KR101369531B1 - 레이저 가공장치 - Google Patents

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겐이치 무라마츠
가즈히로 아츠미
테츠야 오사지마
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하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤
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Abstract

레이저 가공장치는 가공용 레이저광과 거리 측정용 레이저광 L2를 웨이퍼(1)로 향하여 집광시키는 집광용 렌즈(31)와, 렌즈(31)를 동작시키는 액츄에이터와 거리 측정용 레이저광의 반사광 L3에 비점수차(非点收差)를 부가하는 정형 광학계(49)와 반사광 L3를 수광하고, 그 광량에 따른 전압값을 출력하는 4분할 포토 다이오드(42)와, 액츄에이터를 제어하는 제어부를 구비하며, 거리 측정용 레이저광 L2의 집광점 P2를 렌즈의 초점 P0와 렌즈(31) 사이에 위치시키는 것으로 표면(3)으로부터 보다 깊은 위치에 개질(改質)영역을 형성 가능하게 하여 반사광 L3에 의한 악영향을 억제한다. 또, 전압값의 총합에 의한 제산(除算)이 시행된 연산값에 근거하여 제어하는 것으로, 연산값의 반사광량에 의한 변화를 방지한다.

Description

레이저 가공장치{LASER MATERIAL PROCESSING SYSTEM}
본 발명은 가공대상물을 절단예정라인에 따라서 절단하기 위해서 사용되는 레이저 가공장치에 관한 것이다.
종래의 레이저 가공장치로서는, 예를 들면 특허 문헌 1에 기재된 레이저 가공장치가 알려져 있다. 이 레이저 가공장치에 있어서는 집광용 렌즈에 의해서 제1 레이저광(가공용 레이저광)과 제2 레이저광(거리측정용 레이저광)이 집광됨에 아울러, 집광점 위치제어수단에 의해서 가공대상물의 레이저광 조사면에서 반사된 제2 레이저광의 반사광이 검출되어 제1 레이저광의 집광점의 위치가 제어된다. 이것에 의해, 제1 레이저광의 집광점을 레이저광 조사면으로부터 소정의 거리에 위치시킬 수 있어 가공대상물의 내부의 소망의 위치에 개질(改質)영역을 형성하는 것이 가능하게 된다.
[특허 문헌 1] 일본국 특개2004-188422호 공보
<발명이 해결하고자 하는 과제>
그런데, 상술한 바와 같은 레이저 가공장치에 있어서는 절단예정라인에 따른 가공대상물의 절단품질을 더욱 향상시키기 위해서, 가공대상물의 내부의 소망의 위치에 절단의 기점(起点)이 되는 개질영역을 보다 한층 정밀도 좋게 형성하는 것이 바람직하고 있다.
그래서, 본 발명은 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 가공대상물의 내부의 소망의 위치에 절단의 기점이 되는 개질영역을 정밀도 좋게 형성할 수 있는 레이저 가공장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
<과제를 해결하기 위한 수단>
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 관한 레이저 가공장치는 판 모양의 가공대상물의 내부에 집광점을 맞추어 제1 레이저광을 조사하고, 가공대상물의 내부에 절단의 기점이 되는 개질영역을 형성하는 레이저 가공장치로서, 제1 레이저광과 가공대상물에 있어서 제1 레이저광이 조사되는 레이저광 조사면에서 반사시키기 위한 제2 레이저광을 가공대상물로 향하여 집광하는 집광용 렌즈와, 집광용 렌즈를 그 광축방향에 따라서 동작시키는 구동수단과, 레이저광 조사면에서 반사된 제2 레이저광의 반사광에 비점수차(非点收差)를 부가하는 비점수차 부가수단과, 비점수차가 부가된 제2 레이저광의 반사광을 분할하여 수광하고, 분할되어 수광된 제2 레이저광의 반사광의 각각의 광량에 따른 출력값을 출력하는 광검출소자와, 제1 레이저광의 집광점이 레이저광 조사면으로부터 소정의 거리에 위치하도록 구동수단을 제어하는 제어수단을 구비하고, 제2 레이저광은 그 집광점이 집광용 렌즈의 초점과 집광용 렌즈 사이에 위치하도록 집광용 렌즈에 의해서 가공대상물로 향하여 집광되며, 제어수단은 광검출소자에 의해서 출력된 출력값에 대해 출력값의 총합에 의한 제산(除算) 및 소정의 연산을 시행하는 것으로 취득한 연산값에 근거하여 구동수단을 제어하는 것을 특징으로 한다.
이 레이저 가공장치에서는 집광용 렌즈에 의해서 가공대상물로 향하여 집광된 제2 레이저광의 집광점이 집광용 렌즈의 초점과 집광용 렌즈 사이에 위치하고 있기 때문에 집광용 렌즈의 광축방향에 있어서, 레이저광 조사면의 위치에 관한 위치정보의 취득가능범위가 집광용 렌즈의 초점을 기준으로 하여 집광용 렌즈 측으로 이동하게 된다. 왜냐하면, 위치정보는 제2 레이저광의 반사광의 집광상(像)이 변화하는 것에 의해 취득되기 때문에 그 취득가능범위는 집광용 렌즈의 광축방향에 있어서, 제2 레이저광의 집광점을 중심으로 하여 대칭인 범위에 존재하기 때문이다. 이것에 의해, 제1 레이저광을 조사함과 동시에 제2 레이저광을 조사하는 경우에는 집광용 렌즈의 초점을 가공대상물의 내부에 맞춘 상태, 즉, 레이저광 조사면을 집광용 렌즈의 초점보다 집광용 렌즈에 접근한 상태로 제1 및 제2 레이저광이 조사되기 때문에, 실질적으로 위치정보의 취득가능범위를 넓게 하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 레이저광 조사면으로부터 보다 깊은 위치에 개질영역을 형성할 때에 있어서도 정밀도 좋게 레이저광 조사면의 위치정보를 취득하는 것이 가능해져 가공대상물의 내부의 소망의 위치에 개질영역을 정밀도 좋게 형성할 수 있다.
또, 집광용 렌즈에 의해서 가공대상물로 향하여 집광된 제2 레이저광의 집광점이 집광용 렌즈의 초점과 집광용 렌즈와의 사이에 위치하고 있기 때문에, 집광용 렌즈의 초점위치에 있어서의 제2 레이저광의 집광상의 면적이 커진다. 이것에 의해, 제1 레이저광을 조사하기 전에 집광용 렌즈의 초점위치를 레이저광 조사면에 맞춘 상태로 제2 레이저광을 조사하는 경우에는, 예를 들면 레이저광 조사면이 절삭자국이 많은 백 그라인드(back ground)면이었다고 해도 절삭자국이 집광상에 차지하는 비율이 작기 때문에 레이저광 조사면의 절삭자국에 의해서 제2 레이저광의 반사광이 산란하는 등이라고 하는 악영향을 억제하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 정밀도 좋게 레이저광 조사면의 위치정보를 취득하는 것이 가능해져, 가공대상물의 내부의 소망의 위치에 개질영역을 정밀도 좋게 형성할 수 있다.
또, 연산값에는 복수의 광검출소자에 의해서 출력된 출력값의 총합에 의한 제산이 시행되어 있기 때문에, 연산값은 수광한 전체 광량에 대한 상대값이 된다. 이것에 의해, 예를 들면 가공대상물의 표면에 형성된 막 두께의 영향에 의해 레이저광 조사면에서 반사되는 제2 레이저광의 광량이 변화하여, 광검출소자에 의해 출력되는 출력값이 변화해 버려도 연산값이 변동하는 것을 방지하는 것이 가능하게 되고, 가공대상물의 내부의 소망의 위치에 개질영역을 정밀도 좋게 형성할 수 있다.
여기서, 제어수단에 의해서 연산값이 일정하게 되도록 구동수단이 제어되면, 절단의 기점이 되는 개질영역을 레이저광 조사면으로부터 일정한 거리에 위치시킬 수 있다.
또, 본 발명에 관한 레이저 가공장치는 판 모양의 가공대상물의 내부에 집광용 렌즈로 집광점을 맞추어 제1 레이저광을 조사하고, 가공대상물의 내부에 절단의 기점이 되는 개질영역을 가공대상물의 절단예정라인에 따라서 형성하는 레이저 가공장치로서, 집광용 렌즈에 의해서 제1 레이저광을 가공대상물의 내부에 집광시키면서, 가공대상물에 대해서 집광용 렌즈를 절단예정라인에 따라서 상대적으로 이동시킴과 더불어, 가공대상물에 있어서 제1 레이저광이 조사되는 레이저광 조사면에서 반사시키기 위한 제2 레이저광을 그 집광점이 집광용 렌즈의 초점과 집광용 렌즈 사이에 위치하도록 집광용 렌즈에 의해서 가공대상물로 향하여 집광하고, 레이저광 조사면에서 반사된 제2 레이저광의 반사광에 비점수차를 부가해 비점수차가 부가된 제2 레이저광의 반사광을 분할하여 수광하며, 분할되어 수광된 제2 레이저광의 반사광의 각각의 광량에 따른 출력값을 출력하고, 출력된 출력값에 대해 출력값의 총합에 의한 제산 및 소정의 연산을 시행하는 것으로 취득한 연산값에 근거하여 제1 레이저광의 집광점이 레이저광 조사면으로부터 소정의 거리에 위치하도록 집광용 렌즈를 그 광축방향에 따라서 동작시키는 것을 특징으로 한다.
