KR20160040097A - 레이저 가공 장치 - Google Patents

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KR20160040097A
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게이지 노마루
마사토시 나유키
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가부시기가이샤 디스코
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Abstract

본 발명은 어블레이션 가공을 효율적으로 실시할 수 있는 레이저 가공 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
레이저 가공 장치로서, 펄스 레이저 발진기와 집광기 사이에 배치되어 펄스 레이저 발진기로부터 발진된 펄스 레이저 광선의 광로를 요동하여 집광기로 유도하는 광로 요동 수단을 포함한다. 광로 요동 수단은, 집광기측에 배치되어 펄스 레이저 발진기로부터 발진된 펄스 레이저 광선을 스캔하여 집광기로 유도하는 폴리곤 스캐너와, 폴리곤 스캐너의 펄스 레이저 발진기측에 배치되어 펄스 레이저 발진기로부터 발진된 펄스 레이저 광선의 광로의 방향을 변경하여 폴리곤 스캐너로 유도하는 음향 광학 편향 유닛을 포함한다.

Description

레이저 가공 장치{LASER MACHINING APPARATUS}
본 발명은 피가공물 유지 수단에 유지된 반도체 웨이퍼 등의 피가공물에 레이저 가공을 실시하는 레이저 가공 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스 제조 프로세스에 있어서는, 대략 원판 형상인 반도체 웨이퍼의 표면에 격자형으로 배열된 분할 예정 라인에 의해 복수의 영역이 구획되고, 이 구획된 영역에 IC, LSI 등의 디바이스를 형성한다. 그리고, 반도체 웨이퍼를 스트리트(분할 예정 라인)를 따라 절단함으로써 디바이스가 형성된 영역을 분할하여 개개의 반도체 디바이스를 제조하고 있다.
최근에 와서는, IC, LSI 등의 반도체 칩의 처리 능력을 향상시키기 위해서, 실리콘 등의 기판의 표면에 SiOF, BSG(SiOB) 등의 무기물계의 막이나 폴리이미드계, 파릴렌계 등의 폴리머막인 유기물계의 막으로 이루어지는 저유전율 절연체 피막(Low-k막)이 적층된 기능층에 의해 반도체 디바이스를 형성한 형태의 반도체 웨이퍼가 실용화되어 있다.
이러한 반도체 웨이퍼의 스트리트를 따른 분할은, 통상, 다이싱 소라고 불리고 있는 절삭 장치에 의해 행해지고 있다. 이 절삭 장치는, 피가공물인 반도체 웨이퍼를 유지하는 척 테이블과, 이 척 테이블에 유지된 반도체 웨이퍼를 절삭하기 위한 절삭 수단과, 척 테이블과 절삭 수단을 상대적으로 이동시키는 이동 수단을 구비하고 있다. 절삭 수단은, 고속 회전되는 회전 스핀들과 이 스핀들에 장착된 절삭 블레이드를 포함하고 있다. 절삭 블레이드는 원반형의 베이스와 이 베이스의 측면 외주부에 장착된 환형의 절삭날로 이루어져 있고, 절삭날은 예컨대 입자 직경 3 ㎛ 정도의 다이아몬드 지립을 전기 주조에 의해 고정하여 형성되어 있다.
그런데, 전술한 Low-k막은, 절삭 블레이드에 의해 절삭하는 것이 곤란하다. 즉, Low-k막은 운모와 같이 매우 약하기 때문에, 절삭 블레이드에 의해 분할 예정 라인을 따라 절삭하면, Low-k막이 박리되고, 이 박리가 회로에까지 이르러 디바이스에 치명적인 손상을 준다고 하는 문제가 있다.
