JP2023019078A - 光変調装置及びレーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ファラデーローテータの位置調整の手間を省き且つファラデーローテータによる光の減衰によるロスを防止可能な光変調装置及びレーザ加工装置を提供する。【解決手段】第１方向に沿って入射した入射光を第１入射光と第２入射光とに分離して、第１入射光を透過し且つ第２入射光を第２方向に対して平行又は傾斜した第１反射方向に反射する光分岐面を有する分離素子と、分離素子に対して第１方向に直接対向して配置され、光分岐面を透過した第１入射光を変調して第１変調光を生成し、第１変調光を光分岐面に戻す第１空間光変調器と、分離素子に対して第１反射方向に直接対向して配置され、光分岐面により反射された第２入射光を変調して第２変調光を生成し、第２変調光を光分岐面に戻す第２空間光変調器と、を備え、光分岐面が、第１空間光変調器から入射した第１変調光と、第２空間光変調器から入射した第２変調光と、を合成する。【選択図】図２

Description

本発明は、入射光を分離して変調する光変調装置、及びこの光変調装置を備えるレーザ加工装置に関する。

被加工物であるシリコンウェーハ（以下、ウェーハと略す）等の内部に集光レンズにより集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、ウェーハの切断予定ラインに沿ってウェーハの内部にレーザ加工領域を形成するレーザ加工装置が知られている（例えば特許文献１及び特許文献２参照）。ここでいうレーザ加工領域とは、レーザ光の照射によってウェーハの内部の密度、屈折率、機械的強度等の物理的特性が周囲と異なる状態となり、周囲よりも強度が低下する領域のことをいう。

特許文献１及び特許文献２に記載のレーザ加工装置は、ウェーハに対して集光レンズを切断予定ラインに沿って相対移動させながら、集光レンズによりウェーハ内において厚さ方向に互いに異なる２つの位置にレーザ光を同時に集光させて一対のレーザ加工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ウェーハの内部に２列のレーザ加工領域を１スキャンで形成可能になる。

このようなレーザ加工装置には、集光レンズによりウェーハ内において厚さ方向に互いに異なる２つの位置にレーザ光を同時集光するために、光変調装置が設けられている（例えば上記特許文献２から４参照）。この光変調装置は、偏光ビームスプリッタと、第１反射型光空間変調器と、第２反射型光空間変調器と、第１ファラデーローテータと、第２ファラデーローテータと、を備える（特に上記特許文献２の図１参照）。

偏光ビームスプリッタは、レーザ光源から出射されたレーザ光をＰ偏光とＳ偏光とに偏光分離する。第１反射型光空間変調器は、偏光ビームスプリッタを透過したＰ偏光を位相変調して第１変調光を生成し、この第１変調光を偏光ビームスプリッタに向けて反射する。また、第２反射型光空間変調器は、偏光ビームスプリッタにより反射されたＳ偏光を位相変調して第２変調光を生成し、この第２変調光を偏光ビームスプリッタに向けて反射する。

第１ファラデーローテータは、偏光ビームスプリッタと第１反射型光空間変調器との間に配置されており、偏光ビームスプリッタから第１反射型光空間変調器に向けて出射されたＰ偏光の偏光面と、第１反射型光空間変調器から偏光ビームスプリッタに向けて反射された第１変調光の偏光面とをそれぞれ４５度回転させる。第２ファラデーローテータは、偏光ビームスプリッタと第２反射型光空間変調器との間に配置されており、偏光ビームスプリッタから第２反射型光空間変調器に向けて出射されたＳ偏光の偏光面と、第２反射型光空間変調器から偏光ビームスプリッタに向けて反射された第２変調光の偏光面とをそれぞれ４５度回転させる。これにより、偏光ビームスプリッタに第１変調光（Ｓ偏光）と第２変調光（Ｐ偏光）とが入射する。そして、偏光ビームスプリッタは、第１変調光と第２変調光とを合成して、レーザ光の入射方向とは垂直な方向（第２反射型光空間変調器とは反対側の方向）に反射する。

特開２０１１－０５１０１１号公報 特開２０１４－２０２９５６号公報 特開２０１４－２０２９５７号公報 特開２０１４－２０２９５８号公報

ところで、上記特許文献２から４に記載の光変調装置は、偏光ビームスプリッタと第１反射型光空間変調器との間に第１ファラデーローテータを配置し、且つ偏光ビームスプリッタと第２反射型光空間変調器との間に第２ファラデーローテータを配置する必要がある。この場合には、各ファラデーローテータの位置調整が必要となり、さらに各ファラデーローテータにおいて各光及び各変調光の減衰によるロスが発生してしまう。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ファラデーローテータの位置調整の手間を省き且つファラデーローテータによる光の減衰によるロスを防止可能な光変調装置及びレーザ加工装置を提供することを目的とする。

