KR20140030035A

KR20140030035A - 레이저 가공 장치

Info

Publication number: KR20140030035A
Application number: KR1020130096564A
Authority: KR
Inventors: 나오토시 기리하라; 치카라 아이카와
Original assignee: 가부시기가이샤 디스코
Priority date: 2012-08-28
Filing date: 2013-08-14
Publication date: 2014-03-11
Also published as: CN103658976B; JP6034097B2; JP2014042934A; CN103658976A; KR102084267B1

Abstract

본 발명은 상하에 2개의 집광점을 형성하는 형태와 1개의 집광점을 형성하는 형태를 선택할 수 있게 구성된 레이저 가공 장치를 제공한다.
척테이블에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단을 구비하는 레이저 가공 장치로서, 레이저 광선 조사 수단은, 레이저 광선을 발진시키는 레이저 광선 발진기와, 레이저 광선 발진기가 발진하는 레이저 광선의 출력을 조정하는 출력 조정 수단과, 출력 조정 수단에 의해 조정된 레이저 광선을 집광하여 상기 척테이블에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하는 집광기와, 출력 조정 수단과 집광기 사이에 배치된 1/2 파장판과, 1/2 파장판을 통과하는 레이저 광선의 편광각을 조정하는 편광각 조정 수단과, 편광각 조정 수단을 제어하는 제어 수단을 구비하고, 집광기는 복굴절 렌즈와 대물 집광 렌즈를 구비하며, 제어 수단은 편광각 조정 수단을 제어하여 1/2 파장판을 통과하는 레이저 광선의 편광각을 조정하고, 복굴절 렌즈를 통해 대물 집광 렌즈에 의해 집광되는 레이저 광선의 집광점을 2개의 형태와 1개의 형태로 적절하게 변경한다.

Description

레이저 가공 장치{LASER MACHINING APPARATUS}

본 발명은 반도체 웨이퍼 등의 피가공물에 대하여 투과성을 갖는 레이저 광선을 조사하여, 피가공물의 내부에 개질층을 형성하는 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. 또, 사파이어 기판의 표면에 포토다이오드 등의 수광 소자나 레이저 다이오드 등의 발광 소자 등이 적층된 광디바이스 웨이퍼도 스트리트를 따라서 절단함으로써 개개의 포토 다이오드, 레이저 다이오드 등의 광디바이스로 분할되어, 전기 기기에 널리 이용되고 있다.

반도체 웨이퍼 등의 판형의 피가공물을 분할하는 방법으로서, 그 피가공물에 대하여 투과성을 갖는 펄스 레이저 광선을 이용하여, 분할해야 할 영역의 내부에 집광점을 맞춰 펄스 레이저 광선을 조사하는 레이저 가공 방법도 시도되고 있다. 이 레이저 가공 방법을 이용한 분할 방법은, 피가공물의 한쪽 면측으로부터 내부에 집광점을 맞춰 피가공물에 대하여 투과성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선을 조사하여, 피가공물의 내부에 스트리트를 따라서 개질층을 연속적으로 형성하고, 이 개질층이 형성됨으로써 강도가 저하된 스트리트를 따라서 외력을 가함으로써, 피가공물을 분할하는 것이다(예컨대, 특허문헌 1 참조).

그런데, 웨이퍼에 외력을 가하여 스트리트를 따라서 정밀하게 파단시키기 위해서는, 개질층의 두께, 즉 웨이퍼의 두께 방향에 있어서의 개질층의 치수를 크게 하는 것이 필요하다. 또, 사파이어 기판에 의해 형성된 웨이퍼는 모스 경도가 높기 때문에, 스트리트를 따라서 복수층의 개질층을 형성할 필요가 있다. 전술한 레이저 가공 방법에 의해 형성되는 개질층의 두께는 펄스 레이저 광선의 집광점 근방에서 10∼50 ㎛이므로, 개질층의 두께를 증대시키기 위해서는 펄스 레이저 광선의 집광점의 위치를 웨이퍼의 두께 방향으로 변위시켜, 펄스 레이저 광선과 웨이퍼를 스트리트를 따라서 반복하여 상대적으로 이동시키는 것이 필요하다. 따라서, 특히 웨이퍼의 두께가 비교적 두꺼운 경우, 웨이퍼를 정밀하게 파단하는 데 필요한 두께의 개질층의 형성에 장시간을 요한다.

상기 문제를 해소하기 위해, 상하 2개의 집광점을 형성하여 동시에 2층의 개질층을 형성할 수 있는 레이저 가공 장치가 하기 특허문헌 2에 개시되어 있다.

