KR102535905B1 - 레이저 가공 장치 - Google Patents

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Abstract

(과제) 피가공물의 내부에 양호한 가공을 실시할 수 있는 레이저 가공 장치를 제공한다.
(해결 수단) 레이저 발진기 (28) 가 발진한 레이저 광선 (LB) 을 집광하는 집광기 (34) 는, 오목 렌즈 (38) 와, 오목 렌즈 (38) 와 소정의 간격을 두고 배치 형성되고 대기 중에 있어서 집광점의 수차가 영이 되는 위치에 배치 형성된 볼록 렌즈 (40) 와, 오목 렌즈 (38) 에 대한 볼록 렌즈 (40) 의 거리를 변경하여 대기 중에 있어서 집광점에 수차를 생성하는 액추에이터 (42) 를 포함한다. 액추에이터 (42) 는, 피가공물의 내부에 있어서 집광점의 수차가 영이 되도록 대기 중에 있어서 수차를 생성한다.

Description

레이저 가공 장치{LASER MACHINING APPARATUS}
본 발명은, 피가공물의 내부에 가공을 실시하기 위한 레이저 가공 장치에 관한 것이다.
IC, LSI, LED, SAW 필터 등의 복수의 디바이스가 교차하는 복수의 분할 예정 라인에 의해 구획되고, Si (실리콘) 기판, SiC (탄화 규소) 기판, Al2O3 (사파이어) 기판, LiTaO3 (리튬 탄탈레이트) 기판 등의 상면에 형성된 웨이퍼는, 다이싱 장치, 레이저 가공 장치에 의해 개개의 디바이스 칩으로 분할되고, 분할된 각 디바이스 칩은 휴대 전화, 퍼스널 컴퓨터 등의 전기 기기에 이용된다.
레이저 가공 장치는 하기 (1) 또는 (2) 타입의 것이 존재한다.
(1) 웨이퍼에 대하여 흡수성을 갖는 파장의 레이저 광선의 집광점을 분할 예정 라인에 위치시키고 레이저 광선을 웨이퍼에 조사하여 어블레이션 가공에 의해 분할 예정 라인 상에 홈을 형성하고 개개의 디바이스 칩으로 분할하는 타입 (예를 들어 특허문헌 1 참조).
(2) 웨이퍼에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선의 집광점을 분할 예정 라인의 내부에 위치시키고 레이저 광선을 웨이퍼에 조사하여 분할 예정 라인을 따라 웨이퍼의 내부에 개질층을 형성하고 개개의 디바이스 칩으로 분할하는 타입 (예를 들어 특허문헌 2 참조).
일본 공개특허공보 평10-305420호 일본 특허공보 제3408805호 일본 공개특허공보 2016-111143호
그러나, 레이저 광선의 집광점의 수차가 대기 중에 있어서 영이 되는 집광기를 사용하여 집광점을 피가공물의 내부에 위치시키고 레이저 광선을 웨이퍼에 조사해도, 반드시 양호한 개질층이 형성되는 것은 아니라는 문제가 있다. 이러한 문제는, SiC 잉곳의 단면 (端面) 으로부터 생성해야 할 웨이퍼의 두께에 상당하는 깊이의 영역에 집광점을 위치시키고 레이저 광선을 SiC 잉곳에 조사하고, SiC 가 Si 와 C 로 분리됨과 함께 크랙이 c 면을 따라 신장된 박리층을 형성하는 경우 (예를 들어 상기 특허문헌 3 참조) 에도 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 피가공물의 내부에 양호한 가공을 실시할 수 있는 레이저 가공 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 레이저 가공 장치로서, 피가공물을 유지하는 척 테이블과, 그 척 테이블에 유지된 피가공물에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선의 집광점을 피가공물의 내부에 위치시키고 레이저 광선을 피가공물에 조사하여 가공을 실시하는 레이저 조사 유닛과, 그 척 테이블과 그 레이저 조사 유닛을 상대적으로 가공 이송하는 가공 이송 유닛을 구비하고, 그 레이저 조사 유닛은, 레이저 광선을 발진하는 레이저 발진기와, 그 레이저 발진기가 발진한 레이저 광선을 집광하는 집광기를 포함하고, 그 집광기는, 오목 렌즈와, 그 오목 렌즈와 소정의 간격을 두고 배치 형성되고 대기 중에 있어서 집광점의 수차가 영이 되는 위치에 배치 형성된 볼록 렌즈와, 그 오목 렌즈에 대한 그 볼록 렌즈의 거리를 변경하여 대기 중에 있어서 집광점에 수차를 생성하는 액추에이터를 포함하고, 그 액추에이터는, 피가공물의 내부에 있어서 집광점의 수차가 영이 되도록 대기 중에 있어서 수차를 생성하는 레이저 가공 장치가 제공된다.
