(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光線を発振するレーザー光線発振器と、該レーザー光線発振器が発振したレーザー光線を分岐する分岐手段と、を具備するレーザー発振機構であって、
該分岐手段は、該レーザー光線発振器が発振したレーザー光線を有効領域で複数に分岐する回折光学素子（ＤＯＥ）と、該回折光学素子（ＤＯＥ）によって分岐された複数のレーザー光線が入射され、該入射された複数のレーザー光線のうち排除したい０次光のレーザー光線を該有効領域から屈折して排除する体積回折格子（ＶＢＧ）と、によって構成されている、
ことを特徴とするレーザー発振機構。
【請求項２】
該体積回折格子(VBG)は、０次光を屈折させて該有効領域から排除する、請求項１記載のレーザー発振機構。
【請求項３】
該体積回折格子(VBG)を複数配設し、０次光、２次光を屈折させて該有効領域から排除する、請求項１記載のレーザー発振機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加工物にレーザー加工を施すレーザー加工装置等に装備されるレーザー発振機構に関する。
【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、半導体ウエーハを分割予定ライン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半導体デバイスを製造している。
【０００３】
上述したウエーハを分割する方法として、ウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を用い、分割すべき領域の内部に集光点を合わせてパルスレーザー光線を照射するレーザー加工方法が試みられている。このレーザー加工方法を用いた分割方法は、ウエーハの一方の面側から内部に集光点を合わせてウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を照射し、被加工物の内部に分割予定ラインに沿って改質層を連続的に形成し、この改質層が形成されることによって強度が低下した分割予定ラインに沿って外力を加えることにより、ウエーハを分割する技術である。
【０００４】
また、ウエーハを分割予定ラインに沿って分割する方法として、ウエーハに対して吸収性を有する波長のパルスレーザー光線を分割予定ラインに沿って照射することによりアブレーション加工を施してレーザー加工溝を形成し、この破断起点となるレーザー加工溝が形成された分割予定ラインに沿って外力を付与することにより割断する技術が実用化されている。
【０００５】
上述したレーザー加工を施すレーザー加工装置は、被加工物を保持する被加工物保持手段と、該被加工物保持手段に保持された被加工物をレーザー加工するレーザー光線照射手段と、該被加工物保持手段と該レーザー光線照射手段とを相対的に移動する移動手段とを具備している。このようなレーザー加工装置を用いて上述したレーザー加工の加工効率を向上するためにレーザー光線を複数に分岐して複数の集光点を形成する方式が試みられている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−９５５２９号公報
【特許文献１】特開２００８−２９００８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
而して、上記特許文献１および２に開示されたレーザー光線照射手段のようにレーザー光線発振器が発振したレーザー光線を複数に分岐して複数の集光点を形成するためにビームスプリッターを用いると、p偏光とs偏光に分岐され１パルス当たりのパワー密度が半分になるとともに偏光面が異なり、加工品質が安定しないという問題がある。
また、回折光学素子(DOE)を用いてレーザー光線を分岐すると、１パルス当たりのパワー密度は維持されるとともにp偏光とs偏光に分岐されないので上記問題は生じないものの、回折光学素子(DOE)の分岐角度が小さいために回折光学素子(DOE)を通過した０次光を排除するために回折光学素子(DOE)から１〜数m先の中央にレーザー光線吸収手段を配設しなければならず、装置が大型化するという問題がある。
【０００８】
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術課題は、装置を大型化することなく回折光学素子(DOE)を用いてレーザー光線発振器が発振したレーザー光線を複数に分岐することができるレーザー発振機構を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、レーザー光線を発振するレーザー光線発振器と、該レーザー光線発振器が発振したレーザー光線を分岐する分岐手段と、を具備するレーザー発振機構であって、
