KR102588960B1

KR102588960B1 - 레이저 조사 기구

Info

Publication number: KR102588960B1
Application number: KR1020180116814A
Authority: KR
Inventors: 게이지 노마루
Original assignee: 가부시기가이샤 디스코
Priority date: 2017-10-03
Filing date: 2018-10-01
Publication date: 2023-10-12
Also published as: CN109604844B; KR20190039381A; US20190099839A1; JP2019067979A; CN109604844A; DE102018216923A1; TWI773821B; US11027371B2; JP7039238B2; TW201929990A

Abstract

본 발명의 과제는, 펄스 레이저 빔을 씨닝하여 단속적으로 조사하는 경우에도, 증폭기에 의해 적정한 파워로 증폭시킬 수 있는 레이저 조사 기구를 제공하는 것에 있다.
직선 편광의 레이저 빔을 펄스 발진하는 레이저 발진기(41A)를 포함한 레이저 조사 기구(40A)에 있어서, 레이저 발진기(41A)가 발진한 제1 편광면을 갖는 펄스 레이저 빔에 대하여 90도 회전한 제2 편광면을 갖는 펄스 레이저 빔을 선택적으로 합성하는 편광면 합성 수단(42A)과, 편광면 합성 수단(42A)에 의해 합성된 펄스 레이저 빔의 파워를 증폭시키는 증폭기(43)와, 증폭기(43)에 의해 증폭된 펄스 레이저 빔에 포함되는 제1 편광면을 갖는 펄스 레이저 빔 및 상기 제2 편광면을 갖는 펄스 레이저 빔 중 이용하는 편광면을 갖는 펄스 레이저 빔을 추출하는 펄스 레이저 빔 추출 수단(44)을 포함한다.

Description

레이저 조사 기구{LASER IRRADIATION DEVICE}

본 발명은, 펄스 레이저 빔을 적정한 파워로 증폭시켜 조사하는 것이 가능한 레이저 조사 기구에 관한 것이다.

IC, LSI 등의 복수의 디바이스가 분할 예정 라인에 의해 구획되어 표면에 형성된 웨이퍼는, 레이저 가공 장치에 의해 개개의 디바이스 칩으로 분할되고, 분할된 디바이스 칩은 휴대 전화, 퍼스널 컴퓨터 등의 전기 기기에 이용된다.

레이저 가공 장치는, 예컨대 이하의 3개의 타입의 것이 알려져 있다.

(1) 피가공물에 대하여 흡수성을 갖는 파장의 레이저 빔의 집광점을, 피가공물의 표면에 위치 부여하여 조사하여, 소위 어블레이션 가공에 의해 분할홈을 형성하는 타입(예컨대, 특허문헌 1을 참조).

(2) 피가공물에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 빔의 집광점을, 피가공물의 내부에 위치 부여하여 조사하여, 피가공물의 내부에 분할의 기점이 되는 개질층을 형성하는 타입(예컨대, 특허문헌 2를 참조).

(3) 피가공물에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 빔의 집광점을, 피가공물의 내부에 위치 부여하여 조사하여, 피가공물의 표면으로부터 이면에 이르는 세공과 그 세공을 둘러싸는 비정질로 이루어진 복수의 실드 터널을 형성하는 타입(예컨대, 특허문헌 3을 참조).

또한, 원하는 레이저 빔을 피가공물에 대하여 조사하기 위해, 레이저 발진기로부터 펄스 발진되는 레이저 빔을 선택적으로 씨닝하여, 피가공물에 대한 펄스 레이저 빔의 조사의 시작 및 정지를 적절하게 조정할 수 있는 펄스 레이저 빔의 조사 기술도 제안되어 있다(예컨대, 특허문헌 4를 참조).

특허문헌 1 : 일본 특허 공개 평10-305420호 공보 특허문헌 2 : 일본 특허 제3408805호 공보 특허문헌 3 : 일본 특허 공개 제2014-221483호 공보 특허문헌 4 : 일본 특허 공개 평11-188490호 공보

상기 특허문헌 4에 기재된 펄스 레이저 빔의 조사 기술에 의하면, 펄스 레이저 빔을 선택적으로 씨닝할 수 있어, 임의의 타이밍에 펄스 레이저 빔의 조사의 시작 및 정지를 반복하여 피가공물에 펄스 레이저 빔을 조사할 수 있다. 그러나, 소정의 간격으로 씨닝된 후의 펄스 레이저 빔의 파워가 증폭기에 의해 증폭되면, 단속적으로 조사되는 펄스 레이저 빔이 씨닝된 후의 최초의 펄스 레이저 빔이, 펄스 레이저 빔의 조사가 정지되어 있던 동안에 증폭기에 머무른 에너지를 끌어들여 일시적으로 파워가 비정상적으로 증폭되어 버리는 경우가 있다. 그렇게 되면, 피가공물의 가공 조건에 적합하지 않은 출력의 펄스 레이저 빔이 피가공물에 조사되어 버려, 원하는 가공을 할 수 없다는 문제가 생긴다. 이것은, 상기 특허문헌 1 내지 3에 기재된 레이저 가공 장치에 특허문헌 4에 기재된 펄스 레이저 빔의 조사 기술을 적용하는 경우에 한정되지 않고, 펄스 레이저 빔을 조사하여 피가공물의 검사나 측정을 하는 경우에도, 원하는 검사 조건 또는 측정 조건에 적합하지 않은 출력의 펄스 레이저 빔이 되는 경우가 있어, 마찬가지로 문제가 된다.

