KR20100081923A - 레이저 가공 장치 - Google Patents

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KR20100081923A
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laser
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KR1020090129607A
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나오토시 기리하라
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가부시기가이샤 디스코
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Abstract

본 발명은 웨이퍼 이면측으로부터 분할 예정 라인을 따라 레이저 광선을 조사하고, 웨이퍼 표면에 손상을 입히지 않고 웨이퍼에 분할 예정 라인을 따라 레이저 가공을 실시할 수 있는 레이저 가공 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
척 테이블에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단을 구비하는 레이저 가공 장치로서, 레이저 광선 조사 수단은 직선 편광의 펄스 레이저 광선을 발진하는 펄스 레이저 광선 발진 수단과, 펄스 레이저 광선 발진 수단으로부터 발진된 펄스 레이저 광선의 각 펄스의 파의 일부를 구부려 제1파와 이 제1파에 직교하는 방향의 제2파를 생성하는 전기 광학 효과 소자와, 전기 광학 효과 소자에 의해 생성된 제1파와 제2파를 분리하는 편광 빔 스플리터와, 편광 빔 스플리터에 의해 분리된 한쪽의 파를 흡수하는 댐퍼와, 편광 빔 스플리터에 의해 분리된 다른쪽의 파를 집광하는 집광기와, 제어 수단을 구비하고 있다. 제어 수단은, 펄스 레이저 광선 발진 수단으로부터 발진된 펄스 레이저 광선의 펄스의 파에서의 에너지 분포의 상승부와 하강부 중 적어도 상승부와 다른 부를 상대적으로 제1파와 제2파로 변환하도록 전기 광학 효과 소자를 제어하고, 편광 빔 스플리터는 제1파를 댐퍼에 유도하고 제2파를 상기 집광기에 유도한다.

Description

레이저 가공 장치{LASER MACHINING APPARATUS}
본 발명은, 반도체 웨이퍼나 광디바이스 웨이퍼 등의 웨이퍼에 미리 정해진 분할 예정 라인을 따라 레이저 가공을 실시하는 레이저 가공 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스 제조 공정에서는, 대략 원판 형상인 실리콘 기판의 표면에 격자형으로 배열된 분할 예정 라인에 의해 복수개 영역이 구획되고, 이 구획된 영역에 IC, LSI 등의 디바이스를 형성한다. 이와 같이 형성된 반도체 웨이퍼를 분할 예정 라인을 따라 절단함으로써 회로가 형성된 영역을 분할하여 개개의 디바이스를 제조하고 있다. 또한 사파이어 기판의 표면에 질화갈륨계 화합물 반도체 등이 적층된 광디바이스 웨이퍼도 분할 예정 라인을 따라 절단함으로써 개개의 발광 다이오드, 레이저 다이오드 등의 광디바이스로 분할되어, 전기기기에 널리 이용되고 있다.
이러한 반도체 웨이퍼나 광디바이스 웨이퍼 등의 웨이퍼 분할 방법으로서, 웨이퍼에 형성된 분할 예정 라인을 따라 웨이퍼에 대하여 흡수성을 갖는 파장(예컨대 355 ㎚)의 펄스 레이저 광선을 조사함으로써 레이저 가공 홈을 형성하고, 이 레이저 가공 홈을 따라 기계적 파단(mechanical breaking) 장치에 의해 할단하는 방 법이 제안되어 있다(예컨대 특허문헌 1 참조).
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2004-9139호 공보
또한 전술한 웨이퍼의 분할 방법으로서, 웨이퍼 내부에 집광점을 맞춰 웨이퍼에 대하여 투과성을 갖는 파장(예컨대 1064 ㎚)의 펄스 레이저 광선을 분할 예정 라인을 따라 조사하고, 웨이퍼 내부에 분할 예정 라인을 따라 변질층을 연속적으로 형성하며, 이 변질층의 형성에 의해 강도가 저하된 분할 예정 라인을 따라 외력을 가함으로써, 웨이퍼를 분할하는 방법도 제안되어 있다(예컨대 특허문헌 2 참조).
[특허문헌 2] 일본 특허 제3408805호 공보
전술한 IC, LSI 등의 디바이스나 광디바이스는 실리콘 기판이나 사파이어 기판의 표면에 디바이스층을 적층하여 형성되어 있기 때문에, 레이저 광선의 조사에 의해 디바이스층에 손상을 입히지 않기 위해, 웨이퍼 이면측에서 레이저 광선을 조사한다. 그런데, 조사된 레이저 광선의 모든 에너지가 가공에 기여하는 것은 아니며, 가공에 기여하지 않는 에너지의 일부는 기판을 투과하여 기판의 표면에 형성된 디바이스층을 손상시킨다고 하는 문제가 있다.
본 발명은 상기 사실을 감안하여 이루어진 것으로, 그 주된 기술적 과제는 웨이퍼 이면측에서 분할 예정 라인을 따라 레이저 광선을 조사하고, 웨이퍼 표면에 손상을 입히지 않고 웨이퍼에 분할 예정 라인을 따라 레이저 가공을 실시할 수 있는 레이저 가공 장치를 제공하는 것이다.