이 레이저 가공장치에 의하면, 제1 레이저광을 조사함과 동시에 제2 레이저를 조사하기 때문에 실질적으로 위치정보의 취득가능범위를 넓게 하는 것이 가능하게 된다고 하는 상술의 작용 효과가 발휘된다. 또한, 연산값에는 복수의 광검출소자에 의해서 출력된 출력값의 총합에 의한 제산이 시행되어 있기 때문에 연산값이 변동하는 것을 방지하는 것이 가능하게 된다고 하는 상술의 작용 효과가 발휘된다. 이상에 의해, 가공대상물의 내부의 소망의 위치에 개질영역을 정밀도 좋게 형성할 수 있다.
또, 본 발명에 관한 레이저 가공장치는 판 모양의 가공대상물의 내부에 집광용 렌즈로 집광점을 맞추어 제1 레이저광을 조사하고, 가공대상물의 내부에 절단의 기점이 되는 개질영역을 가공대상물의 절단예정라인에 따라서 형성하는 레이저 가공장치로서, 가공대상물에 있어서 제1 레이저광이 조사되는 레이저광 조사면에서 반사시키기 위한 제2 레이저광을 그 집광점이 집광용 렌즈의 초점과 집광용 렌즈 사이에 위치하도록 집광용 렌즈에 의해서 가공대상물로 향하여 집광시키면서, 가공대상물에 대해서 집광용 렌즈를 절단예정라인에 따라서 상대적으로 이동시킴과 더불어, 레이저광 조사면에서 반사된 제2 레이저광의 반사광에 비점수차를 부가하고, 비점수차가 부가된 반사광을 분할하여 수광하며, 분할되어 수광된 제2 레이저광의 반사광의 각각의 광량에 따른 출력값을 출력하고, 출력된 출력값에 대해 출력값의 총합에 의한 제산 및 소정의 연산을 시행하는 것으로 취득한 연산값에 근거하여, 제1 레이저광의 집광점이 레이저광 조사면으로부터 소정의 거리에 위치하도록 집광용 렌즈를 그 광축방향에 따라서 동작시키고, 집광용 렌즈의 동작에 관한 동작 정보를 미리 취득한 후, 집광용 렌즈에 의해서 제1 레이저광을 가공대상물의 내부에 집광시키면서, 가공대상물에 대해서 집광용 렌즈를 절단예정라인에 따라서 상대적으로 이동시킴과 더불어, 미리 취득된 동작 정보에 근거해 집광용 렌즈를 동작시키는 것을 특징으로 한다.
이 레이저 가공장치에 의하면, 제1 레이저광을 조사하기 전에 레이저광의 집광상의 면적이 커지도록 제2 레이저광을 조사하기 때문에 레이저광 조사면의 절삭자국에 의해서 제2 레이저광의 반사광이 산란하는 등이라고 하는 악영향을 억제하는 것이 가능하게 된다고 하는 상술의 작용 효과가 발휘된다. 연산값에는 복수의 광검출소자에 의해서 출력된 복수의 출력값의 총합에 의한 제산이 시행되어 있기 때문에 연산값이 변동하는 것을 방지하는 것이 가능하게 된다고 하는 상술의 작용 효과가 발휘된다. 이상에 의해, 가공대상물의 내부의 소망의 위치에 개질영역을 정밀도 좋게 형성할 수 있다.
<발명의 효과>
본 발명에 의하면, 가공대상물의 내부의 소망의 위치에 절단의 기점이 되는 개질영역을 정밀도 좋게 형성할 수 있다.
도 1은 본 실시 형태에 관한 레이저 가공장치에 의한 레이저 가공중의 가공대상물의 평면도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 가공대상물의 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 단면도이다.
도 3은 본 실시 형태에 관한 레이저 가공장치에 의한 레이저 가공후의 가공대상물의 평면도이다.
도 4는 도 3에 나타내는 가공대상물의 Ⅳ-Ⅳ선에 따른 단면도이다.
도 5는 도 3에 나타내는 가공대상물의 V-V선에 따른 단면도이다.
도 6은 본 실시 형태에 관한 레이저 가공장치에 의해 절단된 가공대상물의 평면도이다.
도 7은 본 실시 형태에 관한 레이저 가공장치에 있어서의 전계강도와 크랙 스폿의 크기와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 실시 형태에 관한 레이저 가공장치의 제1 공정에 있어서의 가공대상물의 단면도이다.
도 9는 본 실시 형태에 관한 레이저 가공장치의 제2 공정에 있어서의 가공대상물의 단면도이다.
도 10은 본 실시 형태에 관한 레이저 가공장치의 제3 공정에 있어서의 가공대상물의 단면도이다.
도 11은 본 실시 형태에 관한 레이저 가공장치의 제4 공정에 있어서의 가공대상물의 단면도이다.
도 12는 본 실시 형태에 관한 레이저 가공장치에 의해 절단된 실리콘 웨이퍼의 일부에 있어서의 단면의 사진을 나타내는 도이다.
도 13은 본 실시 형태에 관한 레이저 가공장치에 있어서의 레이저광의 파장과 실리콘 기판의 내부의 투과율과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 14는 본 실시 형태에 관한 레이저 가공장치의 개략 구성도이다.
도 15는 도 14에 나타내는 레이저 가공장치의 가공용 레이저광 및 거리 측정용 레이저광에 관한 개략 구성도이다.
도 16은 가공대상물과 거리 측정용 레이저광의 집광점이 동일한 위치에 있는 경우의 거리 측정용 레이저광의 반사광의 집광상을 설명하기 위한 도이다.
도 17은 가공대상물이 거리 측정용 레이저광의 집광점보다 집광용 렌즈에 가까운 위치에 있는 경우의 거리 측정용 레이저광의 반사광의 집광상을 설명하기 위한 도이다.
도 18은 가공대상물이 거리 측정용 레이저광의 집광점보다 집광용 렌즈로부터 떨어진 위치에 있는 경우의 거리 측정용 레이저광의 반사광의 집광상을 설명하기 위한 도이다.
도 19는 레이저광 조사면으로부터 집광용 렌즈의 초점까지의 거리에 대한 연 산값을 나타내는 선도이다.
도 20은 레이저광 조사면의 위치정보의 취득가능범위를 나타내는 도이다.
도 21은 도 14에 나타내는 레이저 가공장치의 거리 측정용 레이저광의 집광점을 설명하기 위한 도이다.
도 22는 거리 측정용 레이저광의 레이저광 조사면에 있어서의 집광상을 나타내는 도이다.
<부호의 설명>
1 … 웨이퍼(가공대상물), 3 … 표면(레이저 조사면), 7 … 개질영역, 28 … 액츄에이터(구동수단), 31 … 집광용 렌즈, 40 … 제어부(제어수단), 42 … 4분할 포토다이오드(복수의 수광소자), 49 … 정형(整形)광학계(비점수차 부가수단), L1 … 가공용 레이저광(제1 레이저광), L2 … 거리 측정용 레이저광(제2 레이저광), L3 … 거리 측정용 레어지광의 반사광, P0 … 집광용 렌즈의 초점, P1 … 가공용 레이저광의 집광점, P2 … 거리 측정용 레이저광의 집광점.
<발명을 실시하기 위한 바람직한 형태>
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대하여 도면을 참조해 상세하게 설명한다. 본 실시 형태의 레이저 가공방법에서는 가공대상물의 내부에 개질영역을 형성하기 위해서 다광자 흡수라고 하는 현상을 이용한다. 그래서, 최초로 다광자 흡수에 의해 개질영역을 형성하기 위한 레이저 가공방법에 대해 설명한다.
재료의 흡수의 밴드 갭 EG보다 광자의 에너지 hυ가 작으면 광학적으로 투명하게 된다. 따라서, 재료에 흡수가 생기는 조건은 hυ > EG이다. 그러나, 광학적으로 투명해도 레이저광의 강도를 매우 크게 하면 nhυ > EG의 조건(n = 2, 3, 4, …)으로 재료에 흡수가 생긴다. 이 현상을 다광자 흡수라고 한다. 펄스파의 경우, 레이저광의 강도는 레이저광의 집광점의 피크 파워 밀도(W/㎠)로 정해지고, 예를 들면 피크 파워 밀도가 1 × 108(W/㎠) 이상의 조건에서 다광자 흡수가 생긴다. 피크 파워 밀도는, (집광점에 있어서의 레이저광의 1펄스당 에너지) ÷ (레이저광의 빔 스폿 단면적 × 펄스폭)에 의해 구해진다. 또, 연속파의 경우, 레이저광의 강도는 레이저광의 집광점의 전계강도(W/㎠)로 정해진다.
이와 같은 다광자 흡수를 이용하는 본 실시 형태에 관한 레이저 가공방법의 원리에 대해서, 도 1 ~ 도 6을 참조해 설명한다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼 모양(평판 모양)의 웨이퍼(1)의 표면(3)에는 웨이퍼(1)를 절단하기 위한 절단예정라인(5)이 있다. 절단예정라인(5)은 직선 모양으로 연장한 가상선이다. 본 실시 형태에 관한 레이저 가공방법에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 다광자 흡수가 생기는 조건에서 웨이퍼(1)의 내부에 집광점 P를 맞추어 레이저광 L을 조사하여 개질영역(7)을 형성한다. 또한, 집광점 P는 레이저광 L이 집광하는 개소이다. 또, 절단예정라인(5)은 직선 모양으로 한정하지 않고 곡선 모양으로 하여도 좋고, 가상선으로 한정하지 않으며, 웨이퍼(1)에 실제로 그은 선으로 하여도 좋다.
