KR20170087039A - 주사용 미러 - Google Patents

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KR20170087039A
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유 구도
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가부시기가이샤 디스코
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Abstract

본 발명은 구동시에 미러 베이스가 휘어지는 것을 억제하여, 집광 특성의 향상을 도모한 주사용 미러를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명의 주사용 미러(14)는, 미러 베이스(16)와, 미러 베이스(16) 상에 형성된 반사막(17)을 갖는다. 미러 베이스(16)는, 영률[GPa]과 밀도[g/㎤]로 규정되는 비강성의 값이 적어도 100[GPaㆍ㎤/g] 이상인 비금속 재료로 형성된다.

Description

주사용 미러{SCANNING MIRROR}
본 발명은 주사용 미러에 관한 것이다.
일반적으로, 레이저 주사형의 공초점 현미경 등에서는, 주사용 미러를 갖는 갈바노 스캐너나 레조넌트 스캐너 등의 스캐너 장치를 이용하고 있다. 또한, 반도체 디바이스의 제조 공정에 있어서, 레이저 광선을 조사하여 관통 구멍을 형성하는 것이 행해지고 있고, 고속으로 다수의 관통 구멍을 형성하기 위해, 주사용 미러를 스캐너 장치의 축둘레에 고속으로 구동(여진)시키고, 레이저 광선의 방향을 고속으로 편향시키면서 천공을 행하는 기술이 제안되어 있다(예컨대 특허문헌 1 참조). 이 종류의 주사용 미러는, 종래, 미러 베이스로서 석영 유리를 이용하고 있고, 반사막으로서 알루미늄 등의 금속 박막 또는 유전체 다층막이 미러 베이스 상에 형성되어 있다.
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 제2008-068270호 공보
그런데, 스캐너 장치에 있어서, 주사용 미러를 축둘레에 고속(예컨대 10 kHz 이상의 고주파)으로 구동시키는 기술이 요망되고 있다. 주사용 미러를 고속으로 구동시키기 위해서는, 주사용 미러의 관성 모멘트를 작게 할 필요가 있다. 그러나, 관성 모멘트를 작게 하기 위해 유효 반사 범위가 작은 주사용 미러를 이용하면, 실제로 주사하는 레이저 광선을 가는 빔직경으로 할 필요가 있고, 그 주사용 미러로 도광하기 위한 미러나 렌즈 등의 광학 소자에 대하여, 열렌즈 효과나 손상의 축적에 의한 수명 단축과 같은 악영향을 미칠 우려가 있다. 또한, 레이저 광선의 빔직경이 가늘어질수록 개구수(NA)가 낮아지기 때문에, 에너지 밀도를 높이는 것 및 넓은 영역에 조사하는 것이 어려워진다고 하는 문제도 있다.
주사용 미러의 유효 반사 범위를 크게, 또한, 관성 모멘트를 작게 하기 위해, 밀도가 가벼운 재료를 이용하여 미러 베이스를 얇게 만드는 것이 모색되고 있다. 종래의 석영 유리는 충분한 강성을 갖는 재료가 아니기 때문에, 고속으로 구동시켰을 때에 미러 베이스가 휘어져, 집광 특성이 저하되는 문제가 생길 우려가 있다. 이 문제점은, 주사용 미러의 유효 반사 범위가 커질수록, 또한, 주사용 미러를 고속 및 광각으로 구동시킬수록 보다 현저해진다.
본 발명은, 상기를 감안하여 이루어진 것으로, 구동시에 미러 베이스가 휘어지는 것을 억제하여, 집광 특성의 향상을 도모한 주사용 미러를 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 과제를 해결하여 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 주사용 미러는, 미러 베이스와, 미러 베이스 상에 형성된 반사막을 가지며, 미러 베이스는, 영률과 밀도로 규정되는 비강성의 값이 적어도 100[GPaㆍ㎤/g] 이상인 비금속 재료로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이 구성에 의하면, 고속(예컨대 10 kHz 이상)으로 구동시켰을 때 미러 베이스가 휘어지는 것을 억제하여, 집광 특성의 향상을 도모할 수 있다. 이 때문에, 고속에서의 구동에 따르는 주사용 미러의 소형화를 억제할 수 있고, 레이저 가공을 행하기 위해 충분한 굵기의 빔 직경의 가공 레이저광을 이용할 수 있다. 그 결과로서, 도광용 광학 소자의 설계 자유도의 향상이나 저비용화, 가공점에 있어서 고 NA(개구수)화에 의한 고에너지 밀도화, 미세 가공이나 광범위한 가공이 가능해진다.
이 구성에 있어서, 미러 베이스를 구동시키는 여진 주파수를 f[kHz], 그 미러 베이스의 기계 진동각을 θ[rad]로 한 경우, f2ㆍθ의 값이 873[krad/s2] 이상인 영역에서 구동되는 것이 바람직하다.