광학 상, 집광점의 수차가 완전히 영이 되는 경우는 없는 바, 본 명세서에 있어서 집광점의 수차가 영이라는 것은, 레이저 가공이 양호하게 실시될 정도로 한없이 작아, 실질적으로 영으로 간주할 수 있는 수차를 의미한다.
바람직하게는 그 액추에이터는 피에조 소자에 의해 구성된다.
본 발명에 따르면, 레이저 광선을 발진하는 레이저 발진기와, 레이저 발진기가 발진한 레이저 광선을 집광하는 집광기는, 오목 렌즈와, 그 오목 렌즈와 소정의 간격을 두고 배치 형성되고 대기 중에 있어서 집광점의 수차가 영이 되는 위치에 배치 형성된 볼록 렌즈와, 그 오목 렌즈에 대한 그 볼록 렌즈의 거리를 변경하여 대기 중에 있어서 집광점에 수차를 생성하는 액추에이터를 포함하고, 그 액추에이터는, 피가공물의 내부에 있어서 집광점의 수차가 영이 되도록 대기 중에 있어서 수차를 생성하도록 구성되어 있으므로, 피가공물의 내부에 양호한 가공을 실시할 수 있다.
도 1 은 레이저 가공 장치의 사시도.
도 2 는 도 1 에 나타내는 레이저 조사 유닛의 블록도.
도 3 은 도 2 에 나타내는 피에조 소자의 상하 방향 치수의 변화량의 전압 특성의 일례를 나타내는 그래프.
도 4 는 다이싱 테이프를 개재하여 고리형 프레임에 지지된 웨이퍼의 사시도.
도 5 는 도 1 에 나타내는 레이저 가공 장치를 사용하여 도 4 에 나타내는 웨이퍼의 내부에 가공을 실시하고 있는 상태를 나타내는 사시도.
도 6(a) 는 SiC 잉곳의 정면도, 도 6(b) 는 SiC 잉곳의 평면도, 도 6(c) 는 SiC 잉곳의 사시도.
도 7a 는 도 1 에 나타내는 레이저 가공 장치를 사용하여 도 6 에 나타내는 SiC 잉곳의 내부에 가공을 실시하고 있는 상태를 나타내는 사시도, 도 7(b) 는 도 7(a) 에 있어서의 B－B 선 단면도.
이하, 본 발명에 따라 구성된 레이저 가공 장치의 실시형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1 에 나타내는 레이저 가공 장치 (2) 는, 피가공물을 유지하는 유지 유닛 (4) 과, 유지 유닛 (4) 에 유지된 피가공물에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선의 집광점을 피가공물의 내부에 위치시키고 레이저 광선을 피가공물에 조사하여 가공을 실시하는 레이저 조사 유닛 (6) 과, 유지 유닛 (4) 과 레이저 조사 유닛 (6) 을 상대적으로 가공 이송하는 가공 이송 유닛 (8) 을 포함한다.
도 1 에 나타내는 바와 같이, 유지 유닛 (4) 은, X 축 방향으로 자유롭게 이동할 수 있도록 기대 (基臺) (10) 에 탑재된 X 축 방향 가동판 (12) 과, Y 축 방향으로 자유롭게 이동할 수 있도록 X 축 방향 가동판 (12) 에 탑재된 Y 축 방향 가동판 (14) 과, Y 축 방향 가동판 (14) 의 상면에 고정된 지지 기둥 (16) 과, 지지 기둥 (16) 의 상단에 고정된 커버판 (18) 을 포함한다. 커버판 (18) 에는 Y 축 방향으로 신장되는 장공 (長穴) (18a) 이 형성되고, 장공 (18a) 을 통과하여 상방으로 신장되는 척 테이블 (22) 이 지지 기둥 (16) 의 상단에 자유롭게 회전할 수 있도록 탑재되어 있다. 척 테이블 (20) 의 상면에는, 흡인 수단 (도시하지 않음) 에 접속된 다공질의 흡착 척 (22) 이 배치되어 있다. 그리고, 척 테이블 (20) 은, 흡인 수단으로 흡착 척 (22) 의 상면에 흡인력을 생성함으로써, 흡착 척 (22) 의 상면에 재치 (載置) 된 피가공물을 흡착하여 유지할 수 있다. 또한, 척 테이블 (20) 의 둘레 가장자리에는, 둘레 방향으로 간격을 두고 복수의 클램프 (24) 가 배치되어 있다. 또, X 축 방향은 도 1 에 화살표 X 로 나타내는 방향이고, Y 축 방향은 도 1 에 화살표 Y 로 나타내는 방향으로 X 축 방향과 직교하는 방향이다. X 축 방향 및 Y 축 방향이 규정하는 평면은 실질상 수평이다.
