(57)【要約】【課題】円偏光ビームを断面が円形のラジアル偏光ビーム（径偏光ビーム）に変換することができる偏光素子およびこの偏光素子を用いたレーザーユニットを提供する。【解決手段】レーザー発振器から発振された直線偏光ビームがλ／4波長板によって変換された円偏光ビームをラジアル偏光ビームに変換するための偏光素子であって、アキシコンレンズの円錐面に誘電体膜が成膜して形成されている。【選択図】図２
2010134328.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー発振器から発振された直線偏光ビームがλ／4波長板によって変換された円偏光ビームをラジアル偏光ビームに変換するための偏光素子であって、
アキシコンレンズの円錐面に誘電体膜を成膜して形成した、
ことを特徴とする偏光素子。
【請求項２】
該アキシコンレンズの円錐面の角度は、９０度に形成されている、請求項１記載の偏光素子。
【請求項３】
該アキシコンレンズは円錐面がアキシコンレンズの屈折率と同一の屈折率を有する透明部材によって覆われており、該透明部材における円錐面の頂点側の入射面がアキシコンレンズの底辺と平行に形成されている、請求項１又は２記載の偏光素子。
【請求項４】
レーザー発振器と、該レーザー発振器から発振された直線偏光ビームを円偏光ビームに変換するλ／4波長板と、該λ／4波長板によって変換された円偏光ビームをラジアル偏光ビームに変換する偏光素子と、を具備するレーザーユニットにおいて、
偏光素子は、アキシコンレンズの円錐面に誘電体膜が成膜して形成されている、
ことを特徴とするレーザーユニット。
【請求項５】
該偏光素子によって変換されたラジアル偏光ビームを通過させる位置とラジアル偏光ビームをアジマス偏光ビームに変換する位置に作動可能に構成されたλ／２波長板を備えている、請求項４記載のレーザーユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー発振器から発振された直線偏光ビームがλ／4波長板によって変換された円偏光ビームをラジアル偏光ビーム（径偏光ビーム）に変換するための偏光素子およびこの偏光素子を用いたレーザーユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス製造工程においては、略円板形状である半導体ウエーハの表面に格子状に配列されたストリートと呼ばれる分割予定ラインによって複数の領域が区画され、この区画された領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスを形成する。そして、半導体ウエーハをストリートに沿って切断することによりデバイスが形成された領域を分割して個々のデバイスを製造している。また、サファイヤ基板等の表面に格子状に形成されたストリートによって複数の領域が区画され、この区画された領域に窒化ガリウム系化合物半導体等が積層された光デバイスが形成された光デバイスウエーハは、分割予定ラインに沿って個々の発光ダイオード、レーザーダイオード等の光デバイスに分割され、電気機器に広く利用されている。
【０００３】
このような半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等のウエーハをストリートに沿ってレーザー光線を照射し、ウエーハをストリートに沿って分割する技術が下記特許文献に開示されている。
【特許文献１】特開平１０−３０５４２０号公報
【特許文献２】特許第３４０８８０５号公報
【０００４】
ウエーハは、シリコン、サファイヤ、炭化珪素等の素材で形成されており、素材および加工条件に適した波長のレーザー光線が適宜選択される。
レーザー光線は、直線偏光ビーム、円偏光ビーム、ラジアル偏光ビーム（径偏光ビーム）、アジマス偏光ビーム（方位偏光ビーム）等の各種の偏光ビームに変換され、それぞれ加工条件に適した偏光ビームが適宜選択される。
【０００５】
通常のレーザー発振器から発振されるレーザービームは、略均一な直線偏光ビームである。このようにレーザー発振器から発振された直線偏光ビームは、レーザービームによる加工性を良好にするためにλ／4波長板によって円偏光ビームに変換される。そして、円偏光ビームが偏光素子によって集光特性に優れたラジアル偏光ビーム（径偏光ビーム）に変換される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
