KR102442329B1 - 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법 - Google Patents

레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법 Download PDF

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Abstract

레이저 가공 장치(300)는 레이저광 L을 출사하는 레이저 광원(202)과, 레이저광 L을 가공 대상물(1)에 집광하는 집광 광학계(204)와, 레이저광 L이 적어도 제1 가공광 및 제2 가공광을 포함하는 0차광 및 ±n차광(n은 자연수)으로 분기되어, 제1 가공광이 제1 집광점에 집광됨과 아울러 제2 가공광이 제2 집광점에 집광되도록, 레이저광 L을 변조하는 반사형 공간 광 변조기(203)와, 가공 대상물(1)에 집광되는 0차광 및 ±n차광 중 제1 가공광 및 제2 가공광에 대해서 외측에 집광되는 광을 차단하는 광차단부(220)를 구비한다.

Description

레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법{LASER MACHINING DEVICE AND LASER MACHINING METHOD}
본 발명은 가공 대상물에 레이저광을 집광(集光)함으로써, 절단 예정 라인을 따라서 가공 대상물에 개질(改質) 영역을 형성하는 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법에 관한 것이다.
종래, 레이저광이 복수의 가공광(加工光)으로 분기(分岐)되어 각 가공광이 복수의 집광점의 각각에 집광되도록 레이저광을 변조하여, 가공 대상물에 있어서 각 집광점에 대응하는 복수의 영역의 각각에 개질 영역을 형성하는 레이저 가공 방법이 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
특허 문헌 1: 일본 특개 2011－051011호 공보
그런데, 표면에 복수의 기능 소자가 마련된 가공 대상물에 대해서는, 서로 이웃하는 기능 소자 사이의 영역을 통과하도록 절단 예정 라인을 설정하고, 이면(裏面)으로부터 가공 대상물에 레이저광을 입사시켜, 절단 예정 라인을 따라서 가공 대상물에 개질 영역을 형성하는 경우가 있다. 그렇지만, 그러한 경우에, 상술한 것 같은 레이저 가공 방법을 실시하면, 예를 들면, 레이저광의 입사측과는 반대측인 가공 대상물의 표면에 있어서 절단 예정 라인을 따른 영역(즉, 서로 이웃하는 기능 소자 사이의 영역)에 데미지가 발생할 우려가 있는 것을 알았다.
이에, 본 발명은 레이저광을 복수의 가공광으로 분기하여 각 가공광에 의해 개질 영역을 형성하는 경우에 레이저광의 입사측과는 반대측인 가공 대상물의 표면에 데미지가 발생하는 것을 억제할 수 있는 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면의 레이저 가공 장치는, 가공 대상물에 레이저광을 집광함으로써, 절단 예정 라인을 따라서 가공 대상물에 개질 영역을 형성하는 레이저 가공 장치로서, 레이저광을 출사(出射)하는 레이저 광원과, 레이저 광원에 의해 출사된 레이저광을 가공 대상물에 집광하는 집광 광학계와, 레이저광이 적어도 제1 가공광 및 제2 가공광을 포함하는 0차광 및 ±n차광(n은 자연수)으로 분기되어, 집광 광학계에 의해 제1 가공광이 제1 집광점에 집광됨과 아울러 제2 가공광이 제2 집광점에 집광되도록, 레이저 광원에 의해 출사된 레이저광을 변조하는 공간 광 변조기와, 가공 대상물에 집광되는 0차광 및 ±n차광 중 제1 가공광 및 제2 가공광에 대해서 외측에 집광되는 광을 차단하는 광차단부를 구비하고, 0차광 및 ±n차광의 각각의 집광점은, 가공 대상물에 있어서, 차수를 나타내는 수치가 커질수록, 또는 수치가 작아질수록, 레이저광의 입사측과는 반대측인 가공 대상물의 제1 표면측에 위치하고, 또한 절단 예정 라인을 따른 레이저광의 상대적 이동 방향에 있어서의 앞측에 위치하는 위치 관계를 가진다.
이 레이저 가공 장치에서는, 가공 대상물에 집광되는 0차광 및 ±n차광 중 제1 가공광 및 제2 가공광에 대해서 외측에 집광되는 광이 차단되므로, 당해 광이 가공 대상물의 제1 표면 근방에 집광하는 것이 방지된다. 따라서 이 레이저 가공 장치에 의하면, 레이저광을 복수의 가공광으로 분기하여 각 가공광에 의해 개질 영역을 형성하는 경우에 레이저광의 입사측과는 반대측인 가공 대상물의 표면(즉, 제1 표면)에 데미지가 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 가공광이란, 집광점에 대응하는 영역에 개질 영역을 형성할 수 있는 에너지를 가지는 광이다(이하, 마찬가지임). 또, 차수를 나타내는 수치란, 0 및 ±n(n은 자연수)이며, ＋의 수치로 절대치가 큰 것일수록 수치가 크다고 표현하고, －의 수치로 절대치가 큰 수치일수록수치가 작다고 표현한다(이하, 마찬가지임).
본 발명의 일 측면의 레이저 가공 장치는 가공 대상물에 레이저광을 집광함으로써, 절단 예정 라인을 따라서 가공 대상물에 개질 영역을 형성하는 레이저 가공 장치로서, 레이저광을 출사하는 레이저 광원과, 레이저 광원에 의해 출사된 레이저광을 가공 대상물에 집광하는 집광 광학계와, 레이저광이 적어도 제1 가공광 및 제2 가공광을 포함하는 0차광 및 ±n차광(n은 자연수)으로 분기되고, 집광 광학계에 의해 제1 가공광이 제1 집광점에 집광됨과 아울러 제2 가공광이 제2 집광점에 집광되도록, 레이저 광원에 의해 출사된 레이저광을 변조하는 공간 광 변조기와, 가공 대상물에 집광되는 0차광 및 ±n차광 중 제1 가공광 및 제2 가공광에 대해서 레이저광의 입사측과는 반대측인 가공 대상물의 제1 표면측에 집광되는 광을 차단하는 광차단부를 구비하고, 0차광 및 ±n차광의 각각의 집광점은, 가공 대상물에 있어서, 차수를 나타내는 수치가 커질수록, 또는 수치가 작아질수록, 레이저광의 입사측과는 반대측인 가공 대상물의 제1 표면측에 위치하고, 또한 절단 예정 라인을 따른 레이저광의 상대적 이동 방향에 있어서의 앞측에 위치하는 위치 관계를 가진다.
이 레이저 가공 장치에서는, 가공 대상물에 집광되는 0차광 및 ±n차광 중 제1 가공광 및 제2 가공광에 대해서 가공 대상물의 제1 표면측에 집광되는 광이 차단되므로, 당해 광이 가공 대상물의 제1 표면 근방에 집광하는 것이 방지된다. 따라서 이 레이저 가공 장치에 의하면, 레이저광을 복수의 가공광으로 분기하여 각 가공광에 의해 개질 영역을 형성하는 경우에 레이저광의 입사측과는 반대측인 가공 대상물의 표면(즉, 제1 표면)에 데미지가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
본 발명의 일 측면의 레이저 가공 장치에서는, 광차단부는 가공 대상물에 집광되는 0차광 및 ±n차광 중 제1 가공광 및 제2 가공광에 대해서 레이저광의 입사측의 가공 대상물의 제2 표면측에 집광되는 광을 추가로 차단해도 된다. 이것에 의하면, 레이저광의 입사측의 가공 대상물의 표면(즉, 제2 표면)에 데미지가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
본 발명의 일 측면의 레이저 가공 장치에서는, 제1 가공광 및 제2 가공광은 가공 대상물에 집광되는 0차광 및 ±n차광 중 0차광 및 ±1차광으로부터 선택되고, 광차단부는 가공 대상물에 집광되는 ±n차광 중 ＋3차광을 차단해도 된다. 이것에 의하면, 상대적으로 큰 에너지를 가지는 0차광 및 ±1차광을 제1 가공광 및 제2 가공광으로서 효율 좋게 이용할 수 있다. 그 한편으로, 상대적으로 큰 에너지를 가지는 ＋3차광에 의해서 레이저광의 입사측과는 반대측인 가공 대상물의 표면에 데미지가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
본 발명의 일 측면의 레이저 가공 장치에서는, 광차단부는 가공 대상물에 집광되는 ±n차광 중 ±2차광 및 -3차광을 추가로 차단해도 된다. 이것에 의하면, 레이저광의 입사측과는 반대측인 가공 대상물의 표면, 및 레이저광의 입사측의 가공 대상물의 표면에 데미지가 발생하는 것을 보다 확실하게 억제할 수 있다.
본 발명의 일 측면의 레이저 가공 장치에서는, 광차단부는 제1 가공광 및 제2 가공광을 통과시키는 개구(開口)를 가져도 된다. 이것에 의하면, 적어도 제1 가공광 및 제2 가공광을 통과시키고 또한 제1 가공광 및 제2 가공광 이외의 소정 광을 차단하는 광차단부를 간단한 구성으로 실현할 수 있다.
본 발명의 일 측면의 레이저 가공 장치는, 렌즈로서 기능하는 제1 광학 소자 및 제2 광학 소자를 가지는 조정 광학계를 추가로 구비하고, 제1 광학 소자 및 제2 광학 소자는 공간 광 변조기와 제1 광학 소자 사이의 광로(光路) 거리가 제1 광학 소자의 제1 초점 거리가 되고, 집광 광학계와 제2 광학 소자 사이의 광로 거리가 제2 광학 소자의 제2 초점 거리가 되고, 제1 광학 소자와 제2 광학 소자 사이의 광로 거리가 제1 초점 거리와 제2 초점 거리의 합이 되고, 제1 광학 소자 및 제2 광학 소자가 양측 텔레센트릭(TELECENTRIC) 광학계가 되도록 배치되어 있고, 광차단부는 제1 광학 소자와 제2 광학 소자 사이의 푸리에면(Fourier face)상에 마련되어 있어도 된다. 이것에 의하면, 제1 가공광 및 제2 가공광 이외의 소정 광을 확실하게 차단할 수 있다.
본 발명의 일 측면의 레이저 가공 장치에서는, 광차단부는 집광 광학계의 광입사부에 마련되어 있어도 된다. 이것에 의하면, 제1 가공광 및 제2 가공광 이외의 소정 광을 확실하게 차단할 수 있다.
본 발명의 일 측면의 레이저 가공 장치에서는, 공간 광 변조기는 차단하는 광의 적어도 일부가 개구의 외측을 통과하도록 레이저광을 변조해도 된다. 이것에 의하면, 제1 가공광 및 제2 가공광 이외의 소정 광을 보다 확실하게 차단할 수 있다.