本発明の目的を達成するための光変調装置は、互いに直交する第１方向、第２方向、及び第３方向の中で、第１方向に沿って入射した入射光を第１入射光と第２入射光とに分離して、第１入射光を透過し且つ第２入射光を前記第３方向から見た場合に第２方向に対して平行又は傾斜した第１反射方向に反射する光分岐面を有する分離素子と、分離素子に対して第１方向に直接対向して配置され、光分岐面を透過した第１入射光を変調して第１変調光を生成し、第１変調光を光分岐面に戻す第１空間光変調器と、分離素子に対して第２方向に直接対向して配置され、光分岐面により反射された第２入射光を変調して第２変調光を生成し、第２変調光を光分岐面に戻す第２空間光変調器と、を備え、第１空間光変調器が、第１変調光を、第２方向に垂直な面に対して平行な第２反射方向であって且つ第２方向から見た場合に入射光に対して傾斜した反射方向に反射して光分岐面に入射させ、第２空間光変調器が、第２変調光を、光分岐面に対する第１変調光の入射点に向けて反射し、光分岐面が、第１空間光変調器から入射した第１変調光と、第２空間光変調器から入射した第２変調光と、を合成して第２反射方向に出射する。

この光変調装置によれば、分離素子と第１空間光変調器との間、及び分離素子と第１空間光変調器との間にそれぞれファラデーローテータを設ける必要がなくなる。

本発明の他の態様に係る光変調装置において、分離素子がキューブ型の偏光ビームスプリッタであり、偏光ビームスプリッタにおいて、入射光が入射する面と、光分岐面からの第１変調光及び第２変調光を出射する面と、が同一である。これにより、光変調装置にファラデーローテータを設ける必要がなくなる。

本発明の他の態様に係る光変調装置において、偏光ビームスプリッタが、入射光を第１入射光であるＰ偏光と第２入射光であるＳ偏光とに分離する。

本発明の他の態様に係る光変調装置において、光分岐面と第１空間光変調器との間でＰ偏光及び第１変調光の偏光方向が維持され、且つ光分岐面と第２空間光変調器との間でＳ偏光及び第２変調光の偏光方向が維持される。

本発明の他の態様に係る光変調装置において、光分岐面を透過した第１入射光が第１空間光変調器に到達するまでの距離と、光分岐面により反射された第２入射光が第２空間光変調器に到達するまでの距離と、が同一である。

本発明の目的を達成するためのレーザ加工装置は、被加工物の内部に集光点を合わせてレーザ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レーザ加工領域を形成するレーザ加工装置であって、レーザ光を出力するレーザ光源と、レーザ光源から出力されたレーザ光が入射光として入射し、入射光を第１入射光と第２入射光とに分離し、第１入射光を変調した第１変調光と第２入射光を変調した第２変調光とを生成し、第１変調光及び第２変調光を合成して出力する請求項１から５のいずれか１項に記載の光変調装置と、第１変調光及び第２変調光を被加工物の内部に集光する集光レンズと、被加工物に対して集光レンズを切断予定ラインに沿って相対移動させる相対移動部と、第１空間光変調器及び第２空間光変調器を制御して、集光レンズにより被加工物の内部に集光される第１変調光の集光点及び第２変調光の集光点を、被加工物の厚さ方向に互いに異なり且つ集光レンズの相対移動方向に互いに等しい位置に形成する制御部と、を備える。

本発明は、ファラデーローテータの位置調整の手間を省き且つファラデーローテータによる光の減衰によるロスを防止する。

レーザ加工装置の概略図である 光変調装置の斜視図である。 図２中の光変調装置を上方側から見た上面図である。 図２中の光変調装置を側方側から見た側面図である。 第１空間光変調器及び第２空間光変調器により呈示されるホログラムパターンの一例を示した説明図である。 ウェーハの内部に第１変調光及び第２変調光が個別に集光した状態を示した図である。 図６に示した第１変調光の集光位置及び第２変調光の集光位置にレーザ加工領域が形成された状態を示した図である。 切断予定ラインに沿ってウェーハの内部に２列のレーザ加工領域が形成された状態を示した図である。 光変調装置の変形例を示した斜視図である。 光変調装置の変形例を上方側から見た上面図である。 光変調装置の変形例を側方側から見た側面図である。

図１は、本発明の光変調装置２８を備えるレーザ加工装置１０の概略図である。なお、図中のＸＹＺ方向は互いに直交しており、ＸＹ方向は水平方向であり且つＺ方向は上下方向である。また、θはＺ方向に平行な軸を回転軸とする軸周り方向である。このレーザ加工装置１０は、被加工物であるウェーハＷに対して集光レンズ３８を切断予定ラインに沿ってＸ方向に相対移動させながら、１本の切断予定ラインについてウェーハＷの内部に２列のレーザ加工領域を１スキャンで形成する。

図１に示すように、レーザ加工装置１０は、ステージ１１と、レーザ加工ヘッド（レーザエンジンともいう）２０と、制御部５０と、を備える。なお、本実施形態では、レーザ加工ヘッド２０と制御部５０とが別々に構成されているが、レーザ加工ヘッド２０が制御部５０の一部又は全部を含んでいてもよい。

ステージ１１は、本発明の相対移動部に相当するものであり、ウェーハＷを吸着保持する。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、この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。これにより、後述のレーザ加工ヘッド２０（集光レンズ３８）に対してウェーハＷをＸＹＺθ方向に相対移動可能になる。この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（アクチュエータ）にて構成される。なお、本実施形態では、ステージ１１をＸＹＺθ方向に移動可能に構成しているが、レーザ加工ヘッド２０に対してウェーハＷをＸＹＺθ方向に相対移動可能であれば特に限定されず、例えば、ステージ１１をＸＹθ方向に移動可能に構成し、レーザ加工ヘッド２０をＺ方向に移動可能に構成してもよい。

