KR102419487B1 - 레이저 가공 장치 및 스루홀의 형성 방법 - Google Patents

레이저 가공 장치 및 스루홀의 형성 방법 Download PDF

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Abstract

(과제) 피가공물을 원하는 형상으로 가공 가능한 레이저 가공 장치, 및 스루홀의 형상을 원하는 형상으로 가공 가능한 스루홀의 형성 방법을 제공하는 것.
(해결 수단) 레이저 가공 장치 (1) 는, 레이저 광선 조사 수단 (20) 을 구비한다. 레이저 광선 조사 수단 (20) 은, 레이저 광선 (L) 을 발진하는 레이저 발진기 (22) 와, 레이저 광선 (L) 을 집광하여 웨이퍼 (W) 에 조사하는 집광 렌즈 (23) 와, 제 1 광로 변경부 (60) 와, 제 2 광로 변경부 (70) 와, 제어부 (100) 를 구비한다. 제 1 광로 변경부 (60) 는, 레이저 발진기 (22) 의 레이저 광선 (L) 의 진행 방향 하류에 배치 형성되고 레이저 광선 (L) 의 광로 (LAX) 를 Y 축 방향으로 변경시키는 1 쌍의 제 1 축 레조넌트 스캐너 (61a, 61b) 를 갖는다. 제 2 광로 변경부 (70) 는, 제 1 광로 변경부 (60) 와 집광 렌즈 (23) 사이에 배치 형성되고 레이저 광선 (L) 의 광로 (LAX) 를 X 축 방향으로 변경시키는 1 쌍의 제 2 축 레조넌트 스캐너 (71a, 71b) 를 갖는다.

Description

레이저 가공 장치 및 스루홀의 형성 방법{LASER MACHINING APPARATUS AND METHOD FOR FORMING THROUGH HOLE}
본 발명은, 레이저 가공 장치 및 스루홀의 형성 방법에 관한 것이다.
반도체 제조 프로세스에 있어서, 레이저 광선을 조사하여 스루홀을 형성하는 것이 실시되고 있다. 고속으로 다수의 스루홀을 형성하기 위해, 갈바노 스캐너나 음향 광학 소자 (AOD) 등을 사용하여 레이저 광선의 방향을 고속으로 편향시키면서 천공 (穿孔) 이 실시되고 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조).
일본 공개특허공보 2008-119741호
특허문헌 1 에는, 웨이퍼에 다수의 스루홀을 양호한 생산성으로 형성하기 위한 방법이 기재되어 있다. 여기서, 일반적으로 스루홀은, 측벽과 바닥면은 수직 형상인 것이 바람직하지만, 특허문헌 1 에 나타낸 종래의 방법으로 형성된 스루홀은, 형성되는 하나의 스루홀에 대해 레이저 광선의 입사 각도가 일정했기 때문에 측벽과 바닥면이 이루는 각이 직각이 되지 않고, 테이퍼 형상으로 형성되어, 원하는 형상으로 형성되지 않을 우려가 있었다.
본 발명은, 상기를 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은, 피가공물을 원하는 형상으로 가공 가능한 레이저 가공 장치, 및 스루홀의 형상을 원하는 형상으로 가공 가능한 스루홀의 형성 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명에 의하면, 피가공물을 천공하는 레이저 가공 장치로서, 피가공물을 유지하는 척 테이블과, 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단과, 그 레이저 가공 장치를 제어하는 제어부를 구비하고, 그 레이저 광선 조사 수단은, 레이저 광선을 발진하는 레이저 광선 발진 수단과, 그 레이저 광선 발진 수단으로부터 발진된 레이저 광선을 집광하여 그 척 테이블에 유지된 피가공물에 조사하는 집광 렌즈와, 그 레이저 광선 발진 수단으로부터 발진된 레이저 광선의 진행 방향 하류에 배치 형성되고, 그 집광 렌즈의 광축에 대해 레이저 광선의 광로를 변경시키는 1 쌍의 제 1 축 레조넌트 스캐너를 갖는 제 1 광로 변경 수단과, 그 제 1 광로 변경 수단과 그 집광 렌즈 사이에 배치 형성되고, 그 집광 렌즈의 광축에 대해 레이저 광선의 광로를 변경시키는 1 쌍의 제 2 축 레조넌트 스캐너를 갖는 제 2 광로 변경 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 그 1 쌍의 제 1 축 레조넌트 스캐너 및 1 쌍의 제 2 축 레조넌트 스캐너는, 각각 쌍을 형성하는 레조넌트 스캐너에 있어서 동 위상으로 여진된다.
본 발명의 스루홀의 형성 방법은, 레이저 광선 발진 수단으로부터 레이저 광선을 발진하는 공정과, 발진된 레이저 광선을 1 쌍의 제 1 축 레조넌트 스캐너로 유도하고, 그 집광 렌즈의 광축에 대해 제 1 축 방향으로 레이저 광선의 광로를 변경시키는 공정과, 그 1 쌍의 제 1 축 레조넌트 스캐너를 통과한 레이저 광선을 1 쌍의 제 2 축 레조넌트 스캐너로 유도하고, 레이저 광선의 광로를 그 제 1 축과 직교하는 제 2 축 방향으로 광로를 변경시키는 공정과, 척 테이블에 의해 유지한 피가공물에 제 1 축 방향 및 제 2 축 방향으로 광로가 변경된 레이저 광선을 조사하는 공정을 포함한다.
바람직하게는, 상기 스루홀의 형성 방법에서는, 그 제 1 축 레조넌트 스캐너와 그 제 2 축 레조넌트 스캐너를 90°의 위상차로 고정시키고 여진시켜, 스루홀을 형성한다.
바람직하게는, 상기 스루홀의 형성 방법에서는, 그 1 쌍의 제 1 축 레조넌트 스캐너 및 1 쌍의 제 2 축 레조넌트 스캐너는, 각각 쌍을 형성하는 레조넌트 스캐너에 있어서 동 위상으로 여진된다.
