WO2005084874A1

WO2005084874A1 - レーザ加工装置

Info

Publication number: WO2005084874A1
Application number: PCT/JP2005/003507
Authority: WO
Inventors: Terumasa Morita; Susumu Takahashi
Original assignee: Olympus Corporation
Priority date: 2004-03-05
Filing date: 2005-03-02
Publication date: 2005-09-15
Also published as: EP1721695A4; JPWO2005084874A1; CN1925945A; TW200533451A; KR100813350B1; US20060289410A1; TWI250910B; KR20060126799A; EP1721695A1

Description

明細書

レーザ加工装置

技術分野

[0001] 本発明は、半導体デバイス用のシリコンウェハ等の半導体材料基板、液晶パネル

Zプラズマディスプレイ等の大口径ガラスの透明基板、半導体材料基板、圧電材料基板、ガラス基板等の切断に使用されるレーザ加工装置に関する。

本願は、 2004年 3月 5日に出願された特願 2004— 062225号及び特願 2004— 06 2226号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。

背景技術

[0002] 従来、シリコンウェハ等の半導体基板を格子状 (チップ状）に切断して半導体チップを得るには、切断装置等による機械的な切断方法が一般的に行われていた。この方法は、半導体基板の表面に格子状にスクライブラインを形成し、このスクライブラインに沿うように半導体基板の裏面にナイフエッジ等を押し当てて、半導体基板を切断する方法である。

また、近年、レーザ光の発達に伴って様々な分野でレーザ光を利用した装置が開発され始めている。例えば、その 1つとして半導体基板等の被カ卩ェ対象物を、レーザ光を利用して切断するレーザ加工装置が知られている (例えば、特許文献 1参照)。

[0003] このレーザ加工装置は、被加工対象物である半導体基板が載置される載置台と、載置台を Z軸回りに回転させる Θステージと、載置台を XYZ軸方向にそれぞれ移動させる各 XYZ軸ステージと、これら各ステージの移動を制御するステージ制御部と、パルスレーザ光を発生する Nd:YAGレーザ等のレーザ光源と、レーザ光源を制御して、パルスレーザ光のパワーや繰り返し周波数等を調整するレーザ光源制御部と、レ一ザ光源力も発生されたパルスレーザ光の光軸の向きを、半導体基板に向けて 90 度変えるように反射するダイクロイツクミラーと、ダイクロイツクミラーで反射されたパルスレーザ光を被加工対象物に集光する集光レンズとを備えている。

[0004] このように構成されたレーザ加工装置により、半導体基板を切断する場合について説明する。まず、ステージ制御部により、各ステージを作動させて、パルスレーザ光の集光点が半導体基板の内部に位置するように、半導体基板を所定位置に移動させる。そして、レーザ光源制御部は、所定の繰り返し周波数でパルスレーザ光を照射するようにレーザ光源を作動させる。レーザ光源から照射されたパルスレーザ光は、ダイクロイツクミラーで反射された後、集光レンズに入射し、半導体基板の内部にスポット状に集光する。これにより、半導体基板の内部に改質領域が形成される。

[0005] また、 XY軸ステージにより半導体基板を XY方向に移動させることで、半導体基板の内部に平行切断予定部及び垂直切断予定部をそれぞれ複数形成する。その後、半導体基板の裏面にナイフエッジを押し当てることで、半導体基板を平行切断予定部及び垂直切断予定部に沿って切断することができる。

[0006] 特に、図 34に示すように、集光レンズとして 2点スポットレンズ 50を使用することで、半導体基板 51の内部に、厚さ方向に並ぶ 2つのスポット Sを同時に集光させることができる。即ち、 2点スポットレンズ 50の中心部を通る光線と、 2点スポットレンズ 50の外縁部を通る光線とを、それぞれ集光することで、半導体基板 51の厚さ方向に 2つのスポット Sを集光することができる。

これにより、半導体基板 51の内部に、改質領域を厚さ方向に 2列同時に形成することでき、厚みのある半導体基板 51にも対応することができる。

[0007] また、レーザ光を利用した場合には、切断後のチッビングが生じ難、ので洗浄等が不要であると共に、切断した!/、領域にのみレーザ光を集光させて被加工対象物を変質させるので、それ以外の領域に与える熱的な影響を極力抑えることができる。そのため、レーザ光を利用した被加工対象物の切断方法は、上述した機械的な切断に変わる新たな方法として注目されて、る。

[0008] 一方、現在、様々な分野でレーザ光が応用されており、例えば、その 1つとして半導体ウェハ等の加工対象物を、レーザ光を利用して切断するレーザ加工装置が知られている（例えば、特許文献 2— 5参照)。

[0009] この種のレーザカ卩ェ装置の一般的な構成を図 35に示す。図 35に示すレーザ加工装置 150は、加工対象物であるウェハ 151を上面に載置すると共に、水平面に平行な X方向及び Y方向に向けて移動するステージ 152と、ステージ 152の XY方向への移動を制御するステージコントローラ 153と、ウェハ 51の表面に向けて、例えば、パルス幅が 1 s以下の非常に短ぐ強いパルスレーザ光を垂直に照射するレーザ発振装置 154と、レーザ発振装置 154により照射されたパルスレーザ光を集光すると共にウェハ 151の表面又は内部に集光させる集光レンズ等の集光光学系 155と、レーザ発振装置 154を制御するレーザ発振制御部 156と、レーザ発振制御部 156及びステージコントローラ 153を総合的に制御するシステム制御部 157とを備えて、る。

ウェハ 51は、図 36に示すように、例えば、円状に形成されている場合を例にする。

[0010] このように構成されたレーザカ卩ェ装置 150により、ウェハ 151をレーザカ卩ェによりチップ状に切断する場合にっ、て説明する。

まず、ステージコントローラ 153によりステージ 152を XY方向に移動させて、ウェハ 151を図 36に示す切断開始位置まで移動させる。そして、レーザ発振制御部 156よりレーザ発振装置 154を作動させ、パルスレーザ光を照射させる。この際、パルスレ一ザ光の発振繰り返し周波数は、ある限られた周波数に設定されている。照射されたパルスレーザ光は、集光光学系 155によって、図 35に示すように、ウェハ 151の内部に集光されて密度の高いエネルギーが 1点に集中する。このエネルギーにより、ゥェノ、 151の内部に応力が 1点集中し、この部分にクラックが生じる。

[0011] また、パルスレーザ光の照射と同時に、システム制御部 157は、ステージコントローラ 153に走査指令 (信号)を送り、ステージ 152を介してウェハ 151を移動させる。この際、図 36に示すように、まずウェハ 151の X方向への走査を順次繰り返して、ゥェノ、 151の全面領域にパルスレーザ光の照射を行う。つまり、システム制御部 157は、レーザ発振制御部 156及びステージコントローラ 153を総合的に制御して、ノレスレ一ザ光の発振をコントロールしながらステージの走査を行う。

これにより、ウェハ 151の内部には、図 37に示すように、 X方向に向けて点線のように一定の間隔を空けた状態でクラックが連続的に生じる。この動作を所定の回数繰り返し、複数本の点線を生じさせ、 X方向のクラック生成を行う。

[0012] X方向へのクラック生成が終了した後に、ステージ 152の移動方向を変えて、ゥェハ 151の Y方向への走査を順次繰り返し、上述したと同様にウェハ 151の全面領域にパルスレーザ光の照射を行う。これにより、クラックが XY方向に向けて網の目状に形成されるので、外力を加えることにより、クラックに沿ってウェハ 151を小さなチップ状に切断することができる。

[0013] ここで、ウェハ 151を切断するには、点線のように形成された各クラック同士を連結させる必要があるので、クラック間の間隔は、ある規定値より大きくすることができない。つまり、クラック間の間隔が大きいと、クラック同士を連結することが困難となり、ゥェノ、 151を円滑に切断することが困難となってしまう。そのため、クラック間の最大加工間隔が決まっていた。

[0014] また、パルスレーザ光の繰り返し周波数は、レーザ発振装置 154の性能により決定されるものであると共にその値に限界があるので、この繰り返し周波数と最大力卩ェ間隔との乗算で決定する加工速度の最大値が決まってしまうものであった。例えば、パルスレーザ光の発振周波数を 20kppsとし、最大カ卩ェ間隔を 10 mとすると、最大カロェ速度は、 10 111 (最大カ卩ェ間隔） 201^ 3 (発振繰り返し周波数）= 2001111117 秒となる。この加工速度は、レーザカ卩ェ装置 150のスループットを決定する大きな要素となっている。

特許文献 1 :特開 2003— 266185号公報（図 16等）

特許文献 2 :特開 2002-205181号公報（図 1—図 6等）

特許文献 3：特開 2002— 205180号公報（図 1—図 6等）

特許文献 4:特開 2002— 192371号公報（図 1—図 6等）

特許文献 5：特開 2002— 192370号公報（図 1—図 6等）

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0015] ところで、図 34に示すレーザカ卩ェ装置では、半導体基板 51の厚さ方向に並ぶように 2つのスポット Sを同時に集光させることができる力 2点スポットレンズ 50の中心部を通る光線と、 2点スポットレンズ 50の外縁部を通る光線とをそれぞれ集光するので、 2点スポットレンズ 50の全体で光線を集めることができず、大開口（大 NA)が得られなかった。従って、スポット径が広がるので切れ味が劣り、切断性に影響を与える恐れがあった。

また、焦点を 2つ、即ち、スポットを 2つ以上集光させることが困難であるので、厚みのある半導体基板への適用が難しかった。

[0016] 一方、図 35に示すレーザカ卩ェ装置 150は、パルスレーザ光の繰り返し周波数及びクラック間の最大加工間隔がある程度決められてしまうので、加工速度を上げることが困難であり、スループットを上げることが難しいものであった。

[0017] この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、第 1の目的は、切れ味を増して切断性の向上を図ることができると共に、厚みのある試料を容易に切断することができるレーザ加工装置を提供することである。

[0018] また、第 2の目的は、レーザ光の繰り返し周波数及びクラック間の最大加工間隔を変えることなぐ高速にレーザ力卩ェが行えると共にスループットの向上を図ることができるレーザ加工装置を提供することである。

課題を解決するための手段

[0019] 上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。

本発明は、被加工対象物を載置するステージと;前記被加工対象物の表面に向けてレーザ光を出射する照射手段と;前記レーザ光を、複数の光束に分岐させると共に、前記被加工対象物の表面又は内部に複数のスポットとして集光させる光学系と;前記被加工対象物に対して前記複数のスポットを、水平方向に向けて相対的に移動させる移動手段と；を備えるレーザ加工装置を提供する。

[0020] 本発明のレーザ加工装置においては、照射手段力照射されたレーザ光力光学系により複数の光束に分岐されると共に、被加工対象物の表面又は内部に複数のスポットとして集光される。例えば、水平方向又は厚さ（深さ）方向に並ぶように、複数のスポットを集光させる。そして、複数のスポットのそれぞれの箇所で密度の高いエネルギ一が集中し、クラックが生じる。つまり、複数のクラックを、水平方向又は厚さ方向に向けて同時に生じさせることができる。