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。ウェーハＷのデバイスが形成された表面（デバイス面）には粘着材を有するバックグラインドテープが貼付され、ウェーハＷはその裏面が上向きとなるようにステージ１１に載置される。なお、ウェーハＷの一方の面に粘着材を有するダイシングテープを貼付し、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ウェーハＷをステージ１１に載置してもよい。

レーザ加工ヘッド２０は、制御部５０の制御の下、集光レンズ３８によりウェーハＷ内において厚さ方向に互いに異なる２つの位置にレーザ光Ｌの第１変調光Ｌ１及び第２変調光Ｌ２を同時に集光させて一対のレーザ加工領域を同時形成する。このレーザ加工ヘッド２０は、レーザ光源２２と、このレーザ光源２２から出射されるレーザ光Ｌ（第１変調光Ｌ１及び第２変調光Ｌ２）の光路に沿って配置されたビームエキスパンダ２４、ミラー２５、λ／２波長板２６、光変調装置２８、ミラー３０，３１、第１レンズ３２ａ（４ｆ光学系３２）、ミラー３３，３４、第２レンズ３２ｂ（４ｆ光学系３２）、及び集光レンズ３８と、を備える。

レーザ光源２２は、ビームエキスパンダ２４に向けて、ウェーハＷの内部へのレーザ加工領域の形成に用いられるレーザ光Ｌを出射する。このレーザ光源２２としては、例えば、半導体レーザ励起Ｎｄ：ＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）レーザが用いられる。レーザ光Ｌの条件としては、例えば、波長が波長：１．１μｍ、レーザ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８０～１２０ｋＨｚ、パルス幅が１８０～２８０ｎｓ、出力が８Ｗである。

ビームエキスパンダ２４は、レーザ光源２２から出力されたレーザ光Ｌを後述の光変調装置２８での位相変調のために適切なビーム径に拡大した後、ミラー２５に向けて出射する。ミラー２５は、ビームエキスパンダ２４から入射したレーザ光Ｌをλ／２波長板２６に向けて反射する。λ／２波長板２６は、光変調装置２８に入射するレーザ光Ｌの入射偏光面を調整する。なお、λ／２波長板２６は省略してもよい。

光変調装置２８は、詳しくは後述するが、λ／２波長板２６を透過したレーザ光Ｌを偏光分離し、偏光分離したレーザ光Ｌごとに位相変調を行って第１変調光Ｌ１及び第２変調光Ｌ２を生成し、さらに第１変調光Ｌ１及び第２変調光Ｌ２を合成してミラー３０へ出力する。

ミラー３０及びミラー３１は、光変調装置２８から入射した第１変調光Ｌ１及び第２変調光Ｌ２を順次反射して第１レンズ３２ａ（４ｆ光学系３２）へ導く。

４ｆ光学系３２は、第１レンズ３２ａ及び第２レンズ３２ｂを含む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、光変調装置２８で変調された第１変調光Ｌ１及び第２変調光Ｌ２を集光レンズ３８に縮小投影（拡大投影でも可）する。

ミラー３３，３４は、第１レンズ３２ａを透過した第１変調光Ｌ１及び第２変調光Ｌ２を順次反射して第２レンズ３２ｂに導く。これにより、第２レンズ３２ｂを透過した第１変調光Ｌ１及び第２変調光Ｌ２が集光レンズ３８に縮小投影される。

集光レンズ３８は、第１変調光Ｌ１及び第２変調光Ｌ２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）であり、第１変調光Ｌ１及び第２変調光Ｌ２をウェーハＷの内部においてＺ方向に互いに異なる２つの位置に集光させる。この集光レンズ３８の開口数（ＮＡ）は、例えば０．６５である。

また、集光レンズ３８は、ウェーハＷの内部において生じる第１変調光Ｌ１及び第２変調光Ｌ２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る。これにより、ウェーハＷの照射面（裏面）から所定の深さの位置で第１変調光Ｌ１及び第２変調光Ｌ２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ことができる。なお、「収差補正量」とは、ウェーハＷの照射面からの深さに換算した値である。ここで、補正環４０を用いた収差補正については公知技術であるので具体的な説明は省略する。

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駆動可能に構成してもよい。この場合に制御部５０は、補正環駆動部を制御して、補正環４０を回転させることで第１変調光Ｌ１及び第２変調光Ｌ２の収差を所望の状態に補正する。

制御部５０は、レーザ加工装置１０の各部の動作を制御する制御装置であり、例えば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）、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、ステージ１１の移動、レーザ光源２２の制御、及び後述の光変調装置２８の第１空間光変調器４６と第２空間光変調器４８の制御を含むレーザ加工装置１０の各部の動作を統括制御することにより、ウェーハＷの内部にレーザ加工領域の形成を制御する。

［光変調装置］
図２は光変調装置２８の斜視図である。図３は図２中の光変調装置２８を上方側から見た上面図である。図４は図２中の光変調装置２８を側方側から見た側面図である。なお、各図中のＸ１方向は光変調装置２８に対するレーザ光Ｌの入射方向（第１方向に相当）に平行な方向であり、Ｚ１方向（第２方向に相当）は後述の偏光ビームスプリッタ４４による反射光ＬＳの反射方向に平行な方向である。また、Ｙ１方向（第３方向に相当）は、Ｘ１方向及びＺ１方向の双方に垂直な方向である。

