KR20120129759A - 레이저 가공 방법 및 레이저 가공 장치 - Google Patents

레이저 가공 방법 및 레이저 가공 장치 Download PDF

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히로시 모리카즈
게이지 노마루
요코 니시노
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가부시기가이샤 디스코
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Abstract

본 발명은, 투명 부재로 이루어지는 피가공물에 펄스 레이저 광선을 조사하여 효율적으로 레이저 가공을 실시하는 레이저 가공 방법 및 레이저 가공 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
투명 부재로 이루어지는 피가공물에 펄스 레이저 광선을 조사하여 레이저 가공을 실시하는 레이저 가공 방법으로서, 피가공물의 가공 영역에 제1 펄스 레이저 광선을 조사하여 가공 영역을 손상시키는 제1 레이저 가공 공정과, 제1 펄스 레이저 광선 직후에 제1 펄스 레이저 광선의 조사에 의해서 손상된 가공 영역에 제2 펄스 레이저 광선을 조사하여 함몰을 형성하는 제2 레이저 가공 공정을 포함하고, 제1 레이저 가공 공정과 제2 레이저 가공 공정을 반복해서 실시함으로써, 연속적으로 함몰 가공을 실시한다.

Description

레이저 가공 방법 및 레이저 가공 장치{LASER MACHINING METHOD AND LASER MACHINING APPARATUS}
본 발명은, 투명 부재로 이루어지는 피가공물에 펄스 레이저 광선을 조사하여 레이저 가공을 실시하는 레이저 가공 방법 및 레이저 가공 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스 제조 공정에서는, 대략 원판 형상인 실리콘 기판의 표면에 격자형으로 배열된 스트리트라고 불리는 분할 예정 라인에 의해서 복수 영역이 구획되고, 이 구획된 영역에 IC, LSI 등의 회로를 형성한다. 그리고, 반도체 웨이퍼를 스트리트를 따라서 절단함으로써 회로가 형성된 영역을 분할하여 개개의 반도체 칩을 제조하고 있다. 또한, 사파이어 기판, 산화규소 기판, 이산화규소 기판, 리튬탄탈레이트 기판, 리튬나이오베이트 기판의 표면에 질화갈륨계 화합물 반도체 등이 적층된 광 디바이스 웨이퍼도 스트리트를 따라서 절단함으로써 개개의 발광 다이오드, 레이저 다이오드 등의 광 디바이스로 분할되어, 전기기기에 널리 이용되고 있다.
최근, 반도체 웨이퍼 등의 웨이퍼를 스트리트를 따라서 분할하는 방법으로서, 웨이퍼에 형성된 스트리트를 따라서 웨이퍼에 대하여 흡수성을 갖는 파장(예컨대 532 nm, 355 nm, 266 nm)의 펄스 레이저 광선을 조사하여 어블레이션 가공함으로써 레이저 가공 홈을 형성하고, 이 레이저 가공 홈을 따라서 파단하는 방법이 제안되어 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조).
특허문헌 1 : 일본 특허공개 2005-353935호 공보
그런데, 사파이어 기판, 탄화규소 기판, 이산화규소 기판, 리튬탄탈레이트 기판, 리튬나이오베이트 기판은 투명 부재이기 때문에, 파장이 532 nm, 355 nm, 266 nm인 펄스 레이저 광선도 투과성을 가지므로, 에너지 흡수성이 나빠, 레이저 가공 홈을 효율적으로 형성하기가 곤란하다.
본 발명은 상기 사실을 감안하여 이루어진 것으로, 그 주된 기술적 과제는, 투명 부재로 이루어지는 피가공물에 펄스 레이저 광선을 조사하여 효율적으로 레이저 가공을 실시하는 레이저 가공 방법 및 레이저 가공 장치를 제공하는 데에 있다.
상기 주된 기술적 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따르면, 투명 부재로 이루어지는 피가공물에 펄스 레이저 광선을 조사하여 레이저 가공을 실시하는 레이저 가공 방법으로서, 피가공물의 가공 영역에 제1 펄스 레이저 광선을 조사하여 가공 영역을 손상시키는 제1 레이저 가공 공정과, 이 제1 펄스 레이저 광선 직후에 상기 제1 펄스 레이저 광선의 조사에 의해서 손상된 가공 영역에 제2 펄스 레이저 광선을 조사하여 함몰을 형성하는 제2 레이저 가공 공정을 포함하고, 상기 제1 레이저 가공 공정과 상기 제2 레이저 가공 공정을 반복해서 실시함으로써, 연속적으로 함몰 가공을 실시하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법이 제공된다.
상기 제1 펄스 레이저 광선의 출력은 상기 제2 펄스 레이저 광선의 출력보다 큰 값으로 설정되어 있다.