また、移動手段により、被加工対象物に対して複数のクラックを水平方向に向けて相対的に移動させるので、複数のクラックを点線のように連続的に形成することができ、クラック同士を連結させて被加工対象物を点線に沿って切断することができる。また、複数のクラックが、厚さ方向に並ぶ場合には、厚みのある被加工対象物であっても、容易且つ確実に切断を行うことができる。 [0021] 特に、従来の 2点スポットレンズを使用したものとは異なり、光学系が、例えば、レーザ光を複数の光束に分岐させた後に、複数のスポットに集光させたり、レーザ光を集光させた後に複数のスポットに分岐させたりするので、大開口（大 NA)を維持することができる。よって、スポット径を小さくでき、切れ味を増すことができる。従って、切断性の向上を図ることができる。

[0022] また、レーザ光を照射する毎に、複数のクラックを同時に生じさせることができるので、移動手段により複数のスポットを、スポットの分岐方向に速く移動させたとしても、各クラック間の加工間隔を最大カ卩ェ間隔内に納めることができる。従って、レーザ光の繰り返し周波数及びクラック間の最大加工間隔を変えることなぐ高速にレーザカロェを行うことができ、スループットの向上化を図ることができる。

[0023] 本発明のレーザ加工装置においては、前記光学系が、前記レーザ光を複数の光束に分岐させると共に、前記被加工対象物の表面に直交する方向に沿って前記複数のスポットを並べて集光させる複屈折性の光軸方向分岐素子を有する集光光学系であることが望ましい。

[0024] 本発明のレーザ加工装置においては、照射手段により照射されたレーザ光力光軸方向分岐素子により偏光方向に応じて複数の光束に分岐されると共に、集光光学系により被加工対象物内で、表面に直交する方向、即ち、光軸方向に沿って、表面力も裏面に達する部分に焦点位置が並ぶよう複数のスポットとして集光される。そして、複数のスポットのそれぞれの箇所で密度の高いエネルギーが集中し、複数のスポットのそれぞれにクラックが生じる。これにより、被加工対象物の厚さ (深さ）方向に並ぶように、複数のクラックを同時〖こ生じさせることができる。

[0025] また、移動手段により、被加工対象物に対してこれら複数のスポットを水平方向に向けて移動させるので、厚さ方向に並んだ複数のクラックを、水平方向に向けて点線のように連続的に形成することができる。そして、クラック同士を連結させて被加工対象物を点線に沿って切断することができる。この際、厚さ方向に複数のクラックが生じているので、厚みのある被カ卩ェ対象物であっても、容易且つ確実に切断することができる。

[0026] 特に、従来の 2点スポットレンズを利用したものとは異なり、集光光学系が、例えば、レーザ光を光軸方向分岐素子により複数の光束に分岐させた後に、対物レンズ等により複数のスポットに集光させたり、レーザ光を対物レンズ等により集光させた後に光軸分岐素子により複数の光束に分岐させるので、大開口（大 NA)を維持することができる。よって、スポット径を小さくでき、切れ味を増すことができる。従って、切断性の向上を図ることができる。

[0027] 本発明のレーザ加工装置においては、前記集光光学系が、隣接する前記複数のスポットの相対的な水平方向の位置をずらす複屈折性の水平方向分岐素子を有することが望ましい。

[0028] 本発明のレーザカ卩ェ装置においては、水平方向分岐素子を有しているので、被カロェ対象物の厚さ方向に並んだ各スポットのうち、隣接するスポットの相対的な水平方向の位置をずらすことができる。つまり、各スポットを深さ（上下)方向と左右方向とに分けた状態で被加工対象物内に集光させることができる。

従って、各スポットをナイフのように鋭角な角度で連結させることができ、さらなる切れ味の向上化を図ることができる。

[0029] また、本発明のレーザ加工装置においては、前記被加工対象物の表面を観察する観察光学系を備え、前記移動手段が、前記被加工対象物に対して前記複数のスポットを前記表面に直交する方向に相対的に移動でき、この移動時に、前記観察光学系により観察されたデータに基づ、て、前記被加工対象物の表面の合焦を自動調整することが望ましい。

[0030] 本発明のレーザ加工装置においては、観察光学系で観察されたデータに基づいて、移動手段が複数のスポットを被加工対象物の表面に直交する方向に相対的に移動させて、被加工対象物の表面の合焦を自動調整する。つまり、オートフォーカスを行って、被加工対象物の表面を常に捉えることができる。これにより、被加工対象物の表面と集光光学系との距離を常に一定の距離に維持することが可能である。よって、移動手段により、複数のスポットを水平方向に相対的に移動させる際、複数のスポットを表面から常に同一の位置に集光させながら移動を行わせることできる。従って、より高精度なレーザ加工を行うことができる。また、被加工対象物の表面を観察しながらレーザ力卩ェを行うことも可能である。 [0031] また、本発明のレーザカ卩ェ装置においては、前記レーザ光が、パルスレーザであり、前記光学系が、前記レーザ光を複数の光束に分岐させるレーザ分岐素子と;前記複数の光束を、前記被加工対象物の表面又は内部に水平方向に並んだ複数のスポットとして集光させる集光光学系と；を備えることが望ま、。

[0032] 本発明のレーザ加工装置においては、照射手段により出射されたノルスレーザ光力レーザ分岐素子により複数の光束に分岐される。分岐された複数の光束は、集光光学系に入射した後、被加工対象物の表面又は内部に水平方向に並んだ複数のスポットとして集光される。これにより、複数のスポットのそれぞれの個所で密度の高いエネルギーが集中し、複数のスポットのそれぞれにクラックが生じる。

また、移動手段により、被加工対象物に対して複数のスポットを水平方向に向けて移動させるので、複数のクラックを点線のように連続的に形成することができ、クラック同士を連結させて被加工対象物を点線に沿って切断することができる。

[0033] 特に、パルスレーザ光を 1パルス照射する毎に、レーザ分岐素子及び集光光学系により複数のクラックを同時に生じさせることができるので、例えば、移動手段により複数のスポットを、スポットの分岐方向に速く移動させたとしても各クラック間の加工間隔を最大カ卩ェ間隔内に収めることができる。従って、パルスレーザ光の繰り返し周波数及びクラック間の最大加工間隔を変えることなぐ高速にレーザ加工を行うことができ、スループットの向上化を図ることができる。

[0034] また、本発明のレーザカ卩ェ装置においては、前記レーザ分岐素子が、前記レーザ光を平面上に拡がるように分岐させ、前記集光光学系が、前記複数のスポットを水平方向に向けて直線状に並ぶように集光させることが望ま U、。

[0035] 本発明のレーザ加工装置においては、照射手段により照射されたノルスレーザ光力分岐素子により平面上に拡がるように分岐された後、集光光学系により被加工対象物の表面又は内部に、水平方向に直線状に並んだ複数のスポット、例えば、 n個のスポットとして集光される。

ここで、移動手段により n個のスポットを、スポットの向きと同一方向に移動させた場合には、移動手段を n倍速く移動させたとしても各クラック間の加工間隔を最大加工間隔内に収めることができるので、加工時間を短縮することができ、スループットの向上化を図ることができる。

また、移動手段により n個のスポットを、スポットの向きと略直交する方向に移動させた場合には、同時に複数のライン、即ち、 n本のラインでスポットを同時に形成することができるので、走査回数を短縮でき、スループットの向上化を図ることができる。

[0036] また、本発明のレーザカ卩ェ装置においては、前記レーザ分岐素子が、前記レーザ光を互いに直交する平面上に拡がるように分岐させ、前記集光光学系が、前記複数のスポットを水平面に対して 2次元状に並ぶように集光させることが望ま、。

[0037] 本発明のレーザ加工装置においては、照射手段により照射されたノルスレーザ光力分岐素子により直交する平面上、即ち、直交する 2平面に拡がるように分岐された後、集光光学系により被加工対象物の表面又は内部に、 2次元、即ち、水平面に平行な XY方向に並んだ複数のスポット、例えば、 n X m個のスポットとして集光される従って、各クラック間の加工間隔を最大加工間隔内に収めながら、移動手段により n倍 (m倍)速く移動させることができると共に、走査回数を lZm ( lZn)回に短縮することもできるので、さらなるスループットの向上化を図ることができる。

[0038] また、本発明のレーザ加工装置にぉ、ては、前記複数のスポットを、前記被加工対象物の表面に直交する軸回りに回転させる回転手段を備えることが望ま、。

[0039] 本発明のレーザカ卩ェ装置においては、回転手段により複数のスポットを被力卩ェ対象物の表面 (水平面）に直交する軸回りに回転できるので、複数のスポットの方向転換を容易且つ円滑に行うことができる。特に、移動手段と組み合わせることで、移動方向とスポットの並び方向との関係を相対付けられ、レーザカ卩ェをより高速に行うことができ、スループットの向上化を図ることことができる。

[0040] また、本発明のレーザカ卩ェ装置においては、前記レーザ光が、前記レーザ分岐素子に平行光束状態で入射し、前記レーザ分岐素子が、前記レーザ光を角度の異なる複数の光束に分岐させて前記複数の光束とする角度分岐素子であることが望ましい。

[0041] 本発明のレーザ加工装置においては、照射手段により出射されたノルスレーザ光力平行光束状態で、回折格子等の角度分岐素子に入射する。そして、角度分岐素子により、角度の異なる複数の光束に分岐された後、集光光学系に入射する。このように、 1つの光束を確実に複数の光束に分岐させ、被加工対象物の異なる点に集光させられるので、容易に複数のスポットを得ることができる。

[0042] 本発明のレーザ加工装置においては、前記角度分岐素子が、回折格子であり、その分岐面が前記集光光学系の瞳位置又は瞳位置と光学的に共役な位置に配置されることが望ましい。

[0043] 本発明のレーザ加工装置においては、回折格子を利用することで、より正確に光束を分岐させて複数の光束を集光光学系に入射させることができる。また、回折格子の分岐面が、集光光学系の瞳位置又は瞳位置と光学的に共役な位置に配されているので、各スポットへの集光光束のテレセントリック性を確保することが可能となり、レーザカ卩ェ時の均一性を確保することができる。

[0044] 本発明のレーザカ卩ェ装置においては、前記角度分岐素子が、ノマルスキープリズムであり、ローカラィズ面が前記集光光学系の瞳位置又は瞳位置と光学的に共役な位置に配置されることが望まし、。

[0045] 本発明のレーザカ卩ェ装置においては、ノマルスキープリズムを利用することで、光束を偏光方向の違いにより複数の光束に分岐させることができる。また、ローカラィズ面が、集光光学系の瞳位置又は瞳位置と光学的に共役な位置に配されているので、上述した回折構成の場合と同様にテレセントリック性を確保できる。また、この方法は、偏光の方向で光束を分岐しているので、 2つの光束のパワー配分を均一にすることが容易である特徴を持つ。

[0046] 本発明のレーザ加工装置においては、前記角度分岐素子が、ミラープリズム力構成されることが望ましい。

[0047] 本発明のレーザカ卩ェ装置においては、ミラープリズムを利用することで、パルスレーザ光を確実に複数の光束に分岐させた後に、集光光学系に入射させることができる

[0048] 本発明のレーザ加工装置においては、前記レーザ光が、前記レーザ分岐素子に非平行光束状態で入射し、前記レーザ分岐素子が、前記レーザ光を光軸に対して平行移動するよう複数に分岐させて、前記複数の光束とする平行移動分岐素子であることが望ましい。