본원 발명의 레이저 가공 장치 및 스루홀의 형성 방법에서는, 피가공물을 원하는 형상으로 가공 가능한 레이저 가공을 실시할 수 있다.
도 1 은, 실시형태에 관련된 레이저 가공 장치의 구성예를 나타내는 사시도이다.
도 2 는, 도 1 에 나타낸 레이저 가공 장치의 가공 대상의 웨이퍼 등을 나타내는 사시도이다.
도 3 은, 도 1 에 나타낸 레이저 가공 장치의 레이저 광선 조사 수단의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 4 는, 도 3 에 나타낸 레이저 광선 조사 수단의 제 1 광로 변경 수단의 구성예를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 5(a) 는, 도 3 에 나타낸 레이저 광선 조사 수단의 제 1 광로 변경 수단의 일방의 제 1 축 레조넌트 스캐너의 미러의 회전 각도의 변화를 나타내는 도면이고, 도 5(b) 는, 도 3 에 나타낸 레이저 광선 조사 수단의 제 1 광로 변경 수단의 타방의 제 1 축 레조넌트 스캐너의 미러의 회전 각도의 변화를 나타내는 도면이고, 도 5(c) 는, 도 3 에 나타낸 레이저 광선 조사 수단의 제 2 광로 변경 수단의 일방의 제 2 축 레조넌트 스캐너의 미러의 회전 각도의 변화를 나타내는 도면이며, 도 5(d) 는, 도 3 에 나타낸 레이저 광선 조사 수단의 제 2 광로 변경 수단의 타방의 제 2 축 레조넌트 스캐너의 미러의 회전 각도의 변화를 나타내는 도면이다.
도 6 은, 도 3 에 나타낸 레이저 광선 조사 수단의 제 2 광로 변경 수단의 제 2 스캐너를 출사한 레이저 광선이 피가공물을 천공하는 상태를 나타내는 단면도이다.
도 7 은, 실시형태에 관련된 스루홀의 형성 방법에 의해 스루홀이 형성된 웨이퍼를 나타내는 평면도이다.
도 8 은, 도 7 중의 VIII 부를 확대하여 나타내는 평면도이다.
본 발명을 실시하기 위한 형태 (실시형태) 에 대해, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 이하의 실시형태에 기재한 내용에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 또, 이하에 기재한 구성 요소에는, 당업자가 용이하게 상정할 수 있는 것, 실질적으로 동일한 것이 포함된다. 또한, 이하에 기재한 구성은 적절히 조합하는 것이 가능하다. 또, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 구성의 여러 가지의 생략, 치환 또는 변경을 실시할 수 있다.
본 발명의 실시형태에 관련된 레이저 가공 장치 및 스루홀의 형성 방법을 도면에 기초하여 설명한다. 도 1 은, 실시형태에 관련된 레이저 가공 장치의 구성예를 나타내는 사시도이다. 도 2 는, 도 1 에 나타낸 레이저 가공 장치의 가공 대상의 웨이퍼 등을 나타내는 사시도이다. 도 3 은, 도 1 에 나타낸 레이저 가공 장치의 레이저 광선 조사 수단의 구성예를 나타내는 도면이다. 도 4 는, 도 3 에 나타낸 레이저 광선 조사 수단의 제 1 광로 변경 수단의 구성예를 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 5(a) 는, 도 3 에 나타낸 레이저 광선 조사 수단의 제 1 광로 변경 수단의 일방의 제 1 축 레조넌트 스캐너의 미러의 회전 각도의 변화를 나타내는 도면이고, 도 5(b) 는, 도 3 에 나타낸 레이저 광선 조사 수단의 제 1 광로 변경 수단의 타방의 제 1 축 레조넌트 스캐너의 미러의 회전 각도의 변화를 나타내는 도면이고, 도 5(c) 는, 도 3 에 나타낸 레이저 광선 조사 수단의 제 2 광로 변경 수단의 일방의 제 2 축 레조넌트 스캐너의 미러의 회전 각도의 변화를 나타내는 도면이며, 도 5(d) 는, 도 3 에 나타낸 레이저 광선 조사 수단의 제 2 광로 변경 수단의 타방의 제 2 축 레조넌트 스캐너의 미러의 회전 각도의 변화를 나타내는 도면이다. 도 6 은, 도 3 에 나타낸 레이저 광선 조사 수단의 제 2 광로 변경 수단의 제 2 스캐너를 출사한 레이저 광선이 피가공물을 천공하는 상태를 나타내는 단면도이다. 도 7 은, 실시형태에 관련된 스루홀의 형성 방법에 의해 스루홀이 형성된 웨이퍼를 나타내는 평면도이다. 도 8 은, 도 7 중의 VIII 부를 확대하여 나타내는 평면도이다.
실시형태에 관련된 스루홀의 형성 방법은, 도 1 에 나타낸 레이저 가공 장치 (1) 에 의해 실시되는 방법 (즉, 레이저 가공 장치 (1) 를 사용하는 방법) 이다. 레이저 가공 장치 (1) 는, 피가공물로서의 웨이퍼 (W) 를 천공하는 장치이다.
레이저 가공 장치 (1) 에 의해 천공되는 웨이퍼 (W) 는, 도 2 및 도 7 에 나타내는 바와 같이, 실시형태에서는 실리콘, 사파이어, 갈륨 등을 모재로 하는 원 판상의 반도체 웨이퍼나 광 디바이스 웨이퍼이다. 웨이퍼 (W) 는, 표면 (WS) 에 격자상으로 형성되는 복수의 분할 예정 라인 (S) 에 의해 구획된 영역에 디바이스 (D) 가 형성되어 있다. 웨이퍼 (W) 는, 분할 예정 라인 (S) 을 따라 절단 함으로써, 디바이스 (D) 가 형성된 영역을 분할하여, 각각의 반도체 칩으로 제조된다. 웨이퍼 (W) 는, 디바이스 (D) 가 복수 형성되어 있는 표면 (WS) 에 점착 테이프 (T) 가 첩착 (貼着) 되어, 점착 테이프 (T) 의 외부 가장자리가 고리형 프레임 (F) 에 첩착됨으로써, 고리형 프레임 (F) 의 개구에 점착 테이프 (T) 에 의해 지지된다. 웨이퍼 (W) 는, 표면 (WS) 의 뒤쪽의 이면 (WR) 측으로부터 디바이스 (D) 의 본딩 패드 (PD) (도 6 에 나타낸다) 에 도달하는 구멍인 스루홀 (VH) (도 8 에 나타낸다) 이 형성된다.
