KR20130029719A

KR20130029719A - 레이저 가공 장치

Info

Publication number: KR20130029719A
Application number: KR1020120098733A
Authority: KR
Inventors: 게이지 노마루
Original assignee: 가부시기가이샤 디스코
Priority date: 2011-09-15
Filing date: 2012-09-06
Publication date: 2013-03-25
Also published as: US8941030B2; CN102990223B; CN102990223A; JP2013063445A; KR101941291B1; US20130068740A1; JP5788749B2

Abstract

피가공물을 가공 이송하면서 피가공물의 두께 방향으로 펄스 레이저 광선을 복수샷 조사할 수 있는 레이저 가공 장치를 제공한다.
척 테이블과, 척 테이블에 유지된 피가공물에 펄스 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단과, 척 테이블과 레이저 광선 조사 수단을 X축 방향으로 가공 이송하는 가공 이송 수단과, 척 테이블 이동 위치를 검출하는 X축 방향 위치 검출 수단과, X축 방향 위치 검출 수단으로부터의 검출 신호에 기초하여 레이저 광선 조사 수단 및 가공 이송 수단을 제어하는 제어 수단을 구비하는 레이저 가공 장치로서, 레이저 광선 조사 수단은, 펄스 레이저 광선 발진 수단과, 펄스 레이저 광선을 집광하여 척 테이블에 유지된 피가공물에 조사하는 집광 렌즈를 구비한 집광기와, 집광기를 Z축 방향과 정해진 각도(α)를 두고 변위시키는 피에조 모터를 구비하며, 제어 수단은, 펄스 레이저 광선의 반복 주파수에 대하여 피에조 모터에 인가하는 고주파 전류의 주파수와 전압을 제어하고, 척 테이블을 X축 방향으로 가공 이송할 때에, 집광기를 X축 방향으로 Δx 이동시키며 Z축 방향으로 Δz 이동시킴으로써, 집광 렌즈에 의해 집광되는 펄스 레이저 광선의 집광점을 척 테이블에 유지된 피가공물의 정해진 영역의 두께 방향으로 변위시킨다.

Description

레이저 가공 장치{LASER MACHINING APPARATUS}

본 발명은 가공 이송 방향으로 이동하는 척 테이블에 유지된 피가공물에 대하여 투과성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선을 조사하여, 피가공물의 내부에 개질층을 형성하는 레이저 가공 장치에 관한 것이다.

소위 잉크젯 헤드를 구성하는 잉크를 토출하기 위한 복수의 노즐이 형성된 노즐 기판에 연결되는 실리콘 리저버 기판에는, 노즐에 연통하는 복수의 관통 구멍이 형성된다. 실리콘 리저버 기판에 복수의 관통 구멍을 형성하기 위해서는, 실리콘 리저버 기판의 표면에 관통 구멍이 형성되는 영역에 개구부가 형성된 에칭 마스크를 피복하고, 실리콘 리저버 기판에 대하여 투과성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선을 에칭 마스크의 개구부를 통해 조사함으로써 실리콘 리저버 기판의 내부에 개질층을 형성하며, 그 후 에칭 마스크의 개구부를 통해 에칭액을 공급함으로써, 에칭액을 개질층을 따라 실리콘 리저버 기판에 침투시켜 내경이 5 ㎛～15 ㎛인 적정한 관통 구멍을 형성한다(예컨대, 특허문헌 1 참조).

특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2010-221527호 공보

그렇게 하여, 펄스 레이저 광선의 1샷으로 형성되는 개질층의 깊이는 20 ㎛～30 ㎛ 정도이고, 실리콘 리저버 기판의 두께가 예컨대 200 ㎛인 경우에는, 실리콘 리저버 기판의 표면으로부터 이면에 이르는 개질층을 형성하기 위해 펄스 레이저 광선을 10샷 이상 조사할 필요가 있기 때문에, 피가공물인 실리콘 리저버 기판을 펄스 레이저 광선 조사 위치에 그때마다 정지시켜 간헐적으로 레이저 가공을 실시하지 않으면 안 되어, 생산성이 나쁘다고 하는 문제가 있다.

본 발명은 상기 사실을 감안하여 이루어진 것으로, 그 주된 기술적 과제는, 피가공물을 가공 이송하면서 피가공물의 두께 방향으로 펄스 레이저 광선을 복수샷 조사할 수 있는 레이저 가공 장치를 제공하는 것에 있다.

상기 주된 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따르면, 피가공물을 유지하는 척 테이블과, 상기 척 테이블에 유지된 피가공물에 대하여 투과성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단과, 상기 척 테이블과 상기 레이저 광선 조사 수단을 상대적으로 가공 이송 방향(X축 방향)으로 가공 이송하는 가공 이송 수단과, 상기 가공 이송 수단에 의한 상기 척 테이블의 X 위치를 검출하는 X축 방향 위치 검출 수단과, 상기 X축 방향 위치 검출 수단으로부터의 검출 신호에 기초하여 상기 레이저 광선 조사 수단을 제어하는 제어 수단을 구비하는 레이저 가공 장치로서, 상기 레이저 광선 조사 수단은, 펄스 레이저 광선 발진 수단과, 상기 펄스 레이저 광선 발진 수단이 발진하는 펄스 레이저 광선을 집광하여 상기 척 테이블에 유지된 피가공물에 조사하는 집광 렌즈를 구비한 집광기와, 상기 집광기를 집광 렌즈의 광축 방향(Z축 방향)과 정해진 각도(α)를 갖고 변위시키는 피에조 모터를 구비하며, 상기 제어 수단은, 펄스 레이저 광선의 반복 주파수에 대하여 상기 피에조 모터에 인가하는 고주파 전류의 주파수와 전압을 제어하고, 척 테이블을 X축 방향으로 가공 이송할 때에, 상기 집광기를 X축 방향으로 Δx 이동시키며 Z축 방향으로 Δz 이동시킴으로써, 상기 집광 렌즈에 의해 집광되는 펄스 레이저 광선의 집광점을 상기 척 테이블에 유지된 피가공물의 정해진 영역의 두께 방향으로 변위시키는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치가 제공된다.

