KR20130111990A - 레이저 가공 방법 및 레이저 가공 장치 - Google Patents

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Abstract

제1 재료에 의해 형성된 제1 부재와 제2 재료에 의해 형성된 제2 부재가 접속된 피가공물에 제1 부재로부터 제2 부재에 도달하는 레이저 가공 구멍을 형성할 때, 펄스 레이저 광선이 제2 부재에 근접하더라도 크랙을 발생시키지 않고 제2 부재에 도달하는 레이저 가공 구멍을 형성할 수 있는 레이저 가공 방법을 제공한다.
제1 재료에 의해 형성된 제1 부재와 제2 재료에 의해 형성된 제2 부재가 접속된 피가공물에 제1 부재로부터 제2 부재에 도달하는 레이저 가공 구멍을 형성하는 레이저 가공 방법으로서, 제1 부재 및 제2 부재에 레이저 광선이 조사됨으로써 발생하는 플라즈마광의 파장을 검출하고, 제1 부재의 파장을 갖는 플라즈마광만이 검출되고 상기 플라즈마광의 광강도가 저하하여 정해진 값에 도달할 때까지는 제1 출력을 갖는 펄스 레이저 광선의 조사를 계속하고, 상기 플라즈마광의 광강도가 정해진 값에 도달하면 상기 제1 출력보다 낮고 제1 부재에 크랙을 발생시키지 않는 제2 출력을 갖는 펄스 레이저 광선을 조사하며, 제2 부재의 파장을 갖는 플라즈마광이 검출된 경우에는 펄스 레이저 광선의 조사를 정지시킨다.

Description

레이저 가공 방법 및 레이저 가공 장치{LASER MACHINING METHOD AND LASER MACHINING APPARATUS}
본 발명은 제1 재료에 의해 형성된 제1 부재와 제2 재료에 의해 형성된 제2 부재가 접속된 피가공물에 제1 부재로부터 제2 부재에 도달하는 레이저 가공 구멍을 형성하는 레이저 가공 방법 및 레이저 가공 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스 제조 공정에서는, 대략 원판 형상인 반도체 웨이퍼의 표면에 격자형으로 배열된 스트리트라고 불리는 분할 예정 라인에 의해 복수의 영역이 구획되고, 이 구획된 영역에 IC, LSI 등의 디바이스를 형성한다. 그리고, 반도체 웨이퍼를 스트리트를 따라서 절단함으로써 디바이스가 형성된 영역을 분할하여 개개의 반도체 칩을 제조하고 있다.
장치의 소형화, 고기능화를 도모하기 위해, 복수의 디바이스를 적층하고, 적층된 디바이스에 형성된 본딩 패드를 접속하는 모듈 구조가 실용화되어 있다. 이 모듈 구조는, 반도체 웨이퍼에서의 본딩 패드가 형성된 개소에 관통 구멍(비아홀)을 형성하고, 이 관통 구멍(비아홀)에 본딩 패드와 접속하는 알루미늄 등의 도전성 재료를 매립하는 구성이다(예컨대, 특허문헌 1 참조).
전술한 반도체 웨이퍼에 형성되는 관통 구멍(비아홀)은 드릴에 의해 형성된다. 그런데, 반도체 웨이퍼에 형성되는 관통 구멍(비아홀)은 직경이 90 ~ 300 ㎛으로 작아, 드릴에 의한 천공으로는 생산성이 나쁘다고 하는 문제가 있다.
상기 문제를 해소하기 위해, 기판의 표면에 복수의 디바이스가 형성되어 있고 이 디바이스에 본딩 패드가 형성되어 있는 웨이퍼에, 기판의 이면측으로부터 펄스 레이저 광선을 조사하여 본딩 패드에 도달하는 비아홀을 효율적으로 형성하는 웨이퍼의 천공 방법이 제안되어 있다(예컨대, 특허문헌 2 참조).
또, 기판의 이면측으로부터 펄스 레이저 광선을 조사하여 본딩 패드에 도달하는 비아홀을 형성할 때, 레이저 광선의 조사에 의해 물질이 플라즈마화되고, 그 플라즈마가 생성하는 물질 고유의 스펙트럼을 검출함으로써 레이저 광선이 금속으로 이루어진 본딩 패드에 도달했다고 판정하는 레이저 가공 장치가 제안되어 있다(예컨대, 특허문헌 3 참조).
일본 특허 공개 제2003-163323호 공보 일본 특허 공개 제2007-67082호 공보 일본 특허 공개 제2009-125756호 공보
이렇게 하여, 실리콘이나 리튬탄탈레이트 등의 기판에 이면측으로부터 펄스 레이저 광선을 조사하여 금속으로 이루어진 본딩 패드에 도달하는 비아홀을 형성할 때, 펄스 레이저 광선이 기판에서의 본딩 패드가 형성된 표면에 근접하면 기판의 표면 부근에 비아홀로부터 방사형으로 크랙이 발생하여, 디바이스의 품질을 저하시킨다고 하는 문제가 있다.
본 발명은 상기 사실을 감안하여 이루어진 것으로, 그 주요 기술적 과제는, 제1 재료에 의해 형성된 제1 부재와 제2 재료에 의해 형성된 제2 부재가 접속된 피가공물에 제1 부재로부터 제2 부재에 도달하는 레이저 가공 구멍을 형성할 때, 펄스 레이저 광선이 제1 부재에서의 제2 부재가 접속된 면에 근접하더라도 크랙을 발생시키지 않고 제1 부재에 제2 부재에 도달하는 레이저 가공 구멍을 형성할 수 있는 레이저 가공 방법 및 레이저 가공 장치를 제공하는 것이다.
상기 주요 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 의하면, 제1 재료에 의해 형성된 제1 부재와 제2 재료에 의해 형성된 제2 부재가 접속된 피가공물에 제1 부재로부터 제2 부재에 도달하는 레이저 가공 구멍을 형성하는 레이저 가공 방법으로서, 제1 부재 및 제2 부재에 레이저 광선이 조사됨으로써 발생하는 플라즈마광의 파장을 각각 검출하는 단계와, 제1 부재의 파장을 갖는 플라즈마광만이 검출되고 상기 플라즈마광의 광강도가 저하하여 정해진 값에 도달할 때까지는 제1 출력을 갖는 펄스 레이저 광선의 조사를 계속하는 단계와, 상기 플라즈마광의 광강도가 상기 정해진 값에 도달하면 상기 제1 출력보다 낮고 제1 부재에 크랙을 발생시키지 않는 제2 출력을 갖는 펄스 레이저 광선을 조사하는 단계와, 제2 부재의 파장을 갖는 플라즈마광이 검출되었을 때에는 펄스 레이저 광선의 조사를 정지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법이 제공된다.
상기 제1 부재를 형성하는 제1 재료는 리튬탄탈레이트로 이루어지며, 상기 펄스 레이저 광선의 제1 출력은 반복 주파수가 60 ~ 100 ㎑이고 1 펄스당 에너지가 40 μJ로 설정되며, 제2 출력은 반복 주파수가 10 ~ 50 ㎑이고 1 펄스당 에너지가 40 μJ로 설정된다.
또, 본 발명에 의하면, 제1 재료에 의해 형성된 제1 부재와 제2 재료에 의해 형성된 제2 부재가 접속된 피가공물에 제1 부재로부터 제2 부재에 도달하는 레이저 가공 구멍을 형성하는 레이저 가공 장치로서, 피가공물을 유지하는 피가공물 유지 수단과, 상기 피가공물 유지 수단에 유지된 피가공물에 펄스 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단으로서, 펄스 레이저 광선을 발진시키는 펄스 레이저 광선 발진 수단과, 상기 펄스 레이저 광선 발진 수단에 의해 발진된 펄스 레이저 광선의 출력을 조정하는 출력 조정 수단과, 상기 출력 조정 수단에 의해 출력이 조정된 펄스 레이저 광선을 집광하여 상기 피가공물 유지 수단에 유지된 피가공물에 조사하는 집광기를 포함하는 상기 레이저 광선 조사 수단과, 상기 레이저 광선 조사 수단으로부터 피가공물에 펄스 레이저 광선이 조사됨으로써 발생하는 플라즈마광의 파장을 검출하는 플라즈마광 검출 수단과, 상기 플라즈마광 검출 수단으로부터의 검출 신호에 기초하여 상기 레이저 광선 조사 수단을 제어하는 제어 수단을 구비하고, 상기 플라즈마광 검출 수단은, 플라즈마광을 제1 경로와 제2 경로로 분기하는 빔 스플리터와, 상기 제1 경로에 배치되며 제1 재료가 생성하는 플라즈마광의 파장만을 통과시키는 제1 밴드 패스 필터와, 상기 제1 밴드 패스 필터를 통과한 광을 수광하여 광강도 신호를 상기 제어 수단에 출력하는 제1 포토 디텍터와, 상기 제2 경로에 배치되며 제2 재료가 생성하는 플라즈마광의 파장만을 통과시키는 제2 밴드 패스 필터와, 상기 제2 밴드 패스 필터를 통과한 광을 수광하여 광강도 신호를 상기 제어 수단에 출력하는 제2 포토 디텍터를 포함하고, 상기 제어 수단은, 상기 레이저 광선 조사 수단을 작동해서 피가공물에 펄스 레이저 광선을 조사하여 피가공물의 제1 부재로부터 제2 부재에 도달하는 레이저 가공 구멍을 형성할 때, 상기 제1 포토 디텍터 및 상기 제2 포토 디텍터로부터 출력되는 광강도 신호에 기초하여, 상기 제1 포토 디텍터로부터만 광강도 신호가 출력되고 광강도가 저하하여 정해진 값에 도달할 때까지는 제1 출력이 되도록 상기 출력 조정 수단을 제어하여 펄스 레이저 광선의 조사를 계속하고, 상기 제1 포토 디텍터로부터의 광강도 신호가 상기 정해진 값에 도달하면 상기 제1 출력보다 낮고 제1 부재에 크랙을 발생시키지 않는 제2 출력이 되도록 상기 출력 조정 수단을 제어하여 펄스 레이저 광선을 조사하며, 상기 제2 포토 디텍터로부터 광강도 신호가 출력되었을 때에는 펄스 레이저 광선의 조사를 정지시키도록 상기 레이저 광선 조사 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치가 제공된다.