일본 특허 제3408805호 공보 일본 특허 공개 제2006-95529호 공보

그런데, 상기 특허문헌 2에 개시된 레이저 가공 장치에서는, 형성하고자 하는 개질층이 복수인 경우에는 문제가 없지만, 홀수의 개질층을 형성하는 경우에는 집광점이 남게 되고, 남은 집광점이 웨이퍼의 상면에서 어블레이션을 야기하여 품질의 저하를 초래한다고 하는 문제가 있다.

본 발명은 상기 사실을 감안하여 이루어진 것으로, 그 주요 기술적 과제는, 상하에 2개의 집광점을 형성하는 형태와 1개의 집광점을 형성하는 형태를 선택할 수 있게 구성된 레이저 가공 장치를 제공하는 것이다.

상기 주요 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 의하면, 피가공물을 유지하는 척테이블과, 상기 척테이블에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단과, 상기 척테이블과 상기 레이저 광선 조사 수단을 상대적으로 가공 이송하는 가공 이송 수단을 구비하는 레이저 가공 장치에 있어서,

상기 레이저 광선 조사 수단은, 레이저 광선을 발진시키는 레이저 광선 발진기와, 상기 레이저 광선 발진기가 발진하는 레이저 광선의 출력을 조정하는 출력 조정 수단과, 상기 출력 조정 수단에 의해 조정된 레이저 광선을 집광하여 상기 척테이블에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하는 집광기와, 상기 출력 조정 수단과 상기 집광기 사이에 배치된 1/2 파장판과, 상기 1/2 파장판을 통과하는 레이저 광선의 편광각을 조정하는 편광각 조정 수단과, 상기 편광각 조정 수단을 제어하는 제어 수단을 구비하고,

상기 집광기는 복굴절 렌즈와 대물 집광 렌즈를 구비하며,

상기 제어 수단은 상기 편광각 조정 수단을 제어하여 상기 1/2 파장판을 통과하는 레이저 광선의 편광각을 조정하고, 상기 복굴절 렌즈를 통해 상기 대물 집광 렌즈에 의해 집광되는 레이저 광선의 집광점을 2개의 형태와 1개의 형태로 적절하게 변경하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치가 제공된다.

상기 제어 수단은 복굴절 렌즈를 통해 대물 집광 렌즈에 의해 집광되는 레이저 광선의 집광점을 1개의 형태가 되도록 편광각 조정 수단을 제어했을 때에는, 복굴절 렌즈에 입광하는 레이저 광선의 출력이 복굴절 렌즈를 통해 대물 집광 렌즈에 의해 집광되는 레이저 광선의 집광점을 2개의 형태가 되도록 편광각 조정 수단을 제어했을 때의 레이저 광선의 출력의 1/2이 되도록 상기 출력 조정 수단을 제어한다.

본 발명의 레이저 가공 장치에서는, 레이저 광선 조사 수단은, 레이저 광선을 발진시키는 레이저 광선 발진기와, 레이저 광선 발진기가 발진하는 레이저 광선의 출력을 조정하는 출력 조정 수단과, 출력 조정 수단에 의해 조정된 레이저 광선을 집광하여 척테이블에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하는 집광기와, 출력 조정 수단과 집광기 사이에 배치된 1/2 파장판과, 1/2 파장판을 통과하는 레이저 광선의 편광각을 조정하는 편광각 조정 수단과, 편광각 조정 수단을 제어하는 제어 수단을 구비하고, 상기 집광기는 복굴절 렌즈와 대물 집광 렌즈를 구비하며, 제어 수단은 편광각 조정 수단을 제어하여 1/2 파장판을 통과하는 레이저 광선의 편광각을 조정하고, 복굴절 렌즈를 통해 대물 집광 렌즈에 의해 집광되는 레이저 광선의 집광점을 2개의 형태를 1개의 형태로 적절하게 변경하기 때문에, 형성해야 할 개질층이 짝수개인 경우에는 복굴절 렌즈를 통해 대물 집광 렌즈에 의해 집광되는 레이저 광선의 집광점을 2개의 형태로 하여 실시하고, 형성해야 할 개질층이 홀수개인 경우에는 복굴절 렌즈를 통해 대물 집광 렌즈에 의해 집광되는 레이저 광선의 집광점을 1개의 형태로 하여 적어도 1회 실시함으로써 대응할 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 블록 구성도.
도 3은 도 2에 나타내는 레이저 광선 조사 수단을 구성하는 복굴절 렌즈를 통해 대물 집광 렌즈에 의해 집광되는 레이저 광선의 집광점의 형태를 나타내는 설명도.
도 4는 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치에 장비되는 제어 수단의 블록 구성도.
도 5는 피가공물로서의 광디바이스 웨이퍼의 사시도 및 주요부 확대 단면도.
도 6은 도 5에 나타내는 광디바이스 웨이퍼의 표면에 보호 테이프를 접착하는 보호 부재 접착 공정을 나타내는 설명도.
도 7은 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치에 의해 실시하는 제1 개질층 형성 공정의 설명도.
도 8은 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치에 의해 실시하는 제2 개질층 형성 공정의 설명도.