상기 펄스 레이저 광선 발진 수단에 의해 발진되는 펄스 레이저 광선의 반복 주파수를 F 헤르츠로 하고, 상기 피에조 모터에 인가하는 고주파 전류의 주파수를 H 헤르츠로 하며, 피에조 모터에 인가하는 전압에 의해 생기는 피에조 모터의 진폭을 J ㎛로 하고, 상기 가공 이송 수단에 의한 상기 척 테이블의 이동 속도를 V ㎛/초로 하며, 펄스 레이저 광선의 1샷으로 형성되는 개질층의 두께를 h ㎛로 한 경우, (2×J×H)×sinα=V를 만족하고, Δx는 V/F가 되며, (2×J×H×1/F)×cosα≤h를 만족하고, Δz는 (2×J×H×1/F)×cosα가 된다. 또한, 상기 피에조 모터의 진동 주기에 있어서의 집광기의 하방 위치로부터 상방 위치로 변위하는 기간에 2샷 이상의 n샷의 펄스 레이저 광선을 조사하는 경우, H≤F/2n으로 설정된다. 또한, 피가공물에 있어서의 가공하여야 할 영역의 간격을 A로 한 경우, H=V/A로 설정된다.

본 발명에 따른 레이저 가공 장치에 있어서는, 펄스 레이저 광선 발진 수단에 의해 발진되는 펄스 레이저 광선의 반복 주파수에 대하여, 집광기를 XZ 평면에 있어서 집광 렌즈의 광축 방향(Z축 방향)과 정해진 각도(α)를 두고 변위시키는 피에조 모터에 인가하는 고주파 전류의 주파수와 전압을 제어하고, 척 테이블을 X축 방향으로 가공 이송할 때에, 집광기의 집광 렌즈를 X축 방향으로 Δx 이동시키며 Z축 방향으로 Δz 이동시킴으로써, 집광 렌즈에 의해 집광되는 펄스 레이저 광선의 집광점을 척 테이블에 유지된 피가공물의 정해진 영역의 두께 방향으로 변위시키기 때문에, 피가공물에 설정된 가공 영역에 두께 방향으로 복수의 변질층을 형성할 수 있다. 따라서, 피가공물에 설정된 가공 영역에 효율적으로 개질층을 적층할 수 있어, 생산성이 향상된다.

도 1은 본 발명에 따라 구성된 레이저 가공 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치에 장비되는 레이저 광선 조사 수단의 구성 블록도이다.
도 3은 도 2에 나타내는 레이저 광선 조사 수단을 구성하는 피에조 모터에 인가하는 고주파 전류에 의해 변위되는 집광기의 변위량을 나타내는 설명도이다.
도 4는 도 3에 나타내는 집광기의 변위에 기초하여 척 테이블에 유지된 피가공물에 조사되는 펄스 레이저 광선의 샷 사이의 간격을 나타내는 설명도이다.
도 5는 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치에 장비되는 제어 수단의 구성 블록도이다.
도 6은 피가공물로서의 실리콘 리저버 기판의 평면도이다.
도 7은 도 6에 나타내는 실리콘 리저버 기판의 일부를 확대하여 나타내는 평면도이다.
도 8은 도 6에 나타내는 실리콘 리저버 기판을 환형의 프레임에 장착된 보호 테이프의 표면에 점착한 상태를 나타내는 사시도 및 주요부를 확대하여 나타내는 단면도이다.
도 9는 도 6에 나타내는 실리콘 리저버 기판이 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치의 척 테이블의 정해진 위치에 유지된 상태에 있어서의 좌표와의 관계를 나타내는 설명도이다.
도 10은 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치에 의해 도 6에 나타내는 실리콘 리저버 기판에 실시하는 개질층 형성 공정의 설명도이다.
도 11은 도 2에 나타내는 레이저 광선 조사 수단을 구성하는 피에조 모터의 진동 주기와 펄스 레이저 광선의 샷의 관계를 나타내는 설명도이다.
도 12는 도 10에 나타내는 개질층 형성 공정이 실시된 실리콘 리저버 기판의 주요부를 확대하여 나타내는 단면도이다.
도 13은 도 2에 나타내는 레이저 광선 조사 수단을 구성하는 피에조 모터의 진동 주기와 펄스 레이저 광선의 샷의 관계를 나타내는 다른 실시형태의 설명도이다.

이하, 본 발명에 따라 구성된 레이저 가공 장치의 적합한 실시형태에 대해서, 첨부 도면을 참조하여, 더욱 상세하게 설명한다.

도 1에는 본 발명에 따라 구성된 레이저 가공 장치의 사시도가 나타나 있다. 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치는, 정지 베이스(2)와, 그 정지 베이스(2)에 화살표 X로 나타내는 가공 이송 방향(X축 방향)으로 이동 가능하게 배치되며 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, 그 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 화살표 X로 나타내는 가공 이송 방향(X축 방향)을 따라 평행하게 배치된 한 쌍의 안내 레일(31, 31)과, 그 한 쌍의 안내 레일(31, 31) 상에 X축 방향으로 이동 가능하게 배치된 제1 슬라이딩 블록(32)과, 그 제1 슬라이딩 블록(32) 상에 화살표 Y로 나타내는 인덱싱 이송 방향(Y축 방향)으로 이동 가능하게 배치된 제2 슬라이딩 블록(33)과, 그 제2 슬라이딩 블록(33) 상에 원통 부재(34)에 의해 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 있고, 흡착 척(361)의 상면(유지면)에 피가공물인 예컨대 원반형의 반도체 웨이퍼를 도시하지 않는 흡인 수단에 의해 유지하도록 되어 있다. 이와 같이 구성된 척 테이블(36)은, 원통 부재(34) 내에 배치된 도시하지 않는 펄스 모터에 의해 회전된다. 또한, 척 테이블(36)에는, 후술하는 환형의 프레임을 고정하기 위한 클램프(362)가 배치되어 있다.

