JP2019051529A - 半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ光の散乱を抑制しつつ、半導体基板を比較的短時間かつ高品質で加工することができる半導体製造装置を提供する。【解決手段】本実施形態による半導体製造装置は、半導体基板にレーザを照射することにより、切断予定ラインに沿って半導体基板に改質領域を形成する。光源は、レーザを出射する。光学系は、レーザを半導体基板に集光する対物レンズを有する。光変調器は、レーザのエネルギー密度分布を変調可能である。制御部は、レーザのエネルギー密度分布のピーク位置を、対物レンズの光軸から半導体基板に対する光学系の相対的な移動方向へずらすように、光変調器を制御する。【選択図】図５

Description

本発明による実施形態は、半導体製造装置に関する。

半導体基板をチップに個片化する際に、半導体基板にレーザを集光させて改質層を生成し、その改質層に沿って半導体基板を劈開する手法がある。半導体基板内の改質層は内部応力によって或る程度劈開するため、レーザはその劈開面で反射あるいは屈折する場合がある。レーザの反射や屈折による散乱光は、半導体基板の半導体集積回路領域に到達し、半導体集積回路を損傷させてしまうことがある。

このような散乱光を抑制するために、レーザの出力を低減させること（方法１）、あるいは、レーザの発振周期を長くして隣接する改質領域間のピッチを広くすること（方法２）が考えられる。方法１では、散乱光のエネルギー自体が小さいので、半導体集積回路の損傷を抑制することができる。しかし、レーザの出力が低いと、改質領域が小さくなるので、レーザを照射する回数（パス数）を増やさなければならない。従って、加工に長い時間がかかり、生産性が低下してしまう。

一方、方法２では、レーザの照射ピッチが広くなるので、レーザはすでに形成された劈開面にあまり入射せず、散乱光が抑制される。しかし、照射ピッチが広いと、半導体基板の劈開面が安定せず、半導体基板を高い品質でチップに個片化することが困難となる。

特開２０１１−０５１０１１号公報 特開２０１５−２２６０１２号公報 特開２０１７−０６９３０９号公報

レーザ光の散乱を抑制しつつ、半導体基板を比較的短時間かつ高品質で加工することができる半導体製造装置を提供する。

本実施形態による半導体製造装置は、半導体基板にレーザを照射することにより、切断予定ラインに沿って半導体基板に改質領域を形成する。光源は、レーザを出射する。光学系は、レーザを半導体基板に集光する対物レンズを有する。光変調器は、レーザのエネルギー密度分布を変調可能である。制御部は、レーザのエネルギー密度分布のピーク位置を、対物レンズの光軸から半導体基板に対する光学系の相対的な移動方向へずらすように、光変調器を制御する。

第１実施形態によるレーザ加工装置の構成例を示す概略図。 レーザ装置の内部構成の一例を示す概略図。 光変調器コントローラの内部構成の一例を示すブロック図。 第１実施形態によるレーザ光のエネルギー密度分布を示すグラフ。 レーザ光を用いて半導体基板を加工している様子を示す断面図。 レーザ光のエネルギー密度分布を示すグラフ。 レーザ光を用いて半導体基板を加工している様子を示す断面図。 レーザ光の照射ピッチとピーク位置のオフセット量との関係を示すグラフ。 第２実施形態によるレーザ光のエネルギー密度分布を示すグラフ。 第２実施形態によるレーザ加工装置を用いて半導体基板を加工している様子を示す断面図。 第２実施形態によるレーザ加工装置を用いて半導体基板を加工している様子を示す断面図。 第３実施形態によるレーザ装置の内部構成の一例を示す概略図。 第３実施形態によるレーザ加工装置の構成例を示す断面図。 第４実施形態によるレーザ加工装置の構成例を示す概略図。 第４実施形態によるレーザ加工装置の構成例を示す断面図。

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。図面は模式的または概念的なものであり、各部分の比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。明細書と図面において、既出の図面に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態によるレーザ加工装置１の構成例を示す概略図である。レーザ加工装置１は、半導体基板Ｗの切断予定ライン（ダイシングライン）に沿ってレーザ光を照射して、半導体結晶を改質させて改質層を形成する装置である。この改質層に沿って半導体基板Ｗを劈開することによって、半導体基板Ｗは、ダイシングラインに沿って切断され、半導体チップに個片化される。このようにレーザ加工装置１は、半導体基板Ｗのレーザダイシングに用いられる。

