KR102228494B1 - 레이저 가공 장치 - Google Patents

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게이지 노마루
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가부시기가이샤 디스코
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Abstract

본 발명의 과제는, 분할 예정 라인에 형성된 막을 레이저 가공에 의해 효율적으로 제거할 수 있는 레이저 가공 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 레이저 가공 장치로서, 피가공물을 유지하는 유지 수단과, 상기 유지 수단에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 기구와, 상기 유지 수단과 상기 레이저 광선 조사 기구를 상대적으로 X축 방향으로 가공 이송하는 X축 방향 이송 수단과, 상기 유지 수단과 상기 레이저 광선 조사 기구를 상대적으로 X축 방향과 직교하는 Y축 방향으로 가공 이송하는 Y축 방향 이송 수단을 적어도 구비하고, 상기 레이저 광선 조사 기구는, 미리 정해진 반복 주파수로 펄스 레이저 광선을 발진시키는 발진기와, 상기 발진기가 발진시킨 펄스 레이저 광선을 집광하는 집광기와, 상기 발진기와 상기 집광기 사이에 배치되며, 상기 발진기가 발진시킨 펄스 레이저 광선을 Y축 방향으로 분산시키는 Y축 방향 분산기와, 상기 Y축 방향 분산기와 상기 집광기 사이에 배치되며, 상기 발진기가 발진시킨 펄스 레이저 광선을 미리 정해진 진동 주파수로 X축 방향으로 왕복 이동시키는 공진 스캐너로 구성되는 레이저 가공 장치가 제공된다.

Description

레이저 가공 장치{LASER PROCESSING APPARATUS}
IC, LSI 등의 복수의 디바이스가 분할 예정 라인에 의해 구획되어 표면에 형성된 웨이퍼는, 절삭 블레이드를 회전 가능하게 구비한 다이싱 장치에 의해 개개의 디바이스로 분할되고, 휴대전화, 퍼스널 컴퓨터 등의 전기기기에 이용된다.
최근, IC, LSI 등의 디바이스의 처리 능력을 향상시키기 위해, 층간 절연막으로서 저유전율 절연체 피막(Low-k막)을 채용한 적층체를 표면에 갖는 웨이퍼가 실용화되고 있다. 상기 웨이퍼를 분할 예정 라인을 따라 절삭 블레이드로 절삭하여, 개개의 디바이스로 분할하면, 절삭 블레이드의 충격력 때문에 Low-k막이 절삭 부위로부터 운모처럼 얇게 박리되어 버려, 디바이스에 손상을 줄 경우가 있으므로, 분할 예정 라인을 절삭 블레이드로 절삭하지 않고, 레이저 광선을 분할 예정 라인을 따라 반복 조사하여 홈을 형성하고, 외력을 부가함으로써 상기 홈을 따라 개개의 디바이스로 분할하는 것이 시도되고 있다(예컨대, 특허문헌 1을 참조).
일본 특허 공개 제2006-269507호 공보
그러나, 분할 예정 라인에 형성된 상기 Low-k막을 제거하기 위해서는, 1개의 분할 예정 라인에 대하여 복수회의 레이저 광선을 조사해야만 하고, 레이저 광선 조사 기구에 대하여 웨이퍼를 몇 번이나 상대 이동시킬 필요가 있어, 생산성이 나쁘다고 하는 문제가 있다.
본 발명은, 상기 사실을 감안하여 이루어진 것으로, 그 주된 기술 과제는, 분할 예정 라인에 형성된 막을 레이저 가공에 의해 효율적으로 제거할 수 있는 레이저 가공 장치를 제공하는 것이다.
상기 주된 기술 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따르면, 레이저 가공 장치로서, 피가공물을 유지하는 유지 수단과, 상기 유지 수단에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 기구와, 상기 유지 수단과 상기 레이저 광선 조사 기구를 상대적으로 X축 방향으로 가공 이송하는 X축 방향 이송 수단과, 상기 유지 수단과 상기 레이저 광선 조사 기구를 상대적으로 X축 방향과 직교하는 Y축 방향으로 가공 이송하는 Y축 방향 이송 수단을 적어도 구비하고, 상기 레이저 광선 조사 기구는, 미리 정해진 반복 주파수로 펄스 레이저 광선을 발진시키는 발진기와, 상기 발진기가 발진시킨 펄스 레이저 광선을 집광하는 집광기와, 상기 발진기와 상기 집광기 사이에 배치되며, 상기 발진기가 발진시킨 펄스 레이저 광선을 Y축 방향으로 분산시키는 Y축 방향 분산기와, 상기 Y축 방향 분산기와 상기 집광기 사이에 배치되며, 상기 발진기가 발진시킨 펄스 레이저 광선을 미리 정해진 진동 주파수로 X축 방향으로 왕복 이동시키는 공진 스캐너(resonant scanner)로 구성되는 레이저 가공 장치가 제공된다.