[0049] 本発明のレーザ加工装置においては、照射手段により出射されたノルスレーザ光力非平行光束状態で複屈折結晶等の平行移動分岐素子に入射する。そして、平行移動分岐素子により、偏光方向に応じて屈折された後、光軸に対して平行移動するように複数の光束に分岐されて集光光学系に入射する。このように、 1つの光束を確実に複数の光束に分岐でき、容易に複数のスポットを得ることができる。

[0050] 本発明のレーザ加工装置においては、前記平行移動分岐素子が、複屈折性を有する複屈折光学素子であることが望まし、。

[0051] 本発明のレーザ加工装置においては、水晶や方解石等の複屈折光学素子を利用することで、容易且つ確実に複数の光束を得ることができる。

[0052] 本発明のレーザ加工装置においては、前記平行移動分岐素子が、ミラープリズム力構成されることが望ましヽ。

[0053] 本発明のレーザカ卩ェ装置においては、ミラープリズムを利用することで、確実に複数の光束に分岐させた後に、集光光学系に入射させることができる。

発明の効果

[0054] この発明によれば、光軸方向分岐素子により、被加工対象物の厚さ (深さ）方向に並ぶように複数のクラックを同時に生じさせることができるので、厚みのある被加工対象物であっても、容易且つ確実に切断することができる。

特に、従来の 2点スポットレンズを利用したものとは異なり、大開口（大 NA)を維持した状態でスポットを集光させることができる。従って、スポット径を小さくして切れ味を増すことができ、切断性の向上化を図ることができる。

[0055] また、パルスレーザ光を 1パルス照射する毎に、レーザ分岐素子及び集光光学系により複数のクラックを同時に生じさせることができる。従って、パルスレーザ光の繰り返し周波数及びクラック間の最大加工間隔を変えることなぐ高速にレーザ加工を行うことができ、スループットの向上化を図ることができる。

図面の簡単な説明

[0056] [図 1]本発明のレーザ加工装置の第 1実施形態の構成を示す図である。

[図 2A]パルスレーザ光を複数の光束に分岐させる対物レンズの構成を示す図であつて、複屈折素材レンズの結晶軸が光軸と直交するように配されている図である。

[図 2B]パルスレーザ光を複数の光束に分岐させる対物レンズの構成を示す図であつて、複屈折素材レンズの結晶軸が光軸と平行に配されている図である。

[図 3]ウェハの内部に厚さ方向に向けて並ぶように 2つのスポットを集光させた状態を示す図である。

[図 4A]集光光学系の構成を示す図であって、複屈折素材レンズの結晶軸が光軸と直交するように配されて、る図である。

圆 4B]集光光学系の構成を示す図であって、複屈折素材レンズの結晶軸が光軸と平行に配されている図である。

[図 5A]集光光学系の構成を示す図である。

[図 5B]図 5Aに示す断面矢視 A— A図である。

[図 5C]図 5Aに示す断面矢視 B-B図である。

[図 6]図 5Aに示す集光光学系により、ウェハの内部に厚さ方向に向けて並ぶように 4 つのスポットを集光させた状態を示す図である。

[図 7]集光光学系の構成を示す図である。

[図 8A]図 7に示す断面矢視 C-C図である。

[図 8B]図 7に示す断面矢視 D-D図である。

[図 9A]集光光学系の構成を示す図であって、複屈折板の結晶軸が光軸に対して 45 度傾くように配されて、る図である。

圆 9B]集光光学系の構成を示す図であって、複屈折板の結晶軸が光軸に対して 60 度傾くように配されて、る図である。

[図 10]図 9Aに示す集光光学系により、ウェハの内部に厚さ方向に向けて並ぶように 2つのスポットを集光させた状態を示す図である。

[図 11]集光光学系の構成を示す図である。

[図 12A]図 11に示す断面矢視 E-E図である。

[図 12B]図 11に示す断面矢視 F— F図である。

[図 13A]集光光学系の構成を示す図であって、複屈折板の結晶軸が光軸に対して直交するように配されて、る図である。圆 13B]集光光学系の構成を示す図であって、複屈折板の結晶軸が光軸に対して 4

5度傾くように配されて、る図である。

[図 14A]図 13Aに示す断面矢視 G— G図である。

[図 14B]図 13Bに示す断面矢視 H— H図である。

[図 15]図 13A及び図 13Bに示す集光光学系により、ウェハの内部に 4つのスポットを集光させた状態を示す図である。

[図 16]集光光学系の構成を示す図である。

圆 17]本発明のレーザ加工装置の第 2実施形態の構成を示す図である。

[図 18]レーザ加工装置の構成を示す図である。

圆 19]本発明のレーザ加工装置の第 3実施形態の構成を示す図である。

圆 20]回折格子により、ノルスレーザ光を複数の光束に分岐させると共に、集光レンズによりウェハの内部にスポットを集光させた状態を示す図である。

[図 21A]複数のスポットがウェハの X方向に並ぶように回折格子を配置した状態を示す図である。

圆 21B]図 21Aに示す状態から、回転機構により回折格子を Z軸回りに 90度回転させて、複数のスポットが Y方向に並んだ状態を示す図である。

[図 22]複数のスポットの分岐方向に向けて走査を行った状態を示す図である。

[図 23]ウェハ表面を X方向に走査した軌跡を示すウェハの上面図である。

[図 24]複数のスポットの分岐方向と直交する方向に走査を行った状態を示す図である。

圆 25]本発明のレーザ加工装置の第 4実施形態を示す図であって、回折格子の分岐面を、リレーレンズを介して集光レンズの瞳位置と共役な位置に配置した状態を示す図である。

[図 26]本発明のレーザ加工装置の第 5実施形態を示す図であって、ノマルスキープリズムにより、パルスレーザ光を複数の光束に分岐した状態を示す図である。

[図 27]ノマルスキープリズムの具体的な設計図である。

[図 28]本発明のレーザ加工装置の第 6実施形態を示す図であって、ミラープリズムにより、パルスレーザ光を複数の光束に分岐した状態を示す図である。 [図 29]本発明のレーザ加工装置の第 7実施形態を示す図であって、偏光ビームスプリツタにより、パルスレーザ光を複数の光束に分岐した状態を示す図である。

[図 30]本発明のレーザ加工装置の第 8実施形態を示す図であって、複屈折性結晶により、パルスレーザ光を複数の光束に分岐した状態を示す図である。

[図 31]複屈折性結晶を、集光位置力もずれるように配した状態を示す図である。

[図 32]複屈折性結晶を、カスケード接続した状態を示す図である。

[図 33]複数のスポットを近接させた状態で 1箇所に集光させた状態を示す図である。

[図 34]従来のレーザ力卩ェを示す図であって、 2点スポットレンズにより半導体基板内部に、厚さ方向に並ぶように 2つのスポット魏光させた状態を示す図である。

[図 35]従来のレーザカ卩ェ装置の構成を示す図である。

[図 36]ウェハ表面を X方向に走査した軌跡を示す図である。

[図 37]ウェハにレーザ力卩ェを行っている状態を示す図である。

符号の説明

[0057] P ;レーザ光（パルスレーザ光）、 P，；複数の光束、 S ;スポット、 1,40,101 ;レーザカロェ装置、 2, 102 ;ウェハ（被カ卩ェ対象物）、 3a ;載置面、 3,103 ;ステージ、 4,104 ;照射手段、 5 ;複屈折素材レンズ (光軸方向分岐素子)、 6 ;対物レンズ (光学系,集光光学系）、 7,107 ;移動手段、 8 ;観察光学系、 23,26,60,61,64 ;複屈折板 (光軸方向分岐素子)、 25 ;凹レンズ (光軸方向分岐素子)、 27,63 ;複屈折板 (水平方向分岐素子)、 41 ;第 1のレーザ発振装置 (照射手段)、 42 ;第 2のレーザ発振装置 (照射手段 )、 46 ;集光光学系、 47 ;チューナブルレーザ発振装置 (照射手段）、 105 ;回折格子 (レーザ分岐素子,角度分岐素子)、 106 ;集光レンズ (集光光学系）、 125 ;ノマルスキープリズム（レーザ分岐素子,角度分岐素子）、 125a ;ローカラィズ面、 127 ;ミラープリズム、 130 ;偏光ビームスプリッタ（レーザ分岐素子,角度分岐素子）、 140 ;複屈折性結晶 (レーザ分岐素子,平行移動分岐素子,複屈折光学素子）

発明を実施するための最良の形態

[0058] 以下、図面を参照しつつ、本発明の好適な実施の形態について説明する。

本発明のレーザ加工装置の第 i実施形態について、図 1から図 3を参照して説明する。本実施形態のレーザ加工装置 1は、例えば、厚さが 0. 1mmで円状に形成されたウェハ (被加工対象物） 2を、レーザ加工によりチップ状に細力べ切断する装置として説明する。

このレーザカ卩ェ装置 1は、図 1に示すように、ウェハ 2を水平面に対して平行に配された載置面 3aに載置するステージ 3と、ウェハ 2の表面 2aに向けてパルスレーザ光（レーザ光) Pを出射する照射手段 4と、パルスレーザ光 Pを複数の光束 P'に分岐させると共に複数の光束 P'をウェハ 2内で、ウェハ 2の表面 2aから裏面 2bに達する部分に焦点位置が並ぶ複数のスポット Sとして集光させる複屈折性の複屈折素材レンズ（光軸方向分岐素子） 5を有する対物レンズ (光学系、集光光学系） 6と、ウェハ 2に対して複数のスポット Sを水平方向（XY方向）及び鉛直方向（Z方向）に相対的に移動可能な移動手段 7と、ウェハ 2の表面 2aを光学的に観察する観察光学系 8とを備えている。

[0059] ステージ 3は、水平面に平行な XY方向及び XY方向に垂直な Z軸方向に移動可能に構成されている。つまり、ステージ 3を移動させることで、上述したように、ウェハ 2に対して複数のスポット Sを水平方向に向けて相対的に移動させることができる。このステージ 3は、ステージコントローラ 10によって XYZ方向への移動が制御されている。即ち、ステージ 3及びステージコントローラ 10は、上記移動手段 7として機能する。

[0060] ウェハ 2の上方には、パルスレーザ光 Pをウェハ 2の表面 2a対して垂直に照射する Nd： YAGレーザ等のレーザ発振装置 11が配されて、る。このレーザ発振装置 11は、例えば、パルス幅が 1 μ s以下の短く強いパルスレーザ光 Ρを、 20kppsの繰り返し周波数で出射する機能を有している。また、レーザ発振装置 11は、パルスレーザ光 Pを平行光束状態で出射でき、レーザ発振制御部 12により、パルスレーザ光 Pの出射タイミング等が制御されている。即ち、これらレーザ発振装置 11及びレーザ発振制御部 12は、上記照射手段 4として機能する。

レーザ発振制御部 12及び上記ステージコントローラ 10は、システム制御部 13によつて総合的に制御されている。

[0061] 対物レンズ 6は、レーザ発振装置 11とウェハ 2との間に配されており、図 2 (A)に示すように、複数枚のレンズ 6aにより構成されている。これら複数枚のレンズ 6aの 1枚が、上記複屈折素材レンズ 5とされている。なお、複屈折素材レンズ 5は、 1枚に限られるものではない。

この複屈折素材レンズ 5は、光軸に対して直交する方向（紙面に対して上下方向）に結晶軸が配されている。これにより、対物レンズ 6は、パルスレーザ光 Pを偏光方向による屈折率の違いを利用して 2つ (複数)の光束 P'に分岐させると共に、これら 2つの光束 P'をウェハ 2の表面 2aに直行する方向、即ち、ウェハ 2の厚さ方向（深さ方向 )に沿って上下に分かれた 2つのスポット Sとして集光する機能を有している。