このようなレーザ加工装置１は、ステージ１０と、可動軸２０〜２３と、可動軸コントローラ３０と、レーザ装置４０と、主コントローラ５０とを備えている。

ステージ１０は、加工される半導体基板Ｗを搭載可能であり、該半導体基板Ｗを吸着し固定する。可動軸２０〜２２は、ステージ１０の下部に設けられており、ステージ１０を略水平面内において平行移動あるいは回転移動させることができる。可動軸２０、２１は、それぞれ略水平面内においてステージ１０をＸ軸方向およびＹ軸方向へ平行移動させる。可動軸２２は、略水平面内においてステージ１０を回転移動させる。可動軸２３は、レーザ装置４０に設けられており、レーザ装置４０自体を移動させる。

可動軸コントローラ３０は、可動軸２０〜２３を制御する。これにより、可動軸コントローラ３０は、ステージ１０および半導体基板Ｗをレーザ装置４０に対して相対的に移動させることができる。また、可動軸コントローラ３０は、レーザ装置４０をステージ１０に対して移動させることができる。

レーザ装置４０は、レーザ光２をパルス発振し、レーザ光２を成形および変調し、対物レンズ（集光レンズ）で半導体基板Ｗ内にレーザ光２を集光させる。レーザ光２のパルスの周波数は、例えば、約９０ｋＨｚである。半導体基板Ｗ内におけるレーザ光２の焦点位置を制御するため、レーザ装置４０は可動軸２３でＺ方向に移動可能になっている。レーザ装置４０の内部構成については、後で図２を参照して説明する。

主コントローラ５０は、レーザ装置４０や可動軸コントローラ等のレーザ加工装置１全体を制御する。

図２は、レーザ装置４０の内部構成の一例を示す概略図である。レーザ装置４０は、レーザ発振器４１と、ビーム成形器４２と、光変調器４３と、ビーム成形器４４と、対物レンズ（集光レンズ）４５と、光変調器コントローラ４６とを備えている。

光源としてのレーザ発振器４１は、レーザ光をパルス発振し出射する。ビーム成形器４２は、レーザ発振器４１からのレーザ光のエネルギー密度分布（即ち、エネルギー強度分布）を調整する。

光変調器４３は、格子状あるいはマトリックス状に二次元配列された画素電極（図示せず）を有し、画素電極に印加する電圧によってレーザ光の波長、位相、エネルギー密度分布（即ち、エネルギー強度分布）等を制御する。

光変調器コントローラ４６は、レーザ光の波長、位相、エネルギー密度（即ち、エネルギー強度）等を変更するために光変調器４３を制御する。光変調器コントローラ４６の内部構成については、後で図３を参照して説明する。

光変調器４３で変調されたレーザ光は、ビーム成形器４４で最終的に調整され、対物レンズ４５によって集光される。対物レンズ４５は、レーザ光を半導体基板Ｗへ向けて照射し、半導体基板Ｗ内の所定の深さ位置にレーザ光を集光させる。

ビーム成形器４２，４４および対物レンズ４５は、レーザ光を変調し、そのレーザ光を半導体基板Ｗへ集光させる光学系として機能する。

図３は、光変調器コントローラ４６の内部構成の一例を示すブロック図である。光変調器コントローラ４６は、インタフェイス部１４１、１４４と、変調パターン記憶部１４２と、変調パターンコントローラ１４３とを備えている。

変調パターン記憶部１４２は、レーザ光の波長、位相、エネルギー密度等の変調パターンを記憶する。変調パターンは、所定のタイミングで、レーザ光の波長、位相、エネルギー密度等を所定値あるいは所定範囲にするように光変調器４３へ出力される電気信号のパターンである。変調パターンは、ユーザが主コントローラ５０で予め入力あるいは選択し、インタフェイス部１４１を介して変調パターン記憶部１４２に登録される。変調パターン記憶部１４２は、半導体基板Ｗの加工時に、変調パターンを変調パターンコントローラ１４３へ出力する。

変調パターンコントローラ１４３は、変調パターン記憶部１４２、インタフェイス部１４１、１４４を制御する。変調パターンコントローラ１４３は、インタフェイス部１４４を介して、変調パターン記憶部１４２に格納された変調パターンに従って光変調器４３を制御する。これにより、光変調器コントローラ４６は、ステージ１０あるいはレーザ装置４０の動作に従って、半導体基板Ｗに照射するレーザ光を変調することができる。

本実施形態においては、光変調器コントローラ４６は、レーザ光のエネルギー密度分布（エネルギー強度分布）を変調する。従って、ここでは、変調パターンは、レーザ光のエネルギー密度分布（エネルギー強度分布）を変調するための電気信号パターンである。本実施形態の変調パターンについては後で説明する。レーザ光の波長や位相等については、ここでは特に言及しないが、一定であってもよく、半導体基板Ｗの加工中に変調させてもよい。