상기 제1 슬라이딩 블록(32)은, 그 하면에 상기 한 쌍의 안내 레일(31, 31)과 감합하는 한 쌍의 피안내홈(321, 321)이 마련되어 있으며, 그 상면에 Y축 방향을 따라 평행하게 형성된 한 쌍의 안내 레일(322, 322)이 마련되어 있다. 이와 같이 구성된 제1 슬라이딩 블록(32)은, 피안내홈(321, 321)이 한 쌍의 안내 레일(31, 31)에 감합함으로써, 한 쌍의 안내 레일(31, 31)을 따라 X축 방향으로 이동 가능하게 구성된다. 도시된 실시형태에 있어서의 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(31과 31)의 사이에 평행하게 배치된 수나사 로드(371)와, 그 수나사 로드(371)를 회전 구동시키기 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 돌출하여 마련된 도시하지 않는 암나사 블록에 형성된 관통 암나사 구멍에 나사 결합되어 있다. 따라서, 펄스 모터(372)에 의해 수나사 로드(371)를 정회전 및 역회전 구동시킴으로써, 제1 슬라이딩 블록(32)은 안내 레일(31, 31)을 따라 X축 방향으로 이동된다.

상기 제2 슬라이딩 블록(33)은, 그 하면에 상기 제1 슬라이딩 블록(32)의 상면에 마련된 한 쌍의 안내 레일(322, 322)과 감합하는 한 쌍의 피안내홈(331, 331)이 마련되어 있고, 이 피안내홈(331, 331)을 한 쌍의 안내 레일(322, 322)에 감합함으로써, 화살표 Y로 나타내는 인덱싱 이송 방향으로 이동 가능하게 구성된다. 도시된 실시형태에 있어서의 척 테이블 기구(3)는, 제2 슬라이딩 블록(33)을 제1 슬라이딩 블록(32)에 마련된 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(322와 322)의 사이에 평행하게 배치된 수나사 로드(381)와, 그 수나사 로드(381)를 회전 구동시키기 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 돌출하여 마련된 도시하지 않는 암나사 블록에 형성된 관통 암나사 구멍에 나사 결합되어 있다. 따라서, 펄스 모터(382)에 의해 수나사 로드(381)를 정회전 및 역회전 구동시킴으로써, 제2 슬라이딩 블록(33)은 안내 레일(322, 322)을 따라 Y축 방향으로 이동된다.

상기 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)는, 정지 베이스(2) 상에 화살표 Y로 나타내는 인덱싱 이송 방향을 따라 평행하게 배치된 한 쌍의 안내 레일(41, 41)과, 그 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, 그 이동 지지부(421)에 부착된 장착부(422)로 이루어져 있다. 장착부(422)는, 한쪽의 측면에 Z축 방향으로 연장되는 한 쌍의 안내 레일(423, 423)이 평행하게 마련되어 있다. 도시된 실시형태에 있어서의 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)의 사이에 평행하게 배치된 수나사 로드(431)와, 그 수나사 로드(431)를 회전 구동시키기 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. 또한, 수나사 로드(431)는, 가동 지지 베이스(42)를 구성하는 이동 지지부(421)의 중앙부 하면에 돌출하여 마련된 도시하지 않는 암나사 블록에 형성된 암나사 구멍에 나사 결합되어 있다. 이 때문에, 펄스 모터(432)에 의해 수나사 로드(431)를 정회전 및 역회전 구동시킴으로써, 가동 지지 베이스(42)는 안내 레일(41, 41)을 따라 Y축 방향으로 이동된다.

레이저 광선 조사 유닛(5)은, 유닛 홀더(51)와, 그 유닛 홀더(51)에 부착된 레이저 광선 조사 수단(6)을 구비하고 있다. 유닛 홀더(51)는, 상기 장착부(422)에 마련된 한 쌍의 안내 레일(423, 423)에 미끄럼 이동 가능하게 감합되는 한 쌍의 피안내홈(511, 511)이 마련되어 있고, 이 피안내홈(511, 511)을 상기 안내 레일(423, 423)에 감합함으로써, Z축 방향으로 이동 가능하게 지지된다.

레이저 광선 조사 유닛(5)은, 유닛 홀더(51)를 한 쌍의 안내 레일(423, 423)을 따라 Z축 방향으로 이동시키기 위한 집광점 위치 조정 수단(53)을 구비하고 있다. 집광점 위치 조정 수단(53)은, 한 쌍의 안내 레일(423, 423)의 사이에 배치된 수나사 로드(도시하지 않음)와, 그 수나사 로드를 회전 구동시키기 위한 펄스 모터(532) 등의 구동원을 포함하고 있고, 펄스 모터(532)에 의해 도시하지 않는 수나사 로드를 정회전 및 역회전 구동시킴으로써, 유닛 홀더(51) 및 레이저 광선 조사 수단(6)을 안내 레일(423, 423)을 따라 Z축 방향으로 이동시킨다. 또한, 도시된 실시형태에 있어서는 펄스 모터(532)를 정회전 구동시킴으로써 레이저 광선 조사 수단(6)을 상방으로 이동시키고, 펄스 모터(532)를 역회전 구동시킴으로써 레이저 광선 조사 수단(6)을 하방으로 이동시키도록 되어 있다.

레이저 광선 조사 수단(6)은, 상기 유닛 홀더(51)에 고정되며 실질상 수평으로 연장하는 원통 형상의 케이싱(61)을 포함하고 있다. 이 레이저 광선 조사 수단(6)에 대해서, 도 2를 참조하여 설명한다. 레이저 광선 조사 수단(6)은, 상기 케이싱(61) 내에 배치된 펄스 레이저 광선 발진 수단(62)과, 상기 펄스 레이저 광선 발진 수단(62)이 발진하는 펄스 레이저 광선을 척 테이블(36)의 유지면을 향하여(도 2에 있어서 하방을 향하여) 방향 변환하는 방향 변환 미러(63)와, 상기 방향 변환 미러(63)에 의해 방향 변환된 펄스 레이저 광선을 집광하여 척 테이블(36)에 유지된 피가공물(W)에 조사하는 집광 렌즈(641)를 포함한 집광기(64)와, 상기 집광기(64)를 XZ 평면에 있어서 집광 렌즈(641)의 광축 방향(Z축 방향)과 정해진 각도를 두고 변위시키는 피에조 모터(65)를 구비하고 있다.