[0062] 観察光学系 8は、図 1に示すように、直線偏光の半導体レーザ光 Lを照射する光源 15と、光源 15から照射された半導体レーザ光 Lを平行光にする第 1のレンズ 16と、第 1のレンズ 16に隣接配置された偏光ビームスプリッタ 17と、偏光ビームスプリッタ 1 7を透過した半導体レーザ光 Lの偏光の方位を、光路の往復で 90度回転させる 1Z 4波長板 18と、 1Z4波長板 18を透過した半導体レーザ光 Lを、光軸の向きを 90度変えるように反射させて対物レンズ 6に入射させるダイクロイツクミラー 19と、対物レンズ 6からの戻り光のうち偏光ビームスプリッタ 17で反射された光をフォトダイオード 20 に集光させる第 2のレンズ 21とを有している。

なお、ダイクロイツクミラー 19は、半導体レーザ光 Lを反射すると共に、それ以外の波長の光、例えば、レーザ発振装置 11で照射されたパルスレーザ光 Pを透過させる

[0063] 偏光ビームスプリッタ 17は、直線偏光のうち、例えば、入射面に平行な振動成分である P成分の直線偏光の光を透過させると共に、入射面に垂直な振動成分である S 成分の光を反射させる機能を有してヽる。

システム制御部 13は、フォトダイオード 20により受光された撮像データに基づ!/、て

、ステージコントローラ 10をフィードバック制御して、ステージ 3を Z軸方向に移動させる。即ち、オートフォーカスする。これにより、半導体レーザ光 Lは、常にウェハ 2の表面 2aに焦点が合うように調整される。

[0064] このように構成されたレーザカ卩ェ装置 1により、ウェハ 2をチップ状に切断する場合について以下に説明する。

まず、ステージコントローラ 10によりステージ 3を XY方向に方向に移動させて、ゥェハ 2を切断開始位置まで移動させる。切断開始位置に移動させた後、レーザ発振制御部 12によりレーザ発振装置 11を作動させて、パルスレーザ光 Pを平行光束状態で出射させる。出射されたパルスレーザ光 Pは、ダイクロイツクミラー 19を透過した後、対物レンズ 6に入射する。

[0065] 対物レンズ 6に入射したパルスレーザ光 Pは、図 2 (A)に示すように、複屈折素材レンズ 5により、偏光方向に応じて屈折して 2つの光束 P'に分岐する（結晶軸と同一の方向に向いた偏光成分の光束と、それに直交した偏光成分の光束とに分岐)と共に、ウェハ 2の表面 2aに直交する方向（光軸方向）に沿ってウェハ 2の表面 2aから裏面 2bに達する部分に焦点位置が並ぶ 2つのスポット Sとして集光される。例えば、図 3に示すように、ウェハ 2の内部に、光軸方向に沿って、例えば、 2 111ー500 111の距離を空けた 2つのスポット Sとして集光される。

なお、スポット間隔は、 2 μ m— 500 μ mに限られるものではない。好ましくは、 2 μ m— 50 μ mの間隔にすることが好ましい。

[0066] そして、各スポット Sのそれぞれに、密度の高いエネルギーが集中してクラックが生じる。このように、パルスレーザ光 Pを 1パルス照射する毎に、ウェハ 2内部に光軸 (厚さ方向）に沿って上下に並んだ 2つのクラックを同時に生じさせることができる。この 2 つのクラックにより、ウェハ 2の深さ方向（厚さ方向）への応力集中が発生する。

また、上述したノルスレーザ光 Pの照射と同時に、システム制御部 13は、ステージコントローラ 10に信号を送りステージ 3を介してウェハ 2を、 X方向に移動させる。これにより、上下 2つのスポット Sを X方向に向けて点線のように連続的に生じさせることができる。

[0067] 上述した X方向への走査を順次繰り返し、ウェハ 2の全面積に亘つて X方向へのクラックを生じさせる。即ち、 X方向へ向かう点線が複数本形成された状態となる。なお、各クラック間の間隔は、例えば、 10 mであり、隣接するクラック同士を連結するために必要な最大加工間隔が維持されるよう設定されて、る。

X方向へのレーザ力卩ェが終了した後に、ステージコントローラ 10によりステージ 3を介してウエノ、 2を Y方向に移動させて、上述したと同様に Y方向への走査を順次繰り返し、ウェハ 2の全面積に亘つて Y方向へのレーザ力卩ェを行う。

[0068] 上述した XY方向への走査が終了すると、ウェハ 2内部には最大加工間隔が維持された状態で、クラックが XY方向に向けて網の目の如く連続的に生じた状態となっている。これにより、各クラックは、点線に沿って格子状に連結する。従って、ウェハ 2をチップ状に切断することができる。また、ウェハ 2の深さ方向に 2つのクラックを同時に生じさせて、深さ方向に向けて応力を集中させるので、厚いウェハ 2でも容易且つ確実に切断することができる。

[0069] 特に、従来の 2点スポットレンズを利用したものとは異なり、対物レンズ 6の全体でスポット Sを集光させることができるので、 ΝΑを大きく取ることができる。従って、スポット径を小さくでき、光束 P'をより小さな一点に集光させて、切れ味を増すことができる。よって、ウェハ 2をより円滑に切断することができ、切断'性の向上を図ることができる。また、対物レンズ 6の全体を使用して各スポット Sを集光させるので、各スポット Sの強度を同一にでき、加工のむらを極力無くすことができる。

[0070] 更に、上述したレーザ加工の際、光源 15は、直線偏光の半導体レーザ光 Lの照射を行う。照射された半導体レーザ光 Lは、第 1のレンズ 16により平行光となった後、偏光ビームスプリッタ 17に入射する。そして、入射面に平行な振動成分である Ρ成分の直線偏光の光となって 1Z4波長板 18に入射する。入射した光は、 1Z4波長板 18を透過することで円偏光となった後、ダイクロイツクミラー 19で反射されて対物レンズ 6 に入射する。対物レンズ 6に入射した光は、ウェハ 2の表面 2aに照明される。

[0071] ウェハ 2の表面 2aで反射した光は、対物レンズ 6で集光された後、ダイクロイツクミラ一 19で反射されて 1Z4波長板 18に入射し、入射面に垂直な振動成分である S成分の偏光となる。この光は、偏光ビームスプリッタ 17により反射された後、第 2のレンズ 2 1によりフォトダイオード 20上に結像される。この結像されたデータは、システム制御部 13に送られる。システム制御部 13は、送られてきたデータに基づいて半導体レーザ光 Lの焦点がウェハ 2の表面 2aに合うように、ステージコントローラ 10を制御してステージ 3を Z方向に移動させる。即ち、自動的にオートフォーカスを行って、ウェハ 2 の表面 2aを常に撮像する。

[0072] これにより、対物レンズ 6とウェハ 2の表面 2aとの距離を、常に一定の距離に維持しながら走査を行うことができる。従って、複数のスポット Sを表面 2aから同じ位置に集光させながら走査を行えるので、より高精度なレーザ加工を行うことができる。また、ゥェハ 2の表面 2aを確認しながらレーザ力卩ェを行うことも可能である。

[0073] 上述したように、本実施形態のレーザ加工装置 1によれば、複屈折素材レンズ 5により、ウェハ 2の厚さ（深さ）方向に並ぶように複数のクラックを同時に生じさせることができる。従って、厚みのあるウェハ 2であっても、容易且つ確実に切断することができる。

特に、 NAを大きく取ることができるので、光束 P'をより小さな一点に集光可能である。従って、スポット径を小さくして切れ味を増し、ウエノ、 2をより円滑に切断することができる。

なお、上記第 1実施形態では、複屈折素材レンズ 5の結晶軸を光軸に対して直交する方向に配した構成にした力これに限られるものではなぐより好ましくは、図 2 (B )に示すように、光軸に対して平行になるように結晶軸を設けると良い。

[0074] なお、上記第 1実施形態では、集光光学系として、複数枚のレンズ 6aのうちの 1枚を複屈折素材レンズ 5とする対物レンズ 6を採用した力これに限られるものではない。例えば、図 4 (A)に示すように、対物レンズ 6の先端に複屈折性の複屈折板 (光軸方向分岐素子) 23を挿入した集光光学系を採用しても構わない。複屈折板 23としては、例えば、光軸に対して直交する方向（紙面に対して上下方向）に結晶軸を有しているものを用いれば良い。この場合には、複屈折板 23に、光を非平行光束状態で入射させれば良い。また、複屈折板の素材としては、例えば、 α— BBO、水晶、方解石、 LiNBOや YVO等を用いることができる。

3 4

[0075] また、図 4 (B)に示すように、複屈折板 23の結晶軸を、光軸に対して平行になるように構成しても構わない。

対物レンズ 6の射出光束は、光軸に対してある角度 (NA0. 2-0. 8等の角度を有する）を有するため、光学軸を含む面成分と、それに直交する偏光成分とに分離する。両偏光成分では、光軸が横ずれして進み、 2焦点を結ぶ。但し、直線偏光を入射させると、瞳面上での両偏光成分の分離比率が瞳位置で異なるため、変形した円形状となる。このため、より 2点の光量比を均等化させるには、円偏光として入射すると良い。また、この場合も複屈折板 23の光軸方向と同方向の光学軸を有する複屈折材料を組み合わせ、その間に偏光解消板を入れることで、さらに多点への分離が可能である。

[0076] また、対物レンズ 6の先端に複屈折板 23を挿入した構成を、図 4に示したが、これに限られず、対物レンズ 6の手前に複屈折板を挿入した集光光学系を構成しても構わない。例えば、対物レンズ 6に入射させるパルスレーザ光 Pの集光光学系の一部を複屈折板とし、実質的な光源位置が偏光方向によって異なるように構成しても良い。こうすることで、ウェハ 2内部に、厚さ方向に沿って分かれた複数のスポットを集光させることができる。この場合も上述した場合と同様に、パルスレーザ光 Pを非平行光束状態で入射させれば良い。

[0077] また、上記第 1実施形態では、パルスレーザ光 Pを 2つの光束 P'に分岐させると共に、光軸方向に向けて上下に分かれた 2つのスポットとして集光するよう構成したが、スポット Sは 2つに限られるものではない。

例えば、対物レンズ 6と、図 5に示す対物レンズ 6の午前側に配された複屈折性の凹レンズ (光軸方向分岐素子) 25と、複屈折板 (光軸方向分岐素子) 26とを組み合わせて集光光学系を構成しても構わない。こうすることで、スポット Sを 4つにすることが可能である。

この際、凹レンズ 25の結晶軸及び複屈折板 26の結晶軸は、共に光軸に対して直交する方向（紙面に対して左右方向）に配されていると共に、光軸方向から見たときに 45度の相対角度を有するように配されている。この場合には、パルスレーザ光 Pを複屈折板 26で非平行光束状態となるよう入射させれば良い。例えば、平行光束状態で凹レンズ 25に入射させれば良い。