본 발명의 일 측면의 레이저 가공 장치에서는, 제1 표면에는, 2차원 모양으로 배치된 복수의 기능 소자, 및 서로 이웃하는 기능 소자 사이의 영역에 배치된 금속 패턴이 마련되어 있고, 절단 예정 라인은 제1 표면에 수직인 방향에서 보았을 경우에 서로 이웃하는 기능 소자 사이의 영역을 통과하도록 설정되어도 된다. 레이저광의 입사측과는 반대측인 가공 대상물의 표면에 있어서 서로 이웃하는 기능 소자 사이의 영역에 금속 패턴이 배치되어 있으면, 금속 패턴으로 제1 가공광 및 제2 가공광 이외의 소정 광의 흡수가 일어나 당해 표면에 데미지가 발생하기 쉬워진다. 그러나 그러한 경우에도, 레이저광의 입사측과는 반대측인 가공 대상물의 표면에 데미지가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
본 발명의 일 측면의 레이저 가공 방법은, 가공 대상물에 레이저광을 집광함으로써, 절단 예정 라인을 따라서 가공 대상물에 개질 영역을 형성하는 레이저 가공 방법으로서, 레이저광이 적어도 제1 가공광 및 제2 가공광을 포함하는 0차광 및 ±n차광(n은 자연수)으로 분기되어, 제1 가공광이 제1 집광점에 집광됨과 아울러 제2 가공광이 제2 집광점에 집광되도록, 레이저광을 변조하여, 가공 대상물에 집광되는 0차광 및 ±n차광 중 제1 가공광 및 제2 가공광에 대해서 외측에 집광되는 광을 차단하여, 가공 대상물에 있어서 제1 집광점 및 제2 집광점의 각각에 대응하는 복수의 영역의 각각에 개질 영역을 형성하는 공정을 구비하고, 0차광 및 ±n차광의 각각의 집광점은, 가공 대상물에 있어서, 차수를 나타내는 수치가 커질수록, 또는 수치가 작아질수록, 레이저광의 입사측과는 반대측인 가공 대상물의 제1 표면측에 위치하고, 또한 절단 예정 라인을 따른 레이저광의 상대적 이동 방향에 있어서의 앞측에 위치하는 위치 관계를 가진다.
본 발명의 일 측면의 레이저 가공 방법은, 가공 대상물에 레이저광을 집광함으로써, 절단 예정 라인을 따라서 가공 대상물에 개질 영역을 형성하는 레이저 가공 방법으로서, 레이저광이 적어도 제1 가공광 및 제2 가공광을 포함하는 0차광 및 ±n차광(n은 자연수)으로 분기되어, 제1 가공광이 제1 집광점에 집광됨과 아울러 제2 가공광이 제2 집광점에 집광되도록, 레이저광을 변조하여, 가공 대상물에 집광되는 0차광 및 ±n차광 중 제1 가공광 및 제2 가공광에 대해서 레이저광의 입사측과는 반대측인 가공 대상물의 제1 표면측에 집광되는 광을 차단하여, 가공 대상물에 있어서 제1 집광점 및 제2 집광점의 각각에 대응하는 복수의 영역의 각각에 개질 영역을 형성하는 공정을 구비하고, 0차광 및 ±n차광의 각각의 집광점은, 가공 대상물에 있어서, 차수를 나타내는 수치가 커질수록, 또는 수치가 작아질수록, 레이저광의 입사측과는 반대측인 가공 대상물의 제1 표면측에 위치하고, 또한 절단 예정 라인을 따른 레이저광의 상대적 이동 방향에 있어서의 앞측에 위치하는 위치 관계를 가진다.
이들 레이저 가공 방법에 의하면, 상술한 레이저 가공 장치와 마찬가지의 이유에 의해, 레이저광을 복수의 가공광으로 분기하여 각 가공광에 의해 개질 영역을 형성하는 경우에 레이저광의 입사측과는 반대측인 가공 대상물의 표면(즉, 제1 표면)에 데미지가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
본 발명에 의하면, 레이저광을 복수의 가공광으로 분기하여 각 가공광에 의해 개질 영역을 형성하는 경우에 레이저광의 입사측과는 반대측인 가공 대상물의 표면에 데미지가 발생하는 것을 억제할 수 있는 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법을 제공하는 것이 가능해진다.
도 1은 개질 영역의 형성에 이용되는 레이저 가공 장치의 개략 구성도이다.
도 2는 개질 영역의 형성의 대상이 되는 가공 대상물의 평면도이다.
도 3은 도 2의 가공 대상물의 III－III선을 따른 단면도이다.
도 4는 레이저 가공 후의 가공 대상물의 평면도이다.
도 5는 도 4의 가공 대상물의 V－V선을 따른 단면도이다.
도 6은 도 4의 가공 대상물의 VI－VI선을 따른 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 형태의 레이저 가공 장치의 개략 구성도이다.
도 8은 도 7의 레이저 가공 장치의 반사형 공간 광 변조기의 부분 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 형태의 레이저 가공 방법의 대상이 되는 가공 대상물의 (a) 평면도 및 (b) 일부 확대 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 형태의 레이저 가공 방법을 설명하기 위한 가공 대상물의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 형태의 레이저 가공 방법을 설명하기 위한 가공 대상물의 단면도이다.
도 12는 도 8의 반사형 공간 광 변조기에 있어서의 그레이팅 픽셀수를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명에 관련된 실험 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 도 7의 레이저 가공 장치에 이용되는 광차단부를 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 도 7의 레이저 가공 장치에 이용되는 광차단부를 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 도 7의 레이저 가공 장치에 이용되는 광차단부를 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 본 발명에 관한 실험을 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 본 발명의 비교예를 설명하기 위한 도면이다.
도 19는 도 18의 비교예의 경우의 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 20은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 21은 도 20의 실시예의 경우의 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 22는 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 23은 도 22의 실시예의 경우의 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 24는 본 발명에 관련된 실험 결과를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 부여하고, 중복하는 설명을 생략한다.
본 발명의 일 실시 형태의 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법에서는, 가공 대상물에 레이저광을 집광함으로써, 절단 예정 라인을 따라서 가공 대상물에 개질 영역을 형성한다. 우선, 먼저, 개질 영역의 형성에 대해서, 도 1~도 6을 참조하여 설명한다.
도 1에 도시되는 것처럼, 레이저 가공 장치(100)는 레이저광 L을 펄스 발진하는 레이저 광원(101)과, 레이저광 L의 광축(光軸)(광로)의 방향을 90°변경시키도록 배치된 다이클로익 미러(dichroic mirror)(103)와, 레이저광 L을 집광하기 위한 집광용 렌즈(105)를 구비하고 있다. 또, 레이저 가공 장치(100)는 집광용 렌즈(105)에서 집광된 레이저광 L이 조사되는 가공 대상물(1)을 지지하기 위한 지지대(107)와, 지지대(107)를 이동시키기 위한 스테이지(111)와, 레이저광 L의 출력이나 펄스폭, 펄스파형 등을 조절하기 위해서 레이저 광원(101)을 제어하는 레이저 광원 제어부(102)와, 스테이지(111)의 이동을 제어하는 스테이지 제어부(115)를 구비하고 있다.
이 레이저 가공 장치(100)에 있어서는, 레이저 광원(101)으로부터 출사된 레이저광 L은, 다이클로익 미러(103)에 의해서 그 광축의 방향이 90°변경되어, 지지대(107)상에 재치(載置)된 가공 대상물(1)의 내부에 집광용 렌즈(105)에 의해서 집광된다. 이것과 함께, 스테이지(111)가 이동되어, 가공 대상물(1)이 레이저광 L에 대해서 절단 예정 라인(5)을 따라서 상대 이동된다. 이것에 의해, 절단 예정 라인(5)을 따른 개질 영역이 가공 대상물(1)에 형성된다. 또한, 여기에서는, 레이저광 L을 상대적으로 이동시키기 위해서 스테이지(111)를 이동시켰지만, 집광용 렌즈(105)를 이동시켜도 되고, 혹은 이들 양쪽을 이동시켜도 된다.
가공 대상물(1)로서는, 반도체 재료로 형성된 반도체 기판이나 압전 재료로 형성된 압전 기판 등을 포함하는 판 모양의 부재(예를 들면, 기판, 웨이퍼 등)가 이용된다. 도 2에 도시되는 것처럼, 가공 대상물(1)에는 가공 대상물(1)을 절단하기 위한 절단 예정 라인(5)이 설정되어 있다. 절단 예정 라인(5)은 직선 모양으로 연장된 가상선(假想線)이다. 가공 대상물(1)의 내부에 개질 영역을 형성하는 경우, 도 3에 도시되는 것처럼, 가공 대상물(1)의 내부에 집광점(집광 위치) P을 맞춘 상태에서, 레이저광 L을 절단 예정 라인(5)을 따라서(즉, 도 2의 화살표 A방향으로) 상대적으로 이동시킨다. 이것에 의해, 도 4, 도 5 및 도 6에 도시되는 것처럼, 개질 영역(7)이 절단 예정 라인(5)을 따라서 가공 대상물(1)의 내부에 형성되고, 절단 예정 라인(5)을 따라서 형성된 개질 영역(7)이 절단 기점 영역(8)이 된다.
또한, 집광점 P란, 레이저광 L이 집광하는 지점이다. 또, 절단 예정 라인(5)은 직선 모양으로 한정하지 않고 곡선 모양이어도 좋고, 이들이 조합된 3차원 모양이어도 되고, 좌표 지정된 것이어도 좋다. 또, 절단 예정 라인(5)은 가상선으로 한정하지 않고 가공 대상물(1)의 표면(3)에 실제로 그어진 선이어도 좋다. 개질 영역(7)은 연속적으로 형성되는 경우도 있고, 단속적으로 형성되는 경우도 있다. 또, 개질 영역(7)은 열(列)모양이어도 점(点)모양이어도 되며, 요컨대 개질 영역(7)은 적어도 가공 대상물(1)의 내부에 형성되어 있으면 된다. 또, 개질 영역(7)을 기점으로 균열이 형성되는 경우가 있으며, 균열 및 개질 영역(7)은 가공 대상물(1)의 외표면(표면(3), 이면(21), 혹은 외주면)으로 노출되어 있어도 된다. 또, 개질 영역(7)을 형성할 때의 레이저광 입사면은, 가공 대상물(1)의 표면(3)으로 한정되는 것이 아니고, 가공 대상물(1)의 이면(21)이어도 된다.
덧붙여서, 여기서의 레이저광 L은 가공 대상물(1)을 투과함과 아울러 가공 대상물(1)의 내부의 집광점 P 근방에서 특히 흡수되고, 이것에 의해, 가공 대상물(1)에 개질 영역(7)이 형성된다(즉, 내부 흡수형 레이저 가공). 따라서 가공 대상물(1)의 표면(3)에서는 레이저광 L이 대부분 흡수되지 않기 때문에, 가공 대상물(1)의 표면(3)이 용융(溶融)하는 일은 없다. 일반적으로 표면(3)으로부터 용융되어 제거되어 구멍이나 홈 등의 제거부가 형성되는(표면 흡수형 레이저 가공) 경우, 가공 영역은 표면(3)측으로부터 서서히 이면측으로 진행한다.
그런데, 본 실시 형태에서 형성되는 개질 영역(7)은, 밀도, 굴절률, 기계적 강도나 그 외의 물리적 특성이 주위와는 상이한 상태가 된 영역을 말한다. 개질 영역(7)으로서는, 예를 들면, 용융 처리 영역(일단 용융 후 재(再)고체화된 영역, 용융 상태 중인 영역 및 용융에서 재고체화하는 상태 중인 영역 중 적어도 어느 하나를 의미함), 크랙 영역, 절연 파괴 영역, 굴절률 변화 영역 등이 있고, 이들이 혼재된 영역도 있다. 또한, 개질 영역(7)으로서는, 가공 대상물(1)의 재료에 있어서 개질 영역(7)의 밀도가 비개질 영역의 밀도와 비교하여 변화한 영역이나, 격자 결함이 형성된 영역이 있다(이들을 일괄하여 고밀(高密) 전이 영역이라고도 함).
