KR101953918B1

KR101953918B1 - 레이저 가공 장치

Info

Publication number: KR101953918B1
Application number: KR1020120146100A
Authority: KR
Inventors: 게이지 노마루; 히로시 모리카즈
Original assignee: 가부시기가이샤 디스코
Priority date: 2012-01-27
Filing date: 2012-12-14
Publication date: 2019-03-04
Also published as: CN103223558A; KR20130087360A; DE102013201123A1; US20130193122A1; JP5969767B2; US20160199940A1; JP2013154366A; CN103223558B; US10207369B2

Abstract

제1 재료에 의해 형성된 제1 부재와 제2 재료에 의해 형성된 제2 부재가 접속된 피가공물에 제1 부재로부터 제2 부재에 이르는 레이저 가공 구멍을 효율적으로 형성할 수 있는 레이저 가공 장치를 제공한다.
레이저 가공 장치로서, 레이저빔 조사 수단으로부터 피가공물에 레이저 광선이 조사됨으로써 발생하는 플라즈마의 파장을 검출하는 플라즈마 검출 수단과, 플라즈마 검출 수단으로부터의 검출 신호에 기초하여 레이저 광선 조사 수단을 제어하는 컨트롤러를 포함하고 있다. 플라즈마 검출 수단은, 제1 재료가 발하는 플라즈마의 파장만을 통과시키는 밴드패스 필터와, 밴드패스 필터를 통과한 광을 수광하여 광강도 신호를 컨트롤러에 출력하는 포토 디텍터를 포함한다. 컨트롤러는, 레이저 가공을 실시할 때에, 포토 디텍터로부터 출력되는 광강도 신호에 기초하여, 광강도의 진폭을 검출하고, 광강도의 진폭이 정해진 값에 이른 시점으로부터 정해진 수의 펄스 레이저 광선을 조사한 후에 펄스 레이저 광선의 조사를 정지하도록 레이저 광선 조사 수단을 제어한다.

Description

레이저 가공 장치{LASER MACHINING APPARATUS}

본 발명은 제1 재료에 의해 형성된 제1 부재와 제2 재료에 의해 형성된 제2 부재가 접속된 피가공물에 제1 부재로부터 제2 부재에 이르는 레이저 가공 구멍을 형성하는 데 알맞은 레이저 가공 장치에 관한 것이다.

반도체 디바이스 제조 공정에 있어서는, 대략 원판형인 반도체 웨이퍼의 표면에 격자형으로 배열된 스트리트라고 불리는 분할 예정 라인에 의해 복수의 영역이 구획되고, 이 구획된 영역에 IC, LSI 등의 디바이스를 형성한다. 그리고, 반도체 웨이퍼를 스트리트를 따라 절단함으로써 디바이스가 형성된 영역을 분할하여 개개의 반도체 칩을 제조하고 있다

장치의 소형화, 고기능화를 도모하기 위해, 복수의 디바이스를 적층하고, 적층된 디바이스에 마련된 본딩 패드를 접속하는 모듈 구조가 실용화되어 있다. 이 모듈 구조는, 반도체 웨이퍼에 있어서의 본딩 패드가 마련된 부분에 관통 구멍(비아 홀)을 형성하고, 이 관통 구멍(비아 홀)에 본딩 패드와 접속하는 알루미늄 등의 도전성 재료를 매립하는 구성이다(예컨대, 특허문헌 1 참조).

전술한 반도체 웨이퍼에 마련되는 관통 구멍(비아 홀)은, 드릴에 의해 형성되어 있다. 그런데, 반도체 웨이퍼에 마련되는 관통 구멍(비아 홀)은 직경이 90∼300 ㎛로 작아, 드릴에 의한 천공으로는 생산성이 나쁘다고 하는 문제가 있다.

상기 문제를 해소하기 위해, 기판의 표면에 복수의 디바이스가 형성되어 있으며 상기 디바이스에 본딩 패드가 형성되어 있는 웨이퍼에, 기판의 이면측으로부터 펄스 레이저 광선을 조사하여 본딩 패드에 이르는 비아 홀을 효율적으로 형성하는 웨이퍼 천공 방법이 제안되어 있다(예컨대, 특허문헌 2 참조).

그런데, 펄스 레이저 광선으로는, 본딩 패드를 형성하는 금속에 대하여 흡수율이 낮고, 기판을 형성하는 실리콘이나 리튬탄탈레이트 등의 기판 재료에 대해서는 흡수율이 높은 파장이 선택되고 있지만, 기판의 이면측으로부터 펄스 레이저 광선을 조사하여 본딩 패드에 이르는 비아 홀을 형성할 때에, 기판에 형성된 비아 홀이 본딩 패드에 이른 시점에서 펄스 레이저 광선의 조사를 정지하는 것이 곤란하여, 본딩 패드가 용융되어 구멍이 뚫린다고 하는 문제가 있다.

하기 특허문헌 2에 개시된 웨이퍼 천공 방법의 문제를 해소하기 위해, 레이저 광선의 조사에 의해 물질이 플라즈마화하고, 그 플라즈마가 발하는 물질 고유의 스펙트럼을 검출함으로써 레이저 광선이 금속으로 이루어지는 본딩 패드에 이르렀다고 판정하는 레이저 가공 장치가 제안되어 있다(예컨대, 특허문헌 3 참조).

특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2003-163323호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 공개 제2007-67082호 공보 특허문헌 3: 일본 특허 공개 제2009-125756호 공보

그리고, 레이저 광선의 조사에 의해 형성된 가는 구멍의 바닥에 위치하는 금속으로 이루어지는 본딩 패드에 레이저 광선이 조사되어 본딩 패드를 형성하는 금속의 적정한 플라즈마가 발생한 순간을 포착하여 레이저 광선의 조사를 정지하는 것이 곤란하여, 본딩 패드가 용융되어 구멍이 뚫린다고 하는 문제가 있다.

본 발명은 상기 사실을 감안하여 이루어진 것으로, 그 주된 기술적 과제는, 제1 재료에 의해 형성된 제1 부재와 제2 재료에 의해 형성된 제2 부재가 접속된 피가공물에 제1 부재로부터 제2 부재에 이르는 레이저 가공 구멍을 효율적으로 형성할 수 있는 레이저 가공 장치를 제공하는 것이다.

상기 주된 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따르면, 레이저 가공 장치로서, 피가공물을 유지하는 유지 수단과, 상기 유지 수단에 유지된 피가공물에 펄스 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단과, 상기 레이저 광선 조사 수단으로부터 피가공물에 레이저 광선이 조사됨으로써 발생하는 플라즈마의 파장을 검출하는 플라즈마 검출 수단과, 상기 플라즈마 검출 수단으로부터의 검출 신호에 기초하여 상기 레이저 광선 조사 수단을 제어하는 제어 수단을 구비하고, 상기 플라즈마 검출 수단은, 제1 재료가 발하는 플라즈마의 파장만을 통과시키는 밴드패스 필터와, 상기 밴드패스 필터를 통과한 광을 수광하여 광강도 신호를 상기 제어 수단에 출력하는 포토 디텍터를 포함하며, 상기 제어 수단은, 상기 레이저 광선 조사 수단을 작동시켜 피가공물에 펄스 레이저 광선을 조사하여 피가공물의 제1 부재로부터 제2 부재에 이르는 레이저 가공을 실시할 때에, 상기 포토 디텍터로부터 출력되는 광강도 신호에 기초하여, 광강도의 진폭을 검출하고, 상기 광강도의 진폭이 정해진 값으로 저하한 시점으로부터 정해진 수의 펄스 레이저 광선을 조사한 후에 펄스 레이저 광선의 조사를 정지하도록 상기 레이저 광선 조사 수단을 제어하는 레이저 가공 장치가 제공된다.