상기 공진 스캐너는, 대향하여 배치되는 주(主) 공진 스캐너와 종(從) 공진 스캐너를 구비하고, 상기 주 공진 스캐너의 진동 주파수에 대하여 종 공진 스캐너의 진동 주파수를 3배로 설정하고, 상기 주 공진 스캐너의 진동에 대하여 상기 종 공진 스캐너의 진동의 위상을 어긋나게 하여 진동시킴으로써 상기 종 공진 스캐너의 진동 사인 곡선의 극소점과 극대점을 연결하는 각 변을 직선형으로 보정하여 상기 발진기가 발진시킨 펄스 레이저 광선의 X축 방향의 스폿 간격을 균일화하도록 하는 것이 바람직하다.
상기 레이저 가공 장치는, 상기 발진기와 상기 공진 스캐너 사이에 배치되는 다이크로익 미러(dichroic mirror)와, 상기 다이크로익 미러에 의해 분기되는 경로에 배치되는 하프 미러와, 상기 하프 미러에 의해 분기되는 제1 경로에 배치되며, 상기 발진기와 동기하여 펄스광을 조사하는 조명 수단과, 상기 하프 미러에 의해 분기되는 제2 경로에 배치되며 가공점을 관찰하는 관찰 수단을 구비하는 것이 바람직하다.
상기 조명 수단은 펄스광을 조사하는 조사기이며, 상기 관찰 수단은, 상기 하프 미러측에 배치된 결상 렌즈를 구비하여 화상을 취득하는 촬상 카메라와, 상기 촬상 카메라가 취득한 화상을 표시하는 모니터와, 상기 촬상 카메라가 취득한 화상을 기록하는 화상 기록부로 구성될 수 있다. 또한, 상기 레이저 광선 조사 기구의 발진기가 발진시키는 펄스 레이저 광선의 반복 주파수 및 상기 공진 스캐너의 진동 주파수는 조정 가능한 것이 바람직하다.
본 발명은, 레이저 가공 장치로서, 피가공물을 유지하는 유지 수단과, 상기 유지 수단에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 기구와, 상기 유지 수단과 상기 레이저 광선 조사 기구를 상대적으로 X축 방향으로 가공 이송하는 X축 방향 이송 수단과, 상기 유지 수단과 상기 레이저 광선 조사 기구를 상대적으로 X축 방향과 직교하는 Y축 방향으로 가공 이송하는 Y축 방향 이송 수단을 적어도 구비하고, 상기 레이저 광선 조사 기구는, 미리 정해진 반복 주파수로 펄스 레이저 광선을 발진시키는 발진기와, 상기 발진기가 발진시킨 펄스 레이저 광선을 집광하는 집광기와, 상기 발진기와 상기 집광기 사이에 배치되며, 상기 발진기가 발진시킨 펄스 레이저 광선을 Y축 방향으로 분산시키는 Y축 방향 분산기와, 상기 Y축 방향 분산기와 상기 집광기 사이에 배치되며, 상기 발진기가 발진시킨 펄스 레이저 광선을 미리 정해진 진동 주파수로 X축 방향으로 왕복 이동시키는 공진 스캐너로 구성됨으로써, 유지 수단에 의해 유지된 웨이퍼를 X축 방향으로 가공 이송하면서 분할 예정 라인을 따라 X축 방향으로 복수의 펄스 레이저 광선을 왕복으로 조사할 수 있음과 더불어 분할 예정 라인의 폭에 대응하여 Y축 방향으로 복수의 펄스 레이저 광선을 왕복으로 조사할 수 있기 때문에, 1회의 레이저 광선의 조사로 1개의 분할 예정 라인으로부터, 예컨대, Low-k막을 효율적으로 제거할 수 있어, 생산성이 향상된다.
또한, 공진 스캐너는 대향하여 배치되는 주(主) 공진 스캐너와, 종(從) 공진 스캐너를 구비하고, 상기 주 공진 스캐너의 진동 주파수에 대하여 종 공진 스캐너의 진동 주파수를 3배로 설정하고, 상기 주 공진 스캐너의 진동에 대하여 종 공진 스캐너의 진동을 180도 위상을 어긋나게 하여 진동시킴으로써 상기 주 공진 스캐너의 진동 사인 곡선의 극소점, 극대점을 연결하는 각 변을 직선이 되도록, 즉, 이등변 삼각형과 같은 형상으로 보정함으로써, 상기 발진기가 발진시킨 펄스 레이저 광선의 X축 방향의 스폿 간격이 균일화되어, 가공 품질이 양호해진다.
또한, 가공점을 관찰하는 관찰 수단을 구비하여, 레이저 광선 조사 기구의 발진기가 발진시키는 펄스 레이저 광선의 반복 주파수 및 상기 공진 스캐너의 진동 주파수를 조정할 수 있도록 구성함으로써, 피가공물의 재료에 따라 열용융시켜, 크래킹하기 쉬운 취약 기판에 대해서도 크랙을 전파시키지 않는 가공 조건을 용이하게 특정하여 가공을 행할 수 있다.
도 1은 본 발명에 기초하여 구성된 레이저 가공 장치의 전체 사시도이다.
도 2는 도 1에 기재된 레이저 가공 장치에 배치되는 펄스 레이저 광선 조사 기구의 개략을 나타낸 블록도이다.
도 3은 도 1에 도시된 레이저 가공 장치에 의해 웨이퍼를 가공하는 상태를 설명하기 위한 설명도이다.