또, 용융 처리 영역이나 굴절률 변화 영역, 개질 영역(7)의 밀도가 비개질 영역의 밀도와 비교하여 변화한 영역, 격자 결함이 형성된 영역은, 추가로, 그 영역의 내부나 개질 영역(7)과 비개질 영역의 계면(界面)에 균열(벌어짐, 마이크로 크랙)을 내포하고 있는 경우가 있다. 내포되는 균열은 개질 영역(7)의 전면(全面)에 걸친 경우나 일부분만이나 복수 부분에 형성되는 경우가 있다. 가공 대상물(1)로서는, 예를 들면 실리콘(Si), 유리, 실리콘 카바이드(SiC), LiTaO3 또는 사파이어(Al2O3)를 포함하거나, 또는 이것들로 이루어지는 것을 들 수 있다.
또, 본 실시 형태에 있어서는, 절단 예정 라인(5)을 따라서 개질 스팟(가공 자국)을 복수 형성함으로써, 개질 영역(7)을 형성하고 있다. 개질 스팟이란, 펄스 레이저광의 1펄스의 쇼트(즉 1펄스의 레이저 조사：레이저 쇼트)로 형성되는 개질 부분이며, 개질 스팟이 모임으로써 개질 영역(7)이 된다. 개질 스팟으로서는, 크랙 스팟, 용융 처리 스팟 혹은 굴절률 변화 스팟, 또는 이들의 적어도 1개가 혼재하는 것 등을 들 수 있다. 이 개질 스팟에 대해서는, 요구되는 절단 정밀도, 요구되는 절단면의 평탄성, 가공 대상물(1)의 두께, 종류, 결정 방위 등을 고려하여, 그 크기나 발생하는 균열의 길이를 적당히 제어할 수 있다.
다음에, 본 발명의 일 실시 형태의 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법에 대해 설명한다. 도 7에 도시되는 것처럼, 레이저 가공 장치(300)는 레이저 광원(202), 반사형 공간 광 변조기(공간 광 변조기)(203), 4f 광학계(조정 광학계)(241), 광차단부(220) 및 집광 광학계(204)를 케이스(231) 내에 구비하고 있다. 레이저 가공 장치(300)는 가공 대상물(1)에 레이저광 L을 집광함으로써, 절단 예정 라인(5)을 따라서 가공 대상물(1)에 개질 영역(7)을 형성한다.
레이저 광원(202)은, 예를 들면 1000nm~1500nm의 파장을 가지는 레이저광 L을 출사하는 것이며, 예를 들면 파이버 레이저이다. 여기서의 레이저 광원(202)은, 수평 방향으로 레이저광 L을 출사하도록, 케이스(231)의 천판(天板)(236)에 나사 등으로 고정되어 있다.
반사형 공간 광 변조기(203)는 레이저 광원(202)으로부터 출사된 레이저광 L을 변조하는 것이며, 예를 들면 반사형 액정(LCOS：Liquid Crystal on Silicon)의 공간 광 변조기(SLM：Spatial Light Modulator)이다. 여기서의 반사형 공간 광 변조기(203)는 수평 방향으로부터 입사되는 레이저광 L을 변조함과 아울러, 수평 방향에 대해 기운 상방(上方)으로 반사한다.
도 8에 도시되는 것처럼, 반사형 공간 광 변조기(203)는 실리콘 기판(213), 구동 회로층(914), 복수의 화소 전극(214), 유전체 다층막 미러 등의 반사막(215), 배향막(999a), 액정층(216), 배향막(999b), 투명 도전막(217) 및 유리 기판 등의 투명 기판(218)이 이 순으로 적층됨으로써 구성되어 있다.
투명 기판(218)은 XY평면을 따른 표면(218a)을 가지고 있고, 이 표면(218a)은 반사형 공간 광 변조기(203)의 표면을 구성하고 있다. 투명 기판(218)은, 예를 들면 유리 등의 광투과성 재료로 이루어져, 반사형 공간 광 변조기(203)의 표면(218a)으로부터 입사된 소정 파장의 레이저광 L을, 반사형 공간 광 변조기(203)의 내부로 투과한다. 투명 도전막(217)은 투명 기판(218)의 이면상에 형성되어 있고, 레이저광 L을 투과하는 도전성 재료(예를 들면 ITO)로 이루어진다.
복수의 화소 전극은 투명 도전막(217)을 따라서 실리콘 기판(213)상에 매트릭스 모양으로 배열되어 있다. 각 화소 전극은, 예를 들면 알루미늄 등의 금속재료로 이루어지고, 이들 표면(214a)은 평탄 또한 스무스하게 가공되어 있다. 복수의 화소 전극은 구동 회로층(914)에 마련된 액티브·매트릭스 회로에 의해서 구동된다.
액티브·매트릭스 회로는 복수의 화소 전극(214)과 실리콘 기판(213)의 사이에 마련되어 있고, 반사형 공간 광 변조기(203)로부터 출력하려고 하는 광이미지에 따라 각 화소 전극(214)으로의 인가 전압을 제어한다. 이러한 액티브·매트릭스 회로는, 예를 들면 도시하지 않은 X축 방향으로 늘어선 각 화소열의 인가 전압을 제어하는 제1 드라이버 회로와, Y축 방향으로 늘어선 각 화소열의 인가 전압을 제어하는 제2 드라이버 회로를 가지고 있고, 제어부(250)(도 7 참조)에 의해서 양쪽의 드라이버 회로로 지정된 화소의 화소 전극(214)에 소정 전압이 인가되도록 구성되어 있다.
배향막(999a, 999b)은 액정층(216)의 양단면에 배치되어 있고, 액정 분자 그룹을 일정 방향으로 배열시킨다. 배향막(999a, 999b)은 예를 들면 폴리이미드 등의 고분자 재료로 이루어지며, 액정층(216)과의 접촉면에 러빙 처리 등이 실시되어 있다.
액정층(216)은 복수의 화소 전극(214)과 투명 도전막(217)의 사이에 배치되어 있고, 각 화소 전극(214)과 투명 도전막(217)에 의해 형성되는 전계에 따라 레이저광 L을 변조한다. 즉, 구동 회로층(914)의 액티브·매트릭스 회로에 의해서 각 화소 전극(214)에 전압이 인가되면, 투명 도전막(217)과 각 화소 전극(214)의 사이에 전계가 형성되어, 액정층(216)에 형성된 전계의 크기에 따라 액정 분자(216a)의 배열 방향이 변화한다. 그리고 레이저광 L이 투명 기판(218) 및 투명 도전막(217)을 투과하여 액정층(216)에 입사되면, 이 레이저광 L은 액정층(216)을 통과하는 동안에 액정 분자(216a)에 의해서 변조되고, 반사막(215)에서 반사된 후, 다시 액정층(216)에 의해 변조되어, 출력된다.
이때, 제어부(250)(도 7 참조)에 의해서 각 화소 전극(214)에 인가되는 전압이 제어되고, 그 전압에 따라서, 액정층(216)에 있어서 투명 도전막(217)과 각 화소 전극(214)의 사이에 낀 부분의 굴절률이 변화한다(각 화소에 대응한 위치의 액정층(216)의 굴절률이 변화한다). 이 굴절률의 변화에 의해, 인가한 전압에 따라서, 레이저광 L의 위상을 액정층(216)의 화소마다 변화시킬 수 있다. 즉, 홀로그램 패턴에 따른 위상 변조를 화소마다 액정층(216)에 의해서 줄(즉, 변조를 부여하는 홀로그램 패턴으로서의 변조 패턴을 반사형 공간 광 변조기(203)의 액정층(216)에 표시시킬) 수 있다. 그 결과, 변조 패턴에 입사되어 투과되는 레이저광 L은 그 파면(波面)이 조정되어, 그 레이저광 L을 구성하는 각 광선에 있어서 진행 방향에 직교하는 소정 방향의 성분의 위상에 시프트가 생긴다. 따라서 반사형 공간 광 변조기(203)에 표시하게 하는 변조 패턴을 적당히 설정함으로써, 레이저광 L이 변조(예를 들면, 레이저광 L의 강도, 진폭, 위상, 편광 등이 변조) 가능해진다.
도 7로 돌아가, 4f 광학계(241)는 반사형 공간 광 변조기(203)에 의해서 변조된 레이저광 L의 파면 형상을 조정하는 것이며, 제1 렌즈(제1 광학 소자)(241a) 및 제2 렌즈(제2 광학 소자)(241b)를 가지고 있다. 제1 렌즈(241a) 및 제2 렌즈(241b)는, 반사형 공간 광 변조기(203)와 제1 렌즈(241a) 사이의 광로 거리가 제1 렌즈(241a)의 제1 초점 거리 f1이 되고, 집광 광학계(204)와 제2 렌즈(241b) 사이의 광로 거리가 제2 렌즈(241b)의 제2 초점 거리 f2가 되고, 제1 렌즈(241a)와 제2 렌즈(241b) 사이의 광로 거리가 제1 초점 거리 f1과 제2 초점 거리 f2의 합(즉, f1＋f2)이 되어, 제1 렌즈(241a) 및 제2 렌즈(241b)가 양측 텔레센트릭 광학계가 되도록, 반사형 공간 광 변조기(203)와 집광 광학계(204) 사이의 광로상에 배치되어 있다. 이 4f 광학계(241)에 의하면, 반사형 공간 광 변조기(203)에서 변조된 레이저광 L이 공간 전파에 의해서 파면 형상이 변화하여 수차가 증대하는 것을 억제할 수 있다.
광차단부(220)는 후술하는 제1 가공광 L1 및 제2 가공광 L2를 통과시키는 개구(220a)를 가지는 어퍼쳐(aperture) 부재이다. 광차단부(220)는 제1 렌즈(241a)와 제2 렌즈(241b) 사이의 푸리에면(즉, 공초점(共焦点) O를 포함하는 면)상에 마련되어 있다.
집광 광학계(204)는 레이저 광원(202)에 의해 출사되어 반사형 공간 광 변조기(203)에 의해 변조된 레이저광 L을 가공 대상물(1)의 내부에 집광하는 것이다. 이 집광 광학계(204)는 복수의 렌즈를 포함하여 구성되어 있고, 압전 소자 등을 포함하여 구성된 구동 유닛(232)을 통하여 케이스(231)의 저판(底板)(233)에 설치되어 있다.
이상과 같이 구성된 레이저 가공 장치(300)에서는, 레이저 광원(202)으로부터 출사된 레이저광 L은, 케이스(231) 내에서 수평 방향으로 진행한 후, 미러(205a)에 의해서 하방(下方)으로 반사되어, 어테뉴에이터(attenuator)(207)에 의해서 광강도가 조정된다. 그리고 미러(205b)에 의해서 수평 방향으로 반사되어, 빔호모지나이저(beam homogenizer)(260)에 의해서 레이저광 L의 강도 분포가 균일화되어 반사형 공간 광 변조기(203)에 입사된다.