레이저 가공 장치 (1) 는, 웨이퍼 (W) 의 표면 (WS) 에 있어서의 본딩 패드 (PD) 가 형성된 위치의 이면 (WR) 으로부터 본딩 패드 (PD) 에 도달하는 스루홀 (VH) 을 형성하는 것이다. 레이저 가공 장치 (1) 는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼 (W) 를 유지하는 척 테이블 (10) (피가공물 유지 수단에 상당) 과, 척 테이블 (10) 에 유지된 웨이퍼 (W) 의 이면 (WR) 으로부터 스루홀 (VH) 을 형성하기 위해서, 레이저 광선 (L) (도 3 에 나타낸다) 을 조사하는 레이저 광선 조사 수단 (20) 과, X 축 이동 수단 (40) 과, Y 축 이동 수단 (50) 과, 제어부 (100) 를 적어도 구비한다.
척 테이블 (10) 은, 가공 전의 웨이퍼 (W) 가 유지면 (10a) 상에 재치 (載置) 되어, 점착 테이프 (T) 를 개재하여 고리형 프레임 (F) 의 개구에 첩착된 웨이퍼 (W) 를 유지하는 것이다. 척 테이블 (10) 은, 유지면 (10a) 을 구성하는 부분이 포러스 세라믹 등으로 형성된 원반 형상이며, 도시되지 않은 진공 흡인 경로를 통하여 도시되지 않은 진공 흡인원과 접속되어, 유지면 (10a) 에 재치된 웨이퍼 (W) 를 점착 테이프 (T) 를 개재하여 흡인함으로써 유지한다. 또한, 척 테이블 (10) 은, X 축 이동 수단 (40) 에 의해 X 축 방향으로 가공 이송되고, 또한 회전 구동원 (도시 생략) 에 의해 중심 축선 (Z 축으로 평행인) 둘레로 회전됨과 함께, Y 축 이동 수단 (50) 에 의해 Y 축 방향으로 산출 이송된다. 또, 척 테이블 (10) 의 주위에는, 에어 액추에이터에 의해 구동되어 웨이퍼 (W) 의 주위의 고리형 프레임 (F) 을 협지하는 클램프부 (11) 가 복수 형성되어 있다.
레이저 광선 조사 수단 (20) 은, 척 테이블 (10) 에 유지된 웨이퍼 (W) 에 대해, 웨이퍼 (W) 가 흡수성을 갖는 파장 (예를 들어, 355 ㎚) 의 레이저 광선 (L) 을 조사하고, 웨이퍼 (W) 의 이면 (WR) 측으로부터 스루홀 (VH) 을 형성하는 것이다. 즉, 레이저 광선 조사 수단 (20) 은, 웨이퍼 (W) 의 이면 (WR) 측에 흡수성을 갖는 파장의 레이저 광선 (L) 을 조사하여, 웨이퍼 (W) 에 어블레이션 가공을 실시하는 것이다.
레이저 광선 조사 수단 (20) 은, 도 1 및 도 3 에 나타내는 바와 같이, 장치 본체 (2) 의 기둥부 (3) 에 지지된 케이싱 (21) 과, 레이저 발진기 (22) (레이저 광선 발진 수단에 상당) 와, 집광 렌즈 (23) 와, 제 1 광로 변경 수단 (60) 과, 제 2 광로 변경 수단 (70) 과, 미러 (24) 를 구비한다.
레이저 발진기 (22) 는, 웨이퍼 (W) 가 흡수성을 갖는 파장의 레이저 광선 (L) 을 발진한다. 집광 렌즈 (23) 는, 척 테이블 (10) 의 유지면 (10a) 에 대향하여 케이싱 (21) 의 선단부에 형성되어 있다. 집광 렌즈 (23) 는, 레이저 발진기 (22) 로부터 발진된 레이저 광선 (L) 을 집광하여 척 테이블 (10) 에 유지된 웨이퍼 (W) 에 집광하는 것이다. 집광 렌즈 (23) 로서, F-Θ 렌즈, 바람직하게는 텔레센트릭 F-Θ 렌즈를 사용하는 것이 바람직하다. 본 실시형태에서는, 레이저 가공 장치 (1) 는, 집광 렌즈 (23) 로서, 텔레센트릭 F-Θ 렌즈를 사용한다.
제 1 광로 변경 수단 (60) 은, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 레이저 발진기 (22) 의 레이저 광선 (L) 의 진행 방향 하류에 배치 형성되고, 집광 렌즈 (23) 의 광축 (P) (도 3 에 나타낸다) 에 대해 레이저 광선 (L) 의 광로 (LAX) 를 Y 축 방향 (제 1 축 방향에 상당) 과 평행하게 편심시키는 1 쌍의 제 1 축 레조넌트 스캐너 (61) 를 갖는다. 제 1 광로 변경 수단 (60) 은, 레이저 발진기 (22) 의 레이저 광선 (L) 의 광로 (LAX) 를 Y 축 방향 (제 1 축 방향에 상당) 으로 왕복 진동시킨다. 1 쌍의 제 1 축 레조넌트 스캐너 (61) 는, Y 축 방향으로 간격을 두고 배치되어 있다. 제 1 축 레조넌트 스캐너 (61) 는, X 축 방향과 평행한 축심 (Qx) 둘레로 자유롭게 회전할 수 있도록 형성된 평판상의 미러 (62) 와, 미러 (62) 를 공진 운동에 의해 축심 (Qx) 둘레로 회전시키는 주사부 (63) 를 구비한다.
