KR20180104564A - 레이저 가공 방법 및 레이저 가공 장치 - Google Patents

레이저 가공 방법 및 레이저 가공 장치 Download PDF

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Abstract

(과제) 레이저 가공의 품질의 추가적인 향상이 도모되는 레이저 가공 방법 및 레이저 가공 장치를 제공한다.
(해결 수단) 본 발명의 레이저 가공 방법은, 피가공물에 레이저 광선을 조사함으로써 발생하는 전자 여기의 시간보다 짧은 펄스 폭을 갖는 제 1 레이저 광선 (LB1) 을 조사하는 제 1 조사 공정과, 전자 여기 시간 내에 다음의 제 2 레이저 광선 (LB2) 을 조사하는 제 2 조사 공정을 포함한다. 본 발명의 레이저 가공 장치 (2) 는, 피가공물을 유지하는 유지 수단 (6) 과, 유지 수단 (6) 에 유지된 피가공물에 레이저 광선 (LB) 을 조사하는 레이저 광선 조사 수단 (10) 을 포함한다. 레이저 광선 조사 수단 (10) 은, 피가공물에 레이저 광선을 조사함으로써 발생하는 전자 여기의 시간보다 짧은 펄스 폭을 갖는 펄스 레이저 광선 (LB) 을 발진하는 레이저 발진기 (44) 를 구비하고, 피가공물에 제 1 레이저 광선 (LB1) 을 조사하여 발생하는 전자 여기의 시간 내에 다음의 제 2 레이저 광선 (LB2) 을 조사한다.

Description

레이저 가공 방법 및 레이저 가공 장치{LASER MACHINING METHOD AND LASER MACHINING APPARATUS}
본 발명은, 가공 품질의 향상을 도모할 수 있는 레이저 가공 방법 및 레이저 가공 장치에 관한 것이다.
IC, LSI 등의 복수의 디바이스가 교차하는 복수의 분할 예정 라인에 의해 구획되어 표면에 형성된 웨이퍼는, 레이저 가공 장치에 의해 개개의 디바이스 칩으로 분할되고, 분할된 각 디바이스 칩은 휴대 전화, PC 등의 전기 기기에 이용된다.
레이저 가공 장치는 하기 (1) 내지 (3) 의 타입인 것이 존재하고, 피가공물의 종류, 가공 조건을 고려하여 적정한 레이저 가공 장치가 선택된다.
(1) 피가공물에 대해 흡수성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선을 조사하여 어블레이션 가공을 실시하고 분할 예정 라인에 홈을 형성하여 개개의 디바이스 칩으로 분할하는 타입 (예를 들어 특허문헌 1 참조)
(2) 피가공물에 대해 투과성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선의 집광점을 분할 예정 라인의 내부에 위치 결정하여 펄스 레이저 광선을 웨이퍼에 조사하고, 분할 예정 라인의 내부에 개질층을 형성한 후, 웨이퍼에 외력을 부여하여 개개의 디바이스 칩으로 분할하는 타입 (예를 들어 특허문헌 2 참조)
(3) 피가공물에 대해 투과성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선의 집광 영역을 분할 예정 라인에 대응하는 웨이퍼의 내부에 위치 결정하여 펄스 레이저 광선을 웨이퍼에 조사하여 분할 예정 라인의 표면에서 이면에 이르는 복수의 세공과 각 세공을 감싸는 비정질을 형성하여 개개의 디바이스 칩으로 분할하는 타입 (예를 들어 특허문헌 3 참조)
일본 공개특허공보 평10-305420호 일본 특허공보 제3408805호 일본 공개특허공보 2014-221483호
레이저 가공의 품질은, 레이저 발진기가 발진하는 레이저 광선의 출력, 반복 주파수, 펄스 폭, 스폿 직경에 더하여 피가공물의 이송 속도를 포함하는 각 가공 요소에 의존하고 있고, 각 가공 요소가 적절히 조정되어 가공 조건이 설정된다. 그러나, 레이저 가공의 품질의 추가적인 향상을 도모하기 위해서는, 상기한 가공 요소의 종래의 조정으로는 한계가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 레이저 가공의 품질의 추가적인 향상이 도모되는 레이저 가공 방법 및 레이저 가공 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제 1 측면에 의하면, 피가공물에 레이저 광선을 조사하여 가공을 실시하는 레이저 가공 방법으로서, 피가공물에 레이저 광선을 조사함으로써 발생하는 전자 여기의 시간보다 짧은 펄스 폭을 갖는 제 1 레이저 광선을 조사하는 제 1 조사 공정과, 그 전자 여기 시간 내에 다음의 제 2 레이저 광선을 조사하는 제 2 조사 공정을 포함하는 레이저 가공 방법이 제공된다.