도 4는 도 1에 기재된 레이저 가공 장치에 배치되는 펄스 레이저 광선 조사 기구의 다른 실시형태의 개략을 나타낸 블록도이다.
도 5는 도 4에 도시된 실시형태에 의해 조사되는 펄스 레이저 광선의 조사 위치의 변위의 변화의 개요를 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명에 기초하여 구성되는 레이저 가공 장치에 대해서 첨부 도면을 참조하여, 상세히 설명한다.
도 1에는, 본 발명의 가공 장치의 일 실시형태로서 예시하는 레이저 가공 장치(40)의 전체 사시도가 도시되어 있다. 도면에 도시된 레이저 가공 장치(40)는, 베이스(41)와, 웨이퍼를 유지하는 유지 수단(42)과, 유지 수단(42)을 이동시키는 이동 수단(43)과, 유지 수단(42)에 유지되는 피가공물에 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 기구(44)와, 촬상 수단(50)과, 표시 수단(52)을 구비한다.
유지 수단(42)은, X 방향에 있어서 자유자재로 이동할 수 있도록 베이스(41)에 탑재된 직사각 형상의 X 방향 가동판(60)과, Y 방향에 있어서 자유자재로 이동할 수 있도록 X 방향 가동판(60)에 탑재된 직사각 형상의 Y 방향 가동판(61)과, Y 방향 가동판(61)의 상면에 고정된 원통형의 지주(62)와, 지주(62)의 상단에 고정된 직사각 형상의 커버판(63)을 포함한다. 커버판(63)에는 Y 방향으로 연장되는 긴 구멍(63a)이 형성되어 있다. 긴 구멍(63a)을 통해 위쪽으로 연장되는 원 형상의 피가공물을 유지하는 유지 테이블(64)의 상면에는, 다공질 재료로 형성되어 실질적으로 수평으로 연장되는 원 형상의 흡착척(65)이 배치되어 있다. 흡착척(65)은, 지주(62)를 지나는 유로에 의해 도시하지 않은 흡인 수단에 접속되어 있다. 유지 테이블(64)의 주연부에는, 둘레 방향으로 간격을 두고 복수개의 클램프(66)가 배치되어 있다. 또한, X 방향은 도 1에 화살표 X로 나타내는 방향이고, Y 방향은 도 1에 화살표 Y로 나타내는 방향으로서 X 방향과 직교하는 방향이다. X 방향, Y 방향으로 규정되는 평면은 실질적으로 수평이다.
이동 수단(43)은, X 방향 이동 수단(80)과, Y 방향 이동 수단(82)을 포함한다. X 방향 이동 수단(80)은, 베이스(41) 상에 있어서 X 방향으로 연장되는 볼나사(802)와, 볼나사(802)의 한쪽 단부에 연결된 모터(801)를 갖는다. 볼나사(802)의 도시하지 않은 너트부는, X 방향 가동판(60)의 하면에 고정되어 있다. 그리고 X 방향 이동 수단(80)은, 볼나사(802)에 의해 모터(801)의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하여 X 방향 가동판(60)에 전달하고, 베이스(41) 상의 안내 레일(43a)을 따라 X 방향 가동판(60)을 X 방향으로 진퇴시킨다. Y 방향 이동 수단(82)은, X 방향 가동판(60) 상에 있어서 Y 방향으로 연장되는 볼나사(821)와, 볼나사(821)의 한쪽 단부에 연결된 모터(822)를 갖는다. 볼나사(821)의 도시하지 않은 너트부는, Y 방향 가동판(61)의 하면에 고정되어 있다. 그리고, Y 방향 이동 수단(82)은, 볼나사(821)에 의해 모터(822)의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하여, Y 방향 가동판(61)에 전달하고, X 방향 가동판(60) 상의 안내 레일(60a)을 따라 Y 방향 가동판(61)을 Y 방향으로 진퇴시킨다. 또한, 도시는 생략하지만, X 방향 이동 수단(80), Y 방향 이동 수단(82)에는 각각 위치 검출 수단이 배치되어 있어, 유지 테이블(64)의 X 방향의 위치, Y 방향의 위치, 둘레 방향의 회전 위치가 정확하게 검출되며, 후술하는 제어 수단으로부터 지시되는 신호에 기초하여 X 방향 이동 수단(80), Y 방향 이동 수단(82)이 구동되고, 임의의 위치 및 각도에 유지 테이블(64)을 정확하게 위치시킬 수 있도록 되어 있다.