반사형 공간 광 변조기(203)에 입사된 레이저광 L은, 액정층(216)에 표시된 변조 패턴을 투과함으로써 당해 변조 패턴에 따라 변조되고, 그 후 미러(206a)에 의해서 상방으로 반사되어, λ/2 파장판(228)에 의해서 편광 방향이 변경되고, 미러(206b)에 의해서 수평 방향으로 반사되어 4f 광학계(241)에 입사된다.
4f 광학계(241)에 입사된 레이저광 L은, 평행광으로 집광 광학계(204)에 입사되도록 파면 형상이 조정된다. 구체적으로는, 레이저광 L은 제1 렌즈(241a)를 투과하여 수렴되고, 미러(219)에 의해서 하방으로 반사되어, 공초점 O를 거쳐 발산함과 아울러, 제2 렌즈(241b)를 투과하여, 평행광이 되도록 다시 수렴된다. 그리고 레이저광 L은 다이클로익 미러(210, 238)를 차례로 투과하여 집광 광학계(204)에 입사되어, 스테이지(111)상에 재치된 가공 대상물(1) 내에 집광 광학계(204)에 의해서 집광된다.
또, 레이저 가공 장치(300)는 가공 대상물(1)의 레이저광 입사면을 관찰하기 위한 표면 관찰 유닛(211)과, 집광 광학계(204)와 가공 대상물(1)의 거리를 미세 조정하기 위한 AF(AutoFocus) 유닛(212)을 케이스(231) 내에 구비하고 있다.
표면 관찰 유닛(211)은 가시광 VL1을 출사하는 관찰용 광원(211a)과, 가공 대상물(1)의 레이저광 입사면에서 반사된 가시광 VL1의 반사광 VL2를 수광하여 검출하는 검출기(211b)를 가지고 있다. 표면 관찰 유닛(211)에서는, 관찰용 광원(211a)으로부터 출사된 가시광 VL1이, 미러(208) 및 다이클로익 미러(209, 210, 238)에서 반사·투과되어, 집광 광학계(204)에서 가공 대상물(1)을 향해서 집광된다. 그리고 가공 대상물(1)의 레이저광 입사면에서 반사된 반사광 VL2가, 집광 광학계(204)에서 집광되어 다이클로익 미러(238, 210)에서 투과·반사된 후, 다이클로익 미러(209)를 투과하여 검출기(211b)에서 수광된다.
AF 유닛(212)은 AF용 레이저광 LB1을 출사하고, 레이저광 입사면에서 반사된 AF용 레이저광 LB1의 반사광 LB2를 수광하여 검출함으로써, 절단 예정 라인(5)을 따른 레이저광 입사면의 변위 데이터를 취득한다. 그리고 AF 유닛(212)은 개질 영역(7)을 형성할 때, 취득한 변위 데이터에 기초하여 구동 유닛(232)을 구동시켜, 레이저광 입사면의 기복을 따르도록 집광 광학계(204)를 그 광축 방향으로 왕복 이동시킨다.
또한, 레이저 가공 장치(300)는 당해 레이저 가공 장치(300)를 제어하기 위한 것으로서, CPU, ROM, RAM 등으로 이루어지는 제어부(250)를 구비하고 있다. 이 제어부(250)는 레이저 광원(202)을 제어하여, 레이저 광원(202)으로부터 출사되는 레이저광 L의 출력이나 펄스폭 등을 조절한다. 또, 제어부(250)는 개질 영역(7)을 형성할 때, 레이저광 L의 집광점 P가 가공 대상물(1)의 표면(3) 또는 이면(21)으로부터 소정 거리에 위치하고 또한 레이저광 L의 집광점 P가 절단 예정 라인(5)을 따라서 상대적으로 이동하도록, 케이스(231), 스테이지(111)의 위치, 및 구동 유닛(232)의 구동 중 적어도 1개를 제어한다.
또, 제어부(250)는 개질 영역(7)을 형성할 때, 반사형 공간 광 변조기(203)에 있어서의 각 화소 전극(214)에 소정 전압을 인가하여, 액정층(216)에 소정의 변조 패턴을 표시시키고, 이것에 의해, 레이저광 L을 반사형 공간 광 변조기(203)에서 원하는 대로 변조시킨다. 여기서, 액정층(216)에 표시되는 변조 패턴은, 예를 들면, 개질 영역(7)을 형성하려고 하는 위치, 조사하는 레이저광 L의 파장, 가공 대상물(1)의 재료, 및 집광 광학계(204)나 가공 대상물(1)의 굴절률 등에 기초하여 미리 도출되어, 제어부(250)에 기억되어 있다. 이 변조 패턴은 레이저 가공 장치(300)에 생기는 개체차(예를 들면, 반사형 공간 광 변조기(203)의 액정층(216)에 생기는 왜곡)를 보정하기 위한 개체차 보정 패턴, 구면 수차를 보정하기 위한 구면 수차 보정 패턴 등을 포함하고 있다.
이상과 같이 구성된 레이저 가공 장치(300)에 있어서 실시되는 레이저 가공 방법의 대상이 되는 가공 대상물(1)은, 도 9에 도시되는 것처럼, 예를 들면 실리콘 등의 반도체 재료로 이루어지는 기판(11)과, 기판(11)의 표면(11a)에 형성된 기능 소자층(15)을 구비하고 있다. 기능 소자층(15)은 기판(11)의 표면(11a)을 따라서 매트릭스 모양으로 배열된 복수의 기능 소자(15a)(예를 들면, 포토 다이오드 등의 수광 소자, 레이저 다이오드 등의 발광 소자, 또는 회로로서 형성된 회로 소자 등)와, 서로 이웃하는 기능 소자(15a) 사이의 스트리트 영역(영역)(17)에 형성된 금속 패턴(16)(예를 들면, TEG(Test Element Group) 등)을 포함하고 있다. 이와 같이, 가공 대상물(1)의 표면(제1 표면)(3)에는, 2차원 모양으로 배치된 복수의 기능 소자(15a) 및 서로 이웃하는 기능 소자(15a) 사이의 스트리트 영역(17)에 배치된 금속 패턴(16)이 마련되어 있다. 또한, 기능 소자층(15)은 기판(11)의 표면(11a)의 전체에 걸쳐 형성된 층간 절연막(예를 들면, Low-k막 등)을 포함하고 있다.
레이저 가공 장치(300)에 있어서 실시되는 레이저 가공 방법은, 가공 대상물(1)을 기능 소자(15a)마다 절단함으로써 복수의 칩을 제조하는 칩의 제조 방법으로서 이용된다. 그 때문에, 당해 레이저 가공 방법에서는, 가공 대상물(1)에 대해서, 표면(3)에 수직인 방향에서 보았을 경우에 서로 이웃하는 기능 소자(15a) 사이의 스트리트 영역(17)을 통과하도록(예를 들면, 가공 대상물(1)의 두께 방향에서 보았을 경우에 스트리트 영역(17)의 폭의 중심을 통과하도록), 복수의 절단 예정 라인(5)이 격자모양으로 설정된다. 그리고 기판(11)의 이면(11b)인 가공 대상물(1)의 이면(제2 표면)(21)으로부터 입사된 레이저광 L이 가공 대상물(1)에 집광되어, 각 절단 예정 라인(5)을 따라서 가공 대상물(1)에 개질 영역(7)이 형성된다. 또한, 실리콘 등의 반도체 재료로 이루어지는 기판(11)에 있어서는, 개질 영역(7)으로서, 레이저광 L의 집광점 P의 위치에 미소 공동(空洞)(7a)이 형성되어, 집광점 P에 대해서 레이저광 L의 입사측에 용융 처리 영역(7b)이 형성되는 경우가 있다.
이하, 레이저 가공 장치(300)에 있어서 실시되는 레이저 가공 방법에 대해 설명한다. 먼저, 절단 예정 라인(5)을 따른 방향으로 레이저광 L을 0차광 및 ±n차광(n은 자연수)으로 분기하는 회절 기능을 포함하는 변조 패턴을, 반사형 공간 광 변조기(203)의 액정층(216)에 표시시킨다. 이와 같이, 반사형 공간 광 변조기(203)에서는, 액정층(216)이 변조 패턴을 표시하는 복수의 화소로서 기능한다. 도 10에 도시되는 것처럼, 0차광 및 ±n차광의 각각의 집광점은, 가공 대상물(1)에 있어서, 차수를 나타내는 수치(0 및 ±n이며, ＋ 수치이고 절대치가 큰 것일수록 수치가 크다고 표현하고, － 수치이고 절대치가 큰 수치일수록 수치가 작다고 표현함)가 커질수록, 레이저광 L의 입사측과는 반대측인 가공 대상물(1)의 표면(3) 측에 위치하고, 또한 절단 예정 라인(5)을 따른 레이저광 L의 상대적 이동 방향에 있어서의 앞측에 위치하는 위치 관계를 가지고 있다.
당해 레이저 가공 방법에서는, 도 10의 (a)에 도시되는 것처럼, ＋1차광 및 -1차광을 각각 제1 가공광 L1 및 제2 가공광 L2(가공광：집광점에 대응하는 영역에 개질 영역을 형성할 수 있는 에너지를 가지는 광)으로서 이용한다. 이것에 의해, 제1 집광점 P1 및 제2 집광점 P2는, 가공 대상물(1)에 있어서, 제1 집광점 P1이 제2 집광점 P2에 대해서 레이저광 L의 입사측과는 반대측인 가공 대상물(1)의 표면(3) 측에 위치하고, 또한 제1 집광점 P1이 제2 집광점 P2에 대해서 절단 예정 라인(5)을 따른 레이저광 L의 상대적 이동 방향에 있어서의 앞측에 위치하는 위치 관계를 가지게 된다. 또한, 도 10의 (b)에 도시되는 것처럼, ＋1차광, 0차광 및 -1차광을 각각 제1 가공광 L1, 제2 가공광 L2 및 제3 가공광 L3으로서 이용해도 된다. 즉, 제1 가공광 L1 및 제2 가공광 L2는, 가공 대상물(1)에 집광되는 0차광 및 ±n차광 중 0차광 및 ±1차광으로부터 선택된다.
이상과 같이, 반사형 공간 광 변조기(203)는 레이저광 L이 적어도 제1 가공광 L1 및 제2 가공광 L2를 포함하는 0차광 및 ±n차광으로 분기되어, 집광 광학계(204)에 의해 제1 가공광 L1이 제1 집광점 P1에 집광됨과 아울러 제2 가공광 L2가 제2 집광점 P2에 집광되도록, 레이저 광원(202)에 의해 출사된 레이저광 L을 변조한다.