그리고, 레이저광 L을 절단예정라인(5)에 따라서(즉, 도 1의 화살표 A방향으 로) 상대적으로 이동시키는 것에 의해, 집광점 P를 절단예정라인(5)에 따라서 이동시킨다. 이것에 의해, 도 3 ~ 도 5에 나타내는 바와 같이, 개질영역(7)이 절단예정라인(5)에 따라서 웨이퍼(1)의 내부에 형성되고, 이 개질영역(7)이 절단기점영역(8)이 된다. 여기서, 절단기점영역(8)은 웨이퍼(1)가 절단될 때에 절단(나뉨)의 기점이 되는 영역을 의미한다. 이 절단기점영역(8)은 개질영역(7)이 연속적으로 형성되는 것으로 형성되는 경우도 있고, 개질영역(7)이 단속적으로 형성되는 것으로 형성되는 경우도 있다.
본 실시 형태에 관한 레이저 가공방법은 웨이퍼(1)의 표면(3)에서는 레이저광 L이 거의 흡수되지 않기 때문에 웨이퍼(1)의 표면(3)이 용융하지 않는다.
웨이퍼(1)의 내부에 절단기점영역(8)을 형성하면, 이 절단기점영역(8)을 기점으로 하여 나뉨이 발생하기 쉬워지기 때문에, 도 6에 나타내는 바와 같이, 비교적 작은 힘으로 웨이퍼(1)를 절단할 수 있다. 따라서, 웨이퍼(1)의 표면(3)에 불필요한 나뉨을 발생시키지 않고, 웨이퍼(1)를 고정밀도로 절단하는 것이 가능하게 된다.
이 절단기점영역(8)을 기점으로 한 웨이퍼(1)의 절단에는 다음의 2가지 방법이 고려된다. 하나는, 절단기점영역(8) 형성 후, 웨이퍼(1)에 인위적인 힘이 인가되는 것에 의해, 절단기점영역(8)을 기점으로 하여 웨이퍼(1)가 나뉘어 웨이퍼(1)가 절단되는 경우이다. 이것은, 예를 들면 웨이퍼(1)의 두께가 큰 경우의 절단이다. 인위적인 힘이 인가된다는 것은, 예를 들면, 웨이퍼(1)의 절단기점영역(8)에 따라서 웨이퍼(1)에 굽힘응력이나 전단응력을 가하거나, 웨이퍼(1)에 온도차를 주 는 것에 의해 열응력을 발생시키거나 하는 것이다. 다른 하나는, 절단기점영역(8)을 형성하는 것에 의해, 절단기점영역(8)을 기점으로 하여 웨이퍼(1)의 단면 방향(두께 방향)을 향하여 자연히 나뉘고, 결과적으로 웨이퍼(1)가 절단되는 경우이다. 이것은, 예를 들면 웨이퍼(1)의 두께가 작은 경우에는 1열의 개질영역(7)에 의해 절단기점영역(8)이 형성되는 것으로 가능하게 되고, 웨이퍼(1)의 두께가 큰 경우에는 두께 방향으로 복수열 형성된 개질영역(7)에 의해 절단기점영역(8)이 형성되는 것으로 가능하게 된다. 또한, 이 자연히 나뉘는 경우도 절단하는 개소에 있어서, 절단기점영역(8)이 형성되어 있지 않은 부위에 대응하는 부분의 표면(3) 위까지 나뉨이 앞지르지 않고, 절단기점영역(8)을 형성한 부위에 대응하는 부분만을 할단(割斷)할 수 있으므로, 할단제어를 잘할 수 있다. 최근, 실리콘 웨이퍼 등의 웨이퍼(1)의 두께는 얇아지는 경향에 있으므로, 이와 같은 제어성이 좋은 할단방법은 매우 유효하다.
그런데, 본 실시 형태에 관한 레이저 가공방법에 있어서, 다광자 흡수에 의해 형성되는 개질영역으로서는 다음의 (1) ~ (3)의 경우가 있다.
(1) 개질영역이 1개 또는 복수의 크랙을 포함한 크랙영역인 경우
가공대상물(예를 들면 유리나 LiTaO₃로 이루어진 압전(壓電)재료)의 내부에 집광점을 맞추어, 집광점에 있어서의 전계강도가 1 × 108(W/㎠) 이상이고 또한 펄스폭이 1㎲이하의 조건에서 레이저광을 조사한다. 이 펄스폭의 크기는 다광자 흡수를 일으키게 하면서 가공대상물의 표면에 불필요한 데미지를 주지 않고, 가공대상 물의 내부에만 크랙영역을 형성할 수 있는 조건이다. 이것에 의해, 가공대상물의 내부에는 다광자 흡수에 의한 광학적 손상이라고 하는 현상이 발생한다. 이 광학적 손상에 의해 가공대상물의 내부에 열변형이 야기되고, 이것에 의해 가공대상물의 내부에 크랙영역이 형성된다. 전계강도의 상한값으로서는, 예를 들면 1 × 1012(W/㎠)이다. 펄스폭은 예를 들면 1㎱ ~ 200㎱가 바람직하다. 또한, 다광자 흡수에 의한 크랙영역의 형성은, 예를 들면, 제45회 레이저열가공 연구회 논문집(1998년.12월)의 제23페이지 ~ 제28페이지의 「고체 레이저 고주파에 의한 유리 기판의 내부 마킹」에 기재되어 있다.
본 발명자는 전계강도와 크랙의 크기와의 관계를 실험에 의해 구했다. 실험 조건은 다음과 같다.
(A) 가공대상물 : 파이렉스(등록상표) 유리(두께 700㎛)
(B) 레이저
광원 : 반도체 레이저 여기(勵起) Nd : YAG 레이저
파장 : 1064㎚
레이저광 스폿 단면적 : 3.14 × 10-8㎠
발진(發振) 형태 : Q스위치 펄스
반복 주파수 : 100㎑
펄스폭 : 30㎱
출력 : 출력 < 1mJ/펄스
레이저광 품질 : TEM00
편광 특성 : 직선 편광
(C) 집광용 렌즈
레이저광 파장에 대한 투과율 : 60퍼센트
(D) 가공대상물이 실어 놓이는 재치대(載置臺)의 이동 속도 : 100㎜/초
또한, 레이저광 품질이 TEM00은 집광성이 높고 레이저광의 파장 정도까지 집광 가능을 의미한다.
도 7은 상기 실험의 결과를 나타내는 그래프이다. 가로축은 피크 파워 밀도로서, 레이저광이 펄스 레이저광이므로 전계강도는 피크 파워 밀도로 나타낸다. 세로축은 1펄스의 레이저광에 의해 가공대상물의 내부에 형성된 크랙 부분(크랙 스폿)의 크기를 나타내고 있다. 크랙 스폿이 모여 크랙영역이 된다. 크랙 스폿의 크기는 크랙 스폿의 형상 중 최대의 길이가 되는 부분의 크기이다. 그래프 중의 검은점으로 나타내는 데이터는 집광용 렌즈(C)의 배율이 100배, 개구수(NA)가 0.80인 경우이다. 한편, 그래프중의 흰점으로 나타내는 데이터는 집광용 렌즈(C)의 배율이 50배, 개구수(NA)가 0.55인 경우이다. 피크 파워 밀도가 1011(W/㎠) 정도로부터 가공대상물의 내부에 크랙 스폿이 발생하고, 피크 파워 밀도가 커짐에 따라 크랙 스폿도 커지는 것을 알 수 있다.
다음에, 크랙영역 형성에 의한 가공대상물의 절단의 메카니즘에 대해서, 도 8 ~ 도 11을 참조해 설명한다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 다광자 흡수가 생기는 조건에서 웨이퍼(1)의 내부에 집광점 P를 맞추어 레이저광 L을 조사하여 절단예정라인(5)에 따라서 내부에 크랙영역(9)을 형성한다. 크랙영역(9)은 1개 또는 복수의 크랙을 포함하는 영역이다. 이와 같이 형성된 크랙영역(9)이 절단기점영역으로 된다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 크랙영역(9)을 기점으로 하여(즉, 절단기점영역을 기점으로 하여) 크랙이 더욱 성장하고, 도 10에 나타내는 바와 같이, 크랙이 웨이퍼(1)의 표면(3)과 이면(21)에 도달하며, 도 11에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(1)가 나뉘는 것에 의해 웨이퍼(1)가 절단된다. 웨이퍼(1)의 표면(3)과 이면(21)에 도달하는 크랙은 자연히 성장하는 경우도 있고, 웨이퍼(1)에 힘이 인가되는 것에 의해 성장하는 경우도 있다.
(2) 개질영역이 용융처리영역인 경우
가공대상물(예를 들면 실리콘과 같은 반도체 재료)의 내부에 집광점을 맞추고, 집광점에 있어서의 전계강도가 1 × 108(W/㎠) 이상이고 또한 펄스폭이 1㎲이하인 조건에서 레이저광을 조사한다. 이것에 의해 가공대상물의 내부는 다광자 흡수에 의해서 국소적으로 가열된다. 이 가열에 의해 가공대상물의 내부에 용융처리영역이 형성된다. 용융처리영역은 일단 용융후 재고화한 영역이나, 확실히 용융상태의 영역이나, 용융상태로부터 재고화하는 상태의 영역이고, 상(相)변화한 영역이나 결정구조가 변화한 영역이라고 할 수도 있다. 또, 용융처리영역은 단결정구조, 비정질구조, 다결정구조에 있어서, 어느 구조가 다른 구조로 변화한 영역이라고 할 수도 있다. 즉, 예를 들면, 단결정구조로부터 비정질구조로 변화한 영역, 단결정구 조로부터 다결정구조로 변화한 영역, 단결정구조로부터 비정질구조 및 다결정구조를 포함한 구조로 변화한 영역을 의미한다. 가공대상물이 실리콘 단결정구조의 경우, 용융처리영역은 예를 들면 비정질 실리콘구조이다. 전계강도의 상한값으로서는, 예를 들면 1 × 1012(W/㎠)이다. 펄스폭은 예를 들면 1㎱ ~ 200㎱가 바람직하다.