본 발명에 따른 레이저 가공 장치에 있어서는, 레이저 광선 조사 수단으로부터 피가공물에 레이저 광선이 조사됨으로써 발생하는 플라즈마의 파장을 검출하는 플라즈마 검출 수단은, 제1 재료가 발하는 플라즈마의 파장만을 통과시키는 밴드패스 필터와, 상기 밴드패스 필터를 통과한 광을 수광하여 광강도 신호를 상기 제어 수단에 출력하는 포토 디텍터를 구비하며, 상기 플라즈마 검출 수단으로부터의 검출 신호에 기초하여 레이저 광선 조사 수단을 제어하는 제어 수단은, 레이저 광선 조사 수단을 작동시켜 피가공물에 펄스 레이저 광선을 조사하여 피가공물의 제1 부재로부터 제2 부재에 이르는 레이저 가공을 실시할 때에, 상기 포토 디텍터로부터 출력되는 광강도 신호에 기초하여, 광강도의 진폭을 검출하고, 상기 광강도의 진폭이 정해진 값으로 저하한 시점으로부터 정해진 수의 펄스 레이저 광선을 조사한 후에 펄스 레이저 광선의 조사를 정지하도록 상기 레이저 광선 조사 수단을 제어함으로써, 펄스 레이저 광선의 조사에 의해 제1 부재에 형성된 가는 구멍이 제2 부재에 이른 시점에서 펄스 레이저 광선의 조사가 정지하기 때문에, 제2 부재를 용융시키는 일이 없다. 따라서, 예컨대 피가공물이 리튬탄탈레이트 기판(제1 부재)의 표면에 형성된 복수의 디바이스에 각각 본딩 패드(제2 부재)가 설치된 웨이퍼이며, 리튬탄탈레이트 기판(제1 부재)의 이면측으로부터 본딩 패드(제2 부재)에 이르는 레이저 가공 구멍을 형성하는 경우에, 본딩 패드(제2 부재)가 용융되어 구멍이 뚫리는 일이 없다.

도 1은 본 발명에 따라 구성된 레이저 가공 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치에 장비되는 레이저 광선 조사 수단의 구성 블록도이다.
도 3은 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치에 장비되는 플라즈마 검출 수단의 구성 블록도이다.
도 4는 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치에 장비되는 제어 수단의 구성 블록도이다.
도 5는 피가공물로서의 반도체 웨이퍼의 평면도이다.
도 6은 도 5에 나타내는 반도체 웨이퍼의 일부를 확대하여 나타내는 평면도이다.
도 7은 도 5에 나타내는 반도체 웨이퍼를 환형의 프레임에 장착된 보호 테이프의 표면에 점착한 상태를 나타내는 사시도이다.
도 8은 도 5에 나타내는 반도체 웨이퍼가 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치의 척 테이블의 정해진 위치에 유지된 상태에서의 좌표와의 관계를 나타내는 설명도이다.
도 9는 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치에 의해 실시하는 천공 공정의 설명도이다.
도 10은 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치에 의해 실시하는 천공 공정의 설명도이다.
도 11은 리튬탄탈레이트 기판에 펄스 레이저 광선을 조사하였을 때 발생하는 플라즈마의 광강도를 검출하는 포토 디텍터의 출력 전압을 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 레이저 가공 장치의 적합한 실시형태에 대해서, 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1에는, 본 발명에 따라 구성된 레이저 가공 장치(1)의 사시도를 나타내고 있다. 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치(1)는, 정지 베이스(2)와, 상기 정지 베이스(2)에 화살표 X로 나타내는 가공 이송 방향(X축 방향)으로 이동 가능하게 설치되고 피가공물을 유지하는 척 테이블 기구(3)와, 정지 베이스(2)에 X축 방향과 직교하는 화살표 Y로 나타내는 인덱싱 이송 방향(Y축 방향)으로 이동 가능하게 설치된 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)와, 상기 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)에 화살표 Z로 나타내는 집광점 위치 조정 방향(Z축 방향)으로 이동 가능하게 설치된 레이저 광선 조사 유닛(5)을 구비하고 있다.

상기 척 테이블 기구(3)는, 정지 베이스(2) 상에 X축 방향을 따라 평행하게 설치된 한쌍의 안내 레일(31, 31)과, 상기 안내 레일(31, 31) 상에 X축 방향으로 이동 가능하게 설치된 제1 미끄럼 이동 블록(32)과, 상기 제1 미끄럼 이동 블록(32) 상에 Y축 방향으로 이동 가능하게 설치된 제2 미끄럼 이동 블록(33)과, 상기 제2 미끄럼 이동 블록(33) 상에 원통 부재(34)에 의해 지지된 커버 테이블(35)과, 피가공물 유지 수단으로서의 척 테이블(36)을 구비하고 있다. 이 척 테이블(36)은 다공성 재료로 형성된 흡착 척(361)을 구비하고 있으며, 흡착 척(361) 상에 피가공물인 예컨대 원반형의 반도체 웨이퍼를 도시하지 않는 흡인 수단에 의해 유지하도록 되어 있다. 이와 같이 구성된 척 테이블(36)은, 원통 부재(34) 내에 설치된 도시하지 않는 펄스 모터에 의해 회전된다. 또한, 척 테이블(36)에는, 후술하는 환형의 프레임을 고정하기 위한 클램프(362)가 설치되어 있다.

상기 제1 미끄럼 이동 블록(32)은, 그 하면에 상기 한쌍의 안내 레일(31, 31)과 감합하는 한쌍의 피안내홈(321, 321)이 마련되어 있으며, 그 상면에 Y축 방향을 따라 평행하게 형성된 한쌍의 안내 레일(322, 322)이 마련되어 있다. 이와 같이 구성된 제1 미끄럼 이동 블록(32)은, 피안내홈(321, 321)이 한쌍의 안내 레일(31, 31)에 감합함으로써, 한쌍의 안내 레일(31, 31)을 따라 X축 방향으로 이동 가능하게 구성된다. 도시된 실시형태에 있어서의 척 테이블 기구(3)는, 제1 미끄럼 이동 블록(32)을 한쌍의 안내 레일(31, 31)을 따라 X축 방향으로 이동시키기 위한 X축 방향 이동 수단[가공 이송 수단(37)]을 구비하고 있다. 이 가공 이송 수단(37)은, 상기 한쌍의 안내 레일(31과 31) 사이에 평행하게 설치된 수나사 로드(371)와, 상기 수나사 로드(371)를 회전 구동시키기 위한 펄스 모터(372) 등의 구동원을 포함하고 있다. 수나사 로드(371)는, 그 일단이 상기 정지 베이스(2)에 고정된 베어링 블록(373)에 회전 가능하게 지지되어 있고, 그 타단이 상기 펄스 모터(372)의 출력축에 전동 연결되어 있다. 또한, 수나사 로드(371)는, 제1 미끄럼 이동 블록(32)의 중앙부 하면에 돌출하여 마련된 도시하지 않는 암나사 블록에 형성된 관통 암나사 구멍에 나사 결합되어 있다. 따라서, 펄스 모터(372)에 의해 수나사 로드(371)를 정회전 및 역회전 구동시킴으로써, 제1 미끄럼 이동 블록(32)은 안내 레일(31, 31)을 따라 X축 방향으로 이동된다.

레이저 가공 장치(1)는, 상기 척 테이블(36)의 가공 이송량, 즉 X축 방향 위치를 검출하기 위한 X축 방향 위치 검출 수단(374)을 구비하고 있다. X축 방향 위치 검출 수단(374)은, 안내 레일(31)을 따라 설치된 리니어 스케일(374a)과, 제1 미끄럼 이동 블록(32)에 설치되어 제1 미끄럼 이동 블록(32)과 함께 리니어 스케일(374a)을 따라 이동하는 판독 헤드(374b)로 이루어져 있다. 이 X축 방향 위치 검출 수단(374)의 판독 헤드(374b)는, 도시된 실시형태에 있어서는 1 ㎛마다 1 펄스의 펄스 신호를 후술하는 제어 수단에 보낸다. 그리고 후술하는 제어 수단은, 입력한 펄스 신호를 카운트함으로써, 척 테이블(36)의 가공 이송량, 즉 X축 방향의 위치를 검출한다. 또한, 상기 가공 이송 수단(37)의 구동원으로서 펄스 모터(372)를 이용한 경우에는, 펄스 모터(372)에 구동 신호를 출력하는 후술하는 제어 수단의 구동 펄스를 카운트함으로써, 척 테이블(36)의 가공 이송량, 즉 X축 방향의 위치를 검출할 수도 있다. 또한, 상기 가공 이송 수단(37)의 구동원으로서 서보 모터를 이용한 경우에는, 서보 모터의 회전수를 검출하는 로터리 인코더가 출력하는 펄스 신호를 후술하는 제어 수단에 보내어, 제어 수단이 입력한 펄스 신호를 카운트함으로써, 척 테이블(36)의 가공 이송량, 즉 X축 방향의 위치를 검출할 수도 있다.