図２から図４に示すように、光変調装置２８は、キューブ型の偏光ビームスプリッタ４４と、第１空間光変調器４６と、第２空間光変調器４８と、を備える。

偏光ビームスプリッタ４４は、本発明の分離素子に相当するものであり、光入出射面４４ａと、光分岐面４４ｂと、第１対向面４４ｃと、第２対向面４４ｄと、を有する。

光入出射面４４ａは、Ｘ１方向の一端側に位置し且つＸ１方向に垂直な面である。この光入出射面４４ａは、λ／２波長板２６からのレーザ光ＬがＸ１方向に沿って入射する入射面として機能すると共に、後述の第１変調光Ｌ１及び第２変調光Ｌ２をミラー３０に向けて出射する出射面として機能する。なお、図２中の符号ＳＡ１は光入出射面４４ａ内でのレーザ光Ｌの入射点を示し、符号ＳＡ２は光入出射面４４ａ内での第１変調光Ｌ１及び第２変調光Ｌ２の出射点を示す。

光分岐面４４ｂは、Ｘ１方向において光入出射面４４ａと第１対向面４４ｃとの間に位置し且つＹ１方向側から見た場合に４５度に傾斜した面であり、ビームスプリッタとして機能する面である。光分岐面４４ｂは、光入出射面４４ａからＸ１方向に沿って入射点ＳＢ１に入射したレーザ光ＬをＰ偏光である透過光ＬＰ（第１入射光に相当）とＳ偏光である反射光ＬＳ（第２入射光に相当）とに偏光分離し、透過光ＬＰを第１対向面４４ｃ側に出射すると共に反射光ＬＳを第２対向面４４ｄ側に反射する。ここで反射光ＬＳは、光分岐面４４ｂによりＸ１方向に垂直な反射方向、換言するとＹ１方向から見た場合にＺ１方向に平行な方向（本発明の第１反射方向）に反射される。この際に、レーザ光Ｌが直線偏光である場合には、λ／２波長板２６の回転角度を調整してレーザ光Ｌの偏光面（偏光方向）の角度を調整することで、透過光ＬＰと反射光ＬＳとの割合を調整することができる。

また、光分岐面４４ｂは、詳しくは後述するが、第１空間光変調器４６に反射されて戻った第１変調光Ｌ１と第２空間光変調器４８に反射されて戻った第２変調光Ｌ２とを合成し、第１変調光Ｌ１及び第２変調光Ｌ２を光入出射面４４ａの出射点ＳＡ２に向けて出射する。なお、図２中の符号ＳＢ２は、光分岐面４４ｂ内での第１変調光Ｌ１及び第２変調光Ｌ２の入射点を示す。

第１対向面４４ｃは、Ｘ１方向の他端側に位置し且つＸ１方向に垂直な面であり、後述の第１空間光変調器４６に対向している。この第１対向面４４ｃは、光分岐面４４ｂを透過した透過光ＬＰを第１空間光変調器４６に向けて出射する出射面として機能すると共に、第１空間光変調器４６により反射された第１変調光Ｌ１が入射する入射面として機能する。なお、図２中の符号ＳＣ１は第１対向面４４ｃ内での透過光ＬＰの出射点を示し、且つ符号ＳＣ２は第１対向面４４ｃ内での第１変調光Ｌ１の入射点を示す。

第２対向面４４ｄは、Ｚ１方向に垂直な面であり、後述の第２空間光変調器４８に対向している。この第２対向面４４ｄは、光分岐面４４ｂにより反射された反射光ＬＳを第２空間光変調器４８側に出射する出射面として機能すると共に、第２空間光変調器４８により反射された第２変調光Ｌ２が入射する入射面として機能する。なお、図２中の符号ＳＤ１は第２対向面４４ｄ内での反射光ＬＳの出射点を示し、且つ符号ＳＤ２は第２対向面４４ｄ内での第２変調光Ｌ２の入射点を示す。

図５は、第１空間光変調器４６及び第２空間光変調器４８により呈示されるホログラムパターン５２，５４の一例を示した説明図である。図５と、既述の図２から図４とに示すように、第１空間光変調器４６及び第２空間光変調器４８は、位相変調型であり、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。第１空間光変調器４６は透過光ＬＰの位相変調を行い、第２空間光変調器４８は反射光ＬＳの位相変調を行う。なお、第１空間光変調器４６及び第２空間光変調器４８がＬＣＯＳ型のＳＬＭである場合には、振動方向が液晶の配列方向と平行な直線偏光成分のみ変調されるので、第１空間光変調器４６は透過光ＬＰの偏光面（偏光方向）の角度に合わせて配置され且つ第２空間光変調器４８は反射光ＬＳの偏光面の角度に合わせて配置される。

第１空間光変調器４６は、偏光ビームスプリッタ４４の第１対向面４４ｃに直接対向して配置されている。また、第２空間光変調器４８は、偏光ビームスプリッタ４４の第２対向面４４ｄに直接対向して配置されている。ここで「直接対向」とは、第１空間光変調器４６と第１対向面４４ｃとの間、及び第２空間光変調器４８と第２対向面４４ｄとの間に、ファラデーローテータなどの光の偏光面を回転させる光学素子が配置されていないことを示す。