이하, 본 발명에 따라서 구성된 레이저 가공 장치의 바람직한 실시형태에 관해, 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1에는, 본 발명에 따라서 구성된 레이저 가공 장치의 사시도가 나타나 있다. 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치는, 정지 베이스(2)와, 이 정지 베이스(2)에 화살표 X로 표시하는 가공 이송 방향으로 이동 가능하게 배치되어 피가공물을 유지하는 척테이블 기구(3)와, 정지 베이스(2)에 상기 화살표 X로 표시하는 방향과 직각인 화살표 Y로 표시하는 인덱싱 방향으로 이동 가능하게 배치된 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)와, 이 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)에 화살표 Z로 표시하는 초점 위치 조정 방향으로 이동 가능하게 배치된 레이저 광선 조사 유닛(5)을 구비한다.

상기 척테이블 기구(3)는, 정지 베이스(2) 상에 화살표 X로 표시하는 방향을 따라서 평행하게 배치된 한 쌍의 안내 레일(31, 31)과, 이 안내 레일(31, 31) 상에 화살표 X로 표시하는 방향으로 이동 가능하게 배치된 제1 슬라이딩 블록(32)과, 이 제1 슬라이딩 블록(32) 상에 화살표 Y로 표시하는 방향으로 이동 가능하게 배치된 제2 슬라이딩 블록(33)과, 이 제2 슬라이딩 블록(33) 상에 원통 부재(34)에 의해 지지된 지지 테이블(35)과, 피가공물 유지 수단으로서의 척테이블(36)을 구비하고 있다. 이 척테이블(36)은 다공성 재료로 형성되는 피가공물 유지면(361)을 구비하여, 척테이블(36) 상에 피가공물로서의 웨이퍼를 도시하지 않은 흡인 수단에 의해 유지하도록 되어 있다. 또, 척테이블(36)은 원통 부재(34) 내에 배치된 도시하지 않은 펄스 모터에 의해 회전한다.

상기 제1 슬라이딩 블록(32)은 그 하면에 상기 한 쌍의 안내 레일(31, 31)과 감합하는 한 쌍의 피안내홈(321, 321)이 형성되어 있고, 그 상면에 화살표 Y로 표시하는 방향을 따라서 평행하게 형성된 한 쌍의 안내 레일(322, 322)이 설치되어 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 따라서 화살표 X로 표시하는 방향으로 이동 가능하게 구성된다. 도시한 실시형태에서의 척테이블 기구(3)는, 제1 슬라이딩 블록(32)을 한 쌍의 안내 레일(31, 31)을 따라서 화살표 X로 표시하는 방향으로 이동시키기 위한 가공 이송 수단(37)을 구비한다. 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 구동시키기 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 슬라이딩 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 구동시킴으로써, 제1 슬라이딩 블록(32)은 안내 레일(31, 31)을 따라서 화살표 X로 표시하는 가공 이송 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 감합하는 한 쌍의 피안내홈(331, 331)이 형성되어 있고, 이 피안내홈(331, 331)을 한 쌍의 안내 레일(322, 322)에 감합함으로써, 화살표 Y로 표시하는 방향으로 이동 가능하게 구성된다. 도시한 실시형태에서의 척테이블 기구(3)는, 제2 슬라이딩 블록(33)을 제1 슬라이딩 블록(32)에 설치된 한 쌍의 안내 레일(322, 322)을 따라서 화살표 Y로 표시하는 방향으로 이동시키기 위한 제1 인덱싱 이송 수단(38)을 구비한다. 제1 인덱싱 이송 수단(38)은 이 한 쌍의 안내 레일(322, 322) 사이에 평행하게 배치된 수나사 로드(381)와, 이 수나사 로드(381)를 회전 구동시키기 위한 펄스 모터(382) 등의 구동원을 포함한다. 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 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 구동시킴으로써, 제2 슬라이딩 블록(33)은 안내 레일(322, 322)을 따라서 화살표 Y로 표시하는 인덱싱 이송 방향으로 이동한다.

상기 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)는 정지 베이스(2) 상에 화살표 Y로 표시하는 방향을 따라서 평행하게 배치된 한 쌍의 안내 레일(41, 41)과, 이 안내 레일(41, 41) 상에 화살표 Y로 표시하는 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, 이 이동 지지부(421)에 부착된 장착부(422)를 포함한다. 장착부(422)는 일측면에 화살표 Z로 표시하는 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 화살표 Y로 표시하는 방향으로 이동시키기 위한 제2 인덱싱 이송 수단(43)을 구비한다. 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 구동시키기 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 구동시킴으로써, 가동 지지 베이스(42)는 안내 레일(41, 41)을 따라서 화살표 Y로 표시하는 인덱싱 이송 방향으로 이동한다.