여기서, 가공 대상물(1)의 표면(3)에 수직인 방향에서 보았을 경우에 있어서의 제1 집광점 P1과 제2 집광점 P2의 거리(가공 대상물(1)의 표면(3)에 수직인 방향에서 보았을 경우에 절단 예정 라인(5)을 따른 방향에 있어서 서로 이웃하는 가공광의 집광점 사이의 거리)를 D라고 정의한다. 그리고 도 11에 도시되는 것처럼, 표면(3)에 있어서의 제1 가공광 L1의 반경을 W1이라고 하고, 표면(3)에 있어서의 제2 가공광 L2의 반경을 W2라고 하면, 반사형 공간 광 변조기(203)는 D＞W1＋W2를 만족하도록 레이저광 L을 변조한다. 이것에 의해, 가공 대상물(1)의 표면(3)에 도달한 제1 가공광 L1의 누설광(집광점에 대응하는 영역에 있어서 가공 대상물에 흡수되지 않은 광) 및 제2 가공광 L2의 누설광이 표면(3)에서 간섭하여 서로 보강되는 것이 방지된다.
일례로서, 두께 300㎛, 결정 방위(100), 저항값 1Ω·cmUP의 실리콘 웨이퍼를 가공 대상물(1)로서 준비하고, 도 11 및 하기의 표 1에 나타내지는 조건으로 레이저광 L의 조사를 행했을 경우, 레이저광 L의 입사측과는 반대측인 가공 대상물(1)의 표면(3)에 있어서 제1 가공광 L1의 누설광과 제2 가공광 L2의 누설광이 접할 때의 제1 집광점 P1과 제2 집광점 P2의 거리 D(=W1＋W2)는 31.32641㎛가 된다. 또한, 레이저광 L의 스캔 속도란, 절단 예정 라인(5)을 따른 제1 집광점 P1 및 제2 집광점 P2의 상대적 이동 속도이다.
수치 계산식
레이저광 L의 파장(nm) 1080
레이저광 L의 반복 주파수(kHZ) 80
레이저광 L의 펄스폭(ns) 500
레이저광 L의 스캔 속도(mm/s) 300
레이저광 L의 출구 출력(W) 3.2
레이저광 L의 분기수 2
레이저광 L의 분기 비율 50:50
표면(3)과 제1 집광점 P1의 거리 H1(㎛) 46
표면(3)과 제2 집광점 P2의 거리 H2(㎛) 96
제1 가공광 L1 및 제2 가공광 L2의 개구수 NA 0.754
주위 분위기의 굴절률 n1 1
가공 대상물(1)의 굴절률 n2 3.5
표면(3)에 있어서의 제1 가공광 L1의 반경 W1(㎛) 10.14799 W1=H1×tanθ2
θ2=asin(n1×sinθ1/n2)
θ1=asin(NA/n1)
표면(3)에 있어서의 제2 가공광 L2의 반경 W2(㎛) 21.17842 W2=H2×tanθ2
θ2=asin(n1×sinθ1/n2)
θ1=asin(NA/n1)
실험 결과, 하기의 표 2와 같이 되어, 제1 집광점 P1과 제2 집광점 P2의 거리 D가 30㎛ 이하이면(당해 거리 D가 31.32641㎛보다도 작으면) 표면(3)에 데미지가 발생하고, 제1 집광점 P1과 제2 집광점 P2의 거리 D가 40㎛ 이상이면(당해 거리 D가 31.32641㎛보다도 크면) 표면(3)에 데미지가 발생하지 않았다. 이 결과로부터, D＞W1＋W2를 만족하도록 레이저광 L을 변조함으로써, 가공 대상물(1)의 표면(3)에 도달한 제1 가공광 L1의 누설광 및 제2 가공광 L2의 누설광이 표면(3)에서 간섭하여 서로 보강되는 것이 방지되어, 표면(3)에 있어서의 데미지의 발생이 억제되는 것을 알았다.
거리 D(㎛) 20 30 40 50 60
표면(3)에 있어서의 데미지 발생 발생 미발생 미발생 미발생
또, 변조 패턴을 표시하는 복수의 화소로서 기능하는 액정층(216)에 있어서, 서로 이웃하는 화소 사이의 거리를 d라고 하고, 4f 광학계(241)의 배율을 m이라고 하고, 집광 광학계(204)의 초점 거리를 f라고 하고, 레이저광 L의 파장을 λ라고 하면, 반사형 공간 광 변조기(203)는 D＜2×f×tan［asin｛λ/(d×4×m)｝］를 만족하도록 레이저광 L을 변조한다. 전술한 식에 있어서 「4」는, 반사형 공간 광 변조기(203)의 변조 패턴에 있어서의 그레이팅 픽셀수를 나타내고, 그레이팅 픽셀수：4는 도 12의 (a)의 경우이다. 참고로서 그레이팅 픽셀수：2는, 도 12의 (b)의 경우이다.
상술한 제1 집광점 P1과 제2 집광점 P2의 거리 D를 크게 하기 위해서는, 반사형 공간 광 변조기(203)의 변조 패턴에 있어서 그레이팅 픽셀수를 작게 할 필요가 있다. 그러나 그레이팅 픽셀수를 너무 작게 하면, 레이저광 L에 있어서 파면 제어할 수 없는 성분이 증가하여 누설광이 증가할 우려가 있다. 이에, 두께 300㎛, 결정 방위(100), 저항값 1Ω·cmUP의 실리콘 웨이퍼를 가공 대상물(1)로서 준비하고, 도 11 및 하기의 표 3에 나타내지는 조건으로 레이저광 L의 조사를 행함으로써, 그레이팅 픽셀수와 표면(3)에 있어서의 데미지의 발생 유무의 관계에 대해 조사했다. 또한, 제1 집광점 P1과 제2 집광점 P2의 거리 D는, D=2×f×tan［asin｛λ/(d×그레이팅 픽셀수×m)｝］에 의해 산출할 수 있다.
수치
레이저광 L의 파장(nm) 1080
레이저광 L의 반복 주파수(kHZ) 80
레이저광 L의 펄스폭(ns) 500
레이저광 L의 스캔 속도(mm/s) 300
레이저광 L의 출구 출력(W) 3.2
레이저광 L의 분기수 2
레이저광 L의 분기 비율 50:50
표면(3)과 제1 집광점 P1의 거리 H1(㎛) 46
표면(3)과 제2 집광점 P2의 거리 H2(㎛) 96
제1 가공광 L1 및 제2 가공광 L2의 개구수 0.754
주위 분위기의 굴절률 n1 1
가공 대상물(1)의 굴절률 n2 3.5
서로 이웃하는 화소 사이의 거리 d(㎛) 20
4f 광학계(241)의 배율 m 0.485437
집광 광학계(204)의 초점 거리 f(mm) 1.83
실험 결과, 하기의 표 4와 같이 되어, 그레이팅 픽셀수가 4 이하이면(환언하면, 제1 집광점 P1과 제2 집광점 P2의 거리 D가 102㎛ 이상이면) 표면(3)에 데미지가 발생하고, 그레이팅 픽셀수가 5이상이면(환언하면, 제1 집광점 P1과 제2 집광점 P2의 거리 D가 80㎛ 이하이면) 표면(3)에 데미지가 발생하지 않았다. 이 결과로부터, D＜2×f×tan［asin｛λ/(d×4×m)｝］를 만족하도록 레이저광 L을 변조함으로써, 레이저광 L에 있어서 파면 제어할 수 없는 성분이 증가하여 누설광이 증가하는 것이 억제되어, 표면(3)에 있어서의 데미지의 발생이 억제되는 것을 알았다.
그레이팅 픽셀수 2 3 4 5 6
거리 D(㎛) 204 136 102 80 66
표면(3)에 있어서의 데미지 발생 발생 발생 미발생 미발생
또한, 표 2 및 표 4의 결과로부터, 제1 집광점 P1과 제2 집광점 P2의 거리가 40㎛~80㎛가 되도록 레이저광 L을 변조함으로써, 표면(3)에 있어서의 데미지의 발생이 억제되는 것을 알았다. 도 13에 도시되는 것처럼, 제1 집광점 P1과 제2 집광점 P2의 거리 D가 20㎛이면, 가공 대상물(1)의 표면(3)에 도달한 제1 가공광 L1의 누설광 및 제2 가공광 L2의 누설광이 표면(3)에서 간섭하여 서로 보강되는 것이 확인되고(상단(上段)), 표면(3)에 데미지가 발생했다(하단(下段)). 또, 제1 집광점 P1과 제2 집광점 P2의 거리 D가 102㎛이면, －1차광에 있어서 누설광이 증가해 있는 것이 확인되고(상단), 표면(3)에 데미지가 발생했다(하단). 이들에 대해, 제1 집광점 P1과 제2 집광점 P2의 거리 D가 40㎛이면, 가공 대상물(1)의 표면(3)에 도달한 제1 가공광 L1의 누설광 및 제2 가공광 L2의 누설광이 표면(3)에서 간섭하여 서로 보강되는 것, 및 -1차광에 있어서 누설광이 증가해 있는 것이 확인되지 않고(상단), 표면(3)에 데미지가 발생하지 않았다(하단). 또한, 도 13의 상단의 도면은, 표면(3)에 있어서의 0차광 및 ±n차광의 상태를 표면(3)측에서 관찰한 사진이고, 개질 영역 미형성시의 것이다. 또, 도 13의 하단의 도면은, 절단 예정 라인(5)을 따라서 절단한 가공 대상물(1)의 절단면의 사진이다.
또, 광차단부(220)는 가공 대상물(1)에 집광되는 ±n차광 중 ±2차광 이상의 고차광(여기에서는, ±2차광 및 ±3차광)을 차단한다. 이것으로부터, 광차단부(220)는 가공 대상물(1)에 집광되는 0차광 및 ±n차광 중 제1 가공광 L1 및 제2 가공광 L2에 대해서 외측에 집광되는 광을 차단한다고 말할 수 있다. 혹은, 광차단부(220)는 가공 대상물(1)에 집광되는 0차광 및 ±n차광 중, 제1 가공광 L1 및 제2 가공광 L2에 대해서 레이저광 L의 입사측과는 반대측인 가공 대상물의 표면(3)측에 집광되는 광, 및 제1 가공광 L1 및 제2 가공광 L2에 대해서 레이저광 L의 입사측의 가공 대상물의 이면(21)측에 집광되는 광을 차단한다고 말할 수 있다. 또한, 반사형 공간 광 변조기(203)는 차단하는 광의 적어도 일부가 광차단부(220)의 개구(220a)의 외측을 통과하도록 레이저광 L을 변조해도 된다.
도 14의 (a)에 도시되는 것처럼, 4f 광학계(241)의 푸리에면상에 위치하는 광차단부(220)의 개구(220a)의 반경을 X라고 하고, 상술한 것처럼, 가공 대상물(1)의 표면(3)에 수직인 방향에서 보았을 경우에 있어서의 제1 집광점 P1과 제2 집광점 P2의 거리를 D라고 하고, 제2 렌즈(241b)의 제2 초점 거리를 f2라고 하고, 집광 광학계(204)의 초점 거리를 f라고 하면, 광차단부(220)가 ±2차광 이상의 고차광(±2차광에 대해서는 중심보다도 외측의 부분)을 차단하기 위해서는, D×f2/f＜2X＜2D×f2/f를 만족할 필요가 있다. 즉, 반사형 공간 광 변조기(203)가 (X×f)/(2×f2)＜D/2＜(X×f)/f2를 만족하도록 레이저광 L을 변조하면, 광차단부(220)가 ±2차광 이상의 고차광(±2차광에 대해서는 중심보다도 외측의 부분)을 차단할 수 있다.