[0078] このように集光光学系を構成した場合には、まず、凹レンズ 25にパルスレーザ光 P が入射すると、偏光方向によって焦点位置が 2つに分かれるように分岐 (結晶軸と同一の方向に向いた偏光成分の光束と、それに直交した偏光成分の光束とに分岐)する。そして、複屈折板 26に入射した 2つの光束は、光軸方向から見た複屈折板 26の結晶軸が凹レンズ 25に対して 45度回転しているので、偏光成分に応じて、それぞれさらに焦点位置が 2つに分かれるように分岐する。つまり、図 6に示すように、ウェハ 2 の光軸方向に 4つに並んだスポット Sとして集光させることができる。

従って、特に厚みのあるウェハ 2に好適に使用することができ、厚みのあるウェハ 2 を容易且つ確実に切断することができる。

[0079] また、上述した集光光学系は、 1つの複屈折板と凹レンズとを組み合わせた構成にしたが、例えば、図 7に示すように、光軸方向の分離距離の異なる (厚さが異なる平面板) 2枚の複屈折板 (光軸方向分岐素子) 60、 61と対物レンズ 6とで集光光学系を構成しても構わない。 2枚の複屈折板 60、 61の結晶軸は、図 8に示すように、光軸方向力も見たときに、 45度の相対角度を有するように配されている。

この場合には、対物レンズ 6の手前側に 1Z4波長板 62を入れて、パルスレーザ光 Pを対物レンズ 6に直線偏光又は円偏光状態で入射するように構成する。

[0080] このように集光光学系を構成した場合には、 1Z4波長板 62及び対物レンズ 6を通過したパルスレーザ光 P力最初の複屈折板 60に 45度の方位の直線偏光、又は、円偏光で入射する。入射したノスルレーザ光 Pは、複屈折板 60により、直交する偏光成分に等光量で 2つの光束 P'に分離され、その後、 2枚目の (次の)複屈折板 61 に入射する。そして、 2枚目の複屈折板 61に入射した 2つの光束 P'は、さらにそれぞれが互いに直交する偏光成分で 2つの光束に分離される。

[0081] その結果、 2枚目の複屈折板 61から 4つの光束 P'が出射される。これにより、ゥェノ、 2の光軸方向に 4つのスポット Sを隣接させた状態で集光させることができる。

また、入射させるパルスレーザ光 Pの偏光状態により直交する成分比を変えることで、 4つのスポット Sの強度比を変更することができる。また、 2枚の複屈折板 60、 61の、互いの結晶軸のなす角度を変えることで、 4つのスポット Sの強度比を変更することもできる。

上述したように、 2枚の複屈折板 60、 61を用いて、パルスレーザ光 Pを 4つのスポット Sに分離させたが、複屈折板を 3枚使用すれば 8つのスポット Sに分離でき、複屈折板を 4枚使用すれば 16のスポット Sに分離することができる。このように、必要に応じて複屈折板の数を増カロさせて構わな、。

[0082] また、上記第 1実施形態では、ウェハ 2の表面に直交する方向であって、且つ、同一の光軸上に位置するように 2つのスポット Sを上下に集光させたが、同一の光軸上に集光させなくても構わな、。

例えば、集光光学系を、対物レンズ 6と、隣接する複数のスポット Sの相対的な水平方向の位置をずらす、図 9 (A)に示す複屈折性の複屈折板 (水平方向分岐素子) 27 と、複屈折板 27に隣接配置された凹レンズ 28とで構成しても構わない。複屈折板 27 は、光軸に対して 45度の傾きを持った結晶軸を有しており、凹レンズ 28は、光軸に対して直交 (紙面に対して左右方向）する方向に結晶軸を有して、る。

[0083] このように集光光学系を構成した場合には、まず、凹レンズ 28にパルスレーザ光 P が入射すると、偏光方向によって焦点位置が上下に 2つ分かれるように分岐する。そして、次の複屈折板 27に光が入射することで、上下方向に 2つに分かれた焦点位置を水平方向にずらす (横ずらし)ことができる。

従って、図 10に示すように、ウェハ 2内部に上下方向及び左右方向に分かれた状態で 2つのスポット S ^^光させることができる。特に、 2つのスポット Sを、ウェハ 2の走査方向に水平方向横ずらしを生じさせることで、ウェハ 2内に走査方向（切断方向 )への応力をあわせて生じさせることができるため、さらなる切断性の向上を図ることができる。

[0084] また、複屈折板 27の結晶軸を、光軸に対して 45度の傾きを持つように構成した力この場合に限られず、図 9 (B)に示すように、結晶軸を光軸に対して 60度傾けた複屈折板 27aとしても構わない。この場合には、複屈折板 27aの 1枚で、横ずれと、深さ方向のずれと、を同時に生じさせることができる。

[0085] また、上述した集光光学系では、 1つの複屈折板 27と凹レンズ 28とを組み合わせた構成にした力例えば、図 11に示すように、厚さが異なる 2枚の平面板である複屈折板 (水平方向分岐素子) 63及び複屈折板 (光軸方向分岐素子) 64を利用して集光光学系を構成しても構わない。 2枚の複屈折板 63、 64の結晶軸は、図 12に示すように、光軸に対して直交 (紙面に対して左右方向）である。

このように集光光学系を構成した場合には、パルスレーザ光 Pは、最初の複屈折板 63により、水平方向に分離されて 2つの光束 P'となる。即ち、焦点位置が左右に 2つ分かれる。そして、 2枚目の複屈折板 64により、 2つの光束 P'は、それぞれ垂直方向にずれる。即ち、左右方向に 2つに分かれた焦点位置を、垂直方向にずらす (縦ずらし)ことがでさる。

従って、図 10と同様に、ウェハ 2内部に、上下方向及び左右方向に分かれた状態で 2つのスポット光することができる。

特に、斜めに改質層を設けることができるので、高さ方向の歪に加え、切断方向への歪も加えることができるので、走査方向の走査時間の短縮もでき、切れ味も改善することがでさる。

[0086] 更に、図 13及び図 14に示すように、光軸に対して直交 (紙面に対して左右方向）する結晶軸を有する複屈折板 65と、光軸に対して 45度の傾いた結晶軸を有する複屈折板 66とを、 45度方位に配置して集光光学系を構成しても構わない。この場合には、図 15に示すように、ウェハ 2の内部に垂直方向及び水平方向にそれぞれずれた 4つのスポット S ^^光することができる。

[0087] また、集光光学系を、図 16に示すように構成しても構わない。即ち、集光光学系は、レーザ発振装置 11から照射されたパルスレーザ光 Pの光束をほぼ平行にする正の屈折力を有する第 1のレンズ群 30と、第 1のレンズ群 30からの光束を反射光と透過光とに分離する偏光ビームスプリッタ 31と、偏光ビームスプリッタ 31により分離された反射光と透過光とをそれぞれ反射集光する第 1の凹面鏡 32及び第 2の凹面鏡 33と、偏光ビームスプリッタ 31と第 1の凹面鏡 32との間に配された第 1の 1Z4波長板 34と、偏光ビームスプリッタ 31と第 2の凹面鏡 33との間に配された第 2の 1Z4波長板 35 と、第 1の 1Z4波長板 34及び第 2の 1Z4波長板 35を透過し偏光ビームスプリッタ 31 を経由した光束を第 3の 1Z4波長板 36を介してウェハ 2の内部に集光する正の屈折力を有する第 2のレンズ群 37、とを備えている。

[0088] また、第 1のレンズ群 30、第 2のレンズ群 37及び第 1の凹面鏡 32により構成される第 1の光学系 38と、第 1のレンズ群 30、第 2のレンズ群 37及び第 2の凹面鏡 33により構成される第 2の光学系 39との間で結像特性に差をつけるように構成されている。即ち、第 1の凹面鏡 32により反射された光束と、第 2の凹面鏡 33により反射された光束とは、収束状態が異なる。

[0089] このように構成された集光光学系によりウェハ 2内部に光軸方向に沿って 2つのスポット Sを集光させる場合にっヽて説明する。

まず、レーザ発振装置 11から照射されたノルスレーザ光 Pは、第 1のレンズ群 30により平行光となって偏光ビームスプリッタ 31に入射する。この際、レーザ発振装置 11 は、無偏光のパルスレーザ光 Pを照射する。

偏光ビームスプリッタ 31に入射したパルスレーザ光 Pは、直線偏光のうち P偏光の光束 P'が 90度向きを変えて第 1の 1Z4波長板 34に入射して、円偏光となった後に第 1の凹面鏡 32に入射する。そして、第 1の凹面鏡 32により収束しながら反射される。反射された光束 P'は、再度第 1の 1Z4波長板 34に入射して S偏光の光束となる。よって、この光束 P'は、偏光ビームスプリッタ 31を透過する。そして、透過した後、第 3の 1Z4波長板 36により円偏光とされて第 2のレンズ群 37に入射する。

[0090] 一方、偏光ビームスプリッタ 31に入射したパルスレーザ光 Pのうち、 S偏光の光束 P ，は偏光ビームスプリッタ 31を透過した後、第 2の 1Z4波長板 35に入射して円偏光となり第 2の凹面鏡 33に入射する。そして、第 2の凹面鏡 33により収束しながら反射される。反射された光束 P'は、再度第 2の 1Z4波長板 35に入射して P偏光の光束 P' となる。よって、この光束 P'は、偏光ビームスプリッタ 31により、光軸の向きが 90度変わるように反射される。反射された後、第 3の 1Z4波長板 36により円偏光とされて第 2のレンズ群 37に入射する。

[0091] このように、パルスレーザ光 Pを 2つの光束 P，に分岐させて第 2のレンズ群 37にそれぞれ入射させることができる。そして、第 2のレンズ群 37により、それぞれの光束 P' をウェハ 2の内部に 2つのスポット Sとして集光させることができる。

また、この集光光学系において、レーザ発振装置 11により P偏光又は S偏光のパルスレーザ光 Pを偏光ビームスプリッタ 31に照射した場合には、通常光を第 2のレンズ群 37に入射させることができるので、状況に応じた光束の使い分けを行うことも可能である。

[0092] 更に、上記集光光学系において、第 1の凹面鏡 32及び第 2の凹面鏡 33を互いに僅かに偏芯させることで、上下方向のずれに加えて左右方向にずれたスポット Sをゥェハ 2の内部に集光させることも可能である。

特に、この集光光学系を利用することで、 ICや LSI等の半導体デバイス、 CCD等の撮像デバイス、液晶パネル等の表示デバイス、磁気ヘッド等のデバイスをより正確に切断することができる。

[0093] 次に、本発明のレーザ加工装置の第 2実施形態を、図 17を参照して説明する。なお、この第 2実施形態においては、第 1実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。

第 2実施形態と第 1実施形態との異なる点は、第 1実施形態では、パルスレーザ光 Pの偏光の違いを利用して、パルスレーザ光 Pを 2つの光束 P'に分岐すると共に 2つのスポット Sとして集光させたが、第 2実施形態のレーザ加工装置 40は、波長の違いを利用してパルスレーザ光 Pを 2つのスポット Sとして集光させる点である。

[0094] 即ち、本実施形態のレーザ加工装置 40は、波長の異なるパルスレーザ光 Pを照射する第 1のレーザ発振装置 (照射手段) 41及び第 2のレーザ発振装置 (照射手段) 42 と、両レーザ発振装置 41、 42から照射されたパルスレーザ光 Pを同一の光軸上に結合させるハーフミラー 43と、両パルスレーザ光 Pを波長に応じて焦点位置を変化させる色収差発生レンズ 44と、パルスレーザ光 Pをウェハ 2の内部で、表面に直交する光軸方向に 2つの焦点位置が並ぶ 2つのスポット Sとして集光させる対物レンズ 45とを備えている。

