて出射される。

全反射プリズム又はミラー４６で反射した第２偏光光束（Ｓ偏光光束）が、λ／２波長板４８に入射すると、位相が１８０度ずれることにより、上述した第１偏光光束（Ｐ偏光光束）と同じ偏光方向であるＰ偏光光束に変換されてλ／２波長板４８から空間光変調器２８に向けて出射される。

このように本実施形態では、偏光ビームスプリッター４４によって、レーザー光源２２からのレーザー光Ｌが互いの偏光方向が直交する２つの偏光光束（第１偏光光束と第２偏光光束）に偏光分離された後、全反射プリズム又はミラー４６及びλ／２波長板４８によって、２つの偏光光束の光路が平行且つそれらの偏光方向も揃えた状態で空間光変調器２８に導かれる。これにより、空間光変調器２８に導かれた２つの偏光光束は、空間光変調器２８の変調面２８ａの互いに異なる２つの領域に照射されるので、例えば図４に示すように、空間光変調器２８の変調面２８ａの領域毎（２つの偏光光束の照射領域毎）に異なるホログラムパターン５２、５４を独立して設定することが可能となる。

なお、図４において上側に示した第１ホログラムパターン５２は、偏光ビームスプリッター４４で偏光分離された第１偏光光束の位相を変調するための変調パターンであり、集光レンズ３８により集光されるレーザー光Ｌの第１偏光光束の集光位置を第２偏光光束の集光位置とはウェーハＷの厚さ方向に異ならせるための集光用ホログラムパターンと、ウェーハＷの内部において生じるレーザー光Ｌの収差を補正するための補正用ホログラムパターンとを重畳させたものである。また、図４において下側に示した第２ホログラムパターン５４は、偏光ビームスプリッター４４で偏光分離された第２偏光光束の位相を変調するための変調パターンであり、ウェーハＷの内部において生じるレーザー光Ｌの収差を補正するための補正用ホログラムパターンである。なお、第１ホログラムパターン５２と第２ホログラムパターン５４は逆であってもよい。また、第２ホログラムパターン５４は、第１ホログラムパターン５２と同様に、集光用ホログラムパターンと補正用ホログラムパターンとを重畳させたものであってもよい。また、補正用ホログラムパターンには、レーザーエンジン２０の光学系により発生する収差補正を行うためのパターンを含んでいてもよい。

空間光変調器２８に入射した第１偏光光束（Ｐ偏光光束）は、空間光変調器２８に呈示された第１ホログラムパターン５２により変調されると、元の光路を戻って、偏光ビームスプリッター４４に戻り、偏光ビームスプリッター４４を透過し、集光レンズ３８（具体的には、第２ミラー３１）に向けて出射される。

λ／２波長板４８により偏光方向がＳ偏光光束からＰ偏光光束に変換された第２偏光光束は、空間光変調器２８に入射すると、空間光変調器２８に呈示された第２ホログラムパターン５４により変調され、λ／２波長板４８を経てＳ偏光光束に戻り、全反射プリズム又はミラー４６で反射し、その進行方向を９０度変えて偏光ビームスプリッター４４に戻り、偏光ビームスプリッター４４でさらに反射し、上述した第１偏光光束と合成されて第１偏光光束の出射方向と同一方向に向けて出射される。

集光レンズ３８は、レーザー光ＬをウェーハＷの内部に集光させる対物レンズ（赤外対物レンズ）である。この集光レンズ３８の開口数（ＮＡ）は、例えば０．６５である。

集光レンズ３８は、ウェーハＷの内部において生じるレーザー光Ｌの収差を補正するために補正環４０を備えている。この補正環４０は手動で回転自在に構成されており、補正環４０を所定方向に回転させると、集光レンズ３８を構成しているレンズ群の間隔が変更され、ウェーハＷのレーザー光照射面（裏面）から所定の深さの位置でレーザー光Ｌの収差が所定の収差以下となるように収差を補正することができる。