따라서, 본 발명의 목적은, 펄스 레이저 빔을 씨닝하여 단속적으로 조사하는 경우에도, 증폭기에 의해 적정한 파워로 증폭시킬 수 있는 레이저 조사 기구를 제공하는 것이다.

본 발명에 의하면, 직선 편광의 레이저 빔을 펄스 발진하는 레이저 발진기를 포함한 레이저 조사 기구에 있어서, 상기 레이저 발진기가 발진한 제1 편광면을 갖는 펄스 레이저 빔에 대하여 90도 회전한 제2 편광면을 갖는 펄스 레이저 빔을 선택적으로 합성하는 편광면 합성 수단과, 상기 편광면 합성 수단에 의해 합성된 펄스 레이저 빔의 파워를 증폭시키는 증폭기와, 상기 증폭기에 의해 증폭된 펄스 레이저 빔에 포함되는 상기 제1 편광면을 갖는 펄스 레이저 빔과 상기 제2 편광면을 갖는 펄스 레이저 빔 중에서 이용하는 편광면을 갖는 펄스 레이저 빔을 추출하는 펄스 레이저 빔 추출 수단을 포함한 레이저 조사 기구가 제공된다.

바람직하게는, 상기 편광면 합성 수단은 EOM로 구성되고, 상기 EOM에 의해, 상기 레이저 발진기가 발진한 펄스 레이저 빔을 선택적으로 제2 편광면을 갖는 펄스 레이저 빔으로 변환하여 제1 편광면을 갖는 펄스 레이저 빔과 제2 편광면을 갖는 펄스 레이저 빔을 합성하고, 상기 추출 수단은 편광 빔 스플리터로 구성되고, 상기 편광 빔 스플리터는, 제1 편광면을 갖는 펄스 레이저 빔과 제2 편광면을 갖는 펄스 레이저 빔을 P 편광과 S 편광으로 추출하도록 한다.

바람직하게는, 상기 편광면 합성 수단은, 펄스 레이저 빔의 광로를 선택적으로 분기하는 AOD와, 상기 AOD에 의해 분기된 광로에 배치되고, 제1 편광면을 갖는 펄스 레이저 빔을 제2 편광면을 갖는 펄스 레이저 빔으로 변환하는 편광면 회전기로 구성되고, 상기 추출 수단은 편광 빔 스플리터로 구성되고, 상기 편광 빔 스플리터는, 제1 편광면을 갖는 펄스 레이저 빔과 제2 편광면을 갖는 펄스 레이저 빔을 P 편광과 S 편광으로 추출할 수 있다.

바람직하게는, 상기 편광면 회전기는, 상기 AOD에 의해 분기된 광로에 배치되고 제1 편광면을 갖는 펄스 레이저 빔의 편광면을 제2 편광면으로 회전시키는 1/2 파장판과, 제1 편광면을 갖는 펄스 레이저 빔과 제2 편광면을 갖는 펄스 레이저 빔을 합성하는 합성용 편광 빔 스플리터로 구성된다. 바람직하게는, 상기 AOD는, 제1 편광면을 갖는 펄스 레이저 빔의 파워와 제2 편광면을 갖는 펄스 레이저 빔의 파워 비율을 조정한다.

바람직하게는, 상기 레이저 발진기는, 제1 편광면을 갖는 펄스 레이저 빔을 펄스 발진하는 제1 레이저 발진기와, 상기 제1 편광면에 대하여 90도 회전한 제2 편광면을 갖는 펄스 레이저 빔을 펄스 발진하는 제2 레이저 발진기를 포함하고, 상기 편광면 합성 수단은, 상기 제1 레이저 발진기와 상기 제2 레이저 발진기를 제어하여 제1 편광면을 갖는 펄스 레이저 빔과 제2 편광면을 갖는 펄스 레이저 빔을 선택적으로 합성하고, 상기 추출 수단은 편광 빔 스플리터로 구성되고, 상기 편광 빔 스플리터는, 제1 편광면을 갖는 펄스 레이저 빔과 제2 편광면을 갖는 펄스 레이저 빔을 P 편광과 S 편광으로 추출한다. 바람직하게는, 상기 편광면 합성 수단은, 제어부와, 합성용 편광 빔 스플리터로 구성되고, 상기 합성용 편광 빔 스플리터는, 상기 제어부에 의해 선택된 제1 편광면을 갖는 펄스 레이저 빔 및 제2 편광면을 갖는 펄스 레이저 빔을 선택적으로 합성한다.

본 발명에 의하면, 증폭기에 입사되는 펄스 레이저 빔이 단속적으로 정지되는 일이 없기 때문에, 증폭기에 에너지가 머무를 수 없어, 증폭기에 의해 증폭되는 펄스 레이저 빔의 파워가 비정상적으로 증폭되어 버리는 일이 없다. 이에 따라, 피가공물의 가공에 적합하지 않은 비정상적으로 증폭된 펄스 레이저 빔이 피가공물에 조사되는 것이 방지된다.

도 1은 본 실시형태에 관한 레이저 가공 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 레이저 가공 장치에 포함되는 레이저 조사 기구의 제1 실시형태를 도시하는 블럭도이다.
도 3은 도 1에 도시된 레이저 가공 장치에 포함되는 레이저 조사 기구의 제2 실시형태를 도시하는 블럭도이다.
도 4는 도 1에 도시된 레이저 가공 장치에 포함되는 레이저 조사 기구의 제3 실시형태를 도시하는 블럭도이다.