상기 주된 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 의하면, 피가공물을 유지하는 척 테이블과, 이 척 테이블에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단을 포함하는 레이저 가공 장치로서,
상기 레이저 광선 조사 수단은, 직선 편광의 레이저 광선을 발진하는 레이저 발진기와 이 레이저 발진기에 펄스 신호를 출력하는 펄스 생성기를 구비한 펄스 레이저 광선 발진 수단과, 이 펄스 레이저 광선 발진 수단으로부터 발진된 펄스 레이저 광선의 각 펄스의 파의 일부를 구부려 제1파와 이 제1파에 직교하는 방향의 제2 파를 생성하는 전기 광학 효과 소자와, 이 전기 광학 효과 소자에 의해 생성된 제1파와 제2파를 분리하는 편광 빔 스플리터와, 이 편광 빔 스플리터에 의해 분리된 한쪽의 파를 흡수하는 댐퍼와, 상기 편광 빔 스플리터에 의해 분리된 다른쪽의 파를 집광하는 집광기와, 상기 전기 광학 효과 소자를 제어하는 제어 수단을 포함하고,
상기 제어 수단은, 상기 펄스 레이저 광선 발진 수단으로부터 발진된 펄스 레이저 광선의 각 펄스의 파에서의 에너지 분포의 상승부와 하강부 중 적어도 상승부와 다른 부를 상대적으로 제1파와 제2파로 생성하도록 상기 전기 광학 효과 소자를 제어하며,
상기 편광 빔 스플리터는, 상기 제1파를 상기 댐퍼에 유도하고, 상기 제2파를 상기 집광기에 유도하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치가 제공된다.
상기 레이저 광선 조사 수단은, 펄스 레이저 광선 발진 수단으로부터 발진된 펄스 레이저 광선이 전기 광학 효과 소자에 도달하는 시점과 제어 수단이 출력하는 제어 신호가 전기 광학 효과 소자에 도달하는 시점을 동기시키는 동기 수단을 포함하고 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 레이저 가공 장치의 레이저 광선 조사 수단은 이상과 같이 구성되어 있기 때문에, 펄스 레이저 광선 발진 수단으로부터 발진된 펄스 레이저 광선의 각 펄스의 파는 전기 광학 효과 소자에 의해 에너지 분포의 상승부 및 하강부 중 적어도 상승부와 다른 부가 상대적으로 제1파와 제2파로 생성된다. 이 상승 부의 제1파가 편광 빔 스플리터에 의해 분리되어 댐퍼에 버려진다. 그리고, 편광 빔 스플리터에 의해 분리되어 집광기로부터 조사되는 펄스 레이저 광선의 각 펄스의 파에서의 제2파의 에너지 분포는 가공에 기여하지 않는 상승부가 제거되어 급경사의 파형으로 되어 있기 때문에, 에너지 밀도가 높은 레이저 광선만이 척 테이블에 유지된 피가공물인 웨이퍼의 이면에 조사된다. 따라서, 웨이퍼의 이면에 조사된 펄스 레이저 광선은 모든 에너지가 가공에 기여하기 때문에, 웨이퍼 기판을 투과하여 기판 표면에 형성된 디바이스층을 손상시키지 않는다.
이하, 본 발명에 따라서 구성된 레이저 가공 장치의 적합한 실시형태에 대해서, 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1에는 본 발명에 따라서 구성된 레이저 가공 장치의 사시도가 도시되어 있다. 도 1에 도시하는 레이저 가공 장치는 정지 베이스(2)와, 이 정지 베이스(2)에 화살표 X로 도시하는 가공 이송 방향(X축 방향)으로 이동할 수 있게 배치되고 피가공물을 유지하는 척 테이블 기구(3)와, 정지 베이스(2)에 상기 X축 방향과 직각인 화살표 Y로 도시하는 인덱싱 방향(Y축 방향)으로 이동할 수 있게 배치된 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)와, 이 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)에 화살표 Z로 도시하는 초점 위치 조정 방향(Z축 방향)으로 이동할 수 있게 배치된 레이저 광선 조사 유닛(5)을 구비하고 있다.
상기 척 테이블 기구(3)는, 정지 베이스(2) 위에 X축 방향을 따라 평행하게 배치된 한 쌍의 안내 레일(31, 31)과, 이 안내 레일(31, 31) 위에 X축 방향으로 이 동할 수 있게 배치된 제1 슬라이딩 블록(32)과, 이 제1 슬라이딩 블록(32) 위에 Y축 방향으로 이동할 수 있게 배치된 제2 슬라이딩 블록(33)과, 이 제2 슬라이딩 블록(33) 위에 원통 부재(34)에 의해 지지된 지지 테이블(35)과, 피가공물 유지 수단으로서의 척 테이블(36)을 구비하고 있다. 이 척 테이블(36)은 다공성 재료로 형성되고 피가공물 유지면(361)을 구비하고 있고, 척 테이블(36) 위에 피가공물로서의 웨이퍼를 도시하지 않는 흡인 수단에 의해 유지하도록 되어 있다. 또한 척 테이블(36)은, 원통 부재(34) 안에 배치된 도시하지 않는 펄스 모터에 의해 회전한다.
상기 제1 슬라이딩 블록(32)은, 그 하면에 상기 한 쌍의 안내 레일(31, 31)과 끼워 맞춰지는 한 쌍의 피안내 홈(321, 321)이 형성되어 있고, 그 상면에 Y축 방향을 따라 평행하게 형성된 한 쌍의 안내 레일(322, 322)이 설치되어 있다. 이와 같이 구성된 제1 슬라이딩 블록(32)은 피안내 홈(321, 321)에 한 쌍의 안내 레일(31, 31)을 끼워 맞춤으로써, 한 쌍의 안내 레일(31, 31)을 따라 X축 방향으로 이동할 수 있게 구성된다. 도시의 실시형태에서의 척 테이블 기구(3)는, 제1 슬라이딩 블록(32)을 한 쌍의 안내 레일(31, 31)을 따라 X축 방향으로 이동시키기 위한 가공 이송 수단(37)을 구비하고 있다. 가공 이송 수단(37)은, 상기 한 쌍의 안내 레일(31, 31) 사이에 평행하게 배치된 수나사 로드(371)와, 이 수나사 로드(371)를 회전 구동하기 위한 펄스 모터(372) 등의 구동원을 포함하고 있다. 수나사 로드(371)는, 그 일단이 상기 정지 베이스(2)에 고정된 베어링 블록(373)에 회전 가능하게 지지되어 있고, 그 타단이 상기 펄스 모터(372)의 출력축에 전동 연결되어 있다. 또한, 수나사 로드(371)는 제1 슬라이딩 블록(32)의 중앙부 하면에 돌출 설 치된 도시하지 않는 암나사 블록에 형성된 관통 암나사 구멍에 나사 결합되어 있다. 따라서, 펄스 모터(372)에 의해 수나사 로드(371)를 정회전 및 역회전 구동함으로써, 제1 슬라이딩 블록(32)은 안내 레일(31, 31)을 따라 X축 방향으로 이동한다.