なお、補正環４０は、図示しない補正環駆動部によって電動で回転されるように構成されていてもよい。この場合、制御部５０は、補正環駆動部の動作を制御して、補正環４０を回転させることによってレーザー光Ｌの収差が所望の状態となるように補正を行う。

レーザーエンジン２０は、上記構成の他、ビームエキスパンダ２４、λ／２波長板２６、縮小光学系３６等を備えている。

ビームエキスパンダ２４は、レーザー光源２２から出力されたレーザー光Ｌを空間光変調器２８のために適切なビーム径に拡大する。λ／２波長板２６は、空間光変調器２８へのレーザー光入射偏光面を調整する。縮小光学系３６は、第１のレンズ３６ａ及び第２のレンズ３６ｂからなるアフォーカル光学系（両側テレセントリックな光学系）であり、空間光変調器２８で変調されたレーザー光Ｌを集光レンズ３８に縮小投影する。

また、図示を省略したが、レーザーエンジン２０には、ウェーハＷとのアライメントを行うためのアライメント光学系、ウェーハＷと集光レンズ３８との間の距離（ワーキングディスタンス）を一定に保つためのオートフォーカスユニット等が備えられている。

制御部５０は、レーザー加工装置１の各部の動作を制御する制御装置であり、各種処理を実行するコントローラとして機能するＣＰＵ（Central Processing Unit）や、各種情報を記憶するメモリとして機能するＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）等を有している。制御部５０は、オペレータによって指定された加工情報（加工条件等）に基づいて、レーザー加工装置１の各部（ステージ１１やレーザーエンジン２０等）の動作を制御することにより、ウェーハＷの内部に改質領域を形成するための動作の制御を行う。

また、制御部５０は、空間光変調器２８の動作を制御し、所定のホログラムパターンを空間光変調器２８に呈示させる。ここで、本実施形態では、上述した光束分離合成手段４２によって、レーザー光源２２からのレーザー光Ｌを互いの偏光方向が直交する２つの偏光光束（第１偏光光束と第２偏光光束）に偏光分離し、２つの偏光光束の光路が平行且つそれらの偏光方向も揃えた状態で空間光変調器２８に入射するように構成されているので、制御部５０は、空間光変調器２８に入射する２つの偏光光束の照射領域毎に異なるホログラムパターンを独立して設定するようになっている。具体的には、制御部５０は、ウェーハＷの内部において厚さ方向に互いに異なり、且つレーザー光Ｌの相対移動方向に互いに等しい２つの位置（第１集光位置及び第２集光位置）にレーザー光Ｌが集光レンズ３８により同時に集光されるように、レーザー光Ｌを変調するためのホログラムパターン（第１ホログラムパターン５２と第２ホログラムパターン５４）を２つの偏光光束の照射領域毎に空間光変調器２８に呈示させる。なお、ホログラムパターンは、改質領域の形成位置、照射するレーザー光Ｌの波長、及び集光レンズ３８やウェーハＷの屈折率等に基づいて予め導出され、制御部５０に記憶されている。

レーザー加工装置１はこの他に、図示しないウェーハ搬送手段、操作板、テレビモニタ、及び表示灯等から構成されている。

操作板には、レーザー加工装置１の各部の動作を操作するスイッチ類や表示装置が取り付けられている。テレビモニタは、図示しないＣＣＤカメラで撮像したウェーハ画像の表示、又はプログラム内容や各種メッセージ等を表示する。表示灯は、レーザー加工装置１の加工中、加工終了、非常停止等の稼働状況を表示する。

次に、本発明の一実施形態に係るレーザー加工方法について説明する。このレーザー加工方法は、上述した本実施形態のレーザー加工装置１を用いて実施されるものである。

まず、集光レンズ３８に備えられた補正環４０を手動（または電動）で回転させることにより、ウェーハＷの内部においてレーザー光Ｌを集光させる位置（改質領域の加工深さ）でレーザー光Ｌの収差が所定の収差以下となるように収差補正量を調整する。なお、本明細書において、「収差補正量」とは、ウェーハＷのレーザー光照射面（裏面）からの深さに換算した値である。すなわち、例えば収差補正量が５００μｍである場合には、ウェーハＷのレーザー光照射面からの深さが５００μｍの付近位置でレーザー光の収差が最小となることを意味する。例えば、ウェーハＷの厚さ（初期厚み）が７７５μｍである場合には、補正環４０による収差補正量は５００μｍに設定されることが好ましい。