図４は、第１実施形態によるレーザ光のエネルギー密度分布を示すグラフである。横軸は、図５に示す半導体基板Ｗに対する対物レンズ４５（光学系）の相対的な移動方向（＋Ｘ方向）を示す。縦軸は、レーザ光のエネルギー密度分布（エネルギー強度分布）を示す。原点０は、エネルギー密度分布の第１端部Ｘｅ１と第２端部Ｘｅ２との間の中心位置であり、かつ、対物レンズ４５の光軸（瞳の中心）である。即ち、レーザ光は、エネルギー密度分布の中心位置（Ｘｅ１とＸｅ２との間の中心位置）が対物レンズ４５の光軸にほぼ一致するように対物レンズ４５に入射する。

通常、レーザ光のエネルギー密度は、原点０を通る縦軸に対して左右対称のガウシアン分布を有する（図９参照）。この場合、レーザ光のエネルギー密度のピーク位置Ｐは縦軸上にある。しかし、本実施形態では、レーザ光のエネルギー密度のピーク位置Ｐを縦軸から加工の進行方向にずらしている。

ここで、図４に示すように、レーザ光のエネルギー密度分布の中心位置（Ｘｅ１とＸｅ２との間の中心位置）は、原点０にほぼ一致するが、レーザ光のエネルギー密度分布のピーク位置Ｐは、＋Ｘ方向（対物レンズ４５の移動方向）へずれており、＋Ｘ１の位置にある。即ち、レーザ光のエネルギー密度分布のピーク位置Ｐは、エネルギー密度分布の中心点０から＋Ｘ方向へ＋Ｘ１だけオフセットしている。制御部としての光変調器コントローラ４６は、レーザ光のエネルギー密度分布のピーク位置Ｐを、エネルギー密度分布の中心０から半導体基板Ｗに対する対物レンズ４５の相対的な移動方向（＋Ｘ方向）へずらすように、光変調器４３を制御する。ピーク位置Ｐは、レーザ光２のエネルギー密度（強度）の最大値の位置を示す。

図５は、レーザ光を用いて半導体基板Ｗを加工している様子を示す断面図である。レーザ光２は、対物レンズ４５に入射した後、半導体基板Ｗの裏面Ｆ２から入射し、半導体基板Ｗ内の位置Ｌｆにおいて集光している。レーザ光２のエネルギーによって、位置Ｌｆにおける半導体基板Ｗの結晶（例えば、シリコン結晶）が壊れ、改質領域１００が形成される。改質領域１００の周囲には、応力によって劈開領域１１０が形成される。改質領域１００は、レーザ光２の集光位置よりも上方（裏面Ｆ２側）に延びており、それよりも下方（表面Ｆ１側）にはあまり延びない。また、改質領域１００は、例えば、半導体基板Ｗの表面Ｆ１から約４０μｍの位置に形成される。

実際には、ステージ１０が半導体基板Ｗを−Ｘ方向に移動させながら、レーザ装置４０がレーザ光２を周期的にパルス発振する。従って、図５に示すように、改質領域１００は、半導体基板Ｗに対する対物レンズ４５の相対的な移動方向（＋Ｘ方向）に断続的に（離散的に）形成される。尚、レーザの照射ピッチは比較的狭いので、改質領域１００は、ダイシングラインに沿って層状または帯状に形成される。従って、以下、複数の改質領域１００は、改質層とも言う。また、本明細書において、半導体基板Ｗの加工中、対物レンズ４５が半導体基板Ｗおよびステージ１０に対して相対的に移動すると記載する。しかし、ステージ１０および半導体基板Ｗが対物レンズ４５（光学系）に対して移動してもよい。

ここで、ラインＬｐは、レーザ光２のエネルギー密度分布のピーク位置Ｐのラインを示している。レーザ光２は、対物レンズ４５の光軸０を中心として入射しているが、Ｌｐは対物レンズ４５の光軸０に対して、対物レンズ４５の相対的な移動方向（＋Ｘ方向）へ＋Ｘ１だけオフセットしている。換言すると、光変調器コントローラ４６は、ピーク位置Ｐをエネルギー密度分布の中心０から半導体基板Ｗに対する改質領域１００の形成方向（＋Ｘ方向）へ＋Ｘ１だけシフトさせている。即ち、ピーク位置Ｐが加工の進行方向にずれている。