레이저 광선 조사 기구(44)는, 베이스(41)의 상면으로부터 위쪽으로 연장되고, 계속해서 실질적으로 수평으로 연장되는 프레임(45)에 내장되어 있다. 도 2를 참조하면서, 본 발명의 상기 레이저 광선 조사 기구(44)를 개략적으로 설명한다. 레이저 광선 조사 기구(44)는, 가공 대상이 되는 웨이퍼(10)의 분할 예정 라인 상에 적층된 Low-k막에 대하여 흡수성을 갖는 예컨대 355 ㎚ 파장의 레이저 광선을 발진시키는 펄스 레이저 광선 발진기(44b)와, 웨이퍼(10)에 레이저 광선을 조사하는 집광기(44a)를 구비하고 있고, 상기 펄스 레이저 광선 발진기(44b)로부터 조사된 레이저 광선이 웨이퍼(10)의 분할 예정 라인(12) 상에 있어서, 그 주사 위치를 도 2의 지면에 수직인 방향(인덱싱 이송 방향: Y축 방향)으로 주기적으로 변경하고, 분산되도록 변화시키는 Y축 방향 분산기(44c)와, Y축 방향 분산기(44c)와 집광기(44a) 사이에 배치되며, 펄스 레이저 광선의 조사 위치를 미리 정해진 진동 주파수로 도면 중에 화살표 X로 나타내는 X축 방향으로 왕복 이동시키는 공진 스캐너(resonant scanner)(44d)를 구비한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 레이저 광선 조사 기구(44)에는, 펄스 레이저 광선의 조사 방향을 변환하는 반사 미러가 적절하게 배치되어 있고, 펄스 레이저 광선 발진기로부터 발진된 레이저 광선이 집광기(44a)까지 유도되도록 구성되어 있다. 또한, 상기 집광기(44a)에는, Y축 방향 분산기(44c), 및 공진 스캐너(44d)로 편향된 펄스 레이저 광선을 흡착척(65) 상에 유지된 웨이퍼(10) 상에 집광하는 fθ 렌즈(441)가 배치되어 있다.
상기 Y축 방향 분산기(44c)는, 본 실시형태에 있어서는, 예컨대, 광 편향 소자(AOD)로 구성되고, 고주파(RF) 전류를 인가함으로써, 입사된 레이저 광선의 출사 방향을 Y축 방향으로 주기적으로 변위시키는 작용을 발휘한다. 또한, 상기 공진 스캐너(44d)는, 출사되는 레이저 광선의 방향을 X축 방향으로 왕복 운동시키는 것으로서, 입사광을 반사시키는 미러의 요동 운동을 제어함으로써 임의의 주파수, 진동각에 의한 왕복 운동의 주사를 실현한다. 상기 공진 스캐너(44d)의 요동 운동을 쫓아 미러도 요동 운동을 하기 때문에, 종축을 변위(d), 횡축을 경과 시간(t)으로 했을 경우, 사인 곡선을 그리게 된다(도 5도 참조 바람). 또한, 도 2에서는 생략하고 있지만, 레이저 광선 조사 기구(44)는, 레이저 가공 장치(40)에 배치된 제어 수단에 접속되어 있어, 상기 펄스 레이저 광선 발진기(44b), Y축 방향 분산기(44c), 공진 스캐너(44d) 등이 제어된다.
도 1에 도시된 촬상 수단(50)은, 프레임(45)의 선단 하면에 부설되어 있고, 안내 레일(43a)의 위쪽에 위치하며, 유지 테이블(64)을 안내 레일(43a)을 따라 이동시킴으로써 유지 테이블(64)에 배치된 웨이퍼(10)를 촬상할 수 있도록 되어 있다. 또한, 프레임(45)의 선단 상면에는, 촬상 수단(50)에 의해 촬상된 화상이 제어 수단(20)을 통해 출력되는 표시 수단(52)이 탑재되어 있다.
본 발명에 기초하여 구성되는 웨이퍼의 가공 방법을 실시하기 위한 레이저 가공 장치(40)는, 대략 이상과 같이 구성되어 있고, 그 작용에 대해서 이하에 설명한다.
도 1에 도시된 레이저 가공 장치를 이용하여 가공을 실시하는 작업자는, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 분할 예정 라인(12)에 의해 구획된 복수의 영역에 디바이스(14)가 형성되고, 상기 분할 예정 라인(12)을 포함하는 웨이퍼(10)의 표면에 Low-k막이 형성된 웨이퍼(10)를 준비한다. 그리고, 상기 웨이퍼(10)의 이면에 합성 수지로 이루어진 점착 테이프(T)의 표면을 점착(貼着)시킴과 더불어 점착 테이프(T)의 외주부를 환형의 프레임(F)에 의해 지지한다. 또한, 점착 테이프(T)는, 본 실시형태에 있어서는 염화비닐(PVC) 시트에 의해 형성되어 있다. 다음에, 유지 테이블(64)의 흡착척(65) 상에 점착테이프(T)를 통해 웨이퍼(10)를 배치하여 흡인 유지한다. 웨이퍼(10) 상에는, 분할 예정 라인(12)이 형성된 방향을 나타내는 도시하지 않은 얼라인먼트 마크가 형성되어 있고, 상기 얼라인먼트 마크를, 촬상 수단(50)을 이용하여 촬상하며, 패턴 매칭 등의 화상 처리를 실행하여 레이저 광선 조사 기구(44)의 집광기(44a)에 대한 웨이퍼(10)의 상대 위치 및 방향을 조정하는 얼라인먼트를 행한다.