비금속 재료는, 다이아몬드 또는 탄화실리콘인 것이 바람직하다.
또한, 미러 베이스는, 공진 스캐너 또는 갈바노 스캐너로서 이용되는 것이 바람직하다.
본 발명의 스캐너 장치는, 레이저 광선을 반사하는 주사용 미러와, 주사용 미러를 축둘레에 구동시키는 구동부를 구비하고, 주사용 미러는, 미러 베이스와, 미러 베이스 상에 형성된 반사막을 가지며, 미러 베이스는, 영률과 밀도로 규정되는 비강성의 값이 적어도 100[GPaㆍ㎤/g] 이상인 비금속 재료로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이 구성에 있어서, 주사용 미러를 구동시키는 여진 주파수를 f[kHz], 그 주사용 미러의 기계 진동각을 θ[rad]로 한 경우, 구동부는, f2ㆍθ의 값이 873[krad/s2] 이상인 영역에서 주사용 미러를 구동시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 주사용 미러는, 미러 베이스와, 미러 베이스 상에 형성된 반사막을 가지며, 미러 베이스는, 영률과 밀도로 규정되는 비강성의 값이 적어도 100[GPaㆍ㎤/g] 이상인 비금속 재료로 이루어지기 때문에, 고속(예컨대 10 kHz 이상)으로 구동시켰을 때 미러 베이스가 휘어지는 것을 억제하여, 집광 특성의 향상을 도모할 수 있다. 이 때문에, 고속에서의 구동에 따르는 주사용 미러의 소형화를 억제할 수 있고, 레이저 가공을 행하기 위해 충분한 굵기의 빔 직경의 가공 레이저광을 이용할 수 있다. 그 결과로서, 도광용 광학 소자의 설계 자유도의 향상이나 저비용화, 가공점에 있어서 고 NA(개구수)화에 의한 고에너지 밀도화, 미세 가공이나 광범위한 가공이 가능해진다.
도 1은, 본 실시형태에 따른 주사용 미러를 구비한 레조넌트 스캐너의 구성예를 도시하는 사시도이다.
도 2는, 레조넌트 스캐너의 구동부의 구성예를 도시하는 개략도이다.
도 3은, 레조넌트 스캐너를 구동시켰을 때의 주사용 미러의 기계 진동각을 도시하는 도면이다.
도 4는, 종래의 주사용 미러가 구동시에 휘어지는 모습을 도시하는 사시도이다.
도 5는, 시험체의 영률, 밀도 및 비강성을 도시하는 도표이다.
도 6은, 실험 결과(시뮬레이션 결과)를 정리한 도표이다.
도 7은, 레조넌트 스캐너를 적용한 레이저 광선 조사 장치의 구성예를 도시하는 도면이다.
도 8은, 레이저 광선 조사 장치에 의해 출사된 레이저 광선이 피가공물을 천공하는 상태를 도시하는 단면도이다.
본 발명을 실시하기 위한 형태(실시형태)에 관해, 도면을 참조하면서 상세히 설명한다. 이하의 실시형태에 기재한 내용에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 또한, 이하에 기재한 구성 요소에는, 당업자가 용이하게 상정할 수 있는 것, 실질적으로 동일한 것이 포함된다. 또한, 이하에 기재한 구성은 적절하게 조합하는 것이 가능하다. 또한, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 구성의 여러가지 생략, 치환 또는 변경을 행할 수 있다.
도 1은, 본 실시형태에 따른 주사용 미러를 구비한 레조넌트 스캐너의 구성예를 도시하는 사시도이다. 도 2는, 레조넌트 스캐너의 구동부의 구성예를 도시하는 개략도이다. 도 3은, 레조넌트 스캐너를 구동시켰을 때의 주사용 미러의 기계 진동각을 도시하는 도면이다. 레조넌트 스캐너(스캐너 장치)(1)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 베이스부(11)와, 이 베이스부(11)에 고정되는 샤프트(12)와, 이 샤프트(12)의 선단부에 받침대(13)를 통해 지지되는 주사용 미러(14)를 구비한다. 레조넌트 스캐너(1)는, 일반적으로 공진 스캐너라고 불리고, 주사용 미러(14)를 샤프트(12)의 축둘레로 공진 운동시킴으로써 주사를 행한다.
베이스부(11)는, 샤프트(12) 및 주사용 미러(14)를 유지하는 것이며, 소정의 설치 개소에 고정 가능하게 구성된다. 샤프트(12)는, 베이스부(11)에 세운 상태로 고착된다. 샤프트(12)는, 그 샤프트(12)의 축심(Q)에 직교하는 방향으로 연장되는 아암부(15)를 구비한다. 이 아암부(15)는, 축심(Q)을 사이에 두고 일직선상에 위치하는 선단부(15a, 15b)를 구비하고, 각 선단부(15a, 15b)는, 각각 축심(Q)으로부터 등거리의 위치에 설치된다.