このように集光レンズ３８の補正環４０を用いてレーザー光Ｌの集光点を合わせる位置の収差が所定の収差以下となるように補正することにより、ウェーハＷの厚さが厚い場合でも、ウェーハＷの厚さ方向の深い位置にレーザー光Ｌを効率良く集光させることが可能となる。なお、補正環４０を用いて収差補正を行うことが効果的である理由や他の収差補正手段については、本願出願人が出願した特開２０１６−１１３１５号公報に詳しく記載しているので、ここでは説明を省略する。

なお、本実施形態では、補正環４０を用いて収差補正を行っているが、必ずしもこれに限定されず、例えば、補正環４０を用いて収差補正を行わなくてもよい。この場合、空間光変調器２８を用いて収差補正を行うようにしてもよい。

次に、加工対象となるウェーハＷをステージ１１に載置した後、図示しないアライメント光学系を用いてウェーハＷのアライメントが行われる。

次に、ウェーハＷに対してレーザー光Ｌを照射しつつ切断予定ラインに沿って相対移動させる。なお、レーザー光Ｌの相対移動は、ウェーハＷを吸着保持したステージ１１をＸ方向に加工送りすることにより行われる。

このとき、レーザー光源２２から出力されたレーザー光Ｌは、ビームエキスパンダ２４によってビーム径が拡大され、第１ミラー３０によって反射され、λ／２波長板２６によって偏光方向が変更され、光束分離合成手段４２を介して空間光変調器２８に入射される。

光束分離合成手段４２では、レーザー光源２２からのレーザー光Ｌが互いの偏光方向が直交する２つの偏光光束（第１偏光光束と第２偏光光束）に偏光分離され、２つの偏光光束の光路が平行且つそれらの偏光方向も揃えた状態で空間光変調器２８に入射される。

空間光変調器２８に入射されたレーザー光Ｌの２つの偏光光束は、空間光変調器２８に呈示された所定のホログラムパターン（第１ホログラムパターン５２と第２ホログラムパターン５４）に従って変調される。その際、制御部５０は、ウェーハＷの内部において厚さ方向に互いに異なり、且つレーザー光Ｌの相対移動方向Ｍ（図５参照）に互いに等しい２つの位置にレーザー光Ｌが集光レンズ３８により同時に集光されるように、レーザー光Ｌを変調するためのホログラムパターンを２つの偏光光束の照射領域毎に空間光変調器２８に呈示させる制御を行う。

空間光変調器２８で変調されて出射された２つの偏光光束は、光束分離合成手段４２により、合成されて同一方向に向けて出射される。この際、光束分離合成手段４２（偏光ビームスプリッター４４）から出射される２つの偏光光束は互いの偏光方向が直交している。

このようにして空間光変調器２８から光束分離合成手段４２を介して出射されたレーザー光Ｌ（２つの偏光光束）は、第２ミラー３１、第３ミラー３２によって順次反射された後、第１のレンズ３６ａを通過し、さらに第４ミラー３３、第５ミラー３４によって反射され、第２のレンズ３６ｂを通過し、集光レンズ３８に入射される。これにより、空間光変調器２８から出射されたレーザー光Ｌは、第１のレンズ３６ａ、第２のレンズ３６ｂからなる縮小光学系３６によって集光レンズ３８に縮小投影される。そして、集光レンズ３８に入射されたレーザー光Ｌは、偏光方向が互いに異なる偏光光束毎に、集光レンズ３８によりウェーハＷの内部において互いに異なる２つの位置に集光される。