이하, 본 발명에 기초하여 구성된 실시형태에 관해, 첨부 도면을 참조하면서 구체적으로 설명한다.

도 1에는, 본 실시형태에 관한 레이저 조사 기구가 채용된 레이저 가공 장치(2)의 사시도가 도시되어 있다. 도 1에 도시하는 레이저 가공 장치(2)는, 피가공물을 유지하는 유지 수단(22)과, 베이스(21) 위에 배치되고 유지 수단(22)을 이동시키는 이동 수단(23)과, 베이스(21) 위의 이동 수단(23)의 측방에 화살표 Z로 나타내는 Z 방향으로 세워진 수직벽부(261), 및 수직벽부(261)의 상단부로부터 수평 방향으로 연장된 수평벽부(262)로 이루어진 프레임(26)을 포함하고 있다.

프레임(26)의 수평벽부(262)의 내부에는, 유지 수단(22)에 유지되는 피가공물(웨이퍼(10))에 펄스 레이저 빔을 조사하는 레이저 조사 기구(40)를 구성하는 광학계가 배치된다. 수평벽부(262)의 선단부 하면측에는, 레이저 조사 기구(40)의 일부를 구성하는 집광기(47)가 배치됨과 함께, 집광기(47)에 대하여 도면 중 화살표 X로 나타내는 방향에서 인접하는 위치에 촬상 수단(25)이 배치된다.

촬상 수단(25)은, 피가공물의 표면을 촬상하는 가시광선을 사용하는 촬상 소자(CCD)를 포함하지만, 피가공물의 종류에 따라서는, 적외선을 조사하는 적외선 조사 수단과, 적외선 조사 수단에 의해 조사된 적외선을 포착하는 광학계와, 상기 광학계가 포착한 적외선에 대응하는 전기 신호를 출력하는 촬상 소자(적외선 CCD)를 포함하는 것이 바람직하다.

유지 수단(22)은, 도 1에 화살표 X로 나타내는 X 방향에서 이동 가능하게 베이스(21)에 탑재된 직사각형의 X 방향 가동판(30)과, 도 1에 화살표 Y로 나타내는 Y 방향에서 이동 가능하게 X 방향 가동판(30)에 탑재된 직사각형의 Y 방향 가동판(31)과, Y 방향 가동판(31)의 상면에 고정된 원통형의 지주(32)와, 지주(32)의 상단에 고정된 직사각형의 커버판(33)을 포함한다. 커버판(33)에는 커버판(33) 위에 형성된 긴 구멍을 통과하여 상측으로 연장된 원형의 피가공물을 유지하고, 도시하지 않은 회전 구동 수단에 의해 회전 가능하게 구성된 척 테이블(34)이 배치되어 있다. 척 테이블(34)의 상면에는, 다공질 재료로 형성되고 실질적으로 수평으로 연장된 원형의 흡착 척(35)이 배치되어 있다. 흡착 척(35)은, 지주(32)를 통과하는 유로에 의해 도시하지 않은 흡인 수단에 접속되어 있고, 흡착 척(35)의 주위에는, 클램프(36)가 균등하게 4개 배치되어 있다. 클램프(36)는, 피가공물인 웨이퍼(10)를 척 테이블(34)에 고정할 때에, 보호 테이프(T)를 통해 웨이퍼(10)를 유지하는 프레임(F)을 파지한다. X 방향은 도 1에 화살표 X로 나타내는 방향이고, Y 방향은 화살표 Y로 나타내는 방향이며 X 방향에 직교하는 방향이다. X 방향, Y 방향에 의해 규정되는 평면은 실질적으로 수평이다.

이동 수단(23)은, X 방향 이동 수단(50)과 Y 방향 이동 수단(52)을 포함한다. X 방향 이동 수단(50)은, 모터(50a)의 회전 운동을 볼나사(50b)를 통해 직선 운동으로 변환하여 X 방향 가동판(30)에 전달하고, 베이스(21) 위의 안내 레일(27, 27)을 따라서 X 방향 가동판(30)을 X 방향에 있어서 진퇴시킨다. Y 방향 이동 수단(52)은, 모터(52a)의 회전 운동을 볼나사(52b)를 통해 직선 운동으로 변환하여 Y 방향 가동판(31)에 전달하고, X 방향 가동판(30) 위의 안내 레일(37, 37)을 따라서 Y 방향 가동판(31)을 Y 방향에 있어서 진퇴시킨다. 또, 도시는 생략하지만, X 방향 이동 수단(50), Y 방향 이동 수단(52)에는, 각각 위치 검출 수단이 배치되어 있어, 척 테이블(34)의 X 방향의 위치, Y 방향의 위치, 둘레 방향의 회전 위치가 정확하게 검출되며, X 방향 이동 수단(50), Y 방향 이동 수단(52) 및 도시하지 않은 회전 구동 수단이 구동되어, 임의의 위치 및 각도로 척 테이블(34)을 정확하게 위치 부여할 수 있게 되어 있다. 또, 상기 레이저 가공 장치(2) 전체 및 이동 수단(23) 등은, 실제의 가공 상태에서는, 설명의 편의상 생략된 주름상자 커버, 하우징 등에 의해 덮여 있어, 내부에 분진이나 먼지 등이 들어가지 않도록 구성된다.