第１空間光変調器４６は、複数の画素が２次元配列され且つ集光レンズ３８の瞳面と共役な位置関係になる反射面（変調面）を有する。この第１空間光変調器４６の反射面には、制御部５０の制御の下、第１対向面４４ｃから入射する透過光ＬＰの位相を変調するホログラムパターン５２が呈示される。これにより、第１空間光変調器４６の反射面は、透過光ＬＰをホログラムパターン５２により位相変調して第１変調光Ｌ１を生成し、この第１変調光Ｌ１を、第１対向面４４ｃを通して光分岐面４４ｂに向けて反射する。

また、第１空間光変調器４６は、不図示の移動機構によりＸ１方向に位置調整可能に保持されていると共に、不図示の回転機構によりＺ１方向に平行な回転軸を中心として回転調整可能に保持されている。そして、第１空間光変調器４６は、移動機構及び回転機構により、光分岐面４４ｂを透過した透過光ＬＰが第１空間光変調器４６に到達するまでの距離が所定距離ｄ（図４参照）となるように位置調整及び回転調整されている。

さらに、第１空間光変調器４６は、移動機構及び回転機構により、第１変調光Ｌ１を反射方向ＲＤ（図２及び図３参照）に反射するように位置調整及び回転調整されている。この反射方向ＲＤ（本発明の第２反射方向に相当）は、Ｚ１方向に垂直な面であるＸ１Ｙ１面（本発明の第２方向に垂直な面に相当）に平行な方向であって、且つＺ１方向側から見た場合にＸ１方向（レーザ光Ｌの入射方向）に対して傾斜した方向であり、さらに光分岐面４４ｂ及び光入出射面４４ａを通る方向である。

既述の通り第１空間光変調器４６と第１対向面４４ｃとの間にはファラデーローテータ等が配置されていないので、第１対向面４４ｃから出射された透過光ＬＰ（Ｐ偏光）はその偏光面（偏光方向）を維持した状態で第１空間光変調器４６の反射面に入射する。また、第１空間光変調器４６の反射面により反射された第１変調光Ｌ１（Ｐ偏光）についてもその偏光面（偏光方向）を維持した状態で第１対向面４４ｃから光分岐面４４ｂの入射点ＳＢ２に入射する。このため、第１変調光Ｌ１は、光分岐面４４ｂをそのまま透過して光入出射面４４ａから出射する。

第２空間光変調器４８は、第１空間光変調器４６と同様の反射面を有する。この第２空間光変調器４８の反射面には、制御部５０の制御の下、第２対向面４４ｄから入射する反射光ＬＳの位相を変調するホログラムパターン５４が呈示される。これにより、第２空間光変調器４８の反射面は、反射光ＬＳをホログラムパターン５４により位相変調して第２変調光Ｌ２を生成し、この第２変調光Ｌ２を、第２対向面４４ｄを通して光分岐面４４ｂに向けて反射する。

また、第２空間光変調器４８は、不図示の移動機構によりＺ１方向に位置調整可能に保持されていると共に、不図示の回転機構によりＸ１方向に平行な回転軸を中心として回転調整可能に保持されている。そして、第２空間光変調器４８は、移動機構及び回転機構により、光分岐面４４ｂにより反射された反射光ＬＳが第２空間光変調器４８に到達するまでの距離が所定距離ｄ（図４参照）となるように位置調整及び回転調整されている。これにより、透過光ＬＰが光分岐面４４ｂから第１空間光変調器４６に到達するまでの距離と、反射光ＬＳが光分岐面４４ｂから第２空間光変調器４８に到達するまでの距離と、が共に所定距離ｄで同一になる。

さらに、第２空間光変調器４８は、移動機構及び回転機構により、第２変調光Ｌ２が光分岐面４４ｂの入射点ＳＢ２、すなわち光分岐面４４ｂに対する第１変調光Ｌ１の入射点ＳＢ２に入射し、さらにこの入射点ＳＢ２で第２変調光Ｌ２が反射方向ＲＤに反射されるように位置調整及び回転調整されている。

既述の通り第２空間光変調器４８と第２対向面４４ｄとの間にもファラデーローテータ等が配置されていないので、第２対向面４４ｄから出射された反射光ＬＳ（Ｓ偏光）はその偏光面（偏光方向）を維持した状態で第２空間光変調器４８の反射面に入射する。また、第２空間光変調器４８の反射面により反射された第２変調光Ｌ２（Ｓ偏光）についてもその偏光面（偏光方向）を維持した状態で第２対向面４４ｄから光分岐面４４ｂの入射点ＳＢ２に入射する。このため、第２変調光Ｌ２は、光分岐面４４ｂにより反射方向ＲＤに反射される。これにより、光分岐面４４ｂの入射点ＳＢ２において第１変調光Ｌ１及び第２変調光Ｌ２が合成された後、反射方向ＲＤに沿って光入出射面４４ａの出射点ＳＡ２から出射される。

ホログラムパターン５２，５４は、レーザ加工領域の形成位置、レーザ光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。

ホログラムパターン５２は、透過光ＬＰの位相を変調するための変調パターンである。具体的にはホログラムパターン５２は、集光レンズ３８により集光される第１変調光Ｌ１の集光位置を第２変調光Ｌ２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第１変調光Ｌ１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。なお、補正用ホログラムパターンには、レーザ加工ヘッド２０の光学系により発生する収差の補正を行うためのパターンを含んでいてもよい。