본 발명자는 실리콘 웨이퍼의 내부에서 용융처리영역이 형성되는 것을 실험에 의해 확인했다. 실험 조건은 다음과 같다.
(A) 가공대상물 : 실리콘 웨이퍼(두께 350㎛, 외경 4인치)
(B) 레이저
광원 : 반도체 레이저 여기 Nd : YAG 레이저
파장 : 1064㎚
레이저광 스폿 단면적 : 3.14 × 10-8㎠
발진 형태 : Q스위치 펄스
반복 주파수 : 100㎑
펄스폭 : 30㎱
출력 : 20μJ/펄스
레이저광 품질 : TEM00
편광 특성 : 직선 편광
(C) 집광용 렌즈
배율 : 50배
N.A. : 0.55
레이저광 파장에 대한 투과율 : 60퍼센트
(D) 가공대상물이 실어 놓이는 재치대의 이동 속도 : 100㎜/초
도 12는 상기 조건에서의 레이저가공에 의해 절단된 실리콘 웨이퍼의 일부에 있어서의 단면의 사진을 나타낸 도이다. 실리콘 웨이퍼(11)의 내부에 용융처리영역(13)이 형성되어 있다. 또한, 상기 조건에 의해 형성된 용융처리영역(13)의 두께 방향의 크기는 100㎛정도이다.
용융처리영역(13)이 다광자 흡수에 의해 형성된 것을 설명한다. 도 13은 레이저광의 파장과 실리콘 기판의 내부의 투과율과의 관계를 나타내는 그래프이다. 다만, 실리콘 기판의 표면측과 이면측 각각의 반사 성분을 제거하고, 내부 투과율만을 나타내고 있다. 실리콘 기판의 두께 t가 50㎛, 100㎛, 200㎛, 500㎛, 1000㎛의 각각에 대해 상기 관계를 나타냈다.
예를 들면, Nd : YAG 레이저의 파장인 1064㎚에 있어서, 실리콘 기판의 두께가 500㎛이하인 경우, 실리콘 기판의 내부에서는 레이저광이 80％이상 투과하는 것을 알 수 있다. 도 12에 나타내는 실리콘 웨이퍼(11)의 두께는 350㎛이므로, 다광자 흡수에 의한 용융처리영역(13)은 실리콘 웨이퍼(11)의 중심 부근, 즉 표면으로부터 175㎛의 부분에 형성된다. 이 경우의 투과율은 두께 200㎛의 실리콘 웨이퍼를 참고로 하면 90％이상이므로, 레이저광이 실리콘 웨이퍼(11)의 내부에서 흡수되는 것은 거의 없고 대부분이 투과한다. 이것은 실리콘 웨이퍼(11)의 내부에서 레이저 광이 흡수되어, 용융처리영역(13)이 실리콘 웨이퍼(11)의 내부에 형성(즉 레이저광에 의한 통상의 가열로 용융처리영역이 형성)된 것이 아니고, 용융처리영역(13)이 다광자 흡수에 의해 형성된 것을 의미한다. 다광자 흡수에 의한 용융처리영역의 형성은, 예를 들면, 용접 학회 전국 대회 강연 개요 제66집(2000년 4월)의 제72페이지 ~ 제73페이지의 「피코초 펄스 레이저에 의한 실리콘의 가공 특성 평가」에 기재되어 있다.
또한, 실리콘 웨이퍼는 용융처리영역에 의해서 형성되는 절단기점영역을 기점으로 하여 단면 방향을 향하여 나뉨을 발생시키고, 그 나뉨이 실리콘 웨이퍼의 표면과 이면에 도달하는 것에 의해 결과적으로 절단된다. 실리콘 웨이퍼의 표면과 이면에 도달하는 이 나뉨은 자연히 성장하는 경우도 있고, 실리콘 웨이퍼에 힘이 인가되는 것에 의해 성장하는 경우도 있다. 그리고, 절단기점영역으로부터 실리콘 웨이퍼의 표면과 이면에 나뉨이 자연히 성장하는 경우에는 절단기점영역을 형성하는 용융처리영역이 용융하고 있는 상태로부터 나뉨이 성장하는 경우와, 절단기점영역을 형성하는 용융처리영역이 용융하고 있는 상태로부터 재고화할 때에 나뉨이 성장하는 경우 모두 있다. 다만, 어느 쪽의 경우도 용융처리영역은 실리콘 웨이퍼의 내부에만 형성되고, 절단 후의 절단면에는 도 12와 같이 내부에만 용융처리영역이 형성되고 있다. 이와 같이, 가공대상물의 내부에 용융처리영역에 의해서 절단기점영역을 형성하면, 할단시, 절단기점영역 라인에서부터 벗어난 불필요한 나뉨이 생기기 어렵기 때문에 할단제어가 용이하게 된다. 덧붙여서, 용융처리영역의 형성은 다광자 흡수가 원인인 경우뿐만 아니라, 다른 흡수 작용이 원인인 경우도 있다.
(3) 개질영역이 굴절률 변화영역의 경우
가공대상물(예를 들면 유리)의 내부에 집광점을 맞추어, 집광점에 있어서의 전계강도가 1 × 108(W/㎠) 이상이고 또한 펄스폭이 1㎱이하의 조건에서 레이저광을 조사한다. 펄스폭을 지극히 짧게 하고, 다광자 흡수를 가공대상물의 내부에 일으키게 하면, 다광자 흡수에 의한 에너지가 열에너지로 바뀌지 않으며, 가공대상물의 내부에는 이온 가수 변화, 결정화 또는 분극 배향 등의 영속적인 구조 변화가 야기되어 굴절률 변화영역이 형성된다. 전계강도의 상한값으로서는, 예를 들면 1 × 1012(W/㎠)이다. 펄스폭은 예를 들면 1㎱이하가 바람직하고, 1㎰이하가 더욱 바람직하다. 다광자 흡수에 의한 굴절률 변화영역의 형성은, 예를 들면, 제42회 레이저열가공 연구회 논문집(1997년.11월)의 제105페이지 ~ 제111페이지의 「펨토초 레이저 조사에 의한 유리 내부로의 광야기구조 형성」에 기재되어 있다.
이상, 다광자 흡수에 의해 형성되는 개질영역으로서 (1) ~ (3)의 경우를 설명했지만, 웨이퍼 모양의 가공대상물의 결정구조나 그 벽개성 등을 고려하여 절단기점영역을 다음과 같이 형성하면, 그 절단기점영역을 기점으로 하여 보다 한층 작은 힘으로, 게다가 정밀도 좋게 가공대상물을 절단하는 것이 가능하게 된다.
즉, 실리콘 등의 다이아몬드 구조의 단결정 반도체로 이루어진 기판의 경우는, (111)면(제1 벽개면)이나 (110)면(제2 벽개면)에 따른 방향으로 절단기점영역을 형성하는 것이 바람직하다. 또, GaAs 등의 섬(閃)아연광형 구조의 Ⅲ-V족 화합물 반도체로 이루어진 기판의 경우는 (110)면에 따른 방향으로 절단기점영역을 형 성하는 것이 바람직하다. 또한, 사파이어(Al2O3) 등의 육방정계의 결정구조를 가지는 기판의 경우는 (0001)면(C면)을 주면으로 하여 (1120)면(A면) 혹은 (1100)면(M면)에 따른 방향으로 절단기점영역을 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상술한 절단기점영역을 형성해야 하는 방향(예를 들면, 단결정 실리콘 기판에 있어서의 (111)면에 따른 방향) 혹은 절단기점영역을 형성해야 하는 방향에 직교하는 방향에 따라서 기판에 오리엔테이션 플랫을 형성하면, 그 오리엔테이션 플랫을 기준으로 하는 것으로 절단기점영역을 형성해야 하는 방향에 따른 절단기점영역을 용이하고 또한 정확하게 기판에 형성하는 것이 가능하게 된다.
다음에, 본 실시 형태에 관한 레이저 가공장치에 대해서, 도 14 및 도 15를 참조해 설명한다.
도 14에 나타내는 바와 같이, 레이저 가공장치(20)는 판 모양의 가공대상물인 웨이퍼(1)의 내부에 집광점 P1을 맞추어 가공용 레이저광(제1 레이저광) L1을 조사하는 것으로 웨이퍼(1)의 내부에 절단의 기점이 되는 개질영역(7)을 형성하고, 이 개질영역(7)에 의해서, 절단예정라인(5)에 따라서 연장해 있는 절단기점영역(8)을 형성하는 장치이다. 또한, 웨이퍼(1)는 실리콘 웨이퍼 등의 반도체 웨이퍼이며, 개질영역(7)은 용융처리영역이다.
이 레이저 가공장치(20)는 웨이퍼(1)가 실어 놓이는 스테이지(30)를 가지고 있고, 이 스테이지(30)는 X방향(도면에서 나타내는 좌우 방향)과 Z방향(도면에서 나타내는 상하 방향)을 축으로 한 회전방향인 θ방향으로 이동 가능하게 되어 있 다. 이 스테이지(30)의 위쪽에는 가공용 레이저광 L1을 발생하는 레이저광원(22) 등을 수용한 케이스(23)와, 케이스(23)를 Y방향(X축 및 Y축에 수직인 방향)과 Z방향으로 동작시키는 케이스 구동부(25)가 배치되어 있다. 여기서, 레이저광원(22)은, 예를 들면 Nd : YAG 레이저를 이용한 것이고, 바로 아래에 위치하는 스테이지(30) 위의 웨이퍼(1)로 향하여 펄스 레이저광인 펄스폭 1㎲이하의 가공용 레이저광 L1을 조사한다.