도 2를 참조하면서, 본 실시형태에 관한 레이저 조사 기구(40)의 제1 실시형태가 되는 레이저 조사 기구(40A)의 광학계에 관해 설명한다.

레이저 조사 기구(40A)는, 레이저 빔을 펄스 발진하는 레이저 발진기(41A)와, 편광면 합성 수단으로서 기능하는 전기 광학 변조기(EOM)(42A)와, 입사된 펄스 레이저 빔의 파워를 증폭시키는 증폭기(43)와, 증폭기(43)에 의해 증폭된 펄스 레이저 빔으로부터 이용하는 편광면의 펄스 레이저 빔을 추출하는 펄스 레이저 빔 추출 수단으로서 기능하는 편광 빔 스플리터(44)를 포함하고 있다. 또한, 필요에 따라서, 편광 빔 스플리터(44)로부터 분기되고, 이용하지 않는 편광면을 갖는 펄스 레이저 빔이 조사되는 빔 댐퍼(45)와, 이용하는 편광면을 갖는 펄스 레이저 빔을 반사하는 반사 미러(46), 및 척 테이블(34) 위에 흡인 유지된 피가공물(웨이퍼(10))에 펄스 레이저 빔을 집광하는 집광기(47) 등을 포함하고 있다. 또, 본 실시형태에서는, 제1 편광면을 갖는 펄스 레이저 빔이 P 편광의 펄스 레이저 빔이고, 제2 편광면을 갖는 펄스 레이저 빔이 S 편광의 펄스 레이저 빔이다.

레이저 발진기(41A)는, 직선 편광이자 원하는 발진 주파수의 펄스형의 레이저를 발진한다. 이 레이저 발진기(41A)로는, 예컨대, 반복 주파수가 10 MHz∼10 KHz, 평균 출력이 0.1 W인 펄스 레이저를 발진하는 것을 사용할 수 있다. 레이저 발진기(41A)로부터 출사되는 펄스 레이저 빔은, 증폭되기 전의 펄스 레이저 빔이다.

EOM(42A)는, 제어부(100A)에 의해 제어되는 것이며, EOM(42A)에 포함되는 비선형 결정에 대한 인가 전계의 방향을 제어부(100A)에 의해 제어함으로써, 입사된 펄스 레이저 빔의 편광 상태를 임의로 선택적으로 변조(편광 변조)할 수 있다. 이에 따라, 도 2에 도시한 바와 같이, EOM(42A)에 입사한 제1 편광면을 갖는 펄스 레이저 빔을, 선택적으로 소정의 펄스마다, 예컨대 5펄스마다, 제1 편광면에 대하여 편광면이 90도 회전된 제2 편광면을 갖는 펄스 레이저 빔으로 변조하고, P 편광과 S 편광의 펄스 레이저 빔이 합성된 상태로 출사한다. 이 EOM(42A)가, 레이저 발진기(41A)가 발진한 제1 편광면을 갖는 펄스 레이저 빔에 대하여 90도 회전한 제2 편광면을 갖는 펄스 레이저 빔을 선택적으로 합성하는 편광면 합성 수단으로서 기능한다. 또, 제어부(100A)는, 레이저 가공 장치(2)에 포함되고, 레이저 가공 장치(1)에 포함된 각 수단, 예컨대 촬상 수단(25) 등을 제어하는 컴퓨터이다.

증폭기(43)는, EOM(42A)로부터 출사된 펄스 레이저 빔의 파워를 증폭시키는 것이며, 예컨대, 레이저 발진기(41A)로부터 출사된 0.1 W의 펄스 레이저 빔을 5.0 W의 파워가 되도록 증폭시킨다.

편광 빔 스플리터(44)는, 예컨대, 큐브형의 편광 빔 스플리터이며, 입사광을 P 편광과 S 편광으로 분기하는 광학 부품으로서 일반적으로 알려져 있다. 이에 따라, 증폭기(43)로부터 유도된 펄스 레이저 빔을, 제1 편광면(P 편광)을 갖는 펄스 레이저 빔, 및 상기 제2 편광면(S 편광)을 갖는 펄스 레이저 빔으로 분기한다. 이용하는 편광면(P 편광)을 갖는 펄스 레이저 빔을 한쪽 광로, 즉, 반사 미러(46), 및 집광기(47)가 배치된 광로에 추출한다. 또, 다른 한쪽에는, 이용되지 않는 S 편광의 펄스 레이저 빔을 유도하여 빔 댐퍼(45)에서 흡수한다. 집광기(47)로 유도된 P 편광의 펄스 레이저 빔은, 척 테이블(34)에 유지된 웨이퍼(10)에 조사되어, 원하는 가공이 실시된다.

본 실시형태에 관한 레이저 가공 장치(2) 및 레이저 조사 기구(40A)는, 대략 이상과 같이 구성되어 있고, 이하에 그 구체적인 작용에 관해 설명한다.

우선, 도 1의 좌상측에 도시한 바와 같이, 피가공물인 대략 원형의 웨이퍼(10)를 준비한다. 웨이퍼(10)는, 예컨대, Si(실리콘)으로 이루어지며, 표면 위에 서로 직교하는 복수의 분할 예정 라인(12)에 의해 구획되는 디바이스 영역에 복수의 디바이스(14)를 형성한 것이다. 웨이퍼(10)의 이면을 다이싱 테이프(T)에 접착함과 함께 웨이퍼(10)를 수용하는 개구를 갖는 프레임(F)으로 웨이퍼(10)를 수용한 상태로 다이싱 테이프(T)에 접착하여 웨이퍼(10)를 상기 프레임(F)으로 지지한다.