본 발명에 의한 제1 재료에 의해 형성된 제1 부재와 제2 재료에 의해 형성된 제2 부재가 접속된 피가공물에 제1 부재로부터 제2 부재에 도달하는 레이저 가공 구멍을 형성하는 레이저 가공 방법에 있어서는, 제1 부재 및 제2 부재에 레이저 광선이 조사됨으로써 발생하는 플라즈마광의 파장을 검출하고, 제1 부재의 파장을 갖는 플라즈마광만이 검출되고 플라즈마광의 광강도가 저하하여 정해진 값에 도달할 때까지는 제1 출력을 갖는 펄스 레이저 광선의 조사를 계속하고, 플라즈마광의 광강도가 정해진 값에 도달하면 제1 출력보다 낮고 제1 부재에 크랙을 발생시키지 않는 제2 출력을 갖는 펄스 레이저 광선을 조사하며, 제2 부재의 파장을 갖는 플라즈마광이 검출된 경우에는 펄스 레이저 광선의 조사를 정지시키기 때문에, 펄스 레이저 광선이 제1 부재에서의 제2 부재가 접속된 면에 근접하더라도 제1 부재에서의 제2 부재가 접속된 면 부근에 크랙을 발생시키지 않고 제2 부재에 도달하는 레이저 가공 구멍을 형성할 수 있다.
또, 본 발명에 의한 레이저 가공 장치에 있어서는, 레이저 광선 조사 수단으로부터 피가공물에 펄스 레이저 광선이 조사됨으로써 발생하는 플라즈마광의 파장을 검출하는 플라즈마광 검출 수단과, 플라즈마광 검출 수단으로부터의 검출 신호에 기초하여 상기 레이저 광선 조사 수단을 제어하는 제어 수단을 구비하고, 플라즈마광 검출 수단은, 플라즈마광을 제1 경로와 제2 경로로 분기하는 빔 스플리터와, 제1 경로에 배치되며 제1 재료가 생성하는 플라즈마광의 파장만을 통과시키는 제1 밴드 패스 필터와, 제1 밴드 패스 필터를 통과한 광을 수광하여 광강도 신호를 제어 수단에 출력하는 제1 포토 디텍터와, 제2 경로에 배치되며 제2 재료가 생성하는 플라즈마광의 파장만을 통과시키는 제2 밴드 패스 필터와, 제2 밴드 패스 필터를 통과한 광을 수광하여 광강도 신호를 상기 제어 수단에 출력하는 제2 포토 디텍터를 구비하고, 제어 수단은, 레이저 광선 조사 수단을 작동해서 피가공물에 펄스 레이저 광선을 조사하여 피가공물의 제1 부재로부터 제2 부재에 도달하는 레이저 가공 구멍을 형성할 때, 제1 포토 디텍터 및 제2 포토 디텍터로부터 출력되는 광강도 신호에 기초하여, 제1 포토 디텍터로부터만 광강도 신호가 출력되고 광강도가 저하하여 정해진 값에 도달할 때까지는 제1 출력이 되도록 출력 조정 수단을 제어하여 펄스 레이저 광선의 조사를 계속하고, 제1 포토 디텍터로부터의 광강도 신호가 정해진 값에 도달하면 제1 출력보다 낮고 제1 부재에 크랙을 발생시키지 않는 제2 출력이 되도록 출력 조정 수단을 제어하여 펄스 레이저 광선을 조사하며, 제2 포토 디텍터로부터 광강도 신호가 출력된 경우에는 펄스 레이저 광선의 조사를 정지시키도록 레이저 광선 조사 수단을 제어하기 때문에, 펄스 레이저 광선이 제1 부재에서의 제2 부재가 접속된 면에 근접하더라도 제1 부재에서의 제2 부재가 접속된 면 부근에 크랙을 발생시키지 않고 제2 부재에 도달하는 레이저 가공 구멍을 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따라서 구성된 레이저 가공 장치의 사시도.
도 2는 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치에 장비되는 레이저 광선 조사 수단의 구성 블록도.
도 3은 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치에 장비되는 플라즈마 검출 수단의 구성 블록도.
도 4는 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치에 장비되는 제어 수단의 구성 블록도.
도 5는 피가공물로서의 반도체 웨이퍼의 평면도.
도 6은 도 5에 나타내는 반도체 웨이퍼의 일부를 확대하여 나타내는 평면도.
도 7은 도 5에 나타내는 반도체 웨이퍼를 환형의 프레임에 장착된 보호 테이프의 표면에 접착한 상태를 나타내는 사시도.
도 8은 도 5에 나타내는 반도체 웨이퍼가 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치의 척 테이블의 정해진 위치에 유지된 상태에서의 좌표와의 관계를 나타내는 설명도.
도 9는 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치로써 실시하는 천공 공정의 설명도.
도 10은 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치로써 실시하는 천공 공정의 설명도.
도 11은 리튬탄탈레이트 기판에 펄스 레이저 광선을 조사했을 때 발생하는 플라즈마의 광강도를 검출하는 제1 포토 디텍터의 출력 전압 및 구리로 이루어진 본딩 패드에 펄스 레이저 광선을 조사했을 때 발생하는 플라즈마의 광강도를 검출하는 제2 포토 디텍터의 출력 전압을 나타내는 도면.
이하, 본 발명에 의한 레이저 가공 방법 및 레이저 가공 장치의 바람직한 실시형태에 관해, 첨부 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.
도 1에는, 본 발명에 따라서 구성된 레이저 가공 장치(1)의 사시도를 도시한다. 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치(1)는 정지 베이스(2)와, 상기 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 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 구비한다.
상기 척 테이블 기구(3)는, 정지 베이스(2) 상에 X축 방향을 따라서 평행하게 배치된 한 쌍의 안내 레일(31, 31)과, 상기 안내 레일(31, 31) 상에 X축 방향으로 이동 가능하게 배치된 제1 슬라이드 블록(32)과, 상기 제1 슬라이드 블록(32) 상에 Y축 방향으로 이동 가능하게 배치된 제2 슬라이드 블록(33)과, 상기 제2 슬라이드 블록(33) 상에 원통 부재(34)에 의해 지지된 커버 테이블(35)과, 피가공물 유지 수단으로서의 척 테이블(36)을 구비한다. 이 척 테이블(36)은 다공성 재료로 형성된 흡착 척(361)을 구비하고, 흡착 척(361) 상에 피가공물인 예컨대 원반형의 반도체 웨이퍼를 도시하지 않은 흡인 수단에 의해 유지하도록 되어 있다. 이와 같이 구성된 척 테이블(36)은 원통 부재(34) 내에 배치된 도시하지 않은 펄스 모터에 의해 회전된다. 또한, 척 테이블(36)에는, 후술하는 환형의 프레임을 고정하기 위한 클램프(362)가 배치되어 있다.
상기 제1 슬라이드 블록(32)은 그 하면에 상기 한 쌍의 안내 레일(31, 31)과 감합되는 한 쌍의 피안내홈(321, 321)이 형성되어 있고, 그 상면에 Y축 방향을 따라서 평행하게 형성된 한 쌍의 안내 레일(322, 322)이 설치되어 있다. 이와 같이 구성된 제1 슬라이드 블록(32)은 피안내홈(321, 321)이 한 쌍의 안내 레일(31, 31)에 감합함으로써, 한 쌍의 안내 레일(31, 31)을 따라서 X축 방향으로 이동 가능하게 구성된다. 도시한 실시형태에서의 척 테이블 기구(3)는 제1 슬라이드 블록(32)을 한 쌍의 안내 레일(31, 31)을 따라서 X축 방향으로 이동시키기 위한 X축 방향 이동 수단[가공 이송 수단(37)]을 구비한다. 이 가공 이송 수단(37)은 상기 한 쌍의 안내 레일(31과 31)의 사이에 평행하게 배치된 수나사 로드(371)와, 상기 수나사 로드(371)를 회전 구동하기 위한 펄스 모터(372) 등의 구동원을 포함한다. 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 슬라이드 블록(32)의 중앙부 하면에 돌출되어 설치된 도시하지 않은 암나사 블록에 형성된 관통 암나사 구멍에 나사 결합되어 있다. 따라서, 펄스 모터(372)에 의해 수나사 로드(371)를 정회전 및 역회전 구동함으로써, 제1 슬라이드 블록(32)은 안내 레일(31, 31)을 따라서 X축 방향으로 이동한다.