상기 제2 미끄럼 이동 블록(33)은, 그 하면에 상기 제1 미끄럼 이동 블록(32)의 상면에 마련된 한쌍의 안내 레일(322, 322)과 감합하는 한쌍의 피안내홈(331, 331)이 마련되어 있고, 이 피안내홈(331, 331)을 한쌍의 안내 레일(322, 322)에 감합함으로써, Y축 방향으로 이동 가능하게 구성된다. 도시된 실시형태에 있어서의 척 테이블 기구(3)는, 제2 미끄럼 이동 블록(33)을 제1 미끄럼 이동 블록(32)에 마련된 한쌍의 안내 레일(322, 322)을 따라 Y축 방향으로 이동시키기 위한 제1 Y축 방향 이동 수단[제1 인덱싱 이송 수단(38)]을 구비하고 있다. 이 제1 인덱싱 이송 수단(38)은, 상기 한쌍의 안내 레일(322와 322) 사이에 평행하게 설치된 수나사 로드(381)와, 상기 수나사 로드(381)를 회전 구동시키기 위한 펄스 모터(382) 등의 구동원을 포함하고 있다. 수나사 로드(381)는, 그 일단이 상기 제1 미끄럼 이동 블록(32)의 상면에 고정된 베어링 블록(383)에 회전 가능하게 지지되어 있고, 그 타단이 상기 펄스 모터(382)의 출력축에 전동 연결되어 있다. 또한, 수나사 로드(381)는, 제2 미끄럼 이동 블록(33)의 중앙부 하면에 돌출하여 마련된 도시하지 않는 암나사 블록에 형성된 관통 암나사 구멍에 나사 결합되어 있다. 따라서, 펄스 모터(382)에 의해 수나사 로드(381)를 정회전 및 역회전 구동시킴으로써, 제2 미끄럼 이동 블록(33)은 안내 레일(322, 322)을 따라 Y축 방향으로 이동된다.

레이저 가공 장치(1)는, 상기 제2 미끄럼 이동 블록(33)의 인덱싱 가공 이송량, 즉 Y축 방향 위치를 검출하기 위한 Y축 방향 위치 검출 수단(384)을 구비하고 있다. 이 Y축 방향 위치 검출 수단(384)은, 안내 레일(322)을 따라 설치된 리니어 스케일(384a)과, 제2 미끄럼 이동 블록(33)에 설치되어 제2 미끄럼 이동 블록(33)과 함께 리니어 스케일(384a)을 따라 이동하는 판독 헤드(384b)로 이루어져 있다. 이 Y축 방향 위치 검출 수단(384)의 판독 헤드(384b)는, 도시된 실시형태에 있어서는 1 ㎛마다 1 펄스의 펄스 신호를 후술하는 제어 수단에 보낸다. 그리고 후술하는 제어 수단은, 입력한 펄스 신호를 카운트함으로써, 척 테이블(36)의 인덱싱 이송량, 즉 Y축 방향의 위치를 검출한다. 또한, 상기 제1 인덱싱 이송 수단(38)의 구동원으로서 펄스 모터(382)를 이용한 경우에는, 펄스 모터(382)에 구동 신호를 출력하는 후술하는 제어 수단의 구동 펄스를 카운트함으로써, 척 테이블(36)의 인덱싱 이송량, 즉 Y축 방향의 위치를 검출할 수도 있다. 또한, 상기 제1 인덱싱 이송 수단(38)의 구동원으로서 서보 모터를 이용한 경우에는, 서보 모터의 회전수를 검출하는 로터리 인코더가 출력하는 펄스 신호를 후술하는 제어 수단에 보내어, 제어 수단이 입력한 펄스 신호를 카운트함으로써, 척 테이블(36)의 인덱싱 이송량, 즉 Y축 방향의 위치를 검출할 수도 있다.

상기 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)는, 정지 베이스(2) 상에 Y축 방향을 따라 평행하게 설치된 한쌍의 안내 레일(41, 41)과, 상기 안내 레일(41, 41) 상에 화살표 Y로 나타내는 방향으로 이동 가능하게 설치된 가동 지지 베이스(42)를 구비하고 있다. 이 가동 지지 베이스(42)는, 안내 레일(41, 41) 상에 이동 가능하게 설치된 이동 지지부(421)와, 상기 이동 지지부(421)에 부착된 장착부(422)로 이루어져 있다. 장착부(422)는, 일측면에 Z축 방향으로 연장되는 한쌍의 안내 레일(423, 423)이 평행하게 마련되어 있다. 도시된 실시형태에 있어서의 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)는, 가동 지지 베이스(42)를 한쌍의 안내 레일(41, 41)을 따라 Y축 방향으로 이동시키기 위한 제2 Y축 방향 이동 수단[제2 인덱싱 이송 수단(43)]을 구비하고 있다. 이 제2 인덱싱 이송 수단(43)은, 상기 한쌍의 안내 레일(41, 41) 사이에 평행하게 설치된 수나사 로드(431)와, 상기 수나사 로드(431)를 회전 구동시키기 위한 펄스 모터(432) 등의 구동원을 포함하고 있다. 수나사 로드(431)는, 그 일단이 상기 정지 베이스(2)에 고정된 도시하지 않는 베어링 블록에 회전 가능하게 지지되어 있고, 그 타단이 상기 펄스 모터(432)의 출력축에 전동 연결되어 있다. 또한, 수나사 로드(431)는, 가동 지지 베이스(42)를 구성하는 이동 지지부(421)의 중앙부 하면에 돌출하여 마련된 도시하지 않는 암나사 블록에 형성된 암나사 구멍에 나사 결합되어 있다. 이 때문에, 펄스 모터(432)에 의해 수나사 로드(431)를 정회전 및 역회전 구동시킴으로써, 가동 지지 베이스(42)는 안내 레일(41, 41)을 따라 Y축 방향으로 이동된다.

레이저 광선 조사 유닛(5)은, 유닛 홀더(51)와, 상기 유닛 홀더(51)에 부착된 레이저 광선 조사 수단(52)을 구비하고 있다. 유닛 홀더(51)는, 상기 장착부(422)에 마련된 한쌍의 안내 레일(423, 423)에 미끄럼 이동 가능하게 감합하는 한쌍의 피안내홈(511, 511)이 마련되어 있고, 이 피안내홈(511, 511)을 상기 안내 레일(423, 423)에 감합함으로써, Z축 방향으로 이동 가능하게 지지된다.

레이저 광선 조사 유닛(5)은, 유닛 홀더(51)를 한쌍의 안내 레일(423, 423)을 따라 Z축 방향으로 이동시키기 위한 Z축 방향 이동 수단[집광점 위치 조정 수단(53)]을 구비하고 있다. 집광점 위치 조정 수단(53)은, 한쌍의 안내 레일(423, 423) 사이에 설치된 수나사 로드(도시하지 않음)와, 상기 수나사 로드를 회전 구동시키기 위한 펄스 모터(532) 등의 구동원을 포함하며, 펄스 모터(532)에 의해 도시하지 않는 수나사 로드를 정회전 및 역회전 구동시킴으로써, 유닛 홀더(51) 및 레이저 광선 조사 수단(52)을 안내 레일(423, 423)을 따라 Z축 방향으로 이동시킨다. 또한, 도시된 실시형태에 있어서는 펄스 모터(532)를 정회전 구동시킴으로써 레이저 광선 조사 수단(52)을 상방으로 이동시키고, 펄스 모터(532)를 역회전 구동시킴으로써 레이저 광선 조사 수단(52)을 하방으로 이동시키도록 되어 있다.

상기 레이저 광선 조사 수단(52)은, 실질상 수평으로 배치된 원통 형상의 케이싱(521)과, 도 2에 나타내는 바와 같이 케이싱(521) 내에 설치된 펄스 레이저 광선 발진 수단(6)과, 펄스 레이저 광선 발진 수단(6)이 발진한 레이저 광선의 광축을 가공 이송 방향(X축 방향)으로 편향시키는 광편향 수단으로서의 음향 광학 편향 수단(7)과, 상기 음향 광학 편향 수단(7)을 통과한 펄스 레이저 광선을 상기 척 테이블(36)에 유지된 피가공물(W)에 조사하는 집광기(8)를 구비하고 있다.