주사용 미러(14)는, 원판형(판형)으로 형성되는 미러 베이스(16)와, 이 미러 베이스(16)의 한쪽 면에 형성되는 반사막(17)을 구비한다. 반사막(17)은, 알루미늄 등의 금속 박막이나 유전체 다층막으로 형성된다. 미러 베이스(16)는, 직경(축심(Q)에 직교하는 폭방향의 최대 길이)(D)이 5∼15 mm(본 실시형태에서는 10 mm), 두께(t)가 0.5 m∼2.0 m(본 실시형태에서는 1.0 mm)의 원판형으로 형성된다. 또한, 미러 베이스(16)의 재질에 관해서는 후술한다. 주사용 미러(14)는, 예컨대, 샤프트(12)의 선단부에 고정되는 한 쌍의 받침대(13)로 끼워지는 것에 의해, 또는 접착에 의해 지지된다.
또한, 레조넌트 스캐너(1)는, 샤프트(12)를 통해, 주사용 미러(14)를 축심(Q) 둘레로 공진 운동시키는 구동부(30)를 구비한다. 구동부(30)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 아암부(15)에 각각 공간을 두고 권취되는 코일(31a, 31b)과, 이들 코일(31a, 31b)에 교류 전력을 인가하는 전원부(32)와, 아암부(15)의 선단부(15a, 15b)에 각각 배치되는 자석(32a, 32b)을 구비하도록 구성된다. 코일(31a, 31b)은, 축심(Q)을 사이에 두고 연장되는 아암부(15)에 각각 1개의 전선을 권취하여 구성된다.
전원부(32)는, 코일(31a, 31b)에 소정 주파수(여진 주파수)의 교류 전력을 인가한다. 코일(31a, 31b)에는, 상기 소정 주파수로 전류의 유동 방향이 전환되는 것에 의해, 이 전류의 방향에 따른 자장이 생긴다. 이 때문에, 코일(31a, 31b)이 권취되는 아암부(15)의 선단부(15a, 15b)는, 각각 소정 주파수에 따라서 자극이 S극으로부터 N극으로 교대로 전환된다. 자석(32a, 32b)은, 복수(본 실시형태에서는 3개)의 자석을 조합하여 구성된다. 자석(32a)은, 아암부(15)의 선단부(15a)를 사이에 두고 N극(32aN)과 S극(32aS)이 대향하도록 배치된다. 또한, 자석(32b)은, 아암부(15)의 선단부(15b)를 사이에 두고 N극(32bN)과 S극(32bS)이 대향하도록 배치된다. 이들 N극(32aN, 32bN)은, 각각 아암부(15)에 의해 구획된 공간의 동일한 측에 위치하고, S극(32aS, 32bS)은, 각각 N극(32aN, 32bN)과는 반대측에 위치한다.
본 구성에서는, 코일(31a, 31b)에 소정 주파수(여진 주파수)의 교류 전력을 인가하면, 아암부(15)의 선단부(15a, 15b)에 생긴 자극과 자석(32a, 32b)의 자력에 의해, 샤프트(12)는 축심(Q)을 중심으로 둘레 방향(화살표 K 방향)으로 공진(여진)한다. 이 때문에, 샤프트(12)에 고정되어 있는 주사용 미러(14)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 주사용 미러(14)의 폭방향으로 연장되는 기준선(S)이 우회전 방향 한도선(SR)과 좌회전 방향 한도선(SL) 사이에서, 축심(Q)을 중심으로 공진(여진)한다. 여기서, 주사용 미러(14)가 공진하는 우회전 방향 한도선(SR)과 좌회전 방향 한도선(SL) 사이의 각도를 기계 진동각(θ)이라고 한다. 또한, 본 실시형태에서는, 구동부(30)는, 아암부(15)의 선단부(15a, 15b)에 각각 자석(32a, 32b)을 배치한 구성으로 했지만, 자석(32a, 32b) 대신 철심을 배치하는 구성으로 해도 좋다.