투명 부재로 이루어지는 피가공물에 펄스 레이저 광선을 조사하여 레이저 가공을 실시하는 레이저 가공 장치로서, 피가공물을 유지하는 피가공물 유지 수단과, 이 피가공물 유지 수단에 유지된 피가공물에 펄스 레이저 광선을 조사하는 펄스 레이저 광선 조사 수단과, 상기 피가공물 유지 수단과 상기 펄스 레이저 광선 조사 수단을 상대적으로 이동시키는 가공 이송 수단을 구비하고, 상기 펄스 레이저 광선 조사 수단은, 펄스 레이저 발진기와, 이 펄스 레이저 발진기로부터 발진된 펄스 레이저 광선을 제1 경로를 지나는 제1 펄스 레이저 광선과 제2 경로를 지나는 제2 펄스 레이저 광선으로 분기하는 광 분기 수단과, 상기 제2 경로에 배치되어 상기 제2 펄스 레이저 광선을 지연시키는 지연 수단과, 상기 제1 펄스 레이저 광선과 상기 제2 펄스 레이저 광선을 제3 경로로 유도하는 광 합성 수단과, 상기 제3 경로에 배치되어 상기 제1 펄스 레이저 광선과 상기 제2 펄스 레이저 광선을 집광하여 상기 피가공물 유지 수단에 유지된 피가공물에 조사하는 집광기를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치가 제공된다.
상기 펄스 레이저 발진기와 광 분기 수단의 사이에 1/2 파장판이 배치되어 있다.
본 발명에 의한 레이저 가공 방법에 있어서는, 제1 펄스 레이저 광선을 조사하여 가공 영역을 손상시키는 제1 레이저 가공 공정을 실시한 직후에, 손상된 가공 영역에 제2 펄스 레이저 광선을 조사하여 함몰을 형성하는 제2 레이저 가공 공정이 실시되기 때문에, 투명 부재로 이루어지는 피가공물이라도 제2 펄스 레이저 광선이 효과적으로 흡수되어 효율적으로 함몰이 가공된다. 이 제1 펄스 레이저 광선을 조사하여 가공 영역을 손상시키는 제1 레이저 가공 공정과 손상된 가공 영역에 제2 펄스 레이저 광선을 조사하여 함몰을 형성하는 제2 레이저 가공 공정을 반복해서 실시함으로써, 연속적인 함몰을 효율적으로 형성할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 레이저 가공 장치는, 펄스 레이저 광선 조사 수단이, 펄스 레이저 발진기와, 상기 펄스 레이저 발진기로부터 발진된 펄스 레이저 광선을 제1 경로를 지나는 제1 펄스 레이저 광선과 제2 경로를 지나는 제2 펄스 레이저 광선으로 분기하는 광 분기 수단과, 상기 제2 경로에 배치되어 상기 제2 펄스 레이저 광선을 지연시키는 지연 수단과, 상기 제1 펄스 레이저 광선과 상기 제2 펄스 레이저 광선을 제3 경로로 유도하는 광 합성 수단과, 상기 제3 경로에 배치되어 상기 제1 펄스 레이저 광선과 제2 펄스 레이저 광선을 집광하여 피가공물 유지 수단에 유지된 피가공물에 조사하는 집광기를 구비하고 있기 때문에, 상기 레이저 가공 방법에 있어서의 피가공물의 가공 영역에 제1 펄스 레이저 광선을 조사하여 가공 영역을 손상시키는 제1 레이저 가공 공정과, 제1 펄스 레이저 광선 직후에 제1 펄스 레이저 광선의 조사에 의해서 손상된 가공 영역에 제2 펄스 레이저 광선을 조사하여 함몰을 형성하는 제2 레이저 가공 공정을 효율적으로 실시할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따라서 구성된 레이저 가공 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시하는 레이저 가공 장치에 장비되는 레이저 광선 조사 수단의 구성을 간략히 도시하는 블럭도이다.
도 3은 도 1에 도시하는 레이저 가공 장치에 장비되는 제어 수단의 블록 구성도이다.
도 4는 본 발명에 의한 레이저 가공 방법에 의해서 가공되는 광 디바이스 웨이퍼의 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시하는 광 디바이스 웨이퍼를 환상의 프레임에 장착된 보호 테이프에 점착한 상태를 도시하는 사시도이다.
도 6은 본 발명에 의한 레이저 가공 방법에 있어서의 레이저 가공 홈 형성 공정의 설명도이다.
이하, 본 발명에 의한 웨이퍼의 레이저 가공 방법 및 레이저 가공 장치의 적합한 실시형태에 관해서 첨부 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.
도 1에는, 본 발명에 의한 레이저 가공 방법을 실시하기 위한 레이저 가공 장치의 사시도가 도시되어 있다. 도 1에 도시하는 레이저 가공 장치(1)는, 정지 베이스(2)와, 이 정지 베이스(2)에 화살표 X로 나타내는 가공 이송 방향(X축 방향)으로 이동 가능하게 배치되어 피가공물을 유지하는 척 테이블 기구(3)와, 정지 베이스(2)에 상기 X축 방향과 직교하는 화살표 Y로 나타내는 인덱싱 이송 방향(Y축 방향)으로 이동 가능하게 배치된 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)와, 상기 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)에 화살표 Z로 나타내는 집광점 위치 조정 방향(Z축 방향)으로 이동 가능하게 배치된 레이저 광선 조사 유닛(5)을 구비하고 있다.