図５から図７は、本発明の一実施形態に係るレーザー加工方法を説明するための図である。なお、図５は、ウェーハＷの内部にレーザー光Ｌが集光された状態を示した図である。図６は、図５に示したレーザー光Ｌの集光位置に改質領域が形成された状態を示した図である。図７は、切断予定ラインに沿ってウェーハＷの内部に改質領域が２列形成された状態を示した図である。

図５に示すように、空間光変調器２８によって変調されたレーザー光Ｌは、ウェーハＷの内部において厚さ方向に互いに異なり、且つレーザー光Ｌの相対移動方向Ｍに互いに等しい２つの位置（第１集光位置Ｑ１、第２集光位置Ｑ２）に集光レンズ３８により同時に集光される。これにより、図６に示すように、２つの集光位置Ｑ１、Ｑ２の近傍には、一対の改質領域Ｐ１、Ｐ２が形成される。また、一対の改質領域Ｐ１、Ｐ２が形成されると、それぞれの改質領域Ｐ１、Ｐ２を起点としてウェーハＷの厚さ方向に延びる亀裂（クラック）Ｋ１、Ｋ２が形成される。したがって、切断予定ラインに沿った１回のスキャンが行われると、図７に示すように、ウェーハＷの内部に２列の改質領域Ｐ１、Ｐ２を形成することができる。なお、一例として、ウェーハＷの内部において２つの集光位置Ｑ１、Ｑ２の厚さ方向の間隔は５０〜８０μｍに設定される。

このように、切断予定ラインに沿った１回のスキャンで、ウェーハＷの内部に２列の改質領域Ｐ１、Ｐ２が形成されると、ステージ１１がＹ方向に１ピッチ割り出し送りされ、次の切断予定ラインも同様にして、改質領域Ｐ１、Ｐ２が形成される。

全てのＸ方向と平行な切断予定ラインに沿って改質領域Ｐ１、Ｐ２が形成されると、ステージ１１が９０°回転され、先程のラインと直交するラインも同様にして全て改質領域Ｐ１、Ｐ２が形成される。これにより、全ての切断予定ラインに沿って改質領域Ｐ１、Ｐ２が形成される。

以上のようにして切断予定ラインに沿って改質領域Ｐ１、Ｐ２が形成された後、図示しない研削装置を用いて、ウェーハＷの裏面を研削して、ウェーハＷの厚さ（初期厚み）Ｔ１を所定の厚さ（最終厚み）Ｔ２（例えば、３０〜５０μｍ）に加工する裏面研削工程が行われる。

裏面研削工程の後、ウェーハＷの裏面にエキスパンドテープ（ダイシングテープ）が貼付され、ウェーハＷの表面に貼付されているＢＧテープが剥離された後、ウェーハＷの裏面に貼付されたエキスパンドテープに張力を加えて引き伸ばすエキスパンド工程が行われる。

これにより、ウェーハＷのデバイス面（表面）側まで伸展した亀裂（クラック）を起点にしてウェーハＷが切断される。すなわち、ウェーハＷが切断予定ラインに沿って切断され、複数のチップに分割される。

このように本実施形態では、ウェーハＷに対してレーザー光Ｌを照射しつつ切断予定ラインに沿って相対移動させる際、ウェーハＷの内部において厚さ方向に互いに異なり、且つレーザー光Ｌの相対移動方向Ｍに互いに等しい２つの集光位置Ｑ１、Ｑ２にレーザー光Ｌを集光レンズ３８により同時に集光させて改質領域Ｐ１、Ｐ２を同時形成している。そのため、ウェーハＷの内部において厚さ方向に並ぶ２つの改質領域Ｐ１、Ｐ２同士がほぼ同じタイミングで形成される。これにより、切断予定ラインに沿った１回のスキャンで、ウェーハＷの内部に２列の改質領域Ｐ１、Ｐ２を形成する際に、ほぼ同じタイミングで形成された改質領域Ｐ１、Ｐ２から発生した亀裂がウェーハＷの厚さ方向に連続的に形成されるため、厚さ方向に並ぶ改質領域Ｐ１、Ｐ２を異なるタイミングで形成する場合に比べて、改質領域Ｐ１、Ｐ２から発生した亀裂の直線性がよく、ウェーハＷの内部に生じた亀裂を効率よく且つ高精度に伸展させることが可能となる。