또, 도 14의 (b)에 도시되는 것처럼, 광차단부(220)가 ±3차광 이상의 고차광(±3차광에 대해서는 중심보다도 외측의 부분)을 차단하기 위해서는, D×f2/f＜2X＜3D×f2/f를 만족할 필요가 있다. 즉, 반사형 공간 광 변조기(203)가 (X×f)/(3×f2)＜D/2＜(X×f)/f2를 만족하도록 레이저광 L을 변조하면, 광차단부(220)가 ±3차광 이상의 고차광(±3차광에 대해서는 중심보다도 외측의 부분)을 차단할 수 있다.
일례로서, D=50㎛, f2=150mm, f=1.8mm이면, 4166.7㎛＜2X＜8333㎛를 만족하도록, 광차단부(220)의 개구(220a)의 반경 X를 결정하면, 광차단부(220)가 ±2차광 이상의 고차광(±2차광에 대해서는 중심보다도 외측의 부분)을 차단할 수 있다. 환언하면, 2X=10000㎛, f2=150mm, f=1.8mm이면, 30㎛＜D/2＜60㎛를 만족하도록, 제1 집광점 P1과 제2 집광점 P2의 거리 D를 결정하면, 광차단부(220)가 ±2차광 이상의 고차광(±2차광에 대해서는 중심보다도 외측의 부분)을 차단할 수 있다.
또, D=50㎛, f2=150mm, f=1.8mm이면, 4166.7㎛＜2X＜12500㎛를 만족하도록, 광차단부(220)의 개구(220a)의 반경 X를 결정하면, 광차단부(220)가 ±3차광 이상의 고차광(±3차광에 대해서는 중심보다도 외측의 부분)을 차단할 수 있다. 환언하면, 2X=10000㎛, f2=150mm, f=1.8mm이면, 20㎛＜D/2＜60㎛를 만족하도록, 제1 집광점 P1과 제2 집광점 P2의 거리 D를 결정하면, 광차단부(220)가 ±3차광 이상의 고차광(±3차광에 대해서는 중심보다도 외측의 부분)을 차단할 수 있다.
또한, 레이저광 L의 입사측과는 반대측인 가공 대상물(1)의 표면(3)에 데미지가 발생하는 것을 억제하기 위해서, 광차단부(220)는 ＋n차광을 차단하는 부재 여도 된다. 그 경우, 도 15의 (a)에 도시되는 것처럼, 4f 광학계(241)의 푸리에면상에 있어서 공초점 O에서부터 광차단부(220)(광차단부(220)의 공초점 O측의 변(邊))까지의 거리를 X라고 하면, 광차단부(220)가 ＋2차광 이상의 고차광(＋2차광에 대해서는 중심보다도 외측의 부분)을 차단하기 위해서는, D×f2/f＜2X＜2D×f2/f를 만족할 필요가 있다. 즉, 반사형 공간 광 변조기(203)가 (X×f)/(2×f2)＜D/2＜(X×f)/f2를 만족하도록 레이저광 L을 변조하면, 광차단부(220)가 ＋2차광 이상의 고차광(＋2차광에 대해서는 중심보다도 외측의 부분)을 차단할 수 있다.
또, 도 15의 (b)에 도시되는 것처럼, 광차단부(220)가 ＋3차광 이상의 고차광(＋3차광에 대해서는 중심보다도 외측의 부분)을 차단하기 위해서는, D×f2/f＜2X＜3D×f2/f를 만족할 필요가 있다. 즉, 반사형 공간 광 변조기(203)가 (X×f)/(3×f2)＜D/2＜(X×f)/f2를 만족하도록 레이저광 L을 변조하면, 광차단부(220)가 ＋3차광 이상의 고차광(＋3차광에 대해서는 중심보다도 외측의 부분)을 차단할 수 있다.
또한, 광차단부(220)는 집광 광학계(204)의 렌즈 시야를 제한하도록, 집광 광학계(204)의 광입사부에 마련되어 있어도 된다. 도 16의 (a)에 도시되는 것처럼, 집광 광학계(204)의 광입사부에 위치하는 광차단부(220)의 개구(220a)의 반경을 X라고 하고, 상술한 것처럼, 가공 대상물(1)의 표면(3)에 수직인 방향에서 보았을 경우에 있어서의 제1 집광점 P1과 제2 집광점 P2의 거리를 D라고 하면, 반사형 공간 광 변조기(203)가 X/2＜D/2＜X를 만족하도록 레이저광 L을 변조하면, 광차단부(220)가 ±2차광 이상의 고차광(±2차광에 대해서는 중심보다도 외측의 부분)을 차단할 수 있다. 또, 도 16의 (b)에 도시되는 것처럼, 반사형 공간 광 변조기(203)가 X/3＜D/2＜X를 만족하도록 레이저광 L을 변조하면, 광차단부(220)가 ±3차광 이상의 고차광(±3차광에 대해서는 중심보다도 외측의 부분)을 차단할 수 있다.
일례로서, 2X=150㎛이면, 37.5㎛＜D/2＜75㎛를 만족하도록, 제1 집광점 P1과 제2 집광점 P2의 거리 D를 결정하면, 광차단부(220)가 ±2차광 이상의 고차광(±2차광에 대해서는 중심보다도 외측의 부분)을 차단할 수 있다. 또, 2X=150㎛이면, 25㎛＜D/2＜75㎛를 만족하도록, 제1 집광점 P1과 제2 집광점 P2의 거리 D를 결정하면, 광차단부(220)가 ±3차광 이상의 고차광(±3차광에 대해서는 중심보다도 외측의 부분)을 차단할 수 있다.
여기서, 두께 300㎛, 결정 방위(100), 저항값 1Ω·cmUP의 실리콘 웨이퍼를 가공 대상물(1)로서 준비하고, 도 11 및 상기의 표 3에 나타내지는 조건으로 레이저광 L의 조사를 행함으로써, 3차광과 표면(3)에 있어서의 데미지의 발생 유무의 관계에 대해 조사했다. 또한, 표면(3)에 있어서의 데미지의 발생 유무를 판별하기 쉽게 하기 위해서, 표면(3)에 감열성막(感熱性膜)을 형성하여 실험을 행했다.
실험 결과, 도 17의 (d)에 도시되는 것처럼, 적어도 3차광의 영향에 의해서, 레이저광 L의 입사측과는 반대측인 가공 대상물(1)의 표면(3)에 데미지가 발생하는 것을 알았다. 도 17의 (a)는 절단 예정 라인(5)을 따라서 절단한 가공 대상물(1)의 절단면에 있어서의 0차광 및 ±n차광의 각각의 집광점의 위치 관계를 나타내는 도면이다. 도 17의 (b)는 표면(3)에 있어서의 0차광 및 ±n차광의 상태를 표면(3)측에서 관찰한 사진이며, 개질 영역 미형성시의 것이다. 도 17의 (c)는, 표면(3)에 있어서의 0차광 및 ±n차광의 상태를 표면(3)측에서 관찰한 사진이며, 개질 영역 형성시의 것이다. 도 17의 (d)는 감열성막을 표면(3)측에서 관찰한 사진이며, 개질 영역 형성시의 것이다.
도 18은 본 발명의 비교예를 설명하기 위한 도면으로, (a)는 푸리에면 근방에서의 레이저광 L의 상태를 나타내는 시뮬레이션도이고, (b)는 집광점 근방에서의 레이저광 L의 상태를 나타내는 시뮬레이션도이다. 이와 같이, ＋3차광을 차단하지 않으면 도 19에 도시되는 것처럼, ＋3차광의 영향에 의해서, 레이저광 L의 입사측과는 반대측인 가공 대상물(1)의 표면(3)에 가장 강한 데미지가 발생하는 것을 알았다. 또한, 도 19의 상단은 0차광 및 ±n차광의 각각의 집광점을 분기시키는 방향과 평행한 방향으로 레이저광 L을 상대적으로 이동시켰을 경우에 감열성막을 표면(3)측에서 관찰한 사진이고, 도 19의 하단은 0차광 및 ±n차광의 각각의 집광점을 분기시키는 방향에 수직인 방향으로 레이저광 L을 상대적으로 이동시켰을 경우에 감열성막을 표면(3)측에서 관찰한 사진이다.
도 20은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면으로, (a)는 푸리에면 근방에서의 레이저광 L의 상태를 나타내는 시뮬레이션도이고, (b)는 집광점 근방에서의 레이저광 L의 상태를 나타내는 시뮬레이션도이다. 이와 같이, 광차단부(220)에 의해 ＋3차광의 일부를 차단하면, 도 21에 도시되는 것처럼, ＋3차광의 영향에 의해서 가공 대상물(1)의 표면(3)에 발생하는 데미지가 약해지는 것을 알았다. 또한, 도 21의 상단은 0차광 및 ±n차광의 각각의 집광점을 분기시키는 방향과 평행한 방향으로 레이저광 L을 상대적으로 이동시켰을 경우에 감열성막을 표면(3)측에서 관찰한 사진이고, 도 21의 하단은 0차광 및 ±n차광의 각각의 집광점을 분기시키는 방향에 수직인 방향으로 레이저광 L을 상대적으로 이동시켰을 경우에 감열성막을 표면(3)측에서 관찰한 사진이다.
도 22는 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면으로, (a)는 푸리에면 근방에서의 레이저광 L의 상태를 나타내는 시뮬레이션도이고, (b)는 집광점 근방에서의 레이저광 L의 상태를 나타내는 시뮬레이션도이다. 이와 같이, 광차단부(220)에 의해 ＋3차광의 전부를 차단하면, 도 23에 도시되는 것처럼, ＋3차광의 영향에 의해서 가공 대상물(1)의 표면(3)에 발생하는 데미지가 대략 없어지는 것을 알았다. 또한, 도 23의 상단은 0차광 및 ±n차광의 각각의 집광점을 분기시키는 방향과 평행한 방향으로 레이저광 L을 상대적으로 이동시켰을 경우에 감열성막을 표면(3)측에서 관찰한 사진이고, 도 23의 하단은 0차광 및 ±n차광의 각각의 집광점을 분기시키는 방향에 수직인 방향으로 레이저광 L을 상대적으로 이동시켰을 경우에 감열성막을 표면(3)측에서 관찰한 사진이다.
도 24는 본 발명에 관련된 실험 결과를 설명하기 위한 도면이다. 이 경우, 집광 광학계(204)의 렌즈 시야를 제한하도록, 광차단부(220)가 집광 광학계(204)의 광입사부에 마련되어 있고, 제1 집광점 P1과 제2 집광점 P2의 거리 D가 50㎛ 이상일 때 ＋3차광을 차단할 수 있는 렌즈 시야로 되어 있다. 도 24에 도시되는 실험 결과로부터 분명한 것처럼, 광차단부(220)에 의해 ＋3차광이 차단되면, ＋3차광의 영향에 의해서 가공 대상물(1)의 표면(3)에 발생하는 데미지가 대략 없어지는 것을 알았다. 또한, 도 24의 상단은 0차광 및 ±n차광의 각각의 집광점을 분기시키는 방향과 평행한 방향으로 레이저광 L을 상대적으로 이동시켰을 경우에 감열성막을 표면(3)측에서 관찰한 사진이고, 도 24의 하단은 0차광 및 ±n차광의 각각의 집광점을 분기시키는 방향에 수직인 방향으로 레이저광 L을 상대적으로 이동시켰을 경우에 감열성막을 표면(3)측에서 관찰한 사진이다.