펄스 레이저 광선 발진 수단(62)은, 피가공물인 웨이퍼에 대하여 투과성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선을 발진한다. 이 펄스 레이저 광선 발진 수단(62)은, 피가공물(W)이 실리콘 기판, 탄화규소 기판, 리튬탄탈레이트 기판인 경우, 예컨대 파장이 1064 ㎚인 펄스 레이저 광선을 발진하는 YVO4 펄스 레이저 발진기 혹은 YAG 펄스 레이저 발진기(621)와, 이것에 부설된 반복 주파수 설정 수단(622)으로 구성되어 있다.

상기 집광기(64)는, 방향 변환 미러(63)에 의해 방향 변환된 펄스 레이저 광선을 집광하는 집광 렌즈(641)를 구비하고 있다. 상기 피에조 모터(65)는, 도시된 실시형태에 있어서는 고주파 전류를 인가하는 전압값에 대응하여 Z축 방향(미러(63)에서 반사된 레이저 광선의 광로)과 정해진 각도(α)를 두고 진동하도록 배치된 압전 소자에 의해 구성되어 있고, 한쪽의 면이 집광기(64)를 장착하는 장착 부재(66)에 고정되며, 다른쪽의 면이 상기 케이싱(61)에 부착된 지지 부재(67)에 고정되어 있다. 따라서, 피에조 모터(65)는, 고주파 전류를 인가함으로써, 집광기(64)를 도 2에 있어서 실선으로 나타내는 위치와 2점 쇄선으로 나타내는 바와 같이 Z축 방향과 정해진 각도(α)를 두고 비스듬히 하방으로 변위한 위치의 사이에서 진동(왕복 운동)한다. 따라서, 도 3에 나타내는 바와 같이 집광기(64)가 Z축 방향과 정해진 각도(α)를 두고 변위하는 변위량을 (a)로 하면, X축 방향의 변위량(Δx)은 a×sinα가 되며, Z축 방향의 변위량(Δz)은 a×cosα가 된다. 그리고, 도 4에 나타내는 바와 같이 피가공물(W)에 조사되는 펄스 레이저 광선의 샷 사이의 간격(d)은, a×cosα, 즉 Δz가 된다.

도 2를 참조하여 설명을 계속하면, 상기 레이저 광선 조사 수단(6)은, 펄스 레이저 광선 발진 수단(62)이 발진한 레이저 광선을 방향 변환 미러(63)에 유도하는 방향과, 레이저 광선 흡수 수단(68)에 유도하는 방향으로 편향시키는 음향 광학 편향 수단(69)을 구비하고 있다. 이 음향 광학 편향 수단(69)은, 후술하는 제어 수단으로부터 예컨대 5 V의 전압이 인가되면 펄스 레이저 광선 발진 수단(62)이 발진한 레이저 광선의 광로를 방향 변환 미러(63)에 유도하고, 후술하는 제어 수단으로부터 예컨대 0 V의 전압이 인가되면 레이저 광선 흡수 수단(68)에 유도하도록 되어 있다. 따라서, 음향 광학 편향 수단(69)은, 펄스 레이저 광선 발진 수단(62)이 발진한 레이저 광선을 방향 변환 미러(63)에 유도하는 방향과, 레이저 광선 흡수 수단(68)에 유도하는 방향으로 편향시키는 광 편향 수단으로서 기능한다.

도 1로 되돌아가 설명을 계속하면, 도시된 실시형태에 있어서의 레이저 가공 장치는, 케이싱(61)의 전단부에 배치되며 상기 레이저 광선 조사 수단(6)에 의해 레이저 가공하여야 할 가공 영역을 촬상하는 촬상 수단(7)을 구비하고 있다. 이 촬상 수단(7)은, 가시 광선에 의해 촬상하는 통상의 촬상 소자(CCD) 외에, 피가공물에 적외선을 조사하는 적외선 조명 수단과, 그 적외선 조명 수단에 의해 조사된 적외선을 포착하는 광학계와, 그 광학계에 의해 포착된 적외선에 대응한 전기 신호를 출력하는 촬상 소자(적외선 CCD) 등으로 구성되어 있고, 촬상한 화상 신호를 후술하는 제어 수단에 보낸다.

레이저 가공 장치는, 도 5에 나타내는 제어 수단(8)을 구비하고 있다. 제어 수단(8)은 컴퓨터에 의해 구성되어 있고, 제어 프로그램에 따라 연산 처리하는 중앙 처리 장치(CPU)(81)와, 제어 프로그램 등을 저장하는 리드 온리 메모리(ROM)(82)와, 후술하는 제어 맵이나 피가공물의 설계값의 데이터나 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 X축 방향 위치 검출 수단(374), Y축 방향 위치 검출 수단(384) 및 촬상 수단(7) 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), 펄스 레이저 광선 발진 수단(62), 피에조 모터(65), 음향 광학 편향 수단(69) 등에 제어 신호를 출력한다. 또한, 상기 랜덤 액세스 메모리(RAM)(83)는, 후술하는 피가공물로서의 실리콘 리저버 기판의 설계값의 데이터를 기억하는 제1 기억 영역(83a)이나 후술하는 가공 이송 개시 위치 좌표값 등을 기억하는 제2 기억 영역(83b)이나 다른 기억 영역을 구비하고 있다.

레이저 가공 장치는 이상과 같이 구성되어 있고, 이하 그 작용에 대해서 설명한다.