상기 문제를 해소하기 위해서, 반도체 웨이퍼에 형성된 분할 예정 라인의 폭 방향에 있어서의 양측에 분할 예정 라인을 따라 레이저 광선을 조사해서, 분할 예정 라인을 따라 2줄의 레이저 가공홈을 형성하여 Low-k막으로 이루어지는 적층체를 분단하고, 이 2줄의 레이저 가공홈 사이에 절삭 블레이드를 위치시켜 절삭 블레이드와 반도체 웨이퍼를 상대 이동시킴으로써, 반도체 웨이퍼를 분할 예정 라인을 따라 절단하는 웨이퍼의 분할 방법이 하기 특허문헌 1에 개시되어 있다.
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2005-64231호 공보
그러나, 레이저 광선을 분할 예정 라인을 따라 조사해서 어블레이션(ablation) 가공함으로써 Low-k막으로 이루어지는 적층체를 제거하여 레이저 가공홈을 형성하면, 적층체의 비산한 용융물이 레이저 가공홈으로 되돌아가 메우며, 충분한 폭의 레이저 가공홈을 형성하기 위해서는 레이저 광선을 분할 예정 라인을 따라 복수 회 조사하지 않으면 안 되어 생산성이 나쁘다고 하는 문제가 있다.
또한, 웨이퍼에 대해 흡수성을 갖는 파장의 레이저 광선을 분할 예정 라인을 따라 조사해서 어블레이션 가공함으로써 분할홈을 형성하여 웨이퍼를 개개의 디바이스 칩으로 분할하는 기술에 있어서도 용융물이 분할홈으로 되돌아가 메우며, 분할에 필요한 분할홈을 형성하기 위해서는 레이저 광선을 분할 예정 라인을 따라 복수 회 조사하지 않으면 안 되어 생산성이 나쁘다고 하는 문제가 있다.
본 발명은 상기 사실을 감안하여 이루어진 것으로, 그 주된 기술 과제는, 어블레이션 가공을 효율적으로 실시할 수 있는 레이저 가공 장치를 제공하는 것이다.
상기 주된 기술 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 의하면, 레이저 가공 장치로서, 피가공물을 유지하는 척 테이블과, 척 테이블에 유지된 피가공물을 레이저 가공하는 레이저 광선 조사 수단과, 척 테이블과 상기 레이저 광선 조사 수단을 상대적으로 이동시키는 이동 수단을 구비하고, 상기 레이저 광선 조사 수단은, 펄스 레이저 광선을 발진하는 펄스 레이저 발진기와, 이 펄스 레이저 발진기로부터 발진된 레이저 광선을 집광하여 척 테이블에 유지된 피가공물에 조사하는 집광기와, 상기 펄스 레이저 발진기와 상기 집광기 사이에 배치되어 상기 펄스 레이저 발진기로부터 발진된 펄스 레이저 광선의 광로를 요동하여 상기 집광기로 유도하는 광로 요동 수단을 구비하며, 상기 광로 요동 수단은, 상기 집광기측에 배치되어 상기 펄스 레이저 발진기로부터 발진된 펄스 레이저 광선을 스캔하여 상기 집광기로 유도하는 폴리곤 스캐너와, 이 폴리곤 스캐너의 상기 펄스 레이저 발진기측에 배치되어 상기 펄스 레이저 발진기로부터 발진된 펄스 레이저 광선의 광로의 방향을 변경하여 상기 폴리곤 스캐너로 유도하는 음향 광학 편향 수단에 의해 구성되고, 상기 음향 광학 편향 수단에 의한 광로의 방향 변경과 상기 폴리곤 스캐너에 의한 광로의 방향 변경에 의해 복합적으로 펄스 레이저 광선의 광로를 요동하여 척 테이블에 유지된 피가공물에 조사하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치가 제공된다.
바람직하게는, 상기 음향 광학 편향 수단은, 펄스 레이저 광선의 광로를 X축 방향으로 변경하는 제1 음향 광학 편향 수단과 X축 방향과 직교하는 Y축 방향으로 변경하는 제2 음향 광학 편향 수단으로 구성된다.