상기 얼라인먼트가 완료되면, 분할 예정 라인(12)에 대하여 레이저 가공을 실시한다. 레이저 가공을 실시하는 경우에는, 우선, 유지 테이블(64)을, 레이저 광선 조사 기구(44)의 집광기(44a)가 위치하는 레이저 광선 조사 영역으로 이동하고, 소정의 분할 예정 라인(12)의 일단을 집광기(44a)의 바로 아래에 위치시킨다. 그리고, 집광기(44a)로부터 조사되는 펄스 레이저 광선의 집광점을 웨이퍼(10)의 표면 부근에 위치시킨다. 다음에, 레이저 광선 조사 수단(44)의 펄스 레이저 광선 발진기(44b)로부터 웨이퍼(10)에 대하여 흡수성을 갖는 파장(본 실시형태에 있어서는, 355 ㎚)의 펄스 레이저 광선을 발진시키면서, 유지 테이블(64)을 도 3에 있어서 화살표 X로 나타내는 방향으로 소정의 이동 속도로 가공 이송함으로써, 집광기(44a)를 웨이퍼(10)의 분할 예정 라인(12)을 따라 상대 이동시킨다. 분할 예정 라인(12)의 타단이 집광기(44a)의 바로 아래에 도달하면, 펄스 레이저 광선의 조사를 정지시킴과 더불어 유지 테이블(64)의 이동을 정지시킨다. 또한, 펄스 레이저 광선의 조사 위치를 인접한 미가공의 분할 예정 라인(12)으로 이동시키도록, Y 방향 이동 수단(82)을 작동시켜 유지 테이블(64)을 Y축 방향으로 이동, 즉, 인덱싱 이송한다. 상기 인덱싱 이송 동작에 의해 펄스 레이저 광선의 조사 위치를 인접한 미가공의 분할 예정 라인(12)으로 이동시키면, X 방향 이동 수단(80)을 작동시켜, 펄스 레이저 광선의 조사 위치를 미가공의 분할 예정 라인(12)의 일단부에 위치시킨다. 그 후, 펄스 레이저 광선의 발진을 재차 시작하여, 유지 테이블(64)을 도 3에 있어서 화살표 X로 나타내는 방향으로 소정의 이동 속도로 이동시키고, 집광기(44a)를 웨이퍼(10)의 분할 예정 라인(12)을 따라 상대 이동시킨다. 이러한 작동을 반복함으로써, 모든 분할 예정 라인(12)에 대하여 레이저 광선을 조사한다.
전술한 레이저 가공에 대해서, 더욱 상세히 설명한다. 도 2, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 레이저 광선 조사 기구(44)는, Y축 방향 분산기(44c) 및 공진 스캐너(44d)를 구비하고, 전술한 레이저 가공을 실행할 때, 도 3에 있어서 일부 확대도로 나타낸 바와 같이, 분할 예정 라인(12) 상에 있어서의 펄스 레이저 광선의 조사 위치는, Y축 방향 분산기(44c)의 작용에 의해, Y축 방향으로 조금씩 이동하게 된다. 또한, X축 방향에 있어서는, 공진 스캐너(44d)의 작용에 의해 X축 방향으로의 가공 이송 속도보다 고속으로 왕복 이동하게 된다. 펄스 레이저 광선의 조사 위치가 X축 방향으로 반복하여 왕복 이동하면서, 분할 예정 라인(12)의 Y축 방향에 있어서의 일단부에서 타단부까지 이동하면, 도 3의 일부 확대도에 나타낸 바와 같이, 다시 분할 예정 라인(12) 상의 Y축 방향에 있어서의 일단부측으로 그 조사 위치를 이동시킬 수 있다. 이와 같이 하여, 분할 예정 라인(12)의 전체면에 대하여 펄스 레이저 광선이 조사되고, 분할 예정 라인(12) 상의 Low-k막이 제거된다. 동일한 가공을 웨이퍼(10) 상의 모든 분할 예정 라인(12)에 대하여 행함으로써, 웨이퍼(10)의 분할 예정 라인(12) 상의 모든 Low-k막이 효율적으로 제거된다.
도 4, 도 5를 이용하여, 본 발명에 기초하여 구성되는 레이저 광선 조사 기구(44)의 다른 실시형태에 대해서 설명한다. 도 4에 도시된 실시형태는, 도 2에 도시된 레이저 광선 조사 기구(44)와 기본적인 구성은 공통되며, 이하 차이점을 중심으로 설명한다. 본 실시형태에서는, 도 2에 도시된 공진 스캐너(44d)와 동일한 기능을 발휘하는 주 공진 스캐너(44d')에 추가하여, 그 상류측에, 레이저 광선 발진기(44b)와 대향하며, 주 공진 스캐너(44d')의 진동 주파수(4 kHz)에 대하여 3배의 진동 주파수(12 kHz)로 X축 방향으로 펄스 레이저 광선의 조사 위치를 왕복 이동시키는 종 공진 스캐너(44e)가 배치되어 있다. 그리고, 주 공진 스캐너(44d')의 진동은 도 5에서 C1로 표시되며, 종 공진 스캐너(44e)의 진동은 도 5에서 C2로 표시되는 바와 같이, 주 공진 스캐너(44d')의 진동에 대하여 180도 위상이 어긋나 있다.