ホログラムパターン５４は、反射光ＬＳ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第２変調光Ｌ２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、ホログラムパターン５２とホログラムパターン５４とが逆であってもよい。また、ホログラムパターン５４が、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。すなわち、ホログラムパターン５２，５４は、集光レンズ３８によりウェーハＷの内部に集光される第１変調光Ｌ１及び第２変調光Ｌ２の各々の集光位置をウェーハＷの厚さ方向に互いに異なる位置に調整可能であれば特に限定はされない。

このように本実施形態では、２つの第１空間光変調器４６及び第２空間光変調器４８を用いて透過光ＬＰ及び反射光ＬＳの位相変調を個別に行うことで、第１空間光変調器４６及び第２空間光変調器４８にそれぞれ入射する光の量を減らすことができる。その結果、第１空間光変調器４６及び第２空間光変調器４８の温度上昇を抑えることができ、第１空間光変調器４６及び第２空間光変調器４８の熱による歪みの抑制と破損リスクの低減とが図れる。

なお、本実施形態のように２つの第１空間光変調器４６及び第２空間光変調器４８を用いる代わりに１つの空間光変調器の反射面を２分割して、この反射面の分割領域ごとに透過光ＬＰ及び反射光ＬＳの位相変調を個別に行うことも考えられる。しかしながら、この場合には、分割領域ごとに個別に集光される第１変調光Ｌ１及び第２変調光Ｌ２が集光レンズ１８の開口を同じように占めることができないので、第１変調光Ｌ１及び第２変調光Ｌ２の集光性が低下し且つ加工品質も低下する。

これに対して本実施形態では、２つの第１空間光変調器４６及び第２空間光変調器４８を用いて透過光ＬＰ及び反射光ＬＳの位相変調を個別に行うことで、第１変調光Ｌ１及び第２変調光Ｌ２が合波されて重なり合うため、それぞれが集光レンズ１８の開口を同じように占めることになる。その結果、第１変調光Ｌ１及び第２変調光Ｌ２の集光性の低下と加工品質の低下とが抑制される。

［レーザ加工装置によるレーザ加工］
次に上記構成のレーザ加工装置１０によるウェーハＷのレーザ加工処理の流れについて説明する。最初に集光レンズ３８の補正環４０を用いて収差補正を必要に応じて実施する。次いで、ウェーハＷをステージ１１に吸着保持させた後、制御部５０により不図示のアライメント光学系及びステージ１１（ステージ移動機構）を制御して、集光レンズ３８の光軸を切断予定ラインの加工開始位置に合わせるアライメントを行う。

アライメントが完了すると、制御部５０がレーザ光源２２からのレーザ光Ｌの出射と、第１空間光変調器４６によるホログラムパターン５２の呈示と、第２空間光変調器４８によるホログラムパターン５４の呈示と、を開始させると共に、ステージ１１を駆動してウェーハＷに対して集光レンズ３８をＸ方向（加工送り方向）に相対移動させる。

レーザ光源２２から出射されたレーザ光Ｌは、ビームエキスパンダ２４、ミラー２５、λ／２波長板２６を経て光変調装置２８に入射する。

光変調装置２８に入射したレーザ光Ｌは、偏光ビームスプリッタ４４の光入出射面４４ａに入射した後、光分岐面４４ｂにて透過光ＬＰと反射光ＬＳとに偏光分離される。透過光ＬＰは、光分岐面４４ｂを透過して第１対向面４４ｃから第１空間光変調器４６に向けて出射され、その偏光面（偏光方向）を維持した状態で、第１空間光変調器４６に入射する。これにより、透過光ＬＰは、第１空間光変調器４６の反射面に呈示されているホログラムパターン５２により第１変調光Ｌ１に位相変調される。そして、第１変調光Ｌ１は、第１空間光変調器４６の反射面に反射されて、その偏光面を維持した状態で、反射方向ＲＤに沿って第１対向面４４ｃを透過して光分岐面４４ｂの入射点ＳＢ２に入射する。

一方、反射光ＬＳは、光分岐面４４ｂにより反射された後に第２対向面４４ｄから第２空間光変調器４８に向けて出射され、その偏光面（偏光方向）を維持した状態で、第２空間光変調器４８に入射する。これにより、反射光ＬＳは、第２空間光変調器４８の反射面に呈示されているホログラムパターン５４により第２変調光Ｌ２に位相変調される。そして、第２変調光Ｌ２は、第２空間光変調器４８の反射面に反射されて、その偏光面を維持した状態で、第２対向面４４ｄを透過して光分岐面４４ｂの入射点ＳＢ２に入射する。

第１変調光Ｌ１及び第２変調光Ｌ２は、入射点ＳＢ２において合成された後、反射方向ＲＤに沿って進行し、光入出射面４４ａの出射点ＳＡ２からミラー３０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４４に対する第１空間光変調器４６及び第２空間光変調器４８の配置を調整して、レーザ光Ｌが入射する光入出射面４４ａから第１変調光Ｌ１及び第２変調光Ｌ２を出射させることで、偏光ビームスプリッタ４４と、各空間光変調器４６，４８との間のファラデーローテータ等の配置を省略可能である。