이어서, 웨이퍼(10)를 척 테이블(34)의 흡착 척(35) 위에 배치함과 함께, 4개의 클램프(36)를 웨이퍼(10)를 지지한 프레임(F)에 작용시킴으로써 고정한다. 또한, 척 테이블(34)의 흡착 척(35)에 흡인력을 작용시킴으로써 웨이퍼(10)를 흡인 유지한다.

이어서, 척 테이블(34) 위에 유지된 웨이퍼(10)의 표면에 분할 기점이 되는 분할홈을 형성하기 위한 어블레이션 가공을 한다. 분할홈의 형성에 관해서는, 구체적으로는 이하의 순서에 따라 실시된다.

척 테이블(34) 위에 웨이퍼(10)가 유지되었다면, 가공 이송 수단(23)을 작동하여 척 테이블(34)을 촬상 수단(25)의 바로 아래에 위치 부여한다. 척 테이블(34)이 촬상 수단(25)의 바로 아래에 위치 부여되면, 촬상 수단(25) 및 제어부(100A)에 의해 웨이퍼(10)의 레이저 가공해야 할 가공 영역을 검출하는 얼라인먼트 작업을 실행한다. 즉, 촬상 수단(25) 및 제어부(100A)는, 웨이퍼(10)의 분할 예정 라인(12)을 따라서 레이저 빔을 조사하는 레이저 조사 기구(40A)의 집광기(47)와 웨이퍼(10)의 가공 영역의 위치 맞춤을 행하기 위한 패턴 매칭 등의 화상 처리를 실행하여, 레이저 빔 조사 위치의 얼라인먼트를 수행한다.

전술한 얼라인먼트를 실시했다면, 도 1에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(10)에 대하여 흡수성을 갖는 파장의 레이저 광선을 분할 예정 라인(12)을 따라서 조사하여, 웨이퍼(10)의 표면에 분할홈(16)을 형성하는 분할홈 형성 가공을 실시한다. 보다 구체적으로는, 척 테이블(34)을, 레이저 빔을 조사하는 레이저 조사 기구(40A)의 집광기(47)가 위치하는 레이저 빔 조사 영역으로 이동시켜, 소정의 분할 예정 라인(12)의 일단을 집광기(47)의 바로 아래에 위치 부여한다. 다음으로, 레이저 조사 기구(40A)의 집광기(47)로부터 조사되는 레이저 빔의 집광점을 웨이퍼(10)의 표면에 위치 부여하고, 집광기(47)로부터 웨이퍼(10)에 대하여 흡수성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선을 조사하면서, 척 테이블(34)을 도면 중 화살표 X로 나타내는 방향으로 소정의 가공 이송 속도로 이동시켜, 분할 예정 라인(12)의 타단까지 이동시킨다. 이러한 가공을, 유지 수단(22), 이동 수단(23)을 작동시키면서, 모든 분할 예정 라인(12)을 따라서 분할홈(16)을 형성하는 레이저 가공을 실시한다.

여기서, 상기 레이저 조사 기구(40A)의 작용에 관해 구체적으로 설명한다.

도 2에 기초하여 설명한 바와 같이, 편광 빔 스플리터(44)에 의해 추출된 P 편광의 펄스 레이저 빔은, S 편광의 펄스 레이저 빔이 씨닝된 상태로 조사되는 것이며, 단속적으로 웨이퍼(10)에 조사된다. 여기서, 레이저 조사 기구(40A)에 배치된 EOM(42A)는, 증폭기(43)에 대하여, P 편광 및 S 편광의 펄스 레이저 빔이 합성된 상태의 펄스 레이저 빔을 조사하는 것이기 때문에, 증폭기(43)에는, P 편광 및 S 편광의 펄스 레이저 빔이 연속으로 유도되어 증폭된다.

증폭기(43)에 의해 증폭된 펄스 레이저 빔은 편광 빔 스플리터(44)로 유도되어, 레이저 가공에 이용되는 P 편광의 펄스 레이저 빔과, 레이저 가공에 이용되지 않는 S 편광의 펄스 레이저 빔으로 분기된다. 이와 같이 하여 연속한 펄스 레이저 빔 중, 이용하는 P 편광의 펄스 레이저 빔만이 반사 미러(46)로 유도된다. 또, 레이저 가공에 이용되지 않는 S 편광의 펄스 레이저 빔은 빔 댐퍼(45)로 유도되어 흡수된다. 그리고, 반사 미러(46)에 의해 광로 방향이 전환된 P 편광의 펄스 레이저 빔은 집광기(47)로 유도되어 웨이퍼(10)에 조사된다.

이상과 같이 레이저 조사 기구(40A)를 구성함으로써, 증폭기(43)에 입사되는 펄스 레이저 빔이 단속적으로 정지되는 일이 없기 때문에, 증폭기(43)에 에너지가 머무를 수 없어, 증폭기(43)에 의해 증폭되는 펄스 레이저 빔의 파워가 비정상적으로 증폭되어 버리는 일이 없다. 이에 따라, 웨이퍼(10)의 가공에 적합하지 않은 비정상적으로 증폭된 펄스 레이저 빔이 웨이퍼(10)에 조사되는 것이 방지된다.