일방의 제 1 축 레조넌트 스캐너 (61a) (이하, 부호 61a 로 나타낸다) 의 미러 (62) 에는, 레이저 발진기 (22) 가 발진한 레이저 광선 (L) 이, 레이저 발진기 (22) 와 제 1 광로 변경 수단 (60) 사이에 배치 형성된 미러 (24) 를 개재하여 입사된다. 일방의 제 1 축 레조넌트 스캐너 (61a) 의 미러 (62) 는, 레이저 광선 (L) 을 타방의 제 1 축 레조넌트 스캐너 (61b) (이하, 부호 61b 로 나타낸다) 를 향하여 반사한다. 타방의 제 1 축 레조넌트 스캐너 (61b) 의 미러 (62) 는, 레이저 광선 (L) 을 제 2 광로 변경 수단 (70) 을 향하여 반사한다.
일방의 제 1 축 레조넌트 스캐너 (61a) 의 미러 (62) 는, 도 5(a) 에 나타내는 바와 같이, 레이저 광선 (L) 을 Y 축 방향과 평행하게 타방의 제 1 축 레조넌트 스캐너 (61b) 의 미러 (62) 를 향하여 반사하도록 미러 (62) 를 회전시킨 각도를 영으로 하여, 시간 경과와 함께 축심 (Qx) 둘레의 각도가 정현 (正弦) 곡선을 형성하도록 주사부 (63) 에 의해 회전된다. 타방의 제 1 축 레조넌트 스캐너 (61b) 의 미러 (62) 는, 도 5(b) 에 나타내는 바와 같이, Y 축 방향과 평행한 레이저 광선 (L) 을 Z 축 방향과 평행하게 제 2 광로 변경 수단 (70) 을 향하여 반사하도록 미러 (62) 를 회전시킨 각도를 영으로 하여, 시간 경과와 함께 축심 (Qx) 둘레의 각도가 정현 곡선을 형성하도록 주사부 (63) 에 의해 회전된다. 즉, 각도가 영이 되는 방향에서는, 미러 (62) 의 반사면의 Y 축 방향과의 이루는 각도 Θ (도 4 에 나타낸다) 는, 45 도가 된다. 또, 일방의 제 1 축 레조넌트 스캐너 (61a) 의 미러 (62) 와, 타방의 제 1 축 레조넌트 스캐너 (61b) 의 미러 (62) 는, 축심 (Qx) 둘레로 서로 연동하여 동 방향으로 회전된다.
구체적으로는, 일방의 제 1 축 레조넌트 스캐너 (61a) 의 미러 (62) 가 축심 (Qx) 둘레로 화살표 KX1 (도 4 에 나타낸다) 방향으로 회전하면, 타방의 제 1 축 레조넌트 스캐너 (61b) 의 미러 (62) 가 축심 (Qx) 둘레로 화살표 KX1 (도 4 에 나타낸다) 방향으로 회전한다. 일방의 제 1 축 레조넌트 스캐너 (61a) 의 미러 (62) 가 축심 (Qx) 둘레로 화살표 KX1 의 역방향인 화살표 KX2 방향으로 회전하면, 타방의 제 1 축 레조넌트 스캐너 (61b) 의 미러 (62) 가 축심 (Qx) 둘레로 화살표 KX1 의 역방향인 화살표 KX2 방향으로 회전한다. 또, 일방의 제 1 축 레조넌트 스캐너 (61a) 의 미러 (62) 의 최대 편향각 (A) 과, 타방의 제 1 축 레조넌트 스캐너 (61b) 의 미러 (62) 의 최대 편향각 (A) 은 동등하고, 일방의 제 1 축 레조넌트 스캐너 (61a) 의 미러 (62) 의 회전 주파수와, 타방의 제 1 축 레조넌트 스캐너 (61b) 의 미러 (62) 의 회전 주파수는 동등하고, 미러 (62) 는, 주사부 (63) 에 의해 축심 (Qx) 둘레로 회전된다. 일방의 제 1 축 레조넌트 스캐너 (61a) 의 미러 (62) 의 각도가 영이 되는 방향으로부터의 회전과, 타방의 제 1 축 레조넌트 스캐너 (61b) 의 미러 (62) 의 각도가 영이 되는 방향으로부터의 회전의 위상이 동등하고, 미러 (62) 는, 주사부 (63) 에 의해 축심 (Qx) 둘레로 회전된다. 이와 같이, 1 쌍의 제 1 레조넌트 스캐너 (61a, 61b) 는, 쌍을 형성하는 레조넌트 스캐너에 있어서 동 위상으로 여진된다.
제 2 광로 변경 수단 (70) 은, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 제 1 광로 변경 수단 (60) 과 집광 렌즈 (23) 사이에 배치 형성되고, 집광 렌즈 (23) 의 광축 (P) 에 대해 레이저 광선 (L) 의 광로 (LAX) 를 X 축 방향 (제 2 축 방향에 상당) 과 평행하게 변경시키는 1 쌍의 제 2 축 레조넌트 스캐너 (71) 를 갖는다. 제 2 광로 변경 수단 (70) 은, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 레이저 발진기 (22) 의 레이저 광선 (L) 의 광로 (LAX) 를 X 축 방향 (제 2 축 방향에 상당) 으로 왕복 진동시킨다. 1 쌍의 제 2 축 레조넌트 스캐너 (71) 는, X 축 방향으로 간격을 두고 배치되어 있다. 제 2 축 레조넌트 스캐너 (71) 는, Y 축 방향과 평행한 축심 (Qy) 둘레로 자유롭게 회전할 수 있도록 형성된 평판상의 미러 (72) 와, 미러 (72) 를 공진 운동에 의해 축심 (Qy) 둘레로 회전시키는 주사부 (73) 를 구비한다.