도시한 실시형태에서의 레이저 광선 조사 유닛(5)은 유닛 홀더(51)와, 이 유닛 홀더(51)에 부착된 레이저 광선 조사 수단(6)을 구비한다. 유닛 홀더(51)는 상기 장착부(422)에 설치된 한 쌍의 안내 레일(423, 423)에 슬라이딩 가능하게 감합하는 한 쌍의 피안내홈(511, 511)이 형성되어 있고, 이 피안내홈(511, 511)을 상기 안내 레일(423, 423)에 감합함으로써, 화살표 Z로 표시하는 방향으로 이동 가능하게 지지된다.

도시한 실시형태에서의 레이저 광선 조사 유닛(5)은 유닛 홀더(51)를 한 쌍의 안내 레일(423, 423)을 따라서 화살표 Z로 표시하는 방향으로 이동시키기 위한 집광점 위치 조정 수단(53)을 구비한다. 집광점 위치 조정 수단(53)은 한 쌍의 안내 레일(423, 423) 사이에 배치된 수나사 로드(도시하지 않음)와, 상기 수나사 로드를 회전 구동시키기 위한 펄스 모터(532) 등의 구동원을 포함하고, 펄스 모터(532)에 의해 도시하지 않은 수나사 로드를 정회전 또는 역회전 구동시킴으로써, 유닛 홀더(51) 및 레이저 광선 조사 수단(6)을 한 쌍의 안내 레일(423, 423)을 따라서 화살표 Z로 표시하는 방향으로 이동시킨다. 또한, 도시한 실시형태에서는, 펄스 모터(532)를 정회전 구동시킴으로써 레이저 광선 조사 수단(6)을 위쪽으로 이동시키고, 펄스 모터(532)를 역회전 구동시킴으로써 레이저 광선 조사 수단(6)을 아래쪽으로 이동시키도록 되어 있다.

도시한 실시형태에서의 레이저 광선 조사 수단(6)은 상기 유닛 홀더(51)에 고정되어 실질적으로 수평으로 연장되는 원통 형상의 케이싱(61)을 포함한다. 이 레이저 광선 조사 수단(6)에 관해, 도 2를 참조하여 설명한다.

도 2에 나타내는 레이저 광선 조사 수단(6)은 케이싱(61) 내에 배치된 펄스 레이저 광선 발진기(62)와, 이 펄스 레이저 광선 발진기(62)가 발진하는 펄스 레이저 광선의 출력을 조정하는 출력 조정 수단(63)과, 이 출력 조정 수단(63)에 의해 출력이 조정된 펄스 레이저 광선을 집광하여 척테이블(36)에 유지된 피가공물(W)에 조사시키는 집광기(64)를 포함한다. 펄스 레이저 광선 발진기(62)는 피가공물에 대하여 투과성을 갖는 파장(예컨대 1064 ㎚)의 펄스 레이저 광선(LB)을 발진시킨다.

레이저 광선 조사 수단(6)을 구성하는 집광기(64)는 펄스 레이저 광선 발진기(62)로부터 발진된 펄스 레이저 광선을 도 2에서 아래쪽, 즉 척테이블(36)을 향해서 방향 변환하는 방향 변환 미러(641)와, 이 방향 변환 미러(641)에 의해 방향 변환되는 펄스 레이저 광선의 광축 상에 배치된 복굴절 렌즈(642) 및 대물 집광 렌즈(643)를 포함한다. 복굴절 렌즈(642)는 LASF35 유리체(642a)와, YVO4 결정체(642b)에 의해 구성되어 있고, 방향 변환 미러(641)에 의해 방향 변환되는 펄스 레이저 광선을 상광(常光)과 이상광(異常光)으로 분리한다. 대물 집광 렌즈(643)는 복굴절 렌즈(642)에 의해 분리된 상광과 이상광을 각각 집광시킨다.