なお、色収差発生レンズ 44及び対物レンズ 45は、集光光学系 46を構成している。

[0095] このように構成されたレーザカ卩ェ装置 40では、第 1のレーザ発振装置 41により照射されたパルスレーザ光 Pは、ハーフミラー 43を透過して色収差発生レンズ 44に入射する。また、第 2のレーザ発振装置 42により照射されたパルスレーザ光 Pは、ハーフミラー 43で反射されて色収差発生レンズ 44に入射する。そして、色収差発生レンズ 44 に入射したそれぞれのパルスレーザ光 Pは、波長に応じて焦点位置が異なるように出射すると共に、対物レンズ 45によりウェハ 2内部に、深さ方向（厚さ方向）に分かれた 2つのスポット Sとして集光される。

このように、パルスレーザ光 Pの波長の違、を利用して 2つのスポット Sを容易に生じさせることがでさる。

なお、本実施形態においては、 2つのスポット Sとした力波長の異なる複数のパルスレーザ光 Pを照射させることで、所望する数の複数のスポット Sを生じさせることができる。

[0096] なお、第 2実施形態では、第 1のレーザ発振装置 41及び第 2のレーザ発振装置 42 により、波長の異なるノルスレーザ光 Pをそれぞれ照射するように構成したが、例えば、図 18に示すように、波長を任意に選択できると共に選択した波長の光を同時に複数照射することができるチューナブルレーザ発振装置 (照射手段) 47を利用しても構わない。こうすることで、より構成をシンプルにすることができる。

[0097] なお、上記各実施形態において、スポット Sをウェハ 2の内部に厚さ方向に向けて複数集光させたが、内部だけではなぐ表面及び裏面に集光させても構わない。また、ステージ 3を XY方向に移動させることで、ウェハ 2に対して複数のスポット Sを相対的に移動させたが、照射手段 4等を XY方向に移動させるように構成することで、ゥェノ、 2に対して複数のスポット Sを相対的に移動させても構わない。

[0098] 次に、本発明のレーザ加工装置の第 3実施形態について、図 19から図 24を参照して説明する。なお、本実施形態のレーザ加工装置 101は、円状に形成されたウェハ (被加工対象物） 102を、レーザ加工によりチップ状に細力べ切断する装置として説明する。

このレーザカ卩ェ装置 101は、図 19に示すように、ウェハ 102を水平面に対して平行に配された載置面 103aに載置するステージ 103と、ウェハ 102の表面 102a又は内部に向けてパルスレーザ光 Pを出射する照射手段 104と、パルスレーザ光 Pを複数の光束 P'に分岐させる回折格子 (レーザ分岐素子、角度分岐素子） 105と、複数の光束 P'をウェハ 102の内部に複数のスポット Sとして集光させる集光レンズ (集光光学系） 106と、ウェハ 102に対して複数のスポット Sを、水平方向に向けて相対的に移動させる移動手段 107とを備えてヽる。

なお、回折格子 105と集光レンズ 106とで、パルスレーザ光 Pを複数の高速 P'に分岐させると共に、ウェハ 102の表面 102a又は内部に複数のスポット Sとして集光させる光学系を構成する。

[0099] ステージ 103は、水平面に平行な XY方向に移動可能に構成されている。このステージ 103の移動により、上述したように、ウェハ 102に対して複数のスポット Sを水平方向に向けて相対的に移動させることが可能である。また、ステージ 103は、ステージコントローラ 110によって XY方向への移動が制御されている。即ち、これらステージ 103及びステージコントローラ 110は、上記移動手段 107として機能する。

[0100] ウェハ 102の上方には、パルスレーザ光 Pをウェハ 102の表面 102a対して垂直に照射するレーザ発振装置 111が配されている。このレーザ発振装置 111は、例えば、ノルス幅が 1 μ s以下の短く強いパルスレーザ光 Ρを、ある限られた繰り返し周波数で出射する機能を有している。また、レーザ発振装置 111は、パルスレーザ光 Ρを平行光束状態で出射するように構成されている。このレーザ発振装置 111は、レーザ発振制御部 112により、パルスレーザ光 Ρの出射タイミング等が制御されている。即ち、これらレーザ発振装置 111及びレーザ発振制御部 112は、上記照射手段 104として機能する。

また、レーザ発振制御部 112及びステージコントローラ 110は、システム制御部 11 3によって総合的に制御されて、る。

[0101] 回折格子 105は、図 20に示すように、レーザ発振装置 111から出射されたパルスレーザ光 Ρを角度の異なる複数の光束 P'に分岐させる透過型の回折格子であり、分岐面 105aが上記集光レンズ 106の瞳位置にほぼ一致するようにウェハ 102とレーザ発振装置 111との間に配されている。また、この回折格子 105は、 CGH (Computer Generated Hologram)のように、回折次数に応じた回折効率をコントロールして、各光束 P'の分岐光量比を略同一にすることが可能とされている。更に、回折格子 105は、パルスレーザ光 Pを複数の光束 P'に分岐させる際に、平面上 (線状）に拡がるよう（紙面に対して左右方向）に分岐させている。

また、回折格子 105は、図 21に示すように、回転機構（回転手段） 114によりウェハ 102の表面に直交する Z軸回りに回転可能とされて、る。

[0102] 集光レンズ 106は、回折格子 105とウェハ 102との間に配され、回折格子 105により平面上に拡がるように分岐された複数の光束 P'を、図 20及び図 22に示すように、水平方向に向けて直線状に複数のスポット Sが並ぶように集光させる機能を有して!/ヽる。なお、本実施形態では、スポット S数を 5つとして説明する。

[0103] このように構成されたレーザカ卩ェ装置 101により、ウェハ 102をチップ状に切断する場合について、以下に説明する。なお、初期状態として、図 21 (A)に示すように、ゥエノ、 102の X方向に向けてスポット Sが並ぶように回折格子 105の向きが回転機構 1 14により設定されている。

まず、ステージコントローラ 110によりステージ 103を XY方向に移動させて、図 23 に示すように、ウェハ 102を切断開始位置まで移動させる。切断開始位置に移動させた後、レーザ発振制御部 112によりレーザ発振装置 111を作動させて、パルスレ一ザ光 Pを平行光束状態で出射させる。出射されたパルスレーザ光 Pは、図 20に示すように、回折格子 105に入射して、複数の光束 P'、即ち 5つの光束 P' (— 2次光、 - 1次光、 0次光、 1次光及び 2次光）に分岐される。この際、各光束 P'の分岐光量比は、上述したように略同一となっている。

[0104] これら各光束 P，は、集光レンズ 106に入射してウェハ 102の内部に複数のスポット Sとして集光される。つまり、図 22に示すように、ウェハ 102の X方向に向けて直線状に 5つのスポット Sが並んだ状態で集光される。そして、各スポット Sのそれぞれに、密度の高いエネルギーが集中してクラックが生じる。このように、パルスレーザ光 Pを 1パルス照射する毎に、ウェハ 102内部に直線状に並んだ 5つのクラックを同時に生じさせることができる。特に、回折格子 105の分岐面 105aは、集光レンズ 106の瞳位置に配されているので、各スポット Sに集光する光束 P'のテレセントリック性を確保することが可能であり、加工の均一性を得ることができる。

[0105] また、上述したノルスレーザ光 Pの照射と同時に、システム制御部 113は、ステージコントローラ 110に信号を送りステージ 103を介してウェハ 102を、図 21に示すように X方向に移動させる。即ち、スポット Sの分岐方向に向けてステージ 103を移動させる。これにより、移動方向（走査方向）に向けて 5つのクラックを次々と同時に生じさせることができる。従って、ステージ 103を従来の移動速度より、例えば、 5倍速い速度で移動させたとしても、各クラック間の最大加工間隔を維持した状態で、クラックを移動方向に点線のように連続的に生じさせることができる。なお、この点線状に並んだクラックは、後にウェハ 102を切断する際の案内線となる。

[0106] そして、図 23に示すように、 X方向への走査を順次繰り返し、ウェハ 102の全面積に亘つて X方向へのクラックを生じさせる。即ち、 X方向へ向力点線力複数本形成された状態となる。ここで、上述したように、各クラック間の最大加工間隔を維持した状態で、ステージ 2を従来より 5倍速い速度で移動させることができるので、レーザカロェにかける時間を短縮することができる。

X方向へのレーザ力卩ェが終了した後、図 21 (B)に示すように、回転機構 114により回折格子 105を Z軸回りに 90度回転させて、複数のスポット Sをウェハ 102の Y方向に直線状に並ばせる。複数のスポット Sを回転させた後、ステージコントローラ 110によりステージ 103を介してウェハ 102を Υ方向に移動させ、上述したと同様に Υ方向への走査を順次繰り返して、ウェハ 102の全面積に亘つて Υ方向へのレーザ力卩ェを行う。この Υ方向への走査も同様に、各クラック間の最大加工間隔を維持した状態で、ステージ 2を従来より 5倍速い速度で移動させることができるので、レーザ加工にかける時間を短縮することができる。

[0107] 上述した ΧΥ方向への走査が終了すると、ウェハ 102内部には、最大加工間隔が維持された状態で、クラックが ΧΥ方向に向けて網の目の如く連続的に生じた状態となっている。ここで、若干の外力をウェハ 102にカ卩えることで、ウェハ 102を点線状に並んだクラックに沿って切断することができ、チップ状のウェハ 102を得ることができる

[0108] 上述したように、本実施形態のレーザカ卩ェ装置 101によれば、パルスレーザ光 Ρの繰り返し周波数を変えることなぐ各クラック間の最大加工間隔を維持した状態で、ステージ 2を ΧΥ方向に向けて従来より 5倍速い速度で移動させることができるので、レ一ザカ卩ェにかける時間を短縮することができ、スループットの向上化を図ることができる。また、回転機構 114により、回折格子 105を回転させることで、複数のスポット Sの方向転換を容易且つ円滑に行えるので、ステージ 103の移動と組み合わせてレーザ加工をより高速に行い易い。

[0109] また、回折格子 105により、パルスレーザ光 Ρを確実に所望する複数の光束 P'に分岐させることができる。更に、分岐面 105aが、集光レンズ 106の瞳位置に配されているので、各スポット Sへの集光光束のテレセントリック性を確保することが可能であり、レーザカ卩ェ時の均一性を確保することができる。なお、分岐面 105aを必ずしも集光レンズ 106の瞳位置に置かない場合でも効果はある。

[0110] なお、上記第 3実施形態では、スポット Sを 5つとして説明したが、これに限らず、複数であれば構わない。また、ステージ 103の移動速度は、スポット Sの数に比例して速くすることができる。例えば、 n個のスポット Sを集光するように構成した場合には、ステージ 103を従来の速度よりも n倍速くすることができる。また、スポット Sの分岐方向にステージ 103を移動させた力これに限らず、図 24に示すように、スポット Sの分岐方向と略直交する方向にステージ 103を移動させても構わない。この場合には、ステージ 103の速度が従来のままでも、一度に複数のラインでスポット Sを形成することができ、走査回数の短縮を図ることができる。従って、レーザカ卩ェにかける時間を短縮でき、スループットの向上化を図ることができる。

また、ステージ 2の移動方向を X方向から Y方向に切り替える際に、回折格子 105を回転させたが、必ずしもこの方法でなぐ例えば、ウェハ 102を 90度回転させることでスポット Sの分岐方向と走査方向とを一致させることも可能である。