これにより、エネルギー密度の高いピーク位置Ｐにおけるレーザ光２は、改質領域１００および劈開領域１１０をほとんど通過せずに集光位置Ｌｆまで達する。ピーク位置Ｐのレーザ光２が改質領域１００および劈開領域１１０をほとんど通過しないことによって、強度の高いレーザ光２は改質領域１００および劈開領域１１０においてあまり散乱しない。即ち、レーザ光２の反射や屈折による散乱光が抑制され、半導体基板の表面に設けられた半導体集積回路の損傷を抑制することができる。

図６および図７は、半導体基板Ｗに対する対物レンズ４５の進行方向が逆（−Ｘ方向）の場合を示す。

図６は、レーザ光のエネルギー密度分布を示すグラフである。レーザ光のエネルギー密度分布の中心位置（Ｘｅ１とＸｅ２との間の中心位置）は、原点０にほぼ一致するが、レーザ光のエネルギー密度分布のピーク位置Ｐは、−Ｘ方向（対物レンズ４５の移動方向）へずれており、−Ｘ１の位置にある。即ち、レーザ光のエネルギー密度分布のピーク位置Ｐは、エネルギー密度分布の中心点０から−Ｘ方向へ−Ｘ１だけオフセットしている。

このように、本実施形態では、制御部としての光変調器コントローラ４６は、レーザ光のエネルギー密度分布のピーク位置Ｐを、エネルギー密度分布の中心０から半導体基板Ｗに対する対物レンズ４５の相対的な移動方向（−Ｘ方向）へずらすように、光変調器４３を制御する。

図７は、レーザ光を用いて半導体基板Ｗを加工している様子を示す断面図である。レーザ光２は、対物レンズ４５に入射した後、半導体基板Ｗの裏面Ｆ２から入射し、半導体基板Ｗ内の位置Ｌｆにおいて集光している。レーザ光２のエネルギーによって、位置Ｌｆにおける半導体基板Ｗの結晶（例えば、シリコン結晶）が壊れ、改質領域１００が形成される。改質領域１００の周囲には、応力によって劈開領域１１０が形成される。

実際には、ステージ１０が半導体基板Ｗを＋Ｘ方向に移動させながら、レーザ装置４０がレーザ光２を周期的にパルス発振する。従って、図７に示すように、改質領域１００は、半導体基板Ｗに対する対物レンズ４５の相対的な移動方向（−Ｘ方向）に断続的に（離散的に）形成される。

ここで、レーザ光２は、対物レンズ４５の光軸０を中心として入射しているが、Ｌｐは対物レンズ４５の光軸０に対して、対物レンズ４５の相対的な移動方向（−Ｘ方向）へ−Ｘ１だけオフセットしている。換言すると、光変調器コントローラ４６は、ピーク位置Ｐをエネルギー密度分布の中心０から半導体基板Ｗに対する改質領域１００の形成方向（−Ｘ方向）へ−Ｘ１だけシフトさせている。即ち、ピーク位置Ｐが加工の進行方向にずれている。

これにより、エネルギー密度の高いピーク位置Ｐにおけるレーザ光２は、改質領域１００および劈開領域１１０をほとんど通過せずに集光位置Ｌｆまで達する。強度の高いピーク位置Ｐのレーザ光２が改質領域１００および劈開領域１１０をほとんど通過しないことによって、レーザ光２は改質領域１００および劈開領域１１０においてあまり散乱しない。即ち、レーザ光２の反射や屈折による散乱光が抑制され、半導体基板の表面に設けられた半導体集積回路の損傷を抑制することができる。

このように、本実施形態によれば、光変調器コントローラ４６は、エネルギー密度分布のピーク位置Ｐを対物レンズ４５の相対的な移動方向へずらすように、光変調器４３を制御する。これにより、レーザ光２の散乱光を抑制しつつ、半導体基板Ｗを高い品質で半導体チップに個片化することができる。

図５と図７に示すように、半導体基板Ｗに対する対物レンズ４５の移動方向が切り変わった場合、光変調器コントローラ４６は、エネルギー密度分布の中心に対するピーク位置Ｐのずれを、対物レンズ４５の移動方向に合わせて切り替える。即ち、光変調器コントローラ４６は、ピーク位置Ｐのオフセット方向を、半導体基板Ｗに対する対物レンズ４５の移動方向に合わせて自動で切り替える。例えば、レーザ光２をパルス発振させながら、ステージ１０を往復移動させる場合、光変調器コントローラ４６は、往路（例えば、＋Ｘ方向）と復路（−Ｘ方向）とにおいて、ピーク位置Ｐのずれ方向を＋Ｘ方向から−Ｘ方向へ自動で切り替える。これにより、半導体基板Ｗに対する対物レンズ４５の移動方向が変わっても、レーザ光２の散乱光を継続して抑制することができる。その結果、散乱光を抑制しつつ、半導体基板Ｗを効率良く加工し、その加工時間を比較的短くすることができる。