도 2를 참조하여 설명을 계속하면, 도시한 실시형태에서의 레이저 광선 조사 수단(6)은 상기 출력 조정 수단(63)과 집광기(64) 사이에 배치된 1/2 파장판(65)과, 이 1/2 파장판(65)을 통과하는 펄스 레이저 광선(LB)의 편광각을 조정하는 편광각 조정 수단(66)을 구비한다. 1/2 파장판(65)은 편광면을 회동시킴으로써 펄스 레이저 광선(LB)의 YVO4 결정체(642b)의 광학축에 대한 입사각을 바꿀 수 있다. 펄스 레이저 광선(LB)의 YVO4 결정체(642b)의 광학축에 대한 입사각을 45도로 함으로써, 복굴절 렌즈(642)에 의해 분리되는 상광(LB1)과 이상광(LB2)의 비율을 각각 50%로 할 수 있다. 또, 펄스 레이저 광선(LB)의 YVO4 결정체(642b)의 광학축에 대한 입사각을 90도로 함으로써, 복굴절 렌즈(642)에 의해 분리되는 상광(LB1)을 100%로, 이상광(LB2)을 0%로 할 수 있다. 또한, 1/2 파장판(65)은 도시한 실시형태에서는 외측 둘레에 톱니바퀴가 형성된 회전 프레임(650)에 장착되어 있다.

상기 편광각 조정 수단(66)은, 도시한 실시형태에서는 펄스 모터(661)와 이 펄스 모터(661)의 구동축에 장착되어 상기 회전 프레임(650)의 외측 둘레에 형성된 톱니바퀴와 맞물리는 구동 톱니바퀴(662)를 포함하며, 펄스 모터(661)를 작동시킴으로써 1/2 파장판(65)을 광축을 중심으로 하여 회동시키도록 되어 있다. 이와 같이 구성된 편광각 조정 수단(66)을 작동하여 복굴절 렌즈(642)에 의해 분리되는 상광(LB1)과 이상광(LB2)의 비율을 각각 50%로 하면, 도 3의 (a)에 도시하는 바와 같이 복굴절 렌즈(642)는 상광(LB1)에 관해서는 굴절시키지 않고 그대로 통과시키고, 이상광(LB2)에 관해서는 YVO4 결정체(642b)에 의해 외측으로 굴절시킨다. 그 결과, 대물 집광 렌즈(643)는 상광(LB1)과 이상광(LB2)을 집광하여 척테이블(36)에 유지된 피가공물(W)의 두께 방향으로 변위된 2개의 집광점(Pa, Pb)에 집광시킨다. 한편, 편광각 조정 수단(66)을 작동하여 복굴절 렌즈(642)에 의해 분리되는 상광(LB1)을 100%로, 이상광(LB2)을 0%로 하면, 도 3의 (b)에 도시하는 바와 같이 복굴절 렌즈(642)는 상광(LB1)만이 복굴절 렌즈(642)를 그대로 통과하기 때문에, 대물 집광 렌즈(643)는 상광(LB1)만을 집광하여 척테이블(36)에 유지된 피가공물(W)에 대하여 집광점(Pa)에 집광시킨다.

도 1로 되돌아가 설명을 계속하면, 상기 레이저 광선 조사 수단(6)을 구성하는 케이싱(61)의 전단부에는, 상기 레이저 광선 조사 수단(6)에 의해 레이저 가공해야 할 가공 영역을 검출하는 촬상 수단(7)이 배치되어 있다. 이 촬상 수단(7)은, 도시한 실시형태에서는 가시광선에 의해 촬상하는 통상의 촬상 소자(CCD) 외에, 피가공물에 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 있으며, 촬상된 화상 신호를 도시하지 않은 제어 수단으로 보낸다.

도시한 실시형태에서의 레이저 가공 장치는, 도 4에 나타내는 제어 수단(8)을 구비한다. 제어 수단(8)은 컴퓨터에 의해 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 리드 및 라이트 가능한 랜덤 액세스 메모리(RAM)(83)와, 입력 인터페이스(84) 및 출력 인터페이스(85)를 구비한다. 제어 수단(8)의 입력 인터페이스(84)에는, 촬상 수단(7)이나 입력 수단(80) 등으로부터의 검출 신호가 입력된다. 그리고, 제어 수단(8)의 출력 인터페이스(85)로부터는, 상기 펄스 모터(372), 펄스 모터(382), 펄스 모터(432), 펄스 모터(532), 펄스 레이저 광선 발진기(62), 출력 조정 수단(63), 편광각 조정 수단(66) 등에 제어 신호를 출력한다.

도시한 실시형태에서의 레이저 가공 장치는 이상과 같이 구성되어 있고, 이하 그 작용에 관해 설명한다.

도 5의 (a) 및 (b)에는, 상기 레이저 가공 장치에 의해 가공되는 피가공물인 웨이퍼로서의 광디바이스 웨이퍼의 사시도 및 주요부를 확대하여 나타내는 단면도가 나타나 있다. 도 5의 (a) 및 (b)에 나타내는 광디바이스 웨이퍼(10)는, 예컨대 두께 150 ㎛의 사파이어 기판(100)의 표면(100a)에 n형 질화물 반도체층(111) 및 p형 질화물 반도체층(112)으로 이루어진 광디바이스층(에피택셜층)(110)이 예컨대 10 ㎛의 두께로 적층되어 있다. 그리고, 광디바이스층(에피택셜층)(110)이 격자형으로 형성된 복수의 스트리트(120)에 의해 구획된 복수의 영역에 발광 다이오드, 레이저 다이오드 등의 광디바이스(130)가 형성되어 있다. 이하, 이 광디바이스 웨이퍼(10)의 내부에 스트리트(120)를 따라서 개질층을 3층 형성하는 방법에 관해 설명한다. 또한, 개질층을 3층 형성하는 경우에는, 입력 수단(80)으로부터 형성할 개질층이 3층인 것을 제어 수단(8)에 입력한다.

