KR20160058059A

KR20160058059A - 레이저 발진 기구

Info

Publication number: KR20160058059A
Application number: KR1020150159830A
Authority: KR
Inventors: 게이지 노마루
Original assignee: 가부시기가이샤 디스코
Priority date: 2014-11-14
Filing date: 2015-11-13
Publication date: 2016-05-24
Also published as: TW201629610A; DE102015222440A1; JP2016096241A; US20160139488A1; CN105598581A

Abstract

[과제] 장치를 대형화하지 않고 음향 광학 소자(AOD)를 이용한 음향 광학 편향 수단에 의해 레이저 광선 발진기가 발진한 레이저 광선의 광축의 각도를 변경할 수 있는 레이저 발진 기구를 제공한다.
[해결수단] 레이저 발진 기구로서, 펄스 레이저 광선을 발진하는 펄스 레이저 발진기와, 펄스 레이저 발진기가 발진한 펄스 레이저 광선의 광로의 각도를 변경하는 광로 변경 수단을 포함한다. 광로 변경 수단은, 펄스 레이저 발진기가 발진한 레이저 광선의 광로를 유효 영역에서 변경하는 음향 광학 소자를 이용한 음향 광학 편향 수단과, 음향 광학 편향 수단의 음향 광학 소자에 의해 광로의 각도가 변경된 펄스 레이저 광선 중 배제하고자 하는 펄스 레이저 광선을 유효 영역으로부터 굴절하여 배제하는 체적 회절 격자에 의해 구성되어 있다.

Description

레이저 발진 기구{LASER OSCILLATOR}

본 발명은, 피가공물에 레이저 가공을 하는 레이저 가공 장치 등에 장비되는 레이저 발진 기구에 관한 것이다.

반도체 디바이스 제조 프로세스에 있어서는, 대략 원판형상인 반도체 웨이퍼의 표면에 격자형으로 배열된 분할 예정 라인에 의해 복수의 영역이 구획되고, 이 구획된 영역에 IC, LSI 등의 디바이스를 형성한다. 그리고, 반도체 웨이퍼를 분할 예정 라인을 따라서 절단함으로써 디바이스가 형성된 영역을 분할하여 개개의 반도체 칩을 제조하고 있다.

장치의 소형화, 고기능화를 도모하기 위해, 복수의 반도체 칩을 적층하고, 적층된 반도체 칩의 전극을 접속하는 모듈 구조가 실용화되어 있다. 이 모듈 구조는, 반도체 웨이퍼에서의 전극이 형성된 개소에 관통 구멍을 형성하고, 이 관통 구멍에 전극과 접속하는 알루미늄 등의 도전성 재료를 매립하여 비아홀을 형성한다.

전술한 관통 구멍을 레이저 광선을 조사함으로써 형성하는 방법이 제안되어 있다. 이와 같이 관통 구멍을 형성하기 위한 레이저 가공 장치로서, 음향 광학 소자(AOD)를 이용한 음향 광학 편향 수단을 구비한 레이저 광선 조사 수단을 장비하고, 레이저 광선 발진 수단이 발진한 레이저 광선을 음향 광학 소자(AOD)를 통과할 때에 광로를 변경함으로써, 피가공물을 가공 이송하면서 동일 가공 위치에 레이저 광선을 조사하도록 한 기술이 제안되어 있다(예컨대 특허문헌 1 참조).

특허문헌 1 : 일본 특허 공개 제2008-290086호 공보

그러나, 음향 광학 소자(AOD)에 의해 변화하는 광로의 각도는 2∼3 m 라디안 정도이며, 음향 광학 소자(AOD)를 통과한 0차광의 레이저 광선을 제거하기 위해 음향 광학 소자(AOD)로부터 1∼2 m 떨어진 위치에 레이저 광선 흡수 수단을 배치해야 하므로, 장치가 대형화한다고 하는 문제가 있다.

본 발명은 상기 사실을 감안하여 이루어진 것으로, 그 주요 기술 과제는, 장치를 대형화하지 않고 음향 광학 소자(AOD)를 이용한 음향 광학 편향 수단에 의해 레이저 발진기가 발진한 레이저 광선의 광로의 각도를 변경할 수 있는 레이저 발진 기구를 제공하는 것이다.