케이스(23)의 하단면에는 전동 리볼버(24)가 장착되어 있고, 이 전동 리볼버(24)에는 웨이퍼(1)를 관찰하기 위한 관찰용 대물렌즈(26)와, 가공용 레이저광 L1을 집광하기 위한 가공용 대물렌즈(27)가 장착되어 있다. 각 대물렌즈(26, 27)의 광축은 전동 리볼버(24)의 회전에 의해서 가공용 레이저광 L1의 광축에 일치되어 있다. 또한, 가공용 대물렌즈(27)와 전동 리볼버(24)와의 사이에는, 예를 들면 피에조 소자를 이용한 액츄에이터(구동수단)(28)가 개재되어 있고, 이 액츄에이터(28)에 의해서 가공용 대물렌즈(27)의 위치가 Z방향으로 미(微)조정된다.
도 15에 나타내는 바와 같이, 가공용 대물렌즈(27)는 원통 형상의 렌즈 홀더(29)를 가지고, 이 렌즈 홀더(29)는 그 내부에 있어서 복수의 렌즈를 조합하여 이루어지는 개구수 「0.80」의 집광용 렌즈(31)를 유지하고 있다. 그리고, 렌즈 홀더(29)의 상단부에는 집광용 렌즈(31)에 대한 가공용 레이저광 L1의 입사동(瞳)으로서 입사개구(32)가 형성되고, 렌즈 홀더(29)의 하단부에는 가공용 레이저광 L1의 조사개구(33)가 형성되어 있다. 이와 같이 구성된 가공용 대물렌즈(27)에 의해서 가공용 레이저광 L1이 집광되고, 집광용 렌즈(31)에 의한 집광점 P1에서의 가공용 레이저광 L1의 피크 파워 밀도는 1 × 108(W/㎠) 이상이 된다.
또, 케이스(23) 내에 있어서의 가공용 레이저광 L1의 광축 위에는, 도 14에 나타내는 바와 같이, 레이저광원(22)에서 발생한 가공용 레이저광 L1의 빔 사이즈를 확대하는 빔 익스펜더(expander)(34)와, 가공용 레이저광 L1의 출력이나 편광을 조정하는 레이저광 조정 광학계(36)와, 가공용 레이저광 L1의 통과 또는 차단을 실시하는 전자 셔터(37)와, 가공용 레이저광 L1의 빔 사이즈를 조절하는 조리개 부재(38)가 위에서 아래로 이 순서로 배치되어 있다.
도 15에 나타내는 바와 같이, 조리개 부재(38)는 가공용 대물렌즈(27)의 입사개구(32)의 위쪽에 위치하여 케이스(23)에 장착되어 있고, 가공용 레이저광 L1의 광축 위에 있어서, 이 가공용 레이저광 L1을 조절하여 통과시키는 애퍼쳐(aperture)(39)를 가지고 있다. 이 애퍼쳐(39)의 개구 지름은 가공용 대물렌즈(27)의 입사개구(32)와 동일한 지름 혹은 작은 지름으로 형성되어 있고, 애퍼쳐(39)의 중심축은 조리개 부재(38)에 설치된 조절 나사(35)에 의해서 입사개구(32)의 중심축에 정확하게 일치시킬 수 있다.
이 조리개 부재(38)에 의해서, 애퍼쳐(39)보다 큰 가공용 레이저광 L1의 외주 부분이 커트(cut)되고, 가공용 대물렌즈(27)에 있어서의 입사개구(32)의 주위 부분에 의한 가공용 레이저광 L1의 커트량이 거의 없게 되기 때문에 가공용 레이저광 L1의 조사에 의한 렌즈 홀더(29)의 가열이 방지되고, 레이저 가공중에 있어서의 렌즈 홀더(29)의 가열을 주원인으로 한 가공용 레이저광 L1의 집광점 P1의 위치 변 동을 작게 억제되어 있다.
또, 도 14에 나타내는 바와 같이, 레이저 가공장치(20)는 스테이지(30) 위에 실어 놓인 웨이퍼(1)를 관찰하기 위하여, 관찰용 가시광선 L0를 발생하는 관찰용 광원(51)을 케이스(23) 밖에 가지고, CCD 카메라(52)를 케이스(23) 내에 가지고 있다.
이 관찰용 광원(51)에서 발생된 관찰용 가시광선 L0는 광섬유로 이루어진 라이트 가이드(53)에 의해 케이스(23) 내로 유도되고, 시야 조리개(54), 개구 조리개(56), 다이크로익 미러(dichroic mirror)(57) 등을 차례차례 통과한 후, 조리개 부재(38)와 가공용 대물렌즈(27)의 입사개구(32) 사이에 배치된 다이크로익 미러(58)에 의해 반사된다. 반사된 관찰용 가시광선 L0는 가공용 레이저광 L1의 광축 위를 아래쪽으로 향하여 진행하고, 전동 리볼버(24)의 회전에 의해서 가공용 레이저광 L1의 광축 위에 배치된 관찰용 대물렌즈(26)를 통과해 웨이퍼(1)에 조사된다. 또한, 가공용 레이저광 L1 및 후술하는 거리 측정용 레이저광 L2 및 그 반사광 L3는 다이크로익 미러(58)를 투과한다.
그리고, 웨이퍼(1)의 표면(3)에서 반사된 관찰용 가시광선 L0의 반사광은 관찰용 대물렌즈(26) 내에 재입사하여 가공용 레이저광 L1의 광축 위를 위쪽으로 향하여 진행하고, 다이크로익 미러(58)에 의해 반사된다. 이 다이크로익 미러(58)에 의해 반사된 반사광은 다이크로익 미러(57)에 의해 더욱 반사되어, 필터(59), 결상 렌즈(61), 릴레이 렌즈(62)를 차례차례 통과하고, CCD 카메라(52)에 입사한다. 이 CCD 카메라(52)에 의해, 촬상된 웨이퍼(1)의 표면(3) 등의 화상이 TV모니터(64)에 비추어진다.
또한, 레이저 가공장치(20)는 예를 들면 레이저 다이오드를 이용한 레이저광원(41)을 가지고 있다. 이 레이저광원(41)으로부터 발생된 거리 측정용 레이저광(제2 레이저광) L2는, 도 15에 나타내는 바와 같이, 핀홀(43), 빔 익스펜더(44)를 차례차례 통과한 후, 미러(46), 반투명경(47)에 의해 차례차례 반사되고, 전자 셔터(37)와 조리개 부재(38) 사이에 배치된 다이크로익 미러(48)로 유도된다. 이 다이크로익 미러(48)에 의해 반사된 거리 측정용 레이저광 L2는 가공용 레이저광 L1의 광축 위를 아래쪽에 향하여 진행하고, 조리개 부재(38)의 애퍼쳐(39)를 통과한 후, 가공용 대물렌즈(27)의 집광용 렌즈(31)에 의해 집광되어 웨이퍼(1)에 조사된다. 또한, 가공용 레이저광 L1은 다이크로익 미러(48)를 투과한다.
그리고, 웨이퍼(1)의 표면(레이저광 조사면)(3)에서 반사된 거리 측정용 레이저광의 반사광 L3는 가공용 대물렌즈(27)의 집광용 렌즈(31)에 재입사하여 가공용 레이저광 L1의 광축 위를 위쪽으로 향하여 진행하고, 조리개 부재(38)의 애퍼쳐(39)를 통과한 후, 다이크로익 미러(48)에 의해 반사된다. 이 다이크로익 미러(48)에 의해 반사된 거리 측정용 레이저광의 반사광 L3는 반투명경(47), 필터(45)를 차례차례 통과한다. 이 필터(45)는 파장에 따라 광을 통과시키거나 혹은 차단하는 것으로, 거리 측정용 레이저광의 반사광 L3를 통과시키는 한편, 웨이퍼(1)의 표면(3)이나 이면(17)에서 반사한 가공용 레이저광 L1의 반사광을 차단한다. 필터(45)를 통과한 거리 측정용 레이저광의 반사광 L3는 원통형 렌즈와 평볼록 렌즈로 이루어지는 정형 광학계(비점수차 부가수단)(49)에 의해 비점수차가 부가되 어 집광되고, 포토 다이오드를 4등분하여 이루어지는 4분할 포토 다이오드(광검출소자)(42) 위에 조사되며, 4분할 포토 다이오드(42)의 수광면에 집광상을 형성한다. 4분할 포토 다이오드(42)는 거리 측정용 레이저광의 반사광 L3의 집광상을 분할하여 수광하고, 그 각각의 광량에 따른 전압값(출력값) V를 출력한다.
이 집광상은 반사광 L3에 비점수차가 부가되어 있기 때문에, 거리 측정용 레이저광 L2의 집광점 P2에 대해서 웨이퍼(1)의 표면(3)이 어느 위치에 있는지에 의해, 세로로 긴 원, 정원(正圓), 가로로 긴 원으로 변화한다. 여기서, 이 변화의 원리에 대해 설명한다.
도 16에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(1)의 표면(3)과 거리 측정용 레이저광 L2의 집광점 P2가 동일한 위치에 있는 경우에는 거리 측정용 레이저광의 반사광 L3는 거리 측정용 레이저광 L2와 동일한 궤적을 더듬어 가서 가공용 대물렌즈(27)의 집광용 렌즈(31)를 역행하기 때문에, 4분할 포토 다이오드(42) 위에 정원의 집광상 K1을 형성한다.