상기 제2 슬라이딩 블록(33)은, 그 하면에 상기 제1 슬라이딩 블록(32)의 상면에 설치된 한 쌍의 안내 레일(322, 322)과 끼워 맞춰지는 한 쌍의 피안내 홈(331, 331)이 형성되어 있고, 이 피안내 홈(331, 331)을 한 쌍의 안내 레일(322, 322)에 끼워 맞춤으로써, Y축 방향으로 이동할 수 있게 구성된다. 도시의 실시형태에서의 척 테이블 기구(3)는 제2 슬라이딩 블록(33)을 제1 슬라이딩 블록(32)에 설치된 한 쌍의 안내 레일(322, 322)을 따라 Y축 방향으로 이동시키기 위한 제1 인덱싱 이송 수단(38)을 구비하고 있다. 제1 인덱싱 이송 수단(38)은, 상기 한 쌍의 안내 레일(322, 322) 사이에 평행하게 배치된 수나사 로드(381)와, 이 수나사 로드(381)를 회전 구동하기 위한 펄스 모터(382) 등의 구동원을 포함하고 있다. 수나사 로드(381)는, 그 일단이 상기 제1 슬라이딩 블록(32)의 상면에 고정된 베어링 블록(383)에 회전 가능하게 지지되어 있고, 그 타단이 상기 펄스 모터(382)의 출력축에 전동 연결되어 있다. 또한 수나사 로드(381)는, 제2 슬라이딩 블록(33)의 중앙부 하면에 돌출 설치된 도시하지 않는 암나사 블록에 형성된 관통 암나사 구멍에 나사 결합되어 있다. 따라서, 펄스 모터(382)에 의해 수나사 로드(381)를 정회전 및 역회전 구동함으로써, 제2 슬라이딩 블록(33)은 안내 레일(322, 322)을 따라 Y축 방향으로 이동한다.
상기 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)는, 정지 베이스(2) 위에 Y축 방향을 따라 평행하게 배치된 한 쌍의 안내 레일(41, 41)과, 이 안내 레일(41, 41) 위에 Y축 방향으로 이동 가능하게 배치된 가동 지지 베이스(42)를 구비하고 있다. 이 가동 지지 베이스(42)는 안내 레일(41, 41) 위에 이동 가능하게 배치된 이동 지지부(421)와, 이 이동 지지부(421)에 부착된 장착부(422)로 이루어져 있다. 장착부(422)는 일측면에 Z축 방향으로 연장되는 한 쌍의 안내 레일(423, 423)이 평행하게 설치되어 있다. 도시의 실시형태에서의 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)는, 가동 지지 베이스(42)를 한 쌍의 안내 레일(41, 41)을 따라 Y축 방향으로 이동시키기 위한 제2 인덱싱 이송 수단(43)을 구비하고 있다. 제2 인덱싱 이송 수단(43)은, 상기 한 쌍의 안내 레일(41, 41) 사이에 평행하게 배치된 수나사 로드(431)와, 이 수나사 로드(431)를 회전 구동하기 위한 펄스 모터(432) 등의 구동원을 포함하고 있다. 수나사 로드(431)는, 그 일단이 상기 정지 베이스(2)에 고정된 도시하지 않는 베어링 블록에 회전 가능하게 지지되어 있고, 타단이 상기 펄스 모터(432)의 출력축에 전동 연결되어 있다. 또한, 수나사 로드(431)는 가동 지지 베이스(42)를 구성하는 이동 지지부(421)의 중앙부 하면에 돌출 설치된 도시하지 않는 암나사 블록에 형성된 암나사 구멍에 나사 결합되어 있다. 이 때문에, 펄스 모터(432)에 의해 수나사 로드(431)를 정회전 및 역회전 구동함으로써, 가동 지지 베이스(42)는 안내 레일(41, 41)을 따라 Y축 방향으로 이동한다.
도시의 실시형태에서의 레이저 광선 조사 유닛(5)은 유닛 홀더(51)와, 이 유닛 홀더(51)에 부착된 레이저 광선 조사 수단(6)을 구비하고 있다. 유닛 홀더(51) 는 상기 장착부(422)에 설치된 한 쌍의 안내 레일(423, 423)에 슬라이딩 가능하게 끼워 맞춰지는 한 쌍의 피안내 홈(511, 511)이 형성되어 있고, 이 피안내 홈(511, 511)을 상기 안내 레일(423, 423)에 끼워 맞춤으로써, Z축 방향으로 이동할 수 있게 지지된다.
도시의 레이저 광선 조사 수단(6)은, 상기 유닛 홀더(51)에 고정되어 실질적으로 수평으로 연장되는 원통 형상의 케이싱(61)을 포함하고 있다. 레이저 광선 조사 수단(6)의 제1 실시형태에 대해서, 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2에 도시하는 레이저 광선 조사 수단(6)은, 케이싱(61) 안에 배치된 펄스 레이저 광선 발진 수단(62)과, 이 펄스 레이저 광선 발진 수단(62)으로부터 발진된 펄스 레이저 광선의 각 펄스의 파의 일부를 구부려 제1파와 이 제1파에 직교하는 방향의 제2파를 생성하는 전기 광학 효과 소자(일렉트로 옵티컬 디바이스: EOD)(63)와, 이 전기 광학 효과 소자(EOD)(63)에 의해 생성된 제1파와 제2파를 분리하는 편광 빔 스플리터(64)와, 이 편광 빔 스플리터(64)에 의해 분리된 한쪽의 파를 흡수하는 댐퍼(65)와, 편광 빔 스플리터(64)에 의해 분리된 다른쪽의 파를 집광하는 집광기(66)와, 상기 펄스 레이저 광선 발진 수단(62) 및 전기 광학 효과 소자(EOD)(63)를 제어하는 제어 수단(67)을 구비하고 있다.