상기 주요 기술 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 의하면, 펄스 레이저 광선을 발진하는 펄스 레이저 발진기와, 그 펄스 레이저 발진기가 발진한 펄스 레이저 광선의 광로의 각도를 변경하는 광로 변경 수단을 구비하고, 그 광로 변경 수단은, 그 펄스 레이저 발진기가 발진한 펄스 레이저 광선의 광로를 유효 영역에서 변경하는 음향 광학 소자를 포함하는 음향 광학 편향 수단과, 그 음향 광학 소자에 의해 광로의 각도가 변경된 펄스 레이저 광선 중 배제하고자 하는 펄스 레이저 광선을 그 유효 영역으로부터 굴절하여 배제하는 체적 회절 격자에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 발진 기구가 제공된다.

본 발명에 의한 레이저 발진 기구를 구성하는 광로 변경 수단은, 펄스 레이저 발진기가 발진한 펄스 레이저 광선의 광로를 유효 영역에서 변경하는 음향 광학 소자를 이용한 음향 광학 편향 수단과, 그 음향 광학 편향 수단의 음향 광학 소자에 의해 광로의 각도가 변경된 펄스 레이저 광선 중 배제하고자 하는 펄스 레이저 광선을 유효 영역으로부터 굴절하여 배제하는 체적 회절 격자(VBG)에 의해 구성되어 있기 때문에, 체적 회절 격자를 음향 광학 편향 수단을 구성하는 음향 광학 소자에 인접하여 배치할 수 있어, 장치의 대형화를 회피할 수 있다.

도 1은 본 발명 실시형태의 레이저 발진 기구를 장비한 레이저 가공 장치의 사시도.
도 2는 레이저 발진 기구를 장비한 레이저 광선 조사 수단의 블록 구성도.

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

도 1에는, 본 발명 실시형태의 레이저 발진 기구를 장비한 레이저 가공 장치의 사시도가 나타나 있다. 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치(1)는, 정지 베이스(2)와, 그 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 따라서 평행하게 배치된 한쌍의 안내 레일(31, 31)과, 그 안내 레일(31, 31) 상에 X축 방향으로 이동 가능하게 배치된 제1 슬라이딩 블록(32)과, 그 제1 슬라이딩 블록(32) 상에 X축 방향과 직교하는 화살표 Y로 나타내는 Y축 방향으로 이동 가능하게 배치된 제2 슬라이딩 블록(33)과, 그 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 원형상의 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. 또, 척 테이블(36)에는, 반도체 웨이퍼 등의 피가공물을 보호 테이프를 통해 지지하는 고리형의 프레임을 고정하기 위한 클램프(362)가 배치되어 있다.

상기 제1 슬라이딩 블록(32)은, 그 하면에 상기 한쌍의 안내 레일(31, 31)과 감합하는 한쌍의 피안내홈(321, 321)이 형성되어 있음과 함께, 그 상면에 Y축 방향을 따라서 평행하게 형성된 한쌍의 안내 레일(322, 322)이 설치되어 있다. 이와 같이 구성된 제1 슬라이딩 블록(32)은, 피안내홈(321, 321)이 한쌍의 안내 레일(31, 31)에 감합함으로써, 한쌍의 안내 레일(31, 31)을 따라서 X축 방향으로 이동 가능하게 구성된다. 척 테이블 기구(3)는, 제1 슬라이딩 블록(32)을 한쌍의 안내 레일(31, 31)을 따라서 X축 방향으로 이동시키기 위한 X축 방향 이동 수단(37)을 구비하고 있다. X축 방향 이동 수단(37)은, 상기 한쌍의 안내 레일(31과 31) 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. 또, 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 X축 방향으로 이동된다.

상기 제2 슬라이딩 블록(33)은, 그 하면에 상기 제1 슬라이딩 블록(32)의 상면에 설치된 한쌍의 안내 레일(322, 322)과 감합하는 한쌍의 피안내홈(331, 331)이 형성되고 있고, 이 피안내홈(331, 331)을 한쌍의 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 한쌍의 안내 레일(322, 322)을 따라서 Y축 방향으로 이동시키기 위한 Y축 방향 이동 수단(38)을 구비하고 있다. Y축 방향 이동 수단(38)은, 상기 한쌍의 안내 레일(322와 322) 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. 또, 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 Y축 방향으로 이동된다.