우선, 광디바이스 웨이퍼(10)를 구성하는 사파이어 기판(100)의 표면(100a)에 형성된 광디바이스(130)를 보호하기 위해, 광디바이스 웨이퍼(10)를 구성하는 광디바이스층(에피택셜층)(110)의 표면(110a)에 보호 부재를 접착하는 보호 부재 접착 공정을 실시한다. 즉, 도 6에 도시하는 바와 같이 광디바이스 웨이퍼(10)를 구성하는 광디바이스층(에피택셜층)(110)의 표면(110a)에 보호 부재로서의 보호 테이프(T)를 접착한다. 또한, 보호 테이프(T)는 도시한 실시형태에서는 두께 100 ㎛의 폴리염화비닐(PVC)로 이루어진 시트 기재의 표면에 아크릴 수지계의 풀이 두께 5 ㎛ 정도 도포되어 있다.

전술한 보호 부재 접착 공정을 실시했다면, 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치의 척테이블(36) 상에 광디바이스 웨이퍼(10)의 보호 테이프(T)측을 배치하고, 이 척테이블(36) 상에 광디바이스 웨이퍼(10)를 흡착 유지한다(웨이퍼 유지 공정). 따라서, 척테이블(36) 상에 유지된 광디바이스 웨이퍼(10)는 사파이어 기판(100)의 이면(100b)이 상측이 된다.

전술한 바와 같이 광디바이스 웨이퍼(10)를 흡인 유지한 척테이블(36)은 가공 이송 수단(37)에 의해 촬상 수단(7)의 바로 아래에 위치하게 된다. 척테이블(36)이 촬상 수단(7)의 바로 아래에 위치하게 되면, 촬상 수단(7) 및 도시하지 않은 제어 수단에 의해 광디바이스 웨이퍼(10)의 레이저 가공해야 할 가공 영역을 검출하는 얼라인먼트 작업을 실행한다. 즉, 촬상 수단(7) 및 도시하지 않은 제어 수단은, 광디바이스 웨이퍼(10)의 정해진 방향으로 형성되어 있는 스트리트(120)와, 스트리트(120)를 따라서 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단(6)의 집광기(64)와의 위치 맞춤을 행하기 위한 패턴 매칭 등의 화상 처리를 실행하여, 레이저 광선 조사 위치의 얼라인먼트를 수행한다. 또, 광디바이스 웨이퍼(10)에 형성되어 있는 상기 정해진 방향에 대하여 직교하는 방향으로 연장되는 스트리트(120)에 대해서도, 마찬가지로 레이저 광선 조사 위치의 얼라인먼트가 수행된다. 이 때, 광디바이스 웨이퍼(10)의 스트리트(120)가 형성되어 있는 표면(110a)은 하측에 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, 광디바이스 웨이퍼(10)를 구성하는 사파이어 기판(100)의 이면(100b)으로부터 투과하여 스트리트(120)를 촬상할 수 있다. 또한, 광디바이스 웨이퍼(10)를 구성하는 사파이어 웨이퍼는 가시광을 투과하기 때문에, 반드시 적외선 CCD를 이용할 필요는 없다.

이상과 같이 하여 척테이블(36) 상에 유지된 광디바이스 웨이퍼(10)에 형성되어 있는 스트리트(120)를 검출하여, 레이저 광선 조사 위치의 얼라인먼트가 행해졌다면, 도 7의 (a)에 도시하는 바와 같이 척테이블(36)을 레이저 광선 조사 수단(6)의 집광기(64)가 위치하는 레이저 광선 조사 영역으로 이동시켜, 정해진 스트리트(120)를 집광기(64)의 바로 아래에 위치시킨다. 또한, 제어 수단(8)은 편광각 조정 수단(66)을 작동하여 복굴절 렌즈(642)에 의해 분리되는 상광(LB1)과 이상광(LB2)의 비율을 각각 50%로 한다. 그리고, 집광기(64)로부터 조사되는 펄스 레이저 광선의 집광점(Pa, Pb)을 광디바이스 웨이퍼(10)를 구성하는 사파이어 기판(100)의 내부에 위치시킨다.