본 발명의 레이저 가공 장치에 의하면, 음향 광학 편향 수단에 의한 광로의 방향 변경과 폴리곤 스캐너에 의한 광로의 방향 변경에 의해 복합적으로 펄스 레이저 광선의 광로를 요동하여 척 테이블에 유지된 피가공물에 조사하기 때문에, 펄스 레이저 광선이 중복하여 어블레이션 가공하므로, 용융물의 되메움을 방지하여 Low-k막이나 기판 등에 효율적으로 레이저 가공홈을 형성할 수 있다.
또한, 음향 광학 편향 수단에 의해 펄스 레이저 광선의 광로를 Y축 방향으로 요동하고, 폴리곤 스캐너에 의해 펄스 레이저 광선의 광로를 X축 방향으로 요동함으로써, Low-k막이나 기판 등에 원하는 폭의 레이저 가공홈을 형성할 수 있다.
또한, 폴리곤 스캐너에 의해 펄스 레이저 광선의 광로를 X축 방향으로 요동하고, 음향 광학 편향 수단에 의해 펄스 레이저 광선의 광로를 X축 방향으로 요동함으로써, 펄스 간격이 큰 성긴 영역과, 펄스 간격이 작아 집중적으로 조사하는 조밀한 영역을 형성할 수 있고, 예컨대 동일한 개소에 펄스 레이저 광선을 집중하여 조사함으로써 구멍 가공도 가능해진다.
한편, 폴리곤 스캐너의 회전 속도를 변경함으로써 펄스 레이저 광선의 조사 형태를 조정하는 것은 가능하지만, 관성력의 영향으로 순식간에 펄스 레이저 광선의 조사 형태를 조정하는 것은 곤란하다. 그런데, 본 발명에 의한 레이저 가공 장치에 있어서는, 폴리곤 스캐너의 회전 속도를 일정하게 하고 음향 광학 편향 수단에 의해 펄스 레이저 광선의 광로를 변경함으로써 순식간에 펄스 레이저 광선의 조사 형태를 조정하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명에 따라 구성된 레이저 가공 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 레이저 가공 장치에 장비되는 레이저 광선 조사 수단의 블록 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시한 레이저 광선 조사 수단의 주요부 평면도이다.
도 4는 도 2에 도시한 레이저 광선 조사 수단의 펄스 레이저 발진기로부터 발진된 펄스 레이저 광선을 Y축 방향으로 요동했을 때의 피가공물에 조사되는 펄스의 상태를 도시한 설명도이다.
도 5는 도 2에 도시한 레이저 광선 조사 수단의 펄스 레이저 발진기로부터 발진된 펄스 레이저 광선을 X축 방향으로 요동했을 때의 피가공물에 조사되는 펄스의 상태를 도시한 설명도이다.
이하, 본 발명에 따라 구성된 레이저 가공 장치의 적합한 실시형태에 대해, 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1에는, 본 발명에 따라 구성된 레이저 가공 장치(1)의 사시도가 도시되어 있다. 도 1에 도시한 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, 베이스(2) 상에 배치된 레이저 광선 조사 수단으로서의 레이저 광선 조사 유닛(4)을 구비하고 있다.
상기 척 테이블 기구(3)는, 정지 베이스(2) 상에 X축 방향을 따라 평행하게 배치된 한 쌍의 안내 레일(31, 31)과, 이 안내 레일(31, 31) 상에 X축 방향으로 이동 가능하게 배치된 제1 슬라이딩 블록(32)과, 이 제1 슬라이딩 블록(32) 상에 X축 방향과 직교하는 화살표 Y로 나타내는 Y축 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 척 테이블(36)을 구비하고 있다. 이 척 테이블(36)은 다공성 재료로 형성된 흡착 척(361)을 구비하고 있고, 흡착 척(361)의 상면인 유지면 상에 피가공물인 예컨대 원형 형상의 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 회전시켜진다. 한편, 척 테이블(36)에는, 반도체 웨이퍼 등의 피가공물을 보호 테이프를 통해 지지하는 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 감합(嵌合)되는 한 쌍의 피안내홈(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, 피안내홈(321, 321)이 한 쌍의 안내 레일(31, 31)에 감합됨으로써, 한 쌍의 안내 레일(31, 31)을 따라 X축 방향으로 이동 가능하게 구성된다. 척 테이블 기구(3)는, 제1 슬라이딩 블록(32)을 한 쌍의 안내 레일(31, 31)을 따라 X축 방향으로 이동시키기 위한 X축 방향 이동 수단(37)을 구비하고 있다. X축 방향 이동 수단(37)은, 상기 한 쌍의 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 연결되어 있다. 한편, 수나사 로드(371)는, 제1 슬라이딩 블록(32)의 중앙부 하면에 돌출되어 형성된 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 슬라이딩 블록(32)은 안내 레일(31, 31)을 따라 X축 방향으로 이동시켜진다.