본 발명의 레이저 조사 기구(40)는, 상기 제1 실시형태의 레이저 조사 기구(40A)의 구성에 한정되지 않고 여러가지 변형예를 제공할 수 있다. 이하에, 도 3을 참조하면서, 레이저 조사 기구(40)의 제2 실시형태로서의 레이저 조사 기구(40B)에 관해 설명한다. 또, 도 2에 도시하는 제1 실시형태와 동일한 번호가 부여된 구성은, 제1 실시형태에 기재된 구성과 동일한 기능, 작용을 발휘하는 것이며, 상세한 설명에 관해서는 적절하게 생략한다.

레이저 조사 기구(40B)는, 레이저 빔을 펄스 발진하는 레이저 발진기(41B)와, 편광면 합성 수단(42B)과, 입사된 펄스 레이저 빔의 파워를 증폭시키는 증폭기(43)와, 이용하는 편광면의 펄스 레이저 빔을 추출하는 펄스 레이저 빔 추출 수단으로서 기능하는 편광 빔 스플리터(44)를 포함하고 있다. 또한, 제1 실시형태와 마찬가지로, 편광 빔 스플리터(44)로부터 분기되어, 이용하지 않는 편광면의 펄스 레이저 빔이 조사되는 빔 댐퍼(45)와, 펄스 레이저 빔을 반사하는 반사 미러(46), 및 척 테이블(34) 위에 흡인 유지된 피가공물(웨이퍼(10))에 펄스 레이저 빔을 집광하는 집광기(47) 등을 포함하고 있다.

레이저 발진기(41B)는, 제1 실시형태와 마찬가지로, 직선 편광이자 원하는 발진 주파수의 펄스형의 레이저 빔을 발진하는 것이다. 이 레이저 발진기(41B)로는, 예컨대, 반복 주파수가 10 MHz∼10 KHz, 평균 출력이 0.1 W인 펄스 레이저 빔을 발진하는 것을 사용할 수 있다. 레이저 발진기(41B)로부터 조사되는 펄스 레이저 빔은, 증폭되기 전의 펄스 레이저 빔이다.

편광면 합성 수단(42B)은, 음향 광학 소자(AOD)(421)와 편광면 회전기(422)를 포함하고 있다. AOD(421)는 일반적으로 알려진 소자이며, 결정을 압전 소자로 진동시켜 결정 중에 소밀(疏密)의 정상파를 만들고, 이것은 회절 격자로서 기능한다. 이 진동 주파수는 제어부(100B)에 의해 제어되는 것이며, 진동 주파수를 변화시킴으로써 결정에 형성되는 격자폭을 변화시킨다. 격자폭이 변화함으로써, 회절 격자에 의해 분기되는 광선의 각도나 파워의 비율을 조정하는 것이 가능하다. 도 3에 도시한 바와 같이, AOD(421)에 입사된 펄스 레이저 빔은, 소정의 각도를 갖고 소정의 펄스수마다 실선과 점선으로 나타내는 2개의 방향으로 분기되어, 편광면 회전기(422)로 유도된다. 또, 이 때 AOD(421)로부터 조사되는 펄스 레이저 빔은 모두, 레이저 발진기(41B)에 의해 발진된 제1 편광면이 유지된 펄스 레이저 빔이다.

편광면 회전기(422)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 1/2 파장판(422a)과, 반사 미러(422b)와, 합성용의 편광 빔 스플리터(422c)를 포함한다. 상기 AOD(421)에 의해 분기된 한쪽의 점선으로 나타내는 펄스 레이저 빔은 1/2 파장판(422a)으로 유도된다. 1/2 파장판(422a)으로 유도된 제1 편광면을 갖는 펄스 레이저 빔은, 편광면이 90도 회전되어, 실선으로 나타내는 제1 편광면을 갖는 펄스 레이저 빔에 대하여 편광면이 90도 회전한 제2 편광면을 갖는 펄스 레이저 광선이 된다. 이와 같이 함으로써, 제1 편광면을 갖는 펄스 레이저 빔이 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이, S 편광의 펄스 레이저 빔이 되고, 제2 편광면을 갖는 펄스 레이저 빔이 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이, P 편광의 펄스 레이저 빔이 된다.

AOD(421)에 의해 분기되고 편광면이 회전된 S 편광의 펄스 레이저 빔은, 반사 미러(422b)에 의해 반사되고, 합성용의 편광 빔 스플리터(422c)로 유도된다. 또한, 편광면이 유지된 P 편광의 펄스 레이저 빔도 합성용의 편광 빔 스플리터(422c)로 유도되고, 2개의 펄스 레이저 빔이 합성되고, 편광면 합성 수단(42B)으로부터 출사된다. 도 3에 도시한 바와 같이, 편광면 합성 수단(42B)으로부터 출사되는 펄스 레이저 빔은, 편광면 합성 수단(42B)에 입사된 펄스 레이저 빔과 동일한 반복 주파수이지만, 소정의 펄스마다 편광면이 P 편광과 S 편광의 사이에서 변화하도록 합성된 것이다. 이와 같이 합성된 펄스 레이저 빔은, 제1 실시형태와 동일한 증폭기(43)로 유도된다.