도 1 및 도 2 를 참조하여 레이저 조사 유닛 (6) 에 대해서 설명한다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 레이저 조사 유닛 (6) 은, 기대 (10) 의 상면으로부터 상방으로 신장되고 이어서 실질상 수평으로 신장되는 프레임체 (26) 를 포함한다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, 프레임체 (26) 의 내부에는, 피가공물에 대하여 투과성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선 (LB) 을 발진하는 레이저 발진기 (28) 와, 레이저 발진기 (28) 가 발진한 펄스 레이저 광선 (LB) 의 출력을 조정하는 어테뉴에이터 (30) 와, 어테뉴에이터 (30) 에 의해 출력이 조정된 펄스 레이저 광선 (LB) 의 광로를 변환시키는 미러 (32) 가 배치되어 있다. 또한, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 프레임체 (26) 의 선단 하면에는, 미러 (32) 에 의해 광로가 변환된 펄스 레이저 광선 (LB) 을 집광하는 집광기 (34) 와, 척 테이블 (20) 에 유지된 피가공물을 촬상하여 레이저 가공해야 할 영역을 검출하기 위한 촬상 유닛 (36) 이, X 축 방향으로 간격을 두고 장착되어 있다.
도 2 를 참조하여 집광기 (34) 에 대해서 설명한다. 집광기 (34) 는, 오목 렌즈 (38) 와, 오목 렌즈 (38) 와 소정의 간격을 두고 배치 형성되고 대기 중에 있어서 펄스 레이저 광선 (LB) 의 집광점의 수차가 영이 되는 위치에 배치 형성된 볼록 렌즈 (40) 와, 오목 렌즈 (38) 에 대한 볼록 렌즈 (40) 의 거리를 변경하여 대기 중에 있어서 집광점에 수차를 생성하는 액추에이터 (42) 를 포함하고, 액추에이터 (42) 는, 피가공물의 내부에 있어서 집광점의 수차가 영이 되도록 대기 중에 있어서 수차를 생성하도록 되어 있다. 오목 렌즈 (38) 는, 자유롭게 승강할 수 있도록 프레임체 (26) 에 장착된 오목 렌즈 지지부 (44) 에 지지되고 있다. 볼록 렌즈 (40) 는, 상하 방향으로 간격을 두고 배치된 제 1 볼록 렌즈 (40a), 제 2 볼록 렌즈 (40b) 및 제 3 볼록 렌즈 (40c) 로 구성되고, 오목 렌즈 지지부 (44) 의 하방에 배치된 볼록 렌즈 지지부 (46) 에 지지되고 있다. 본 실시형태에 있어서의 액추에이터 (42) 는, 오목 렌즈 지지부 (44) 의 하단과 볼록 렌즈 지지부 (46) 의 상단에 접속된 피에조 소자에 의해 구성되어 있다. 소정의 상하 방향 치수 (L) 로 형성되어 있는 피에조 소자는, 전원을 갖는 컨트롤러 (48) 에 전기적으로 접속되고, 컨트롤러 (48) 로부터 인가되는 전압의 크기에 따라 상하 방향 치수 (L) 가 변화하도록 되어 있다. 피에조 소자에 인가되는 전압과 피에조 소자의 상하 방향 치수 (L) 의 변화량 (ΔL) 의 관계는, 예를 들어 도 3 에 나타내는 바와 같은 비례 관계이다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, 오목 렌즈 지지부 (44) 는, 너트부 (50a) 가 오목 렌즈 지지부 (44) 에 고정되고 상하 방향으로 신장되는 볼 나사 (50) 와, 볼 나사 (50) 의 편단부에 연결된 모터 (52) 를 갖는 집광점 위치 조정 유닛 (54) 에 의해 승강되도록 되어 있고, 이로써 집광기 (34) 로 집광하는 펄스 레이저 광선 (LB) 의 집광점의 상하 방향 위치가 조정된다. 이와 같은 구성을 갖는 집광기 (34) 에 있어서는, 액추에이터 (42) 의 피에조 소자에 전압이 인가되지 않은 상태에서는, 집광점의 수차가 대기 중에 있어서 영이 되도록 오목 렌즈 (38) 에 대하여 볼록 렌즈 (40) 가 배치되어 있다. 한편, 액추에이터 (42) 의 피에조 소자에 전압이 인가되면, 피에조 소자의 상하 방향 치수 (L) 가 변화됨으로써, 오목 렌즈 (38) 에 대한 볼록 렌즈 (40) 의 거리가 변경되어, 대기 중에 있어서 펄스 레이저 광선 (LB) 의 집광점에 수차가 생성된다. 그리고, 집광기 (34) 에 있어서는, 피가공물의 굴절률이나 가공 위치의 깊이에 따라 피에조 소자에 인가되는 전압을 적절히 조정함으로써, 피가공물의 내부에 있어서 집광점의 수차가 영이 되도록 대기 중에 있어서 수차를 생성할 수 있도록 되어 있다.