상기 펄스 레이저 광선 발진 수단(6)은, YAG 레이저 발진기 혹은 YVO4 레이저 발진기로 이루어지는 펄스 레이저 광선 발진기(61)와, 이것에 부설된 반복 주파수 설정 수단(62)으로 구성되어 있다. 펄스 레이저 광선 발진기(61)는, 반복 주파수 설정 수단(62)에 의해 설정된 정해진 주파수의 펄스 레이저 광선(LB)을 발진한다. 반복 주파수 설정 수단(62)은, 펄스 레이저 광선 발진기(61)가 발진하는 펄스 레이저 광선의 반복 주파수를 설정한다.

상기 음향 광학 편향 수단(7)은, 레이저 광선 발진 수단(6)이 발진한 레이저 광선(LB)의 광축을 가공 이송 방향(X축 방향)으로 편향하는 음향 광학 소자(71)와, 상기 음향 광학 소자(71)에 인가하는 RF(radio frequency)를 생성하는 RF 발진기(72)와, 상기 RF 발진기(72)에 의해 생성된 RF의 파워를 증폭시켜 음향 광학 소자(71)에 인가하는 RF 앰프(73)와, RF 발진기(72)에 의해 생성되는 RF의 주파수를 조정하는 편향 각도 조정 수단(74)과, RF 발진기(72)에 의해 생성되는 RF의 진폭을 조정하는 출력 조정 수단(75)을 구비하고 있다. 상기 음향 광학 소자(71)는, 인가되는 RF의 주파수에 대응하여 레이저 광선의 광축을 편향시키는 각도를 조정할 수 있으며, 인가되는 RF의 진폭에 대응하여 레이저 광선의 출력을 조정할 수 있다. 또한, 광편향 수단으로서는 상기 음향 광학 편향 수단(7) 대신에 전자 광학 소자를 이용한 전자 광학 편향 수단을 사용하여도 좋다. 전술한 편향 각도 조정 수단(74) 및 출력 조정 수단(75)은, 후술하는 제어 수단에 의해 제어된다.

또한, 레이저 광선 조사 수단(52)은, 상기 음향 광학 소자(71)에 정해진 주파수의 RF가 인가된 경우에, 도 2에 있어서 파선으로 나타내는 바와 같이 음향 광학 소자(71)에 의해 편향된 레이저 광선을 흡수하기 위한 레이저 광선 흡수 수단(76)을 구비하고 있다.

상기 집광기(8)는 케이싱(521)의 선단에 장착되어 있고, 상기 음향 광학 편향 수단(7)에 의해 편향된 펄스 레이저 광선을 하방을 향하여 방향 변환하는 방향 변환 미러(81)와, 상기 방향 변환 미러(81)에 의해 방향 변환된 레이저 광선을 집광하는 텔리센트릭 렌즈로 이루어지는 집광 렌즈(82)를 구비하고 있다.

레이저 광선 조사 수단(52)은 이상과 같이 구성되어 있고, 이하 그 작용에 대해서 도 2를 참조하여 설명한다. 음향 광학 편향 수단(7)의 편향 각도 조정 수단(74)에 후술하는 제어 수단으로부터 예컨대 5 V의 전압이 인가되고, 음향 광학 소자(71)에 5 V에 대응하는 주파수의 RF가 인가된 경우에는, 펄스 레이저 광선 발진 수단(6)으로부터 발진된 펄스 레이저 광선은, 그 광축이 도 2에 있어서 1점 쇄선으로 나타내는 바와 같이 편향되어 집광점(Pa)에 집광된다. 또한, 편향 각도 조정 수단(74)에 후술하는 제어 수단으로부터 예컨대 10 V의 전압이 인가되고, 음향 광학 소자(71)에 10 V에 대응하는 주파수의 RF가 인가된 경우에는, 펄스 레이저 광선 발진 수단(6)으로부터 발진된 펄스 레이저 광선은, 그 광축이 도 2에 있어서 실선으로 나타내는 바와 같이 편향되어, 상기 집광점(Pa)으로부터 가공 이송 방향(X축 방향)으로 도 2에 있어서 좌측으로 정해진 양만큼 변위한 집광점(Pb)에 집광된다. 한편, 편향 각도 조정 수단(74)에 후술하는 제어 수단으로부터 예컨대 15 V의 전압이 인가되고, 음향 광학 소자(71)에 15 V에 대응하는 주파수의 RF가 인가된 경우에는, 펄스 레이저 광선 발진 수단(6)으로부터 발진된 펄스 레이저 광선은, 그 광축이 도 2에 있어서 2점 쇄선으로 나타내는 바와 같이 편향되어, 상기 집광점(Pb)으로부터 가공 이송 방향(X축 방향)으로 도 2에 있어서 좌측으로 정해진 양만큼 변위한 집광점(Pc)에 집광된다. 또한, 음향 광학 편향 수단(7)의 편향 각도 조정 수단(74)에 후술하는 제어 수단으로부터 예컨대 0 V의 전압이 인가되고, 음향 광학 소자(71)에 0 V에 대응하는 주파수의 RF가 인가된 경우에는, 펄스 레이저 광선 발진 수단(6)으로부터 발진된 펄스 레이저 광선은, 도 2에 있어서 파선으로 나타내는 바와 같이 레이저 광선 흡수 수단(76)에 유도된다. 이와 같이, 음향 광학 소자(71)에 의해 편향된 레이저 광선은, 편향 각도 조정 수단(74)에 인가되는 전압에 대응하여 가공 이송 방향(X축 방향)으로 편향된다.

도 1로 되돌아가 설명을 계속하면, 레이저 가공 장치(1)는, 레이저 광선 조사 유닛(5)을 구성하는 레이저 광선 조사 수단(52)의 케이싱(521)에 부착되고, 레이저 광선 조사 수단(52)으로부터 피가공물에 레이저 광선이 조사됨으로써 발생하는 플라즈마를 검출하는 플라즈마 검출 수단(9)을 구비하고 있다. 이 플라즈마 검출 수단(9)은, 도 3에 나타내는 바와 같이 레이저 광선 조사 수단(52)의 집광기(8)로부터 조사되는 레이저 광선이 척 테이블(36)에 유지된 피가공물(W)에 조사됨으로써 발생하는 플라즈마를 수광하는 플라즈마 수광 수단(91)과, 상기 플라즈마 수광 수단(91)에 의해 수광된 플라즈마 광을 제1 광로(92a)와 제2 광로(92b)로 분광하는 다이크로익 미러(92)와, 제1 광로(92a)에 설치되어 파장이 제1 설정 파장(후술하는 피가공물의 제1 부재를 형성하는 제1 재료가 발하는 파장)인 광만을 통과시키는 제1 밴드패스 필터(93)와, 상기 제1 밴드패스 필터(93)를 통과한 광을 수광하여 광강도 신호를 출력하는 제1 포토 디텍터(94)와, 제2 광로(92b)에 설치된 방향 변환 미러(95)와, 상기 방향 변환 미러(95)에 의해 방향 변환된 플라즈마 광의 파장이 제2 설정 파장(후술하는 피가공물의 제2 부재를 형성하는 제2 재료가 발하는 파장)인 광만을 통과시키는 제2 밴드패스 필터(96)와, 상기 제2 밴드패스 필터(96)를 통과한 광을 수광하여 광강도 신호를 출력하는 제2 포토 디텍터(97)를 구비하고 있다. 상기 플라즈마 수광 수단(91)은, 집광 렌즈(911)와, 상기 집광 렌즈(911)를 수용하는 렌즈 케이스(912)로 이루어지며, 렌즈 케이스(912)가 도 1에 나타내는 바와 같이 레이저 광선 조사 수단(52)의 케이싱(521)에 부착된다. 또한, 도 1에 나타내는 바와 같이 렌즈 케이스(912)에는 각도 조정용 손잡이(913)가 설치되어 있어, 집광 렌즈(911)의 설치 각도를 조정할 수 있도록 되어 있다. 또한, 상기 제1 밴드패스 필터(93)는, 도시된 실시형태에 있어서는 리튬탄탈레이트의 플라즈마 광의 파장(670 ㎚)만을 통과시키기 위해 파장이 660∼680 ㎚의 범위인 광을 통과시키도록 되어 있다. 또한, 상기 제2 밴드패스 필터(96)는 도시된 실시형태에 있어서는 구리의 플라즈마 광의 파장(515 ㎚)만을 통과시키기 위해 파장이 500∼540 ㎚인 범위의 광을 통과시키도록 되어 있다. 플라즈마 검출 수단(9)은 이상과 같이 구성되어 있고, 제1 밴드패스 필터(93)를 통과한 광을 수광한 제1 포토 디텍터(94) 및 제2 밴드패스 필터(96)를 통과한 광을 수광한 제2 포토 디텍터(97)는, 각각 수광한 광의 강도에 대응하는 전압 신호를 후술하는 제어 수단에 출력한다. 또한, 전술한 플라즈마 검출 수단(9)에 있어서는, 플라즈마 수광 수단(91)에 의해 수광된 플라즈마 광을 제1 광로(92a)와 제2 광로(92b)로 분광하기 위해 다이크로익 미러(92)를 이용한 예를 나타내었지만, 다이크로익 미러(92) 대신에 빔 스플리터를 이용하여도 좋다.