그런데, 상기 구성의 레조넌트 스캐너(1)에서는, 주사용 미러(14)는 인가되는 여진 주파수에 따라서 공진(여진)한다. 이 구성에서, 고주파(예컨대 10 kHz 이상)의 여진 주파수를 인가함으로써, 주사용 미러(14)를 고속으로 구동시키는 경우, 주사용 미러(14)에는 공진에 따르는 관성 모멘트가 작용하기 때문에, 이 관성 모멘트를 작게 억제할 필요가 있다. 그러나, 관성 모멘트를 작게 하기 위해, 주사용 미러(14)(미러 베이스(16))의 직경(D)(폭방향의 최대 길이)을 작게 하면 그 만큼 유효 반사 범위가 작아지기 때문에, 실제로 주사하는 레이저 광선을 가는 빔직경으로 할 필요가 있다. 이 경우, 주사용 미러(14)로 레이저 광선을 도광하기 위한 미러나 렌즈 등의 광학 소자에 대하여, 열렌즈 효과나 손상의 축적에 의한 수명 단축과 같은 악영향을 미칠 우려가 있다. 또한, 레이저 광선의 빔직경이 가늘어질수록 개구수(NA)가 낮아지기 때문에, 에너지 밀도를 높이는 것 및 넓은 영역에 조사하는 것이 어려워진다고 하는 문제도 있다.
이 때문에, 주사용 미러(14)(미러 베이스(16))의 유효 반사 범위의 소형화를 억제하면서, 관성 모멘트의 증대를 방지하는 구성이 모색되고 있다. 종래의 주사용 미러는, 미러 베이스가 주로 석영 유리로 형성되었지만, 석영 유리는 충분한 강성을 갖는 재료가 아니다. 이 때문에, 종래의 주사용 미러(14A)를 고속으로 구동시킨 경우, 도 4에 도시한 바와 같이, 미러 베이스(16A)가 휘어져, 집광 특성이 저하되는 문제가 생길 우려가 있다. 이 문제점은, 미러 베이스(16)(16A)의 직경(D)이 커질수록, 또한, 주사용 미러(14(14A))를 고속으로, 또한, 기계 진동각(θ)(도 3 참조)을 광각으로 구동시킬수록 보다 현저해진다.
본 구성에서는, 주사용 미러(14)는, 직경 D 10 mm, 두께 t 1.0 mm의 원판형의 미러 베이스(16)와, 이 미러 베이스(16)의 한 면에 알루미늄 박막에 의해 형성된 반사막(17)을 구비하도록 구성된다. 반사막(17)의 두께는 미러 베이스(16)의 두께에 비교해서 무시할 수 있을 정도로 작다. 주사용 미러(14)는, 여진 주파수 (f)[kHz] 및 주사용 미러(14)의 기계 진동각(θ)[rad]이 f2ㆍθ≥873[krad/s2]를 만족하는 영역에서 구동(여진)된다. 이 f2ㆍθ의 값은 가속도의 계수에 해당하고, 주사용 미러(14)를 고속으로, 또한, 기계 진동각(θ)을 광각으로 구동시킬 때의 지표가 된다. 또한, 이 873[krad/s2]는, 여진 주파수(f)를 10[kHz], 기계 진동각(θ)을 0.5도, 즉 π/360[rad]으로 여진시켰을 때의 값이며, 종래의 구성의 주사용 미러에서는 휘어지는 영역이다. 본 구성에서는, f2ㆍθ≥873[krad/s2] 이상의 영역에서 구동시키더라도 주사용 미러(14)가 휘어지는 것을 억제하는 것을 목적으로 한다.
발명자는, 미러 베이스(16)의 재질에 착안하여 예의 연구한 결과, 영률[GPa]과 밀도[g/㎤]로 규정되는 비강성[GPaㆍ㎤/g]의 값이 중요한 것이 판명되었다. 본 실시형태에서는, 시험체로서, 다이아몬드(시험체 1), 다이아 소결체(시험체 2), 탄화실리콘(SiC; 시험체 3), 사파이어(시험체 4), 석영 유리(시험체 5)의 비금속 재료를 선택하고, 이들 비금속 재료를 이용하여 미러 베이스(16)를 형성한다.
도 5는, 각 시험체의 영률, 밀도 및 비강성을 도시하는 도표이다. 이 도 5에서는, 소정 온도 조건하(예컨대 25℃ 근방)에서의 값을 나타내고 있다. 다이아몬드는 탄소의 동소체의 하나이며, 단결정이어도 좋고 다결정이어도 좋다. 다이아 소결체는 다이아몬드 입자를 소결하여 밀착시킨 것이다. 탄화실리콘은 탄소와 규소의 화합물이며, 반도체 기판의 재료로 널리 이용되고 있다. 사파이어는 산화알루미늄의 결정이다. 석영 유리는 이산화규소(SiO2)로 작성되는 유리이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 시험체 1∼5는 비강성의 값이 순차적으로 작아진다. 시험체 1∼3은 비강성의 값이 100[GPaㆍ㎤/g] 이상이 되고, 시험체 4, 5는 비강성의 값이 100[GPaㆍ㎤/g] 미만이 된다. 또, 도 5에 있어서, 시험체 4의 사파이어는 제법이나 조성 등에 따라, 비강성의 값이 100[GPaㆍ㎤/g] 이상이 되는 것이 존재하고, 100[GPaㆍ㎤/g] 미만인 것도 존재한다.