또, 도 17에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(1)의 표면(3)이 거리 측정용 레이저광 L2의 집광점 P2보다 집광용 렌즈(31)에 가까운 위치에 있는 경우에는 거리 측정용 레이저광의 반사광 L3는 거리 측정용 레이저광 L2와 달리 확산하면서 가공용 대물렌즈(27)의 집광용 렌즈(31)를 역행하기 때문에 4분할 포토 다이오드(42) 위에 가로로 긴 타원의 집광상 K2를 형성한다.
또, 도 18에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(1)의 표면(3)이 거리 측정용 레이저광 L2의 집광점 P2보다 집광용 렌즈(31)로부터 먼 위치에 있는 경우에는 거리 측 정용 레이저광의 반사광 L3는 거리 측정용 레이저광 L2와 달리 집광되면서 가공용 대물렌즈(27)의 집광용 렌즈(31)를 역행하기 때문에 4분할 포토 다이오드(42) 위에 세로로 긴 타원의 집광상 K3를 형성한다.
이상과 같이, 4분할 포토 다이오드(42) 위에 있어서의 거리 측정용 레이저광의 반사광 L3의 집광상은 거리 측정용 레이저광 L2의 집광점 P2에 대한 웨이퍼(1)의 표면(3)의 위치에 따라 변화한다. 그 때문에, 4분할 포토 다이오드(42)로부터 출력되는 전압값 V는 거리 측정용 레이저광 L2의 집광점 P2에 대한 웨이퍼(1)의 표면(3)의 위치에 따라 변화하게 된다.
그래서, 도 15에 나타내는 바와 같이, 레이저 가공장치(20)는 제어부(제어수단)(40)를 가지고, 이 제어부(40)에 의해서, 4분할 포토 다이오드(42)로부터 출력된 전압값 V에 근거하여 거리 측정용 레이저광 L2의 집광점 P2에 대한 웨이퍼(1)의 표면(3)의 위치에 관한 위치정보로서 연산값 N을 연산한다. 그리고, 제어부(40)는 액츄에이터(28)를 제어하여 가공용 레이저광 L1의 집광점 P1의 위치가 표면(3)으로부터 일정한 깊이가 되도록 가공용 대물렌즈(27)의 위치를 상하 방향으로 미조정한다.
구체적으로는, 제어부(40)에 있어서, 이하의 연산이 시행된다. 즉, 4분할 포토 다이오드(42)(도 16 참조)에 있어서, 세로방향으로 대향하는 수광면 R1, R3에 있어서의 광량에 근거하여 출력된 전압값 V1, V3와, 가로방향으로 대향하는 수광면R2, R4에 있어서의 광량에 근거하여 출력된 전압값 V2, V4를 아래와 같이 (1)식에 따라서 연산하여 연산값 N이 구해진다. 이 연산값 N은 4분할 포토 다이오드(42)가 수광한 모든 광량에 대응하는 전압값 V1, V2, V3, V4의 총합으로 제산되고, 수광한 전체 광량에 대한 상대값으로 되어 있다.
N =［(V1 + V3) - (V2 + V4)］/ (V1 + V2 + V3 + V4) + 1) … (1)
단,
V1 : 수광면 R1에 있어서의 광량에 근거하여 출력된 전압값,
V2 : 수광면 R2에 있어서의 광량에 근거하여 출력된 전압값,
V3 : 수광면 R3에 있어서의 광량에 근거하여 출력된 전압값,
V4 : 수광면 R4에 있어서의 광량에 근거하여 출력된 전압값,
도 19는 웨이퍼(1)의 표면(3)으로부터 집광용 렌즈(31)에 의한 관찰용 가시광선 L0의 집광점인 초점(이하, 「집광용 렌즈의 초점」이라고 한다) P0까지의 거리에 대한 연산값 N을 나타내는 선도(線圖)이다. 이 선도에서는 가로축은 웨이퍼(1)의 표면(3)으로부터 집광용 렌즈(31)의 초점 P0까지의 거리를 나타내고, 세로축은 연산값 N의 크기를 나타내고 있다. 여기서, 원점을 기준으로 하여 좌측으로 클수록 웨이퍼(1)의 표면(3)이 집광용 렌즈(31)에 가까워지는 방향에 위치하게 된다. 또, 원점을 기준으로 하여 우측으로 클수록 표면(3)이 집광용 렌즈(31)로부터 멀어지는 방향에 위치하게 된다.
일반적인 레이저 가공장치에 있어서는, 도 19(a)에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(1)의 표면(3)으로부터 집광용 렌즈(31)의 초점 P0까지의 거리와 연산값 N과의 관계는 거리 측정용 레이저광 L2의 집광점 P2를 대칭으로 한 대략 S자 모양의 곡선 F가 된다. 이 곡선 F에 있어서의 위쪽의 변극(變極)점 F1 및 아래쪽의 변극점 F2의 근방에서는 수광하는 거리 측정용 레이저광의 반사광 L3가 4분할 포토 다이오드(42)의 수광면에서부터 불거져 나와 버리는 것에 의해 연산값 N이 역전하여 동일한 연산값이 존재한다. 따라서, 도 19(a) 및 도 20(a)에 나타내는 바와 같이, 정확한 위치정보를 취득할 수 있는 범위인 취득가능범위 W는 변극점 F1 및 F2 사이의 범위가 되고, 집광용 렌즈(31)의 초점 P0를 기준값 0㎛로서 예를 들면 -20㎛에서 +20㎛까지로 된다.
여기서, 레이저 가공장치(20)에 있어서는, 예를 들면 핀홀(43)이나 빔 익스펜더(44)의 위치를 거리 측정용 레이저광 L2의 광축에 따라 이동시키는 등 하여 거리 측정용 레이저광 L2의 광학계 위치를 조정하는 것으로 집광용 렌즈(31)의 초점이 웨이퍼(1)의 표면(3) 위에 있는 상태에 있어서, 도 21에 나타내는 바와 같이, 거리 측정용 레이저광 L2를 집광시키면서 집광용 렌즈(31)에 입사시키고 있다. 이것에 의해, 거리 측정용 레이저광 L2의 집광점 P2가 집광용 렌즈의 초점 P0와 집광용 렌즈(31) 사이에 위치된다. 따라서, 도 19(b) 및 도 20(b)에 나타내는 바와 같이, 취득가능범위 W는 집광용 렌즈(31)의 초점 P0보다 집광용 렌즈에 가까운 방향으로 향하여 이동되어 집광용 렌즈(31)의 초점 P0를 0㎛로서 예를 들면 -15㎛에서 +25㎛까지로 된다.
다음에, 상술한 레이저 가공장치(20)에 의한 레이저 가공방법에 대해 설명한다. 여기에서의 레이저 가공방법은 가공용 레이저광 L1을 조사함과 동시에 거리 측정용 레이저광 L2를 조사하고, 웨이퍼(1)의 표면(3)으로부터 일정한 거리의 위치에 개질영역(7)을 형성하며, 이 개질영역(7)에 의해서, 절단예정라인(5)에 따라서 연 장해 있는 절단기점영역(8)을 형성하는 방법(이하, 「리얼타임 가공」이라고 한다)이다.
우선, 스테이지(30) 위에 웨이퍼(1)를 실어 놓고, 이 웨이퍼(1)가 레이저가공의 개시위치에 위치하도록 스테이지(30) 및 케이스(23)를 X방향이나 Y방향으로 이동시킨다. 다음에, 가공용 대물렌즈(27)를 유지하고 있는 액츄에이터(28)가 가장 축소된 상태로부터 최대 신장량의 반의 양만큼 신장한, 예를 들면 최대 신장량이 50㎛에서는 25㎛ 신장한 상태로, 웨이퍼(1)의 표면(3)에 투영한 레티클(reticle) 화상의 핀트를 TV모니터(64)로 확인하면서 케이스(23)를 케이스 구동부(25)에 의해 상하 이동하여 집광용 렌즈(31)의 초점 P0를 웨이퍼(1)의 표면(3) 위에 위치시킨다.
이어서, 가공용 레이저광 L1의 집광점 P1이 웨이퍼(1)의 표면으로부터 소망한 거리에 위치하도록 케이스(23)를 Z방향으로 이동시킨다. 그리고, 레이저광원(22)으로부터 가공용 레이저광 L1을 조사함과 동시에 레이저광원(41)으로부터 거리 측정용 레이저광 L2를 조사하고, 집광용 렌즈(31)에 의해 집광된 레이저광 L1, L2가 절단예정라인(5) 위를 스캔하도록 스테이지(30) 및 케이스(23)를 X방향이나 Y방향으로 이동시킨다. 이때, 거리 측정용 레이저광의 반사광 L3가 검출되고, 제어부(40)에 의해서 가공용 레이저광 L1의 집광점 P1의 위치가 항상 웨이퍼(1)의 표면(3)으로부터 일정한 거리에 위치하도록 액츄에이터(28)가 피드백 제어된다. 이 피드백 제어는, 도 19(b)에 나타내는 바와 같이, 검출되는 반사광 L3에 의한 연산값이 일정한 거리 T0에 대응하는 NO를 유지하도록 제어되는 것으로, N0를 유지할 만한 전압값이 액츄에이터(28)에 인가되고, 가공용 대물렌즈(27)의 위치가 상하 방향으로 미조정된다. 그리고, 웨이퍼(1)의 표면(3)에 따라서 그 표면(3)으로부터 일정한 거리의 위치에 개질영역(7)이 형성된다.
이와 같이, 리얼타임 가공에 있어서는 가공용 레이저광 L1이 조사됨과 동시에 거리 측정용 레이저광 L2가 조사되어 개질영역(7)이 형성되기 때문에 효율적으로 개질영역(7)을 형성하는 것이 가능하게 된다. 또, 웨이퍼(1)의 두께가 얇은 경우에는 그 표면의 면 떨림이 많기 때문에 리얼타임 가공이 특히 효과적인 것이 된다.