상기 척 테이블 기구(3)는, 정지 베이스(2) 상에 X축 방향을 따라서 평행하게 배치된 1쌍의 안내 레일(31, 31)과, 이 안내 레일(31, 31) 상에 X축 방향으로 이동 가능하게 배치된 제1 슬라이드 블록(32)과, 이 제1 슬라이드 블록(32) 상에 화살표 Y로 나타내는 인덱싱 이송 방향으로 이동 가능하게 배치된 제2 슬라이드 블록(33)과, 이 제2 슬라이드 블록(33) 상에 원통 부재(34)에 의해서 지지된 커버 테이블(35)과, 피가공물 유지 수단으로서의 척 테이블(36)을 구비하고 있다. 이 척 테이블(36)은 다공성 재료로 형성된 흡착 척(361)을 구비하고 있으며, 흡착 척(361) 상에 피가공물인, 예컨대 원반형의 반도체 웨이퍼를 도시하지 않는 흡인 수단에 의해서 유지하도록 되어 있다. 이와 같이 구성된 척 테이블(36)은, 원통 부재(34) 내에 배치된 도시하지 않는 펄스 모터에 의해서 회전되게 된다. 한편, 척 테이블(36)에는 후술하는 환상의 프레임을 고정하기 위한 클램프(362)가 배치되어 있다.
상기 제1 슬라이드 블록(32)은, 그 하면에 상기 1쌍의 안내 레일(31, 31)과 끼워 맞춰지는 1쌍의 피안내홈(321, 321)이 형성되어 있고, 그 상면에 Y축 방향을 따라서 평행하게 형성된 1쌍의 안내 레일(322, 322)이 설치되어 있다. 이와 같이 구성된 제1 슬라이드 블록(32)은, 피안내홈(321, 321)이 1쌍의 안내 레일(31, 31)에 끼워 맞춰짐으로써, 1쌍의 안내 레일(31, 31)을 따라서 X축 방향으로 이동 가능하게 구성된다. 도시하는 실시형태에 있어서의 척 테이블 기구(3)는, 제1 슬라이드 블록(32)을 1쌍의 안내 레일(31, 31)을 따라서 X축 방향으로 이동시키기 위한 가공 이송 수단(37)을 구비하고 있다. 가공 이송 수단(37)은, 상기 1쌍의 안내 레일(31과 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(傳動) 연결되어 있다. 한편, 수나사 로드(371)는, 제1 슬라이드 블록(32)의 중앙부 하면에 돌출하여 설치된 도시하지 않는 암나사 블록에 형성된 관통 암나사 구멍에 나사식으로 결합되어 있다. 따라서, 펄스 모터(372)에 의해서 수나사 로드(371)를 정회전 및 역회전 구동함으로써, 제1 슬라이드 블록(32)은 안내 레일(31, 31)을 따라서 X축 방향으로 이동되게 된다.
레이저 가공 장치(1)는, 상기 척 테이블(36)의 가공 이송량을 검출하기 위한 가공 이송량 검출 수단(374)을 갖추고 있다. 가공 이송량 검출 수단(374)은, 안내 레일(31)을 따라서 배치된 리니어 스케일(374a)과, 제1 슬라이드 블록(32)에 배치되어 제1 슬라이드 블록(32)과 함께 리니어 스케일(374a)을 따라서 이동하는 판독 헤드(374b)로 이루어져 있다. 이 이송량 검출 수단(374)의 판독 헤드(374b)는, 도시하는 실시형태에 있어서는 0.1 ㎛마다 1 펄스의 펄스 신호를 후술하는 제어 수단으로 보낸다. 그리고 후술하는 제어 수단은, 입력한 펄스 신호를 카운트함으로써, 척 테이블(36)의 가공 이송량을 검출한다. 한편, 상기 가공 이송 수단(37)의 구동원으로서 펄스 모터(372)를 이용한 경우에는, 펄스 모터(372)에 구동 신호를 출력하는 후술하는 제어 수단의 구동 펄스를 카운트함으로써, 척 테이블(36)의 가공 이송량을 검출할 수도 있다. 또한, 상기 가공 이송 수단(37)의 구동원으로서 서보 모터를 이용한 경우에는, 서보 모터의 회전수를 검출하는 로터리 인코더가 출력하는 펄스 신호를 후술하는 제어 수단으로 보내, 제어 수단이 입력한 펄스 신호를 카운트함으로써, 척 테이블(36)의 가공 이송량을 검출할 수도 있다.
상기 제2 슬라이드 블록(33)은, 그 하면에 상기 제1 슬라이드 블록(32)의 상면에 설치된 1쌍의 안내 레일(322, 322)과 끼워 맞춰지는 1쌍의 피안내홈(331, 331)이 형성되어 있고, 이 피안내홈(331, 331)을 1쌍의 안내 레일(322, 322)에 끼워 맞춤으로써, 화살표 Y로 나타내는 인덱싱 이송 방향으로 이동 가능하게 구성된다. 도시하는 실시형태에 있어서의 척 테이블 기구(3)는, 제2 슬라이드 블록(33)을 제1 슬라이드 블록(32)에 설치된 1쌍의 안내 레일(322, 322)을 따라서 Y축 방향으로 이동시키기 위한 제1 인덱싱 이송 수단(38)을 구비하고 있다. 제1 인덱싱 이송 수단(38)은, 상기 1쌍의 안내 레일(322와 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 슬라이드 블록(32)의 상면에 고정된 베어링 블록(383)에 회전 가능하게 지지되어 있고, 그 타단이 상기 펄스 모터(382)의 출력축에 전동 연결되어 있다. 한편, 수나사 로드(381)는, 제2 슬라이드 블록(33)의 중앙부 하면에 돌출하여 설치된 도시하지 않는 암나사 블록에 형성된 관통 암나사 구멍에 나사식으로 결합되어 있다. 따라서, 펄스 모터(382)에 의해서 수나사 로드(381)를 정회전 및 역회전 구동함으로써, 제2 슬라이드 블록(33)은 안내 레일(322, 322)을 따라서 Y축 방향으로 이동되게 된다.