도 4에 도시된 레이저 광선 조사 기구(44)는, Y축 방향 분산기(44c)와 종 공진 스캐너(44e) 사이의 광로 중에, 웨이퍼(10)에 조사되는 펄스 레이저 광선의 파장(355 ㎚)을 투과하고, 그 파장 근방 이외의 파장의 광선을 반사하는 기능을 발휘하는 다이크로익 미러(dichroic mirror)(44f)가 배치되어 있다. 또한, 상기 다이크로익 미러(44f)에 의해 분기되는 경로에 배치되는 하프 미러(44j)와, 상기 하프 미러(44j)에 의해 분기되는 제1 경로에 배치되며, 상기 펄스 레이저 광선 발진기(44b)와 동기하여 펄스광을 조사하는 조명 수단(예컨대, 반도체 발광 소자(LD))(44h)과, 상기 조명 수단(44h)으로부터 조사되는 조명광을 평행광으로 보정하는 콜리메이션 렌즈(44i)와, 상기 하프 미러(44j)에 의해 분기되는 제2 경로에 배치되어 가공점을 관찰하는 관찰 수단(44g)을 구비한다. 그리고, 상기 관찰 수단(44g)은, 하프 미러(44j)를 투과해서 입사되는 광선을 집광하여 결상하는 결상 렌즈(442)를 구비하고, 상기 결상 렌즈(442)에 의해 결상된 화상을 촬상 카메라(443)로 촬상한다.
도 4에 도시된 레이저 광선 조사 기구(44)는, 레이저 가공 장치(40)에 구비된 제어 수단(20)에 접속되어 있고, 그 작용에 대해서 설명한다. 제어 수단(20)은, 컴퓨터에 의해 구성되고, 제어 프로그램에 따라 연산 처리하는 중앙 연산 처리 장치(CPU)와, 제어 프로그램 등을 저장하는 리드 온리 메모리(ROM)와, 검출된 검출값, 연산 결과 등을 일시적으로 저장하기 위한 기록 및 판독 가능한 랜덤 액세스 메모리(RAM)와, 입력 인터페이스 및 출력 인터페이스를 구비한다(세부적인 것들은 도시 생략). 상기 제어 수단(20)의 리드 온리 메모리(ROM)에 미리 기억된 제어 프로그램에 기초하여, 펄스 레이저 광선 발진기(44b)의 반복 주파수 및 주 공진 스캐너(44d'), 종 공진 스캐너(44e)의 진동 주파수가 임의의 값으로 조정 가능하게 구성된다. 또한, 펄스 레이저 광선 발진기(44b)의 발진 타이밍과 동기하도록, 조명 수단(44h)으로부터 펄스광이 조사되는 타이밍이 제어되며, 조명 수단(44h)으로부터 조사되는 타이밍에, 관찰 수단(44g)의 촬상 카메라(443)가 포착한 화상 정보를 상기 제어 수단(20)에 송신하고, 제어 수단(20)의 랜덤 액세스 메모리(RAM) 영역에 설정되는 화상 기록부에 상기 화상 정보가 기억된다. 또한, 상기 실시형태의 레이저 광선 조사 기구(44)는, 레이저 가공 장치에 구비된 제어 수단(20)에 접속되지만, 레이저 광선 조사 기구(44)를 제어하는 전용 제어 수단을 구비할 수도 있다.
전술한 바와 같이, 펄스 레이저 광선을 분할 예정 라인(12) 상에 있어서 왕복 이동시키기 위한 주 공진 스캐너(44d')는, 내부의 미러를 요동 운동시키고 있다. 이에 따라, 펄스 레이저 광선의 조사 위치의 X축 방향의 변위(d)를 종축으로 하고, 경과 시간(t)을 횡축으로 했을 경우, 도 5의 C1로 나타낸 사인 곡선을 그리게 된다. 이 C1로 나타낸 사인 곡선 형상으로부터 밝혀진 바와 같이, 펄스 레이저 광선의 조사 위치는, 소정 방향으로 한창 이동하고 있을 때, 즉 극소점과 극대점 사이의 이동에 있어서 완전한 직선이 되지 않는다. 즉, 펄스 레이저 광선의 X축 방향으로의 이동 속도는 일정하지 않아, 소정의 속도 변화를 가지며 이동하게 된다. 따라서, 이대로 미리 정해진 반복 주파수로 펄스 레이저 광선을 조사하면, 분할 예정 라인(12) 상의 펄스 레이저 광선의 스폿 간격이 균일해지지 않아, 가공 불균일이 될 우려가 있다. 그래서, 종 공진 스캐너(44e)는, 도 5에서 C2로 나타낸 바와 같이, 주 공진 스캐너(44d')의 진동 주파수(4 kHz)에 대하여, 3배의 진동 주파수(12 kHz)로, 또한, 위상이 180도 어긋나서 진동하게 된다. 그 때의 변위량은, C1로 나타낸 주 공진 스캐너(44d')에 의한 상기 펄스 레이저 광선의 변위량과, 종 공진 스캐너(44e)에 의한 변위량이 합성되어, C로 나타낸 바와 같이 극소점과 극대점 사이에서 직선형이 되도록 설정된다. 이에 따라, 합성된 사인 곡선의 극소점에서 다음 극소점까지의 형상이 이등변 삼각형과 같은 형상으로 성형된다. 본 실시형태는 이상과 같이 구성되며, 경과 시간에 대한 펄스 레이저 광선의 조사 위치의 X축 방향으로의 이동 속도가 거의 일정해지고, 레이저 광선의 스폿 간격이 균일화되어 가공 품질이 양호해진다.