円偏光ビームをラジアル偏光ビーム（径偏光ビーム）に変換する偏光素子は、レーザー光線のP偏光、S偏光に対して透過特性および反射特性を有する誘電体膜を透過板の中心から等角度に分割された領域に成膜して構成されている。従って、例えば透過板が３０度毎に等分された領域に誘電体膜を成膜した場合、円偏光ビームは断面が１２角形のラジアル偏光ビームに変換され、断面が円形のラジアル偏光ビームを得ることができない。断面が円形に近似したラジアル偏光ビームを得るには、透過板に誘電体膜を成膜する領域を細分化し円に近い多角形に形成すればよいが、偏光素子の構成が緻密となり、非常に高価となる。
【０００７】
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、円偏光ビームを断面が円形のラジアル偏光ビーム（径偏光ビーム）に変換することができる偏光素子およびこの偏光素子を用いたレーザーユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、レーザー発振器から発振された直線偏光ビームがλ／4波長板によって変換された円偏光ビームをラジアル偏光ビームに変換するための偏光素子であって、
アキシコンレンズの円錐面に誘電体膜を成膜して形成した、
ことを特徴とする偏光素子が提供される。
【０００９】
上記アキシコンレンズの円錐面の角度は、９０度に形成されていることが望ましい。
また、上記アキシコンレンズは円錐面がアキシコンレンズの屈折率と同一の屈折率を有する透明部材によって覆われており、該透明部材における円錐面の頂点側の入射面がアキシコンレンズの底辺と平行に形成されている。
【００１０】
また、本発明によれば、レーザー発振器と、該レーザー発振器から発振された直線偏光ビームを円偏光ビームに変換するλ／4波長板と、該λ／4波長板によって変換された円偏光ビームをラジアル偏光ビームに変換する偏光素子と、を具備するレーザーユニットにおいて、
偏光素子は、アキシコンレンズの円錐面に誘電体膜が成膜して形成されている、
ことを特徴とするレーザーユニットが提供される。
【００１１】
上記偏光素子によって変換されたラジアル偏光ビームを通過させる位置とラジアル偏光ビームをアジマス偏光ビームに変換する位置に作動可能に構成されたλ／２波長板を備えていることが望ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明による偏光素子は、アキシコンレンズの円錐面に誘電体膜を成膜して形成したので、円偏光ビームを変換したラジアル偏光ビームは多角形状とはならず円形状となる。また、偏光素子はアキシコンレンズの円錐面に誘電体膜を成膜して形成するので、透過板の中心から等角度に分割された領域に誘電体膜を成膜して構成する上記従来の偏光素子に比して、構成が極めて簡単となり安価に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に従って構成された偏光素子およびこの偏光素子を用いたレーザーユニットの好適な実施形態について、添付図面を参照して、更に詳細に説明する。
【００１４】
図１には、本発明に従って構成された第１の実施形態における偏光素子を備えたレーザーユニットを装備したレーザー加工装置が示されている。図１に示すレーザー加工装置は、本発明に従って構成されたレーザーユニット２と、該レーザーユニット２から照射されたレーザービームを集光してチャックテーブル２０に保持された被加工物Wに照射する集光器１０とからなっている。
【００１５】
図１に示すレーザーユニット２は、レーザー発振器３と、λ／4波長板４と、本発明に従って構成された第１の実施形態における偏光素子５と、アキシコンレンズ６およびλ／２波長板７が直列に配設されている。レーザー発振器３は、直線偏光ビームLB1を発振する。λ／4波長板４は、レーザー発振器３から発振された直線偏光ビームLB1を円偏光ビームLB2に変換する。
【００１６】
偏光素子５は、λ／4波長板４によって変換された円偏光ビームLB2をラジアル偏光ビーム（径偏光ビーム）LB3に変換する。この偏光素子５は、円錐面５１１を有する円錐部５１と円筒部５２とからなるアキシコンレンズ５０によって形成されており、円錐面５１１には誘電体膜５３が成膜して形成されている。なお、円錐面５１１の角度（α）は、９０度に形成されている。このように構成された偏光素子５は、円錐面５１１の頂点に上記λ／4波長板４によって変換された円偏光ビームLB2の中心が当たるように配置される。このように配置された偏光素子５の円錐面５１１に形成された誘電体膜５３に照射された円偏光ビームLB2は、S偏光成分が誘電体膜５３によって反射され、P偏光成分が誘電体膜５３を透過しラジアル偏光ビームLB3に変換される。このラジアル偏光ビームLB3は、偏光素子５を構成するアキシコンレンズ５０の円錐面５１１に形成された誘電体膜５３を透過するので、断面が円環状となる。このように、偏光素子５はアキシコンレンズ５０の円錐面５１１に誘電体膜５３を成膜して形成したので、変換されたラジアル偏光ビームLB3は多角形状とはならず円形状となる。また、偏光素子５はアキシコンレンズ５０の円錐面５１１に誘電体膜５３を成膜して形成するので、透過板の中心から等角度に分割された領域に誘電体膜を成膜して構成する上記従来の偏光素子に比して、構成が極めて簡単となり安価に製造することができる。なお、偏光素子５によって変換された断面が円環状ラジアル偏光ビームLB3は、末広がりに拡張してアキシコンレンズ６に導かれる。