레이저 가공 장치(1)는, 상기 제2 슬라이드 블록(33)의 인덱싱 가공 이송량을 검출하기 위한 인덱싱 이송량 검출 수단(384)을 갖추고 있다. 인덱싱 이송량 검출 수단(384)은, 안내 레일(322)을 따라서 배치된 리니어 스케일(384a)과, 제2 슬라이드 블록(33)에 배치되어 제2 슬라이드 블록(33)과 함께 리니어 스케일(384a)을 따라서 이동하는 판독 헤드(384b)로 이루어져 있다. 이 인덱싱 이송량 검출 수단(384)의 판독 헤드(384b)는, 도시하는 실시형태에 있어서는 O.1 ㎛마다 1 펄스의 펄스 신호를 후술하는 제어 수단에 보낸다. 그리고 후술하는 제어 수단은, 입력한 펄스 신호를 카운트함으로써, 척 테이블(36)의 인덱싱 이송량을 검출한다. 한편, 상기 제1 인덱싱 이송 수단(38)의 구동원으로서 펄스 모터(382)를 이용한 경우에는, 펄스 모터(382)에 구동 신호를 출력하는 후술하는 제어 수단의 구동 펄스를 카운트함으로써, 척 테이블(36)의 인덱싱 이송량을 검출할 수도 있다. 또한, 상기 제1 인덱싱 이송 수단(38)의 구동원으로서 서보 모터를 이용한 경우에는, 서보 모터의 회전수를 검출하는 로터리 인코더가 출력하는 펄스 신호를 후술하는 제어 수단으로 보내, 제어 수단이 입력한 펄스 신호를 카운트함으로써, 척 테이블(36)의 인덱싱 이송량을 검출할 수도 있다.
상기 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)는, 정지 베이스(2) 상에 화살표 Y로 나타내는 인덱싱 이송 방향을 따라서 평행하게 배치된 1쌍의 안내 레일(41, 41)과, 이 안내 레일(41, 41) 상에 Y축 방향으로 이동 가능하게 배치된 가동 지지 베이스(42)를 구비하고 있다. 이 가동 지지 베이스(42)는, 안내 레일(41, 41) 상에 이동 가능하게 배치된 이동 지지부(421)와, 이 이동 지지부(421)에 부착된 장착부(422)로 이루어져 있다. 장착부(422)는, 한 쪽의 측면에 Z축 방향으로 뻗는 1쌍의 안내 레일(423, 423)이 평행하게 설치되어 있다. 도시하는 실시형태에 있어서의 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)는, 가동 지지 베이스(42)를 1쌍의 안내 레일(41, 41)을 따라서 Y축 방향으로 이동시키기 위한 제2 인덱싱 이송 수단(43)을 구비하고 있다. 제2 인덱싱 이송 수단(43)은, 상기 1쌍의 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, 그 타단이 상기 펄스 모터(432)의 출력축에 전동 연결되어 있다. 한편, 수나사 로드(431)는, 가동 지지 베이스(42)를 구성하는 이동 지지부(421)의 중앙부 하면에 돌출하여 설치된 도시하지 않는 암나사 블록에 형성된 암나사 구멍에 나사식으로 결합되어 있다. 이 때문에, 펄스 모터(432)에 의해서 수나사 로드(431)를 정회전 및 역회전 구동함으로써, 가동 지지 베이스(42)는 안내 레일(41, 41)을 따라서 Y축 방향으로 이동되게 된다.
레이저 광선 조사 유닛(5)은, 유닛 홀더(51)와, 이 유닛 홀더(51)에 부착된 레이저 광선 조사 수단(52)을 구비하고 있다. 유닛 홀더(51)는, 상기 장착부(422)에 설치된 1쌍의 안내 레일(423, 423)에 미끄럼 이동 가능하게 끼워 맞춰지는 1쌍의 피안내홈(511, 511)이 형성되어 있고, 이 피안내홈(511, 511)을 상기 안내 레일(423, 423)에 끼워 맞춤으로써, Z축 방향으로 이동 가능하게 지지된다.