바람직하게는, 그 제 1 조사 공정과 그 제 2 조사 공정을 실시한 후, 피가공물에 발생하는 열이 방출되는 시간 이상의 시간을 두고 다음의 그 제 1 조사 공정과 그 제 2 조사 공정을 실시한다.
본 발명의 제 2 측면에 의하면, 레이저 가공 장치로서, 피가공물을 유지하는 척 테이블과, 그 척 테이블에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단을 구비하고, 그 레이저 광선 조사 수단은, 피가공물에 레이저 광선을 조사함으로써 발생하는 전자 여기의 시간보다 짧은 펄스 폭을 갖는 펄스 레이저 광선을 발진하는 레이저 발진기를 포함하고, 피가공물에 제 1 레이저 광선을 조사하여 발생하는 전자 여기의 시간 내에 다음의 제 2 레이저 광선을 조사하는 레이저 가공 장치가 제공된다.
바람직하게는, 그 제 1 레이저 광선과 그 제 2 레이저 광선을 조사한 후, 피가공물에 발생하는 열이 방출되는 시간 이상의 시간을 두고 다음의 그 제 1 레이저 광선과 그 제 2 레이저 광선을 조사한다.
본 발명의 레이저 가공 방법에 의하면, 피가공물을 구성하는 원자를 둘러싸는 전자가 제 1 레이저 광선에 의해 활성화된 상태에서 다음의 제 2 레이저 광선이 조사되고 가공이 촉진되어, 레이저 가공의 품질의 향상이 도모된다.
본 발명의 레이저 가공 장치에 의하면, 피가공물에 제 1 레이저 광선을 조사하여 발생하는 전자 여기의 시간 내에 다음의 제 2 레이저 광선을 조사하므로, 피가공물을 구성하는 원자를 둘러싸는 전자가 제 1 레이저 광선에 의해 활성화된 상태에서 다음의 제 2 레이저 광선이 조사되고 가공이 촉진되어, 레이저 가공의 품질의 향상이 도모된다.
도 1 은, 본 발명 실시형태에 관련된 레이저 가공 장치의 사시도이다.
도 2 는, 제 1 실시형태에 관련된 레이저 광선 조사 수단의 블록도이다.
도 3 은, 웨이퍼에 레이저 광선을 조사하고 있는 상태의 사시도이다.
도 4 는, 제 2 실시형태에 관련된 레이저 광선 조사 수단의 블록도이다.
도 5 는, 제 3 실시형태에 관련된 레이저 광선 조사 수단의 블록도이다.
도 6 은, 제 4 실시형태에 관련된 레이저 광선 조사 수단의 블록도이다.
먼저, 본 발명에 따라 구성된 레이저 가공 장치의 제 1 실시형태 및 이 레이저 가공 장치를 사용하는 레이저 가공 방법에 대해 도 1 내지 도 3 을 참조하면서 설명한다.
도 1 에 나타내는 레이저 가공 장치 (2) 는, 기대 (基臺) (4) 와, 피가공물을 유지하는 유지 수단 (6) 과, 유지 수단 (6) 을 이동시키는 이동 수단 (8) 과, 유지 수단 (6) 에 유지된 피가공물에 펄스 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단 (10) 과, 유지 수단 (6) 에 유지된 피가공물을 촬상하는 촬상 수단 (12) 을 구비한다.
도 1 에 나타내는 바와 같이, 유지 수단 (6) 은, X 방향에 있어서 자유롭게 이동할 수 있도록 기대 (4) 에 탑재된 사각형상의 X 방향 가동판 (14) 과, Y 방향에 있어서 자유롭게 이동할 수 있도록 X 방향 가동판 (14) 에 탑재된 사각형상의 Y 방향 가동판 (16) 과, Y 방향 가동판 (16) 의 상면에 고정된 원통상의 지지 기둥 (18) 과, 지지 기둥 (18) 의 상단에 고정된 사각형상의 커버판 (20) 을 포함한다. 커버판 (20) 에는 Y 방향으로 연장되는 장공 (長穴) (20a) 이 형성되고, 장공 (20a) 을 통과하여 상방으로 연장되는 원 형상의 척 테이블 (22) 이 지지 기둥 (18) 의 상단에 자유롭게 회전할 수 있도록 탑재되어 있다. 척 테이블 (22) 의 상면에는, 다공질 재료로 형성되고 실질상 수평으로 연장되는 원 형상의 흡착 척 (24) 이 배치되고, 흡착 척 (24) 은 유로에 의해 흡인 수단 (도시 생략) 에 접속되어 있다. 그리고, 척 테이블 (22) 에 있어서는, 흡인 수단에 의해 흡착 척 (24) 의 상면에 흡인력을 생성함으로써, 흡착 척 (24) 의 상면에 재치 (載置) 된 피가공물을 흡착하여 유지할 수 있다. 또, 척 테이블 (22) 의 둘레 가장자리에는, 둘레 방향으로 간격을 두고 복수 개의 클램프 (26) 가 배치되어 있다. 또한, X 방향은 도 1 에 화살표 X 로 나타내는 방향이고, Y 방향은 도 1 에 화살표 Y 로 나타내는 방향으로서 X 방향과 직교하는 방향이다. X 방향 및 Y 방향이 규정하는 평면은 실질상 수평이다.