레이저 가공 장치(1)는 상기 척 테이블(36)의 가공 이송량, 즉 X축 방향 위치를 검출하기 위한 X축 방향 위치 검출 수단(374)을 구비한다. X축 방향 위치 검출 수단(374)은, 안내 레일(31)을 따라서 배치된 리니어 스케일(374a)과, 제1 슬라이드 블록(32)에 배치되며 제1 슬라이드 블록(32)과 함께 리니어 스케일(374a)을 따라서 이동하는 판독 헤드(374b)를 포함한다. 이 X축 방향 위치 검출 수단(374)의 판독 헤드(374b)는, 도시한 실시형태에서는 1 ㎛마다 1 펄스의 펄스 신호를 후술하는 제어 수단에 보낸다. 그리고 후술하는 제어 수단은 입력된 펄스 신호를 카운트함으로써, 척 테이블(36)의 가공 이송량, 즉 X축 방향의 위치를 검출한다. 또한, 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 이송량, 즉 X축 방향의 위치를 검출할 수도 있다. 또, 상기 가공 이송 수단(37)의 구동원으로서 서보 모터를 이용한 경우에는, 서보 모터의 회전수를 검출하는 로터리 인코더가 출력하는 펄스 신호를 제어 수단에 보내고, 제어 수단이 그 입력된 펄스 신호를 카운트함으로써, 척 테이블(36)의 가공 이송량, 즉 X축 방향의 위치를 검출할 수도 있다.
상기 제2 슬라이드 블록(33)은 그 하면에 상기 제1 슬라이드 블록(32)의 상면에 설치된 한 쌍의 안내 레일(322, 322)과 감합되는 한 쌍의 피안내홈(331, 331)이 형성되어 있고, 이 피안내홈(331, 331)을 한 쌍의 안내 레일(322, 322)에 감합함으로써, Y축 방향으로 이동 가능하게 구성된다. 도시한 실시형태에서의 척 테이블 기구(3)는 제2 슬라이드 블록(33)을 제1 슬라이드 블록(32)에 설치된 한 쌍의 안내 레일(322, 322)을 따라서 Y축 방향으로 이동시키기 위한 제1 Y축 방향 이동 수단[제1 인덱싱 이송 수단(38)]을 구비한다. 이 제1 인덱싱 이송 수단(38)은, 상기 한 쌍의 안내 레일(322과 322)의 사이에 평행하게 배치된 수나사 로드(381)와, 상기 수나사 로드(381)를 회전 구동하기 위한 펄스 모터(382) 등의 구동원을 포함한다. 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. 또한, 수나사 로드(381)는 제2 슬라이드 블록(33)의 중앙부 하면에 돌출되어 설치된 도시하지 않은 암나사 블록에 형성된 관통 암나사 구멍에 나사 결합되어 있다. 따라서, 펄스 모터(382)에 의해 수나사 로드(381)를 정회전 및 역회전 구동함으로써, 제2 슬라이드 블록(33)은 안내 레일(322, 322)을 따라서 Y축 방향으로 이동한다.
레이저 가공 장치(1)는, 상기 척 테이블(36)의 인덱싱 이송량, 즉 Y축 방향 위치를 검출하기 위한 Y축 방향 위치 검출 수단(384)을 구비한다. 이 Y축 방향 위치 검출 수단(384)은, 안내 레일(322)을 따라서 배치된 리니어 스케일(384a)과, 제2 슬라이드 블록(33)에 배치되며 제2 슬라이드 블록(33)과 함께 리니어 스케일(384a)을 따라서 이동하는 판독 헤드(384b)를 포함한다. 이 Y축 방향 위치 검출 수단(384)의 판독 헤드(384b)는 도시한 실시형태에서는 1 ㎛마다 1 펄스의 펄스 신호를 제어 수단에 보낸다. 그리고 제어 수단은 판독 헤드(384b)로부터 입력된 펄스 신호를 카운트함으로써, 척 테이블(36)의 인덱싱 이송량, 즉 Y축 방향의 위치를 검출한다. 또한, 상기 제1 인덱싱 이송 수단(38)의 구동원으로서 펄스 모터(382)를 이용한 경우에는, 펄스 모터(382)에 구동 신호를 출력하는 제어 수단의 구동 펄스를 카운트함으로써, 척 테이블(36)의 인덱싱 이송량, 즉 Y축 방향의 위치를 검출할 수도 있다. 또, 상기 제1 인덱싱 이송 수단(38)의 구동원으로서 서보 모터를 이용한 경우에는, 서보 모터의 회전수를 검출하는 로터리 인코더가 출력하는 펄스 신호를 제어 수단에 보내고, 제어 수단이 그 입력된 펄스 신호를 카운트함으로써, 척 테이블(36)의 인덱싱 이송량, 즉 Y축 방향의 위치를 검출할 수도 있다.
상기 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)는 정지 베이스(2) 상에 Y축 방향을 따라서 평행하게 배치된 한 쌍의 안내 레일(41, 41)과, 상기 안내 레일(41, 41) 상에 화살표 Y로 나타내는 방향으로 이동 가능하게 배치된 가동 지지 베이스(42)를 구비한다. 이 가동 지지 베이스(42)는 안내 레일(41, 41) 상에 이동 가능하게 배치된 이동 지지부(421)와, 상기 이동 지지부(421)에 부착된 장착부(422)를 포함한다. 장착부(422)는 일측면에 Z축 방향으로 연장되는 한 쌍의 안내 레일(423, 423)이 평행하게 설치되어 있다. 도시한 실시형태에서의 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)는 가동 지지 베이스(42)를 한 쌍의 안내 레일(41, 41)을 따라서 Y축 방향으로 이동시키기 위한 제2 Y축 방향 이동 수단[제2 인덱싱 이송 수단(43)]을 구비한다. 이 제2 인덱싱 이송 수단(43)은 상기 한 쌍의 안내 레일(41, 41)의 사이에 평행하게 배치된 수나사 로드(431)와, 상기 수나사 로드(431)를 회전 구동하기 위한 펄스 모터(432) 등의 구동원을 포함한다. 수나사 로드(431)는 그 일단이 상기 정지 베이스(2)에 고정된 도시하지 않은 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 돌출되어 설치된 도시하지 않은 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 따라서 Y축 방향으로 이동한다.
레이저 광선 조사 유닛(5)은 유닛 홀더(51)와, 상기 유닛 홀더(51)에 부착된 레이저 광선 조사 수단(52)을 구비한다. 유닛 홀더(51)는 상기 장착부(422)에 설치된 한 쌍의 안내 레일(423, 423)에 슬라이딩 가능하게 감합되는 한 쌍의 피안내홈(511, 511)이 형성되어 있고, 이 피안내홈(511, 511)을 상기 안내 레일(423, 423)에 감합함으로써, 가동 지지 베이스(42)에 Z축 방향으로 이동 가능하게 지지된다.
레이저 광선 조사 유닛(5)은 유닛 홀더(51)를 한 쌍의 안내 레일(423, 423)을 따라서 Z축 방향으로 이동시키기 위한 Z축 방향 이동 수단[집광점 위치 조정 수단(53)]을 구비한다. 집광점 위치 조정 수단(53)은, 한 쌍의 안내 레일(423, 423)의 사이에 배치된 수나사 로드(도시하지 않음)와, 상기 수나사 로드를 회전 구동하기 위한 펄스 모터(532) 등의 구동원을 포함하고, 펄스 모터(532)에 의해 수나사 로드를 정회전 및 역회전 구동함으로써, 유닛 홀더(51) 및 레이저 광선 조사 수단(52)을 안내 레일(423, 423)을 따라서 Z축 방향으로 이동시킨다. 또한, 도시한 실시형태에서는 펄스 모터(532)를 정회전 구동함으로써 레이저 광선 조사 수단(52)을 상측으로 이동시키고, 펄스 모터(532)를 역회전 구동함으로써 레이저 광선 조사 수단(52)을 하측으로 이동시키도록 되어 있다.
상기 레이저 광선 조사 수단(52)은, 실질적으로 수평으로 배치된 원통 형상의 케이싱(521)과, 도 2에 나타낸 바와 같이 케이싱(521) 내에 배치된 펄스 레이저 광선 발진 수단(6)과, 펄스 레이저 광선 발진 수단(6)이 발진시킨 레이저 광선의 광축을 가공 이송 방향(X축 방향)으로 편향시키는 광편향 수단으로서의 음향 광학 편향 수단(7)과, 상기 음향 광학 편향 수단(7)을 통과한 펄스 레이저 광선을 상기 척 테이블(36)에 유지된 피가공물(W)에 조사하는 집광기(8)를 구비한다.