레이저 광선 조사 유닛(5)은, 유닛 홀더(51)를 1쌍의 안내 레일(423, 423)을 따라서 Z축 방향으로 이동시키기 위한 집광점 위치 조정 수단(53)을 구비하고 있다. 집광점 위치 조정 수단(53)은, 1쌍의 안내 레일(423, 423) 사이에 배치된 수나사 로드(도시하지 않음)와, 이 수나사 로드를 회전 구동하기 위한 펄스 모터(532) 등의 구동원을 포함하고 있고, 펄스 모터(532)에 의해서 도시하지 않는 수나사 로드를 정회전 및 역회전 구동함으로써, 유닛 홀더(51) 및 레이저 광선 조사 수단(52)을 안내 레일(423, 423)을 따라서 Z축 방향으로 이동시키게 된다. 한편, 도시하는 실시형태에 있어서는, 펄스 모터(532)를 정회전 구동함으로써 레이저 광선 조사 수단(52)을 위쪽으로 이동시키고, 펄스 모터(532)를 역회전 구동함으로써 레이저 광선 조사 수단(52)을 아래쪽으로 이동시키도록 되어 있다.
상기 레이저 광선 조사 수단(52)에 관해서 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다. 도시하는 레이저 광선 조사 수단(52)은, 상기 유닛 홀더(51)에 고정되어 실질적으로 수평으로 뻗어나오는 원통 형상의 케이싱(521)과, 이 케이싱(521) 내에 배치된 펄스 레이저 광선 발진 수단(522)과, 상기 펄스 레이저 광선 발진 수단(522)에 의해서 발진된 펄스 레이저 광선(LB)의 출력을 조정하는 출력 조정 수단(523)과, 이 출력 조정 수단(523)에 의해서 출력이 조정된 펄스 레이저 광선(LB)의 편광면을 회전시키는 1/2 파장판(524)과, 이 1/2 파장판(524)에 의해서 편광면이 회전되게 된 펄스 레이저 광선을 제1 경로(52a)를 지나는 P파로 이루어지는 제1 펄스 레이저 광선(LB1)과 제2 경로(52b)를 지나는 S파로 이루어지는 제2 펄스 레이저 광선(LB2)으로 분기하는 편광 빔 스플리터로 이루어지는 광 분기 수단(525)과, 상기 제2 경로(52b)에 배치되어 상기 제2 펄스 레이저 광선(LB2)을 지연시키는 지연 수단(526)과, 제1 펄스 레이저 광선(LB1)과 제2 펄스 레이저 광선(LB2)을 제3 경로(52c)로 유도하는 편광 빔 스플리터로 이루어지는 광 합성 수단(527)과, 제3 경로(52c)에 배치되어 제1 펄스 레이저 광선(LB1)과 제2 펄스 레이저 광선(LB2)을 집광하여 척 테이블(36)에 유지된 피가공물(W)에 조사하는 집광 렌즈(528)를 구비하고 있다. 한편, 상기 광 분기 수단(525)과 광 합성 수단(527) 사이에는 광 분기 수단(525)에 의해서 제1 경로(52a)로 유도된 제1 펄스 레이저 광선(LB1)을 광 합성 수단(527)을 향해서 방향 변환하는 방향 변환 미러(529a)가 배치되어 있고, 상기 지연 수단(526)과 광 합성 수단(527) 사이에는 광 분기 수단(525)에 의해서 제2 경로(52b)로 유도된 지연 수단(526)에 의해서 지연된 제2 펄스 레이저 광선(LB2)을 광 합성 수단(527)을 향해서 방향 변환하는 방향 변환 미러(529b)가 배치되어 있다.
상기 펄스 레이저 광선 발진 수단(522)은, YAG 레이저 발진기 혹은 YVO4 레이저 발진기로 이루어지는 펄스 레이저 발진기(522a)와, 이것에 부설된 반복 주파수 설정 수단(522b)으로 구성되어 있다. 상기 출력 조정 수단(523)은, 펄스 레이저 광선 발진 수단(522)으로부터 발진된 펄스 레이저 광선(LB)의 출력을 소정의 출력으로 조정한다. 이들 펄스 레이저 광선 발진 수단(522) 및 출력 조정 수단(523)은 후술하는 제어 수단에 의해서 제어된다.
1/2 파장판(524)은, 파장판의 결정의 광학축에 대하여 각도 θ로 입사된 직선 편광의 편광면을 -θ 회전시켜 출사한다. 즉, 1/2 파장판(524)을 θ 회전시키면, 입사된 직선 편광의 편광면이 2θ 회전되어 1/2 파장판(524)으로부터 출사된다. 따라서, 1/2 파장판(524)을 적당히 회전시킴으로써, 펄스 레이저빔(LB)의 편광면을 임의로 회전시킬 수 있어, 광 분기 수단(525)에 의해서 제1 경로(52a)로 유도되는 P파로 이루어지는 제1 펄스 레이저빔(LB1)과 제2 경로(52b)로 유도되는 S파로 이루어지는 제2 펄스 레이저빔(LB2)의 비율을 변경할 수 있다. 예컨대, 1/2 파장판(524)을 입사되는 레이저빔(LB)의 편광면에 대하여 22.5도 회전시키면, 1/2 파장판(524)으로부터 출사되는 펄스 레이저빔(LB)의 편광면은 45도 회전되기 때문에, 광 분기 수단(525)에 의해서 제1 경로(52a)로 유도되는 제1 펄스 레이저빔(LB1)과 제2 경로(52b)로 유도되는 제2 펄스 레이저빔(LB2)은 각각 50%가 된다. 또한, 1/2 파장판(524)을 예컨대 15도 회동시키면, 1/2 파장판(524)으로부터 출사되는 펄스 레이저빔(LB)의 편광면은 30도 회전되기 때문에, 광 분기 수단(525)에 의해서 제1 경로(52a)로 유도되는 제1 펄스 레이저빔(LB1)이 약 66.5%, 제2 경로(52b)로 유도되는 제2 펄스 레이저빔(LB2)이 각각 약 33.5%가 된다.