상기 제2 슬라이딩 블록(33)은, 그 하면에 상기 제1 슬라이딩 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. 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 Y축 방향 이동 수단(38)을 구비하고 있다. Y축 방향 이동 수단(38)은, 상기 한 쌍의 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 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. 한편, 수나사 로드(381)는, 제2 슬라이딩 블록(33)의 중앙부 하면에 돌출되어 형성된 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 슬라이딩 블록(33)은 안내 레일(322, 322)을 따라 Y축 방향으로 이동시켜진다.
상기 레이저 광선 조사 유닛(4)은, 상기 베이스(2) 상에 배치된 지지 부재(41)와, 이 지지 부재(41)에 의해 지지되어 실질적으로 수평으로 연장되는 케이싱(42)과, 이 케이싱(42)에 배치된 레이저 광선 조사 수단(5)과, 케이싱(42)의 전단부에 배치되어 레이저 가공해야 할 가공 영역을 검출하는 촬상 수단(6)을 구비하고 있다. 한편, 촬상 수단(6)은, 피가공물을 조명하는 조명 수단과, 이 조명 수단에 의해 조명된 영역을 포착하는 광학계와, 이 광학계에 의해 포착된 상(像)을 촬상하는 촬상 소자(CCD) 등을 구비하고 있다.
상기 레이저 광선 조사 수단(5)에 대해, 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다.
레이저 광선 조사 수단(5)은, 펄스 레이저 발진기(51)와, 이 펄스 레이저 발진기(51)로부터 발진된 펄스 레이저 광선의 출력을 조정하는 출력 조정 수단(52)과, 이 출력 조정 수단(52)에 의해 출력이 조정된 펄스 레이저 광선을 집광하여 척 테이블(36)에 유지된 피가공물에 조사하는 집광기(53)와, 출력 조정 수단(52)과 집광기(53) 사이에 배치되어 펄스 레이저 발진기(51)로부터 발진되어 출력 조정 수단(52)에 의해 출력이 조정된 펄스 레이저 광선의 광로를 요동하여 집광기(53)로 유도하는 광로 요동 수단(54)을 구비하고 있다. 펄스 레이저 발진기(51)는, 본 실시형태에서는 파장이 355 ㎚인 펄스 레이저 광선(LB)을 발진한다. 상기 집광기(53)는, 상기 펄스 레이저 발진기(51)로부터 발진되어 출력 조정 수단(52)에 의해 출력이 조정된 펄스 레이저 광선을 집광하는 텔레센트릭 fθ 렌즈(531)를 구비하고 있다. 한편, 상기 펄스 레이저 발진기(51) 및 출력 조정 수단(52)은, 제어 수단(7)에 의해 제어된다.
상기 광로 요동 수단(54)은, 펄스 레이저 발진기(51)로부터 발진되어 출력 조정 수단(52)에 의해 출력이 조정된 펄스 레이저 광선(LB)의 광로를 방향 변경하는 제1 음향 광학 편향 수단(55) 및 제2 음향 광학 편향 수단(56)과, 이 제1 음향 광학 편향 수단(55) 및 제2 음향 광학 편향 수단(56)에 의해 광로가 방향 변경된 펄스 레이저 광선(LB)을 방향 변환하는 방향 변환 수단(57)과, 이 방향 변환 수단(57)에 의해 방향 변환된 펄스 레이저 광선(LB)을 스캔하여 상기 집광기(53)로 유도하는 폴리곤 스캐너(58)에 의해 구성되어 있다.