또한, 본 실시형태에 있어서의 레이저 가공 조건은, 예컨대 이하와 같이 설정되어 있다.
파장 : 355 ㎚
반복 주파수 : 1∼100 MHz
평균 출력 : 20∼40 W
스폿 직경 : φ2∼20 ㎛
제1 공진 스캐너 : 4 kHz
제2 공진 스캐너 : 12 kHz
X축 방향의 진동폭 : 10∼40 ㎜
Y축 방향 분산기의 이동 주파수 : 1 kHz
Y축 방향 진동폭 : 10∼300 ㎛
가공 이송 속도 : 50∼200 ㎜/초
그리고, 본 실시형태에서는, 다이크로익 미러(44f)를 통해 펄스형의 조명광을 조사하고, 관찰 수단(44g)을 이용해서 펄스 레이저 광선의 조사와 동기하여 촬상을 실시하며, 제어 수단(20)을 통해 표시 수단(52)에 표시함과 더불어, 랜덤 액세스 메모리(RAM)에 설정된 화상 기록부에 펄스 레이저 광선이 조사될 때마다 화상을 기록한다. 이에 따라, 가공 중의 가공 상태를 실시간으로 관찰할 수 있음과 더불어, 화상 기록부에 기록된 화상 정보를 해석하는 것이 용이하게 이루어진다.
전술한 바와 같이, 본 실시형태에서는, 펄스 레이저 광선 발진기(44b)의 반복 주파수와, 주 공진 스캐너(44d'), 종 공진 스캐너(44e)의 진동 주파수를 조정 가능하게 구성되어 있다. 따라서, 전술한 관찰 수단(44g)에 의해 가공 상태를 관찰하면서 가공 조건을 적절하게 변화시켜, 적절한 가공 조건을 용이하게 선택하는 것이 가능해지고, 크래킹을 일으키기 쉬운 재료라도, 가공 부분을 적절히 열용융시키면서, 크랙을 전파시키지 않는 가공 조건을 선택하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명은 전술한 실시형태에 한정되지 않고, 여러 가지 변형예를 포함한다. 예컨대, 전술한 실시형태에서는, Y축 방향 분산기로서, 광 편향 소자(AOD)를 채용하였으나, 이것에 한정되지 않고, 예컨대, 갈바노 스캐너, 공진 스캐너를 이용하여 Y축 방향으로의 펄스 레이저 광선의 조사 위치를 분산시킬 수 있다.
또한, 전술한 실시형태에서는, 주 공진 스캐너(44d')에 의한 진동 주파수를 4 kHz로 하고, 종 공진 스캐너(44e)의 진동 주파수를 그 3배가 되는 12 kHz로 하여 합성하여, 주 공진 스캐너(44d')에 의한 진동을 보정하였지만, 이것에 한정되지 않고, 푸리에 급수 전개의 원리를 이용하여, 즉, 한층 더 고조파의 진동 주파수로 작동하는 공진 스캐너를 복수개 조합하여 보정하고, 도 5에서 나타내는 바와 같은, 극소점과 극대점 사이의 시간당 변위량의 변화 속도를 보다 직선형으로 하는 것도 가능하다.
또한, 전술한 실시형태에서는, 도 3의 일부 확대도로 나타낸 바와 같이, 펄스 레이저 광선의 조사 방향을 공진 스캐너의 작용에 의해 X축 방향으로 왕복 이동시키는 동안, 펄스 레이저 광선의 조사를 항상 실행하도록 하였지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 웨이퍼(10)를 유지하고 있는 유지 테이블(64)은, X축 방향으로 일정한 가공 이송 속도로 이동하고 있기 때문에, 주 공진 스캐너(44d') 및 종 공진 스캐너(44e)의 작용에 의해 펄스 레이저 광선의 조사 위치가 일정하게 변위되었다고 해도, X축 방향으로의 이동 방향의 차이에 따라 유지 테이블(64)에 대한 펄스 레이저 광선의 상대 이동 속도가 변화하여, 스폿 간격이 약간이긴 하지만 상이해져 버리는 것이 상정된다. 이것에 대하여, 예컨대, 유지 테이블이 가공 이송되는 방향에 대하여 소정의 한 방향으로 펄스 레이저 광선의 조사 위치가 변위되는 경우에만 펄스 레이저 광선을 조사하도록 함으로써, 분할 예정 라인 상의 스폿 간격을 보다 균일하게 할 수 있다.
전술한 실시형태에서는, 주 공진 스캐너(44d')의 진동 주파수(4 kHz)에 대하여, 3배의 진동 주파수(12 kHz)로, 또한, 위상을 180도 어긋나게 하여 진동시킴으로써 주 공진 스캐너(44d')에 의한 상기 펄스 레이저 광선의 변위량과, 종 공진 스캐너(44e)에 의한 변위량을 합성하여, 도 5 중에 C1로 나타낸 사인 곡선을 C로 나타낸 바와 같이 극소점과 극대점 사이에서 직선형이 되도록 설정하였지만, 본 발명에서는, 반드시 상기 위상의 편차량을 180도로 설정하는 것에 한정되는 것은 아니며, 소정의 한 방향으로 펄스 레이저 광선의 조사 위치가 변위되는 경우에만 펄스 레이저 광선을 조사하는 경우는, 180도 근방의 범위(예컨대, 175∼185도의 범위)에서 위상을 어긋나게 함으로써, 주 공진 스캐너(44d')의 사인 곡선의 한 변을 대략 직선형으로 보정하도록 하여도 좋다.