도 6에는 레이저 가공되는 피가공물로서의 실리콘 리저버 기판(10)의 평면도를 나타내고 있다. 도 6에 나타내는 실리콘 리저버 기판(10)은, 표면(10a)에 격자형으로 배열된 복수의 분할 예정 라인(101)에 의해 복수의 영역이 구획되고, 이 구획된 영역에 리저버 디바이스(102)가 각각 형성되어 있다. 이 각 리저버 디바이스(102)는, 전부 동일한 구성을 하고 있다. 리저버 디바이스(102)의 표면에는 각각 도 7에 나타내는 바와 같이 복수의 관통 구멍 형성 영역(103; 103a～103j)이 설정되어 있다. 이 관통 구멍 형성 영역(103; 103a～103j)은, 예컨대 직경이 15 ㎛로 설정되어 있다. 각 리저버 디바이스(102)에 있어서의 관통 구멍 형성 영역(103; 103a～103j)의 X 방향(도 7에 있어서 좌우 방향)의 간격(A), 및 각 리저버 디바이스(102)에 있어서의 관통 구멍 형성 영역(103)에 있어서의 분할 예정 라인(101)을 사이에 두고 X 방향(도 7에 있어서 좌우 방향)으로 인접하는 리저버 디바이스(102)의 관통 구멍 형성 영역(103e)과 관통 구멍 형성 영역(103a)의 간격(B)은, 도시된 실시형태에 있어서는 동일 간격으로 설정되어 있다. 또한, 각 리저버 디바이스(102)에 있어서의 관통 구멍 형성 영역(103; 103a～103j)의 Y 방향(도 7에 있어서 상하 방향)의 간격(C), 및 각 리저버 디바이스(102)에 설정된 관통 구멍 형성 영역(103)에 있어서의 분할 예정 라인(101)을 사이에 두고 Y 방향(도 7에 있어서 상하 방향)에 인접하는 리저버 디바이스(102)의 관통 구멍 형성 영역(103f)과 관통 구멍 형성 영역(103a), 그리고 관통 구멍 형성 영역(103j)과 관통 구멍 형성 영역(103e)의 간격(D)은, 도시된 실시형태에 있어서는 동일 간격으로 설정되어 있다. 이와 같이 구성된 실리콘 리저버 기판(10)에 대해서, 도 6에 나타내는 각 행(E1····En) 및 각 열(F1····Fn)에 배치된 리저버 디바이스(102)의 개수와 상기 간격(A, B, C, D) 및 X, Y 좌표값은, 그 설계값의 데이터가 상기 랜덤 액세스 메모리(RAM)(83)의 제1 기억 영역(83a)에 저장되어 있다.

전술한 레이저 가공 장치를 이용하여, 실리콘 리저버 기판(10)에 설정된 각 리저버 디바이스(102)에 있어서의 관통 구멍 형성 영역(103; 103a～103j)의 내부에 개질층을 형성하는 레이저 가공의 실시형태에 대해서 설명한다.

실리콘 리저버 기판(10)은, 도 8의 (a)에 나타내는 바와 같이 환형의 프레임(F)에 장착된 폴리올레핀 등의 합성수지 시트로 이루어지는 보호 테이프(T)에 이면(10b)을 점착한다. 따라서, 실리콘 리저버 기판(10)은, 표면(10a)이 상측이 된다. 또한, 실리콘 리저버 기판(10)의 표면(10a)에는, 도 8의 (b)에 나타내는 바와 같이 상기 관통 구멍 형성 영역(103; 103a～103j)과 대응하는 개구부(111)가 형성된 에칭 마스크(110)가 피복되어 있다. 이와 같이 하여 환형의 프레임(F)에 보호 테이프(T)를 개재하여 지지된 실리콘 리저버 기판(10)은, 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치의 척 테이블(36) 상에 보호 테이프(T)측을 배치한다. 그리고, 도시하지 않는 흡인 수단을 작동시킴으로써 실리콘 리저버 기판(10)은, 보호 테이프(T)를 개재하여 척 테이블(36) 상에 흡인 유지된다. 따라서, 실리콘 리저버 기판(10)은, 표면(10a)을 상측으로 하여 유지된다. 또한, 환형의 프레임(F)은, 클램프(362)에 의해 고정된다.

전술한 바와 같이 실리콘 리저버 기판(10)을 흡인 유지한 척 테이블(36)은, 가공 이송 수단(37)을 작동시킴으로써 촬상 수단(7)의 바로 아래에 위치된다. 척 테이블(36)이 촬상 수단(7)의 바로 아래에 위치되면, 척 테이블(36) 상의 실리콘 리저버 기판(10)은, 도 9에 나타내는 좌표 위치에 위치된 상태가 된다. 이 상태로, 척 테이블(36)에 유지된 실리콘 리저버 기판(10)에 형성되어 있는 격자형의 스트리트(101)가 X축 방향과 Y축 방향으로 평행하게 배치되어 있는지의 여부의 얼라이먼트 작업을 실시한다. 즉, 촬상 수단(7)에 의해 척 테이블(36)에 유지된 실리콘 리저버 기판(10)을 촬상하고, 패턴 매칭 등의 화상 처리를 실행하여 얼라이먼트 작업을 행한다.

다음에, 척 테이블(36)을 이동시켜, 실리콘 리저버 기판(10)에 형성된 리저버 디바이스(102)에 있어서의 최상위의 행(E1)의 도 9에 있어서 최좌단의 리저버 디바이스(102)를 촬상 수단(7)의 바로 아래에 위치시킨다. 그리고, 또한 리저버 디바이스(102)에 설정된 복수의 관통 구멍 형성 영역(103; 103a～103j)에 있어서의 도 9에 있어서 좌측 위의 관통 구멍 형성 영역(103a)을 촬상 수단(7)의 바로 아래에 위치시킨다. 이 상태로 촬상 수단(7)이 관통 구멍 형성 영역(103a)을 검출하였다면, 그 좌표값(a1)을 제1 가공 이송 개시 위치 좌표값으로서 제어 수단(8)에 보낸다. 그리고, 제어 수단(8)은, 이 좌표값(a1)을 제1 가공 이송 개시 위치 좌표값으로서 제2 기억 수단(83b)에 저장한다(가공 이송 개시 위치 검출 공정). 이때, 촬상 수단(7)과 레이저 광선 조사 수단(6)의 집광기(64)는 X축 방향으로 정해진 간격을 두고 배치되어 있기 때문에, X 좌표값으로는, 상기 촬상 수단(7)과 집광기(64)의 간격을 더한 값이 저장된다.