다음으로, 레이저 광선 조사 수단(6)을 작동하여 집광기(64)로부터 펄스 레이저 광선을 조사하고, 가공 이송 수단(37)을 작동하여 척테이블(36)을, 도 7의 (a)에서 화살표 X1로 표시하는 방향으로 정해진 가공 이송 속도로 이동시킨다(제1 개질층 형성 공정). 그리고, 도 7의 (b)에 도시하는 바와 같이 집광기(64)의 조사 위치가 스트리트(120)의 타단[도 7의 (b)에서 우단]에 도달하면, 펄스 레이저 광선의 조사를 정지하고, 척테이블(36)의 이동을 정지한다. 그 결과, 광디바이스 웨이퍼(10)를 구성하는 사파이어 기판(100)의 내부에는, 도 7의 (b)에 도시하는 바와 같이 정해진 스트리트(120)를 따라서 두께 T1 및 T2를 갖는 2개의 개질층(W1 및 W2)이 동시에 형성된다.

또한, 상기 제1 개질층 형성 공정의 가공 조건은, 예컨대 다음과 같이 설정되었다.

파장 : 1064 ㎚

출력 : 0.3 W

반복 주파수 : 100 kHz

집광 스폿 직경 : φ1 ㎛

스폿 개수 : 2개

가공 이송 속도 : 400 ㎜/초

전술한 바와 같이, 광디바이스 웨이퍼(10)의 정해진 방향으로 형성된 모든 스트리트(120)를 따라서 상기 제1 개질층 형성 공정을 실시했다면, 광디바이스 웨이퍼(10)를 유지한 척테이블(36)을 90도 회동시킨 위치에 위치시킨다. 그리고, 광디바이스 웨이퍼(10)의 상기 정해진 방향과 직교하는 방향으로 형성된 모든 스트리트(120)를 따라서 상기 제1 개질층 형성 공정을 실시한다.

다음으로, 광디바이스 웨이퍼(10)의 스트리트(120)를 따라서 형성된 2개의 개질층(W1 및 W2)의 상측에, 3층째의 개질층을 형성하는 방법에 관해 도 8을 참조하여 설명한다.

3층째의 개질층을 형성하기 위해서는, 제어 수단(8)은 편광각 조정 수단(66)을 작동하여 복굴절 렌즈(642)에 의해 분리되는 상광(LB1)을 100%로, 이상광(LB2)을 0%로 하고, 출력 조정 수단(63)을 제어하여 펄스 레이저 광선 발진기(62)로부터 발진된 펄스 레이저 광선(LB)의 출력을 상기 제1 개질층 형성 공정에서의 출력의 1/2로 설정한다. 다음으로, 도 8의 (a)에 도시하는 바와 같이 척테이블(36)을 레이저 광선 조사 수단(6)의 집광기(64)가 위치하는 레이저 광선 조사 영역으로 이동시켜, 정해진 스트리트(120)를 집광기(64)의 바로 아래에 위치시킨다. 그리고, 집광기(64)로부터 조사되는 펄스 레이저 광선의 집광점(Pa)을 광디바이스 웨이퍼(10)를 구성하는 사파이어 기판(100)의 내부에서의 상기 2개의 개질층(W1 및 W2)의 상측에 위치시킨다. 다음으로, 레이저 광선 조사 수단(6)을 작동하여 집광기(64)로부터 펄스 레이저 광선을 조사하고, 가공 이송 수단(37)을 작동하여 척테이블(36)을, 도 8의 (a)에서 화살표 X1로 표시하는 방향으로 정해진 가공 이송 속도로 이동시킨다(제2 개질층 형성 공정). 그리고, 도 8의 (b)에 도시하는 바와 같이 집광기(64)의 조사 위치가 스트리트(120)의 타단[도 8의 (b)에서 우단]에 도달하면, 펄스 레이저 광선의 조사를 정지하고, 척테이블(36)의 이동을 정지한다. 그 결과, 광디바이스 웨이퍼(10)를 구성하는 사파이어 기판(100)의 내부에는, 도 8의 (b)에 도시하는 바와 같이 정해진 스트리트(120)를 따라서 두께 T1 및 T2를 갖는 2개의 개질층(W1 및 W2)의 상측에 두께 T3의 개질층(W3)이 형성된다. 이와 같이, 제2 개질층 형성 공정에서는, 편광각 조정 수단(66)을 작동하여 복굴절 렌즈(642)에 의해 분리되는 상광(LB1)을 100%로, 이상광(LB2)을 0%로 함으로써, 1개의 집광점(Pa)을 광디바이스 웨이퍼(10)를 구성하는 사파이어 기판(100)의 내부에서의 상기 2개의 개질층(W1 및 W2)의 상측에 위치시켜 개질층 형성 공정을 실시하기 때문에, 남아 있는 집광점이 광디바이스 웨이퍼(10)의 상면에서 어블레이션을 야기하지는 않는다.