【００１７】
アキシコンレンズ６は、末広がりに拡張された円環状ラジアル偏光ビームLB3を平行（円筒状）な円環状ラジアル偏光ビームLB4に形成する。
【００１８】
上記λ／２波長板７は、アキシコンレンズ６によって円筒状に形成されたラジアル偏光ビームLB4をそのまま通過させる位置と、９０度回動することによりラジアル偏光ビームLB3をアジマス偏光ビーム（方位偏光ビーム）に変換する位置に作動可能に構成されている。このようにしてλ／２波長板７を通過したラジアル偏光ビームまたはアジマス偏光ビームは、集光器１０に向けて照射される。
【００１９】
集光器１０は、λ／２波長板７を通過したラジアル偏光ビームLB4またはアジマス偏光ビームを図１において下方に向けて方向変換する方向変換ミラー１０１と、該方向変換ミラー１０１によって方向変換されたラジアル偏光ビームLB4またはアジマス偏光ビームを集光する集光レンズ１０２とからなっている。このように構成された集光器１０は、ラジアル偏光ビームLB4またはアジマス偏光ビームを集光してチャックテーブル２０に保持された被加工物Wに照射する。なお、集光器１０によって集光されラジアル偏光ビームLB4またはアジマス偏光ビームの集光スポットS1は、断面が円環状となる。
【００２０】
次に、本発明に従って構成された第２の実施形態における偏光素子を備えたレーザーユニットについて、図２を参照して説明する。
図２には、本発明に従って構成された第２の実施形態における偏光素子を備えたレーザーユニットを装備したレーザー加工装置が示されている。図２に示すレーザー加工装置も上記図１に示すレーザー加工装置と同様に、レーザーユニット２aと、該レーザーユニット２aから照射されたレーザービームを集光してチャックテーブル２０に保持された被加工物Wに照射する集光器１０とからなっている。なお、図２に示すレーザー加工装置における集光器１０およびチャックテーブル２０は、上記図１に示すレーザー加工装置における集光器１０およびチャックテーブル２０と実質的に同一の構成でよい。従って、同一部材には同一符号を付して、その説明は省略する。
【００２１】
図２に示すレーザーユニット２aは、レーザー発振器３と、λ／4波長板４と、本発明に従って構成された第２の実施形態における偏光素子５aおよびλ／２波長板７が直列に配設されている。レーザー発振器３は、上記図１に示すレーザー発振器３と同様に直線偏光ビームLB1を発振する。λ／4波長板４は、上記図１に示すλ／4波長板４と同様にレーザー発振器３から発振された直線偏光ビームLB1を円偏光ビームLB2に変換する。
【００２２】
偏光素子５aは、上記図１に示す偏光素子５と同様にλ／4波長板４によって変換された円偏光ビームLB2をラジアル偏光ビームLB3に変換する。この偏光素子５aは、円錐部５１と円筒部５２とからなるアキシコンレンズ５０の円錐面５１１に誘電体膜５３が成膜して形成されているとともに、円錐面５１１がアキシコンレンズ５０の屈折率と同一の屈折率を有する透明部材５４によって覆われている。この透明部材５４は、円錐面５１１の頂点側の入射面５４１がアキシコンレンズ５０の底辺５１２と平行に形成されている。なお、円錐面５１１の角度（α）は、９０度に形成されている。このように構成された偏光素子５aは、円錐面５１１の頂点にλ／4波長板４によって変換された円偏光ビームLB2の中心が当たるように配置される。このように配置された偏光素子５の円錐面５１１に形成された誘電体膜５３に照射された円偏光ビームLB2は、S偏光成分が誘電体膜５３によって反射され、P偏光成分が誘電体膜５３を透過しラジアル偏光ビームLB5に変換される。なお、偏光素子５aに入射する円偏光ビームLB2はアキシコンレンズ５０の屈折率と同一の屈折率を有する透明部材５４を通過してアキシコンレンズ５０の円錐面５１１に形成された誘電体膜５３に照射されるので、誘電体膜５３を通過して屈折することなくラジアル偏光ビームLB5に変換される。従って、偏光素子５によって円偏光ビームLB2が変換されたラジアル偏光ビームLB5は、断面が円形である。