상기 제1 음향 광학 편향 수단(55)은, 펄스 레이저 광선(LB)의 광로를 폴리곤 스캐너(58)와 협력하여 X축 방향으로 방향 변경하는 제1 음향 광학 소자(551)와, 이 제1 음향 광학 소자(551)에 인가하는 RF(radio frequency)를 생성하는 제1 RF 발진기(552)와, 이 제1 RF 발진기(552)에 의해 생성된 RF의 파워를 증폭하여 제1 음향 광학 소자(551)에 인가하는 제1 RF 증폭기(553)와, 제1 RF 발진기(552)에 의해 생성되는 RF의 주파수를 조정하는 제1 편향 각도 조정 수단(554)을 구비하고 있다. 상기 제1 음향 광학 소자(551)는, 인가되는 RF의 주파수에 대응하여 레이저 광선의 광로를 방향 변경하는 각도를 조정할 수 있다. 전술한 제1 편향 각도 조정 수단(554)은, 제어 수단(7)에 의해 제어된다.
상기 제2 음향 광학 편향 수단(56)은, 상기 펄스 레이저 광선(LB)의 광로를 X축 방향과 직교하는 Y축 방향으로 방향 변경하는 제2 음향 광학 소자(561)와, 이 제2 음향 광학 소자(561)에 인가하는 RF를 생성하는 제2 RF 발진기(562)와, 이 제2 RF 발진기(562)에 의해 생성된 RF의 파워를 증폭하여 제2 음향 광학 소자(561)에 인가하는 제2 RF 증폭기(563)와, 제2 RF 발진기(562)에 의해 생성되는 RF의 주파수를 조정하는 제2 편향 각도 조정 수단(564)을 구비하고 있다. 상기 제2 음향 광학 소자(561)는, 인가되는 RF의 주파수에 대응하여 레이저 광선의 광로를 방향 변경하는 각도를 조정할 수 있다. 한편, 상기 제2 편향 각도 조정 수단(564)은, 제어 수단(7)에 의해 제어된다.
또한, 본 실시형태에서의 레이저 광선 조사 수단(5)은, 상기 제1 음향 광학 소자(551)에 소정 주파수의 RF가 인가되지 않는 경우에, 도 2에 있어서 파선으로 나타내는 바와 같이 제1 음향 광학 소자(551)에 의해 방향 변경된 레이저 광선을 흡수하기 위한 레이저 광선 흡수 수단(59)을 구비하고 있다.
상기 방향 변환 수단(57)은, 제1 방향 변환 미러(571)와 제2 방향 변환 미러(572)로 이루어지고, 상기 제1 음향 광학 편향 수단(55) 및 제2 음향 광학 편향 수단(56)에 의해 광로가 방향 변경된 펄스 레이저 광선(LB)을 방향 변환하여 폴리곤 스캐너(58)로 유도한다. 상기 폴리곤 스캐너(58)는, 폴리곤 미러(581)와 이 폴리곤 미러(581)를 도 2에 있어서 화살표 A로 나타내는 방향으로 회전시켜, 펄스 레이저 광선(LB)을 X축 방향으로 스캔하는 스캔 모터(582)로 이루어져 있다. 한편, 본 실시형태에서는, 폴리곤 미러(581)는, 정8각형 외주면에 8면의 반사면(581a)을 구비하고 있다. 이와 같이 구성된 폴리곤 스캐너(58)의 스캔 모터(582)는, 제어 수단(7)에 의해 제어된다.