상기 펄스 레이저 광선 발진 수단(62)은, 직선 편광의 레이저 광선을 발진하는 레이저 발진기(621)와 펄스 생성기(622)를 구비하고 있고, 펄스 생성기(622)에 의해 생성된 펄스 신호에 기초하여 레이저 발진기(621)로부터 미리 정해진 반복 주파수를 갖는 펄스 레이저 광선을 발진한다. 또한, 레이저 발진기(621)와 펄스 생성 기(622)는 제어 수단(67)에 의해 제어된다. 펄스 레이저 광선 발진 수단(62)으로부터 발진되는 펄스 레이저 광선에 대해서, 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3에서 횡축은 시간, 종축은 출력을 나타내고 있다. 펄스 레이저 광선 발진 수단(62)으로부터 발진되는 미리 정해진 반복 주파수를 갖는 펄스 레이저 광선의 펄스의 펄스폭(B)은, 예컨대 140 ㎱로 설정되어 있다. 이 펄스 레이저 광선의 펄스의 에너지 분포(시간 파형)는, 직사각형상으로 되지 않고, 펄스폭(B) 중앙에서 피크 출력을 갖는 가우스 분포를 이루고 있다. 따라서, 펄스 레이저 광선의 펄스의 에너지 분포(시간 파형)에서의 상승부 및 하강부의 각각 20 ㎱의 출력은, 피크 출력보다 상당히 낮으며 후술하는 웨이퍼 기판의 가공에 기여하는 에너지를 갖지 않는다. 이 피가공물의 가공에 기여하지 않는 에너지의 일부는, 웨이퍼 기판을 투과하여 웨이퍼 기판의 표면에 형성된 디바이스층을 손상시킨다고 하는 문제가 있다.
상기 전기 광학 효과 소자(EOD)(63)는, 도시의 실시형태에서는 도 4의 (a)에 도시하는 바와 같이 펄스 레이저 광선의 펄스의 파에서의 펄스 에너지(S)의 에너지 분포의 상승부 및 하강부의 각각 20 ㎱ 사이에 자장(63a, 63b)을 발생시켜, 상승부 및 하강부의 파를 90도 구부린다. 이 결과, 구부러진 상승부 및 하강부로 이루어지는 제1파의 에너지 분포는, 도 4의 (b)에서 S2 및 S3으로 도시하는 에너지 분포가 된다. 한편, 상기 상승부 및 하강부 이외의 다른 부로 이루어지는 제2파의 에너지 분포는, 도 4의 (c)에 도시하는 바와 같이 상승부 및 하강부가 제거되어 급경사의 에너지 분포(S1)가 된다.
도 2를 다시 참조하여 설명을 계속하면, 상기 편광 빔 스플리터(64)는 도시 의 실시형태에서는, 상기 제2파(에너지 분포가 S1)를 통과시키고, 상기 제1파(에너지 분포가 S2 및 S3)를 반사하여 분리한다. 이와 같이 편광 빔 스플리터(64)를 통과한 제2파(에너지 분포가 S1)로 이루어지는 펄스 레이저 광선은 집광기(66)에 유도되고, 편광 빔 스플리터(64)에 의해 반사되어 분리된 제1파(에너지 분포가 S2 및 S3)로 이루어지는 펄스 레이저 광선은 댐퍼(65)에 의해 흡수된다.
또한, 전술한 실시형태에서는, 펄스 레이저 광선의 펄스의 파에서의 펄스 에너지(S)의 에너지 분포의 상승부 및 하강부의 파를 90도 구부리는 예를 나타냈지만, 상승부 및 하강부 이외의 다른 부에 전기 광학 효과 소자(EOD)(63)에 의해 자장을 발생시켜 상승부 및 하강부 이외의 다른 부의 파(에너지 분포가 S1)를 90도 구부려도 좋다. 이 경우, 편광 빔 스플리터(64)는 90도 구부러진 상승부 및 하강부 이외의 다른 부의 파(에너지 분포가 S1)를 통과시켜 집광기(66)에 유도하고, 상승부 및 하강부의 파(에너지 분포가 S2 및 S3)를 분리하여 댐퍼(65)에 유도하도록 구성한다.
상기 집광기(66)는, 편광 빔 스플리터(64)를 통과한 상기 제2파(에너지 분포가 S1)로 이루어지는 펄스 레이저 광선을 아래쪽을 향해 방향 변환하는 방향 변환 미러(661)와, 이 방향 변환 미러(661)에 의해 방향 변환된 펄스 레이저 광선을 집광하여 척 테이블(36) 위에 유지된 피가공물(W)에 조사하는 집광 렌즈(662)를 구비하고 있다. 이와 같이 구성된 집광기(66)는, 도 1에 도시하는 바와 같이 원통 형상의 케이싱(61)의 선단부에 배치된다.
도 2에 도시하는 실시형태에서의 레이저 광선 조사 수단(6)은, 상기 펄스 레 이저 광선 발진 수단(62)의 펄스 생성기(622)에 의해 생성된 펄스 신호를 지연하여 제어 수단(67)에 출력하는 지연 회로(68)를 구비하고 있다. 이 지연 회로(68)는, 펄스 생성기(622)에 의해 생성된 펄스 신호에 기초하여 레이저 발진기(621)로부터 발진된 펄스 레이저 광선이 상기 전기 광학 효과 소자(EOD)(63)에 도달하는 시점과, 펄스 생성기(622)에 의해 생성된 펄스 신호에 기초하여 제어 수단(67)이 출력하는 제어 신호가 전기 광학 효과 소자(EOD)(63)에 도달하는 시점을 동기시키는 동기 수단으로서 기능한다.