이와 같이 하여 도 9에 있어서 최상위의 행(E1)의 최좌단의 리저버 디바이스(102)에 있어서의 제1 가공 이송 개시 위치 좌표값(a1)을 검출하였다면, 척 테이블(36)을 리저버 디바이스(102)의 간격만큼 Y축 방향으로 인덱싱 이송하고 X축 방향으로 이동시켜, 도 9에 있어서 최상위로부터 2번째의 행(E2)에 있어서의 최좌단의 리저버 디바이스(102)를 촬상 수단(7)의 바로 아래에 위치시킨다. 그리고, 더욱 리저버 디바이스(102)에 설정된 관통 구멍 형성 영역(103; 103a～103j)에 있어서의 도 9에 있어서 좌측 위의 관통 구멍 형성 영역(103a)을 촬상 수단(7)의 바로 아래에 위치시킨다. 이 상태로 촬상 수단(7)이 관통 구멍 형성 영역(103a)을 검출하였다면, 그 좌표값(a2)을 제2 가공 이송 개시 위치 좌표값으로서 제어 수단(8)에 보낸다. 그리고, 제어 수단(8)은, 이 좌표값(a2)을 제2 가공 이송 개시 위치 좌표값으로서 제2 기억 수단(83b)에 저장한다. 이때, 촬상 수단(7)과 레이저 광선 조사 수단(6)의 집광기(64)는 전술한 바와 같이 X축 방향으로 정해진 간격을 두고 배치되어 있기 때문에, X 좌표값으로는, 상기 촬상 수단(7)과 집광기(64)의 간격을 더한 값이 저장된다. 이후, 전술한 인덱싱 이송과 가공 이송 개시 위치 검출 공정을 도 7에 있어서 최하위의 행(En)까지 반복 실행하고, 각 행에 형성된 리저버 디바이스(102)의 가공 이송 개시 위치 좌표값(a3～an)을 검출하여, 이것을 상기 제어 수단(8)의 제2 기억 수단(83b)에 저장한다.

다음에, 실리콘 리저버 기판(10)의 각 리저버 디바이스(102)에 설정된 각 관통 구멍 형성 영역(103; 103a～103j)의 내부에 개질층을 형성하는 개질층 형성 공정을 실시한다. 개질층 형성 공정은, 우선 가공 이송 수단(37)을 작동시켜 척 테이블(36)을 이동시켜, 상기 랜덤 액세스 메모리(RAM)(83)의 제2 기억 영역(83b)에 저장되어 있는 제1 가공 이송 개시 위치 좌표값(a1)을 레이저 광선 조사 수단(6)의 집광기(64)의 바로 아래에 위치시킨다. 이와 같이 제1 가공 이송 개시 위치 좌표값(a1)이 집광기(64)의 바로 아래에 위치된 상태가 도 10에 나타내는 상태이다. 도 10에 나타내는 상태에서, 제어 수단(8)은, 집광점 위치 조정 수단(53)을 작동시켜, 집광기(64)로부터 조사되는 펄스 레이저 광선의 집광점(P)이 리저버 디바이스(102)의 하면으로부터 정해진 양만큼 상측의 위치가 되도록 제어한다. 다음에, 제어 수단(8)은, 피에조 모터(65)에 고주파 전류를 인가하여 펄스 레이저 광선 발진 수단(62)을 작동시키며 척 테이블(36)을 도 10에 있어서 화살표 X1로 나타내는 방향으로 정해진 이동 속도로 가공 이송하도록 상기 가공 이송 수단(37)을 제어한다(개질층 형성 공정).

즉, 제어 수단(8)은, 펄스 레이저 광선 발진 수단(62)이 발진하는 펄스 레이저 광선의 반복 주파수에 대하여, 피에조 모터(65)에 인가하는 고주파 전류의 주파수와 전압을 제어하고, 척 테이블(36)을 X1축 방향으로 가공 이송할 때에, 집광기(64)의 집광 렌즈(641)를 X축 방향으로 Δx 이동시키며 Z축 방향으로 Δz 이동시킴으로써, 집광 렌즈(641)에 의해 집광되는 펄스 레이저 광선의 집광점을 척 테이블(36)에 유지된 실리콘 리저버 기판(10)의 정해진 영역의 두께 방향으로 변위시킨다.

전술한 개질층 형성 공정에 있어서는, 펄스 레이저 광선 발진 수단(62)에 의해 발진되는 펄스 레이저 광선의 반복 주파수를 F 헤르츠로 하고, 피에조 모터(65)에 인가하는 고주파 전류의 주파수를 H 헤르츠로 하며, 피에조 모터(65)에 인가하는 전압에 의해 생기는 피에조 모터(65)의 진폭을 J ㎛로 하고, 가공 이송 수단(37)에 의한 척 테이블(36)의 가공 이송 속도를 V ㎛/초로 하며, 펄스 레이저 광선의 1샷으로 형성되는 개질층의 두께를 h ㎛로 한 경우, 다음 조건을 만족하도록 설정된다. 즉, 피에조 모터(65)의 진동의 속도는 (2×J×H)이고, X축 방향의 속도는 (2×J×H)×sinα가 되기 때문에 동일 위치에 펄스 레이저 광선을 조사하기 위해서는 척 테이블(36)의 가공 이송 속도(V)와 일치시킬 필요가 있으며, (2×J×H)×sinα=V의 조건을 만족하며, 펄스 레이저 광선이 조사되고 다음 펄스 레이저 광선이 조사되는 시간 간격은 1/F(초)이기 때문에 Δx와 V/F가 일치하여 Δx=V/F가 된다.

또한, 피에조 모터(65)의 진동의 속도에 있어서의 Z축 방향의 속도는 (2×J×H)×cosα이기 때문에 1/F(초)로 Z축 방향으로 진행되는 거리는 (2×J×H×1/F)×cosα가 되고, 개질층을 동일 X 위치의 상방으로 연속하여 중첩하기 위해서는 개질층의 두께(h) 이하로 할 필요가 있으며, (2×J×H×1/F)×cosα≤h를 만족하고, Δz는 (2×J×H×1/F)×cosα와 일치하여 Δz=(2×J×H×1/F)×cosα가 된다.