일방의 제 2 축 레조넌트 스캐너 (71) (이하, 부호 71a 로 나타낸다) 의 미러 (72) 에는, 타방의 제 1 축 레조넌트 스캐너 (61b) 의 미러 (62) 가 반사한 레이저 광선 (L) 이 입사된다. 일방의 제 2 축 레조넌트 스캐너 (71a) 의 미러 (72) 는, 레이저 광선 (L) 을 타방의 제 2 축 레조넌트 스캐너 (71) (이하, 부호 71b 로 나타낸다) 를 향하여 반사한다. 타방의 제 2 축 레조넌트 스캐너 (71b) 의 미러 (72) 는, 레이저 광선 (L) 을 집광 렌즈 (23) 를 향하여 반사한다.
일방의 제 2 축 레조넌트 스캐너 (71a) 의 미러 (72) 는, 도 5(c) 에 나타내는 바와 같이, Z 축 방향과 평행한 레이저 광선 (L) 을 X 축 방향과 평행하게 타방의 제 2 축 레조넌트 스캐너 (71b) 의 미러 (72) 를 향하여 반사하도록 미러 (62) 를 회전시킨 각도를 영으로 하여, 시간 경과와 함께 축심 (Qy) 둘레의 각도가 정현 곡선을 형성하도록 주사부 (73) 에 의해 회전된다. 타방의 제 2 축 레조넌트 스캐너 (71b) 의 미러 (72) 는, 도 5(d) 에 나타내는 바와 같이, X 축 방향과 평행한 레이저 광선 (L) 을 Z 축 방향과 평행하게 집광 렌즈 (23) 를 향하여 반사하도록 미러 (62) 를 회전시킨 각도를 영으로 하여, 시간 경과와 함께 축심 (Qy) 둘레의 각도가 정현 곡선을 형성하도록 주사부 (73) 에 의해 회전된다. 즉, 각도가 영이 되는 방향에서는, 미러 (72) 의 반사면의 X 축 방향과의 이루는 각도는, 45 도가 된다. 또, 일방의 제 2 축 레조넌트 스캐너 (71a) 의 미러 (72) 와, 타방의 제 2 축 레조넌트 스캐너 (71b) 의 미러 (72) 는, 축심 (Qy) 둘레로 서로 연동하여 동 방향으로 회전된다.
구체적으로는, 일방의 제 2 축 레조넌트 스캐너 (71a) 의 미러 (72) 가 축심 (Qy) 둘레로 화살표 Ky1 방향으로 회전하면, 타방의 제 2 축 레조넌트 스캐너 (71b) 의 미러 (72) 가 축심 (Qy) 둘레로 화살표 Ky1 방향으로 회전한다. 일방의 제 2 축 레조넌트 스캐너 (71a) 의 미러 (72) 가 축심 (Qy) 둘레로 화살표 Ky1 의 역방향인 화살표 Ky2 방향으로 회전하면, 타방의 제 2 축 레조넌트 스캐너 (71b) 의 미러 (72) 가 축심 (Qy) 둘레로 화살표 Ky1 의 역방향인 화살표 Ky2 방향으로 회전한다. 또, 일방의 제 2 축 레조넌트 스캐너 (71a) 의 미러 (72) 의 최대 편향각 (A) 과, 타방의 제 2 축 레조넌트 스캐너 (71b) 의 미러 (72) 의 최대 편향각 (A) 은 동등하고, 일방의 제 2 축 레조넌트 스캐너 (71a) 의 미러 (72) 의 회전 주파수와, 타방의 제 2 축 레조넌트 스캐너 (71b) 의 미러 (72) 의 회전 주파수는 동등하고, 미러 (72) 는, 주사부 (73) 에 의해 축심 (Qy) 둘레로 회전된다. 일방의 제 2 축 레조넌트 스캐너 (71a) 의 미러 (72) 의 각도가 영이 되는 방향으로부터의 회전과, 타방의 제 2 축 레조넌트 스캐너 (71b) 의 미러 (72) 의 각도가 영이 되는 방향으로부터의 회전의 위상이 동등하고, 미러 (72) 는, 주사부 (73) 에 의해 축심 (Qy) 둘레로 회전된다. 이와 같이, 1 쌍의 제 2 축 레조넌트 스캐너 (71a, 71b) 는, 쌍을 형성하는 레조넌트 스캐너에 있어서 동 위상으로 여진된다.
또, 제 2 축 레조넌트 스캐너 (71a, 71b) 의 미러 (72) 의 최대 편향각 (A) 은, 제 1 축 레조넌트 스캐너 (61a, 61b) 의 미러 (62) 의 최대 편향각 (A) 과 동등하고, 미러 (62, 72) 는, 주사부 (63, 73) 에 의해 축심 (Qx, Qy) 둘레로 회전된다. 제 2 축 레조넌트 스캐너 (71a, 71b) 의 미러 (72) 의 회전 주파수는, 제 1 축 레조넌트 스캐너 (61a, 61b) 의 미러 (62) 의 회전 주파수와 동등하고, 미러 (62, 72) 는, 주사부 (63, 73) 에 의해 축심 (Qx, Qy) 둘레로 회전된다. 또한, 제 2 축 레조넌트 스캐너 (71a, 71b) 의 미러 (72) 의 회전의 위상과, 제 1 축 레조넌트 스캐너 (61a, 61b) 의 미러 (62) 의 회전의 위상은, 1/4 주기만큼 어긋나, 미러 (62, 72) 는, 주사부 (63, 73) 에 의해 축심 (Qx, Qy) 둘레로 회전된다. 또한, 레조넌트 스캐너 (61a, 61b, 71a, 71b) 는, 공진형 발진기, 레조넌트 오실레이터 등으로도 불린다. 또, 레조넌트 스캐너 (61a, 61b, 71a, 71b) 는, 구동시의 최대 편향각 (A, -A) 이 될 때의 각각의 미러 (62) 의 표면의 법선이 이루는 각도를 2 등분하는 방향을 법선의 방향으로 하는 표면의 방향을 미러 (62) 의 각도를 영으로 정의할 수 있다. 또, 레조넌트 스캐너 (61a, 61b, 71a, 71b) 는, 공진하고 있지 않을 때의 미러 (62) 의 표면의 방향을 영으로 해도 된다.