다음에, 레이저 광선 조사 수단(6)의 제2 실시형태에 대해서, 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5에 도시하는 제2 실시형태에서의 레이저 광선 조사 수단(6)은, 상기 도 2에 도시하는 레이저 광선 조사 수단(6)에서의 레이저 발진기(621)로부터 발진된 펄스 레이저 광선이 상기 전기 광학 효과 소자(EOD)(63)에 도달하는 시점과 제어 수단(67)이 출력하는 제어 신호가 전기 광학 효과 소자(EOD)(63)에 도달하는 시점을 동기시키는 동기 수단이 상위한 것 이외는, 상기 도 2에 도시하는 레이저 광선 조사 수단(6)의 구성과 실질적으로 동일하기 때문에, 동일 부재에는 동일 부호를 붙이고 그 설명은 생략한다.
도 5에 도시하는 제2 실시형태에서의 레이저 광선 조사 수단(6)에 있어서는, 펄스 레이저 광선 발진 수단(62)의 레이저 발진기(621)로부터 발진된 펄스 레이저 광선이, 방향 변환 미러(69a) 및 지연 수단(69b)을 통해 전기 광학 효과 소자(EOD)(63)에 유도된다. 한편, 레이저 발진기(621)로부터 발진되어 방향 변환 미러(69a)를 투과한 약간의 펄스 레이저 광선을 검출하는 포토 디텍터(검출기)(69c) 에 의한 검출 신호가 제어 수단(67)에 보내진다. 이러한 구성에서는 펄스 레이저 광선 발진 수단(62)의 레이저 발진기(621)로부터 발진된 펄스 레이저 광선이 방향 변환 미러(69a)를 통해 전기 광학 효과 소자(EOD)(63)에 도달하는 시점으로부터, 레이저 발진기(621)로부터 발진되어 방향 변환 미러(69a)를 투과한 약간의 펄스 레이저 광선을 검출하는 포토 디텍터(검출기)(69c)로부터의 신호에 기초하여 제어 수단(67)이 출력하는 제어 신호가 전기 광학 효과 소자(EOD)(63)에 도달하는 시점이 지연되기 때문에, 방향 변환 미러(69a)와 전기 광학 효과 소자(EOD)(63) 사이에 지연 수단(69b)을 배치한다. 이 지연 수단(69b)은 광로 길이를 조정하는 광 파이버 등에 의해 구성할 수 있다. 이와 같이, 방향 변환 미러(69a)와 전기 광학 효과 소자(EOD)(63) 사이에 지연 수단(69b)을 배치함으로써, 펄스 레이저 광선 발진 수단(62)의 레이저 발진기(621)로부터 발진된 펄스 레이저 광선이 방향 변환 미러(69a) 및 지연 수단(69b)을 통해 전기 광학 효과 소자(EOD)(63)에 도달하는 시점과, 레이저 발진기(621)로부터 발진되어 방향 변환 미러(69a)를 투과한 약간의 펄스 레이저 광선을 검출하는 포토 디텍터(검출기)(69c)로부터의 신호에 기초하여 제어 수단(67)이 출력하는 제어 신호가 전기 광학 효과 소자(EOD)(63)에 도달하는 시점을 동기시킬 수 있다.
도 1을 다시 참조하여 설명을 계속하면, 상기 레이저 광선 조사 수단(6)을 구성하는 케이싱(61)의 전단부에는, 레이저 광선 조사 수단(6)에 의해 레이저 가공할 가공 영역을 검출하는 촬상 수단(7)이 배치되어 있다. 이 촬상 수단(7)은, 도시의 실시형태에서는 가시광선에 의해 촬상하는 통상의 촬상 소자(CCD) 외에, 피가공 물에 적외선을 조사하는 적외선 조명 수단과, 이 적외선 조명 수단에 의해 조사된 적외선을 포착하는 광학계와, 이 광학계에 의해 포착된 적외선에 대응한 전기 신호를 출력하는 촬상 소자(적외선 CCD) 등으로 구성되어 있고, 촬상한 화상 신호를 도시하지 않는 컨트롤러 또는 상기 제어 수단(67)에 보낸다.
도시의 실시형태에서의 레이저 광선 조사 유닛(5)은, 유닛 홀더(51)를 한 쌍의 안내 레일(423, 423)을 따라 Z축 방향으로 이동시키기 위한 초점 위치 조정 수단(53)을 구비하고 있다. 초점 위치 조정 수단(53)은 한 쌍의 안내 레일(423, 423) 사이에 배치된 수나사 로드(도시 생략)와, 이 수나사 로드를 회전 구동하기 위한 펄스 모터(532) 등의 구동원을 포함하고 있고, 펄스 모터(532)에 의해 도시하지 않는 수나사 로드를 정회전 또는 역회전 구동함으로써, 유닛 홀더(51) 및 레이저 광선 조사 수단(6)을 한 쌍의 안내 레일(423, 423)을 따라 Z축 방향으로 이동시킨다. 또한, 도시의 실시형태에서는, 펄스 모터(532)를 정회전 구동함으로써 레이저 광선 조사 수단(6)을 위쪽으로 이동시키고, 펄스 모터(532)를 역회전 구동함으로써 레이저 광선 조사 수단(6)을 아래쪽으로 이동시키도록 되어 있다.
도시의 실시형태에서의 레이저 가공 장치는 이상과 같이 구성되어 있고, 이하 그 작용에 대해서 설명한다.