상기 펄스 레이저 광선 발진 수단(6)은 YAG 레이저 발진기 혹은 YVO4 레이저 발진기로 이루어진 펄스 레이저 광선 발진기(61)와, 여기에 부설된 반복 주파수 설정 수단(62)으로 구성되어 있다. 펄스 레이저 광선 발진기(61)는 반복 주파수 설정 수단(62)에 의해 설정된 정해진 주파수의 펄스 레이저 광선(LB)을 발진시킨다. 반복 주파수 설정 수단(62)은 펄스 레이저 광선 발진기(61)가 발진시키는 펄스 레이저 광선의 반복 주파수를 설정한다. 이들 펄스 레이저 광선 발진 수단(6)의 펄스 레이저 광선 발진기(61) 및 반복 주파수 설정 수단(62)은 후술하는 제어 수단에 의해 제어된다.
상기 음향 광학 편향 수단(7)은 펄스 레이저 광선 발진 수단(6)이 발진시킨 펄스 레이저 광선(LB)의 광축을 가공 이송 방향(X축 방향)으로 편향시키는 음향 광학 소자(71)와, 상기 음향 광학 소자(71)에 인가하는 RF(Radio Frequency)를 생성하는 RF 발진기(72)와, 상기 RF 발진기(72)에 의해 생성된 RF의 파워를 증폭시켜 음향 광학 소자(71)에 인가하는 RF 앰프(73)와, RF 발진기(72)에 의해 생성되는 RF의 주파수를 조정하는 편향 각도 조정 수단(74)과, RF 발진기(72)에 의해 생성되는 RF의 진폭을 조정하는 출력 조정 수단(75)을 구비한다. 상기 음향 광학 소자(71)는 인가되는 RF의 주파수에 대응하여 펄스 레이저 광선의 광로를 편향시키는 각도를 조정할 수 있고, 인가되는 RF의 진폭에 대응하여 펄스 레이저 광선의 출력을 조정할 수 있다. 또한, 광편향 수단으로는 상기 음향 광학 편향 수단(7) 대신에 전자 광학 소자를 이용한 전자 광학 편향 수단을 사용해도 좋다. 전술한 편향 각도 조정 수단(74) 및 출력 조정 수단(75)은 후술하는 제어 수단에 의해 제어된다.
레이저 광선 조사 수단(52)은 상기 음향 광학 소자(71)에 정해진 주파수의 RF가 인가된 경우에, 도 2에서 파선으로 표시하는 바와 같이 음향 광학 소자(71)에 의해 편향된 펄스 레이저 광선을 흡수하기 위한 레이저 광선 흡수 수단(76)을 구비한다.
상기 집광기(8)는 케이싱(521)의 선단에 장착되어 있고, 상기 음향 광학 편향 수단(7)에 의해 편향된 펄스 레이저 광선을 하측을 향해서 방향 변환하는 방향 변환 미러(81)와, 상기 방향 변환 미러(81)에 의해 방향 변환된 펄스 레이저 광선을 집광하는 텔리센트릭 렌즈로 이루어진 집광 렌즈(82)를 구비한다.
레이저 광선 조사 수단(52)은 이상과 같이 구성되어 있고, 이하 그 작용에 관해 도 2를 참조하여 설명한다. 음향 광학 편향 수단(7)의 편향 각도 조정 수단(74)에 제어 수단으로부터 예컨대 5 V의 전압이 인가되고, 음향 광학 소자(71)에 5 V에 대응하는 주파수의 RF가 인가된 경우에는, 펄스 레이저 광선 발진 수단(6)으로부터 발진된 펄스 레이저 광선은 그 광로가 도 2에서 일점쇄선으로 표시하는 바와 같이 편향되어 집광점(Pa)에 집광된다. 또, 편향 각도 조정 수단(74)에 제어 수단으로부터 예컨대 10 V의 전압이 인가되고, 음향 광학 소자(71)에 10 V에 대응하는 주파수의 RF가 인가된 경우에는, 펄스 레이저 광선 발진 수단(6)으로부터 발진된 펄스 레이저 광선은 그 광로가 도 2에서 실선으로 표시하는 바와 같이 편향되어, 상기 집광점(Pa)으로부터 X축 방향으로 도 2에서 좌측에 정해진 양만큼 변위한 집광점(Pb)에 집광된다. 한편, 편향 각도 조정 수단(74)에 제어 수단으로부터 예컨대 15 V의 전압이 인가되고, 음향 광학 소자(71)에 15 V에 대응하는 주파수의 RF가 인가된 경우에는, 펄스 레이저 광선 발진 수단(6)으로부터 발진된 펄스 레이저 광선은 그 광로가 도 2에서 이점쇄선으로 표시하는 바와 같이 편향되어, 상기 집광점(Pb)으로부터 X축 방향으로 도 2에서 좌측에 정해진 양만큼 변위한 집광점(Pc)에 집광된다. 또, 음향 광학 편향 수단(7)의 편향 각도 조정 수단(74)에 제어 수단으로부터 예컨대 0 V의 전압이 인가되고, 음향 광학 소자(71)에 0 V에 대응하는 주파수의 RF가 인가된 경우에는, 펄스 레이저 광선 발진 수단(6)으로부터 발진된 펄스 레이저 광선은 도 2에서 파선으로 표시하는 바와 같이 레이저 광선 흡수 수단(76)으로 유도된다. 이와 같이, 음향 광학 소자(71)에 의해 편향된 레이저 광선은 편향 각도 조정 수단(74)에 인가되는 전압에 대응하여 X축 방향으로 편향된다.
도 1로 되돌아가서 설명을 계속하면, 레이저 가공 장치(1)는 레이저 광선 조사 유닛(5)을 구성하는 레이저 광선 조사 수단(52)의 케이싱(521)에 부착되고, 레이저 광선 조사 수단(52)으로부터 피가공물에 레이저 광선이 조사됨으로써 발생하는 플라즈마광을 검출하는 플라즈마광 검출 수단(9)을 구비한다. 이 플라즈마광 검출 수단(9)은, 도 3에 나타낸 바와 같이 레이저 광선 조사 수단(52)의 집광기(8)로부터 조사되는 레이저 광선이 척 테이블(36)에 유지된 피가공물(W)에 조사됨으로써 발생하는 플라즈마광을 수광하는 플라즈마광 수광 수단(91)과, 상기 플라즈마광 수광 수단(91)에 의해 수광된 플라즈마광을 제1 광로(92a)와 제2 광로(92b)로 분기하는 빔 스플리터(92)와, 제1 광로(92a)에 배치되며 파장이 제1 설정 파장(후술하는 피가공물의 제1 부재를 형성하는 제1 재료가 생성하는 파장)의 광만을 통과시키는 제1 밴드 패스 필터(93)와, 상기 제1 밴드 패스 필터(93)를 통과한 광을 수광하여 광강도 신호를 출력하는 제1 포토 디텍터(94)와, 제2 광로(92b)에 배치된 방향 변환 미러(95)와, 상기 방향 변환 미러(95)에 의해 방향 변환된 플라즈마광의 파장이 제2 설정 파장(후술하는 피가공물의 제2 부재를 형성하는 제2 재료가 생성하는 파장)의 광만을 통과시키는 제2 밴드 패스 필터(96)와, 상기 제2 밴드 패스 필터(96)를 통과한 광을 수광하여 광강도 신호를 출력하는 제2 포토 디텍터(97)를 구비한다. 상기 플라즈마광 수광 수단(91)은 집광 렌즈(911)와, 상기 집광 렌즈(911)를 수용하는 렌즈 케이스(912)를 포함하고, 렌즈 케이스(912)는 도 1에 나타낸 바와 같이 레이저 광선 조사 수단(52)의 케이싱(521)에 부착된다. 또, 도 1에 나타낸 바와 같이 렌즈 케이스(912)에는 각도 조정용 손잡이(913)가 배치되어 있고, 집광 렌즈(911)의 설치 각도를 조정할 수 있게 되어 있다. 또한, 상기 제1 밴드 패스 필터(93)는 리튬탄탈레이트의 플라즈마광의 파장(670 ㎚)만을 통과시키기 위해 파장 660 ~ 680 ㎚의 범위의 광을 통과시키게 되어 있다. 또, 상기 제2 밴드 패스 필터(96)는 구리의 플라즈마광의 파장(515 ㎚)만을 통과시키기 위해 파장 500 ~ 540 ㎚의 범위의 광을 통과시키게 되어 있다. 플라즈마광 검출 수단(9)은 이상과 같이 구성되어 있고, 제1 밴드 패스 필터(93)를 통과한 광을 수광한 제1 포토 디텍터(94) 및 제2 밴드 패스 필터(96)를 통과한 광을 수광한 제2 포토 디텍터(97)는 각각 수광된 광의 강도에 대응하는 전압 신호를 제어 수단에 출력한다.