이상 설명한 바와 같이, 레이저 가공장치(20)에 있어서는 집광용 렌즈(31)에 의해서 웨이퍼(1)로 향하여 집광된 거리 측정용 레이저광 L2의 집광점 P2가 집광용 렌즈(31)의 초점 P0와 집광용 렌즈(31) 사이에 위치되고, 집광용 렌즈(31)의 광축방향에 있어서, 웨이퍼(1)의 표면(3)의 위치에 관한 위치정보의 취득가능범위 W가 집광용 렌즈(31)의 초점 P0를 기준으로 하여 집광용 렌즈(31) 측으로 이동되고 있다. 이것에 의해, 집광용 렌즈(31)의 초점 P0를 웨이퍼(1)의 내부에 맞춘 상태, 즉, 웨이퍼(1)의 표면(3)을 집광용 렌즈(31)의 초점 P0보다 집광용 렌즈(31)에 접근한 상태로 가공용 레이저광 L1 및 거리 측정용 레이저광 L2가 조사되기 때문에 실질적으로 위치정보의 취득가능범위 W를 넓게 하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 웨이퍼(1)의 표면(3)으로부터 보다 깊은 위치에 개질영역(7)을 형성할 때에 있어서도 정밀도 좋게 웨이퍼(1)의 표면(3)의 위치정보를 취득하는 것이 가능하게 되고, 웨이퍼(1)의 내부의 소망의 위치에 개질영역(7)을 정밀도 좋게 형성할 수 있다.
또, 연산값 N에는 4분할 포토 다이오드(42)에 의해서 출력된 전압값 V의 총합에 의한 제산이 시행되어 있기 때문에, 연산값 N은 수광한 전체 광량에 대한 상대값이 된다. 이것에 의해, 예를 들면 웨이퍼(1)의 표면(3)에 형성된 막 두께의 영향에 의해 웨이퍼(1)의 표면(3)에서 반사되는 거리 측정용 레이저광 L2의 광량이 변화하여 4분할 포토 다이오드(42)에 의해 출력되는 전압값 V가 변화해 버려도 연산값 N이 변동하는 것을 방지하는 것이 가능하게 되고, 웨이퍼(1)의 내부의 소망의 위치에 개질영역(7)을 정밀도 좋게 형성할 수 있다.
다음에, 가공용 레이저광 L1을 조사하기 전에 거리 측정용 레이저광 L2를 조사하는 레이저 가공방법(이하, 「트레이스(trace) 가공」이라고 한다)으로 대해서, 리얼타임 가공과의 차이점을 중심으로 설명한다.
트레이스 가공에서는 가공용 레이저광 L1을 조사하기 전에 거리 측정용 레이저광 L2를 조사하여 집광용 렌즈(31)에 의해 집광된 거리 측정용 레이저광 L2가 절단예정라인(5) 위를 스캔하도록 스테이지(30) 및 케이스(23)를 X방향이나 Y방향으로 이동시킨다. 이 때, 거리 측정용 레이저광의 반사광 L3가 검출되어 제어부(40)에 의해서, 거리 측정용 레이저광 L2의 집광점 P2의 위치가 항상 웨이퍼(1)의 표면(3)으로부터 일정한 거리에 위치하도록 액츄에이터(28)가 피드백 제어된다. 이 피드백 제어를 하기 위해서 액츄에이터(28)에 인가된 전압의 전압값은 제어부(40)에 메모리 된다.
이어서, 가공용 레이저광 L1의 집광점 P1가 웨이퍼(1)의 표면으로부터 소망한 거리에 위치하도록 케이스(23)를 Z방향으로 이동시킨다. 그리고, 레이저광 원(22)으로부터 가공용 레이저광 L1을 조사함과 동시에, 가공용 레이저광 L1이 절단예정라인(5) 위를 스캔하도록 스테이지(30)를 X방향이나 Y방향으로 다시 이동시킨다. 이 때, 제어부(40)에 의해서, 메모리 된 전압값에 근거하여 액츄에이터(28)에 전압이 인가되어 가공용 대물렌즈(27)의 위치가 상하 방향으로 미조정된다.
이와 같이, 트레이스 가공에 있어서는 가공용 레이저광 L1을 조사하기 전에 거리 측정용 레이저광 L2가 조사되기 때문에 웨이퍼(1)가 두꺼워서 절단기점영역(8)으로부터 웨이퍼(1)의 표면(3)까지의 거리가 리얼타임 가공에서는 가공할 수 없을 정도에 있어서도 확실히 개질영역(7)을 형성할 수 있다.
또, 트레이스 가공을 하는 경우에는 웨이퍼(1)의 레이저광이 입사하는 면은 절삭자국(71)이 존재하는 백 그라인드면인 것이 많다. 그러나, 일반적인 트레이스 가공에서는 거리 측정용 레이저광 L2가 절단예정라인(5) 위를 스캔할 때, 거리 측정용 레이저광 L2의 집광점 P2가 항상 집광용 렌즈(31)의 초점 P0 위, 즉, 웨이퍼(1)의 표면(3) 위에 위치하도록 액츄에이터(28)가 피드백 제어되어 있고, 도 22(a)에 나타내는 바와 같이, 집광용 렌즈(31)의 초점 P0에 있어서의 거리 측정용 레이저광 L2의 집광상Q1의 면적은 작게 조절된 상태이기 때문에 절삭자국(71)이 집광상 Q1에 차지하는 비율이 커져 버린다. 따라서, 절삭자국(71)에 의한 거리 측정용 레이저광의 반사광 L3가 산란하는 등의 악영향이 커질 우려가 있다.
그래서, 레이저 가공장치(20)에 의한 트레이스 가공에서는 집광용 렌즈(31)에 의해서 웨이퍼(1)로 향하여 집광된 거리 측정용 레이저광 L2의 집광점 P2가 집광용 렌즈(31)의 초점 P0와 집광용 렌즈(31) 사이에 위치시키는 것에 의해, 도 22(b)에 나타내는 바와 같이, 집광용 렌즈(31)의 초점 P0위치, 즉, 웨이퍼(1)의 표면(3)에 있어서의 거리 측정용 레이저광 L2의 집광상 Q2의 면적이 크게 되어 있다. 이것에 의해, 웨이퍼(1)의 표면(3)이 절삭자국(71)이 많은 백 그라인드면이었다고 해도 절삭자국(71)이 집광상 Q2에 차지하는 비율이 작기 때문에 웨이퍼(1)의 표면(3)의 절삭자국(71)에 의해서 거리 측정용 레이저광의 반사광 L3가 산란하는 등이라고 하는 악영향을 억제하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 정밀도 좋게 웨이퍼(1)의 표면(3)의 위치정보를 취득하는 것이 가능해져 웨이퍼(1)의 내부의 소망의 위치에 개질영역(7)을 정밀도 좋게 형성할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 실시 형태는 웨이퍼(1)의 표면(3)으로부터 일정한 거리에 있는 위치에 가공용 레이저광 L1의 집광점 P1을 맞추었지만, 집광점을 맞추는 위치를 절단예정라인(5)에 따라서 변화시키는 집광점 P1의 위치 제어를 실시해도 좋다. 예를 들면, 가공용 레이저광 L1의 집광점 P1을 맞추는 위치를 파선 모양으로 변화시키거나 가공용 레이저광 L1의 집광점 P1을 맞추는 위치의 깊이를 도중에 바꾸거나 해도 좋다.
또, 상기 실시 형태에서는 특히 바람직한 것으로서 수광 소자에 4분할 포토 다이오드(42)를 이용하고 있지만, 예를 들면 2분할 포토 다이오드나 8분할 포토 다이오드를 이용해도 좋다. 이러한 경우, 제어부에 있어서의 연산값을 구하기 위한 연산은 수광에 따라 출력되는 전압값의 수에 대응하는 것이 된다.
더욱이 또, 상기 실시 형태에서는 비점수차 부가수단인 정형 광학계(49)는 원통형 렌즈를 이용하여 구성되어 있지만, 예를 들면 티오렉(Thorek) 렌즈 등의 비 구면 렌즈를 이용하여 구성하여도 좋고, 거리 측정용 레이저광의 반사광에 소정의 비점수차를 부가하는 것이면 좋다.
본 발명에 의하면, 가공대상물의 내부의 소망의 위치에 절단의 기점이 되는 개질영역을 정밀도 좋게 형성할 수 있다.