증폭기(43)에는, P 편광과 S 편광의 펄스 레이저 빔이 합성된 상태의 펄스 레이저 빔이 연속적인 펄스로 유도되고, 그 파워가, 예컨대 평균 출력 5.0 W로 증폭된다.

증폭기(43)에 의해 증폭된 펄스 레이저 빔은, 제1 실시형태와 동일한 광로를 경유하여 편광 빔 스플리터(44)로 유도되고, P 편광의 펄스 레이저 빔이 추출되어 반사 미러(46)로 유도되고 웨이퍼(10)에 조사된다. 또, 도 3의 (a) 및 도 3의 (b)로부터 이해되는 바와 같이, 본 실시예에서는, AOD(421)의 기능에 의해, 펄스 레이저 빔을 분기시킬 때의 파워가 서서히 변화하도록 조정되고 있다.

이상과 같이, 레이저 조사 기구(40B)를 구성함으로써, 증폭기(43)에 입사되는 펄스 레이저 빔이 단속적으로 정지되는 일이 없기 때문에, 증폭기(43)에 에너지가 머무를 수 없어, 증폭기(43)에 의해 증폭되는 펄스 레이저 빔의 파워가 비정상적으로 증폭되어 버리는 것이 방지된다.

또한, 도 4를 참조하면서, 레이저 조사 기구(40)의 제3 실시형태로서의 레이저 조사 기구(40C)에 관해 설명한다. 또, 도 2에 도시하는 제1 실시형태 및 도 3에 도시하는 제2 실시형태와 동일한 번호가 부여된 구성은, 각 기재의 구성과 동일한 기능, 작용을 발휘하는 것이며, 상세한 설명에 관해서는 적절하게 생략한다.

레이저 조사 기구(40C)는, 레이저 빔을 펄스 발진하는 레이저 발진기(41C)로서, 제1 레이저 발진기(411)와 제2 레이저 발진기(412)를 포함하고 있다. 제1 레이저 발진기(411) 및 제2 레이저 발진기(412)는, 예컨대, 반복 주파수가 10 MHz∼10 KHz, 평균 출력이 0.1 W인 펄스 레이저 빔을 발진하는 레이저 발진기를 포함한다. 상기 제1 레이저 발진기(411), 제2 레이저 발진기(412)는, 제어부(100C)에 의해 제어된다. 또한, 레이저 조사 기구(40C)는, 편광면 합성 수단으로서 기능하는 합성용의 편광 빔 스플리터(42C)와, 증폭기(43)와, 편광 빔 스플리터(44)를 포함하고 있다. 또한, 제1, 제2 실시형태와 마찬가지로, 이용하지 않는 편광면의 펄스 레이저 빔이 조사되는 빔 댐퍼(45)와, 이용하는 펄스 레이저 빔을 반사하는 반사 미러(46), 및 척 테이블(34) 위에 흡인 유지된 피가공물(웨이퍼(10))에 펄스 레이저 빔을 집광하는 집광기(47) 등을 포함하고 있다.

제1 레이저 발진기(411) 및 제2 레이저 발진기(412)의 적어도 어느 한쪽에는, 1/2 파장판이 배치되어 있다. 이에 따라, 서로 편광면이 90도 회전된 상태로 펄스 레이저 빔을 조사할 수 있다. 또한, 제1 레이저 발진기(411) 및 제2 레이저 발진기(412)에는 음향 광학 소자(AOD)가 포함되어(도시는 생략), 제1 레이저 발진기(411)와 제2 레이저 발진기(412)로부터 조사되는 펄스 레이저 빔의 조사 타이밍을 제어부(100C)에 의해 정확하게 제어할 수 있다. 이에 따라, 예컨대, 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이, 제1 레이저 발진기(411)로부터 P 편광의 펄스 레이저 빔이 5 펄스 조사된 후, 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이, 그것에 연속한 타이밍에, 제2 레이저 발진기(412)로부터 S 편광의 펄스 레이저 빔을 5 펄스 조사할 수 있다.

제1 레이저 발진기(411)로부터 조사되는 편광 빔 스플리터(42C)에 대하여 P 편광의 펄스 레이저 빔과, 제2 레이저 발진기(412)로부터 조사되는 편광 빔 스플리터(42C)에 대하여 S 편광의 펄스 레이저 빔은, 합성용의 편광 빔 스플리터(42C)로 유도되어 합성된다. 이에 따라, 도 4에 도시한 바와 같이, P 편광의 펄스 레이저 빔과, S 편광의 펄스 레이저 빔을 포함하는 연속적인 펄스 레이저 빔이 된다. 이 합성된 펄스 레이저 빔은, 제1 실시형태에 있어서 EOM(42A)으로부터 조사되는 펄스 레이저 빔과 동일한 펄스 레이저 빔이다. 이 합성된 펄스 레이저 빔이 증폭기(43)로 유도되고, 제1 실시형태와 동일한 광로를 경유하여 웨이퍼(10)에 조사되어 레이저 가공이 실시된다. 제3 실시형태에서도 제1 실시형태와 마찬가지로, 증폭기(43)에 입사되는 펄스 레이저 빔이 단속적으로 정지되는 일이 없기 때문에, 증폭기(43)에 에너지가 머무를 수 없어, 증폭기(43)에 의해 증폭되는 펄스 레이저 빔의 파워가 비정상적으로 증폭되어 버리는 일이 없다. 이에 따라, 웨이퍼(10)의 가공에 적합하지 않은 비정상적으로 증폭된 펄스 레이저 빔이 웨이퍼(10)에 조사되는 것이 방지된다.