레이저 가공 장치(1)는 이상과 같이 구성되어 있으며, 이하 상기 레이저 광선 조사 수단(5)에 의한 펄스 레이저 광선의 조사 형태에 대해 설명한다. 예컨대, 폴리곤 스캐너(58)를 구성하는 폴리곤 미러(581)의 회전 속도가 500회전/초라고 하면, 폴리곤 미러(581)는 8면의 반사면(581a)을 구비하고 있기 때문에, 1반사면당의 이동 시간은 1/4000초가 된다. 한편, 펄스 레이저 발진기(51)로부터 발진되는 펄스 레이저 광선(LB)의 반복 주파수가 40 ㎑라고 하면, 폴리곤 미러(581)의 1반사면당에 조사되는 펄스 레이저 광선(LB)은 10펄스가 된다.
도 2에 도시한 바와 같이 펄스 레이저 발진기(51)로부터 발진되어 출력 조정 수단(52)에 의해 출력이 조정된 펄스 레이저 광선(LB)은, 광로 요동 수단(54)으로 유도된다. 광로 요동 수단(54)으로 유도된 펄스 레이저 광선(LB)은, 제어 수단(7)에 의해 제어되는 제1 음향 광학 편향 수단(55)의 제1 편향 각도 조정 수단(554)에 의해 제1 음향 광학 소자(551)에 예컨대 10 V의 전압을 소정 시간 주기(본 실시형태에서는 1/4000초)로 인가한다. 이 결과, 도 2에 있어서 실선으로 나타내는 바와 같이 펄스 레이저 광선(LB)은, 방향 변환 수단(57)을 구성하는 제1 방향 변환 미러(571) 및 제2 방향 변환 미러(572)를 통해 폴리곤 스캐너(58)를 구성하는 폴리곤 미러(581)로 유도된다. 폴리곤 미러(581)는 화살표 A로 나타내는 방향으로 소정의 회전 속도(본 실시형태에서는 500회전/초)로 회전하고 있기 때문에, 펄스 레이저 광선(LB)의 10펄스(LB-1∼LB-10)를 X축 방향을 따라 텔레센트릭 fθ 렌즈(531)로 유도한다.
한편, 제어 수단(7)에 의해 제어되는 제2 음향 광학 편향 수단(56)의 제2 편향 각도 조정 수단(564)에 의해 제2 음향 광학 소자(561)에 예컨대 5 V∼15 V의 전압을 소정 시간 주기(본 실시형태에서는 1/4000초)로 인가하면, 도 3에 도시한 바와 같이 펄스 레이저 발진기(51)로부터 발진되어 출력 조정 수단(52)에 의해 출력이 조정된 펄스 레이저 광선(LB)은, 10펄스(LB-1∼LB-10)의 범위에서 Y축 방향으로 방향 변경되어 방향 변환 수단(57)을 통해 폴리곤 스캐너(58)를 구성하는 폴리곤 미러(581)로 유도된다. 이와 같이, 제2 음향 광학 소자(561)에 의해 방향 변경된 펄스 레이저 광선은, 제어 수단(7)에 의해 제어되는 제2 편향 각도 조정 수단(564)에 의해 제2 음향 광학 소자(561)에 인가되는 전압에 대응하여 Y축 방향으로 방향 변경시켜진다.
이상과 같이, 제1 음향 광학 편향 수단(55)의 제1 편향 각도 조정 수단(554)에 의해 제1 음향 광학 소자(551)에 소정 전압(본 실시형태에서는 10 V)을 인가하고, 제2 음향 광학 편향 수단(56)의 제2 편향 각도 조정 수단(564)에 의해 제2 음향 광학 소자(561)에 소정 범위의 전압(본 실시형태에서는 5 V∼15 V)을 인가하면, 펄스 레이저 발진기(51)로부터 발진되어 출력 조정 수단(52)에 의해 출력이 조정된 펄스 레이저 광선(LB)은, 방향 변환 수단(57), 폴리곤 미러(581) 및 텔레센트릭 fθ 렌즈(531)를 통해, 도 4에 도시한 바와 같이, Y축 방향으로 예컨대 50 ㎛의 범위에서 10펄스(LB-1∼LB-10)가 X축 방향으로 경사진 상태로 조사된다. 따라서 이 경우, 폭이 50 ㎛인 레이저 가공을 실시할 수 있다.