상기 레이저 광선 조사 유닛(4)은, 상기 베이스(2) 상에 배치된 지지 부재(41)와, 그 지지 부재(41)에 의해 지지되어 실질적으로 수평으로 연장되는 케이싱(42)과, 그 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. 또, 촬상 수단(6)은, 피가공물을 조명하는 조명 수단과, 그 조명 수단에 의해 조명된 영역을 포착하는 광학계와, 그 광학계에 의해 포착된 이미지를 촬상하는 촬상 소자(CCD) 등을 구비하고 있다.

상기 레이저 광선 조사 수단(5)에 관해, 도 2를 참조하여 설명한다. 레이저 광선 조사 수단(5)은, 레이저 발진 기구(50)와 집광기(56)를 구비하고 있다. 레이저 발진 기구(50)는, 펄스 레이저를 발진하는 펄스 레이저 발진기(51)와, 그 펄스 레이저 발진기(51)가 발진한 펄스 레이저 광선의 광로의 각도를 변경시키는 광로 변경 수단(52)을 포함한다. 펄스 레이저 발진기(51)는, 본 실시형태에 있어서는 예컨대 실리콘 웨이퍼로 이루어진 피가공물에 대하여 흡수성을 갖는 파장(예컨대 355 nm)의 펄스 레이저 광선(LB)을 발진한다. 이 펄스 레이저 발진기(51)는 제어 수단(7)에 의해 제어된다.

레이저 광선 조사 수단(5)을 구성하는 광로 변경 수단(52)은, 펄스 레이저 발진기(51)가 발진한 펄스 레이저 광선(LB)의 광로를 유효 영역에서 변경시키는 음향 광학 편향 수단(53)과, 그 음향 광학 편향 수단(53)에 의해 광로의 각도가 변경된 펄스 레이저 광선 중 배제하고자 하는 펄스 레이저 광선을 그 유효 영역으로부터 굴절하여 배제하는 체적 회절 격자(VBG)(54)를 포함한다.

음향 광학 편향 수단(53)은, 펄스 레이저 발진기(51)가 발진한 펄스 레이저 광선(LB)의 광로를 집광기(56)의 후술하는 방향 변환 미러와 협동하여 X축 방향으로 방향 변경하는 음향 광학 소자(AOD)(531)와, 그 음향 광학 소자(AOD)(531)에 인가하는 RF(radio frequency) 신호를 생성하는 RF 발진기(532)와, 그 RF 발진기(532)에 의해 생성된 RF 신호의 파워를 증폭시켜 음향 광학 소자(AOD)(531)에 인가하는 제1 RF 증폭기(533))와, RF 발진기(532)에 의해 생성되는 RF 신호의 주파수를 조정하는 편향 각도 조정 수단(534)을 구비하고 있다. 상기 음향 광학 소자(531)는, 인가되는 RF 신호의 주파수에 대응하여 레이저 광선의 광로를 방향 변경하는 각도를 조정할 수 있다. 전술한 편향 각도 조정 수단(534)은 제어 수단(7)에 의해 제어된다.

음향 광학 편향 수단(53)은 이상과 같이 구성되어 있고, 이하 그 작용에 관해 설명한다. 상기 펄스 레이저 발진기(51)로부터 발진된 펄스 레이저 광선(LB)은, 음향 광학 편향 수단(53)을 구성하는 음향 광학 소자(AOD)(531)로 유도된다. 음향 광학 편향 수단(53)에 유도된 펄스 레이저 광선(LB)은, 제어 수단(7)에 의해 제어되는 음향 광학 편향 수단(53)의 편향 각도 조정 수단(534)에 의해 음향 광학 소자(AOD)(531)에 예컨대 0 V의 전압을 인가하면, 0차광(LB0)으로서 출력한다. 그리고, 음향 광학 소자(AOD)(531)로 유도된 펄스 레이저 광선(LB)은, 편향 각도 조정 수단(534)에 의해 음향 광학 소자(AOD)(531)에 예컨대 5 V의 전압을 인가하면 펄스 레이저 광선(LB1)으로, 10 V의 전압을 인가하면 펄스 레이저 광선(LB2)으로, 15 V의 전압을 인가하면 펄스 레이저 광선(LB3)으로 광로가 방향 변경된다.