상기 지연 수단(526)은, 석영이나 이산화규소(SiO2) 등의 굴절률이 높은 부재에 의해 형성되어, 통과 시간을 길게 하여 실질적으로 광로 길이를 길게 하여 상기 제1 펄스 레이저 광선(LB1)에 대하여 예컨대 1/1000000초 늦춰 광 합성 수단(527)에 도달하도록 설정되어 있다. 한편, 광 합성 수단(527)은, 상기 광 분기 수단(525)에 의해서 제1 경로(52a)로 유도되는 제1 펄스 레이저 광선(LB1)과 제2 경로(52b)로 유도되는 제2 펄스 레이저 광선(LB2)을 각각 집광 렌즈(528)를 향해서 유도하는 편광 빔 스플리터로 이루어져 있다.
도 1로 되돌아가 설명을 계속하면, 상기 레이저 광선 조사 수단(52)을 구성하는 케이싱(521)의 선단부에는, 레이저 광선 조사 수단(52)에 의해서 레이저 가공할 가공 영역을 검출하는 촬상 수단(6)이 배치되어 있다. 이 촬상 수단(6)은, 가시광선에 의해서 촬상하는 통상의 촬상 소자(CCD) 외에, 피가공물에 적외선을 조사하는 적외선 조명 수단과, 이 적외선 조명 수단에 의해서 조사된 적외선을 포착하는 광학계와, 이 광학계에 의해서 포착된 적외선에 대응한 전기 신호를 출력하는 촬상 소자(적외선 CCD) 등으로 구성되어 있어, 촬상한 화상 신호를 후술하는 제어 수단(8)에 보낸다.
레이저 가공 장치(1)는 도 3에 도시하는 제어 수단(8)을 구비하고 있다. 제어 수단(8)은 컴퓨터에 의해서 구성되어 있고, 제어 프로그램에 따라서 연산 처리하는 중앙 처리 장치(CPU)(81)와, 제어 프로그램 등을 저장하는 리드 온리 메모리(ROM)(82)와, 연산 결과 등을 저장하는 기록 및 판독 가능한 랜덤 액세스 메모리(RAM)(83)와, 카운터(84)와, 입력 인터페이스(85) 및 출력 인터페이스(86)를 구비하고 있다. 제어 수단(8)의 입력 인터페이스(85)에는, 상기 가공 이송량 검출 수단(374), 인덱싱 이송량 검출 수단(384) 및 촬상 수단(6) 등으로부터의 검출 신호가 입력된다. 그리고, 제어 수단(8)의 출력 인터페이스(86)로부터는, 상기 펄스 모터(372), 펄스 모터(382), 펄스 모터(432), 펄스 모터(532), 레이저 광선 조사 수단(52)의 펄스 레이저 광선 발진 수단(522), 출력 조정 수단(523) 등에 제어 신호를 출력한다.
레이저 가공 장치(1)는 이상과 같이 구성되어 있으며, 이하 그 작용에 관해서 설명한다. 도 4에는 본 발명에 의한 레이저 가공 방법에 따라서 가공되는 광 디바이스 웨이퍼의 사시도가 도시되어 있다. 도 4에 도시하는 광 디바이스 웨이퍼(10)는, 예컨대 두께 100 ㎛의 사파이어 기판, 탄화규소 기판, 이산화규소 기판, 리튬탄탈레이트 기판, 리튬나이오베이트 기판 등의 투명 기판의 표면(10a)에, 예컨대 질화물 반도체로 이루어지는 광디바이스층이 적층되어 있다. 그리고, 격자형으로 형성된 복수의 스트리트(101)에 의해서 구획된 복수의 영역에 발광 다이오드, 레이저 다이오드 등의 광 디바이스(102)가 형성되어 있다. 이하, 상술한 레이저 가공 장치를 이용하여 광 디바이스 웨이퍼(10)에 대하여 어블레이션 가공을 실시하는 레이저 광선을 기판의 표면 또는 이면 측으로부터 스트리트를 따라서 조사하여, 기판의 표면 또는 이면에 파단 기점이 되는 레이저 가공 홈을 형성하는 레이저 가공 홈 형성 공정에 관해서 설명한다.
우선, 광 디바이스 웨이퍼(10)의 이면(10b)을 환상의 프레임에 장착된 다이싱 테이프의 표면에 점착하는 웨이퍼 지지 공정을 실시한다. 즉, 도 5의 (a) 및 (b)에 도시하는 것과 같이, 환상의 프레임(F)의 내측 개구부를 덮도록 외주부가 장착된 다이싱 테이프(T)의 표면에 상기 광 디바이스 웨이퍼(10)의 이면(10b)을 점착한다.