그리고, 도 11에 나타내는 바와 같이 피에조 모터(65)의 진동 주기에 있어서의 집광기(64)의 하방 위치로부터 상방 위치로 변위하는 기간(S)에 펄스 레이저 광선(LB)을 복수샷 조사한다. 또한, 이 기간(S)에 2샷 이상의 n샷의 펄스 레이저 광선(LB)을 조사하는 경우, 펄스 레이저 광선의 반복 주파수(F 헤르츠)에 대하여 피에조 모터(65)에 인가하는 고주파 전류의 주파수(H 헤르츠)를 충분히 작게 할 필요가 있어, H≤F/2n으로 설정된다. 또한, 실리콘 리저버 기판(10)의 각 리저버 디바이스(102)에 설정된 각 관통 구멍 형성 영역(103; 103a～103j)의 X 방향의 간격을 전술한 바와 같이 A로 한 경우, 피에조 모터(65)에 인가하는 고주파 전류의 주파수(H 헤르츠)의 동기와 관통 구멍 형성 영역(103)의 이송 주기를 일치시킬 필요가 있어, H=V/A로 설정된다.

이 결과, 도 12에 나타내는 바와 같이 실리콘 리저버 기판(10)의 리저버 디바이스(102)에 설정된 관통 구멍 형성 영역(103)에는, 두께 방향으로 복수의 변질층(120)이 연속하여 중첩되어 형성된다. 또한, 도 12에 있어서는 편의상 간격을 두고 변질층(120)을 나타내고 있다.

개질층 형성 공정에 있어서의 가공 조건은, 예컨대 다음과 같이 설정되어 있다.

레이저 광선의 파장: 1064 ㎚

반복 주파수: 500 ㎑

평균 출력: 0.3 W

펄스 폭: 10 p초

집광 스폿 직경: ψ1 ㎛

가공 이송 속도: 300 ㎜/초

상기 개질층 형성 공정의 초기에 있어서, 개질층 형성 공정 개시 시에는 레이저 광선 조사 수단(6)의 음향 광학 편향 수단(69)에는, 5 V의 전압이 인가되고 있다. 따라서, 펄스 레이저 광선 발진 수단(62)이 발진한 펄스 레이저 광선은 방향 변환 미러(63)에 유도되도록 되어 있다. 따라서, 펄스 레이저 광선은 집광기(64)를 통해 실리콘 리저버 기판(10)에 조사된다. 그리고, 피에조 모터(65)의 진동 주기에 있어서의 집광기(64)의 하방 위치로부터 상방 위치로 변위하는 기간(S)(도 11 참조)이 경과하였다면, 제어 수단(8)은 음향 광학 편향 수단(69)에 0 V를 인가한다. 이 결과, 음향 광학 편향 수단(69)은 펄스 레이저 광선 발진 수단(62)이 발진한 펄스 레이저 광선을 레이저 광선 흡수 수단(68)에 유도한다. 다음에, 피에조 모터(65)의 진동 주기에 있어서의 집광기(64)의 하방 위치에 달하면 음향 광학 편향 수단(69)에 5 V의 전압을 인가하고, 피에조 모터(65)의 진동 주기에 있어서의 집광기(64)의 하방 위치로부터 상방 위치로 변위하는 기간(S) 동안 계속한다. 이와 같이 피에조 모터(65)의 진동 주기에 있어서의 집광기(64)의 하방 위치로부터 상방 위치로 변위하는 기간(S)에 음향 광학 편향 수단(69)에 5 V의 전압을 인가하는 제어와, 그 기간(S) 이외에 음향 광학 편향 수단(69)에 0 V의 전압을 인가하는 제어를 반복 실시하고, 리저버 디바이스(102)에 설정된 관통 구멍 형성 영역(103j)에 대하여 전술한 펄스 레이저 광선의 조사를 실시하였다면, 음향 광학 편향 수단(69)에 0 V의 전압을 인가하여 펄스 레이저 광선 발진 수단(62)이 발진한 펄스 레이저 광선을 레이저 광선 흡수 수단(68)에 유도한다. 그리고, 실리콘 리저버 기판(10)의 각 리저버 디바이스(102)에 설정된 관통 구멍 형성 영역(103; 103a～103j)에 대하여 전술한 바와 같이 기간(S)에 음향 광학 편향 수단(69)에 5 V의 전압을 인가하는 제어와, 그 기간(S) 이외에 음향 광학 편향 수단(69)에 0 V의 전압을 인가하는 제어를 반복 실시한다. 이후, 동일한 제어를 실리콘 리저버 기판(10)에 형성된 도 6에 있어서 최하위의 행(En)의 최우단의 리저버 디바이스(102)에 설정된 관통 구멍 형성 영역(103; 103a～103j)에 대하여 실시한다.

상기 개질층 형성 공정에 있어서는, 펄스 레이저 광선의 반복 주파수에 대하여 피에조 모터(65)에 인가하는 고주파 전류의 주파수와 전압을 제어하고, 척 테이블(36)을 X축 방향으로 가공 이송할 때에, 집광기(64)의 집광 렌즈(641)를 X축 방향으로 Δx 이동시키며 Z축 방향으로 Δz 이동시킴으로써, 집광 렌즈(641)에 의해 집광되는 펄스 레이저 광선의 집광점을 척 테이블(36)에 유지된 실리콘 리저버 기판(10)의 정해진 영역의 두께 방향으로 변위시키기 때문에, 도 12에 나타내는 바와 같이 실리콘 리저버 기판(10)의 리저버 디바이스(102)에 설정된 관통 구멍 형성 영역(103)에 두께 방향으로 복수의 변질층(120)을 형성할 수 있다. 따라서, 실리콘 리저버 기판(10)의 리저버 디바이스(102)에 설정된 관통 구멍 형성 영역(103)에 효율적으로 복수의 개질층을 적층할 수 있어, 생산성이 향상된다.