다음으로, 실시예 및 종래예에 관해 설명한다. 상기 각 시험체 1∼5의 재료에 의해, 직경(D) 10 mm, 두께(t) 1.0 mm의 원판형의 미러 베이스(16)를 형성하고, 이 미러 베이스(16)를 소정 조건하에서 여진시켰을 때의 휨량을 시뮬레이션 실험에 의해 산출한다. 여기서, 휨량은 미러 베이스(16)의 중심 직경 5 mm의 영역에서의 최대 휨량이며, SOLID WORKS(등록상표)를 이용하여 시뮬레이션 실험을 행했다.
(실시예 1)
실시예 1에서는, 미러 베이스(16)의 재료로서, 비강성이 283.6[GPaㆍ㎤/g]인 다이아몬드를 이용했다. 이 미러 베이스(16)를, 여진 주파수 7[kHz] 및 기계 진동각 π/360[rad]로 여진시키고, 이 미러 베이스(16)에 파장(λ)이 632[nm]인 He-Ne 레이저 광선을 조사했을 때의 휨량을 구했다. 이 경우의 f2ㆍθ의 값은 427[krad/s2]이 된다. 또한, 휨량에 기초하는 판정은, 휨량이 소정의 기준치(He-Ne 레이저 광선의 파장(λ)) 미만이면, 레이저 광선의 주사를 저해하지 않기 때문에 가(○)로 하고, 기준치(파장(λ)) 이상인 경우에는 불가(×)로 했다. 이 기준치는, 일반적으로 광학 소자의 면정밀도의 측정이 He-Ne 레이저의 간섭에 의해 행해지고 있는 것에 기초하여 규정되었다.
(실시예 2)
실시예 2에서는, 미러 베이스(16)의 재료로서, 비강성이 189.3[GPaㆍ㎤/g]인 소결 다이어를 이용했다. 그 밖의 조건은 실시예 1과 동일하다.
(실시예 3)
실시예 3에서는, 미러 베이스(16)의 재료로서, 비강성이 112.5[GPaㆍ㎤/g]인 탄화실리콘을 이용했다. 그 밖의 조건은 실시예 1과 동일하다.
(실시예 4)
실시예 4에서는, 미러 베이스(16)의 재료로서, 비강성이 87.5[GPaㆍ㎤/g]인 사파이어를 이용했다. 그 밖의 조건은 실시예 1과 동일하다.
(종래예 1)
종래예 1에서는, 미러 베이스(16)의 재료로서, 비강성이 32.7[GPaㆍ㎤/g]인 석영 유리를 이용했다. 그 밖의 조건은 실시예 1과 동일하다.
(실시예 5)
실시예 5에서는, 미러 베이스(16)를, 여진 주파수 10[kHz] 및 기계 진동각 π/360[rad]으로 여진시켰다. 이 경우의 f2ㆍθ의 값은 873[krad/s2]이 된다. 그 밖의 조건은 실시예 1과 동일하다.
(실시예 6)
실시예 6에서는, 미러 베이스(16)를, 여진 주파수 10[kHz] 및 기계 진동각 π/360[rad]으로 여진시켰다. 이 경우의 f2ㆍθ의 값은 873[krad/s2]이 된다. 그 밖의 조건은 실시예 2와 동일하다.
(실시예 7)
실시예 7에서는, 미러 베이스(16)를, 여진 주파수 10[kHz] 및 기계 진동각 π/360[rad]으로 여진시켰다. 이 경우의 f2ㆍθ의 값은 873[krad/s2]이 된다. 그 밖의 조건은 실시예 3과 동일하다.
(실시예 8)
실시예 8에서는, 미러 베이스(16)를, 여진 주파수 10[kHz] 및 기계 진동각 π/360[rad]으로 여진시켰다. 이 경우의 f2ㆍθ의 값은 873[krad/s2]이 된다. 그 밖의 조건은 실시예 4와 동일하다.
(종래예 2)
종래예 2에서는, 미러 베이스(16)를, 여진 주파수 10[kHz] 및 기계 진동각 π/360[rad]으로 여진시켰다. 이 경우의 f2ㆍθ의 값은 873[krad/s2]이 된다. 그 밖의 조건은 종래예 1과 동일하다.
(실시예 9)
실시예 9에서는, 미러 베이스(16)를, 여진 주파수 14[kHz] 및 기계 진동각 π/360[rad]으로 여진시켰다. 이 경우의 f2ㆍθ의 값은 1710[krad/s2]이 된다. 그 밖의 조건은 실시예 1과 동일하다.