다음으로, 제1 음향 광학 편향 수단(55)의 제1 편향 각도 조정 수단(554)에 의해 제1 음향 광학 소자(551)에 소정 범위의 전압(예컨대 5 V∼15 V 또는 15 V∼5 V)을 인가하는 예에 대해 설명한다. 제1 음향 광학 소자(551)에 5 V∼15 V의 전압을 소정 시간 주기(본 실시형태에서는 1/4000초)로 인가하면, 도 2에 도시한 바와 같이 펄스 레이저 발진기(51)로부터 발진되어 출력 조정 수단(52)에 의해 출력이 조정된 펄스 레이저 광선(LB)은, 1점 쇄선으로부터 2점 쇄선을 향해 광로가 방향 변경시켜진다. 이와 같이 1점 쇄선으로부터 2점 쇄선을 향해 광로가 방향 변경시켜진 펄스 레이저 광선(LB)은, 방향 변환 수단(57)을 통해 폴리곤 미러(581)로 유도되지만, 폴리곤 미러(581)는 화살표 A로 나타내는 방향으로 소정의 회전 속도(본 실시형태에서는 500회전/초)로 회전하고 있기 때문에, 폴리곤 미러(581)의 회전 방향을 향해 폴리곤 미러(581)로 유도된다. 이 결과, 텔레센트릭 fθ 렌즈(531)를 통해 조사되는 10펄스(LB-1∼LB-10)의 레이저 광선은, 도 5의 (a)에 도시한 바와 같이 X축 방향을 따라 조사되지만, 각 펄스 사이의 간격이 커진다.
한편, 제1 음향 광학 소자(551)에 15 V∼5 V의 전압을 소정 시간 주기(본 실시형태에서는 1/4000초)로 인가하면, 도 2에 도시한 바와 같이 펄스 레이저 발진기(51)로부터 발진되어 출력 조정 수단(52)에 의해 출력이 조정된 펄스 레이저 광선(LB)은, 2점 쇄선으로부터 1점 쇄선을 향해 광로가 방향 변경시켜진다. 이와 같이 2점 쇄선으로부터 1점 쇄선을 향해 광로가 변경시켜진 펄스 레이저 광선(LB)은, 방향 변환 수단(57)을 통해 폴리곤 미러(581)로 유도되지만, 폴리곤 미러(581)는 화살표 A로 나타내는 방향으로 소정의 회전 속도(본 실시형태에서는 500회전/초)로 회전하고 있기 때문에, 폴리곤 미러(581)의 회전 방향을 거슬러 폴리곤 미러(581)로 유도된다. 이 결과, 텔레센트릭 fθ 렌즈(531)를 통해 조사되는 10펄스(LB-1∼LB-10)의 레이저 광선은, 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이 X축 방향을 따라 조사되지만, 각 펄스 사이의 간격이 작아진다.
이상과 같이 본 실시형태에서의 레이저 광선 조사 수단(5)에 있어서는, 제1 음향 광학 편향 수단(55) 및 제2 음향 광학 편향 수단(56)에 의한 광로의 방향 변경과 폴리곤 스캐너(58)에 의한 광로의 방향 변경에 의해 복합적으로 펄스 레이저 광선의 광로를 요동하여 척 테이블(36)에 유지된 피가공물에 조사하기 때문에, 펄스 레이저 광선이 X축 방향으로 중복하여 어블레이션 가공하므로, 용융물의 되메움을 방지하여 Low-k막이나 기판 등에 효율적으로 레이저 가공홈을 형성할 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이 제2 음향 광학 편향 수단(56)에 의해 펄스 레이저 광선의 광로를 Y축 방향으로 요동하고, 폴리곤 스캐너(58)에 의해 펄스 레이저 광선의 광로를 X축 방향으로 요동함으로써, Low-k막이나 기판 등에 원하는 폭의 레이저 가공홈을 형성할 수 있다.