Claims (7)

  1. 판 모양의 가공대상물의 내부에 집광점을 맞추어 제1 레이저광을 조사하고, 상기 가공대상물의 내부에 절단의 기점(起点)이 되는 개질(改質)영역을 형성하는 레이저 가공장치로서,
    상기 제1 레이저광과, 상기 가공대상물에 있어서 상기 제1 레이저광이 조사되는 레이저광 조사면에서 반사시키기 위한 제2 레이저광을 상기 가공대상물로 향하여 집광하는 집광용 렌즈와,
    상기 집광용 렌즈를 그 광축방향에 따라서 동작시키는 구동수단과,
    상기 레이저광 조사면에서 반사된 상기 제2 레이저광의 반사광에 비점수차(非点收差)를 부가하는 비점수차 부가수단과,
    비점수차가 부가된 상기 제2 레이저광의 반사광을 분할하여 수광하고, 분할되어 수광된 상기 제2 레이저광의 반사광의 각각의 광량에 따른 출력값을 출력하는 광검출소자와,
    상기 제1 레이저광의 집광점이 상기 레이저광 조사면으로부터 소정의 거리에 위치하도록 상기 구동수단을 제어하는 제어수단을 구비하고,
    상기 제2 레이저광은 그 집광점이 상기 집광용 렌즈의 초점과 상기 집광용 렌즈 사이에 위치하도록 상기 집광용 렌즈에 의해서 상기 가공대상물로 향하여 집광되며,
    상기 제어수단은 상기 광검출소자에 의해서 출력된 상기 출력값에 대해 상기 출력값의 총합에 의한 제산(除算) 및 소정의 연산을 시행하는 것으로 취득한 연산값에 근거하여 상기 구동수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어수단은 상기 연산값이 일정하게 되도록 상기 구동수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
  3. 판 모양의 가공대상물의 내부에 집광용 렌즈로 집광점을 맞추어 제1 레이저광을 조사하고, 상기 가공대상물의 내부에 절단의 기점이 되는 개질영역을 상기 가공대상물의 절단예정라인에 따라서 형성하는 레이저 가공장치로서,
    상기 집광용 렌즈에 의해서 상기 제1 레이저광을 상기 가공대상물의 내부에 집광시키면서, 상기 가공대상물에 대해서 상기 집광용 렌즈를 상기 절단예정라인에 따라서 상대적으로 이동시킴과 더불어,
    상기 가공대상물에 있어서 상기 제1 레이저광이 조사되는 레이저광 조사면에서 반사시키기 위한 제2 레이저광을 그 집광점이 상기 집광용 렌즈의 초점과 상기 집광용 렌즈 사이에 위치하도록 상기 집광용 렌즈에 의해서 상기 가공대상물로 향하여 집광하고,
    상기 레이저광 조사면에서 반사된 상기 제2 레이저광의 반사광에 비점수차를 부가하며,
    비점수차가 부가된 상기 제2 레이저광의 반사광을 분할하여 수광해 분할되어 수광된 상기 제2 레이저광의 반사광의 각각의 광량에 따른 출력값을 출력하고,
    출력된 상기 출력값에 대해 상기 출력값의 총합에 의한 제산 및 소정의 연산을 시행하는 것으로 취득한 연산값에 근거하여 상기 제1 레이저광의 집광점이 상기 레이저광 조사면으로부터 소정의 거리에 위치하도록 상기 집광용 렌즈를 그 광축방향에 따라서 동작시키는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
  4. 판 모양의 가공대상물의 내부에 집광용 렌즈로 집광점을 맞추어 제1 레이저광을 조사하고, 상기 가공대상물의 내부에 절단의 기점이 되는 개질영역을 상기 가공대상물의 절단예정라인에 따라서 형성하는 레이저 가공장치로서,
    상기 가공대상물에 있어서 상기 제1 레이저광이 조사되는 레이저광 조사면에서 반사시키기 위한 제2 레이저광을 그 집광점이 상기 집광용 렌즈의 초점과 상기 집광용 렌즈 사이에 위치하도록 상기 집광용 렌즈에 의해서 상기 가공대상물로 향하여 집광시키면서, 상기 가공대상물에 대해서 상기 집광용 렌즈를 상기 절단예정라인에 따라서 상대적으로 이동시킴과 더불어,
    상기 레이저광 조사면에서 반사된 상기 제2 레이저광의 반사광에 비점수차를 부가하고,
    비점수차가 부가된 상기 반사광을 분할하여 수광해 분할되어 수광된 상기 제2 레이저광의 반사광의 각각의 광량에 따른 출력값을 출력하며,
    출력된 상기 출력값에 대해 상기 출력값의 총합에 의한 제산 및 소정의 연산을 시행하는 것으로 취득한 연산값에 근거하여 상기 제1 레이저광의 집광점이 상기 레이저광 조사면으로부터 소정의 거리에 위치하도록 상기 집광용 렌즈를 그 광축방향에 따라서 동작시켜 상기 집광용 렌즈의 동작에 관한 동작 정보를 미리 취득한 후,
    상기 집광용 렌즈에 의해서 상기 제1 레이저광을 상기 가공대상물의 내부에 집광시키면서, 상기 가공대상물에 대해서 상기 집광용 렌즈를 상기 절단예정라인에 따라서 상대적으로 이동시킴과 더불어,
    미리 취득된 상기 동작 정보에 근거하여 상기 집광용 렌즈를 동작시키는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
  5. 판 모양의 가공대상물의 내부에 집광점을 맞추어 제1 레이저광을 조사하고, 상기 가공대상물의 내부에 절단의 기점이 되는 개질영역을 형성하는 레이저 가공장치로서,
    집광용 렌즈, 구동수단, 비점수차 부가수단, 광검출소자 및 제어수단을 구비하고,
    상기 제1 레이저광과, 상기 가공대상물에 있어서 상기 제1 레이저광이 조사되는 레이저광 조사면에서 반사시키기 위한 제2 레이저광을 상기 집광용 렌즈에 의해서 상기 가공대상물을 향하여 집광하며,
    상기 구동수단에 의해서 상기 집광용 렌즈를 그 광축 방향을 따라서 구동시키고,
    상기 레이저광 조사면에서 반사된 상기 제2 레이저광의 반사광에 상기 비점수차 부가수단에 의해서 비점수차를 부가하며,
    비점수차가 부가된 상기 제2 레이저광의 반사광을 광검출소자에 의해서 분할하여 수광하고, 분할되어 수광된 상기 제2 레이저광의 반사광의 각각의 광량에 따른 출력값을 광검출소자로부터 출력하고,
    상기 제1 레이저광의 집광점이 상기 레이저광 조사면으로부터 소정의 거리에 위치하도록 상기 제어수단에 의해서 상기 구동수단을 제어하며,
    상기 제2 레이저광은 당해 제2 레이저광의 집광점이 상기 집광용 렌즈의 초점과 상기 집광용 렌즈 사이에 위치하도록 상기 집광용 렌즈에 의해서 상기 가공대상물로 향하여 집광되고,
    상기 제어수단은 상기 광검출소자에 의해서 출력된 상기 출력값에 대해 상기 출력값의 총합에 의한 제산(除算) 및 소정의 연산을 시행하는 것으로 취득한 연산값에 근거하여 상기 구동수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
  6. 판 모양의 가공대상물의 내부에 집광용 렌즈로 집광점을 맞추어 제1 레이저광을 조사하고, 상기 가공대상물의 내부에 절단의 기점이 되는 개질영역을 상기 가공대상물의 절단예정라인에 따라서 형성하는 레이저 가공장치로서,
    상기 집광용 렌즈, 비점수차 부가수단, 광검출소자 및 구동수단을 구비하고,
    상기 집광용 렌즈에 의해서 상기 제1 레이저광을 상기 가공대상물의 내부에 집광시키면서, 상기 가공대상물에 대해서 상기 집광용 렌즈를 상기 절단예정라인에 따라서 상대적으로 이동시킴과 더불어,
    상기 가공대상물에 있어서 상기 제1 레이저광이 조사되는 레이저광 조사면에서 반사시키기 위한 제2 레이저광을 상기 제2 레이저광의 집광점이 상기 집광용 렌즈의 초점과 상기 집광용 렌즈 사이에 위치하도록 상기 집광용 렌즈에 의해서 상기 가공대상물로 향하여 집광하고,
    상기 레이저광 조사면에서 반사된 상기 제2 레이저광의 반사광에 상기 비점수차 부가수단에 의해서 비점수차를 부가하며,
    비점수차가 부가된 상기 제2 레이저광의 반사광을 상기 광검출소자에 의해서 분할하여 수광하고, 분할되어 수광된 상기 제2 레이저광의 반사광의 각각의 광량에 따른 출력값을 상기 광검출소자로부터 출력하고,
    출력된 상기 출력값에 대해 상기 출력값의 총합에 의한 제산 및 소정의 연산을 시행하는 것으로 취득한 연산값에 근거하여 상기 제1 레이저광의 집광점이 상기 레이저광 조사면으로부터 소정의 거리에 위치하도록 상기 구동수단에 의해서 상기 집광용 렌즈를 그 광축방향에 따라서 동작시키는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
  7. 판 모양의 가공대상물의 내부에 집광용 렌즈로 집광점을 맞추어 제1 레이저광을 조사하고, 상기 가공대상물의 내부에 절단의 기점이 되는 개질영역을 상기 가공대상물의 절단예정라인에 따라서 형성하는 레이저 가공장치로서,
    상기 집광용 렌즈, 비점수차 부가수단, 광검출소자 및 구동수단을 구비하고,
    상기 가공대상물에 있어서 상기 제1 레이저광이 조사되는 레이저광 조사면에서 반사시키기 위한 제2 레이저광을 그 집광점이 상기 집광용 렌즈의 초점과 상기 집광용 렌즈 사이에 위치하도록 상기 집광용 렌즈에 의해서 상기 가공대상물로 향하여 집광시키면서, 상기 가공대상물에 대해서 상기 집광용 렌즈를 상기 절단예정라인에 따라서 상대적으로 이동시킴과 더불어,
    상기 레이저광 조사면에서 반사된 상기 제2 레이저광의 반사광에 상기 비점수차 부가수단에 의해서 비점수차를 부가하고,
    비점수차가 부가된 상기 반사광을 상기 광검출소자에 의해서 분할하여 수광하고, 분할되어 수광된 상기 제2 레이저광의 반사광의 각각의 광량에 따른 출력값을 상기 광검출소자로부터 출력하며,
    출력된 상기 출력값에 대해 상기 출력값의 총합에 의한 제산 및 소정의 연산을 시행하는 것으로 취득한 연산값에 근거하여 상기 제1 레이저광의 집광점이 상기 레이저광 조사면으로부터 소정의 거리에 위치하도록 상기 구동수단에 의해서 상기 집광용 렌즈를 그 광축방향에 따라서 동작시켜 상기 집광용 렌즈의 동작에 관한 동작 정보를 미리 취득한 후,
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