(オフセット量についての考察)
図８は、レーザ光２の照射ピッチとピーク位置のオフセット量との関係を示すグラフである。横軸は、レーザ光２のエネルギー密度分布の中心位置０に対するピーク位置Ｐのオフセット量を示す。オフセット量の単位は、光変調器４３の画素数である。尚、対物レンズ４５の相対的な進行方向は、−Ｘ方向としている。つまり、オフセット量は、図７の−Ｘ１を示している。縦軸は、隣接する複数の改質領域１００間のピッチ（図７のＰ１００）を示す。

オフセット量は、図４の変調パターン記憶部１４２に変調パターンの一部の情報として予め格納しておけばよい。変調パターンコントローラ１４３は、変調パターン記憶部１４２に格納されたオフセット量に従って、レーザ光２のエネルギー密度分布の中心位置０に対してピーク位置Ｐをずらす。尚、オフセット量は、変調パターン記憶部１４２に格納せずに、主コントローラ５０から変調パターンコントローラ１４３に直接入力してもよい。

Ｌ１〜Ｌ５は、レーザ光２の散乱光を閾値未満に維持可能な下限ピッチを示している。通常、ピッチＰ１００が広いほど、レーザ光２は、隣の改質領域１００から離れるので、その改質領域１００および劈開領域１１０を通過し難くなる。よって、ピッチＰ１００が広いほど、散乱光は低減する。一方、ピッチＰ１００が狭くなると、レーザ光２は、隣の改質領域１００および劈開領域１１０に近づき、その改質領域１００および劈開領域１１０を通過し易くなる。よって、ピッチＰ１００が狭いほど、散乱光が増大する。

従って、Ｌ１〜Ｌ５で示す下限ピッチが低いことは、散乱光を低く抑制しつつ、ピッチＰ１００を狭くすることができることを意味する。ピッチＰ１００が広過ぎると、半導体基板Ｗの劈開が安定せず、半導体基板Ｗを高い品質でチップに個片化することが困難となる。従って、半導体チップの品質および信頼性を考慮すると、ピッチＰ１００は狭い方が好ましい。よって、散乱光を低く抑制しつつ、ピッチＰ１００を狭くすることができれば、散乱光の抑制と個片化の容易化とを両立させることができる。

さらに、Ｌ１〜Ｌ５は、レーザ光２の１パルス（１ショット）のエネルギーにおいて異なる。Ｌ１で示すレーザ光２のエネルギーは、例えば、３．３３μＪ／ショットである。Ｌ２で示すレーザ光２のエネルギーは、例えば、６．６７μＪ／ショットである。Ｌ３で示すレーザ光２のエネルギーは、例えば、１０．００μＪ／ショットである。Ｌ４で示すレーザ光２のエネルギーは、例えば、１３．３３μＪ／ショットである。Ｌ５で示すレーザ光２のエネルギーは、例えば、１６．６７μＪ／ショットである。

Ｌ１〜Ｌ５を参照すると、レーザ光２のエネルギーを上昇させると、散乱光を抑制するために、下限ピッチを大きくする必要がある。一方、レーザ光２のエネルギーに依らず、オフセット量が−Ｘ方向に２画素以上（−２画素以下）になると、下限ピッチが小さくなっている。これは、レーザ光２のエネルギー密度分布の中心位置０に対するピーク位置Ｐのずれを２画素以上にすることによって、散乱光が抑制されることを意味する。従って、レーザ光２のエネルギー密度分布の中心位置０に対するピーク位置Ｐのずれを２画素以上にすることが好ましいと言える。

（第２実施形態）
図９は、第２実施形態によるレーザ光のエネルギー密度分布を示すグラフである。第１実施形態では、レーザ光のエネルギー密度分布のピーク位置Ｐを、エネルギー密度分布の中心点０からオフセットさせている。これに対し、第２実施形態では、ピーク位置Ｐをエネルギー密度分布の中心点０からオフセットさせず、レーザ光全体を対物レンズ４５の光軸からずらしている。従って、図９に示すように、第２実施形態では、レーザ光のエネルギー密度は、ガウシアン分布を有する。この場合、レーザ光のエネルギー密度のピーク位置Ｐは縦軸上にある。一方、図１０および図１１に示すように、光変調器コントローラ４６は、レーザ光２全体をレンズ４５の光軸０からずらしている。