도 1 을 참조하여 가공 이송 유닛 (8) 에 대해서 설명한다. 가공 이송 유닛 (8) 은, 레이저 조사 유닛 (6) 에 대하여 척 테이블 (20) 을 X 축 방향으로 이동시키는 X 축 방향 이동 유닛 (56) 과, 레이저 조사 유닛 (6) 에 대하여 척 테이블 (20) 을 Y 축 방향으로 이동시키는 Y 축 방향 이동 유닛 (58) 과, 지지 기둥 (16) 에 대하여 척 테이블 (20) 을 회전시키는 회전 유닛 (도시하지 않음) 을 포함한다. X 축 방향 이동 유닛 (56) 은, 기대 (10) 상에 있어서 X 축 방향으로 신장되는 볼 나사 (60) 와, 볼 나사 (60) 의 편단부에 연결된 모터 (62) 를 갖는다. 볼 나사 (60) 의 너트부 (도시하지 않음) 는, X 축 방향 가동판 (12) 의 하면에 고정되어 있다. 그리고 X 축 방향 이동 유닛 (56) 은, 볼 나사 (60) 에 의해 모터 (62) 의 회전 운동을 직선 운동으로 변환시켜 X 축 방향 가동판 (12) 에 전달하고, 기대 (10) 상의 안내 레일 (10a) 을 따라 X 축 방향 가동판 (12) 을 X 축 방향으로 진퇴시키고, 이로써 레이저 조사 유닛 (6) 에 대하여 척 테이블 (20) 을 X 축 방향으로 이동시킨다. Y 축 방향 이동 유닛 (58) 은, X 축 방향 가동판 (12) 상에 있어서 Y 축 방향으로 신장되는 볼 나사 (64) 와, 볼 나사 (64) 의 편단부에 연결된 모터 (66) 를 갖는다. 볼 나사 (64) 의 너트부 (도시하지 않음) 는, Y 축 방향 가동판 (14) 의 하면에 고정되어 있다. 그리고 Y 축 방향 이동 유닛 (58) 은, 볼 나사 (64) 에 의해 모터 (66) 의 회전 운동을 직선 운동으로 변환시켜 Y 축 방향 가동판 (14) 에 전달하고, X 축 방향 가동판 (12) 상의 안내 레일 (12a) 을 따라 Y 축 방향 가동판 (14) 을 Y 축 방향으로 진퇴시키고, 이로써 레이저 조사 유닛 (6) 에 대하여 척 테이블 (20) 을 Y 축 방향으로 이동시킨다. 회전 유닛은, 지지 기둥 (16) 에 내장된 모터 (도시하지 않음) 를 갖고, 상하 방향으로 신장되는 축선을 중심으로 하여 지지 기둥 (16) 에 대하여 척 테이블 (20) 을 회전시킨다.
도 4 에는, 피가공물의 일례로서의 웨이퍼 (70) 가 도시되어 있다. Si (실리콘) 기판, SiC (탄화 규소) 기판, LiTaO3 (리튬 탄탈레이트) 기판 등으로부터 형성될 수 있는 원반 형상의 (70) 의 표면 (70a) 은, 격자 형상의 복수의 분할 예정 라인 (72) 에 의해 복수의 사각형 영역으로 구획되고, 복수의 사각형 영역의 각각에는 디바이스 (74) 가 형성되어 있다. 본 실시형태에서는, 둘레 가장자리가 고리형 프레임 (76) 에 고정된 다이싱 테이프 (78) 에 웨이퍼 (70) 의 이면 (70b) 이 첩부되어 있다.