【００２３】
上述したように偏光素子５aによって円偏光ビームLB2が変換されたラジアル偏光ビームLB5は、λ／２波長板７に導かれる。λ／２波長板７は、ラジアル偏光ビームLB5をそのまま通過させる位置と、９０度回動することによりラジアル偏光ビームLB5をアジマス偏光ビームに変換する位置に作動可能に構成されている。このようにしてλ／２波長板７を通過したラジアル偏光ビームLB5またはアジマス偏光ビームは、集光器１０に向けて照射される。集光器１０は、λ／２波長板７を通過したラジアル偏光ビームLB5またはアジマス偏光ビームを方向変換ミラー１０１によって下方に向けて方向変換し、集光レンズ１０２によって集光してチャックテーブル２０に保持された被加工物Wに照射する。なお、集光器１０によって集光されラジアル偏光ビームLB5またはアジマス偏光ビームの集光スポットS2は、断面が円形となる。
【００２４】
次に、偏光素子の第３の実施形態について、図３を参照して説明する。
図３に示す偏光素子５bは、上記図２に示す第２の実施形態における偏光素子５aの変形例を示すものである。図３に示す偏光素子５bは、円錐面５１１に誘電体膜５３が成膜して形成されアキシコンレンズ５０の全体をアキシコンレンズ５０の屈折率と同一の屈折率を有する透明部材５４bによって覆って構成したものである。この透明部材５４bも上記図２に示す偏光素子５aの透明部材５４と同様に、円錐面５１１の頂点側の入射面５４１がアキシコンレンズ５０の底辺５１２と平行に形成されている。このように構成された偏光素子５bは、上記図２に示す偏光素子５aと同様に透明部材５４bの入射面５４１に照射された円偏光ビームLB2を断面が円形のラジアル偏光ビームLB5に変換することができる。
【００２５】
次に、偏光素子の第４の実施形態について、図４を参照して説明する。
図４に示す偏光素子５cは、上記図３に示す第３の実施形態における偏光素子５bの変形例を示すものである。図４に示す偏光素子５cは、上記偏光素子５bをケース５５内に収納して構成したものである。即ち、ケース５５はビーム入射窓５５１と該ビーム入射窓５５１と対向して形成されたビーム出射窓５５2を備えており、このケース５５内に偏光素子５bが誘電体膜５３側をビーム入射窓５５１と対向して配置される。このように構成された偏光素子５cも、上記図３に示す偏光素子５bと同様にビーム入射窓５５１を通して透明部材５４bの入射面５４１に照射された円偏光ビームLB2を断面が円形のラジアル偏光ビームに変換することができる。
【００２６】
次に、上記偏光素子の第５の実施形態について、図５を参照して説明する。
図４に示す偏光素子５ｄは、図４に示すケース５５のビーム入射窓５５１にガラス５５１dを装着するとともにビーム出射窓５５２にガラス５５２dを装着する。このケース５５内に円錐面５１１に誘電体膜５３が形成されたアキシコンレンズ５０を支持部材５６によって支持して配置し、ケース５５内にアキシコンレンズ５０の屈折率と同一の屈折率を有する液体からなる透明部材５４dを封入して構成したものである。このように構成された偏光素子５dも、上記図４に示す偏光素子５cと同様にビーム入射窓５５１に装着されたガラス５５１dを通して透明部材５４dの入射面５４１に照射された円偏光ビームLB2を断面が円形のラジアル偏光ビームに変換することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に従って構成された第１の実施形態における偏光素子を備えたレーザーユニットを装備したレーザー加工装置の構成図。
【図２】本発明に従って構成された第２の実施形態における偏光素子を備えたレーザーユニットを装備したレーザー加工装置の構成図。
【図３】本発明に従って構成された第３の実施形態における偏光素子の斜視図。
【図４】本発明に従って構成された第４の実施形態における偏光素子の断面図。
【図５】本発明に従って構成された第５の実施形態における偏光素子の断面図。
【符号の説明】
【００２８】
２：レーザーユニット
３：レーザー発振器
４：λ／4波長板
５：偏光素子
５０：アキシコンレンズ
５１：円錐部
５１１：円錐面
５２：円筒部
５３：誘電体膜
５４：透明部材
６：アキシコンレンズ
７：λ／２波長板
１０：集光器
１０１：方向変換ミラー
１０２：集光レンズ
２０：チャックテーブル
W：被加工物
【図１】
2010134328.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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