[0111] 更に、第 3実施形態では、スポット Sが直線状に並ぶように構成した力これに限らず、例えば、パルスレーザ光 Pを回折格子 105により直交する 2平面に拡がるように複数の光束 P'に分岐させ、その後、集光レンズ 106によりウェハ 102の内部に 2次元的、即ち、 XY方向に並んだ複数のスポット S (X方向に n個、 Y方向に m個のスポット）として集光させるように構成しても構わな、。

この場合には、各クラック間の加工間隔を最大カ卩ェ間隔内に収めながら、ステージ 103を X方向に従来速度より n倍速く移動させることができると共に、走査回数を 1Z mに短縮することができるので、さらなるスループットの向上化を図ることができる。

[0112] 次に、本発明のレーザ加工装置の第 4実施形態を、図 25を参照して説明する。なお、この第 4実施形態においては、第 3実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。

第 4実施形態と第 3実施形態との異なる点は、第 3実施形態では、回折格子 105の分岐面 105aを集光レンズ 106の瞳位置に配した構成とした力第 4実施形態では、回折格子 105の分岐面 105aを集光レンズ 106の瞳位置と光学的に共役な位置に配している点である。

[0113] 即ち、本実施形態のレーザ加工装置は、図 25に示すように、回折格子 105と集光レンズ 106との間に、第 1のリレーレンズ 120及び第 2のリレーレンズ 121が配されている。回折格子 105は、この両リレーレンズ 120、 121を介することで、分岐面 105a を集光レンズ 106の瞳位置と共役な位置に配されている。

このように構成することで、集光レンズ 106の瞳位置力レンズの内部にある場合や、瞳位置に直接回折格子 105を配置できない場合であっても、対応することができるので、設計の自由度を向上することができる。

[0114] 次に、本発明のレーザ加工装置の第 5実施形態を、図 26及び図 27を参照して説明する。なお、この第 5実施形態においては、第 3実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。

第 5実施形態と第 3実施形態との異なる点は、第 3実施形態では、パルスレーザ光 Pをレーザ分岐素子である回折格子 105を利用して複数の光束 P'に分岐させたが、第 5実施形態では、レーザ分岐素子 (角度分岐素子）としてノマルスキープリズム 125 を用いた点である。

[0115] ノマルスキープリズム 125は、水晶等の複屈折性を有する結晶の結晶軸を組み合わせて構成されており、例えば、レーザ発振装置 111側の結晶軸は光軸に対して直交方向（紙面に対して垂直方向）とされ、集光レンズ 106側の結晶軸は光軸に対して 45度の傾きを持つように設計されて!、る。

また、ノマルスキープリズム 125のローカラィズ面（分岐面） 125aは、集光レンズ 10 6の内部にある瞳位置に一致するよう構成されている。

なお、本実施形態のレーザ加工装置は、ノマルスキープリズム 125に無偏光又は図示しな!、 1Z4波長板を利用して円偏光のパルスレーザ光 Pが入射するよう構成されている。即ち、予め直線偏光状態のパルスレーザ光 Pを照射するレーザ発振装置 111を採用した場合には、 1Z4波長板を利用して円偏光に変換すれば良い。このように、レーザ発振装置 111は、偏光状態に関係なくパルスレーザ光 Pを照射できれば良い。

[0116] このように構成されたレーザカ卩ェ装置により、パルスレーザ光 Pを 2つ（複数）の光束 P'に分岐させる場合、まずレーザ発振装置 111から出射されたパルスレーザ光 Pは、無偏光又は円偏光状態でノマルスキープリズム 125に入射する。入射したノルスレ一ザ光 Pは、互いに直交する 2つの直線偏光に分かれて屈折し、 2つの光束 P'に分岐する。分岐された光束 P，は、集光レンズ 106によりウェハ 102の内部に 2つのスポット Sとして集光される。この際、ローカラィズ面 125aが、集光レンズ 106の瞳位置に一致しているので、良好な光束分岐が可能となる。また、パルスレーザ光 Pは、無偏光又は円偏光状態でノマルスキープリズム 125に入射するので、分岐比が均等となり 2つのスポットでの光量比を等しくすることができる。

このように、特別な光学系を用いずに、ノマルスキープリズム 125を利用して、パルスレーザ光 Pを容易に 2つの光束 P，に分岐することができる。

[0117] ここで、例えば、図 27に示すように、ノマルスキープリズム 125を構成した場合、即ち、光軸に対して直交方向（紙面に対して垂直方向）に結晶軸を有する第 1の水晶 1 25bと、光軸に対して 45度の方向に結晶軸を有する第 2の水晶 125cとを、それぞれ頂角が 16° 20 'となるように接合して構成した場合には、接合面 125dからの距離が 3mmとなる位置にパルスレーザ光 Pを入射すると、第 2の水晶 125cから 15mm離れた位置で 4mradの角度で分岐する 2つの光束 P 'を得ることができる。そして、このノマルスキープリズム 125に、焦点距離 1. 8mmの集光レンズ（100X対物レンズ） 106 を組み合わせて使用した場合には、 7. 2 μ χη { 1. 8mm X 4mrad)間隔となる 2つのスポット Sを得ることができる。

[0118] なお、ノマルスキープリズム 125と集光レンズ 106との間に、 1Z4波長板を配置しても構わない。こうすることで、集光レンズ 106に 2つの光束 P 'を円偏光状態で入射させることができ、各スポット Sの偏光成分を均一にすることができる。従って、偏光成分の違いによる加工性の影響を極力なくすことが可能である。

[0119] 次に、本発明のレーザ加工装置の第 6実施形態を、図 28を参照して説明する。なお、この第 6実施形態においては、第 3実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。

第 6実施形態と第 3実施形態との異なる点は、第 3実施形態では、パルスレーザ光 Pをレーザ分岐素子である回折格子 105を利用して複数の光束 P 'に分岐させたが、第 6実施形態では、ミラープリズム (レーザ分岐素子、角度分岐素子） 127を利用してパルスレーザ光 Pを 2つ (複数)の光束 P 'に分岐する点である。

[0120] 即ち、図 28に示すように、レーザ発振装置 111と集光レンズ 106との間であって、パルスレーザ光 Pの光軸上にハーフミラー 128が配されている。このハーフミラー 128 は、パルスレーザ光 Pを 50%透過させると共に、 50%反射させる機能を有している。また、ハーフミラー 128によって反射されたパルスレーザ光 Pは、ミラー 129によって集光レンズ 106の瞳位置に向けて反射される。つまり、パルスレーザ光 Pは、ハーフミラー 128及びミラー 129〖こよって、 2つの光束 P，に分岐される。これらハーフミラー 12 8及びミラー 129は、上記ミラープリズム 127として機能する。

[0121] 本実施形態のレーザ加工装置によれば、特別な光学系を用いずに、ミラープリズム 127を利用して容易にパルスレーザ光 Pを 2つの光束 P，〖こ分岐させることができる。なお、パルスレーザ光 Pを 2つの光束 P，に分岐させた力ハーフミラー 128及びミラ一 129の組み合わせにより、 2以上の光束 P'に分岐させることも可能である。

また、この方法では、回折格子、ノマルスキープリズムに比べ大きな角度分岐を発生させることができる。特に、ステージ 102の移動方向に直角にスポット Sを分岐させ、 2本以上のラインを同時に加工するのに適した方法となる。

[0122] 次に、本発明のレーザ加工装置の第 7実施形態を、図 29を参照して説明する。なお、この第 7実施形態においては、第 3実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。

第 7実施形態と第 3実施形態との異なる点は、第 3実施形態では、パルスレーザ光 Pをレーザ分岐素子である回折格子 105を利用して複数の光束 P'に分岐させたが、第 7実施形態では、偏光ビームスプリッタ（レーザ分岐素子、角度分岐素子） 130を利用してパルスレーザ光 Pを 2つ (複数)の光束 P'に分岐する点である。

[0123] 即ち、偏光ビームスプリッタ（PBS : Polarized Beam Splitter) 130は、図 29に示すように、レーザ発振装置 111と集光レンズ 106との間に配されており、入射されたノルスレーザ光 Pを偏光に応じて 2つの光束 P'に分岐させている。つまり、偏光ビームスプリッタ 130は、入射面に平行な振動成分である P成分の直線偏光を有する光束 P' (P)を透過させると共に、入射面に垂直な振動成分である S成分の直線偏光を有する光束 P' (s)を反射させる機能を有しており、これによりパルスレーザ光 Pを 2つの光束 P 'に分岐している。

[0124] また、偏光ビームスプリッタ 130の一方の側には、第 1の 1Z4波長板 131が配されており、第 1の 1Z4波長板 131に隣接して第 1のミラー 132が配されている。この第 1 のミラー 132は、偏光ビームスプリッタ 130により反射されてきた光束 P' (s)を、若干光軸の角度を変えて反射する。また、偏光ビームスプリッタ 130の他方の側にも同様に、第 2の 1Z4波長板 133及び第 2のミラー 134が配されている。この第 2のミラー 134は、第 1のミラー 31により反射されてきた光束を、若干光軸の角度を変えて反射する。

[0125] このように構成されたレーザカ卩ェ装置によりパルスレーザ光 Pを 2つの光束 P，に分岐させる場合つ!/ヽて説明する。レーザ発振装置 111により出射されたパルスレーザ光 Pは、平行光束状態で偏光ビームスプリッタ 130に入射する。入射したパルスレーザ光 Pのうち、 P成分の直線偏光の光束 P' (P)は偏光ビームスプリッタ 130を透過して集光レンズ 106に入射する。

一方、入射したパルスレーザ光 Pのうち、 S成分の直線偏光の光束 P' (s)は、偏光ビームスプリッタ 130の反射面にて反射し、 90度光軸の向きを変えて第 1の 1Z4波長板 131に入射する。入射した光束 P' (s)は、第 1の 1Z4波長板 131により円偏光となって第 1のミラー 132に入射する。そして、第 1のミラー 132により反射されて再度第 1の 1Z4波長板 131に入射する。この際、円偏光は、第 1の 1Z4波長板 131でもとの S成分の偏光とは 90度回転した P成分の直線偏光光となる。また、光束 P'の光軸は、若干角度が変更された状態で反射される。

[0126] 再び、偏光ビームスプリッタ 130に戻ってきた光は、 P成分の光となるため、偏光ビ一ムスプリッタ 130を通過し、第 2の 1Z4波長板 133に入射する。そして、入射した光束 P' (p)は、第 2の 1Z4波長板 133により円偏光となって第 2のミラー 134に入射すると共に、若干光軸の角度が変更された状態で反射される。反射された後、再度第 2 の 1Z4波長板 133によって、円偏光がもとの P成分とは 90度回転した S成分の直線偏光となり、偏光ビームスプリッタ 130に入射する。

[0127] 偏光ビームスプリッタ 130に入射した光束 P' (s)は、 S成分であるため偏光ビームスプリッタ 130の反射面により反射され、 90度光軸の向きを変えて集光レンズ 106に入射する。つまり、集光レンズ 106には、もともと偏光ビームスプリッタ 130を通過してきた P成分の光束 Pと、左右のミラー 132、 134で 2回反射してきた S成分の光束との 2 つの光束 P'が入射する。