상기 각 실시형태에서는, 레이저 조사 기구(40A∼40C)를 레이저 가공 장치(1)에 채용한 예를 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예컨대, 펄스 레이저 빔을 증폭기에 의해 증폭시켜 조사함으로써, 피가공물의 물성을 검사하거나, 혹은 피가공물의 표면 위치를 계측하거나 하는 장치에 적용하거나 할 수도 있다.

상기 실시형태에서는, 이용하는 펄스 레이저 빔으로서, P 편광의 펄스 레이저 빔을 선택하도록 했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, S 편광의 펄스 레이저 빔을 이용하도록 하고, P 편광의 펄스 레이저 빔이 유도되는 광로에 빔 댐퍼를 배치하여 흡수하도록 해도 좋다.

본원발명의 해결해야 할 과제를 고려하면, 레이저 발진기가 발진한 펄스 레이저 빔을 그대로 증폭기로 유도하고, 증폭기에 의해 증폭시킨 후에, 음향 광학 소자(AOD) 등을 이용하여 펄스 레이저 빔을 씨닝하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 이 경우는, 가공에 제공되도록 파워를 높인 펄스 레이저 빔을 씨닝하게 되므로, 음향 광학 소자(AOD) 등에 대한 손상을 회피할 필요가 있다. 이 손상을 회피하기 위한 구체적인 수단으로는, 증폭된 펄스 레이저 광선을 음향 광학 소자(AOD) 등으로 유도할 때 출력 밀도를 저하시키기 위해, 빔의 사이즈를 크게 하여 입사시키는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 빔의 사이즈를 크게 하여 입사시키면, 음향 광학 소자(AOD) 등을 구성하는 결정 중의 음파의 전파 속도 지연으로 인해 시간 응답이 나빠지고, 반복 주파수가 높은 영역에서 제어가 양호하게 따를 수 없어, 가공 품질이 안정되지 않는다는 문제가 있다. 본 발명은, 상기 구성에 의해 이러한 문제가 회피된다.

2 : 레이저 가공 장치
10 : 웨이퍼
21 : 베이스
22 : 유지 수단
23 : 이동 수단
26 : 프레임
25 : 촬상 수단
30 : X 방향 가동판
31 : Y 방향 가동판
34 : 척 테이블
40, 40A, 40B, 40C : 레이저 조사 기구
41A, 41B : 레이저 발진기
42A : 전기 광학 변조기(EOM)
42B : 편광면 합성 수단
411 : 제1 레이저 발진기
412 : 제2 레이저 발진기
421 : 음향 광학 소자(AOD)
422 : 편광면 회전기
422a : 1/2 파장판
422c : 편광 빔 스플리터
43 : 증폭기
44 : 편광 빔 스플리터
47 : 집광기
50 : X 방향 이동 수단
52 : Y 방향 이동 수단

Claims

직선 편광의 레이저 빔을 펄스 발진하는 레이저 발진기를 포함한 레이저 조사 기구에 있어서,
상기 레이저 발진기가 발진한 제1 편광면을 갖는 펄스 레이저 빔에 대하여 90도 회전한 제2 편광면을 갖는 펄스 레이저 빔을 선택적으로 합성하는 편광면 합성 수단과,
상기 편광면 합성 수단에 의해 합성된 펄스 레이저 빔의 파워를 증폭시키는 증폭기와,
상기 증폭기에 의해 증폭된 펄스 레이저 빔에 포함되는 상기 제1 편광면을 갖는 펄스 레이저 빔과 상기 제2 편광면을 갖는 펄스 레이저 빔 중에서 이용하는 편광면을 갖는 펄스 레이저 빔을 추출하는 펄스 레이저 빔 추출 수단을 포함하고,
상기 편광면 합성 수단은, 펄스 레이저 빔의 광로를 선택적으로 분기하는 음향 광학 소자와, 상기 음향 광학 소자에 의해 분기된 광로에 배치되고, 제1 편광면을 갖는 펄스 레이저 빔을 제2 편광면을 갖는 펄스 레이저 빔으로 변환하는 편광면 회전기로 구성되고,
상기 추출 수단은 편광 빔 스플리터로 구성되고,
상기 편광 빔 스플리터는, 제1 편광면을 갖는 펄스 레이저 빔과 제2 편광면을 갖는 펄스 레이저 빔을 P 편광과 S 편광으로 추출하는 것이고,
상기 편광면 회전기는, 상기 음향 광학 소자에 의해 분기된 광로에 배치되고 제1 편광면을 갖는 펄스 레이저 빔의 편광면을 제2 편광면으로 회전시키는 1/2 파장판과, 제1 편광면을 갖는 펄스 레이저 빔과 제2 편광면을 갖는 펄스 레이저 빔을 합성하는 합성용 편광 빔 스플리터로 구성되고,
상기 음향 광학 소자는, 제1 편광면을 갖는 펄스 레이저 빔의 파워와 제2 편광면을 갖는 펄스 레이저 빔의 파워를 서서히 변경하여 상기 양쪽 파워의 파워 비율을 서서히 조정하는 것이고,
상기 편광면 합성 수단으로부터 출사되는 펄스 레이저 빔의 반복 주파수와 상기 편광면 합성 수단에 입사되는 펄스 레이저 빔의 반복 주파수는 동일한 반복 주파수인 레이저 조사 기구.
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