特に本実施形態では、光束分離合成手段４２によって、レーザー光源２２からのレーザー光Ｌを互いの偏光方向が直交する２つの偏光光束に偏光分離し、２つの偏光光束の光路が平行且つそれらの偏光方向も揃えた状態で空間光変調器２８に導かれるように構成したので、空間光変調器２８に導かれた２つの偏光光束は、空間光変調器２８の変調面２８ａの互いに異なる２つの領域に照射される。これにより、空間光変調器２８の変調面２８ａの領域毎（２つの偏光光束の照射領域毎）に異なるホログラムパターンを独立して設定することが可能となるので、マルチフォーカスや収差補正の機能を効果的に機能させることが可能となる。したがって、レーザー光Ｌの各光束を集光レンズ３８により同時に集光させる場合でも、互いの光束同士が干渉することなく、各光束をそれぞれの集光位置Ｑ１、Ｑ２に集光させることができ、改質領域Ｐ１、Ｐ２を効率良く形成することができる。

また、本実施形態では、偏光ビームスプリッター４４で偏光分離された２つの偏光光束のうち、第１偏光光束は空間光変調器２８に直接的に導かれる一方で、第２偏光光束は全反射プリズム又はミラー４６及びλ／２波長板４８を介して導かれるように構成されているため、第１偏光光束よりも第２偏光光束の方が幾何光学的な光路長が長くなっている。そこで、本実施形態では、２つの偏光光束の幾何光学的な光路長が平均となる位置を集光レンズ３８の瞳位置と共役にすることが好ましい。これにより、２つの偏光光束の間に発生する幾何光学的な光路長差による影響を少なくすることができ、実用上問題ない範囲に収めることも可能である。

また、偏光ビームスプリッター４４で偏光分離した２つの偏光光束の間に発生する幾何光学的な光路長差を少なくする（理想的には０とする）ために、図８に示すように、第２偏光光束の光路上に光路長補正光学系５６（補正プリズム）を配置することが好ましい。屈折率がｎの媒質中を光が進行する場合、幾何光学的な光路長は１／ｎとなる。したがって、光路長補正光学系５６の屈折率が大きければ、幾何光学的な光路長がより短くなる。そのため、光路長補正光学系５６は、高屈折率ガラス（屈折率１．６以上）で構成されることが好ましい。

また、本実施形態では、光束分離合成手段４２が偏光ビームスプリッター４４を含む構成としたが、本発明はこれに限らず、他の構成を採用してもよい。

図９は、他の構成例に係る光束分離合成手段４２Ａの構成を示した図である。図９において、図１と共通又は類似する要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

図９に示した光束分離合成手段４２Ａは、ケスタープリズム６０と、平行平板６２と、λ／２波長板６４とを備えている。

ケスタープリズム６０は、断面正三角形状の正三角柱状とされており、第１面６６、第２面６８、及び第３面７０を有している。このケスタープリズム６０は、２つの三角柱状のプリズムを接合することにより構成され、これらのプリズムの接合面には偏光膜が配設されており、その接合面が偏光面７２として構成されている。

レーザー光源２２からのレーザー光Ｌがケスタープリズム６０の第１面６６に入射すると、そのレーザー光Ｌは偏光面７２で第１偏光光束（Ｐ偏光光束）と第２偏光光束（Ｓ偏光光束）とに偏光分離される。なお、本構成例におけるケスタープリズム６０の偏光面７２は、第１偏光光束を透過し、かつ第２偏光光束を反射するように構成されている。