이상에 의해, 레이저 가공 장치(300)에 있어서 실시되는 레이저 가공 방법에서는, 레이저광 L이 제1 가공광 L1 및 제2 가공광 L2를 포함하는 0차광 및 ±n차광으로 분기되고, 제1 가공광 L1이 제1 집광점 P1에 집광됨과 아울러 제2 가공광 L2가 제2 집광점 P2에 집광되도록, 레이저광 L을 변조하여, 가공 대상물(1)에 있어서 제1 집광점 P1 및 제2 집광점 P2의 각각에 대응하는 복수의 영역의 각각에 개질 영역(7)을 형성한다.
이때, 표면(3)에 있어서의 제1 가공광 L1의 반경을 W1이라고 하고, 표면(3)에 있어서의 제2 가공광 L2의 반경을 W2라고 하고, 표면(3)에 수직인 방향에서 보았을 경우에 있어서의 제1 집광점 P1과 제2 집광점 P2의 거리를 D라고 하면, D＞W1＋W2를 만족하도록 레이저광 L을 변조한다. 혹은, 표면(3)에 수직인 방향에서 보았을 경우에 있어서의 제1 집광점 P1과 제2 집광점 P2의 거리가 40㎛~80㎛가 되도록 레이저광 L을 변조한다.
또, 가공 대상물(1)에 집광되는 0차광 및 ±n차광 중 제1 가공광 L1 및 제2 가공광 L2에 대해서 외측에 집광되는 광을 차단한다. 혹은, 가공 대상물(1)에 집광되는 0차광 및 ±n차광 중, 제1 가공광 L1 및 제2 가공광 L2에 대해서 레이저광 L의 입사측과는 반대측인 가공 대상물의 표면(3)측에 집광되는 광, 및 제1 가공광 L1 및 제2 가공광 L2에 대해서 레이저광 L의 입사측의 가공 대상물의 이면(21)측에 집광되는 광을 차단한다.
그리고 가공 대상물(1)에 개질 영역(7)을 형성한 후, 가공 대상물(1)의 이면(21)에 확장 테이프를 부착하고, 당해 확장 테이프를 확장시킨다. 이것에 의해, 절단 예정 라인(5)을 따라서 형성된 개질 영역(7)으로부터 가공 대상물(1)의 두께 방향으로 신장된 균열을, 가공 대상물(1)의 표면(3) 및 이면(21)에 도달시켜, 절단 예정 라인(5)을 따라서 가공 대상물(1)을 기능 소자(15a) 마다 절단함으로써, 복수의 칩을 얻는다.
이상, 설명한 것처럼, 레이저 가공 장치(300) 및 레이저 가공 장치(300)에 있어서 실시되는 레이저 가공 방법에서는, 가공 대상물(1)에 집광되는 0차광 및 ±n차광 중 제1 가공광 L1 및 제2 가공광 L2에 대해서 외측에 집광되는 광을 차단한다. 혹은, 가공 대상물(1)에 집광되는 0차광 및 ±n차광 중, 제1 가공광 L1 및 제2 가공광 L2에 대해서 레이저광 L의 입사측과는 반대측인 가공 대상물의 표면(3)측에 집광되는 광, 및 제1 가공광 L1 및 제2 가공광 L2에 대해서 레이저광 L의 입사측의 가공 대상물의 이면(21)측에 집광되는 광을 차단한다. 이것들에 의해, 당해 광이 가공 대상물(1)의 표면(3) 근방 및 이면(21) 근방에 집광하는 것이 방지된다. 따라서 레이저광 L을 복수의 가공광으로 분기하여 각 가공광에 의해 개질 영역(7)을 형성하는 경우에, 레이저광 L의 입사측과는 반대측인 가공 대상물(1)의 표면(3), 및 레이저광 L의 입사측의 가공 대상물의 이면(21)에, 데미지가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
또, 제1 가공광 L1 및 제2 가공광 L2는, 가공 대상물(1)에 집광되는 0차광 및 ±n차광 중 0차광 및 ±1차광으로부터 선택되고, 광차단부(220)는 가공 대상물(1)에 집광되는 ±n차광 중 ±2차광 및 ±3차광을 차단한다. 이것에 의해, 상대적으로 큰 에너지를 가지는 0차광 및 ±1차광을 제1 가공광 L1 및 제2 가공광 L2로서 효율 좋게 이용하면서, 레이저광 L의 입사측과는 반대측인 가공 대상물(1)의 표면(3), 및 레이저광 L의 입사측의 가공 대상물(1)의 이면(21)에 데미지가 발생하는 것을 보다 확실하게 억제할 수 있다. 특히, 상대적으로 큰 에너지를 가지는 ＋3차광을 차단하는 것은, 레이저광 L의 입사측과는 반대측인 가공 대상물(1)의 표면(3)에 데미지가 발생하는 것을 억제하는데 있어서 중요하다.
또, 광차단부(220)는 제1 가공광 L1 및 제2 가공광 L2를 통과시키는 개구(220a)를 가지고 있다. 이것에 의해, 적어도 제1 가공광 L1 및 제2 가공광 L2를 통과시키고 또한 제1 가공광 L1 및 제2 가공광 L2 이외의 소정 광을 차단하는 광차단부(220)을 간단한 구성으로 실현할 수 있다.
또, 광차단부(220)는 제1 렌즈(241a)와 제2 렌즈(241b) 사이의 푸리에면상에 마련되어 있다. 이것에 의해, 제1 가공광 L1 및 제2 가공광 L2 이외의 소정 광을 확실하게 차단할 수 있다. 또한, 광차단부(220)가 집광 광학계(204)의 광입사부에 마련되어 있어도, 제1 가공광 L1 및 제2 가공광 L2 이외의 소정 광을 확실하게 차단할 수 있다. 또, 반사형 공간 광 변조기(203)가 차단하는 광의 적어도 일부가 개구(220a)의 외측을 통과하도록 레이저광 L을 변조해도 된다. 이것에 의하면, 제1 가공광 L1 및 제2 가공광 L2 이외의 소정 광을 보다 확실하게 차단할 수 있다.
또, 레이저광 L의 입사측과는 반대측인 가공 대상물(1)의 표면(3)에는, 2차원 모양으로 배치된 복수의 기능 소자(15a), 및 서로 이웃하는 기능 소자(15a) 사이의 스트리트 영역(17)에 배치된 금속 패턴(16)이 마련되어 있고, 절단 예정 라인(5)은 표면(3)에 수직인 방향에서 보았을 경우에 서로 이웃하는 기능 소자(15a) 사이의 스트리트 영역(17)을 통과하도록 설정된다. 레이저광 L의 입사측과는 반대측인 가공 대상물(1)의 표면(3)에 있어서 서로 이웃하는 기능 소자(15a) 사이의 스트리트 영역(17)에 금속 패턴(16)이 배치되어 있으면, 금속 패턴(16)에서 누설광의 흡수가 일어나 당해 표면(3)에 데미지가 발생하기 쉬워진다. 그러나 그러한 경우에도, 레이저광 L의 입사측과는 반대측인 가공 대상물(1)의 표면(3)에 데미지가 발생하는 것을 억제할 수 있다. 특히, 기판(11)의 표면(11a)의 전체에 걸쳐 층간 절연막(예를 들면, Low-k막 등)이 형성되어 있는 경우에는, 당해 층간 절연막의 벗겨짐 등을 억제할 수 있으므로 유효하다.
또, 표면(3)에 있어서의 제1 가공광 L1의 반경을 W1이라고 하고, 표면(3)에 있어서의 제2 가공광 L2의 반경을 W2라고 하고, 표면(3)에 수직인 방향에서 보았을 경우에 있어서의 제1 집광점 P1과 제2 집광점 P2의 거리를 D라고 하면, D＞W1＋W2를 만족하도록 레이저광 L을 변조한다. 이것에 의해, 가공 대상물(1)의 표면(3)에 도달한 제1 가공광 L1의 누설광 및 제2 가공광 L2의 누설광이 표면(3)에서 간섭하여 서로 보강되는 것이 방지된다. 따라서 레이저광 L을 복수의 가공광으로 분기하여 각 가공광에 의해 개질 영역(7)을 형성하는 경우에 레이저광 L의 입사측과는 반대측인 가공 대상물(1)의 표면(3)에 데미지가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
또, 반사형 공간 광 변조기(203)에 있어서 서로 이웃하는 화소의 사이의 거리를 d라고 하고, 4f 광학계(241)의 배율을 m이라고 하고, 집광 광학계(204)의 초점 거리를 f라고 하고, 레이저광 L의 파장을 λ라고 하면, 반사형 공간 광 변조기(203)는 D＜2×f×tan［asin｛λ/(d×4×m)｝］를 만족하도록 레이저광 L을 변조한다. 표면(3)에 수직인 방향에서 보았을 경우에 있어서의 제1 집광점 P1과 제2 집광점 P2의 거리 D를 크게 하기 위해서는, 반사형 공간 광 변조기(203)의 변조 패턴에 있어서 그레이팅 픽셀수를 작게 할 필요가 있다. 그러나 그레이팅 픽셀수를 너무 작게 하면, 레이저광 L에 있어서 파면 제어할 수 없는 성분이 증가하여 누설광이 증가할 우려가 있다. D＜2×f×tan［asin｛λ/(d×4×m)｝］를 만족하도록 레이저광 L을 변조함으로써, 레이저광 L에 있어서 파면 제어할 수 없는 성분이 증가하여 누설광이 증가하는 것을 억제하여, 레이저광 L의 입사측과는 반대측인 가공 대상물(1)의 표면(3)에 데미지가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시 형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 가공 대상물(1)의 구성 및 재료는, 상술한 것으로 한정되지 않는다. 일례로서, 기판(11)은 실리콘 기판 이외의 반도체 기판, 사파이어 기판, SiC 기판, 유리 기판(강화유리 기판), 투명 절연 기판 등이 있어도 된다.
또, 0차광 및 ±n차광의 각각의 집광점은, 가공 대상물(1)에 있어서, 차수를 나타내는 수치가 작아질수록, 레이저광 L의 입사측과는 반대측인 가공 대상물(1)의 표면(3) 측에 위치하고, 또한 절단 예정 라인(5)을 따른 레이저광 L의 상대적 이동 방향에 있어서의 앞측에 위치하는 위치 관계를 가지고 있어도 된다. 또, 가공 대상물(1)의 표면(3)측으로부터 레이저광 L을 입사시켜도 된다. 이 경우, 이면(21)이 레이저광 L의 입사측과는 반대측인 가공 대상물(1)의 제1 표면이 되고, 표면(3)이 레이저광 L의 입사측의 가공 대상물(1)의 제2 표면이 된다.