이동 수단 (8) 은, 척 테이블 (22) 을 X 방향으로 이동시키는 X 방향 이동 수단 (28) 과, 척 테이블 (22) 을 Y 방향으로 이동시키는 Y 방향 이동 수단 (30) 과, 상하 방향으로 연장되는 축선을 중심으로 하여 척 테이블 (22) 을 회전시키는 회전 수단 (도시 생략) 을 포함한다. X 방향 이동 수단 (28) 은, 기대 (4) 상에 있어서 X 방향으로 연장되는 볼 나사 (32) 와, 볼 나사 (32) 의 편단부에 연결된 모터 (34) 를 갖는다. 볼 나사 (32) 의 너트부 (도시 생략) 는, X 방향 가동판 (14) 의 하면에 고정되어 있다. 그리고 X 방향 이동 수단 (28) 은, 볼 나사 (32) 에 의해 모터 (34) 의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하여 X 방향 가동판 (14) 에 전달하고, 기대 (4) 상의 안내 레일 (4a) 을 따라 X 방향 가동판 (14) 을 X 방향으로 진퇴시키고, 이것에 의해 척 테이블 (22) 을 X 방향으로 진퇴시킨다. Y 방향 이동 수단 (30) 은, X 방향 가동판 (14) 상에 있어서 Y 방향으로 연장되는 볼 나사 (36) 와, 볼 나사 (36) 의 편단부에 연결된 모터 (38) 를 갖는다. 볼 나사 (36) 의 너트부 (도시 생략) 는, Y 방향 가동판 (16) 의 하면에 고정되어 있다. 그리고 Y 방향 이동 수단 (30) 은, 볼 나사 (36) 에 의해 모터 (38) 의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하여 Y 방향 가동판 (16) 에 전달하고, X 방향 가동판 (14) 상의 안내 레일 (14a) 을 따라 Y 방향 가동판 (16) 을 Y 방향으로 진퇴시키고, 이것에 의해 척 테이블 (22) 을 Y 방향으로 진퇴시킨다. 회전 수단은, 지지 기둥 (18) 에 내장된 모터 (도시 생략) 를 갖고, 상하 방향으로 연장되는 축선을 중심으로 하여 지지 기둥 (18) 에 대해 척 테이블 (22) 을 회전시킨다.
레이저 광선 조사 수단 (레이저 광선 조사 유닛) (10) 은, 기대 (4) 의 상면으로부터 상방으로 연장되고 이어서 실질상 수평으로 연장되는 프레임체 (40) 와, 프레임체 (40) 의 선단 하면에 배치된 집광기 (42) 와, 집광점 위치 조정 수단 (도시 생략) 을 포함한다. 집광기 (42) 에는, 유지 수단 (6) 의 척 테이블 (22) 에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 집광하여 조사하기 위한 집광 렌즈 (42a) 가 내장되어 있다. 또, 촬상 수단 (촬상 유닛) (12) 은, 집광기 (42) 와 X 방향으로 간격을 두고 프레임체 (40) 의 선단 하면에 부설되어 있다.