該分岐手段は、該レーザー光線発振器が発振したレーザー光線を有効領域で複数に分岐する回折光学素子（ＤＯＥ）と、該回折光学素子によって分岐された複数のレーザー光線が入射され、該入射された複数のレーザー光線のうち排除したい０次光のレーザー光線を該有効領域から屈折して排除する体積回折格子（ＶＢＧ）と、によって構成されている、
ことを特徴とするレーザー発振機構が提供される。
【００１０】
上記体積回折格子(VBG)は、０次光を屈折させて該有効領域から排除する。
また、上記体積回折格子(VBG)を複数配設し、０次光、２次光を屈折させて該有効領域から排除する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によるレーザー発振機構を構成する分岐手段は、レーザー光線発振器が発振したレーザー光線を有効領域で複数に分岐する回折光学素子（ＤＯＥ）と、該回折光学素子（ＤＯＥ）によって分岐された複数のレーザー光線が入射され、該入射された複数のレーザー光線のうち排除したい０次光のレーザー光線を該有効領域から屈折して排除する体積回折格子（ＶＢＧ）とによって構成されているので、回折光学素子に隣接して体積回折格子を配設し有効領域から排除したいレーザー光線を確実に排除できるとともに、装置の大型化を回避することができる。
また、本発明によるレーザー発振機構を構成する分岐手段は、回折光学素子を用いてパルスレーザー光線を分岐するので、１パルス当たりのパワー密度が維持されるとともにｐ偏光とｓ偏光に分岐しないので加工品質が安定する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に従って構成されたレーザー発振機構を装備したレーザー加工装置の斜視図。
【図２】本発明に従って構成されたレーザー発振機構を装備したレーザー光線照射手段のブロック構成図。
【図３】本発明に従って構成されたレーザー発振機構の他の実施形態を示すブロック構成図。
【図４】図１に示すレーザー加工装置を用いて被加工物を加工した加工状態を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に従って構成されたレーザー発振機構の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
図１には、本発明に従って構成されたレーザー発振機構を装備したレーザー加工装置の斜視図が示されている。図１に示すレーザー加工装置は、静止基台２と、該静止基台２に矢印Ｘで示す加工送り方向（Ｘ軸方向）に移動可能に配設され被加工物を保持するチャックテーブル機構３と、基台２上に配設されたレーザー光線照射手段としてのレーザー光線照射ユニット４とを具備している。
【００１５】
上記チャックテーブル機構３は、静止基台２上にＸ軸方向に沿って平行に配設された一対の案内レール３１、３１と、該案内レール３１、３１上にＸ軸方向に移動可能に配設された第１の滑動ブロック３２と、該第１の滑動ブロック３２上にＸ軸方向と直交する矢印Yで示すY軸方向に移動可能に配設された第２の滑動ブロック３３と、該第２の滑動ブロック３３上に円筒部材３４によって支持された支持テーブル３５と、被加工物保持手段としてのチャックテーブル３６を具備している。このチャックテーブル３６は多孔性材料から形成された吸着チャック３６１を具備しており、吸着チャック３６１の上面である保持面上に被加工物である例えば円形状の半導体ウエーハを図示しない吸引手段によって保持するようになっている。このように構成されたチャックテーブル３６は、円筒部材３４内に配設された図示しないパルスモータによって回転せしめられる。なお、チャックテーブル３６には、半導体ウエーハ等の被加工物を保護テープを介して支持する環状のフレームを固定するためのクランプ３６２が配設されている。
【００１６】
上記第１の滑動ブロック３２は、その下面に上記一対の案内レール３１、３１と嵌合する一対の被案内溝３２１、３２１が設けられているとともに、その上面にY軸方向に沿って平行に形成された一対の案内レール３２２、３２２が設けられている。このように構成された第１の滑動ブロック３２は、被案内溝３２１、３２１が一対の案内レール３１、３１に嵌合することにより、一対の案内レール３１、３１に沿ってＸ軸方向に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構３は、第１の滑動ブロック３２を一対の案内レール３１、３１に沿ってＸ軸方向に移動させるためのＸ軸方向移動手段３７を具備している。Ｘ軸方向移動手段３７は、上記一対の案内レール３１と３１の間に平行に配設された雄ネジロッド３７１と、該雄ネジロッド３７１を回転駆動するためのパルスモータ３７２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド３７１は、その一端が上記静止基台２に固定された軸受ブロック３７３に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ３７２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド３７１は、第１の滑動ブロック３２の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ３７２によって雄ネジロッド３７１を正転および逆転駆動することにより、第１の滑動ブロック３２は案内レール３１、３１に沿ってＸ軸方向に移動せしめられる。