또한, 전술한 실시형태에서는, 펄스 레이저 광선을 분할 예정 라인(12)을 따른 X축 방향, Y축 방향(분할 예정 라인의 폭 방향)으로 연속하여 조사함으로써 분할 예정 라인에 형성된 막을 제거하는 것으로 하였지만, Y축 방향 분산기를 적절하게 조정함으로써, Y축 방향으로 간격을 두고 펄스 레이저 광선의 스폿이 겹치지 않도록 조사하면서, 펄스 레이저 광선을 Y축 방향으로 반복하여 이동시킴으로써 상기 간격을 둔 영역에 대하여 펄스 레이저 광선을 조사하게 할 수도 있다. 그와 같이 함으로써, 펄스 레이저 광선의 스폿이 겹치는 것을 억제하면서, 분할 예정 라인의 전체면에 대하여 레이저 가공을 행할 수 있어, 디바이스에 대한 열체류의 영향을 방지할 수 있다.
10 : 웨이퍼 12 : 분할 예정 라인
14 : 디바이스 20 : 제어 수단
40 : 레이저 가공 장치 41 : 베이스
42 : 유지 기구 43 : 이동 수단
44 : 레이저 광선 조사 기구 44a : 집광기
44b : 펄스 레이저 광선 발진기 44c : Y축 방향 분산기
44d : 공진 스캐너 44d': 주 공진 스캐너
44e : 종 공진 스캐너 44f : 다이크로익 미러
44g : 관찰 수단 44h : 조명 수단
45 : 프레임 50 : 촬상 수단
52 : 표시 장치 62 : 회전 수단
80 : X 방향 이동 수단 82 : Y 방향 이동 수단

Claims (5)

  1. 레이저 가공 장치에 있어서,
    피가공물을 유지하는 유지 수단과, 상기 유지 수단에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 기구와, 상기 유지 수단과 상기 레이저 광선 조사 기구를 상대적으로 X축 방향으로 가공 이송하는 X축 방향 이송 수단과, 상기 유지 수단과 상기 레이저 광선 조사 기구를 상대적으로 X축 방향과 직교하는 Y축 방향으로 가공 이송하는 Y축 방향 이송 수단을 적어도 구비하고,
    상기 레이저 광선 조사 기구는, 미리 정해진 반복 주파수로 펄스 레이저 광선을 발진시키는 발진기와, 상기 발진기가 발진시킨 펄스 레이저 광선을 집광하는 집광기와, 상기 발진기와 상기 집광기 사이에 배치되며, 상기 발진기가 발진시킨 펄스 레이저 광선을 Y축 방향으로 분산시키는 Y축 방향 분산기와, 상기 Y축 방향 분산기와 상기 집광기 사이에 배치되며, 상기 발진기가 발진시킨 펄스 레이저 광선을 미리 정해진 진동 주파수로 X축 방향으로 왕복 이동시키는 공진 스캐너(resonant scanner)로 구성되며,
    상기 공진 스캐너는, 대향하여 배치되는 주(主) 공진 스캐너와, 종(從) 공진 스캐너를 구비하고, 상기 주 공진 스캐너의 진동 주파수에 대하여 상기 종 공진 스캐너의 진동 주파수를 3배로 설정하고, 상기 주 공진 스캐너의 진동에 대하여 상기 종 공진 스캐너의 진동의 위상을 어긋나게 하여 진동시킴으로써 상기 주 공진 스캐너의 진동 사인 곡선의 극소점과 극대점을 연결하는 각 변을 직선형으로 보정하고, 상기 발진기가 발진시킨 펄스 레이저 광선의 X축 방향의 스폿 간격을 균일화하는 것인 레이저 가공 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 발진기와 상기 공진 스캐너 사이에 배치되는 다이크로익 미러(dichroic mirror)와, 상기 다이크로익 미러에 의해 분기되는 경로에 배치되는 하프 미러와, 상기 하프 미러에 의해 분기되는 제1 경로에 배치되며, 상기 발진기와 동기하여 펄스광을 조사하는 조명 수단과, 상기 하프 미러에 의해 분기되는 제2 경로에 배치되며 가공점을 관찰하는 관찰 수단을 구비하는 레이저 가공 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 조명 수단은 펄스광을 조사하는 조사기이며,
    상기 관찰 수단은, 상기 하프 미러측에 배치된 결상 렌즈를 구비하여 화상을 취득하는 촬상 카메라와, 상기 촬상 카메라가 취득한 화상을 표시하는 모니터와, 상기 촬상 카메라가 취득한 화상을 기록하는 화상 기록부로 구성되는 것인 레이저 가공 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 레이저 광선 조사 기구의 발진기가 발진시키는 펄스 레이저 광선의 반복 주파수 및 상기 공진 스캐너의 진동 주파수는 조정 가능한 것인 레이저 가공 장치.
  5. 삭제
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