피가공물을 웨이퍼 (70) 로 하고, 상기 서술한 레이저 가공 장치 (2) 를 사용하여 웨이퍼 (70) 의 내부에 개질층을 형성하는 가공 방법에 대해서 설명한다. 본 실시형태에서는, 먼저, 웨이퍼 (70) 의 표면 (70a) 을 위로 향하게 하고, 척 테이블 (20) 의 상면에 웨이퍼 (70) 를 흡착시킴과 함께, 고리형 프레임 (76) 의 외둘레 가장자리부를 복수의 클램프 (24) 로 고정시킨다. 이어서, 촬상 유닛 (36) 으로 상방으로부터 웨이퍼 (70) 를 촬상한다. 이어서, 촬상 유닛 (36) 으로 촬상한 웨이퍼 (70) 의 화상에 의거하여, X 축 방향 이동 유닛 (56), Y 축 방향 이동 유닛 (58) 및 회전 유닛으로 척 테이블 (20) 을 이동 및 회전시킴으로써, 격자 형상의 분할 예정 라인 (72) 을 X 축 방향으로 정합 (整合) 시킴과 함께, X 축 방향으로 정합시킨 분할 예정 라인 (72) 의 편단부의 상방에 집광기 (34) 를 위치시킨다. 이어서, 웨이퍼 (70) 의 굴절률이나 가공 위치의 깊이에 따른 적절한 전압을 액추에이터 (42) 로서의 피에조 소자에 인가하여 오목 렌즈 (38) 에 대한 볼록 렌즈 (40) 의 거리를 변경함으로써, 웨이퍼 (70) 의 내부에 있어서 펄스 레이저 광선 (LB) 의 집광점의 수차가 영이 되도록, 대기 중에 있어서 집광점의 수차를 생성한다. 이어서, 집광점 위치 조정 유닛 (54) 에 의해 집광점을 분할 예정 라인 (72) 의 내부에 위치시킨다. 이어서, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 집광점에 대하여 척 테이블 (20) 을 소정의 이송 속도로 X 축 방향 이동 유닛 (56) 에 의해 X 축 방향으로 이동시키면서, 웨이퍼 (70) 에 대하여 투과성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선 (LB) 을 집광기 (34) 로부터 웨이퍼 (70) 에 조사하는 개질층 형성 가공을 실시한다. 본 실시형태에서는, 웨이퍼 (70) 의 내부에 있어서 집광점의 수차가 영이기 때문에, 개질층 형성 가공을 실시함으로써, 분할 예정 라인 (72) 을 따라 웨이퍼 (70) 의 내부에 분할의 기점이 되는 개질층 (80) 을 양호하게 형성할 수 있다. 이어서, 분할 예정 라인 (72) 의 간격 분만큼, 집광점에 대하여 척 테이블 (20) 을 Y 축 방향 이동 유닛 (58) 으로 Y 축 방향으로 인덱스 이송한다. 그리고, 개질층 형성 가공과 인덱스 이송을 교대로 반복함으로써, X 축 방향으로 정합시킨 분할 예정 라인 (72) 의 전부에 개질층 형성 가공을 실시한다. 또한, 회전 유닛에 의해 척 테이블 (20) 을 90 도 회전시킨 후에, 개질층 형성 가공과 인덱스 이송을 교대로 반복함으로써, 먼저 개질층 형성 가공을 실시한 분할 예정 라인 (72) 과 직교하는 분할 예정 라인 (72) 의 전부에도 개질층 형성 가공을 실시하고, 격자 형상의 분할 예정 라인 (72) 을 따라 개질층 (80) 을 형성한다. 이와 같은 가공 방법은, 예를 들어 굴절률이 3.5 인 Si (실리콘) 로부터 웨이퍼 (70) 가 형성되어 있는 경우에는, 이하의 가공 조건에서 실시할 수 있다. 또, 하기의 표준 위치란, 대기 중에 있어서 레이저 광선의 집광점의 수차가 영이 되는 볼록 렌즈의 위치이다.