図１０および図１１は、第２実施形態によるレーザ加工装置１を用いて半導体基板Ｗを加工している様子を示す断面図である。図１０および図１１は、レーザ光２のエネルギー密度分布において図５および図７と異なるが、その他の構成においては、図５および図７と同じである。

ここで、上述の通り、レーザ光２は、対物レンズ４５の光軸０に対して半導体基板Ｗに対する対物レンズ４５の相対的な移動方向（＋Ｘ方向）へオフセットしている。換言すると、光変調器コントローラ４６は、レーザ光２の全体を対物レンズ４５に対してずらすことによって、ピーク位置Ｐを対物レンズ４５の光軸０から半導体基板Ｗに対する改質領域１００の形成方向（＋Ｘ方向）へ＋Ｘ１だけシフトさせている。結果的に、第１実施形態のピーク位置Ｐと同様に、ピーク位置Ｐは加工の進行方向にずれる。

図１１は、半導体基板Ｗに対する対物レンズ４５の進行方向が逆（−Ｘ方向）の場合を示す。ここで、レーザ光２は、対物レンズ４５の光軸０に対して半導体基板Ｗに対する対物レンズ４５の相対的な移動方向（−Ｘ方向）へオフセットしている。換言すると、光変調器コントローラ４６は、レーザ光２の全体を対物レンズ４５に対してずらすことによって、ピーク位置Ｐを対物レンズ４５の光軸０から半導体基板Ｗに対する改質領域１００の形成方向（−Ｘ方向）へ−Ｘ１だけシフトさせている。結果的に、第１実施形態のピーク位置Ｐと同様に、ピーク位置Ｐは加工の進行方向にずれる。

半導体基板Ｗに対する対物レンズ４５の移動方向が切り変わった場合、光変調器コントローラ４６は、対物レンズ４５に対するレーザ光２のオフセット方向を、半導体基板Ｗに対する対物レンズ４５の移動方向に合わせて自動で切り替える。

これにより、第２実施形態は、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第３実施形態）
図１２は、第３実施形態によるレーザ装置４０の内部構成の一例を示す概略図である。第３実施形態では、光変調器コントローラ４６は、対物レンズ４５に対するレーザ光２の入射角を対物レンズ４５の光軸から傾斜させる。

このような形態を実現するために、第３実施形態によるレーザ装置４０は、ミラーＭＲＲ１、ＭＲＲ２と、アクチュエータＡＣＴ１、ＡＣＴ２とをさらに備えている。ミラーＭＲＲ１は、光変調器４３とビーム成形器４４との間のレーザ光の光路に配置されている。ミラーＭＲＲ２は、ビーム成形器４４と対物レンズ４５との間のレーザ光の光路に配置されている。アクチュエータＡＣＴ１は、光変調器４３に設けられており、光変調器４３の角度を変更することができる。アクチュエータＡＣＴ２は、ミラーＭＲＲ２に設けられており、ミラーＭＲＲ２の角度を変更することができる。アクチュエータＡＣＴ１、ＡＣＴ２は、光変調器コントローラ４６によって制御される。光変調器コントローラ４６は、光変調器４３およびミラーＭＲＲ２の角度を変調パターンに従って変更する。これにより、レーザ光２の入射角を変更することができる。第３実施形態のその他の構成は、第１実施形態の対応する構成と同様でよい。

図１３は、第３実施形態によるレーザ加工装置１の構成例を示す断面図である。第３実施形態では、光変調器コントローラ４６は、対物レンズ４５の光軸に対するレーザ光２の入射角を、半導体基板Ｗの表面Ｆ１または裏面Ｆ２に対する垂直方向（Ｙ方向）から半導体基板Ｗに対する対物レンズ４５の相対的な移動方向（−Ｘ方向）へ傾斜させる。尚、ピーク位置Ｐは、レーザ光２のエネルギー密度分布の中心からずれていない。また、対物レンズ４５自体は傾斜させず、対物レンズ４５の光軸はＹ方向にほぼ一致している。第３実施形態のその他の構成は、第１実施形態の対応する構成と同様でよい。

例えば、レーザ光２が対物レンズ４５に入射する角度をφとし、レーザ光２が集光位置Ｌｆに入射する角度をθとする。尚、入射角φおよびθは、ラインＬｐに示すように、ピーク位置Ｐにおけるレーザ光２の入射角である。