【００１７】
上記第２の滑動ブロック３３は、その下面に上記第１の滑動ブロック３２の上面に設けられた一対の案内レール３２２、３２２と嵌合する一対の被案内溝３３１、３３１が設けられており、この被案内溝３３１、３３１を一対の案内レール３２２、３２２に嵌合することにより、Y軸方向に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構３は、第２の滑動ブロック３３を第１の滑動ブロック３２に設けられた一対の案内レール３２２、３２２に沿ってY軸方向に移動させるためのY軸方向移動手段３８を具備している。Y軸方向移動手段３８は、上記一対の案内レール３２２と３２２の間に平行に配設された雄ネジロッド３８１と、該雄ネジロッド３８１を回転駆動するためのパルスモータ３８２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド３８１は、その一端が上記第１の滑動ブロック３２の上面に固定された軸受ブロック３８３に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ３８２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド３８１は、第２の滑動ブロック３３の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ３８２によって雄ネジロッド３８１を正転および逆転駆動することにより、第２の滑動ブロック３３は案内レール３２２、３２２に沿ってY軸方向に移動せしめられる。
【００１８】
上記レーザー光線照射ユニット４は、上記基台２上に配設された支持部材４１と、該支持部材４１によって支持され実質上水平に延出するケーシング４２と、該ケーシング４２に配設されたレーザー光線照射手段５と、ケーシング４２の前端部に配設されレーザー加工すべき加工領域を検出する撮像手段６を具備している。なお、撮像手段６は、被加工物を照明する照明手段と、該照明手段によって照明された領域を捕らえる光学系と、該光学系によって捕らえられた像を撮像する撮像素子（ＣＣＤ）等を備えている。
【００１９】
上記レーザー光線照射手段５について、図２を参照して説明する。
レーザー光線照射手段５は、レーザー発振機構５０と集光器５５を具備している。レーザー発振機構５０は、パルスレーザー光線を発振するパルスレーザー光線発振器５１と、該パルスレーザー光線発振器５１が発振したパルスレーザー光線を分岐する分岐手段５２とからなっている。パルスレーザー光線発振器５１は、図示の実施形態においては例えばシリコンウエーハからなる被加工物に対して吸収性を有す波長（例えば３５５nm）のパルスレーザー光線LBを発振する。
【００２０】
レーザー光線照射手段５を構成する分岐手段５２は、パルスレーザー光線発振器５１が発振したパルスレーザー光線LBを有効領域で複数に分岐する回折光学素子(DOE)５２１と、該回折光学素子(DOE)５２１によって分岐されたパルスレーザー光線のうち排除したいパルスレーザー光線を該有効領域から屈折して排除する体積回折格子(VBG)５２２とからなっている。回折光学素子(DOE)５２１は、図２に示すようにパルスレーザー光線LBを光軸上の０次光LB0と、該０次光LB0に対して等角度で一次光LB1aおよび一次光LB1bに分岐する。なお、両一次光LB1aと一次光LB1b間の分岐角度(θ)は、０．１〜０．２度である。
【００２１】
分岐手段５２を構成する体積回折格子(VBG)５２２は、図示の実施形態においては回折光学素子(DOE)５２１によって分岐された０次光LB0と一次光LB1aおよび一次光LB1bのうち０次光LB0を破線で示すように有効領域から外れた位置に配設されたレーザー光線吸収手段５２３に向けて屈折せしめる。そして、体積回折格子(VBG)５２２は、一次光LB1aおよび一次光LB1bを集光器５５に導く。このように、体積回折格子(VBG)５２２によって排除したい０次光LB0を有効領域から外れた位置に配設されたレーザー光線吸収手段５２３に向けて屈折せしめるので、体積回折格子(VBG)５２２を回折光学素子(DOE)５２１に隣接して配設することができ、装置の大型化を回避することができる。
【００２２】
集光器５５は、体積回折格子(VBG)５２２によって導かれた一次光LB1aおよび一次光LB1bを下方に向けて方向変換する方向変換ミラー５５１と、該方向変換ミラー５５１によって方向変換された一次光LB1aおよび一次光LB1bを集光してチャックテーブル３６に保持された被加工物Wに照射する集光レンズ５５２とからなっている。この集光レンズ５５２によって集光された一次光LB1aおよび一次光LB1bは、図２に示すようにY軸方向に所定の間隔(L)を置いて集光される。