이와 같이, 레이저 가공 장치 (1) 는, 제 1 축 레조넌트 스캐너 (61a, 61b) 와 제 2 축 레조넌트 스캐너 (71a, 71b) 를 90°의 위상차로 고정시키고 여진시켜, 스루홀 (VH) 을 형성한다. 또, 레이저 광선 조사 수단 (20) 은, 제 1 축 레조넌트 스캐너 (61a, 61b) 의 미러 (62) 와, 제 2 축 레조넌트 스캐너 (71a, 71b) 의 미러 (72) 가 주사부 (63, 73) 에 의해 축심 (Qx, Qy) 둘레로 전술한 바와 같이 회전됨으로써, 스폿이 원형이 되도록 레이저 광선 (L) 의 광로를 변경시킨다. 또, 레이저 광선 조사 수단 (20) 은, 집광 렌즈 (23) 로서 텔레센트릭 f-Θ 렌즈를 사용함으로써, 척 테이블 (10) 에 유지된 웨이퍼 (W) 의 이면 (WR) 측으로부터 스루홀 (VH) 을 형성해도 웨이퍼 (W) 의 이면 (WR) 및 스루홀 (VH) 의 바닥면에 있어서 동일 크기이며 동일 형상의 원형을 이루도록, 레이저 광선 (L) 의 광로를 변경시킬 수 있다. 또한, 미러 (24), 제 1 광로 변경 수단 (60) 및 제 2 광로 변경 수단 (70) 은, 케이싱 (21) 내 등에 형성되어 있다.
제어부 (100) 는, 레이저 가공 장치 (1) 를 구성하는 상기 서술한 구성 요소를 각각 제어하는 것이다. 제어부 (100) 는, 웨이퍼 (W) 의 이면 (WR) 으로부터 본딩 패드 (PD) 에 도달하는 스루홀 (VH) 을 형성하는 가공 동작을 레이저 가공 장치 (1) 에 실시하게 하는 것이다. 또한, 제어부 (100) 는, 예를 들어 CPU 등으로 구성된 연산 처리 장치나 ROM, RAM 등을 구비하는 도시되지 않은 마이크로 프로세서를 주체로 하여 구성되어 있고, 가공 동작 상태를 표시하는 표시 수단이나, 오퍼레이터가 가공 내용 정보 등을 등록할 때에 사용하는 조작 수단과 접속되어 있다.
다음으로, 본 실시형태에 관련된 레이저 가공 장치 (1) 를 사용한 스루홀의 형성 방법을 도면을 참조하여 설명한다. 스루홀의 형성 방법은, 레이저 가공 장치 (1) 에 의해 웨이퍼 (W) 의 이면 (WR) 에 레이저 광선 (L) 을 조사하여, 본딩 패드 (PD) 에 도달하는 스루홀 (VH) 을 형성하는 방법이다.
먼저, 스루홀의 형성 방법에서는, 오퍼레이터가 가공 내용 정보를 제어부 (100) 에 등록하고, 오퍼레이터가 레이저 광선 조사 수단 (20) 으로부터 이간된 척 테이블 (10) 의 유지면 (10a) 상에 웨이퍼 (W) 를 재치하고, 가공 동작의 개시 지시가 있었을 경우에, 레이저 가공 장치 (1) 가 가공 동작을 개시한다. 가공 동작에서는, 제어부 (100) 는, 척 테이블 (10) 의 유지면 (10a) 에 웨이퍼 (W) 를 흡인 유지하고, 클램프부 (11) 에서 고리형 프레임 (F) 을 협지한다. 제어부 (100) 는, X 축 이동 수단 (40) 및 Y 축 이동 수단 (50) 에 의해 척 테이블 (10) 을 레이저 광선 조사 수단 (20) 의 하방을 향해 이동시켜, 레이저 광선 (L) 의 도시되지 않은 촬상 수단의 하방에 척 테이블 (10) 에 유지된 웨이퍼 (W) 를 위치 결정하고, 촬상 수단에 촬상시킨다. 촬상 수단은, 촬상한 화상의 정보를 제어부 (100) 에 출력한다. 그리고, 제어부 (100) 가, 패턴 매칭 등의 화상 처리를 실시하고, 웨이퍼 (W) 에 스루홀 (VH) 을 형성하는 위치를 산출한 후, 산출한 위치 중 하나에 스루홀 (VH) 을 형성할 수 있도록, 척 테이블 (10) 에 유지된 웨이퍼 (W) 와 레이저 광선 조사 수단 (20) 의 상대 위치를 조정한다.
그리고, 제어부 (100) 는, 레이저 발진기 (22) 로부터 레이저 광선 (L) 을 발진시켜, 발진된 레이저 광선 (L) 을 1 쌍의 제 1 축 레조넌트 스캐너 (61a, 61b) 로 유도하고 집광 렌즈 (23) 의 광축 (P) 에 대해 Y 축 방향으로 레이저 광선 (L) 의 광로 (LAX) 를 변경시킨다. 또, 제어부 (100) 는, 1 쌍의 제 1 축 레조넌트 스캐너 (61a, 61b) 를 통과한 레이저 광선 (L) 을 1 쌍의 제 2 축 레조넌트 스캐너 (71a, 71b) 로 유도하고, X 축 방향으로 광로를 변경시켜, 척 테이블 (10) 에서 유지한 웨이퍼 (W) 에 Y 축 방향, X 축 방향으로 광로가 변경된 레이저 광선 (L) 을 조사한다. 그리고, 제어부 (100) 는, 도 6 및 도 8 에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼 (W) 의 이면 (WR) 측으로부터 스루홀 (VH) 을 형성한다.