펄스 레이저 광선의 파장 : 1064 nm
반복 주파수 : 10 kHz
평균 출력 : 1.0 W
집광 렌즈의 개구수 (NA) : 0.7
이송 속도 : 100 mm/s
집광기 : 오목 렌즈로부터 볼록 렌즈를 표준 위치로부터 168 ㎛ 떨어지게 하여, 대기 중에 있어서 28 ㎛ 의 수차를 생성
개질층의 위치 : 웨이퍼의 표면으로부터 깊이 450 ㎛ 인 위치
또한, 굴절률이 2.2 인 LiTaO3 (리튬 탄탈레이트) 로부터 웨이퍼 (70) 가 형성되어 있는 경우에는, 이하의 가공 조건에서 상기 서술한 가공 방법을 실시함으로써, 분할 예정 라인 (72) 을 따라 웨이퍼 (70) 의 내부에 분할의 기점이 되는 개질층 (80) 을 양호하게 형성할 수 있다.
펄스 레이저 광선의 파장 : 1064 nm
반복 주파수 : 10 kHz
평균 출력 : 1.0 W
집광 렌즈의 개구수 (NA) : 0.7
이송 속도 : 100 mm/s
집광기 : 오목 렌즈로부터 볼록 렌즈를 표준 위치로부터 270 ㎛ 떨어지게 하여, 대기 중에 있어서 45 ㎛ 의 수차를 생성
개질층의 위치 : 웨이퍼의 표면으로부터 깊이 450 ㎛ 인 위치
또한, 상기 서술한 레이저 가공 장치 (2) 를 사용하면, SiC (탄화 규소) 잉곳의 내부에 웨이퍼를 박리하기 위한 박리층을 양호하게 형성할 수 있다. 도 6 에 나타내는 SiC 잉곳 (90) 은, 굴절률이 2.6 이고, 육방정 단결정 SiC 로부터 전체적으로 원기둥 형상으로 형성되어 있고, 원 형상의 제 1 면 (92) 과, 제 1 면 (92) 과 반대측인 원 형상의 제 2 면 (94) 과, 제 1 면 (92) 및 제 2 면 (94) 의 사이에 위치하는 주위면 (96) 과, 제 1 면 (92) 에서부터 제 2 면 (94) 에 이르는 c 축 (＜0001＞ 방향) 과, c 축과 직교하는 c 면 (｛0001｝면) 을 갖는다. SiC 잉곳 (90) 에 있어서는, 제 1 면 (92) 의 수선 (垂線) (98) 에 대하여 c 축이 기울어져 있고, c 면과 제 1 면 (92) 에서 오프각 (α) (예를 들어 α＝1, 3, 6 도) 이 형성되어 있다. 오프각 (α) 이 형성되는 방향을 도 6 에 화살표 A 로 나타낸다. 주위면 (96) 에는, 결정 방위를 나타내는 사각형상의 제 1 오리엔테이션 플랫 (100) 및 제 2 오리엔테이션 플랫 (102) 이 형성되어 있다. 제 1 오리엔테이션 플랫 (100) 은, 오프각 (α) 이 형성되는 방향 A 와 평행하고, 제 2 오리엔테이션 플랫 (102) 은, 오프각 (α) 이 형성되는 방향 A 와 직교하고 있다. 도 6(b) 에 나타내는 바와 같이, 상방에서 보았을 때, 제 2 오리엔테이션 플랫 (102) 의 길이 (L2) 는, 제 1 오리엔테이션 플랫 (100) 의 길이 (L1) 보다 짧다 (L2 ＜ L1). 또, 레이저 가공 장치 (2) 에 의해 가공이 실시될 수 있는 SiC 잉곳은, 제 1 면의 수선에 대하여 c 축이 기울어져 있지 않고, c 면과 제 1 면의 오프각이 0 도인 (즉, 제 1 면의 수선과 c 축이 일치하고 있는) SiC 잉곳이어도 된다.