この場合、入射角φおよびθは、対物レンズ４５の光軸（Ｙ方向）から対物レンズ４５の相対的な移動方向（−Ｘ方向）へ傾斜する角度である。レーザ光２は、対物レンズ４５の光軸（Ｙ方向）から対物レンズ４５の相対的な移動方向（−Ｘ方向）へ入射角φだけ傾斜して対物レンズ４５へ入射している。また、レーザ光２は、Ｙ方向から対物レンズ４５の相対的な移動方向（−Ｘ方向）へ入射角θだけ傾斜して集光位置Ｌｆへ入射している。

換言すると、光変調器コントローラ４６は、対物レンズ４５へのレーザ光２の入射角をＹ方向から改質領域１００の形成方向へ角度φだけ傾斜させるように光変調器４３を制御する。これにより、レーザ光２は、Ｙ方向から対物レンズ４５の相対的な移動方向（−Ｘ方向）へ入射角θだけ傾斜して集光位置Ｌｆへ入射する。即ち、ラインＬｐが加工の進行方向に対して角度θだけ傾斜する。

このように、レーザ光２の入射角をＹ方向から加工の進行方向へ傾斜させることによって、エネルギー密度の高いピーク位置Ｐにおけるレーザ光２は、改質領域１００および劈開領域１１０をほとんど通過せずに集光位置Ｌｆまで達することができる。従って、第２実施形態は、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

半導体基板Ｗに対する対物レンズ４５の移動方向が変わった場合、光変調器コントローラ４６は、入射角φおよびθを移動方向へ傾斜させるように光変調器４３を変更する。即ち、光変調器コントローラ４６は、入射角φおよびθを、対物レンズ４５の移動方向に合わせるように自動で切り替える。これにより、半導体基板Ｗに対する対物レンズ４５の移動方向が変わっても、レーザ光２の散乱光を継続して抑制することができる。その結果、半導体基板Ｗの加工時間を比較的短くすることができる。

（第４実施形態）
図１４は、第４実施形態によるレーザ加工装置１の構成例を示す概略図である。第３実施形態では、対物レンズ４５の光軸を傾斜させることなく、レーザ光２の入射角を対物レンズ４５の光軸から傾斜させている。これに対して、第４実施形態では、対物レンズ４５の光軸をレーザ光２の入射角とともに傾斜させている。尚、この場合、レーザ光２の入射角は対物レンズ４５の光軸に対して傾斜させなくてよい。

このような形態を実現するために、第４実施形態によるレーザ加工装置１は、傾斜軸２４、２５をさらに備えている。傾斜軸２４は、ステージ１０の下方に設けられており、ステージ１０を半導体基板Ｗとともに傾斜させるように構成されている。傾斜軸２５は、レーザ装置４０に設けられており、レーザ装置４０を対物レンズ４５とともに傾斜させるように構成されている。傾斜軸２４、２５は、可動軸コントローラ３０によって制御される。可動軸コントローラ３０は、半導体基板Ｗの角度または対物レンズ４５の角度を変調パターンに従って変更する。これにより、対物レンズ４５の光軸をレーザ光２の入射角とともに傾斜させ、レーザ光２の入射角を変更することができる。第４実施形態のその他の構成は、第１実施形態の対応する構成と同様でよい。

図１５は、第４実施形態によるレーザ加工装置１の構成例を示す断面図である。第４実施形態では、対物レンズ４５の光軸およびレーザ光２の入射角を、半導体基板Ｗの表面Ｆ１または裏面Ｆ２に対する垂直方向（Ｙ方向）から半導体基板Ｗに対する対物レンズ４５の相対的な移動方向（＋Ｘ方向）へ傾斜させる。尚、図１５では、対物レンズ４５の移動方向は、＋Ｘ方向としている。

例えば、レーザ光２の入射角および対物レンズ４５の光軸は、角度φだけＹ方向から傾斜している。このとき、レーザ光２が集光位置Ｌｆに入射する角度をθとする。レーザ光２の入射角および対物レンズ４５の光軸の傾斜方向は、Ｙ方向から対物レンズ４５の相対的な移動方向（＋Ｘ方向）である。即ち、入射角φおよびθは、Ｙ方向から対物レンズ４５の相対的な移動方向（＋Ｘ方向）へ傾斜する角度である。

レーザ光２は、Ｙ方向から対物レンズ４５の相対的な移動方向（＋Ｘ方向）へ入射角φだけ傾斜して対物レンズ４５へ入射している。これにより、レーザ光２は、Ｙ方向から対物レンズ４５の相対的な移動方向（＋Ｘ方向）へ入射角θだけ傾斜して集光位置Ｌｆへ入射している。