제어부 (100) 는, 하나의 스루홀 (VH) 을 형성하면, 레이저 광선 (L) 의 발진을 정지시킨 후, 다음의 스루홀 (VH) 을 형성할 수 있도록, 척 테이블 (10) 에 유지된 웨이퍼 (W) 와 레이저 광선 조사 수단 (20) 의 상대 위치를 조정한 후, 조금 전과 동일하게 스루홀 (VH) 을 형성한다. 제어부 (100) 는, 모든 스루홀 (VH) 을 형성하면, 레이저 광선 (L) 의 발진을 정지시켜, 척 테이블 (10) 을 레이저 광선 조사 수단 (20) 으로부터 이간된 위치로 이동시킨 후, 척 테이블 (10) 의 흡인 유지 및 클램프부 (11) 의 협지를 해제한다. 그리고, 오퍼레이터가 모든 스루홀 (VH) 이 형성된 웨이퍼 (W) 를 척 테이블 (10) 상으로부터 제거함과 함께, 스루홀 (VH) 형성 전의 웨이퍼 (W) 를 다시 척 테이블 (10) 상에 재치하고, 전술한 공정을 반복하여, 웨이퍼 (W) 에 스루홀 (VH) 을 형성한다.
이렇게 하여, 스루홀의 형성 방법은, 레이저 발진기 (22) 로부터 레이저 광선 (L) 을 발진하는 공정과, 발진된 레이저 광선 (L) 을 1 쌍의 제 1 축 레조넌트 스캐너 (61a, 61b) 로 유도하고 집광 렌즈 (23) 의 광축 (P) 에 대해 Y 축 방향으로 레이저 광선 (L) 의 광로 (LAX) 를 변경시키는 공정과, 1 쌍의 제 1 축 레조넌트 스캐너 (61a, 61b) 를 통과한 레이저 광선 (L) 을 1 쌍의 제 2 축 레조넌트 스캐너 (71a, 71b) 로 유도하고, 레이저 광선 (L) 의 Y 축 방향과 직교하는 X 축 방향으로 광로 (LAX) 를 변경시키는 공정과, 척 테이블 (10) 에서 유지한 웨이퍼 (W) 에 Y 축 방향 및 X 축 방향으로 광로가 변경된 레이저 광선 (L) 을 조사하는 공정을 갖게 된다.
이상과 같이, 실시형태에 관련된 레이저 가공 장치 (1) 에 의하면, 레이저 광선 조사 수단 (20) 이, 레이저 광선 (L) 의 광로를 Y 축 방향과 평행하게 변경시키는 1 쌍의 제 1 축 레조넌트 스캐너 (61a, 61b) 를 갖는 제 1 광로 변경 수단 (60) 과, 레이저 광선 (L) 의 광로를 X 축 방향과 평행하게 변경시키는 1 쌍의 제 2 축 레조넌트 스캐너 (71a, 71b) 를 갖는 제 2 광로 변경 수단 (70) 을 구비한다. 레이저 광선 조사 수단 (20) 은, 제 1 축 레조넌트 스캐너 (61a, 61b) 의 미러 (62) 의 최대 편향각 (A) 및 회전 주파수와, 제 2 축 레조넌트 스캐너 (71a, 71b) 의 미러 (72) 의 최대 편향각 (A) 및 회전 주파수가 동등하다. 또, 레이저 광선 조사 수단 (20) 은, 제 1 축 레조넌트 스캐너 (61a, 61b) 의 미러 (62) 의 회전의 위상과, 제 2 축 레조넌트 스캐너 (71a, 71b) 의 미러 (72) 의 회전의 위상이 1/4 주기만큼 어긋나 있다. 이 때문에, 레이저 가공 장치 (1) 는, 스폿이 원형이 되도록 레이저 광선 (L) 을 편심시킨다. 또, 레이저 가공 장치 (1) 는, 집광 렌즈 (23) 로서 텔레센트릭 f-Θ 렌즈를 사용함으로써, 척 테이블 (10) 에 유지된 웨이퍼 (W) 의 이면 (WR) 측으로부터 스루홀 (VH) 을 형성해도 웨이퍼 (W) 의 이면 (WR) 및 스루홀 (VH) 의 바닥면에 있어서 동일 크기이며 동일 형상의 원형을 이루도록, 레이저 광선 (L) 의 광로를 변경시킬 수 있다.
또, 스루홀의 형성 방법은, 전술한 구성의 레이저 가공 장치 (1) 를 사용하여, 웨이퍼 (W) 의 이면 (WR) 측으로부터 스루홀 (VH) 을 형성하므로, 이면 (WR) 측으로부터 표면 (WS) 측을 향하여 균일한 내경의 평면에서 보았을 때 원형의 스루홀 (VH) 을 웨이퍼 (W) 에 형성할 수 있다. 따라서, 전술한 실시형태에 관련된 레이저 가공 장치 (1) 및 스루홀의 형성 방법은, 웨이퍼 (W) 에 균일한 내경의 평면에서 보았을 때 원형의 스루홀 (VH) 을 형성할 수 있기 때문에, 스루홀 (VH) 의 바닥면과 내주면이 직교시킬 수 있고, 스루홀 (VH) 의 형상을 원하는 형상으로 가공 가능한 레이저 가공을 실시할 수 있다. 따라서, 전술한 실시형태에 관련된 형성 방법은, 피가공물인 웨이퍼를 원하는 형상으로 가공할 수 있다.
또한, 본 발명은, 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 골자를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다. 예를 들어, 일방의 제 1 축 및 제 2 축 레조넌트 스캐너 (61a, 71a) 와, 타방의 제 1 축 및 제 2 축 레조넌트 스캐너 (61b, 71b) 사이에 레이저 광선 (L) 을 반사하는 미러를 배치 형성하고, 1 쌍의 제 1 축 레조넌트 스캐너 (61a, 61b) 의 미러 (62) 끼리를 서로 연동하여 역방향으로 회전시킴과 함께, 1 쌍의 제 2 축 레조넌트 스캐너 (71a, 71b) 의 미러 (72) 끼리를 서로 연동하여 역방향으로 회전시켜도 된다.