도 2 를 참조하여 설명하면, 레이저 광선 조사 수단 (10) 은, 웨이퍼 등의 피가공물에 레이저 광선을 조사함으로써 발생하는 전자 여기의 시간 (이하 「전자 여기 시간」이라고 한다) 보다 짧은 펄스 폭을 갖는 펄스 레이저 광선 (LB) 을 발진하는 레이저 발진기 (44) 와, 레이저 발진기 (44) 가 발진한 펄스 레이저 광선 (LB) 을 분기하여 제 1 광로 (46) 로 제 1 펄스 레이저 광선 (LB1) 을 유도함과 함께 제 2 광로 (48) 로 제 2 펄스 레이저 광선 (LB2) 을 유도하는 제 1 편광 빔 스플리터 (50) 와, 제 2 광로 (48) 에 배치 형성되어, 전자 여기 시간에 미치지 못한 시간만큼 제 1 펄스 레이저 광선 (LB1) 에 대해 제 2 펄스 레이저 광선 (LB2) 을 지연시키는 광 지연 광학체 (52) 와, 제 1 광로 (46) 와 제 2 광로 (48) 를 합류시키는 제 2 편광 빔 스플리터 (54) 를 포함한다. 제 1 실시형태에서는 도 2 에 나타내는 바와 같이, 레이저 광선 조사 수단 (10) 은, 추가로, 레이저 발진기 (44) 가 발진한 펄스 레이저 광선 (LB) 의 출력을 조정하는 어테뉴에이터 (56) 와, 레이저 발진기 (44) 와 제 1 편광 빔 스플리터 (50) 사이 (본 실시형태에서는 어테뉴에이터 (56) 와 제 1 편광 빔 스플리터 (50) 사이) 에 배치 형성된 1/2 파장판 (58) 과, 제 1 광로 (46) 를 직각으로 구부려서 제 2 편광 빔 스플리터 (54) 로 제 1 펄스 레이저 광선 (LB1) 을 유도하는 제 1 미러 (60) 와, 제 2 광로 (48) 를 직각으로 구부려서 제 2 편광 빔 스플리터 (54) 로 제 2 펄스 레이저 광선 (LB2) 을 유도하는 제 2 미러 (62) 를 포함한다.
레이저 발진기 (44) 가 발진하는 펄스 레이저 광선 (LB) 의 펄스 폭은, 전자 여기 시간보다 짧고, 예를 들어, 전자 여기 시간이 약 8 ps (8 × 10-12 초) 인 사파이어 (Al2O3) 가 피가공물인 경우에는 약 1 ps 로 설정되는 것이 바람직하다. 레이저 발진기 (44) 가 발진하는 펄스 레이저 광선 (LB) 의 파장은, 355 ㎚, 1064 ㎚ 등, 가공의 종류에 따라 적절히 결정된다. 레이저 발진기 (44) 가 발진한 펄스 레이저 광선 (LB) 은, 가공의 종류에 따른 적절한 출력에 어테뉴에이터 (56) 에 의해 조정되어 1/2 파장판 (58) 에 입사된다. 1/2 파장판 (58) 에 입사된 펄스 레이저 광선 (LB) 은, 제 1 편광 빔 스플리터 (50) 에 대해 편광면이 P 편광인 P 편광 성분의 광량과, 제 1 편광 빔 스플리터 (50) 에 대해 편광면이 S 편광인 S 편광 성분의 광량이 1/2 파장판 (58) 에 의해 적절히 (예를 들어 균등하게) 조정된다. 제 1 편광 빔 스플리터 (50) 는, 입사된 펄스 레이저 광선 (LB) 중 P 편광 성분을 투과시켜 제 1 광로 (46) 로 제 1 펄스 레이저 광선 (LB1) 을 유도하고, 입사된 펄스 레이저 광선 (LB) 중 S 편광 성분을 반사하여 제 2 광로 (48) 로 제 2 펄스 레이저 광선 (LB2) 을 유도하도록 되어 있다. 제 1 광로 (46) 로 유도된 제 1 펄스 레이저 광선 (LB1) 은, 제 1 미러 (60) 에 의해 반사되어 제 2 편광 빔 스플리터 (54) 에 입사된다. 한편, 제 2 광로 (48) 로 유도된 제 2 펄스 레이저 광선 (LB2) 은, 제 2 미러 (62) 에 의해 반사되어 광 지연 광학체 (52) 에 입사된다. 광 지연 광학체 (52) 는, 예를 들어, 제 2 광로 (48) 의 진행 방향에 있어서 소정 길이를 갖는 유리편으로 구성될 수 있다. 