도 1로 되돌아가 설명을 계속하면, 레이저 가공 장치(1)는 케이싱(521)의 전단부에 배치되며 상기 레이저 광선 조사 수단(52)에 의해 레이저 가공해야 할 가공 영역을 촬상하는 촬상 수단(11)을 구비한다. 이 촬상 수단(11)은 가시광선에 의해 촬상하는 통상의 촬상 소자(CCD) 외에, 피가공물에 적외선을 조사하는 적외선 조명 수단과, 상기 적외선 조명 수단에 의해 조사된 적외선을 포착하는 광학계와, 상기 광학계에 의해 포착된 적외선에 대응한 전기 신호를 출력하는 촬상 소자(적외선 CCD) 등으로 구성되어 있고, 촬상 수단(11)으로부터 출력된 화상 신호를 후술하는 제어 수단(도 4 참조)에 보낸다.
레이저 가공 장치(1)는 도 4에 나타내는 제어 수단(20)을 구비한다. 제어 수단(20)은 컴퓨터에 의해 구성되어 있고, 제어 프로그램에 따라서 연산 처리하는 중앙 처리 장치(CPU)(201)와, 제어 프로그램 등을 저장하는 리드 온리 메모리(ROM)(202)와, 제어 맵이나 피가공물의 설계값 데이터나 연산 결과 등을 저장하는 기록 및 판독 가능한 랜덤 액세스 메모리(RAM)(203)와, 카운터(204)와, 입력 인터페이스(205), 및 출력 인터페이스(206)를 구비한다. 제어 수단(20)의 입력 인터페이스(205)에는, 상기 X축 방향 위치 검출 수단(374), Y축 방향 위치 검출 수단(384), 플라즈마광 검출 수단(9)의 제1 포토 디텍터(94) 및 제2 포토 디텍터(97), 촬상 수단(11) 등으로부터의 검출 신호가 입력된다. 그리고, 제어 수단(20)의 출력 인터페이스(206)로부터는, 상기 펄스 모터(372), 펄스 모터(382), 펄스 모터(432), 펄스 모터(532), 레이저 광선 조사 수단(52)을 구성하는 펄스 레이저 광선 발진 수단(6)의 펄스 레이저 광선 발진기(61), 반복 주파수 설정 수단(62) 및 음향 광학 편향 수단(7)의 편향 각도 조정 수단(74), 출력 조정 수단(75) 등에 제어 신호를 출력한다. 또한, 상기 랜덤 액세스 메모리(RAM)(203)는 피가공물을 형성하는 물질과 플라즈마의 파장 간의 관계를 기억하는 제1 기억 영역(203a)이나 후술하는 웨이퍼의 설계값 데이터를 기억하는 제2 기억 영역(203b)이나 다른 기억 영역을 구비한다.
레이저 가공 장치(1)는 이상과 같이 구성되어 있고, 이하 그 작용에 관해 설명한다. 도 5에는 레이저 가공되는 피가공물로서의 웨이퍼(30)의 평면도를 도시한다. 도 5에 나타내는 웨이퍼(30)는 두께 70 ㎛의 리튬탄탈레이트 기판(300)(제1 부재)의 표면(300a)에 격자형으로 배열된 복수의 분할 예정 라인(301)에 의해 복수의 영역이 구획되고, 이 구획된 영역에 디바이스(302)가 각각 형성되어 있다. 이 각 디바이스(302)는 모두 동일한 구성을 갖는다. 디바이스(302)의 표면에는 각각 도 6에 나타낸 바와 같이 복수의 본딩 패드(303)(303a ~ 303j)(제2 부재)가 형성되어 있다. 이 제2 부재로서의 본딩 패드(303)(303a ~ 303j)는 본 실시형태에서는 구리에 의해 형성되어 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 도면부호 303a와 303f, 303b와 303g, 303c와 303h, 303d와 303i, 303e와 303j는 X 방향 위치가 동일하다. 이 복수의 본딩 패드(303)(303a ~ 303j)에 각각 이면(300b)으로부터 본딩 패드(303)에 도달하는 가공 구멍(비아홀)이 형성된다. 각 디바이스(302)에서의 본딩 패드(303)(303a ~ 303j)의 X 방향(도 6에서 좌우 방향)의 간격 A, 및 각 디바이스(302)에 형성된 본딩 패드(303)에서의 분할 예정 라인(301)을 사이에 두고 X 방향(도 6에서 좌우 방향)으로 인접하는 본딩 패드, 즉 본딩 패드(303e)와 본딩 패드(303a)의 간격 B는 본 실시형태에서는 동일한 간격으로 설정되어 있다. 또, 각 디바이스(302)에서의 본딩 패드(303)(303a ~ 303j)의 Y 방향(도 6에서 상하 방향)의 간격 C, 및 각 디바이스(302)에 형성된 본딩 패드(303)에서의 분할 예정 라인(301)을 사이에 두고 Y 방향(도 6에서 상하 방향)으로 인접하는 본딩 패드, 즉 본딩 패드(303f)와 본딩 패드(303a) 및 본딩 패드(303j)와 본딩 패드(303e) 사이의 간격 D는 본 실시형태에서는 동일한 간격으로 설정되어 있다. 이와 같이 구성된 웨이퍼(30)에 관해, 도 5에 나타내는 각 행(E1…En) 및 각 열(F1…Fn)에 배치된 디바이스(302)의 개수와 상기 각 간격 A, B, C, D 및 X, Y 좌표값은 그 설계값 데이터가 상기 랜덤 액세스 메모리(RAM)(203)의 제2 기억 영역(203b)에 저장되어 있다.
전술한 레이저 가공 장치(1)를 이용하여, 웨이퍼(30)에 형성된 각 디바이스(302)의 본딩 패드(303)(303a ~ 303j)에 레이저 가공 구멍(비아홀)을 형성하는 레이저 가공의 실시형태에 관해 설명한다. 웨이퍼(30)는 도 7에 나타낸 바와 같이 환형의 프레임(40)에 장착된 폴리올레핀 등의 합성 수지 시트로 이루어진 보호 테이프(50)에 표면(300a)을 접착한다. 따라서, 웨이퍼(30)는 이면(300b)이 상측이 된다. 이와 같이 하여 환형의 프레임(40)에 보호 테이프(50)를 통해 지지된 웨이퍼(30)는 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치(1)의 척 테이블(36) 상에 보호 테이프(50)측을 배치한다. 그리고, 도시하지 않은 흡인 수단을 작동함으로써 웨이퍼(30)는 보호 테이프(50)를 통해 척 테이블(36) 상에 흡인 유지된다. 따라서, 웨이퍼(30)는 이면(300b)을 상측으로 하여 유지된다. 또, 환형의 프레임(40)은 클램프(362)에 의해 고정된다.
전술한 바와 같이 웨이퍼(30)를 흡인 유지한 척 테이블(36)은, 가공 이송 수단(37)에 의해 촬상 수단(11)의 바로 아래에 위치 부여된다. 척 테이블(36)이 촬상 수단(11)의 바로 아래에 위치 부여되면, 척 테이블(36) 상의 웨이퍼(30)는 도 8에 나타내는 좌표 위치에 위치 부여된 상태가 된다. 이 상태로, 척 테이블(36)에 유지된 웨이퍼(30)에 형성되어 있는 격자형의 분할 예정 라인(301)이 X축 방향과 Y축 방향으로 평행하게 배치되어 있는지의 여부의 얼라인먼트 작업을 실시한다. 즉, 촬상 수단(11)에 의해 척 테이블(36)에 유지된 웨이퍼(30)를 촬상하고, 패턴 매칭 등의 화상 처리를 실행하여 얼라인먼트 작업을 행한다. 이 때, 웨이퍼(30)의 분할 예정 라인(301)이 형성되어 있는 표면(300a)은 하측에 위치하고 있지만, 웨이퍼(30)를 형성하는 리튬탄탈레이트 기판(300)은 투명체이므로, 웨이퍼(30)의 이면(300b)을 통해서 분할 예정 라인(301)을 촬상할 수 있다.
다음으로, 척 테이블(36)을 이동시켜, 웨이퍼(30)에 형성된 디바이스(302)에서의 최상위의 행(E1)의 도 8에서 최좌단의 디바이스(302)를 촬상 수단(11)의 바로 아래에 위치 부여한다. 그리고, 또한 디바이스(302)에 형성된 전극(303)(303a ~ 303j)에서의 도 8에서 좌상측의 본딩 패드(303a)를 촬상 수단(11)의 바로 아래에 위치 부여한다. 이 상태로 촬상 수단(11)이 본딩 패드(303a)를 검출했다면 그 좌표값(a1)을 제1 가공 이송 개시 위치 좌표값으로서 제어 수단(20)에 보낸다. 그리고, 제어 수단(20)은 이 좌표값(a1)을 제1 가공 이송 개시 위치 좌표값으로서 랜덤 액세스 메모리(RAM)(203)에 저장한다(가공 이송 개시 위치 검출 공정). 이 때, 촬상 수단(11)과 레이저 광선 조사 수단(52)의 집광기(8)는 X축 방향으로 정해진 간격을 두고 배치되어 있기 때문에, X 좌표값은 상기 촬상 수단(11)과 집광기(8) 사이의 간격을 더한 값이 저장된다.