光入出射面４４ａから出射された第１変調光Ｌ１及び第２変調光Ｌ２は、ミラー３０，３１、第１レンズ３２ａ、ミラー３３，３４、及び第２レンズ３２ｂを経て集光レンズ３８に入射する。そして、第１変調光Ｌ１及び第２変調光Ｌ２は、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６は、ウェーハＷの内部に第１変調光Ｌ１及び第２変調光Ｌ２が個別に集光した状態を示した図である。図７は、図６に示した第１変調光Ｌ１の集光点Ｑ１及び第２変調光Ｌ２の集光点Ｑ２にレーザ加工領域Ｐ１，Ｐ２が形成された状態を示した図である。図８は、切断予定ラインに沿ってウェーハＷの内部に２列のレーザ加工領域Ｐ１，Ｐ２が形成された状態を示した図である。

図６に示すように、第１変調光Ｌ１及び第２変調光Ｌ２は、集光レンズ３８により、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Ｘ方向（相対移動方向に相当）に互いに等しい２つの位置（集光点Ｑ１、集光点Ｑ２）に同時に集光される。これにより、図７に示すように、２つの集光点Ｑ１，Ｑ２の近傍には一対のレーザ加工領域Ｐ１，Ｐ２が形成される。また、レーザ加工領域Ｐ１，Ｐ２を起点としてウェーハＷの厚さ方向に延びる亀裂Ｋ１，Ｋ２（クラックともいう）が形成される。そして、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８に示すように、切断予定ラインに沿ってウェーハＷの内部に２列のレーザ加工領域Ｐ１，Ｐ２が形成される。

次いで、制御部５０の制御の下、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レーザ加工領域Ｐ１，Ｐ２が形成される。

そして、Ｘ方向と平行な全ての切断予定ラインに沿ってレーザ加工領域Ｐ１，Ｐ２が形成されると、制御部５０の制御の下、ステージ１１が９０°回転され、先程の切断予定ラインと直交する切断予定ラインも同様にして全てレーザ加工領域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レーザ加工領域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レーザ加工領域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。

以上のように本実施形態では、光変調装置２８からファラデーローテータを省略することができるので、従来のようなファラデーローテータの位置調整の手間を省き、且つファラデーローテータによる光の減衰によるロスを防止することができる。

［その他］
図９は、光変調装置２８の変形例を示した斜視図である。上記実施形態では、光変調装置２８にキューブ型の偏光ビームスプリッタ４４を設けているが、図９に示すように、キューブ型の代わりにプレート型の偏光ビームスプリッタ６０を光変調装置２８に設けてもよい。この偏光ビームスプリッタ６０は、上記実施形態の偏光ビームスプリッタ４４と同様の光分岐面４４ｂを有しており、上記実施形態と同様に、レーザ光Ｌの偏光分離と、第１空間光変調器４６への透過光ＬＰの出射と、第２空間光変調器４８への反射光ＬＳの出射と、第１変調光Ｌ１及び第２変調光Ｌ２の合成と、ミラー３０への第１変調光Ｌ１及び第２変調光Ｌ２の出射と、を行う。

上記実施形態では、偏光ビームスプリッタ４４，６０によりレーザ光Ｌを偏光分離しているが、例えば、本発明の分離素子としてハーフミラーを用いてレーザ光Ｌを第１入射光及び第２入射光に分離して、第１入射光を第１空間光変調器４６へ出射し且つ第２入射光を第２空間光変調器４８へ出射してもよい。ただし、第１空間光変調器４６及び第２空間光変調器４８がＬＣＯＳ型のＳＬＭである場合には、振動方向が液晶の配列方向と平行な直線偏光成分のみ変調されるので、ハーフミラーを用いると光利用効率が低下してしまう。このため、偏光ビームスプリッタ４４，６０を用いることが好ましい。

上記実施形態では、ウェーハＷの内部において厚さ方向に互いに異なる２つの集光点Ｑ１、Ｑ２にレーザ加工領域Ｐ１、Ｐ２を同時に形成する２段加工を行った後、裏面研削工程及びエキスパンド工程を実行しているが、これに限定されず、例えば、必要に応じてウェーハＷの内部において第１変調光Ｌ１及び第２変調光Ｌ２を集光させる位置（レーザ加工領域Ｐ１、Ｐ２の加工深さ）を変えながら複数回のレーザ加工を行ってもよい。その際、レーザ加工領域Ｐ１、Ｐ２の加工深さに応じて、ホログラムパターン５２，５４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の裏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。

図１０は光変調装置２８の変形例を上方側から見た上面図である。図１１は光変調装置２８の変形例を上方側から見た上面図である。なお、図面の煩雑化を防止するため、図１０では、第２空間光変調器４８の図示を省略している。

上記実施形態では、光分岐面４４ｂにより反射光ＬＳをＸ１方向に対して垂直方向（Ｚ１方向）に反射しているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図１０及び図１１に示すように、偏光ビームスプリッタ４４及び各空間光変調器４６，４８の位置及び姿勢を調整することで、Ｙ１方向から見た場合において、光分岐面４４ｂにより反射光ＬＳをＺ１方向に対して傾斜した反射方向（本発明の第１反射方向に相当）に反射させてもよい。この場合にも第２空間光変調器４８の反射面で反射された第２変調光Ｌ２は、その偏光面を維持した状態で光分岐面４４ｂに入射し、上記実施形態と同様に第１変調光Ｌ１に合成された後、第１変調光Ｌ１と共に反射方向ＲＤに沿って進行する。