여기서, 상기 레이저 가공 장치에 의해 가공되는 피가공물인 웨이퍼로서의 광디바이스 웨이퍼에 대해서, 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다. 도 6에는 광디바이스 웨이퍼의 사시도가 도시되어 있고, 도 7에는 도 6에 도시하는 광디바이스 웨이퍼의 주요부 확대 단면도가 도시되어 있다.
도 6 및 도 7에 도시하는 광디바이스 웨이퍼(10)는, 사파이어로 이루어지는 기판(11)의 표면에 질화갈륨(GaN), 질화알루미늄·갈륨(AlGaN) 등으로 이루어지는 막이 적층된 디바이스층(12)에 의해 복수의 디바이스(13)가 매트릭스형으로 형성되어 있다. 그리고, 각 디바이스(13)는 격자형으로 형성된 분할 예정 라인(14)에 의해 구획되어 있다.
이와 같이 구성된 광디바이스 웨이퍼(10)의 이면(10b)에 레이저 가공을 실시하기 위해서는, 도 8에 도시하는 바와 같이 광디바이스 웨이퍼(10)의 표면(10a)을 환상의 프레임(F)에 장착된 보호 테이프(T)의 표면에 점착한다(웨이퍼 지지 공정).
전술한 웨이퍼 지지 공정을 실시했다면, 광디바이스 웨이퍼(10)의 이면(10b)에 분할 예정 라인(14)을 따라 레이저 가공 홈을 형성하는 레이저 가공 홈 형성 공정을 실시한다. 이 레이저 가공 홈 형성 공정은, 우선 전술한 도 1에 도시하는 레이저 가공 장치의 척 테이블(36) 위에 광디바이스 웨이퍼(10)의 보호 테이프(T)측을 배치하고, 이 척 테이블(36) 위에 광디바이스 웨이퍼(10)를 흡착 유지한다. 따라서, 광디바이스 웨이퍼(10)는 이면(10b)을 상측으로 하여 유지된다.
전술한 바와 같이 광디바이스 웨이퍼(10)를 흡인 유지한 척 테이블(36)은, 가공 이송 수단(37)에 의해 촬상 수단(7)의 바로 아래에 위치한다. 척 테이블(36)이 촬상 수단(7)의 바로 아래에 위치하면, 촬상 수단(7) 및 도시하지 않는 컨트롤러 또는 상기 제어 수단(67)에 의해 광디바이스 웨이퍼(10)의 레이저 가공할 가공 영역을 검출하는 얼라이먼트 작업을 실행한다. 즉, 촬상 수단(7) 및 도시하지 않는 컨트롤러 또는 상기 제어 수단(67)은 광디바이스 웨이퍼(10)의 미리 정해진 방향으 로 형성되어 있는 분할 예정 라인(14)과, 분할 예정 라인(14)을 따라 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단(6)의 집광기(66)를 정렬하기 위한 패턴 매칭 등의 화상 처리를 실행하고, 레이저 광선 조사 위치의 얼라이먼트를 수행한다. 또한, 광디바이스 웨이퍼(10)에 형성되어 있는 상기 미리 정해진 방향에 대하여 직교하는 방향으로 연장되는 분할 예정 라인(14)에 대해서도, 마찬가지로 레이저 광선 조사 위치의 얼라이먼트가 수행된다. 이 때, 광디바이스 웨이퍼(10)의 분할 예정 라인(14)이 형성되어 있는 표면(10a)은 아래쪽에 위치하고 있지만, 촬상 수단(7)이 전술한 바와 같이 적외선 조명 수단과 적외선을 포착하는 광학계 및 적외선에 대응한 전기 신호를 출력하는 촬상 소자(적외선 CCD) 등으로 구성된 촬상 수단을 구비하고 있기 때문에, 이면(10b)으로부터 비추어 분할 예정 라인(14)을 촬상할 수 있다.
이상과 같이 하여 척 테이블(36) 위에 유지된 광디바이스 웨이퍼(10)에 형성되어 있는 분할 예정 라인(14)을 검출하고, 레이저 광선 조사 위치의 얼라이먼트가 행해졌다면, 도 9의 (a)에 도시하는 바와 같이 척 테이블(36)을 레이저 광선 조사 수단(6)의 집광기(66)가 위치하는 레이저 광선 조사 영역으로 이동시키고, 미리 정해진 분할 예정 라인(14)을 집광기(66)의 바로 아래에 위치시킨다. 이 때, 도 9의 (a)에 도시하는 바와 같이 광디바이스 웨이퍼(10)는 분할 예정 라인(14)의 일단[도 9의 (a)에서 좌측 단]이 집광기(66)의 바로 아래에 위치하도록 위치된다. 다음에, 집광기(66)로부터 사파이어 기판(11)에 대하여 흡수성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선을 조사하면서 척 테이블(36), 즉 광디바이스 웨이퍼(10)를 도 9의 (a)에서 화 살표 X1로 도시하는 방향으로 미리 정해진 가공 이송 속도로 이동시킨다. 그리고, 도 9의 (b)에 도시하는 바와 같이 분할 예정 라인(14)의 타단[도 9의 (b)에서 우측 단]이 집광기(66)의 바로 아래 위치에 도달했다면, 펄스 레이저 광선의 조사를 정지하고 척 테이블(36), 즉 광디바이스 웨이퍼(10)의 이동을 정지시킨다. 이 레이저 가공 홈 형성 공정에서는, 펄스 레이저 광선의 집광점(P)을 광디바이스 웨이퍼(10)의 상면 부근에 맞춘다. 그 결과, 광디바이스 웨이퍼(10)의 이면(10b)에는 도 10에 도시하는 바와 같이 미리 정해진 분할 예정 라인(14)을 따라 레이저 가공 홈(15)이 형성된다.
상기 레이저 가공 홈 형성 공정에서의 가공 조건은, 예컨대 다음과 같이 설정되어 있다.