이와 같이 하여 도 8에서 최상위의 행(E1)의 디바이스(302)에서의 제1 가공 이송 개시 위치 좌표값(a1)을 검출했다면, 척 테이블(36)을 분할 예정 라인(301)의 간격만큼 Y축 방향으로 인덱싱 이송하고 X축 방향으로 이동시켜, 도 8에서 최상위로부터 2번째 행(E2)에서의 최좌단의 디바이스(302)를 촬상 수단(11)의 바로 아래에 위치 부여한다. 그리고, 또한 디바이스(302)에 형성된 본딩 패드(303)(303a ~ 303j)에서의 도 8에서 좌상측의 본딩 패드(303a)를 촬상 수단(11)의 바로 아래에 위치 부여한다. 이 상태로 촬상 수단(11)이 본딩 패드(303a)를 검출했다면 그 좌표값(a2)을 제2 가공 이송 개시 위치 좌표값으로서 제어 수단(20)에 보낸다. 그리고, 제어 수단(20)은 이 좌표값(a2)을 제2 가공 이송 개시 위치 좌표값으로서 랜덤 액세스 메모리(RAM)(203)에 저장한다. 이 때, 촬상 수단(11)과 집광기(8)는 전술한 바와 같이 X축 방향으로 정해진 간격을 두고 배치되어 있기 때문에, X 좌표값은 상기 촬상 수단(11)과 집광기(8) 사이의 간격을 더한 값이 저장된다. 이후, 제어 수단(20)은 전술한 인덱싱 이송(Y축 방향의 단계적인 움직임)과 가공 이송 개시 위치 검출 공정을 도 8에서 최하위의 행(En)까지 반복 실행하여, 각 행에 형성된 디바이스(302)의 가공 이송 개시 위치 좌표값(a3 ~ an)을 검출하고, 이것을 랜덤 액세스 메모리(RAM)(203)에 저장한다. 또한, 웨이퍼(30)에 형성된 복수의 디바이스(302)에 있어서의 도 8에서 최하위의 행(En)의 최좌단의 디바이스(302)가 계측 디바이스로서 설정되어 있고, 이 계측 디바이스(302)의 가공 이송 개시 위치 좌표값(an)이 계측 위치 좌표값(an)으로서 랜덤 액세스 메모리(RAM)(203)에 저장된다.
전술한 가공 이송 개시 위치 검출 공정을 실시했다면, 웨이퍼(30)의 각 디바이스(302)에 형성된 각 본딩 패드(303)(303a ~ 303j)의 이면에 레이저 가공 구멍(비아홀)을 천공하는 천공 공정을 실시한다. 천공 공정은, 우선 가공 이송 수단(37)을 작동해 척 테이블(36)을 이동시켜, 상기 랜덤 액세스 메모리(RAM)(203)에 저장되어 있는 제1 가공 이송 개시 위치 좌표값(a1)에 대응하는 본딩 패드(303a)를 레이저 광선 조사 수단(52)의 집광기(8)의 바로 아래에 위치 부여한다. 이와 같이 제1 가공 이송 개시 위치 좌표값(a1)에 대응하는 본딩 패드(303a)가 집광기(8)의 바로 아래에 위치 부여된 상태가 도 9의 (a)에 나타내는 상태이다. 도 9의 (a)에 나타내는 상태로부터 제어 수단(20)은 척 테이블(36)을 도 9의 (a)에서 화살표 X1로 표시하는 방향으로 정해진 이동 속도로 가공 이송하도록 상기 가공 이송 수단(37)을 제어하는 동시에, 레이저 광선 조사 수단(52)을 작동하여 집광기(8)로부터 펄스 레이저 광선을 조사한다. 또한, 집광기(8)로부터 조사되는 펄스 레이저 광선의 집광점(P)은 웨이퍼(30)의 상면 부근에 맞춰진다. 이 때, 제어 수단(20)은 X축 방향 위치 검출 수단(374)의 판독 헤드(374b)로부터의 검출 신호에 기초하여 음향 광학 편향 수단(7)의 편향 각도 조정 수단(74) 및 출력 조정 수단(75)을 제어하기 위한 제어 신호를 출력한다.
한편, RF 발진기(72)는 편향 각도 조정 수단(74) 및 출력 조정 수단(75)으로부터의 제어 신호에 대응한 RF를 출력한다. RF 발진기(72)로부터 출력된 RF의 파워는, RF 앰프(73)에 의해 증폭되어 음향 광학 소자(71)에 인가된다. 그 결과, 음향 광학 소자(71)는 펄스 레이저 광선 발진 수단(6)으로부터 발진된 펄스 레이저 광선의 광로를 도 2에서 일점쇄선으로 표시하는 위치로부터 이점쇄선으로 표시하는 위치까지의 범위에서 편향시켜 척 테이블(36)의 이동 속도로 동기시킨다. 그 결과, 제1 가공 이송 개시 위치 좌표값(a1)에 대응하는 본딩 패드(303a)에 정해진 출력의 펄스 레이저 광선을 조사할 수 있다.
전술한 천공 공정을 실시하고 있을 때, 제어 수단(20)은 펄스 레이저 광선 발진 수단(6)이 발진시키는 펄스 레이저 광선의 샷수를 카운터(204)에 의해 카운트하고, 플라즈마광 검출 수단(9)의 제1 포토 디텍터(94)로부터 광강도 신호가 입력된다. 여기서, 제1 포토 디텍터(94)로부터 출력되는 광강도 신호에 관해 설명한다. 웨이퍼(30)를 구성하는 리튬탄탈레이트 기판(300)에 펄스 레이저 광선을 조사하면, 파장 670 ㎚의 플라즈마광이 발생한다. 이 파장 670 ㎚의 플라즈마광은 도 3에 나타낸 바와 같이 플라즈마광 검출 수단(9)을 구성하는 플라즈마광 수광 수단(91)의 집광 렌즈(911)에 의해 집광되고, 제1 밴드 패스 필터(93)를 통과하여 제1 포토 디텍터(94)에 도달한다.
도 11의 (a)는 리튬탄탈레이트 기판(300)에 전술한 펄스 레이저 광선을 조사했을 때 발생하는 플라즈마광의 광강도를 검출하는 제1 포토 디텍터(94)의 출력 전압을 나타내고 있다. 도 11의 (a)에서 횡축은 펄스 레이저 광선의 샷수를 나타내고, 종축은 전압값(V)을 나타내고 있다. 도 11의 (a)에 나타내는 실시형태에서는, 펄스 레이저 광선의 샷수가 80 ~ 85샷 정도까지는 전압값이 2.5 V 정도이고, 펄스 레이저 광선의 샷수가 85샷을 넘으면 전압값이 급격히 저하하여, 150샷 부근에서 1.5 V 정도가 된다.
또, 도 11의 (b)에는, 구리로 이루어진 본딩 패드(303a)에 펄스 레이저 광선을 조사했을 때 발생하는 플라즈마광의 광강도를 검출하는 제2 포토 디텍터(97)의 출력 전압을 나타내고 있다. 도 11의 (b)에서 횡축은 펄스 레이저 광선의 샷수를 나타내고, 종축은 전압값(V)을 나타내고 있다. 도 11의 (b)에 나타내는 실시형태에서는, 펄스 레이저 광선의 샷수 170 ~ 175샷부터 전압값이 상승하기 시작한다. 그리고, 펄스 레이저 광선의 샷수가 200샷 전후에서 0.2 V 정도가 된다. 이 제2 포토 디텍터(97)의 출력 전압이 상승하기 시작한다는 것은, 리튬탄탈레이트 기판(300)에 관통 구멍이 형성되어, 펄스 레이저 광선이 본딩 패드(303a)에 조사하기 시작한 것을 의미한다.