(실시예 10)
실시예 10에서는, 미러 베이스(16)를, 여진 주파수 14[kHz] 및 기계 진동각 π/360[rad]으로 여진시켰다. 이 경우의 f2ㆍθ의 값은 1710[krad/s2]이 된다. 그 밖의 조건은 실시예 2와 동일하다.
(실시예 11)
실시예 11에서는, 미러 베이스(16)를, 여진 주파수 14[kHz] 및 기계 진동각 π/360[rad]으로 여진시켰다. 그 경우의 f2ㆍθ의 값은 1710[krad/s2]이 된다. 그 밖의 조건은 실시예 3과 동일하다.
(실시예 12)
실시예 12에서는, 미러 베이스(16)를, 여진 주파수 14[kHz] 및 기계 진동각 π/360[rad]으로 여진시켰다. 그 경우의 f2ㆍθ의 값은 1710[krad/s2]이 된다. 그 밖의 조건은 실시예 4와 동일하다.
(종래예 3)
종래예 3에서는, 미러 베이스(16)를, 여진 주파수 14[kHz] 및 기계 진동각 π/360[rad]으로 여진시켰다. 이 경우의 f2ㆍθ의 값은 1710[krad/s2]이 된다. 그 밖의 조건은 종래예 1과 동일하다.
도 6은, 실험 결과(시뮬레이션 결과)를 정리한 도표이다. 이 도 6에 도시한 바와 같이, 비강성이 100 이상이 되는 시험체 1∼3을 이용한 실시예에서는, f2ㆍθ의 값이 873[krad/s2]보다 작은 영역뿐만 아니라, 873[krad/s2] 이상인 영역에 있어서, 휨량을 기준치(He-Ne 레이저 광선의 파장(λ))보다 작게 억제할 수 있어, 양호한 판정 결과를 얻었다. 또한, 도 6에는 기재하지 않지만, 다이아몬드 및 다이아몬드 소결체에 의해 형성된 미러 베이스(16)를, 여진 주파수 15[kHz] 및 기계 진동각 π/360[rad]으로 여진시킨(f2ㆍθ의 값은 1963[krad/s2]) 경우에 있어서도, 휨량을 기준치보다 작게 억제할 수 있었다. 구체적으로는, 다이아몬드의 경우에 있어서의 휨량은 300 nm(1/2λ), 다이아몬드 소결체의 경우에 있어서의 휨량은 500 nm(4/5λ)이 되어, 모두 휨량이 기준치보다 작게 억제되었다. 한편, 비강성이 100 미만이 되는 시험체 4, 5를 이용한 실시예 및 종래예에서는, f2ㆍθ의 값이 873[krad/s2] 이상인 영역에서 미러 베이스(16)가 휘어져, 양호한 판정 결과를 얻을 수 없었다. 특히, 시험체 4(사파이어)를 이용한 실시예에서는, f2ㆍθ의 값이 비교적 작은 영역(f2ㆍθ≤427[krad/s2])에서는 휨량을 기준치보다 작게 억제할 수 있지만, f2ㆍθ의 값이 873[krad/s2] 이상인 영역에서는 휨량이 기준치를 넘어 버렸다.
이 결과에 의하면, 미러 베이스(16)의 휨량은, 영률의 크기뿐만 아니라 비강성의 크기에 따라 상이하고, 비강성이 100 이상이면, 휨량이 소정의 기준치 이하가 되는 것이 판명되었다. 즉, 다이아몬드, 다이아 소결체 및 탄화실리콘을 미러 베이스(16)의 재료로 이용함으로써, 구동시켰을 때 미러 베이스(16)가 휘어지는 것을 억제하여, 집광 특성의 향상을 도모할 수 있다. 이 때문에, f2ㆍθ의 값이 873[krad/s2] 이상이 되는 고속에서의 구동에 따르는 주사용 미러(14)의 소형화를 억제할 수 있고, 레이저 가공을 행하기 위해 충분한 굵기의 빔 직경의 레이저 광선을 이용할 수 있다.
본 구성에서는, 비강성의 값은 100 이상 350 이하가 바람직하다. 비강성의 값이 350을 넘는 재료로는 미러 베이스로의 가공이 어려워지기 때문이다.
다음으로, 상기 레조넌트 스캐너의 적용예를 설명한다. 도 7은, 레조넌트 스캐너를 적용한 레이저 광선 조사 장치의 구성예를 도시하는 도면이다. 도 8은, 레이저 광선 조사 장치에 의해 출사된 레이저 광선이 피가공물을 천공하는 상태를 도시하는 단면도이다. 레이저 광선 조사 장치(20)는, 예컨대, 피가공물로서의 웨이퍼(W)를 천공하는 레이저 가공 장치(도시되지 않음)에 설치된다. 웨이퍼(W)는, 예컨대 실리콘, 사파이어, 갈륨 등을 모재로 하는 원판형의 반도체 웨이퍼나 광디바이스 웨이퍼이다.