偏光面７２を透過した第１偏光光束は、第２面６８で反射され、第３面７０から空間光変調器２８に向かって出射される。ケスタープリズム６０と空間光変調器２８との間の第１偏光光束の光路上には、光路調整用の平行平板６２が設けられている。これにより、第３面７０から出射された第１偏光光束（Ｐ偏光光束）は、平行平板６２を介して空間光変調器２８に入射する。

一方、偏光面７２で反射された第２偏光光束は、第１面６６で反射され、第３面７０から空間光変調器２８に向かって出射される。ケスタープリズム６０と空間光変調器２８との間の第２偏光光束の光路上には、λ／２波長板６４が設けられている。これにより、第３面７０から出射された第２偏光光束（Ｓ偏光光束）は、λ／２波長板６４に入射すると、上述した第１偏光光束（Ｐ偏光光束）と同じ偏光方向であるＰ偏光光束に変換されて空間光変調器２８に入射する。

空間光変調器２８に入射した第１偏光光束と第２偏光光束は、空間光変調器２８の変調面２８ａの領域毎に呈示されたホログラムパターン５２、５４（図４参照）により変調されると、それぞれ元の経路を戻って、ケスタープリズム６０の偏光面７２で第１偏光光束（Ｐ偏光光束）と第２偏光光束（Ｓ偏光光束）とが合成されて、第１面６６からこれらの光束が同一方向に向けて出射される。なお、第１面６６から出射される２つの光束の出射方向は、上述した本実施形態と同様に、集光レンズ３８（具体的には、第２ミラー３１）に向かう方向である。

このように図９に示した光束分離合成手段４２Ａによれば、上述した本実施形態における光束分離合成手段４２と同様に、レーザー光源２２からのレーザー光Ｌが互いの偏光方向が直交する２つの偏光光束（第１偏光光束と第２偏光光束）に偏光分離し、２つの偏光光束の光路が平行且つそれらの偏光方向も揃えた状態で空間光変調器２８に導かれるように構成されているので、空間光変調器２８に導かれた２つの偏光光束は、空間光変調器２８の変調面２８ａの互いに異なる２つの領域に照射されるので、空間光変調器２８の変調面２８ａの領域毎（２つの偏光光束の照射領域毎）に異なるホログラムパターンを独立して設定することが可能となり、マルチフォーカスや収差補正の機能を効果的に機能させることが可能となる。したがって、上述した本実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、光束分離合成手段４２Ａによれば、ケスタープリズム６０を用いることにより、２つに偏光分離された光束（第１偏光光束と第２偏光光束）の光路長差を一致させることができる。この場合、空間光変調器２８に照射される２つの偏光光束の光束像が鏡像関係となるため、空間光変調器２８に呈示させる変調パターン（ホログラムパターン）はこのような鏡像関係を考慮する必要がある。

なお、本実施形態では、ウェーハＷの内部に生じた亀裂をウェーハＷのデバイス面に到達しない位置（好ましくは、ウェーハＷのデバイス面の近くの位置）まで伸展させることが好ましい。仮に、ウェーハＷの内部に生じた亀裂がウェーハＷのデバイス面に到達する位置まで伸展していると、ウェーハＷの機械的強度が低下するために、ウェーハＷの搬送時にウェーハＷが意図せずに切断されてしまうといったハンドリング性の問題が生じやすくなる。一方、ウェーハＷの内部に生じた亀裂をウェーハＷのデバイス面に到達させないことにより、ウェーハＷの機械的強度が向上する。これにより、レーザー加工（改質領域の形成）後の後工程（裏面研削工程等）を行うために、改質領域が形成されたウェーハＷを搬送する場合などにおいて、ウェーハＷが意図せずに切断されるのを防止することができる。つまり、ウェーハＷのハンドリング性を向上させることが可能となる。また、ウェーハＷの内部に生じた亀裂をウェーハＷのデバイス面の近くの位置まで伸展させることにより、ウェーハＷが切断予定ラインに沿って切断されていない未切断の領域が生じることを抑制することが可能となる。