레이저 광선의 광원: YVO4 펄스 레이저
파장: 355 ㎚
반복 주파수: 90 kHz
평균 출력: 1.2 W
펄스 폭: 200 ㎱
집광 스폿 직경: φ2 ㎛∼3 ㎛
가공 이송 속도: 120 ㎜/초
여기서, 상기 레이저 가공 홈 형성 공정에서 광디바이스 웨이퍼(10)의 이면(10b)에 조사되는 펄스 레이저 광선의 작용에 대해서 설명한다.
상기 도 2 및 도 5에 도시하는 레이저 광선 조사 수단(6)의 펄스 레이저 광 선 발진 수단(62)으로부터 발진되는 펄스 레이저 광선의 각 펄스의 파는, 전술한 바와 같이 전기 광학 효과 소자(EOD)(63)에 의해 각 펄스 에너지(S)에서의 에너지 분포의 상승부(S2) 및 하강부(S3)[도 4의 (a) 참조]가 90도 구부려지고, 이 상승부(S2) 및 하강부(S3)의 파가 편광 빔 스플리터(64)에 의해 분리되어 댐퍼(65)에 버려진다. 그리고, 편광 빔 스플리터(64)를 통과하여 집광기(66)로부터 조사되는 펄스 레이저 광선의 각 펄스의 에너지 분포(S1)는, 도 4의 (b)에 도시하는 바와 같이 가공에 기여하지 않는 상승부(S2) 및 하강부(S3)가 제거되어 급경사의 파형으로 되어 있기 때문에, 에너지 밀도가 높은 레이저 광선만이 광디바이스 웨이퍼(10)의 이면(10b)에 조사된다. 따라서, 광디바이스 웨이퍼(10)의 이면(10b)에 조사된 펄스 레이저 광선은 모든 에너지가 가공에 기여하기 때문에, 기판(11)을 투과하여 기판(11)의 표면에 형성된 디바이스층(12)을 손상시키지 않는다. 또한, 펄스 레이저 광선의 각 펄스 에너지에서의 가공에 기여하지 않는 상승부(S2)와 하강부(S3) 중 하강부(S3)는, 상기 에너지 분포(S1)의 에너지에 의한 가공에 계속해서 가공 상태로 조사되기 때문에, 모든 에너지가 가공에 기여하므로, 기판(11)을 투과하여 기판(11)의 표면에 형성된 디바이스층(12)에 도달하지 않는다. 따라서, 전기 광학 효과 소자(EOD)(63)는 적어도 펄스 레이저 광선의 각 펄스에서의 상승부(S2)를 90도 구부리도록 하여도 좋다.
전술한 레이저 가공 홈 형성 공정을 광디바이스 웨이퍼(10)에 미리 정해진 방향으로 형성된 모든 분할 예정 라인(14)을 따라 실시했다면, 척 테이블(36)을 따라서 광디바이스 웨이퍼(10)를 90도 회동시킨다. 그리고 광디바이스 웨이퍼(10)에 상기 미리 정해진 방향과 직교하는 방향으로 형성된 모든 분할 예정 라인(14)을 따라 전술한 레이저 가공 홈 형성 공정을 실시한다.
이상과 같이 하여 광디바이스 웨이퍼(10)에 형성된 모든 분할 예정 라인(14)을 따라 전술한 레이저 가공 홈 형성 공정을 실시했다면, 광디바이스 웨이퍼(10)는 다음 공정인 분할 공정에 반송된다. 그리고, 분할 공정에서는, 광디바이스 웨이퍼(10)의 분할 예정 라인(14)을 따라 형성된 레이저 가공 홈(15)이 용이하게 분할할 수 있는 깊이에 형성되어 있기 때문에, 기계적 파단에 의해 용이하게 분할할 수 있다.
다음에, 실리콘 기판의 표면에 형성된 디바이스층에 의해 복수의 디바이스가 매트릭스형으로 형성되어 있는 웨이퍼의 분할 예정 라인을 따라, 웨이퍼 내부에 변질층을 형성하는 예에 대해서, 도 11을 참조하여 설명한다. 또한 도 11에서는 상기 도 9에 대응한 상태가 도시되어 있고, 각 부재의 부호도 편의상 동일 부호를 붙이고 있다.
광디바이스 웨이퍼(10)의 내부에 변질층을 형성하기 위해서는, 도 11의 (a)에 도시하는 바와 같이 척 테이블(36)을 레이저 광선 조사 수단(6)의 집광기(66)가 위치하는 레이저 광선 조사 영역으로 이동시키고, 미리 정해진 분할 예정 라인(14)을 집광기(66)의 바로 아래에 위치시킨다. 이 때, 도 11의 (a)에서 도시하는 바와 같이 광디바이스 웨이퍼(10)는, 분할 예정 라인(14)의 일단[도 11의 (a)에서 좌측 단]이 집광기(66)의 바로 아래에 위치하도록 위치된다. 다음에, 집광기(66)로부터 조사되는 펄스 레이저 광선의 집광점(P)을 광디바이스 웨이퍼(10)의 두께 방향 중 간 위치에 맞춘다. 그리고, 집광기(66)로부터 실리콘 기판에 대하여 투과성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선을 조사하면서 척 테이블(36), 즉 웨이퍼(10)를 도 11의 (a)에서 화살표 X1로 도시하는 방향으로 미리 정해진 가공 이송 속도로 이동시킨다. 그리고, 도 11의 (b)에서 도시하는 바와 같이 분할 예정 라인(14)의 타단[도 11의 (b)에서 우측 단]이 집광기(66)의 바로 아래 위치에 도달했다면, 펄스 레이저 광선의 조사를 정지하고 척 테이블(36), 즉 웨이퍼(10)의 이동을 정지한다. 이 결과, 웨이퍼(10) 내부에는, 도 11의 (b)에 도시하는 바와 같이 미리 정해진 분할 예정 라인(14)을 따라 변질층(16)이 형성된다(변질층 형성 공정).