또한, 상기 제2 개질층 형성 공정의 가공 조건은, 예컨대 다음과 같이 설정되었다.

파장 : 1064 ㎚

출력 : 0.15 W

반복 주파수 : 100 kHz

집광 스폿 직경 : φ1 ㎛

스폿 개수 : 1개

가공 이송 속도 : 400 ㎜/초

전술한 바와 같이, 광디바이스 웨이퍼(10)의 정해진 방향으로 형성된 모든 스트리트(120)를 따라서 상기 제2 개질층 형성 공정을 실시했다면, 광디바이스 웨이퍼(10)를 유지한 척테이블(36)을 90도 회동시킨 위치에 위치시킨다. 그리고, 광디바이스 웨이퍼(10)의 상기 정해진 방향과 직교하는 방향으로 형성된 모든 스트리트(120)를 따라서 상기 제2 개질층 형성 공정을 실시한다.

이상과 같이 하여, 제2 개질층 형성 공정이 모든 스트리트(120)를 따라서 실시된 광디바이스 웨이퍼(10)는, 3층의 개질층(W1, W2, W3)이 형성된 스트리트(120)를 따라서 파단하는 웨이퍼 분할 공정에 반송된다.

또한, 전술한 실시형태에서는, 광디바이스 웨이퍼(10)에 형성된 모든 스트리트(120)를 따라서 상기 제1 개질층 형성 공정을 실시하여 개질층(W1 및 W2)을 형성한 후에, 상기 제2 개질층 형성 공정을 실시하여 개질층(W3)을 형성하는 예에 관해 설명했지만, 1개의 스트리트(120)를 따라서 상기 제1 개질층 형성 공정과 상기 제2 개질층 형성 공정을 연속하여 실시하여, 개질층(W1 및 W2)과 개질층(W3)을 연속하여 형성해도 좋다.

2: 정지 베이스 3: 척테이블 기구
36: 척테이블 37: 가공 이송 수단
38: 제1 인덱싱 이송 수단 4: 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구
42: 가동 지지 베이스 43: 제2 인덱싱 이송 수단
5: 레이저 광선 조사 유닛 53: 집광점 위치 조정 수단
6: 레이저 광선 조사 수단 62: 펄스 레이저 광선 발진기
63: 출력 조정 수단 64: 집광기
641: 방향 변환 미러 642: 복굴절 렌즈
643: 대물 집광 렌즈 65: 1/2 파장판
66: 편광각 조정 수단 8: 제어 수단
10: 광디바이스 웨이퍼

Claims

피가공물을 유지하는 척테이블과, 상기 척테이블에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단과, 상기 척테이블과 상기 레이저 광선 조사 수단을 상대적으로 가공 이송하는 가공 이송 수단을 구비하는 레이저 가공 장치에 있어서,
상기 레이저 광선 조사 수단은, 레이저 광선을 발진시키는 레이저 광선 발진기와, 상기 레이저 광선 발진기가 발진하는 레이저 광선의 출력을 조정하는 출력 조정 수단과, 상기 출력 조정 수단에 의해 조정된 레이저 광선을 집광하여 상기 척테이블에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하는 집광기와, 상기 출력 조정 수단과 상기 집광기 사이에 배치된 1/2 파장판과, 상기 1/2 파장판을 통과하는 레이저 광선의 편광각을 조정하는 편광각 조정 수단과, 상기 편광각 조정 수단을 제어하는 제어 수단을 구비하고,
상기 집광기는 복굴절 렌즈와 대물 집광 렌즈를 구비하며,
상기 제어 수단은, 상기 편광각 조정 수단을 제어하여 상기 1/2 파장판을 통과하는 레이저 광선의 편광각을 조정하고, 상기 복굴절 렌즈를 통해 상기 대물 집광 렌즈에 의해 집광되는 레이저 광선의 집광점을 2개의 형태와 1개의 형태로 적절하게 변경하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
제1항에 있어서, 상기 제어 수단은, 상기 복굴절 렌즈를 통해 상기 대물 집광 렌즈에 의해 집광되는 레이저 광선의 집광점을 1개의 형태가 되도록 상기 편광각 조정 수단을 제어했을 때에는, 복굴절 렌즈에 입광하는 레이저 광선의 출력이 상기 복굴절 렌즈를 통해 상기 대물 집광 렌즈에 의해 집광되는 레이저 광선의 집광점을 2개의 형태가 되도록 상기 편광각 조정 수단을 제어했을 때의 레이저 광선의 출력의 1/2이 되도록 상기 출력 조정 수단을 제어하는 것인 레이저 가공 장치.