換言すると、可動軸コントローラ３０は、対物レンズ４５の光軸およびレーザ光２の入射角をＹ方向から改質領域１００の形成方向へ角度φだけ傾斜させるように傾斜軸２５を制御する。可動軸コントローラ３０が傾斜軸２５を制御することにより、対物レンズ４５およびレーザ装置４０をステージ１０に対して傾斜させることができる。これにより、レーザ光２は、Ｙ方向から対物レンズ４５の相対的な移動方向（＋Ｘ方向）へ入射角θだけ傾斜して集光位置Ｌｆへ入射する。即ち、ラインＬｐが加工の進行方向に対して角度θだけ傾斜する。

半導体基板Ｗに対する対物レンズ４５の移動方向が変わった場合、可動軸コントローラ３０は、入射角φおよびθを移動方向へ傾斜させるように光変調器４３および対物レンズ４５の傾斜方向を変更する。即ち、可動軸コントローラ３０は、入射角φおよびθを、対物レンズ４５の移動方向に合わせるように自動で切り替える。尚、対物レンズ４５の光軸の傾斜角の切替は、可動軸コントローラ３０が傾斜軸２４を制御することにより、対物レンズ４５またはレーザ装置４０に対するステージ１０の傾斜を変更することで実行してもよい。

これにより、半導体基板Ｗに対する対物レンズ４５の移動方向が変わっても、レーザ光２の散乱光を継続して抑制することができる。これにより、第４実施形態は、第３実施形態と同様の効果を得ることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ レーザ加工装置、１０ ステージ、２０〜２３ 可動軸、３０ 可動軸コントローラ、４０ レーザ装置、５０ 主コントローラ、４１ レーザ発振器、４２ ビーム成形器、４３ 光変調器、４４ ビーム成形器、４５ 対物レンズ、４６ 光変調器コントローラ、１４１、１４４ インタフェイス部、１４２ 変調パターン記憶部、１４３ 変調パターンコントローラ

Claims (8)

1. 半導体基板にレーザを照射することにより、切断予定ラインに沿って前記半導体基板に改質領域を形成する半導体製造装置であって、
   前記レーザを出射する光源と、
   前記レーザを前記半導体基板に集光する対物レンズを有する光学系と、
   前記レーザのエネルギー密度分布を変調可能な光変調器と、
   前記レーザのエネルギー密度分布のピーク位置を、前記対物レンズの光軸から前記半導体基板に対する前記光学系の相対的な移動方向へずらすように、前記光変調器を制御する制御部と、を備えた半導体製造装置。
2. 前記制御部は、前記ピーク位置を前記対物レンズの光軸から前記半導体基板に対する前記改質領域の形成方向へずらすように前記光変調器を制御する、請求項１に記載の半導体製造装置。
3. 前記移動方向が変わったときに、前記制御部は、前記対物レンズの光軸に対する前記ピーク位置を前記移動方向へずらすように前記光変調器を変更する、請求項１または請求項２に記載の半導体製造装置。
4. 前記制御部は、前記レーザのエネルギー密度分布のピーク位置を、該エネルギー密度分布の中心から前記移動方向へずらすように前記光変調器を制御する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の半導体製造装置。
5. 前記制御部は、前記レーザのエネルギー密度分布の中心を前記対物レンズの光軸から前記移動方向へずらすように前記光変調器を制御する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の半導体製造装置。
6. 半導体基板にレーザを照射することにより、切断予定ラインに沿って前記半導体基板に改質領域を形成する半導体製造装置であって、
   前記レーザを出射する光源と、
   前記レーザを前記半導体基板に集光する光学系と、
   前記レーザを変調可能な光変調器と、
   前記半導体基板に対する前記レーザの入射角を、前記半導体基板の表面に対する垂直方向から前記半導体基板に対する前記光学系の相対的な移動方向へ傾斜させるように、前記光学系または前記光変調器を制御する制御部と、を備えた半導体製造装置。
7. 前記制御部は、前記入射角を前記垂直方向から前記半導体基板に対する前記改質領域の形成方向へ傾斜させるように前記光学系または前記光変調器を制御する、請求項６に記載の半導体製造装置。
8. 前記移動方向が変わったときに、前記制御部は、前記入射角を前記移動方向へ傾斜させるように前記光学系または前記光変調器を変更する、請求項６または請求項７に記載の半導体製造装置。

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