또, 본 발명의 레이저 가공 장치 (1) 는, 1 쌍의 제 1 축 레조넌트 스캐너 (61a, 61b) 의 미러 (62) 의 최대 편향각 (A), 회전 주파수, 1 쌍의 제 2 축 레조넌트 스캐너 (71a, 71b) 의 미러 (72) 의 최대 편향각 (A), 회전 주파수, 및 제 1 축 레조넌트 스캐너 (61a, 61b) 의 미러 (62) 의 회전과, 제 2 축 레조넌트 스캐너 (71a, 71b) 의 미러 (72) 의 회전의 위상의 어긋남을 임의로 변경하여, 스폿이 임의의 형상을 이루도록 레이저 광선의 광로를 변경시켜도 된다. 본 발명의 레이저 가공 장치 (1) 및 형성 방법에서는, 스루홀 (VH) 에 한정되지 않고, 홈 등을 형성하거나 하는 그 밖의 형상으로 피가공물을 가공해도 된다.
1 : 레이저 가공 장치
10 : 척 테이블 (피가공물 유지 수단)
20 : 레이저 광선 조사 수단
22 : 레이저 발진기 (레이저 광선 발진 수단)
23 : 집광 렌즈
60 : 제 1 광로 변경 수단
61, 61a, 61b : 제 1 축 레조넌트 스캐너
70 : 제 2 광로 변경 수단
71, 71a, 71b : 제 2 축 레조넌트 스캐너
W : 웨이퍼 (피가공물)
L : 레이저 광선
LAX : 광로
P : 광축

Claims (5)

  1. 웨이퍼를 천공하는 레이저 가공 장치로서,
    웨이퍼를 유지하는 피가공물 유지 수단과,
    레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단을 적어도 구비하는 레이저 가공 장치로서,
    그 레이저 광선 조사 수단은,
    레이저 광선을 발진하는 레이저 광선 발진 수단과,
    그 레이저 광선 발진 수단으로부터 발진된 레이저 광선을 집광하여 그 피가공물 유지 수단에 유지된 웨이퍼에 조사하는 집광 렌즈와,
    그 레이저 광선 발진 수단의 레이저 광선의 진행 방향 하류에 배치 형성되고, 그 집광 렌즈의 광축에 대해 레이저 광선의 광로를 변경시키는 1 쌍의 제 1 축 레조넌트 스캐너를 갖는 제 1 광로 변경 수단과,
    그 제 1 광로 변경 수단과 그 집광 렌즈 사이에 배치 형성되고, 그 집광 렌즈의 광축에 대해 레이저 광선의 광로를 변경시키는 1 쌍의 제 2 축 레조넌트 스캐너를 갖는 제 2 광로 변경 수단과,
    그 레이저 가공 장치를 제어하는 제어부를 구비하고,
    그 제 1 축 레조넌트 스캐너의 미러의 회전 주파수와 그 제 2 축 레조넌트 스캐너의 미러의 회전 주파수가 동등하며, 또한 그 제 1 축 레조넌트 스캐너의 미러의 회전의 위상과, 그 제 2 축 레조넌트 스캐너의 미러의 회전의 위상을 1/4 주기만큼 어긋나게 하는, 레이저 가공 장치.
  2. 레이저 가공 장치에 의해 웨이퍼에 레이저 광선을 조사하여 스루홀을 형성하는 스루홀의 형성 방법으로서,
    그 레이저 가공 장치는,
    웨이퍼를 유지하는 피가공물 유지 수단과,
    그 피가공물 유지 수단에 유지된 웨이퍼에 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단을 갖고,
    그 레이저 광선 조사 수단은,
    레이저 광선을 발진하는 레이저 광선 발진 수단과,
    그 레이저 광선 발진 수단으로부터 발진된 레이저 광선을 집광하여 그 피가공물 유지 수단에 유지된 웨이퍼에 조사하는 집광 렌즈와,
    그 레이저 광선 발진 수단의 레이저 광선의 진행 방향 하류에 배치 형성되고, 그 집광 렌즈의 광축에 대해 레이저 광선의 광로를 변경시키는 1 쌍의 제 1 축 레조넌트 스캐너를 갖는 제 1 광로 변경 수단과,
    그 제 1 광로 변경 수단과 그 집광 렌즈 사이에 배치 형성되고, 그 집광 렌즈의 광축에 대해 레이저 광선의 광로를 변경시키는 1 쌍의 제 2 축 레조넌트 스캐너를 갖는 제 2 광로 변경 수단을 적어도 포함하고,
    그 제 1 축 레조넌트 스캐너의 미러의 회전 주파수와 그 제 2 축 레조넌트 스캐너의 미러의 회전 주파수가 동등하고, 또한 그 제 1 축 레조넌트 스캐너의 미러의 회전의 위상과, 그 제 2 축 레조넌트 스캐너의 미러의 회전의 위상을 1/4 주기만큼 어긋나게 하고,
    그 스루홀의 형성 방법은,
    그 레이저 광선 발진 수단으로부터 레이저 광선을 발진하는 공정과,
    발진된 레이저 광선을 1 쌍의 제 1 축 레조넌트 스캐너로 유도하고 그 집광 렌즈의 광축에 대해 제 1 축 방향으로 레이저 광선의 광로를 변경시키는 공정과,
    그 1 쌍의 제 1 축 레조넌트 스캐너를 통과한 레이저 광선을 1 쌍의 제 2 축 레조넌트 스캐너로 유도하고, 레이저 광선의 광로를 그 제 1 축과 직교하는 제 2 축 방향으로 광로를 변경시키는 공정과,
    그 피가공물 유지 수단에 의해 유지한 웨이퍼에 제 1 축 방향 및 제 2 축 방향으로 광로가 변경된 레이저 광선을 조사하는 공정을 갖는 스루홀의 형성 방법.
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