상술한 웨이퍼 지지 공정을 실시했으면, 도 1에 도시하는 레이저 가공 장치(1)의 척 테이블(36) 상에 광 디바이스 웨이퍼(10)의 다이싱 테이프(T) 측을 얹어 놓는다. 그리고, 도시하지 않는 흡인 수단을 작동함으로써, 다이싱 테이프(T)를 통해 광 디바이스 웨이퍼(10)를 척 테이블(36) 상에 흡인 유지한다(웨이퍼 유지 공정). 따라서, 척 테이블(36)에 유지된 광 디바이스 웨이퍼(10)는 표면(10a)이 상측으로 된다.
상술한 것과 같이 광 디바이스 웨이퍼(10)를 흡인 유지한 척 테이블(36)은, 가공 이송 수단(37)에 의해서 촬상 수단(6)의 바로 아래에 위치되게 된다. 척 테이블(36)이 촬상 수단(6)의 바로 아래에 위치하게 되면, 촬상 수단(6) 및 도시하지 않는 제어 수단에 의해서 광 디바이스 웨이퍼(10)의 레이저 가공할 가공 영역을 검출하는 얼라인먼트 작업을 실행한다. 즉, 촬상 수단(6) 및 도시하지 않는 제어 수단은, 광 디바이스 웨이퍼(10)의 소정 방향으로 형성되어 있는 스트리트(101)와, 스트리트(101)를 따라서 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단(52)의 집광 렌즈(528) 사이의 위치맞춤을 행하기 위한 패턴 매칭 등의 화상 처리를 실행하여, 레이저 광선 조사 위치의 얼라인먼트를 수행한다. 또한, 광 디바이스 웨이퍼(10)에 형성되어 있는 상기 소정 방향에 대하여 직교하는 방향으로 뻗는 스트리트(101)에 대하여도, 마찬가지로 레이저 광선 조사 위치의 얼라인먼트가 수행된다.
이상과 같이 하여 척 테이블(36) 상에 유지된 광 디바이스 웨이퍼(10)에 형성되어 있는 스트리트(101)를 검출하여, 레이저 광선 조사 위치의 얼라인먼트가 실행되었으면, 도 6의 (a)에서 도시하는 것과 같이 척 테이블(36)을 레이저 광선 조사 수단(52)의 집광 렌즈(528)가 위치하는 레이저 광선 조사 영역으로 이동시켜, 소정의 스트리트(101)의 일단[도 6의 (a)에 있어서 좌단]을 집광 렌즈(528)의 바로 아래에 위치하게 한다. 그리고, 집광 렌즈(528)를 통해서 조사되는 펄스 레이저 광선의 집광점(P)을 광 디바이스 웨이퍼(10)의 표면(10a)(상면) 부근에 위치하게 한다.
이어서, 레이저 광선 조사 수단(52)을 작동하여 집광 렌즈(528)를 통해서 상기 도 2에 도시하는 제1 펄스 레이저 광선(LB1)을 조사하여 가공 영역을 손상시키는 제1 레이저 가공 공정과, 제1 펄스 레이저 광선(LB1)의 조사에 의해서 손상된 가공 영역에 제2 펄스 레이저 광선(LB2)을 조사하여 함몰을 형성하는 제2 레이저 가공 공정을 교대로 실시하고, 척 테이블(36)을 도 6의 (a)에 있어서 화살표 X1로 나타내는 방향으로 소정의 가공 이송 속도로 이동하게 한다. 그리고, 도 6의 (b)에서 도시하는 것과 같이 레이저 광선 조사 수단(52)의 집광 렌즈(528)의 조사 위치가 스트리트(101)의 타단[도 6의 (b)에 있어서 우측단]의 위치에 달하면, 펄스 레이저 광선의 조사를 정지하고 척 테이블(36)의 이동을 정지한다(레이저 가공 홈 형성 공정).
상기 레이저 가공 홈 형성 공정에 있어서의 가공 조건은 예컨대 다음과 같이 설정되어 있다.
레이저 광선의 파장 : 532 nm, 355 nm, 266 nm
반복 주파수 : 50 kHz
평균 출력 : 2 W
제1 펄스 레이저 광선(LB1) : 1.5 W
제2 펄스 레이저 광선(LB2) : 0.5 W
지연 시간 : 1/1000000 초
집광 스폿 직경 : φ15 ㎛
가공 이송 속도 : 100 mm/초
상기 레이저 가공 홈 형성 공정에 있어서는, 제1 펄스 레이저 광선(LB1)을 조사하여 가공 영역을 손상시키는 제1 레이저 가공 공정을 실시한 직후에, 손상된 가공 영역에 제2 펄스 레이저 광선(LB2)을 조사하여 함몰을 형성하는 제2 레이저 가공 공정이 실시되기 때문에, 투명 부재로 이루어지는 광 디바이스 웨이퍼(10)라도 제2 펄스 레이저 광선(LB2)이 효과적으로 흡수되어 효율적으로 함몰이 가공된다. 이 제1 펄스 레이저 광선(LB1)을 조사하여 가공 영역을 손상시키는 제1 레이저 가공 공정과 손상된 가공 영역에 제2 펄스 레이저 광선(LB2)을 조사하여 함몰을 형성하는 제2 레이저 가공 공정을 반복해서 실시함으로써, 도 6의 (b) 및 (c)에 도시하는 것과 같이 스트리트(101)를 따라서 연속적인 함몰인 레이저 가공 홈(110)이 형성된다. 한편, 상술한 실시형태에 있어서는, 제1 레이저 가공 공정에서 조사하는 제1 펄스 레이저 광선(LB1)의 출력이 제2 레이저 가공 공정에서 조사하는 제2 펄스 레이저 광선(LB2)의 출력보다 높은 값으로 설정되어 있기 때문에, 가공 영역을 효과적으로 손상시킬 수 있다.