다음에, 전술한 개질층 형성 공정에 있어서, 펄스 레이저 광선 발진 수단(62)에 의해 발진되는 펄스 레이저 광선의 반복 주파수를 F 헤르츠로 하고, 피에조 모터(65)에 인가하는 고주파 전류의 주파수를 H 헤르츠로 하며, 피에조 모터(65)에 인가하는 전압에 의해 생기는 피에조 모터(65)의 진폭을 J ㎛로 하고, 가공 이송 수단(37)에 의한 척 테이블(36)의 이동 속도를 V ㎛/초로 하며, 레이저 광선의 1샷으로 형성되는 개질층의 두께를 h ㎛로 한 경우의 조건의 다른 실시형태에 대해서 설명한다.

이 실시형태에 있어서는, 도 13의 (a) 및 (b)에 나타내는 바와 같이 피에조 모터(65)의 진동 주기에 있어서의 집광기(64)의 하방 위치로부터 상방 위치로 변위하는 기간(S)에 위상을 약간 옮겨 펄스 레이저 광선(LB)을 1샷 조사하도록 제어한다. 이와 같이 제어하기 위해서는, 이 기간(S)에 2샷 이상의 n샷의 펄스 레이저 광선을 조사하는 경우, 다음 조건을 만족하도록 설정된다.

즉, F와 H는 (360도/2n)을 넘지 않는 범위에서 위상이 어긋나 있어, 피에조 모터(65)가 배치되어 있는 측으로부터 실리콘 리저버 기판(10)을 유지한 척 테이블(36)을 이동시킬 때, 즉 X1로 나타내는 방향으로 척 테이블(36)을 이동시킬 때[도 13의 (a)의 상태]에는, F=H를 제외하고 F/(1+1/2n)≤H를 만족하며, 피에조 모터(65)가 배치되어 있는 반대측으로부터 실리콘 리저버 기판(10)을 유지한 척 테이블(36)을 이동시킬 때, 즉 X2로 나타내는 방향으로 척 테이블를 이동시킬 때[도 13의 (b)의 상태]에는, H≤F/(1-1/2n)을 만족하도록 제어한다.

이상과 같이 하여, 리저버 디바이스(102)에 설정된 관통 구멍 형성 영역(103)의 내부에 복수의 개질층이 두께 방향으로 형성된 실리콘 리저버 기판(10)은, 관통 구멍 형성 영역(103)을 에칭하여 관통 구멍을 형성하는 에칭 공정으로 반송된다.

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
53: 집광점 위치 조정 수단
6: 레이저 광선 조사 수단
62: 펄스 레이저 광선 발진 수단
64: 집광기
65: 피에조 모터
68: 레이저 광선 흡수 수단
69: 음향 광학 편향 수단
7: 촬상 수단
8: 제어 수단
10: 실리콘 리저버 기판
F: 환형의 프레임
T: 보호 테이프

Claims

피가공물을 유지하는 척 테이블과, 상기 척 테이블에 유지된 피가공물에 대하여 투과성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단과, 상기 척 테이블과 상기 레이저 광선 조사 수단을 상대적으로 가공 이송 방향(X축 방향)으로 가공 이송하는 가공 이송 수단과, 상기 가공 이송 수단에 의한 상기 척 테이블의 X 위치를 검출하는 X축 방향 위치 검출 수단과, 상기 X축 방향 위치 검출 수단으로부터의 검출 신호에 기초하여 상기 레이저 광선 조사 수단을 제어하는 제어 수단을 구비하는 레이저 가공 장치로서,
상기 레이저 광선 조사 수단은, 펄스 레이저 광선 발진 수단과, 상기 펄스 레이저 광선 발진 수단이 발진하는 펄스 레이저 광선을 집광하여 상기 척 테이블에 유지된 피가공물에 조사하는 집광 렌즈를 구비한 집광기와, 상기 집광기를 집광 렌즈의 광축(Z축 방향)과 정해진 각도(α)를 두고 변위시키는 피에조 모터를 구비하며,
상기 제어 수단은, 펄스 레이저 광선의 반복 주파수에 대하여 상기 피에조 모터에 인가하는 고주파 전류의 주파수와 전압을 제어하고, 척 테이블을 X축 방향으로 가공 이송할 때에, 상기 집광기를 X축 방향으로 Δx 이동시키며 Z축 방향으로 Δz 이동시킴으로써, 상기 집광 렌즈에 의해 집광되는 펄스 레이저 광선의 집광점을 상기 척 테이블에 유지된 피가공물의 정해진 영역의 두께 방향으로 변위시키는 것인 레이저 가공 장치.
제1항에 있어서, 상기 펄스 레이저 광선 발진 수단에 의해 발진되는 펄스 레이저 광선의 반복 주파수를 F 헤르츠로 하고, 상기 피에조 모터에 인가하는 고주파 전류의 주파수를 H 헤르츠로 하며, 상기 피에조 모터에 인가하는 전압에 의해 생기는 상기 피에조 모터의 진폭을 J ㎛로 하고, 상기 가공 이송 수단에 의한 척 테이블의 이동 속도를 V ㎛/초로 하며, 펄스 레이저 광선의 1샷으로 형성되는 개질층의 두께를 h ㎛로 한 경우,
(2×J×H)×sinα=V를 만족하고, Δx는 V/F가 되며,
(2×J×H×1/F)×cosα≤h를 만족하고, Δz는 (2×J×H×1/F)×cosα가 되는 것인 레이저 가공 장치.
제2항에 있어서, 상기 피에조 모터의 진동 주기에 있어서의 상기 집광기의 하방 위치로부터 상방 위치로 변위하는 기간에 2샷 이상의 n샷의 펄스 레이저 광선을 조사하는 경우, H≤F/2n으로 설정되는 것인 레이저 가공 장치.
제3항에 있어서, 상기 피가공물에 있어서의 가공하여야 할 영역의 간격을 A로 한 경우, H=V/A로 설정되는 것인 레이저 가공 장치.