또한, 폴리곤 스캐너(58)에 의해 펄스 레이저 광선의 광로를 X축 방향으로 요동하고, 제1 음향 광학 편향 수단(55)에 의해 펄스 레이저 광선의 광로를 X축 방향으로 요동함으로써, 펄스 간격이 큰 성긴 영역과, 펄스 간격이 작아 집중적으로 조사하는 조밀한 영역을 형성할 수 있고, 예컨대 동일한 개소에 펄스 레이저 광선을 집중하여 조사함으로써 구멍 가공도 가능해진다.
한편, 폴리곤 스캐너(58)를 구성하는 폴리곤 미러(581)의 회전 속도를 변경함으로써 펄스 레이저 광선의 조사 형태를 조정하는 것은 가능하지만, 관성력의 영향으로 순식간에 펄스 레이저 광선의 조사 형태를 조정하는 것은 곤란하다. 그런데, 본 실시형태에서의 레이저 광선 조사 수단(5)에 있어서는, 폴리곤 미러(581)의 회전 속도를 일정하게 하고 제1 음향 광학 편향 수단(55) 및 제2 음향 광학 편향 수단(56)에 의해 펄스 레이저 광선의 광로를 변경함으로써 순식간에 펄스 레이저 광선의 조사 형태를 조정하는 것이 가능해진다.
2: 정지 베이스 3: 척 테이블 기구
36: 척 테이블 37: X축 방향 이동 수단
38: Y축 방향 이동 수단 4: 레이저 광선 조사 유닛
5: 레이저 광선 조사 수단 51: 펄스 레이저 발진기
52: 출력 조정 수단 53: 집광기
54: 광로 요동 수단 55: 제1 음향 광학 편향 수단
551: 제1 음향 광학 소자 56: 제2 음향 광학 편향 수단
561: 제2 음향 광학 소자 57: 방향 변환 수단
58: 폴리곤 스캐너 581: 폴리곤 미러
6: 촬상 수단 7: 제어 수단

Claims (2)

  1. 레이저 가공 장치로서,
    피가공물을 유지하는 척 테이블과,
    척 테이블에 유지된 피가공물을 레이저 가공하는 레이저 광선 조사 수단과,
    척 테이블과 상기 레이저 광선 조사 수단을 상대적으로 이동시키는 이동 수단을 구비하고,
    상기 레이저 광선 조사 수단은, 펄스 레이저 광선을 발진하는 펄스 레이저 발진기와,
    상기 펄스 레이저 발진기로부터 발진된 펄스 레이저 광선을 집광하여 척 테이블에 유지된 피가공물에 조사하는 집광기와,
    상기 펄스 레이저 발진기와 상기 집광기 사이에 배치되어 상기 펄스 레이저 발진기로부터 발진된 펄스 레이저 광선의 광로를 요동하여 상기 집광기로 유도하는 광로 요동 수단을 구비하며,
    상기 광로 요동 수단은, 상기 집광기측에 배치되어 상기 펄스 레이저 발진기로부터 발진된 펄스 레이저 광선을 스캔하여 상기 집광기로 유도하는 폴리곤 스캐너와, 상기 폴리곤 스캐너의 상기 펄스 레이저 발진기측에 배치되어 상기 펄스 레이저 발진기로부터 발진된 펄스 레이저 광선의 광로의 방향을 변경하여 상기 폴리곤 스캐너로 유도하는 음향 광학 편향 수단에 의해 구성되고, 상기 음향 광학 편향 수단에 의한 광로의 방향 변경과 상기 폴리곤 스캐너에 의한 광로의 방향 변경에 의해 복합적으로 펄스 레이저 광선의 광로를 요동하여 척 테이블에 유지된 피가공물에 조사하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 음향 광학 편향 수단은, 펄스 레이저 광선의 광로를 X축 방향으로 변경하는 제1 음향 광학 편향 수단과 X축 방향과 직교하는 Y축 방향으로 변경하는 제2 음향 광학 편향 수단으로 이루어져 있는 것인 레이저 가공 장치.
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