전술한 바와 같이 제1 포토 디텍터(94) 및 제2 포토 디텍터(97)로부터의 출력 전압에 기초하여, 제어 수단(20)은 펄스 레이저 광선의 출력을 다음과 같이 제어한다. 즉, 제어 수단(20)은 제1 포토 디텍터(94)로부터만 출력 전압(광강도 신호)이 입력되고, 입력된 출력 전압이 저하하여 정해진 값(예컨대 15 V)에 도달할 때까지는 제1 출력(예컨대, 평균 출력이 4 W, 반복 주파수가 100 ㎑이고 1 펄스당 에너지가 40 μJ)이 되도록 상기 출력 조정 수단(75)을 제어하여 펄스 레이저 광선의 조사를 계속하고, 제1 포토 디텍터(94)로부터의 광출력 전압(광강도 신호)이 정해진 값에 도달하면 제1 출력보다 낮고 리튬탄탈레이트 기판(300)에 크랙을 발생시키지 않는 제2 출력(예컨대, 평균 출력이 2 W, 반복 주파수가 50 ㎑이고 1 펄스당 에너지가 40 μJ)이 되도록 출력 조정 수단(75)을 제어하여 펄스 레이저 광선을 조사한다. 그리고, 제2 포토 디텍터(97)로부터 출력 전압(광강도 신호)이 출력된 경우(예컨대 0.2 V)에는, 펄스 레이저 광선의 조사를 정지시키도록 레이저 광선 조사 수단(52)을 제어한다. 이와 같이 제1 포토 디텍터(94)로부터만 출력 전압(광강도 신호)이 입력되고, 입력된 출력 전압이 저하하여 정해진 값(예컨대 1.5 V)에 도달할 때까지는 제1 출력(예컨대, 평균 출력이 4 W, 반복 주파수가 100 ㎑이고 1 펄스당 에너지가 40 μJ)이 되도록 상기 출력 조정 수단(75)을 제어하여 펄스 레이저 광선의 조사를 계속하고, 제1 포토 디텍터(94)로부터의 광출력 전압(광강도 신호)이 본딩 패드(303)에 근접하는 정해진 값(예컨대 15 V)에 도달하면 제1 출력(예컨대, 평균 출력이 4 W, 반복 주파수가 100 ㎑이고 1 펄스당 에너지가 40 μJ)보다 낮게 리튬탄탈레이트 기판(300)에 크랙을 발생시키지 않는 제2 출력(예컨대, 평균 출력이 2 W, 반복 주파수가 50 ㎑이고 1 펄스당 에너지가 40 μJ)이 되도록 출력 조정 수단(75)을 제어하여 펄스 레이저 광선을 조사하기 때문에, 펄스 레이저 광선이 리튬탄탈레이트 기판(300)에서의 본딩 패드(303)가 형성된 표면에 근접하더라도 리튬탄탈레이트 기판(300)에서의 본딩 패드(303)가 형성된 표면 부근에 크랙을 발생시키지 않고 본딩 패드(303)에 도달하는 레이저 가공 구멍을 형성할 수 있다.
또한, 상기 천공 공정에서의 가공 조건은 다음과 같이 설정되어 있다.
<가공 조건 : 제1 출력>
광원 : LD 여기 Q 스위치 Nd:YVO4 펄스 레이저
파장 : 532 ㎚
평균 출력 : 2.4 ~ 4 W
반복 주파수 : 60 ~ 100 ㎑
펄스 에너지 : 제1 펄스 에너지 40 μJ
펄스폭 : 10 ps
집광 스폿 직경 : φ15 ㎛
샷수 : 150 샷(가공 깊이 : 55 ㎛)
<가공 조건 : 제2 출력>
광원 : LD 여기 Q 스위치 Nd:YVO4 펄스 레이저
파장 : 532 ㎚
평균 출력 : 0.4 ~ 2 W
반복 주파수 : 10 ~ 50 ㎑
펄스 에너지 : 제1 펄스 에너지 40 μJ
펄스폭 : 10 ps
집광 스폿 직경 : φ15 ㎛
샷수 : 50 샷(가공 깊이 : 15 ㎛)
상기 <가공 조건 : 제1 출력>에서 평균 출력이 4 W이고 반복 주파수가 100 ㎑인 경우에는 150샷의 펄스 레이저 광선을 조사함으로써, 리튬탄탈레이트 기판(300)에는 가공 깊이 55 ㎛의 레이저 가공 구멍이 형성된다. 또, 상기 <가공 조건 : 제2 출력>에서 평균 출력이 2 W이고 반복 주파수가 50 ㎑인 경우에는 50샷의 펄스 레이저 광선을 조사함으로써, 리튬탄탈레이트 기판(300)에는 가공 깊이 15 ㎛의 레이저 가공 구멍이 형성되어, 본딩 패드(303)에 도달한다.
또한, 상기 제1 출력에서의 반복 주파수에 있어서, 본 발명자의 실험에 의하면, 반복 주파수가 60 ㎑보다 높으면 크랙이 발생하고 효율 좋은 가공이 가능하지만, 반복 주파수가 100 ㎑를 넘으면 과대하게 가공되어 적정한 레이저 가공 구멍을 형성할 수 없다는 것을 알았다. 따라서, 제1 출력은, 반복 주파수를 60 ~ 100 ㎑, 1 펄스당 에너지를 40 μJ로 설정하는 것이 바람직하다.
또, 상기 제2 출력에서의 반복 주파수에 있어서, 본 발명자의 실험에 의하면, 반복 주파수가 50 ㎑ 이하이면 크랙이 발생하지 않지만, 반복 주파수가 10 ㎑ 미만이면 적정한 레이저 가공 구멍을 형성할 수 없다는 것을 알았다. 따라서, 제2 출력은, 반복 주파수를 10 ~ 50 ㎑, 1 펄스당 에너지를 40 μJ로 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 1 펄스당 에너지가 40 μJ를 하회하면, 리튬탄탈레이트 기판의 가공이 적정하게 행해지지 않는 것이 확인되었다.
한편, 제어 수단(20)은 X축 방향 위치 검출 수단(374)의 판독 헤드(374b)로부터의 검출 신호가 입력되고, 이 검출 신호를 카운터(204)에 의해 카운트한다. 그리고, 카운터(204)에 의한 카운트 값이 다음 본딩 패드(303b)의 좌표값에 도달하면, 제어 수단(20)은 레이저 광선 조사 수단(52)을 제어하여 상기 천공 공정을 실시한다. 그 후에도 제어 수단(20)은, 카운터(204)에 의한 카운트 값이 본딩 패드(303)(303c ~ 303e)의 좌표값에 도달할 때마다, 제어 수단(20)은 레이저 광선 조사 수단(52)을 작동하여 상기 천공 공정을 실시한다. 그리고, 도 9의 (b)에 나타낸 바와 같이 웨이퍼(30)의 E1행의 최우단의 디바이스(302)에 형성된 본딩 패드(303c)에 있어서의 도 9의 (b)에서 최우단의 본딩 패드(303e)의 위치에 상기 천공 공정을 실시했다면, 상기 가공 이송 수단(37)의 작동을 정지시켜 척 테이블(36)의 이동을 정지시킨다. 그 결과, 웨이퍼(30)의 리튬탄탈레이트 기판(300)에는, 도 9의 (b)에 나타낸 바와 같이 본딩 패드(303a ~ 303e)에 도달하는 레이저 가공 구멍(304)이 형성된다.
다음으로, 제어 수단(20)은, 레이저 광선 조사 수단(52)의 집광기(8)를 도 9의 (b)에 있어서 지면에 수직인 방향으로 인덱싱 이송하도록 상기 제1 인덱싱 이송 수단(38)을 제어한다. 한편, 제어 수단(20)은 Y축 방향 위치 검출 수단(384)의 판독 헤드(384b)로부터의 검출 신호가 입력되고, 이 검출 신호를 카운터(204)에 의해 카운트한다. 그리고, 카운터(204)에 의한 카운트 값이 본딩 패드(303)의 도 6에 있어서 Y축 방향의 간격 C에 해당하는 값에 도달하면, 제1 인덱싱 이송 수단(38)의 작동을 정지시켜, 집광기(8)의 인덱싱 이송을 정지시킨다. 그 결과, 집광기(8)는 상기 본딩 패드(303e)와 대향하는 본딩 패드(303j)(도 6 참조)의 바로 위에 위치 부여된다. 이 상태가 도 10의 (a)에 나타내는 상태이다. 도 10의 (a)에 나타내는 상태에서 제어 수단(20)은 척 테이블(36)을 도 10의 (a)에서 화살표 X2로 표시하는 방향으로 정해진 이동 속도로 가공 이송하도록 상기 가공 이송 수단(37)을 제어하는 동시에, 레이저 광선 조사 수단(52)을 작동하여 상기 천공 공정을 실시한다. 그리고, 제어 수단(20)은 전술한 바와 같이 X축 방향 위치 검출 수단(374)의 판독 헤드(374b)로부터의 검출 신호를 카운터(204)에 의해 카운트하고, 그 카운트 값이 본딩 패드(303)(303j ~ 303f)에 도달할 때마다, 제어 수단(20)은 레이저 광선 조사 수단(52)을 작동하여 상기 천공 공정을 실시한다. 그리고, 도 10의 (b)에 나타낸 바와 같이 웨이퍼(30)의 E1행의 최좌단의 디바이스(302)에 형성된 본딩 패드(303f)의 위치에 상기 천공 공정을 실시했다면, 상기 가공 이송 수단(37)의 작동을 정지시켜 척 테이블(36)의 이동을 정지시킨다. 그 결과, 웨이퍼(30)의 리튬탄탈레이트 기판(300)에는, 도 10의 (b)에 나타낸 바와 같이 본딩 패드(303j ~ 303f)의 이면측에 레이저 가공 구멍(304)이 형성된다.