레이저 가공 장치 (2) 를 사용하여, SiC 잉곳 (90) 의 내부에 박리층을 형성할 때에는, 먼저 척 테이블 (20) 의 상면에 SiC 잉곳 (90) 을 흡착시키고, 촬상 유닛 (36) 으로 상방으로부터 SiC 잉곳 (90) 을 촬상한다. 이어서, 촬상 유닛 (36) 으로 촬상한 SiC 잉곳 (90) 의 화상에 기초하여, X 축 방향 이동 유닛 (56), Y 축 방향 이동 유닛 (58) 및 회전 유닛으로 척 테이블 (20) 을 이동 및 회전시킴으로써, SiC 잉곳 (90) 의 방향을 소정의 방향으로 조정함과 함께 SiC 잉곳 (90) 과 집광기 (34) 의 XY 평면에 있어서의 위치를 조정한다. SiC 잉곳 (90) 의 방향을 소정의 방향으로 조정할 때에는, 도 7(a) 에 나타내는 바와 같이, 제 2 오리엔테이션 플랫 (102) 을 X 축 방향으로 정합시킴으로써, 오프각 (α) 이 형성되는 방향 A 와 직교하는 방향을 X 축 방향으로 정합시킨다. 이어서, SiC 잉곳 (90) 의 굴절률이나 가공 위치의 깊이에 따른 적절한 전압을 액추에이터 (42) 로서의 피에조 소자에 인가하여 오목 렌즈 (38) 에 대한 볼록 렌즈 (40) 의 거리를 변경함으로써, SiC 잉곳 (90) 의 내부에 있어서 펄스 레이저 광선 (LB) 의 집광점의 수차가 영이 되도록 대기 중에 있어서 집광점의 수차를 생성한다. 이어서, 집광점 위치 조정 유닛 (54) 에 의해 집광점을 SiC 잉곳 (90) 의 상단면 (본 실시형태에서는 제 1 면 (92)) 으로부터 생성해야 할 웨이퍼의 두께에 상당하는 깊이에 위치시킨다. 이어서, 오프각 (α) 이 형성되는 방향 A 와 직교하는 방향으로 정합되어 있는 X 축 방향으로 집광점에 대하여 척 테이블 (20) 을 소정의 이송 속도로 X 축 방향 이동 유닛 (56) 에 의해 이동시키면서, SiC 잉곳 (90) 에 대하여 투과성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선 (LB) 을 집광기 (34) 로부터 SiC 잉곳 (90) 에 조사하는 박리층 형성 가공을 실시한다. 본 실시형태에서는, SiC 잉곳 (90) 의 내부에 있어서 집광점의 수차가 영이기 때문에, 펄스 레이저 광선 (LB) 의 조사에 의해 SiC 가 Si (실리콘) 와 C (탄소) 로 분리되고 다음으로 조사되는 펄스 레이저 광선 (LB) 이 이전에 형성된 C 에 흡수되어 연쇄적으로 SiC 가 Si 와 C 로 분리되어 형성되는 직선 형상의 개질층 (104) 과, 개질층 (104) 으로부터 c 면을 따라 개질층 (104) 의 양측으로 신장되는 크랙 (106) 을 양호하게 형성할 수 있다. 이어서, 오프각 (α) 이 형성되는 방향 A 로 정합되어 있는 Y 축 방향으로 집광점에 대하여 척 테이블 (20) 을 Y 축 방향 이동 유닛 (58) 으로 소정 인덱스량 (Li) 만큼 인덱스 이송한다. 그리고, 박리층 형성 가공과 인덱스 이송을 교대로 반복함으로써, 오프각 (α) 이 형성되는 방향 A 와 직교하는 방향을 따라 신장되는 직선 형상의 개질층 (104) 을, 오프각 (α) 이 형성되는 방향 A 으로 소정 인덱스량 (Li) 의 간격을 두고 복수 형성함과 함께, 오프각 (α) 이 형성되는 방향 A 에 있어서 인접하는 크랙 (106) 과 크랙 (106) 이 겹치게 한다. 이로써, SiC 잉곳 (90) 의 상단면으로부터 생성해야 할 웨이퍼의 두께에 상당하는 깊이에, 복수의 개질층 (104) 및 크랙 (106) 으로 이루어지는 SiC 잉곳 (90) 으로부터 웨이퍼를 박리하기 위한 박리층 (108) 을 형성할 수 있다. 이와 같은 가공 방법은, 예를 들어 이하의 가공 조건에서 실시할 수 있다.
펄스 레이저 광선의 파장 : 1064 nm
반복 주파수 : 80 kHz
평균 출력 : 3.2 W
집광 렌즈의 개구수 (NA) : 0.7
인덱스량 : 250 ∼ 400 ㎜
이송 속도 : 120 ∼ 260 mm/s
집광기 : 오목 렌즈로부터 볼록 렌즈를 표준 위치로부터 237 ㎛ 떨어지게 하여, 대기 중에 있어서 35 ㎛ 의 수차를 생성
박리층의 위치 : SiC 잉곳의 단면으로부터 깊이 450 ㎛ 인 위치
또, 상기 서술한 설명에서는, 박리층 형성 가공에 있어서 오프각 (α) 이 형성되는 방향 A 와 직교하는 방향으로 집광점에 대하여 SiC 잉곳 (90) 을 상대적으로 이동시키고, 또한 인덱스 이송에 있어서 오프각 (α) 이 형성되는 방향 A 로 집광점에 대하여 SiC 잉곳 (90) 을 상대적으로 이동시키는 예를 설명했는데, 집광점에 대한 SiC 잉곳 (90) 의 상대적인 이동 방향은 오프각 (α) 이 형성되는 방향 A 와 직교하는 방향이 아니어도 되고, 또한, 인덱스 이송에 있어서의 집광점에 대한 SiC 잉곳 (90) 의 상대적인 이동 방향은 오프각 (α) 이 형성되는 방향 A 가 아니어도 된다.