도 1로 되돌아가 설명을 계속하면, 레이저 가공 장치(1)는, 케이싱(521)의 전단부에 설치되어 상기 레이저 광선 조사 수단(52)에 의해 레이저 가공하여야 하는 가공 영역을 촬상하는 촬상 수단(11)을 구비하고 있다. 이 촬상 수단(11)은, 가시 광선에 의해 촬상하는 통상의 촬상 소자(CCD) 외에, 피가공물에 적외선을 조사하는 적외선 조명 수단과, 상기 적외선 조명 수단에 의해 조사된 적외선을 포착하는 광학계와, 상기 광학계에 의해 포착된 적외선에 대응한 전기 신호를 출력하는 촬상 소자(적외선 CCD) 등으로 구성되어 있고, 촬상한 화상 신호를 후술하는 제어 수단에 보낸다.

레이저 가공 장치(1)는, 도 4에 나타내는 제어 수단(20)을 구비하고 있다. 제어 수단(20)은 컴퓨터에 의해 구성되어 있고, 제어 프로그램에 따라 연산 처리하는 중앙 처리 장치(CPU)(201)와, 제어 프로그램 등을 저장하는 리드 온리 메모리(ROM)(202)와, 후술하는 제어 맵이나 피가공물의 설계값의 데이터나 연산 결과 등을 저장하는 기록 및 판독 가능한 랜덤 액세스 메모리(RAM)(203)와, 카운터(204)와, 입력 인터페이스(205) 및 출력 인터페이스(206)를 구비하고 있다. 제어 수단(20)의 입력 인터페이스(205)에는, 상기 X축 방향 위치 검출 수단(374), Y축 방향 위치 검출 수단(384), 플라즈마 검출 수단(9)의 제1 포토 디텍터(94) 및 제2 포토 디텍터(97), 촬상 수단(11) 등으로부터의 검출 신호가 입력된다. 그리고, 제어 수단(20)의 출력 인터페이스(206)로부터는, 상기 펄스 모터(372), 펄스 모터(382), 펄스 모터(432), 펄스 모터(532), 레이저 광선 조사 수단(52), 표시 수단(200) 등에 제어 신호를 출력한다. 또한, 상기 랜덤 액세스 메모리(RAM)(203)는, 피가공물을 형성하는 물질과 플라즈마의 파장의 관계를 기억하는 제1 기억 영역(203a)이나 후술하는 웨이퍼의 설계값의 데이터를 기억하는 제2 기억 영역(203b)이나 후술하는 광강도의 진폭의 정해진 값을 기억하는 제3 기억 영역(203c)이나 다른 기억 영역을 구비하고 있다.

레이저 가공 장치(1)는 이상과 같이 구성되어 있고, 이하 그 작용에 대해서 설명한다. 도 5에는 레이저 가공되는 피가공물로서의 웨이퍼(30)의 평면도를 나타내고 있다. 도 5에 나타내는 웨이퍼(30)는, 도시된 실시형태에 있어서는 두께가 300 ㎛인 리튬탄탈레이트 기판(300)(제1 부재)의 표면(300a)에 격자형으로 배열된 복수의 분할 예정 라인(301)에 의해 복수의 영역이 구획되고, 이 구획된 영역에 디바이스(302)가 각각 형성되어 있다. 이 각각의 디바이스(302)는, 전부 동일한 구성을 하고 있다. 디바이스(302)의 표면에는 각각 도 6에 나타내는 바와 같이 복수의 본딩 패드(303)(303a∼303j)(제2 부재)가 형성되어 있다. 이 제2 부재로서의 본딩 패드(303)(303a∼303j)는, 도시된 실시형태에 있어서는 구리에 의해 형성되어 있다. 또한, 도시된 실시형태에 있어서는, 303a와 303f, 303b와 303g, 303c와 303h, 303d와 303i, 303e와 303j는, X 방향 위치가 동일하다. 이 복수의 본딩 패드(303)(303a∼303j)에 각각 이면(300b)으로부터 본딩 패드(303)에 이르는 가공 구멍(비아 홀)이 형성된다. 각 디바이스(302)에 있어서의 본딩 패드(303)(303a∼303j)의 X 방향(도 6에 있어서 좌우 방향)의 간격(A), 및 각 디바이스(302)에 형성된 본딩 패드(303)에 있어서의 분할 예정 라인(301)을 사이에 두고 X 방향(도 5에 있어서 좌우 방향)에 인접하는 본딩 패드, 즉 본딩 패드(303e)와 본딩 패드(303a)의 간격(B)은, 도시된 실시형태에 있어서는 동일 간격으로 설정되어 있다. 또한, 각 디바이스(302)에 있어서의 본딩 패드(303)(303a∼303j)의 Y 방향(도 6에 있어서 상하 방향)의 간격(C), 및 각 디바이스(302)에 형성된 본딩 패드(303)에 있어서의 분할 예정 라인(301)을 사이에 두고 Y 방향(도 6에 있어서 상하 방향)에 인접하는 본딩 패드, 즉 본딩 패드(303f)와 본딩 패드(303a) 및 본딩 패드(303j)와 본딩 패드(303e)의 간격(D)은, 도시된 실시형태에 있어서는 동일 간격으로 설정되어 있다. 이와 같이 구성된 웨이퍼(30)에 대해서, 도 5에 나타내는 각 행(E1····En) 및 각 열(F1····Fn)에 설치된 디바이스(302)의 개수와 상기 각 간격(A, B, C, D) 및 X, Y 좌표값은, 그 설계값의 데이터가 상기 랜덤 액세스 메모리(RAM)(203)의 제2 기억 영역(203b)에 저장되어 있다.

전술한 레이저 가공 장치(1)를 이용하여, 웨이퍼(30)에 형성된 각 디바이스(302)의 본딩 패드(303)(303a∼303j)에 레이저 가공 구멍(비아 홀)을 형성하는 레이저 가공의 실시형태에 대해서 설명한다. 웨이퍼(30)는, 도 7에 나타내는 바와 같이 환형의 프레임(40)에 장착된 폴리올레핀 등의 합성 수지 시트로 이루어지는 보호 테이프(50)에 표면(300a)을 점착한다. 따라서, 웨이퍼(30)는, 이면(300b)이 상측이 된다. 이와 같이 하여 환형의 프레임(40)에 보호 테이프(50)를 통해 지지된 웨이퍼(30)는, 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치의 척 테이블(36) 상에 보호 테이프(50)측을 배치한다. 그리고, 도시하지 않는 흡인 수단을 작동시킴으로써 웨이퍼(30)는, 보호 테이프(50)를 통해 척 테이블(36) 상에 흡인 유지된다. 따라서, 웨이퍼(30)는, 이면(300b)을 상측으로 하여 유지된다. 또한, 환형의 프레임(40)은, 클램프(362)에 의해 고정된다.