【００２３】
上述したように集光レンズ５５２によって集光された一次光LB1aおよび一次光LB1bをY軸方向に所定の間隔(L)を置いて被加工物Wに照射し、チャックテーブル３６をX軸方向に所定の加工速度で加工送りすることにより、被加工物Wに図４に示すように２条のレーザー加工溝Wa,Wbが形成される。なお、図示の実施形態におけるレーザー発振機構５０の分岐手段５２は、回折光学素子(DOE)５２１を用いてパルスレーザー光線を分岐するので、１パルス当たりのパワー密度が維持されるとともにp偏光とs偏光に分岐しないので加工品質が安定する。
【００２４】
次に、本発明によるレーザー発振機構の他の実施形態について、図３を参照して説明する。
図３に示すレーザー発振機構５０aは、パルスレーザー光線を発振するレーザー光線発振器５１aと、該レーザー光線発振器５１aが発振したパルスレーザー光線を分岐する分岐手段５２aとからなっている。パルスレーザー光線発振器５１aは、上記図２で示すパルスレーザー光線発振器５１と同一のものでよい。
【００２５】
レーザー光線照射手段５を構成する分岐手段５２aは、パルスレーザー光線発振器５１aが発振したパルスレーザー光線LBを有効領域で複数に分岐する回折光学素子(DOE)５２１aと、該回折光学素子(DOE)５２１aによって分岐されたパルスレーザー光線のうち排除したいパルスレーザー光線を該有効領域から屈折して排除する第１の体積回折格子(VBG)５２２aおよび第２の体積回折格子(VBG)５２２ｂとからなっている。回折光学素子(DOE)５２１aは、図３に示すようにパルスレーザー光線LBを光軸上の０次光LB0と、一次光LB1aおよび一次光LB1bと、二次光LB2aおよび二次光LB2bとに分岐する。
【００２６】
分岐手段５２aを構成する第１の体積回折格子(VBG)５２２aは、図示の実施形態においては回折光学素子(DOE)５２１aによって分岐された０次光LB0と一次光LB1aおよび一次光LB1bと二次光LB2aおよび二次光LB2bのうち二次光LB2aおよび二次光LB2bを１点鎖線で示すように有効領域から外れた位置に配設されたレーザー光線吸収手段５２３aおよび５２３aに向けて屈折せしめる。そして、第１の体積回折格子(VBG)５２２aは、０次光LB0と一次光LB1aおよび一次光LB1bを第２の体積回折格子(VBG)５２２ｂに導く。
【００２７】
分岐手段５２aを構成する第２の体積回折格子(VBG)５２２ｂは、図示の実施形態においては第１の体積回折格子(VBG)５２２aによって分岐された０次光LB0と一次光LB1aおよび一次光LB1bのうち０次光LB0を破線で示すように有効領域から外れた位置に配設されたレーザー光線吸収手段５２３aに向けて屈折せしめる。そして、第２の体積回折格子(VBG)５２２ｂは、一次光LB1aおよび一次光LB1bを上記図２に示すレーザー光線照射手段５と同様に集光器５５に導く。
【００２８】
以上のように、第１の体積回折格子(VBG)５２２aによって排除したい二次光LB2aおよび二次光LB2bおよび第２の体積回折格子(VBG)５２２ｂによって排除したい０次光LB0をそれぞれ有効領域から外れた位置に配設されたレーザー光線吸収手段５２３aに向けて屈折せしめるので、第１の体積回折格子(VBG)５２２aおよび第２の体積回折格子(VBG)５２２ｂを回折光学素子(DOE)５２１aに隣接して配設することができ、装置の大型化を回避することができる。
【００２９】
以上、本発明を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は実施形態のみに限定されるものではなく本発明の趣旨に沿って種々の変形は可能である。例えば、上述した実施形態においては、本発明によるレーザー発振機構をレーザー加工装置に装備して被加工物に対して吸収性を有する波長のパルスレーザー光線を照射して２条のレーザー加工溝を形成する例を示したが、被加工物に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線の集光点を被加工物の内部に位置付けて照射することにより被加工物の内部に２条の改質層を形成することができる。
また、本発明によるレーザー発振機構は、レーザー加工装置以外のレーザー機器に適用することが可能である。
【符号の説明】
【００３０】
２：静止基台
３：チャックテーブル機構
３６：チャックテーブル
３７：X軸方向移動手段
３８：Y軸方向移動手段
４：レーザー光線照射ユニット
５：レーザー光線照射手段
５０：レーザー発振機構
５１：パルスレーザー光線発振器
５２：分岐手段
５２１：回折光学素子(DOE)
５２２：体積回折格子(VBG)
５２３：レーザー光線吸収手段
５５：集光器
６：撮像手段
【図１】
0006487184.tif 000002
【図２】
0006487184.tif 000003
【図３】
0006487184.tif 000004
【図４】
0006487184.tif 000005