레이저 광선 조사 장치(20)는, 도 7에 도시한 바와 같이, 레이저 발진기(22)(레이저 광선 발진 수단)와, 집광 렌즈(23)와, 제1 광축 편심 수단(60)과, 제2 광축 편심 수단(70)과, 미러(24)와, 제어부(100)를 구비한다. 레이저 발진기(22)는, 웨이퍼(W)가 흡수성을 갖는 파장(예컨대 355 nm)의 레이저 광선(L)을 발진시킨다. 집광 렌즈(23)는, 척테이블(10)의 유지면(10a)에 대향하여 설치된다. 집광 렌즈(23)는, 레이저 발진기(22)로부터 발진된 레이저 광선(L)을 집광하여 척테이블(10)에 유지되는 웨이퍼(W)에 집광하는 것이다. 또, 본 구성에서는, 레이저 광선(L)으로서, 나노초 레이저 광선 또는 피코초 레이저 광선을 이용할 수 있지만, 가공 흔적을 보다 깨끗하게 하기 위해 피코초 레이저 광선을 이용하는 것이 바람직하다.
제1 광축 편심 수단(60)은, 도 7에 도시한 바와 같이, 레이저 발진기(22)의 레이저 광선(L)의 진행 방향 하류에 배치되고, 집광 렌즈(23)의 중심축(P)(도 7에 도시함)에 대하여 레이저 광선(L)의 광축(LAX)을 Y축 방향(제1 축방향에 상당)으로 왕복 진동시키는 한 쌍의 제1축 레조넌트 스캐너(61)(상기 레조넌트 스캐너(1)에 해당)를 갖는다. 한 쌍의 제1축 레조넌트 스캐너(61)는, Y축 방향으로 간격을 두고 배치된다. 제1축 레조넌트 스캐너(61)는, X축 방향과 평행한 축심(Qx) 둘레로 회전 가능하게 설치되는 평판형의 미러(62)(상기 주사용 미러(14)에 해당)와, 미러(62)를 공진 운동에 의해 축심(Qx) 둘레로 회전시키는 주사부(63)(상기 주사용 미러(14)에 해당)를 구비한다.
한쪽의 제1축 레조넌트 스캐너(61a)(이하, 부호 61a로 도시함)의 미러(62)에는, 레이저 발진기(22)가 발진시킨 레이저 광선(L)이, 레이저 발진기(22)와 제1 광축 편심 수단(60) 사이에 배치되는 미러(24)를 통해 입사한다. 한쪽의 제1축 레조넌트 스캐너(61a)의 미러(62)는, 레이저 광선(L)을 다른쪽의 제1축 레조넌트 스캐너(61b)(이하, 부호 61b로 도시함)를 향해서 반사한다. 다른쪽의 제1축 레조넌트 스캐너(61b)의 미러(62)는, 레이저 광선(L)을 제2 광축 편심 수단(70)을 향해서 반사한다.
제2 광축 편심 수단(70)은, 도 7에 도시한 바와 같이, 제1 광축 편심 수단(60)과 집광 렌즈(23) 사이에 배치되고, 집광 렌즈(23)의 중심축(P)에 대하여 레이저 광선(L)의 광축(LAX)을 X축 방향(제2축 방향에 해당)에 왕복 진동시키는 한 쌍의 제2축 레조넌트 스캐너(71)(상기 레조넌트 스캐너(1)에 해당)를 갖는다. 한 쌍의 제2축 레조넌트 스캐너(71)는, X축 방향으로 간격을 두고 배치된다. 제2축 레조넌트 스캐너(71)는, Y축 방향과 평행한 축심(Qy) 둘레로 회전 가능하게 설치된 평판형의 미러(72)(상기 주사용 미러(14)에 해당)와, 미러(72)를 공진 운동에 의해 축심(Qy) 둘레로 회전시키는 주사부(73)(상기 주사용 미러(14)에 해당)를 구비한다.
한쪽의 제2축 레조넌트 스캐너(71)(이하, 부호 71a로 도시함)의 미러(72)에는, 다른쪽의 제1축 레조넌트 스캐너(61b)의 미러(62)가 반사한 레이저 광선(L)이 입사한다. 한쪽의 제2축 레조넌트 스캐너(71a)의 미러(72)는, 레이저 광선(L)을 다른쪽의 제2축 레조넌트 스캐너(71)(이하, 부호 71b로 도시함)를 향해서 반사한다. 다른쪽의 제2축 레조넌트 스캐너(71b)의 미러(72)는, 레이저 광선(L)을 집광 렌즈(23)를 향해서 반사한다.