전술한 바와 같이 웨이퍼(30)를 흡인 유지한 척 테이블(36)은, 가공 이송 수단(37)에 의해 촬상 수단(11)의 바로 아래에 위치된다. 척 테이블(36)이 촬상 수단(11)의 바로 아래에 위치되면, 척 테이블(36) 상의 웨이퍼(30)는, 도 8에 나타내는 좌표 위치에 위치된 상태가 된다. 이 상태로, 척 테이블(36)에 유지된 웨이퍼(30)에 형성되어 있는 격자형의 분할 예정 라인(301)이 X축 방향과 Y축 방향에 평행하게 설치되어 있는지의 여부에 대한 얼라인먼트 작업을 실시한다. 즉, 촬상 수단(11)에 의해 척 테이블(36)에 유지된 웨이퍼(30)를 촬상하고, 패턴 매칭 등의 화상 처리를 실행하여 얼라인먼트 작업을 행한다. 이때, 웨이퍼(30)의 분할 예정 라인(301)이 형성되어 있는 표면(300a)은 하측에 위치하고 있지만, 웨이퍼(30)를 형성하는 리튬탄탈레이트 기판(300)은 투명체이기 때문에, 웨이퍼(30)의 이면(300b)으로부터 투과하여 분할 예정 라인(301)을 촬상할 수 있다.

다음에, 척 테이블(36)을 이동시켜, 웨이퍼(30)에 형성된 디바이스(302)에 있어서의 가장 상위의 행(E1)의 도 8에 있어서 가장 좌단의 디바이스(302)를 촬상 수단(11)의 바로 아래에 위치시킨다. 이에 더하여, 디바이스(302)에 형성된 전극(303)(303a∼303j)에 있어서의 도 8에 있어서 좌상(左上)의 전극(303a)을 촬상 수단(11)의 바로 아래에 위치시킨다. 이 상태로 촬상 수단(11)이 전극(303a)을 검출하면 그 좌표값(a1)을 제1 가공 이송 개시 위치 좌표값으로서 제어 수단(20)에 보낸다. 그리고, 제어 수단(20)은, 이 좌표값(a1)을 제1 가공 이송 개시 위치 좌표값으로서 랜덤 액세스 메모리(RAM)(203)에 저장한다(가공 이송 개시 위치 검출 공정). 이때, 촬상 수단(11)과 레이저 광선 조사 수단(52)의 집광기(8)는 X축 방향으로 정해진 간격을 두고 설치되어 있기 때문에, X 좌표값은 상기 촬상 수단(11)과 집광기(8)의 간격을 더한 값이 저장된다.

이와 같이 하여 도 8에 있어서 가장 상위의 행(E1)의 디바이스(302)에 있어서의 제1 가공 이송 개시 위치 좌표값(a1)을 검출하였다면, 척 테이블(36)을 분할 예정 라인(301)의 간격만큼 Y축 방향으로 인덱싱 이송하며 X축 방향으로 이동시켜, 도 8에 있어서 가장 상위로부터 2번째의 행(E2)에 있어서의 가장 좌단의 디바이스(302)를 촬상 수단(11)의 바로 아래에 위치시킨다. 그리고, 더욱 디바이스(302)에 형성된 전극(303)(303a∼303j)에 있어서의 도 6에 있어서 좌상(左上)의 전극(303a)을 촬상 수단(11)의 바로 아래에 위치시킨다. 이 상태로 촬상 수단(11)이 전극(303a)을 검출하면 그 좌표값(a2)을 제2 가공 이송 개시 위치 좌표값으로서 제어 수단(20)에 보낸다. 그리고, 제어 수단(20)은, 이 좌표값(a2)을 제2 가공 이송 개시 위치 좌표값으로서 랜덤 액세스 메모리(RAM)(203)에 저장한다. 이때, 촬상 수단(11)과 레이저 광선 조사 수단(52)의 집광기(8)는 전술한 바와 같이 X축 방향으로 정해진 간격을 두고 설치되어 있기 때문에, X 좌표값은 상기 촬상 수단(11)과 집광기(8) 간격을 더한 값이 저장된다. 이후, 제어 수단(20)은, 전술한 인덱싱 이송과 가공 이송 개시 위치 검출 공정을 도 8에 있어서 가장 하위의 행(En)까지 반복해서 실행하여, 각 행에 형성된 디바이스(302)의 가공 이송 개시 위치 좌표값(a3∼an)을 검출하고, 이것을 랜덤 액세스 메모리(RAM)(203)에 저장한다.

전술한 가공 이송 개시 위치 검출 공정을 실시하였다면, 웨이퍼(30)의 각 디바이스(302)에 형성된 각 전극(303)(303a∼303j)의 이면에 레이저 가공 구멍(비아 홀)을 천공하는 천공 공정을 실시한다. 천공 공정은, 우선 가공 이송 수단(37)을 작동시켜 척 테이블(36)을 이동시켜, 상기 랜덤 액세스 메모리(RAM)(203)에 저장되어 있는 제1 가공 이송 개시 위치 좌표값(a1)을 레이저 광선 조사 수단(52)의 집광기(8)의 바로 아래에 위치시킨다. 이와 같이 제1 가공 이송 개시 위치 좌표값(a1)이 집광기(8)의 바로 아래에 위치된 상태가 도 9의 (a)에 나타내는 상태이다. 도 9의 (a)에 나타내는 상태로부터 제어 수단(20)은, 척 테이블(36)을 도 9의 (a)에 있어서 화살표(X1)로 나타내는 방향으로 정해진 이동 속도로 가공 이송하도록 상기 가공 이송 수단(37)을 제어함과 동시에, 레이저 광선 조사 수단(52)을 작동시켜 집광기(8)로부터 펄스 레이저 광선을 조사한다. 또한, 집광기(8)로부터 조사되는 레이저 광선의 집광점(P)은, 웨이퍼(30)의 상면 부근에 맞춰진다. 이때, 제어 수단(20)은, X축 방향 위치 검출 수단(374)의 판독 헤드(374b)로부터의 검출 신호에 기인하여 음향 광학 편향 수단(7)의 편향 각도 조정 수단(74) 및 출력 조정 수단(75)을 제어하기 위한 제어 신호를 출력한다.

한편, RF 발진기(72)는 편향 각도 조정 수단(74) 및 출력 조정 수단(75)으로부터의 제어 신호에 대응한 RF를 출력한다. RF 발진기(72)로부터 출력된 RF의 파워는, RF 앰프(73)에 의해 증폭되어 음향 광학 소자(71)에 인가된다. 이 결과, 음향 광학 소자(71)는, 펄스 레이저 광선 발진 수단(6)으로부터 발진된 펄스 레이저 광선의 광축을 도 2에 있어서 1점 쇄선으로 나타내는 위치로부터 2점 쇄선으로 나타내는 위치까지의 범위에서 편향시켜 이동 속도에 동기시킨다. 이 결과, 제1 가공 이송 개시 위치 좌표값(a1)에 정해진 출력의 펄스 레이저 광선을 조사할 수 있다.

상기 천공 공정에 있어서의 가공 조건은 다음과 같이 설정되어 있다.

광원: LD 여기 Q 스위치 Nd: YVO4

파장: 532 ㎚

평균 출력: 2 W

반복 주파수: 50 ㎑

펄스 폭: 10 ㎰

집광 스폿 직경: φ15 ㎛

전술한 천공 공정을 실시하고 있을 때에, 제어 수단(20)은 레이저 광선 발진 수단(6)이 발진하는 펄스 레이저 광선의 샷수를 카운터(204)에 의해 카운트하며, 플라즈마 검출 수단(9)의 제1 포토 디텍터(94)로부터 광강도 신호를 입력하고 있다. 여기서, 제1 포토 디텍터(94)로부터 출력되는 광강도 신호에 대해서 설명한다. 웨이퍼(30)를 구성하는 리튬탄탈레이트 기판(300)에 펄스 레이저 광선을 조사하면, 파장이 670 ㎚인 플라즈마가 발생한다. 이 파장이 670 ㎚인 플라즈마는 도 3에 나타내는 바와 같이 플라즈마 검출 수단(9)을 구성하는 플라즈마 수광 수단(91)의 집광 렌즈(911)에 의해 집광되고, 제1 밴드패스 필터(93)를 통과하여 제1 포토 디텍터(94)에 이른다. 리튬탄탈레이트 등의 투명 부재에 펄스 레이저 광선을 조사하면, 1회째의 펄스 레이저로 표면을 거칠게 하여 조면으로 하고, 2회째의 펄스 레이저로 조면을 어블레이션한다. 이와 같이 리튬탄탈레이트 등의 투명 부재에 펄스 레이저 광선을 조사하면, 표면의 조면화와 어블레이션 가공이 반복해서 실시된다. 이때 발생하는 플라즈마의 광강도는, 1회째의 펄스 레이저로 표면을 거칠게 하여 조면으로 할 때보다 2회째의 펄스 레이저로 조면을 어블레이션할 때 쪽이 높다. 이와 같이 리튬탄탈레이트 등의 투명 부재에 펄스 레이저 광선을 조사하면, 플라즈마의 광강도가 진폭을 가지고 교대로 나타난다.