이상과 같이 하여, 광 디바이스 웨이퍼(10)의 제1 방향으로 뻗어있는 모든 스트리트(101)를 따라서 상기 레이저 가공 홈 형성 공정을 실시했으면, 척 테이블(36)을 90도 회동시켜, 상기 제1 방향에 대하여 직교하는 제2 방향으로 형성된 각 스트리트(101)를 따라서 상기 레이저 가공 홈 형성 공정을 실시한다.
상술한 레이저 가공 홈 형성 공정이 실시된 광 디바이스 웨이퍼(10)는, 외력을 부여함으로써 파단 기점이 되는 레이저 가공 홈(110)이 형성된 스트리트(101)를 따라서 파단하여, 개개의 광 디바이스로 분할하는 웨이퍼 분할 공정으로 반송된다.
1 : 레이저 가공 장치 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 52 : 레이저 광선 조사 수단
522 : 펄스 레이저 광선 발진 수단 523 : 출력 조정 수단
524 : 1/2 파장판 525 : 광 분기 수단
526 : 지연 수단 527 : 광 합성 수단
528 : 집광 렌즈 6 : 촬상 수단
8 : 제어 수단 10 : 광 디바이스 웨이퍼
F : 환상의 프레임 T : 다이싱 테이프

Claims (4)

  1. 투명 부재로 이루어지는 피가공물에 펄스 레이저 광선을 조사하여 레이저 가공을 실시하는 레이저 가공 방법으로서,
    피가공물의 가공 영역에 제1 펄스 레이저 광선을 조사하여 가공 영역을 손상시키는 제1 레이저 가공 공정과,
    상기 제1 펄스 레이저 광선 직후에 상기 제1 펄스 레이저 광선의 조사에 의해서 손상된 가공 영역에 제2 펄스 레이저 광선을 조사하여 함몰을 형성하는 제2 레이저 가공 공정을 포함하고,
    상기 제1 레이저 가공 공정과 상기 제2 레이저 가공 공정을 반복해서 실시함으로써, 연속적으로 함몰 가공을 실시하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 펄스 레이저 광선의 출력은, 상기 제2 펄스 레이저 광선의 출력보다 큰 값으로 설정되어 있는 것인 레이저 가공 방법.
  3. 투명 부재로 이루어지는 피가공물에 펄스 레이저 광선을 조사하여 레이저 가공을 실시하는 레이저 가공 장치로서,
    피가공물을 유지하는 피가공물 유지 수단과, 이 피가공물 유지 수단에 유지된 피가공물에 펄스 레이저 광선을 조사하는 펄스 레이저 광선 조사 수단과, 상기 피가공물 유지 수단과 상기 펄스 레이저 광선 조사 수단을 상대적으로 이동시키는 이동 수단을 구비하고,
    상기 펄스 레이저 광선 조사 수단은, 펄스 레이저 발진기와, 이 펄스 레이저 발진기로부터 발진된 펄스 레이저 광선을 제1 경로를 지나는 제1 펄스 레이저 광선과 제2 경로를 지나는 제2 펄스 레이저 광선으로 분기하는 광 분기 수단과, 상기 제2 경로에 배치되어 상기 제2 펄스 레이저 광선을 지연시키는 지연 수단과, 상기 제1 펄스 레이저 광선과 상기 제2 펄스 레이저 광선을 제3 경로로 유도하는 광 합성 수단과, 상기 제3 경로에 배치되어 상기 제1 펄스 레이저 광선과 상기 제2 펄스 레이저 광선을 집광하여 상기 피가공물 유지 수단에 유지된 피가공물에 조사하는 집광기를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 펄스 레이저 발진기와 상기 광 분기 수단의 사이에 1/2 파장판이 배치되어 있는 것인 레이저 가공 장치.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150050357A (ko) * 2013-10-29 2015-05-08 가부시기가이샤 디스코 레이저 가공 장치
KR20150117220A (ko) * 2014-04-09 2015-10-19 가부시기가이샤 디스코 높이 위치 검출 장치
KR20160127656A (ko) * 2015-04-27 2016-11-04 가부시기가이샤 디스코 레이저 가공 장치
JP2019505850A (ja) * 2016-02-18 2019-02-28 シャンハイ マイクロ エレクトロニクス イクイプメント（グループ）カンパニー リミティド 露光システム、露光装置及び露光方法

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