上記実施形態では、各空間光変調器４６，４８としてＬＣＯＳ型のＳＬＭを用いたが、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）型のＳＬＭ又はデフォーマブルミラーデバイス等であってもよい。また、各空間光変調器４６，４８は、反射型に限定されず、透過型であってもよい。更に、各空間光変調器４６，４８としては、液晶セルタイプ又はＬＣＤ（Liquid Crystal Display）タイプ等が挙げられる。

１０ レーザ加工装置
１１ ステージ
１８ 集光レンズ
２０ レーザ加工ヘッド
２２ レーザ光源
２４ ビームエキスパンダ
２５ ミラー
２６ ２波長板
２８ 光変調装置
３０ ミラー
３１ ミラー
３２ ４ｆ光学系
３２ａ 第１レンズ
３２ｂ 第２レンズ
３３ ミラー
３４ ミラー
３８ 集光レンズ
４０ 補正環
４４ 偏光ビームスプリッタ
４４ａ 光入出射面
４４ｂ 光分岐面
４４ｃ 第１対向面
４４ｄ 第２対向面
４６ 第１空間光変調器
４８ 第２空間光変調器
５０ 制御部
５２ ホログラムパターン
５４ ホログラムパターン
６０ 偏光ビームスプリッタ
Ｋ１ 亀裂
Ｋ２ 亀裂
Ｌ レーザ光
Ｌ１ 第１変調光
Ｌ２ 第２変調光
ＬＰ 透過光
ＬＳ 反射光
Ｎｄ 半導体レーザ励起
Ｐ１ レーザ加工領域
Ｐ２ レーザ加工領域
Ｑ１ 集光点
Ｑ２ 集光点
ＲＤ 反射方向
Ｗ ウェーハ
ｄ 所定距離

Claims (6)

1. 互いに直交する第１方向、第２方向、及び第３方向の中で、前記第１方向に沿って入射した入射光を第１入射光と第２入射光とに分離して、前記第１入射光を透過し且つ前記第２入射光を前記第３方向から見た場合に前記第２方向に対して平行又は傾斜した第１反射方向に反射する光分岐面を有する分離素子と、
   前記分離素子に対して前記第１方向に直接対向して配置され、前記光分岐面を透過した前記第１入射光を変調して第１変調光を生成し、前記第１変調光を前記光分岐面に戻す第１空間光変調器と、
   前記分離素子に対して前記第１反射方向に直接対向して配置され、前記光分岐面により反射された前記第２入射光を変調して第２変調光を生成し、前記第２変調光を前記光分岐面に戻す第２空間光変調器と、
   を備え、
   前記第１空間光変調器が、前記第１変調光を、前記第２方向に垂直な面に対して平行な反射方向であって且つ前記第２方向から見た場合に前記入射光に対して傾斜した第２反射方向に反射して前記光分岐面に入射させ、
   前記第２空間光変調器が、前記第２変調光を、前記光分岐面に対する前記第１変調光の入射点に向けて反射し、
   前記光分岐面が、前記第１空間光変調器から入射した前記第１変調光と、前記第２空間光変調器から入射した前記第２変調光と、を合成して前記第２反射方向に出射する光変調装置。
2. 前記分離素子がキューブ型の偏光ビームスプリッタであり、
   前記偏光ビームスプリッタにおいて、前記入射光が入射する面と、前記光分岐面からの前記第１変調光及び前記第２変調光を出射する面と、が同一である請求項１に記載の光変調装置。
3. 前記偏光ビームスプリッタが、前記入射光を前記第１入射光であるＰ偏光と前記第２入射光であるＳ偏光とに分離する請求項２に記載の光変調装置。
4. 前記光分岐面と前記第１空間光変調器との間で前記Ｐ偏光及び前記第１変調光の偏光方向が維持され、且つ前記光分岐面と前記第２空間光変調器との間で前記Ｓ偏光及び前記第２変調光の偏光方向が維持される請求項３に記載の光変調装置。
5. 前記光分岐面を透過した前記第１入射光が前記第１空間光変調器に到達するまでの距離と、前記光分岐面により反射された前記第２入射光が前記第２空間光変調器に到達するまでの距離と、が同一である請求項１から４のいずれか１項に記載の光変調装置。
6. 被加工物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、前記被加工物の切断予定ラインに沿って前記被加工物の内部にレーザ加工領域を形成する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光源と、
   前記レーザ光源から出力された前記レーザ光が入射光として入射し、前記入射光を第１入射光と第２入射光とに分離し、前記第１入射光を変調した第１変調光と前記第２入射光を変調した第２変調光とを生成し、前記第１変調光及び前記第２変調光を合成して出力する請求項１から５のいずれか１項に記載の光変調装置と、
   前記第１変調光及び前記第２変調光を前記被加工物の内部に集光する集光レンズと、
   前記被加工物に対して前記集光レンズを前記切断予定ラインに沿って相対移動させる相対移動部と、
   前記第１空間光変調器及び前記第２空間光変調器を制御して、前記集光レンズにより前記被加工物の内部に集光される前記第１変調光の集光点及び前記第２変調光の集光点を、前記被加工物の厚さ方向に互いに異なり且つ前記集光レンズの相対移動方向に互いに等しい位置に形成する制御部と、
   を備えるレーザ加工装置。

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