도 11은 리튬탄탈레이트 기판(300)에 전술한 펄스 레이저 광선을 조사하였을 때 발생하는 플라즈마의 광강도를 검출하는 제1 포토 디텍터(94)의 출력 전압을 나타내고 있다. 도 11에 있어서 횡축은 펄스 레이저 광선의 샷수를 나타내고, 종축은 전압치(V)를 나타내고 있다. 도 11에 나타내는 실시형태에 있어서는, 펄스 레이저 광선의 각 샷에 있어서의 하한값이 1회째의 펄스 레이저로 표면을 거칠게 하여 조면화할 때에 발하는 플라즈마의 광강도에 대응하는 전압치이며, 펄스 레이저 광선의 각 샷에 있어서의 상한값이 2회째의 펄스 레이저로 조면을 어블레이션할 때에 발하는 플라즈마의 광강도에 대응하는 전압치이다. 도 11에 나타내는 실시형태에 있어서는, 펄스 레이저 광선의 샷수가 60 샷 정도까지는 제1 포토 디텍터(94)로부터 출력되는 전압치의 하한값과 상한값은 1.5 V에서 3 V의 범위에서 진폭이 1.1 V 전후로 추이하고, 펄스 레이저 광선의 샷수가 60 샷을 넘으면 전압치가 함께 점차 저하하며, 펄스 레이저 광선의 샷수가 90 샷을 넘으면 제1 포토 디텍터(94)로부터 출력되는 전압치의 하한값과 상한값의 진폭이 점차 저하한다. 그리고, 펄스 레이저 광선의 샷수가 105 샷을 넘으면 제1 포토 디텍터(94)로부터 출력되는 전압치가 없어져, 리튬탄탈레이트 기판(300)의 가공이 종료한 것을 의미하며, 펄스 레이저 광선의 조사를 계속하면 본딩 패드(303)가 가공되게 된다. 따라서, 제1 포토 디텍터(94)로부터 출력되는 전압치의 하한값과 상한값의 진폭이 정해진 값(0.1 V)까지 저하하고 나서 펄스 레이저 광선을 몇 샷 조사하면 본딩 패드(303)에 이르는지를 실험적으로 구함으로써, 펄스 레이저 광선의 조사를 정지하는 시점을 설정할 수 있다.

여기서, 제1 포토 디텍터(94)로부터 출력되는 전압치의 하한값과 상한값의 진폭이 정해진 값(0.1 V)까지 저하하고 나서 펄스 레이저 광선을 몇 샷 조사하면 본딩 패드(303)에 이르는지를 실험적으로 구한 일례에 대해서 설명한다. 플라즈마 수광 수단(91)은 제2 광로(92b)에 유도된 플라즈마 광 중 구리의 플라즈마 광의 파장(515 ㎚)만을 통과시키는 제2 밴드패스 필터(96)와, 제2 밴드패스 필터(96)를 통과한 광을 수광하여 광강도 신호를 출력하는 제2 포토 디텍터(97)를 구비하고 있기 때문에, 본딩 패드(303)가 가공된 순간을 포착할 수 있다. 이 본딩 패드(303)가 가공된 순간이 상기 제1 포토 디텍터(94)로부터 출력되는 전압치의 하한값과 상한값의 진폭이 정해진 값(0.1 V)까지 저하하고 나서 조사된 펄스 레이저 광선의 샷수를 카운트함으로써, 전압치의 진폭이 정해진 값(0.1 V)까지 저하하고 나서 본딩 패드(303)에 달하기까지의 샷수를 구할 수 있다. 따라서, 전압치의 진폭이 정해진 값(0.1 V)까지 저하하고 나서 본딩 패드(303)에 달하기까지의 샷수가 5 샷이면, 제1 포토 디텍터(94)로부터 출력되는 전압치의 하한값과 상한값의 진폭이 정해진 값(0.1 V)까지 저하하고 나서 펄스 레이저 광선을 5 샷 조사하였다면 펄스 레이저 광선의 조사를 정지하면 좋다. 즉, 제어 수단(20)은, 제1 포토 디텍터(94)로부터 출력되는 전압치의 하한값과 상한값의 진폭이 정해진 값(0.1 V)까지 저하하고 나서 펄스 레이저 광선을 5 샷 조사하면 구리에 의해 형성된 본딩 패드(303)에 이르렀다고 판단하여, 음향 광학 편향 수단(7)의 편향 각도 조정 수단(74)에 0 V의 전압을 인가하고, 음향 광학 소자(71)에 0 V에 대응하는 주파수의 RF를 인가하며, 펄스 레이저 광선 발진 수단(6)으로부터 발진된 펄스 레이저 광선을 도 2에 있어서 파선으로 나타내는 바와 같이 레이저 광선 흡수 수단(76)에 유도한다. 따라서, 펄스 레이저 광선이 척 테이블(36)에 유지된 웨이퍼(30)에 조사되지 않아, 본딩 패드(303)가 용융되어 구멍이 뚫리는 일이 없다.

한편, 제어 수단(20)은, X축 방향 위치 검출 수단(374)의 판독 헤드(374b)로부터의 검출 신호를 입력하고 있으며, 이 검출 신호를 카운터(204)에 의해 카운트하고 있다. 그리고, 카운터(204)에 의한 카운트값이 다음 본딩 패드(303)의 좌표값에 이르면, 제어 수단(20)은 레이저 광선 조사 수단(52)을 제어하고 상기 천공 공정을 실시한다. 그 후에도 제어 수단(20)은, 카운터(204)에 의한 카운트값이 본딩 패드(303)의 좌표값에 이를 때마다, 레이저 광선 조사 수단(52)을 작동시켜 상기 천공 공정을 실시한다. 그리고, 도 9의 (b)로 나타내는 바와 같이 반도체 웨이퍼(30)의 E1행의 가장 우단의 디바이스(302)에 형성된 본딩 패드(303)에 있어서의 가장 우단의 전극(303e) 위치에 상기 천공 공정을 실시하였다면, 상기 가공 이송 수단(37)의 작동을 정지하여 척 테이블(36)의 이동을 정지시킨다. 이 결과, 반도체 웨이퍼(30)의 실리콘 기판(300)에는, 도 9의 (b)로 나타내는 바와 같이 본딩 패드(303)에 이르는 가공 구멍(304)이 형성된다.

다음에, 제어 수단(20)은, 레이저 광선 조사 수단(52)의 집광기(8)를 도 9의 (b)에 있어서 지면에 수직인 방향으로 인덱싱 이송하도록 상기 제1 인덱싱 이송 수단(38)을 제어한다. 한편, 제어 수단(20)은, Y축 방향 위치 검출 수단(384)의 판독 헤드(384b)로부터의 검출 신호를 입력하고 있으며, 이 검출 신호를 카운터(204)에 의해 카운트하고 있다. 그리고, 카운터(204)에 의한 카운트값이 본딩 패드(303)의 도 6에 있어서 Y축 방향의 간격(C)에 상당하는 값에 달하였다면, 제1 인덱싱 이송 수단(38)의 작동을 정지하여, 레이저 광선 조사 수단(52)의 집광기(8)의 인덱싱 이송을 정지시킨다. 이 결과, 집광기(8)는 상기 본딩 패드(303e)와 대향하는 본딩 패드(303j)(도 6 참조)의 바로 위에 위치된다. 이 상태가 도 10의 (a)에 나타내는 상태이다. 도 10의 (a)에 나타내는 상태로 제어 수단(20)은, 척 테이블(36)을 도 10의 (a)에 있어서 화살표 X2로 나타내는 방향으로 정해진 이동 속도로 가공 이송하도록 상기 가공 이송 수단(37)을 제어함과 동시에, 레이저 광선 조사 수단(52)을 작동시켜 상기 천공 공정을 실시한다. 그리고, 제어 수단(20)은, 전술한 바와 같이 X축 방향 위치 검출 수단(374)의 판독 헤드(374b)로부터의 검출 신호를 카운터(204)에 의해 카운트하고, 그 카운트값이 본딩 패드(303)에 달할 때마다, 레이저 광선 조사 수단(52)을 작동시켜 상기 천공 공정을 실시한다. 그리고, 도 10의 (b)에서 나타내는 바와 같이 반도체 웨이퍼(30)의 E1행의 가장 우단의 디바이스(302)에 형성된 본딩 패드(303f) 위치에 상기 천공 공정을 실시하였다면, 상기 가공 이송 수단(37)의 작동을 정지하여 척 테이블(36)의 이동을 정지시킨다. 이 결과, 반도체 웨이퍼(30)의 실리콘 기판(300)에는, 도 10의 (b)에서 나타내는 바와 같이 본딩 패드(303)의 이면측에 레이저 가공 구멍(304)이 형성된다.