상기 변질층 형성 공정에서의 가공 조건은, 예컨대 다음과 같이 설정되어 있다.
레이저 광선의 광원: YVO4 펄스 레이저
파장: 1342 ㎚
반복 주파수: 100 kHz
평균 출력: 1 W
펄스폭: 200 ㎱
집광 스폿 직경: φ 1 ㎛
가공 이송 속도: 300 ㎜/초
상기 변질층 형성 공정에서도 전술한 실시형태와 마찬가지로, 집광기(66)로부터 조사되는 펄스 레이저 광선의 각 펄스 에너지에서의 에너지 분포 중 가공에 기여하지 않는 상승부 및 하강부가 제거되어 급경사의 파형으로 되어 있기 때문에, 에너지 밀도가 높은 레이저 광선만이 웨이퍼(10)에 조사된다. 따라서 웨이퍼(10)에 조사된 펄스 레이저 광선은 모든 에너지가 가공에 기여하기 때문에, 실리콘 기판을 투과하여 실리콘 기판의 표면에 형성된 디바이스층을 손상시키지 않는다.
도 1은 본 발명에 따라서 구성된 레이저 가공 장치의 사시도.
도 2는 도 1에 도시하는 레이저 가공 장치에 장착되는 레이저 광선 조사 수단의 제1 실시형태를 도시하는 블록도.
도 3은 도 2에 도시하는 레이저 광선 조사 수단을 구성하는 펄스 레이저 광선 발진 수단으로부터 발진되는 펄스 레이저 광선의 각 펄스의 에너지 분포를 도시하는 설명도.
도 4는 도 2에 도시하는 레이저 광선 조사 수단을 구성하는 전기 광학 효과 소자의 작용을 도시하는 설명도.
도 5는 도 1에 도시하는 레이저 가공 장치에 장착되는 레이저 광선 조사 수단의 제2 실시형태를 도시하는 블록도.
도 6은 피가공물로서의 광디바이스 웨이퍼의 사시도.
도 7은 도 6에 도시하는 광디바이스 웨이퍼의 주요부 확대 단면도.
도 8은 도 6에 도시하는 광디바이스 웨이퍼의 표면에 보호 테이프를 점착한 상태를 도시하는 사시도.
도 9는 도 1에 도시하는 레이저 가공 장치를 이용하여 실시하는 레이저 가공 홈 형성 공정의 설명도.
도 10은 도 9에 도시하는 레이저 가공 홈 형성 공정에 의해 레이저 가공된 광디바이스 웨이퍼의 주요부 확대 단면도.
도 11은 도 1에 도시하는 레이저 가공 장치를 이용하여 실시하는 변질층 형 성 공정의 설명도.
<부호의 설명>
2: 정지 베이스, 3: 척 테이블 기구, 36: 척 테이블, 37: 가공 이송 수단, 38: 제1 인덱싱 이송 수단, 4: 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구, 43: 제2 인덱싱 이송 수단, 5: 레이저 광선 조사 유닛, 51: 유닛 홀더, 53: 초점 위치 조정 수단, 6: 레이저 광선 조사 수단, 62: 펄스 레이저 광선 발진 수단, 621: 레이저 발진기, 622: 펄스 생성기, 63: 전기 광학 효과 소자(EOD), 64: 편광 빔 스플리터, 65: 댐퍼, 66: 집광기, 661: 방향 변환 미러, 662: 집광 렌즈, 67: 제어 수단, 68: 지연 회로, 69a: 방향 변환 미러, 69b: 지연 수단, 69c: 포토 디텍터, 7: 촬상 수단, 10: 광디바이스 웨이퍼, 11: 사파이어 기판, 12: 디바이스층, 13: 디바이스, 14: 분할 예정 라인, 15: 레이저 가공 홈, 16: 변질층

Claims (2)

  1. 피가공물을 유지하는 척 테이블과, 이 척 테이블에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단을 포함하는 레이저 가공 장치로서,
    상기 레이저 광선 조사 수단은, 직선 편광의 레이저 광선을 발진하는 레이저 발진기와 이 레이저 발진기에 펄스 신호를 출력하는 펄스 생성기를 구비한 펄스 레이저 광선 발진 수단과, 이 펄스 레이저 광선 발진 수단으로부터 발진된 펄스 레이저 광선의 각 펄스의 파의 일부를 구부려 제1파와 이 제1파에 직교하는 방향의 제2파를 생성하는 전기 광학 효과 소자와, 이 전기 광학 효과 소자에 의해 생성된 제1파와 제2파를 분리하는 편광 빔 스플리터와, 이 편광 빔 스플리터에 의해 분리된 한쪽의 파를 흡수하는 댐퍼와, 이 편광 빔 스플리터에 의해 분리된 다른쪽의 파를 집광하는 집광기와, 상기 전기 광학 효과 소자를 제어하는 제어 수단을 포함하고,
    상기 제어 수단은, 상기 펄스 레이저 광선 발진 수단으로부터 발진된 펄스 레이저 광선의 각 펄스의 파에서의 에너지 분포의 상승부와 하강부 중 적어도 상승부와 다른 부를 상대적으로 제1파와 제2파로 생성하도록 상기 전기 광학 효과 소자를 제어하며,
    상기 편광 빔 스플리터는, 상기 제1파를 상기 댐퍼에 유도하고, 상기 제2파를 상기 집광기에 유도하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 레이저 광선 조사 수단은, 상기 펄스 레이저 광선 발 진 수단으로부터 발진된 펄스 레이저 광선이 상기 전기 광학 효과 소자에 도달하는 시점과 상기 제어 수단이 출력하는 제어 신호가 상기 전기 광학 효과 소자에 도달하는 시점을 동기시키는 동기 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
KR1020090129607A 2009-01-07 2009-12-23 레이저 가공 장치 KR20100081923A (ko)

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