이상과 같이 본 실시형태에서는, 집광기 (34) 는, 오목 렌즈 (38) 와, 오목 렌즈 (38) 와 소정의 간격을 두고 배치 형성되고 대기 중에 있어서 집광점의 수차가 영이 되는 위치에 배치 형성된 볼록 렌즈 (40) 와, 오목 렌즈 (38) 에 대한 볼록 렌즈 (40) 의 거리를 변경하여 대기 중에 있어서 집광점에 수차를 생성하는 액추에이터 (42) 를 포함하고, 액추에이터 (42) 는, 피가공물의 내부에 있어서 집광점의 수차가 영이 되도록 대기 중에 있어서 수차를 생성하도록 구성되어 있으므로, 피가공물의 내부에 양호한 가공을 실시할 수 있다.
또, 웨이퍼 (70) 의 내부에 개질층을 형성하는 설명에서는, 웨이퍼 (70) 의 표면 (70a) 을 위로 향하게 하고 펄스 레이저 광선 (LB) 을 표면 (70a) 으로부터 웨이퍼 (70) 에 조사하는 예를 설명했는데, 웨이퍼 (70) 의 이면 (70b) 을 위로 향하게 하고 펄스 레이저 광선 (LB) 을 이면 (70b) 으로부터 웨이퍼 (70) 에 조사해도 된다. 웨이퍼 (70) 의 이면 (70b) 을 위로 향하게 하고 펄스 레이저 광선 (LB) 을 이면 (70b) 으로부터 웨이퍼 (70) 에 조사하는 경우에는, 적외선 카메라를 구비하는 촬상 유닛에 의해 웨이퍼 (70) 의 이면 (70b) 으로부터 투과시켜 표면 (70a) 의 분할 예정 라인 (72) 을 촬상하고, 분할 예정 라인 (72) 과 집광기 (34) 의 위치 맞춤 (얼라이먼트) 을 실시한다.
2 : 레이저 가공 장치
4 : 유지 유닛
6 : 레이저 조사 유닛
8 : 가공 이송 유닛
28 : 발진기
LB : 펄스 레이저 광선
34 : 집광기
38 : 오목 렌즈
40 : 볼록 렌즈
40a : 제 1 볼록 렌즈
40b : 제 2 볼록 렌즈
40c : 제 3 볼록 렌즈
42 : 액추에이터

Claims (2)

  1. 레이저 가공 장치로서,
    피가공물을 유지하는 척 테이블과,
    상기 척 테이블에 유지된 피가공물에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선의 집광점을 피가공물의 내부에 위치시키고 레이저 광선을 피가공물에 조사하여 가공을 실시하는 레이저 조사 유닛과,
    상기 척 테이블과 상기 레이저 조사 유닛을 상대적으로 가공 이송하는 가공 이송 유닛을 구비하고,
    상기 레이저 조사 유닛은, 레이저 광선을 발진하는 레이저 발진기와, 상기 레이저 발진기가 발진한 레이저 광선을 집광하는 집광기를 포함하고,
    상기 집광기는, 오목 렌즈와, 상기 오목 렌즈와 소정의 간격을 두고 배치 형성되어 있는 동시에, 그 유지 수단에 유지된 피가공물에 직접 대면하도록 배치 형성되고, 대기 중에 있어서 집광점의 수차가 영이 되는 위치에 배치 형성된 볼록 렌즈와, 상기 오목 렌즈에 대한 상기 볼록 렌즈의 거리를 변경하여 대기 중에 있어서 집광점에 수차를 생성하는 액추에이터를 포함하고,
    상기 액추에이터는, 피가공물의 내부에 있어서 집광점의 수차가 영이 되도록 대기 중에 있어서 수차를 생성하는, 레이저 가공 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 액추에이터는 피에조 소자에 의해 구성되는, 레이저 가공 장치.
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