이상과 같이 하여, 웨이퍼(30)의 E1행의 디바이스(302)에 형성된 본딩 패드(303)에 대응하는 위치에서 웨이퍼(30)의 기판(300)의 이면측에 레이저 가공 구멍(304)이 형성되었다면, 제어 수단(20)은 가공 이송 수단(37) 및 제1 인덱싱 이송 수단(38)을 작동하여, 웨이퍼(30)의 E2행의 디바이스(302)에 형성된 본딩 패드(303)에서의 상기 랜덤 액세스 메모리(RAM)(203)에 저장되어 있는 제2 가공 이송 개시 위치 좌표값(a2)에 대응하는 본딩 패드(303a)를 레이저 광선 조사 수단(52)의 집광기(8)의 바로 아래에 위치 부여한다. 그리고, 제어 수단(20)은 레이저 광선 조사 수단(52)과 가공 이송 수단(37) 및 제1 인덱싱 이송 수단(38)을 제어하여, 웨이퍼(30)의 E2행의 디바이스(302)에 형성된 본딩 패드(303)의 이면측에 전술한 천공 공정을 실시한다. 이후, 웨이퍼(30)의 E3 ~ En행의 디바이스(302)에 형성된 본딩 패드(303)의 이면측에 대해서도 전술한 천공 공정을 실시한다. 그 결과, 웨이퍼(30)의 리튬탄탈레이트 기판(300)에는, E3 ~ En행의 각 디바이스(302)에 형성된 본딩 패드(303)의 이면측에 레이저 가공 구멍(304)이 형성된다.
또한, 상기 천공 공정에서, 도 6에서의 X축 방향의 간격 A 영역과 간격 B 영역 및 도 6에서의 Y축 방향의 간격 C 영역과 간격 D 영역에는 웨이퍼(30)에 펄스 레이저 광선을 조사하지 않는다. 이와 같이, 웨이퍼(30)에 펄스 레이저 광선을 조사하지 않기 위해, 상기 제어 수단(20)은 음향 광학 편향 수단(7)의 편향 각도 조정 수단(74)에 0 V의 전압을 인가한다. 그 결과 음향 광학 소자(71)에는 0 V에 대응하는 주파수의 RF가 인가되고, 펄스 레이저 광선 발진 수단(6)으로부터 발진된 펄스 레이저 광선(LB)은 도 2에서 파선으로 표시하는 바와 같이 레이저 광선 흡수 수단(76)으로 유도되기 때문에, 웨이퍼(30)에 조사되지는 않는다.
이상, 본 발명을 도시한 실시형태에 기초하여 설명했지만, 본 발명은 실시형태에만 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 취지의 범위에서 여러가지 변형이 가능하다. 예컨대, 전술한 실시형태에서는, 기판(제1 부재)의 표면에 형성된 복수의 디바이스에 각각 본딩 패드(제2 부재)가 배치된 웨이퍼에, 기판(제1 부재)의 이면측으로부터 복수의 본딩 패드(제2 부재)에 도달하는 복수의 레이저 가공 구멍을 형성하는 예에 관해 설명했지만, 제1 재료에 의해 형성된 제1 부재와 제2 재료에 의해 형성된 제2 부재가 접합된 피가공물에 제1 부재로부터 제2 부재에 도달하는 레이저 가공 구멍을 형성하는 경우에 널리 적용할 수 있다.
2 : 정지 베이스 3 : 척 테이블 기구
36 : 척 테이블 37 : 가공 이송 수단
374 : X축 방향 위치 검출 수단 38 : 제1 인덱싱 이송 수단
384 : Y축 방향 위치 검출 수단 4 : 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구
42 : 가동 지지 베이스 43 : 제2 인덱싱 이송 수단
5 : 레이저 광선 조사 유닛 52 : 레이저 광선 조사 수단
6 : 펄스 레이저 광선 발진 수단 61 : 펄스 레이저 광선 발진기
62 : 반복 주파수 설정 수단 7 : 음향 광학 편향 수단
71 : 음향 광학 소자 72 : RF 발진기
73 : RF 앰프 74 : 편향 각도 조정 수단
75 : 출력 조정 수단 76 : 레이저 광선 흡수 수단
8 : 집광기 9 : 플라즈마광 검출 수단
91 : 플라즈마광 수광 수단 92 : 빔 스플리터
93 : 제1 밴드 패스 필터 94 : 제1 포토 디텍터
95 : 방향 변환 미러 96 : 제2 밴드 패스 필터
97 : 제2 포토 디텍터 11 : 촬상 수단
20 : 제어 수단 30 : 웨이퍼
301 : 분할 예정 라인 302 : 디바이스
303 : 본딩 패드 304 : 레이저 가공 구멍

Claims (3)

  1. 제1 재료에 의해 형성된 제1 부재와 제2 재료에 의해 형성된 제2 부재가 접속된 피가공물에 제1 부재로부터 제2 부재에 도달하는 레이저 가공 구멍을 형성하는 레이저 가공 방법에 있어서,
    제1 부재 및 제2 부재에 레이저 광선이 조사됨으로써 발생하는 플라즈마광의 파장을 각각 검출하는 단계와,
    제1 부재의 파장을 갖는 플라즈마광만이 검출되고 상기 플라즈마광의 광강도가 저하하여 정해진 값에 도달할 때까지는 제1 출력을 갖는 펄스 레이저 광선의 조사를 계속하는 단계와,
    상기 플라즈마광의 광강도가 상기 정해진 값에 도달하면 상기 제1 출력보다 낮고 제1 부재에 크랙을 발생시키지 않는 제2 출력을 갖는 펄스 레이저 광선을 조사하는 단계와,
    제2 부재의 파장을 갖는 플라즈마광이 검출되었을 때에는 펄스 레이저 광선의 조사를 정지시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
  2. 제1항에 있어서, 제1 부재를 형성하는 제1 재료는 리튬탄탈레이트로 구성되고,
    펄스 레이저 광선의 제1 출력은 반복 주파수가 60 ~ 100 ㎑이고 1 펄스당 에너지가 40 μJ로 설정되며,
    펄스 레이저 광선의 제2 출력은 반복 주파수가 10 ~ 50 ㎑이고 1 펄스당 에너지가 40 μJ로 설정되는 것인 레이저 가공 방법.
  3. 제1 재료에 의해 형성된 제1 부재와 제2 재료에 의해 형성된 제2 부재가 접속된 피가공물에 제1 부재로부터 제2 부재에 도달하는 레이저 가공 구멍을 형성하는 레이저 가공 장치에 있어서,
    피가공물을 유지하는 피가공물 유지 수단과,
    상기 피가공물 유지 수단에 유지된 피가공물에 펄스 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단으로서, 펄스 레이저 광선을 발진시키는 펄스 레이저 광선 발진 수단과, 상기 펄스 레이저 광선 발진 수단에 의해 발진된 펄스 레이저 광선의 출력을 조정하는 출력 조정 수단과, 상기 출력 조정 수단에 의해 출력이 조정된 펄스 레이저 광선을 집광하여 상기 피가공물 유지 수단에 유지된 피가공물에 조사하는 집광기를 포함하는 상기 레이저 광선 조사 수단과,
    상기 레이저 광선 조사 수단으로부터 피가공물에 펄스 레이저 광선이 조사됨으로써 발생하는 플라즈마광의 파장을 검출하는 플라즈마광 검출 수단과,
    상기 플라즈마광 검출 수단으로부터의 검출 신호에 기초하여 상기 레이저 광선 조사 수단을 제어하는 제어 수단
    을 구비하고,
    상기 플라즈마광 검출 수단은,
    플라즈마광을 제1 경로와 제2 경로로 분기하는 빔 스플리터와,
    상기 제1 경로에 배치되며 제1 재료가 생성하는 플라즈마광의 파장만을 통과시키는 제1 밴드 패스 필터와,
    상기 제1 밴드 패스 필터를 통과한 광을 수광하여 광강도 신호를 상기 제어 수단에 출력하는 제1 포토 디텍터와,
    상기 제2 경로에 배치되며 제2 재료가 생성하는 플라즈마광의 파장만을 통과시키는 제2 밴드 패스 필터와,
    상기 제2 밴드 패스 필터를 통과한 광을 수광하여 광강도 신호를 상기 제어 수단에 출력하는 제2 포토 디텍터
    를 포함하며,
    상기 제어 수단은, 상기 레이저 광선 조사 수단을 작동해서 피가공물에 펄스 레이저 광선을 조사하여 피가공물의 제1 부재로부터 제2 부재에 도달하는 레이저 가공 구멍을 형성할 때, 상기 제1 포토 디텍터 및 상기 제2 포토 디텍터로부터 출력되는 광강도 신호에 기초하여, 상기 제1 포토 디텍터로부터만 광강도 신호가 출력되고 광강도가 저하하여 정해진 값에 도달할 때까지는 제1 출력이 되도록 상기 출력 조정 수단을 제어하여 펄스 레이저 광선의 조사를 계속하고, 상기 제1 포토 디텍터로부터의 광강도 신호가 상기 정해진 값에 도달하면 상기 제1 출력보다 낮고 제1 부재에 크랙을 발생시키지 않는 제2 출력이 되도록 상기 출력 조정 수단을 제어하여 펄스 레이저 광선을 조사하며, 상기 제2 포토 디텍터로부터 광강도 신호가 출력되었을 때에는 펄스 레이저 광선의 조사를 정지시키도록 상기 레이저 광선 조사 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
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