상기 광로 변경 수단(52)을 구성하는 체적 회절 격자(VBG)(54)는, 본 실시형태에 있어서는 음향 광학 편향 수단(53)을 구성하는 음향 광학 소자(AOD)(531)에 의해 광로가 방향 변경된 0차광(LB0)과 펄스 레이저 광선(LB1, LB2, LB3) 중 0차광(LB0)을 파선으로 나타낸 바와 같이 유효 영역으로부터 떨어진 위치에 배치된 레이저 광선 흡수 수단(55)을 향해 굴절한다. 그리고, 체적 회절 격자(VBG)(54)는, 광로가 방향 변경된 펄스 레이저 광선(LB1, LB2, LB3)을 집광기(56)로 유도한다. 이와 같이, 체적 회절 격자(VBG)(54)에 의해 배제하고자 하는 0차광(LB0)을 유효 영역으로부터 떨어진 위치에 배치된 레이저 광선 흡수 수단(55)을 향해 굴절하기 때문에, 체적 회절 격자(VBG)(54)를 음향 광학 편향 수단(53)을 구성하는 음향 광학 소자(AOD)(531)에 인접하여 배치할 수 있어, 장치의 대형화를 회피할 수 있다.

집광기(56)는, 체적 회절 격자(VBG)(54)에 의해 유도된 펄스 레이저 광선(LB1, LB2, LB3)을 하측을 향해 방향 변환하는 방향 변환 미러(561)와, 그 방향 변환 미러(561)에 의해 방향 변환된 펄스 레이저 광선(LB1, LB2, LB3)을 집광하는 텔리센트릭 fθ 렌즈(562)를 구비하고 있다. 이 텔리센트릭 fθ 렌즈(562)에 의해 집광된 펄스 레이저 광선(LB1, LB2, LB3)은, 본 실시형태에 있어서는 도 2에 나타낸 바와 같이 X축 방향으로 미리 정해진 간격(L)을 두고 집광된다.

전술한 바와 같이 음향 광학 편향 수단(53)을 구성하는 음향 광학 소자(AOD)(531)에 의해 펄스 레이저 광선(LB)의 광로를 순차적으로 LB1, LB2, LB3로 방향 변경하고, 텔리센트릭 fθ 렌즈(562)에 의해 순차적으로 집광하여 펄스 레이저 광선(LB1, LB2, LB3)을 척 테이블(36)에 유지된 피가공물(W)에 조사하고, 척 테이블(36)을 도 2에 있어서 좌측으로 상기 간격(L)에 대응한 미리 정해진 가공 속도로 가공 이송함으로써, 피가공물(W)의 동일 가공 위치에 가공할 수 있다.

이상, 본 발명을 도시한 실시형태에 기초하여 설명했지만, 본 발명은 실시형태에만 한정되는 것은 아니며 본 발명의 취지에 따라서 여러가지로 변형 가능하다. 예컨대, 전술한 실시형태에 있어서는, 본 발명에 의한 레이저 발진 기구를 레이저 가공 장치에 적용한 예를 나타냈지만, 본 발명에 의한 레이저 발진 기구는, 레이저 가공 장치 이외의 레이저 기기에 적용하는 것이 가능하다.

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
50 : 레이저 발진 기구
51 : 펄스 레이저 광선 발진기
52 : 광로 변경 수단
53 : 음향 광학 편향 수단
531 : 음향 광학 소자(AOD)
54 : 체적 회절 격자(VBG)
55 : 레이저 광선 흡수 수단
56 : 집광기
562 : 텔리센트릭 fθ 렌즈
6 : 촬상 수단
7 : 제어 수단

Claims

레이저 발진 기구에 있어서,
펄스 레이저 광선을 발진하는 펄스 레이저 발진기; 및
상기 펄스 레이저 발진기가 발진한 펄스 레이저 광선의 광로의 각도를 변경하는 광로 변경 수단
을 구비하고,
상기 광로 변경 수단은,
상기 펄스 레이저 발진기가 발진한 펄스 레이저 광선의 광로를 유효 영역에서 변경하는 음향 광학 소자를 포함하는 음향 광학 편향 수단; 및
상기 음향 광학 소자에 의해 광로의 각도가 변경된 펄스 레이저 광선 중 배제하고자 하는 펄스 레이저 광선을 상기 유효 영역으로부터 굴절하여 배제하는 체적 회절 격자
를 포함하는 것을 특징으로 하는, 레이저 발진 기구.