이상과 같이 하여, 반도체 웨이퍼(30)의 E1행의 디바이스(302)에 형성된 본딩 패드(303)의 이면측에 레이저 가공 구멍(304)이 형성되었다면, 제어 수단(20)은 가공 이송 수단(37) 및 제1 인덱싱 이송 수단(38)을 작동시켜, 반도체 웨이퍼(30)의 E2행의 디바이스(302)에 형성된 본딩 패드(303)에 있어서의 상기 랜덤 액세스 메모리(RAM)(203)에 저장되어 있는 제2 가공 이송 개시 위치 좌표값(a2)을 레이저 광선 조사 수단(52)의 집광기(8)의 바로 아래에 위치시킨다. 그리고, 제어 수단(20)은, 레이저 광선 조사 수단(52)과 가공 이송 수단(37) 및 제1 인덱싱 이송 수단(38)을 제어하여, 반도체 웨이퍼(30)의 E2행의 디바이스(302)에 형성된 본딩 패드(303)의 이면측에 전술한 천공 공정을 실시한다. 이후, 반도체 웨이퍼(30)의 E3∼En행의 디바이스(302)에 형성된 본딩 패드(303)의 이면측에 대해서도 전술한 천공 공정을 실시한다. 이 결과, 반도체 웨이퍼(30)의 실리콘 기판(300)에는, 각 디바이스(302)에 형성된 본딩 패드(303)의 이면측에 레이저 가공 구멍(304)이 형성된다.

또한, 상기 천공 공정에 있어서, 도 6에 있어서의 X축 방향의 간격 A 영역과 간격 B 영역 및 도 6에 있어서의 Y축 방향의 간격 C 영역과 간격 D 영역에는 반도체 웨이퍼(30)에 펄스 레이저 광선을 조사하지 않는다. 이와 같이, 반도체 웨이퍼(30)에 펄스 레이저 광선을 조사하지 않기 때문에, 상기 제어 수단(20)은 음향 광학 편향 수단(7)의 편향 각도 조정 수단(74)에 0 V의 전압을 인가한다. 이 결과음향 광학 소자(71)에는 0 V에 대응하는 주파수의 RF가 인가되고, 펄스 레이저 광선 발진 수단(6)으로부터 발진된 펄스 레이저 광선(LB)은 도 2에 있어서 파선으로 나타내는 바와 같이 레이저 광선 흡수 수단(76)에 유도되기 때문에, 반도체 웨이퍼(30)에 조사되는 일은 없다.

이상, 본 발명을 도시된 실시형태에 기초하여 설명하였지만, 본 발명은 실시형태에만 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 취지의 범위에서 여러 변형이 가능하다. 예컨대, 전술한 실시형태에 있어서는, 기판(제1 부재)의 표면에 형성된 복수의 디바이스에 각각 본딩 패드(제2 부재)가 설치된 웨이퍼에, 기판(제1 부재)의 이면측으로부터 본딩 패드(제2 부재)에 이르는 레이저 가공 구멍을 형성하는 예에 대해서 설명하였지만, 제1 재료에 의해 형성된 제1 부재와 제2 재료에 의해 형성된 제2 부재가 접합된 피가공물에 제1 부재로부터 제2 부재에 이르는 레이저 가공 구멍을 형성하는 경우에, 널리 적용할 수 있다. 또한, 전술한 실시형태에 있어서는, 피가공물을 형성하는 제1 부재로서 리튬탄탈레이트 기판을 이용한 예를 나타내었지만, 본 발명은 리튬니오베이트, 사파이어, 석영 등의 투명 부재의 가공에 특히 유효하다.

1: 레이저 가공 장치
2: 정지 베이스
3: 척 테이블 기구
36: 척 테이블
37: 가공 이송 수단
374: X축 방향 위치 검출 수단
38: 제1 인덱싱 이송 수단
384: Y축 방향 위치 검출 수단
4: 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구
42: 가동 지지 베이스
43: 제2 인덱싱 이송 수단
5: 레이저 광선 조사 유닛
52: 레이저 광선 조사 수단
6: 펄스 레이저 광선 발진 수단
61: 펄스 레이저 광선 발진기
62: 반복 주파수 설정 수단
7: 음향 광학 편향 수단
71: 음향 광학 소자
72: RF 발진기
73: RF 앰프
74: 편향 각도 조정 수단
75: 출력 조정 수단
76: 레이저 광선 흡수 수단
8: 집광기
9: 플라즈마 검출 수단
91: 플라즈마 수광 수단
92: 다이크로익 미러
93: 제1 밴드패스 필터
94: 제1 포토 디텍터
95: 방향 변환 미러
11: 촬상 수단
20: 제어 수단
30: 웨이퍼
301: 분할 예정 라인
302: 디바이스
303: 본딩 패드
304: 레이저 가공 구멍

Claims

피가공물을 유지하는 피가공물 유지 수단과, 상기 피가공물 유지 수단에 유지된 피가공물에 펄스 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단을 포함하는 레이저 가공 장치로서,
상기 레이저 광선 조사 수단으로부터 피가공물에 레이저 광선이 조사됨으로써 발생하는 플라즈마의 파장을 검출하는 플라즈마 검출 수단과,
상기 플라즈마 검출 수단으로부터의 검출 신호에 기초하여 상기 레이저 광선 조사 수단을 제어하는 제어 수단을 구비하고,
상기 플라즈마 검출 수단은, 제1 재료가 발하는 플라즈마의 파장만을 통과시키는 밴드패스 필터와, 상기 밴드패스 필터를 통과한 광을 수광하여 광강도 신호를 상기 제어 수단에 출력하는 포토 디텍터를 포함하며,
상기 제어 수단은, 상기 레이저 광선 조사 수단을 작동시켜 피가공물에 펄스 레이저 광선을 조사하여 피가공물의 제1 부재로부터 제2 부재에 이르는 레이저 가공을 실시할 때에, 상기 포토 디텍터로부터 출력되는 제1 부재에 관한 광강도 신호에 기초하여, 펄스 레이저 광선의 샷수에 대한 광강도의 진폭을 검출하고, 상기 광강도의 진폭이 정해진 값으로 저하한 시점으로부터 정해진 수의 펄스 레이저 광선을 조사하는 것에 의해 제2 부재가 노출된 후에 펄스 레이저 광선의 조사를 정지하도록 상기 레이저 광선 조사 수단을 제어하는 레이저 가공 장치.
제1 재료에 의해 형성된 제1 부재와 제2 재료에 의해 형성된 제2 부재가 접속된 피가공물에 제1 부재로부터 제2 부재에 도달하는 레이저 가공 구멍을 형성하는 가공 방법으로서,
피가공물에 펄스 레이저 광선을 조사하고 피가공물의 제1 부재로부터 제2 부재에 도달하는 레이저 가공을 실시할 때에,
제1 부재에 펄스 레이저 광선이 조사되는 것에 의해 발생하는 플라즈마의 광강도를 검출하고,
제1 부재에 관한 상기 광강도에 기초하여 펄스 레이저 광선의 샷수에 대한 상기 광강도의 진폭을 검출하고,
광강도의 진폭이 정해진 값으로 저하한 시점으로부터 정해진 수의 펄스 레이저 광선을 조사하는 것에 의해 상기 제2 부재가 노출한 후에 펄스 레이저 광선의 조사를 정지하는 것을 특징으로 하는 가공 방법.