また、本実施形態では、空間光変調器２８から出射されて集光レンズ３８で２つの位置に集光されるレーザー光Ｌの各光束のパワー比が所望の値に調整されることが好ましい。例えば、レーザー光Ｌの光路上において空間光変調器２８の手前（入射側）に配置されたλ／２波長板２６を光軸周りに回転させることで、各光束のパワー比を調整することができる。なお、λ／２波長板２６を手動で回転操作できるようにしてもよいし、制御部５０が、λ／２波長板２６に設けた回転機構（モータ等）によりλ／２波長板２６の回転角度を制御するようにしてもよい。レーザー光Ｌの各光束のパワー比を調整することで、ウェーハＷの内部に形成される改質領域Ｐ１、Ｐ２の大きさや亀裂Ｋ１、Ｋ２の長さを適宜変化させることができ、ウェーハＷの切断精度を向上させることが可能となる。

また、本実施形態では、上述したように、ウェーハＷの内部に改質領域Ｐ１、Ｐ２が形成されるため、例えば、図１０に示すように切断予定ラインＳが複雑な形状であっても（すなわち、レーザー光Ｌの相対移動方向に切断予定ラインＳが連続して形成されていない場合でも）、ウェーハＷに対するレーザー光Ｌの照射開始位置又は照射終了位置（例えば、図１０の破線丸印部分）においても、図７に示すように、ウェーハＷの厚さ方向に並ぶ一対の改質領域Ｐ１、Ｐ２が同時形成される。

ここで、例えば、図１１に示すように、ウェーハＷの内部において厚さ方向に互いに異なり、且つレーザー光Ｌの相対移動方向に沿って離れた２つの集光位置Ｑ１、Ｑ２に集光レンズ３８により同時に集光させて改質領域Ｐ１、Ｐ２を同時形成する場合、ウェーハＷに対するレーザー光Ｌの照射開始位置又は照射終了位置において、図１２の符号８０で示した領域や符号８２で示した領域のように、ウェーハＷの厚さ方向に１つの改質領域しか形成されない部分が存在してしまう。この場合、ウェーハＷの厚さ方向に亀裂が十分に伸展せずに、ウェーハＷのデバイス面において亀裂が蛇行するなど、ウェーハＷの切断精度が低下する場合がある。

これに対し、本実施形態では、ウェーハＷに対するレーザー光Ｌの照射開始位置又は照射終了位置においても、他の位置と同様に、ウェーハＷの内部に厚さ方向に並ぶ一対の改質領域Ｐ１、Ｐ２が同時形成されるので、複雑な形状の切断予定ラインが設定されたウェーハＷに対しても、ウェーハＷの厚さ方向に亀裂を十分に伸展させることができ、ウェーハＷの切断精度を向上させることが可能となる。

なお、本実施形態においては、ウェーハＷの内部において厚さ方向に互いに異なる２つの集光位置Ｑ１、Ｑ２にレーザー光Ｌを集光レンズ３８により同時に集光させて改質領域Ｐ１、Ｐ２を同時に形成する２段加工を行った後、ウェーハＷの裏面を研削する裏面研削工程を行い、ウェーハＷを個々のチップに分割する方法を採用したが、これに限定されず、例えば、必要に応じてウェーハＷの内部においてレーザー光Ｌを集光させる位置（改質領域の加工深さ）を変えながら複数回レーザー加工を行ってもよい。その際、改質領域の加工深さに応じて、空間光変調器２８に呈示させるホログラムパターンに、ウェーハＷの内部の収差を補正する補正パターン（この場合は、補正環４０による補正を打ち消す方向のパターン）を重畳させることにより、ウェーハＷのレーザー光照射面から比較的浅い部分に対しても、適切な収差補正が可能となる。

また、本実施形態では、ウェーハＷの内部において互いに異なる２つの位置にレーザー光Ｌが集光レンズ３８で同時に集光されるように空間光変調器２８でレーザー光Ｌの変調を行っているが、レーザー光Ｌを集光させる位置は２つに限らず、３つ以上であってもよい。