또, 광차단부(220)는 ＋n차광을 차단하는 부재와, －n차광을 차단하는 부재를 가지고, 대향하는 부재의 사이의 영역에 있어서 제1 가공광 L1 및 제2 가공광 L2를 통과시키는 것이어도 된다. 또, 광차단부(220)는 가공 대상물(1)에 집광되는 ±n차광 중, 제1 가공광 L1 및 제2 가공광 L2에 대해서 레이저광 L의 입사측과는 반대측인 가공 대상물의 표면(3)측에 집광되는 광만을 차단하거나, 혹은 ＋3차광만을 차단하는 등, ±2차광 이상의 고차광을 선택적으로 차단해도 된다.
본 발명에 의하면, 레이저광을 복수의 가공광으로 분기하여 각 가공광에 의해 개질 영역을 형성하는 경우에 레이저광의 입사측과는 반대측인 가공 대상물의 표면에 데미지가 발생하는 것을 억제할 수 있는 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법을 제공하는 것이 가능해진다.
1 … 가공 대상물, 3 … 표면(제1 표면),
5 … 절단 예정 라인, 7 … 개질 영역,
15a … 기능 소자, 16 … 금속 패턴,
17 … 스트리트 영역(영역), 21 … 이면(제2 표면),
202 … 레이저 광원,
203 … 반사형 공간 광 변조기(공간 광 변조기),
204 … 집광 광학계, 220 … 광차단부,
220a … 개구, 241 … 4f 광학계(조정 광학계),
241a … 제1 렌즈(제1 광학 소자), 241b … 제2 렌즈(제2 광학 소자),
300 … 레이저 가공 장치, L … 레이저광,
L1 … 제1 가공광, L2 … 제2 가공광,
P1 … 제1 집광점, P2 … 제2 집광점.

Claims (12)

  1. 가공 대상물에 레이저광을 집광함으로써, 절단 예정 라인을 따라서 상기 가공 대상물에 개질 영역을 형성하는 레이저 가공 장치로서,
    상기 레이저광을 출사하는 레이저 광원과,
    상기 레이저 광원에 의해 출사된 상기 레이저광을 상기 가공 대상물에 집광하는 집광 광학계와,
    상기 레이저광이 적어도 제1 가공광 및 제2 가공광을 포함하는 0차광 및 ±n차광(n은 자연수)으로 분기되고, 상기 집광 광학계에 의해 상기 제1 가공광이 제1 집광점에 집광됨과 아울러 상기 제2 가공광이 제2 집광점에 집광되도록, 상기 레이저 광원에 의해 출사된 상기 레이저광을 변조하는 공간 광 변조기와,
    상기 가공 대상물에 집광되는 상기 0차광 및 상기 ±n차광 중 상기 제1 가공광 및 상기 제2 가공광에 대해서 외측에 집광되는 광을 차단하는 광차단부를 구비하고,
    상기 0차광 및 상기 ±n차광 각각의 집광점은, 상기 가공 대상물에 있어서, 차수를 나타내는 수치가 커질수록, 또는 상기 수치가 작아질수록, 상기 레이저광의 입사측과는 반대측인 상기 가공 대상물의 제1 표면측에 위치하고, 또한 상기 절단 예정 라인을 따른 상기 레이저광의 상대적 이동 방향에 있어서의 앞측에 위치하는 위치 관계를 가지고,
    상기 제1 가공광 및 상기 제2 가공광은, 상기 가공 대상물에 집광되는 상기 0차광 및 상기 ±n차광 중 상기 0차광 및 ±1차광으로부터 선택되고,
    상기 광차단부는 상기 가공 대상물에 집광되는 상기 ±n차광 중 ＋3차광을 차단하는 레이저 가공 장치.
  2. 가공 대상물에 레이저광을 집광함으로써, 절단 예정 라인을 따라서 상기 가공 대상물에 개질 영역을 형성하는 레이저 가공 장치로서,
    상기 레이저광을 출사하는 레이저 광원과,
    상기 레이저 광원에 의해 출사된 상기 레이저광을 상기 가공 대상물에 집광하는 집광 광학계와,
    상기 레이저광이 적어도 제1 가공광 및 제2 가공광을 포함하는 0차광 및 ±n차광(n은 자연수)으로 분기되고, 상기 집광 광학계에 의해 상기 제1 가공광이 제1 집광점에 집광됨과 아울러 상기 제2 가공광이 제2 집광점에 집광되도록, 상기 레이저 광원에 의해 출사된 상기 레이저광을 변조하는 공간 광 변조기와,
    상기 가공 대상물에 집광되는 상기 0차광 및 상기 ±n차광 중 상기 제1 가공광 및 상기 제2 가공광에 대해서 상기 레이저광의 입사측과는 반대측인 상기 가공 대상물의 제1 표면측에 집광되는 광을 차단하는 광차단부를 구비하고,
    상기 0차광 및 상기 ±n차광 각각의 집광점은, 상기 가공 대상물에 있어서, 차수를 나타내는 수치가 커질수록, 또는 상기 수치가 작아질수록, 상기 레이저광의 입사측과는 반대측인 상기 가공 대상물의 제1 표면측에 위치하고, 또한 상기 절단 예정 라인을 따른 상기 레이저광의 상대적 이동 방향에 있어서의 앞측에 위치하는 위치 관계를 가지고,
    상기 제1 가공광 및 상기 제2 가공광은, 상기 가공 대상물에 집광되는 상기 0차광 및 상기 ±n차광 중 상기 0차광 및 ±1차광으로부터 선택되고,
    상기 광차단부는 상기 가공 대상물에 집광되는 상기 ±n차광 중 ＋3차광을 차단하는 레이저 가공 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 광차단부는 상기 가공 대상물에 집광되는 상기 0차광 및 상기 ±n차광 중 상기 제1 가공광 및 상기 제2 가공광에 대해서 상기 레이저광의 입사측의 상기 가공 대상물의 제2 표면측에 집광되는 광을 추가로 차단하는 레이저 가공 장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광차단부는 상기 가공 대상물에 집광되는 상기 ±n차광 중 ±2차광 및 -3차광을 추가로 차단하는 레이저 가공 장치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광차단부는 상기 제1 가공광 및 상기 제2 가공광을 통과시키는 개구를 가지는 레이저 가공 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    렌즈로서 기능하는 제1 광학 소자 및 제2 광학 소자를 가지는 조정 광학계를 추가로 구비하고,
    상기 제1 광학 소자 및 상기 제2 광학 소자는, 상기 공간 광 변조기와 상기 제1 광학 소자 사이의 광로 거리가 상기 제1 광학 소자의 제1 초점 거리가 되고, 상기 집광 광학계와 상기 제2 광학 소자 사이의 광로 거리가 상기 제2 광학 소자의 제2 초점 거리가 되고, 상기 제1 광학 소자와 상기 제2 광학 소자 사이의 광로 거리가 상기 제1 초점 거리와 상기 제2 초점 거리의 합이 되어, 상기 제1 광학 소자 및 상기 제2 광학 소자가 양측 텔레센트릭 광학계가 되도록 배치되어 있고,
    상기 광차단부는 상기 제1 광학 소자와 상기 제2 광학 소자 사이의 푸리에면상에 마련되어 있는 레이저 가공 장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 광차단부는 상기 집광 광학계의 광입사부에 마련되어 있는 레이저 가공 장치.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 공간 광 변조기는 차단하는 광의 적어도 일부가 상기 개구의 외측을 통과하도록 상기 레이저광을 변조하는 레이저 가공 장치.
  9. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 표면에는 2차원 모양으로 배치된 복수의 기능 소자, 및 서로 이웃하는 상기 기능 소자의 사이의 영역에 배치된 금속 패턴이 마련되어 있고,
    상기 절단 예정 라인은 상기 제1 표면에 수직인 방향에서 보았을 경우에 서로 이웃하는 상기 기능 소자의 사이의 영역을 통과하도록 설정되는 레이저 가공 장치.
  10. 가공 대상물에 레이저광을 집광함으로써, 절단 예정 라인을 따라서 상기 가공 대상물에 개질 영역을 형성하는 레이저 가공 방법으로서,
    상기 레이저광이 적어도 제1 가공광 및 제2 가공광을 포함하는 0차광 및 ±n차광(n은 자연수)으로 분기되고, 상기 제1 가공광이 제1 집광점에 집광됨과 아울러 상기 제2 가공광이 제2 집광점에 집광되도록, 상기 레이저광을 변조하고, 상기 가공 대상물에 집광되는 상기 0차광 및 상기 ±n차광 중 상기 제1 가공광 및 상기 제2 가공광에 대해서 외측에 집광되는 광을 차단하여, 상기 가공 대상물에 있어서 상기 제1 집광점 및 상기 제2 집광점의 각각에 대응하는 복수의 영역의 각각에 상기 개질 영역을 형성하는 공정을 구비하고,
    상기 0차광 및 상기 ±n차광 각각의 집광점은, 상기 가공 대상물에 있어서, 차수를 나타내는 수치가 커질수록, 또는 상기 수치가 작아질수록, 상기 레이저광의 입사측과는 반대측인 상기 가공 대상물의 제1 표면측에 위치하고, 또한 상기 절단 예정 라인을 따른 상기 레이저광의 상대적 이동 방향에 있어서의 앞측에 위치하는 위치 관계를 가지고,
    상기 제1 가공광 및 상기 제2 가공광은, 상기 가공 대상물에 집광되는 상기 0차광 및 상기 ±n차광 중 상기 0차광 및 ±1차광으로부터 선택되고,
    상기 가공 대상물에 집광되는 상기 ±n차광 중 ＋3차광이 차단되는 레이저 가공 방법.
  11. 가공 대상물에 레이저광을 집광함으로써, 절단 예정 라인을 따라서 상기 가공 대상물에 개질 영역을 형성하는 레이저 가공 방법으로서,
    상기 레이저광이 적어도 제1 가공광 및 제2 가공광을 포함하는 0차광 및 ±n차광(n은 자연수)으로 분기되고, 상기 제1 가공광이 제1 집광점에 집광됨과 아울러 상기 제2 가공광이 제2 집광점에 집광되도록, 상기 레이저광을 변조하고, 상기 가공 대상물에 집광되는 상기 0차광 및 상기 ±n차광 중 상기 제1 가공광 및 상기 제2 가공광에 대해서 상기 레이저광의 입사측과는 반대측인 상기 가공 대상물의 제1 표면측에 집광되는 광을 차단하여, 상기 가공 대상물에 있어서 상기 제1 집광점 및 상기 제2 집광점의 각각에 대응하는 복수의 영역의 각각에 상기 개질 영역을 형성하는 공정을 구비하고,
    상기 0차광 및 상기 ±n차광 각각의 집광점은, 상기 가공 대상물에 있어서, 차수를 나타내는 수치가 커질수록, 또는 상기 수치가 작아질수록, 상기 레이저광의 입사측과는 반대측인 상기 가공 대상물의 제1 표면측에 위치하고, 또한 상기 절단 예정 라인을 따른 상기 레이저광의 상대적 이동 방향에 있어서의 앞측에 위치하는 위치 관계를 가지고,
    상기 제1 가공광 및 상기 제2 가공광은, 상기 가공 대상물에 집광되는 상기 0차광 및 상기 ±n차광 중 상기 0차광 및 ±1차광으로부터 선택되고,
    상기 가공 대상물에 집광되는 상기 ±n차광 중 ＋3차광이 차단되는 레이저 가공 방법.
  12. 삭제
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