また、左右のミラー 132、 134の傾きを調整することにより、 P成分の光束に対し S成分の光束の角度を任意に調整することが可能である。この 2つの角度の異なる光束により、 2つのスポット Sをウェハ 102の内部に集光させることができる。

このように、特別な光学系を用いずに、偏光ビームスプリッタ 130、両 1Z4波長板 1 31、 133及び両ミラー 132、 134を組み合わせることで、パルスレーザ光 Pを容易に 2 つの任意の角度をもった光束 P，に分岐させることができる。

[0128] なお、本実施形態において、偏光ビームスプリッタ 130と集光レンズ 106との間に、

1Z4波長板を配置しても構わない。こうすることで、集光レンズ 106に 2つの光束 P' を円偏光状態で入射させることができ、各スポット Sの偏光成分を均一にすることができる。従って、偏光成分の違いによる加工性の影響を極力なくすことが可能である。また、この方法では、ミラー 132、 134の傾きを紙面に平行な面で傾けた力紙面に垂直な面内で傾けることも可能である。このため、偏光ビームスプリッタ 130を通過した P成分の偏光光光に対して、 XY両方向での傾きを与えることが可能であり、図示のように紙面に平行のみならず、垂直又はその組み合わせ方向にも、スポット Sの分岐が可能となる。

[0129] 次に、本発明のレーザ加工装置の第 8実施形態を、図 30を参照して説明する。なお、この第 8実施形態においては、第 1実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。

第 8実施形態と第 3実施形態との異なる点は、第 3実施形態では、パルスレーザ光 Pを回折格子 105により角度の異なる複数の光束に分岐させたが、第 8実施形態では、レーザ分岐素子として複屈折性を有する水晶等の複屈折性結晶 (平行移動分岐素子、複屈折光学素子） 140を利用し、パルスレーザ光 Pを光軸に対して平行移動するように複数分岐させて、 2つ (複数)の光束 P'とする点である。

[0130] 即ち、図 30に示すように、レーザ発振装置 111と集光レンズ 106との間に、複屈折性結晶 140が配されている。この複屈折性結晶 140は、収束光学系 141、即ち、第 1 の凸レンズ 142及び第 2の凸レンズ 143間に配されている。これにより、パルスレーザ光 Pは、非平行光束状態で複屈折性結晶 140に入射する。

[0131] このように構成されたレーザカ卩ェ装置によりパルスレーザ光 Pを 2つの光束 P，に分岐させる場合ついて説明する。まず、レーザ発振装置 111により出射されたノルスレ一ザ光 Pは、第 1の凸レンズ 142により収束光となって、非平行光束状態で複屈折性結晶 140に入射する。複屈折性結晶 140に入射したパルスレーザ光 Pは、偏光方向に応じて屈折し、光軸が平行移動するように 2つの光束 P'に分岐する。そして、これら各光束 P'は、第 2の凸レンズ 143により再び平行光束状態となって集光レンズ 106 に入射する。これにより、ウェハ 102内部に複数のスポット Sを集光させることができるなお、本実施形態においては、レーザ分岐素子として複屈折性結晶 140を採用したが、ミラープリズムを採用しても構わない。

[0132] ここで、複屈折性結晶 140として、例えば、 10mm厚さの方解石を利用した場合、光軸を約 lmm平行移動させた状態で光束を 2つに分岐させることができる。この場合には、結合倍率 100X(100倍）の集光光学系（対物レンズ 106と凸レンズ 143とにより構成される)縮小投影を行うと、 10 m間隔のスポット Sとなる。

また、本実施形態においては、複屈折性結晶 140を像側集光位置に配した構成にしたが、図 31に示すように、集光位置力ずれた位置に配しても構わない。

[0133] 更に、図 32に示すように、複屈折性結晶 140をカスケード接続して、パルスレーザ光 Pを複数の光束 P'に 2ⁿ分岐させても構わない。即ち、 1Z4波長板 144を挟むように厚さの異なる複屈折性結晶 140を配置させる。こうすることで、まず、最初の複屈折性結晶 140により、パルスレーザ光 Pを S成分の直線偏光の光束 P' (s)と P成分の直線偏光の光束 P' (P)とに分岐させる。その後、 1Z4波長板 144により円偏光にさせ、これを次の複屈折性結晶 140によりそれぞれ S成分及び P成分の直線偏光を持つ光束 P' (p) (s)に分岐させることが可能である。

このように、複屈折性結晶 140をカスケード接続することで、パルスレーザ光 Pを容易に所望する数の光束に分岐させることができる。

[0134] また、上記各実施形態において、スポット Sを複数に分離する例を示したが、全く同じ構成のもとで、スポット Sの分岐量を小さくすることで、図 33に示すように、近接した複数のスポット Sで 1箇所を加工することができる。

1個のスポット Sでは、等方性を持ったカ卩ェしかできないが、近接した複数のスポット Sを利用すると、スポット Sをずらす方向やずらし量により、加工点に異方性を持たせることが可能となる。この異方性により、意図的にウェハ 102内にできる歪みやクラックに方向性を持たせることが可能となり、隣り合った加工ポイントとのつながりを良くし

、その結果、ウェハ 102の分断 (切断)を容易にする効果を持つことになる。

[0135] また、上記各実施形態において、スポット Sをウェハ 102の内部に集光させた力ゥェハ 102の表面 102aに集光するように構成しても構わない。ウェハ 102の厚さに応じて適宜選択すれば良い。

また、ステージ 103を XY方向に移動させることで、ウェハ 102に対して複数のスポット Sを相対的に移動させたが、照射手段 104、回折格子 105等のレーザ分岐素子及び集光レンズを XY方向に移動させるように構成することで、ウェハ 102に対して複数のスポット Sを相対的に移動させても構わない。

また、回折格子 105を回転させることで、複数のスポット Sを回転させた力ステージ 103を回転可能に構成しても構わな、。

[0136] 更に、本発明には以下も含まれる。

〔付記項 1〕

本発明のレーザカ卩ェ装置であって、

前記レーザ分岐素子力前記パルスレーザを水平方向に向けて複数の光束に分岐させた後に、複数の光束の焦点位置をそれぞれ光軸方向に相対的にずらし、前記集光光学系が、前記複数の光束を前記被加工対象物の表面又は内部に、水平方向及び水平方向に直交する方向に並んだ複数のスポットとして集光させるレーザ加工装置。

[0137] このレーザ加工装置においては、複数のスポットを被加工対象物の水平方向及び深さ方向（厚さ方向）に並ぶように集光させることができるので、厚みのある被加工対象物であっても容易に切断することができる。

[0138] 以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付のクレームの範囲によってのみ限定される。

産業上の利用可能性

[0139] 本発明は、被加工対象物を載置するステージと、前記被加工対象物の表面に向けてレーザ光を出射する照射手段と、前記レーザ光を、複数の光束に分岐させると共に、前記被加工対象物の表面又は内部に複数のスポットとして集光させる光学系と、前記被加工対象物に対して前記複数のスポットを、水平方向に向けて相対的に移動させる移動手段と、を備えるレーザ加工装置に関する。

本発明のレーザ加工装置によれば、切れ味を増して切断性の向上を図ることができると共に、厚みのある試料を容易に切断することができる。また、レーザ光の繰り返し周波数及びクラック間の最大加工間隔を変えることなぐ高速にレーザ加工が行えると共にスループットの向上を図ることができる。

Claims

請求の範囲

[1] 被加工対象物を載置するステージと；

前記被加工対象物の表面に向けてレーザ光を出射する照射手段と；

前記レーザ光を、複数の光束に分岐させると共に、前記被加工対象物の表面又は内部に複数のスポットとして集光させる光学系と；

前記被加工対象物に対して前記複数のスポットを、水平方向に向けて相対的に移動させる移動手段と；を備えるレーザ加工装置。

[2] 請求項 1に記載のレーザカ卩ェ装置であって、

前記光学系は、前記レーザ光を複数の光束に分岐させると共に、前記被加工対象物の表面に直交する方向に沿って前記複数のスポットを並べて集光させる複屈折性の光軸方向分岐素子を有する集光光学系であるレーザ加工装置。

[3] 請求項 2に記載のレーザカ卩ェ装置であって、

前記集光光学系が、隣接する前記複数のスポットの相対的な水平方向の位置をずらす複屈折性の水平方向分岐素子を有するレーザ加工装置。

[4] 請求項 2に記載のレーザカ卩ェ装置であって、

前記被加工対象物の表面を観察する観察光学系を備え、

前記移動手段は、前記被加工対象物に対して前記複数のスポットを前記表面に直交する方向に相対的に移動でき、この移動時に、前記観察光学系により観察されたデータに基づ、て、前記被加工対象物の表面の合焦を自動調整するレーザ加工装置。

[5] 請求項 1に記載のレーザカ卩ェ装置であって、

前記レーザ光が、パノレスレーザ光であり、

前記光学系が、前記レーザ光を複数の光束に分岐させるレーザ分岐素子と;前記複数の光束を、前記被加工対象物の表面又は内部に水平方向に並んだ複数のスポットとして集光させる集光光学系と；を備えるレーザ加工装置。

[6] 請求項 5に記載のレーザカ卩ェ装置であって、

前記レーザ分岐素子が、前記レーザ光を平面上に拡がるように分岐させ、前記集光光学系が、前記複数のスポットを水平方向に向けて直線状に並ぶように集光させるレーザ加工装置。

[7] 請求項 5に記載のレーザカ卩ェ装置であって、

前記レーザ分岐素子が、前記レーザ光を互いに直交する平面上に拡がるように分岐させ、

前記集光光学系が、前記複数のスポットを水平面に対して 2次元状に並ぶように集光させるレーザ加工装置。

[8] 請求項 5に記載のレーザカ卩ェ装置であって、

前記複数のスポットを、前記被加工対象物の表面に直交する軸回りに回転させる回転手段を備えるレーザ加工装置。

[9] 請求項 5に記載のレーザカ卩ェ装置であって、

前記レーザ光が、前記レーザ分岐素子に平行光束状態で入射し、

前記レーザ分岐素子が、前記レーザ光を角度の異なる複数の光束に分岐させて前記複数の光束とする角度分岐素子であるレーザ加工装置。

[10] 請求項 5に記載のレーザ加工装置であって、

前記角度分岐素子が、回折格子であり、その分岐面が前記集光光学系の瞳位置又は瞳位置と光学的に共役な位置に配置されるレーザ加工装置。

[11] 請求項 5に記載のレーザ加工装置であって、

前記角度分岐素子が、ノマルスキープリズムであり、ローカラィズ面が前記集光光学系の瞳位置又は瞳位置と光学的に共役な位置に配置されるレーザ加工装置。

[12] 請求項 5に記載のレーザ加工装置であって、

前記角度分岐素子が、ミラープリズム力構成されるレーザ加工装置。

[13] 請求項 5に記載のレーザ加工装置であって、

前記レーザ光は、前記レーザ分岐素子に非平行光束状態で入射し、

前記レーザ分岐素子が、前記レーザ光を光軸に対して平行移動するよう複数に分岐させて、前記複数の光束とする平行移動分岐素子であるレーザ加工装置。

[14] 請求項 13に記載のレーザカ卩ェ装置であって、

前記平行移動分岐素子が、複屈折性を有する複屈折光学素子であるレーザ加工装置。請求項 13に記載のレーザカ卩ェ装置であって、

前記平行移動分岐素子が、ミラープリズムカゝら構成されるレーザ加工装置。