また、本実施形態では、空間光変調器２８として、反射型の空間光変調器（ＬＣＯＳ−ＳＬＭ）を用いたが、これに限定されず、ＭＥＭＳ−ＳＬＭ又はＤＭＤ(デフォーマブルミラーデバイス)等であってもよい。また、空間光変調器２８は、反射型に限定されず、透過型であってもよい。更に、空間光変調器２８としては、液晶セルタイプ又はＬＣＤタイプ等が挙げられる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。

１…レーザー加工装置、１１…ステージ、２０…レーザーエンジン、２２…レーザー光源、２４…ビームエキスパンダ、２６…λ／２波長板、２８…空間光変調器、３６…縮小光学系、３８…集光レンズ、４０…補正環、４２…光束分離合成手段、４４…偏光ビームスプリッター、４６…全反射プリズム又はミラー、４８…λ／波長板、５０…制御部、５２…第１ホログラムパターン、５４…第２ホログラムパターン、５６…光路長補正光学系、６０…ケスタープリズム、６２…平行平板、６４…λ／２波長板、６６…第１面、６８…第２面、７０…第３面、７２…偏光面

Claims (8)

1. 空間光変調器と、
   入射光を２つの光束に偏光分離し、前記２つの光束の光軸方向を揃えて前記空間光変調器の異なる領域に向けて出射し、且つ前記空間光変調器で変調された前記２つの光束を合成して出射する光束分離合成手段と、
   前記２つの光束が互いに異なる位置に集光するように、前記空間光変調器に呈示させるホログラムパターンを前記２つの光束が前記空間光変調器に照射される領域毎に独立して設定する制御手段と、
   を備える光変調装置。
2. 前記光束分離合成手段は、
   前記入射光を互いの偏光方向が直交する２つの光束に偏光分離する偏光ビームスプリッターと、
   前記偏光ビームスプリッターで偏光分離された前記２つの光束のうちいずれか一方の光束の光軸が他方の光束の光軸と平行となるように、前記一方の光束を反射する反射部材と、
   前記反射部材と前記空間光変調器との間に配置され、前記反射部材で反射した前記一方の光束の偏光方向を前記他方の光束の偏光方向に変換して出射するλ／２波長板と、
   を備える、請求項１に記載の光変調装置。
3. 前記光束分離合成手段は、前記２つの光束の間に発生する幾何光学的な光路長差を少なくする光路長補正光学系を備える、
   請求項１又は２に記載の光変調装置。
4. 前記２つの光束のパワー比を調整する調整手段を備える、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の光変調装置。
5. 入射光を２つの光束に偏光分離し、前記２つの光束の光軸方向を揃えて空間光変調器の異なる領域に向けて出射し、且つ前記空間光変調器で変調された前記２つの光束を合成して出射する光束分離合成工程と、
   前記２つの光束が互いに異なる位置に集光するように、前記空間光変調器に呈示させるホログラムパターンを前記２つの光束が前記空間光変調器に照射される領域毎に独立して設定する制御工程と、
   を備える光変調方法。
6. 前記光束分離合成工程は、
   前記入射光を互いの偏光方向が直交する２つの光束に偏光分離する偏光分離工程と、
   前記偏光分離工程で偏光分離された前記２つの光束のうちいずれか一方の光束の光軸が他方の光束の光軸と平行となるように、前記一方の光束を反射する反射工程と、
   前記反射工程で反射した前記一方の光束の偏光方向を前記他方の光束の偏光方向に変換する変換工程と、
   前記変換工程で偏光方向が変換された前記一方の光束と、前記他方の光束とを前記空間光変調器に向けて出射する出射工程と、
   を備える、請求項５に記載の光変調方法。
7. 前記光束分離合成工程は、前記２つの光束の間に発生する幾何光学的な光路長差を少なくする光路長補正工程を備える、
   請求項５又は６に記載の光変調方法。
8. 前記２つの光束のパワー比を調整する調整工程を備える、
   請求項５から７のいずれか１項に記載の光変調方法。