레이저 광선 조사 장치(20)는, 제1축 레조넌트 스캐너(61a, 61b)와 제2축 레조넌트 스캐너(71a, 71b)를 소정의 위상차(90°)로 고정하여 여진시킴으로써, 도 8에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(W)의 표면(WS)에서의 본딩 패드(PD)가 형성된 위치의 이면(WR)으로부터 본딩 패드(PD)에 달하는 관통 구멍(VH)을 형성한다. 레이저 광선 조사 장치(20)는, 제1축 레조넌트 스캐너(61a, 61b)의 미러(62)와, 제2축 레조넌트 스캐너(71a, 71b)의 미러(72)가 주사부(63, 73)에 의해 축심(Qx, Qy) 둘레에 구동됨으로써 레이저 광선(L)을 편심시킬 수 있고, 웨이퍼(W)의 표면(WS)의 원하는 개소에 관통 구멍(VH)을 형성할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 주사용 미러(14)는, 미러 베이스(16)와, 미러 베이스(16) 상에 형성되는 반사막(17)을 가지며, 미러 베이스(16)는, 영률과 밀도로 규정되는 비강성의 값이 적어도 100[GPaㆍ㎤/g] 이상인 비금속 재료로 형성되기 때문에, 주사용 미러(14)를 예컨대 10 kHz 이상의 고주파로 구동시켰을 때 미러 베이스(16)가 휘어지는 것을 억제하여, 집광 특성의 향상을 도모할 수 있다.
따라서, 고속에서의 구동에 따르는 주사용 미러(14)의 소형화를 억제할 수 있고, 레이저 가공을 하기 위해 충분한 굵기의 빔 직경의 레이저 광선을 이용할 수 있다. 그 결과로서, 집광 렌즈(23)나 미러(24) 등의 도광용 광학 소자의 설계 자유도의 향상이나 저비용화를 도모할 수 있다. 또한, 레이저 광선의 빔직경을 충분한 굵기로 할 수 있기 때문에, 가공점에 있어서 고 NA(개구수)화에 의한 고에너지 밀도화, 미세 가공이나 광범위한 가공이 가능해진다.
또한, 본 실시형태의 주사용 미러(14)는, 여진 주파수를 f[kHz], 미러 베이스(16)의 기계 진동각을 θ[rad]로 한 경우, f2ㆍθ의 값이 873[krad/s2] 이상인 영역에서 구동되기 때문에, 종래의 구성보다 더욱 고속인 영역에 있어서도, 미러 베이스(16)가 휘어지는 것을 억제하여, 집광 특성의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 비금속 재료는, 다이아몬드 또는 탄화실리콘이므로, 미러 베이스(16)의 형성을 용이하게 행할 수 있다.
또, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 골자를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다. 예컨대, 상기 실시형태에서는, 주사용 미러(14)를 레조넌트 스캐너(1)에 설치한 구성에 관해 설명했지만, 주사용 미러(14)가 고주파로 여진되는 것이면 갈바노 스캐너에 설치할 수도 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 레조넌트 스캐너(1)를 적용한 레이저 광선 조사 장치(20)에서는 관통 구멍을 형성했지만, 관통 구멍에 한정되지 않고, 홈 등을 형성하는 등의 다른 형상으로 피가공물을 가공해도 좋다.
1 : 레조넌트 스캐너(스캐너 장치) 11 : 베이스부
12 : 샤프트 13 : 받침대
14 : 주사용 미러 15 : 아암부
15a, 15b : 선단부 16 : 미러 베이스
17 : 반사막 20 : 레이저 광선 조사 장치
30 : 구동부 31a, 31b : 코일
32 : 전원부 32a, 32b : 자석
D : 직경(폭방향의 길이) L : 레이저 광선
Q : 축심 f : 여진 주파수
θ : 기계 진동각

Claims (4)

  1. 미러 베이스와,
    상기 미러 베이스 상에 형성되는 반사막을 구비하고,
    상기 미러 베이스는, 영률과 밀도로 규정되는 비강성의 값이 적어도 100[GPaㆍ㎤/g] 이상인 비금속 재료로 이루어지는 것인, 주사용 미러.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 미러 베이스를 구동시키는 여진 주파수를 f[kHz], 그 미러 베이스의 기계 진동각을 θ[rad]로 한 경우, f2ㆍθ의 값이 873[krad/s2] 이상인 영역에서 구동되는 것인, 주사용 미러.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 비금속 재료는 다이아몬드 또는 탄화실리콘인 것인, 주사용 미러.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 미러 베이스는 공진 스캐너 또는 갈바노 스캐너로서 이용되는 것인, 주사용 미러.
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