제 2 광로 (48) 의 진행 방향에 있어서의 광 지연 광학체 (52) 의 길이는, 전자 여기 시간에 미치지 못한 시간만큼 제 1 펄스 레이저 광선 (LB1) 에 대해 제 2 펄스 레이저 광선 (LB2) 을 광 지연 광학체 (52) 가 지연시키는 지연 시간과, 광 지연 광학체 (52) 의 굴절률로부터 결정된다. 예를 들어, 전자 여기 시간이 약 8 ps 인 사파이어가 피가공물일 때 지연 시간은 약 4 ps 로 설정되는 것이 바람직하고, 굴절률 1.5 의 유리편으로부터 광 지연 광학체 (52) 가 형성되는 경우에 4 ps 의 지연 시간을 발생시키기 위해서는, 제 2 광로 (48) 의 진행 방향에 있어서의 광 지연 광학체 (52) 의 길이는 약 2.5 ㎜ 가 된다. 그리고, 광 지연 광학체 (52) 를 투과한 제 2 펄스 레이저 광선 (LB2) 은, 제 1 펄스 레이저 광선 (LB1) 에 대해 전자 여기 시간에 미치지 못한 소정 지연 시간만큼 지연되어 제 2 편광 빔 스플리터 (54) 에 입사된다. 또한, 광 지연 광학체 (52) 는, 제 1 펄스 레이저 광선 (LB1) 과 제 2 펄스 레이저 광선 (LB2) 의 일방에 대해, 제 1 펄스 레이저 광선 (LB1) 과 제 2 펄스 레이저 광선 (LB2) 의 타방을 상대적으로 지연시키면 되므로, 제 1 경로 (46) 에 배치 형성되어, 전자 여기 시간에 미치지 못한 소정 지연 시간만큼 제 2 펄스 레이저 광선 (LB2) 에 대해 제 1 펄스 레이저 광선 (LB1) 을 지연시키도록 해도 된다.
본 실시형태에 있어서의 제 2 편광 빔 스플리터 (54) 는, 입사된 펄스 레이저 광선 (LB) 중 P 편광 성분을 투과시킴과 함께, 입사된 펄스 레이저 광선 (LB) 중 S 편광 성분을 반사하여 광로를 변환하게 되어 있다. 제 2 편광 빔 스플리터 (54) 에 대해서도 편광면이 P 편광인 제 1 펄스 레이저 광선 (LB1) 은 제 2 편광 빔 스플리터 (54) 를 투과하고, 제 2 편광 빔 스플리터 (54) 에 대해서도 편광면이 S 편광인 제 2 펄스 레이저 광선 (LB2) 은 제 2 편광 빔 스플리터 (54) 에 의해 반사되어 광로가 변환되고, 따라서 제 2 편광 빔 스플리터 (54) 에 의해 제 1 광로 (46) 와 제 2 광로 (48) 가 합류된다. 그리고, 제 1 펄스 레이저 광선 (LB1) 이 집광 렌즈 (42a) 에 의해 집광되어 피가공물에 조사됨과 함께, 제 1 펄스 레이저 광선 (LB1) 에 대해 전자 여기 시간에 미치지 못한 소정 지연 시간만큼 지연되어 제 2 펄스 레이저 광선 (LB2) 이 집광 렌즈 (42a) 에 의해 집광되어 피가공물에 조사된다. 즉, 레이저 광선 조사 수단 (10) 은, 피가공물에 제 1 펄스 레이저 광선 (LB1) 을 조사하여 발생하는 전자 여기의 시간 내에 다음의 제 2 펄스 레이저 광선 (LB2) 을 피가공물에 조사 가능하게 되어 있다.
레이저 발진기 (44) 가 발진하는 펄스 레이저 광선 (LB) 의 반복 주파수는, 제 1 펄스 레이저 광선 (LB1) 과 제 2 펄스 레이저 광선 (LB2) 을 피가공물에 조사한 후에 피가공물에 발생하는 열이 방출되는 시간으로 1 초를 나눈 값 이하로 설정되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 레이저 광선의 조사에 의해 피가공물에 발생하는 열이 방출되는 시간 (이하 「열 방출 시간」이라고 한다) 이 약 1 ㎲ (1 × 10-6 초) 인 사파이어가 피가공물인 경우, 사파이어의 열 방출 시간 1 ㎲ 로 1 초를 나눈 값은 1 × 106 이 되기 때문에, 레이저 발진기 (44) 가 발진하는 펄스 레이저 광선 (LB) 의 반복 주파수는 1 MHz (1 × 106 Hz) 이하로 설정되는 것이 바람직하다. 이와 같이 반복 주파수가 설정됨으로써, 레이저 광선 조사 수단 (10) 은, 제 1 펄스 레이저 광선 (LB1) 과 제 2 펄스 레이저 광선 (LB2) 을 피가공물에 조사한 후, 열 방출 시간 이상의 시간을 두고 다음의 제 1 펄스 레이저 광선 (LB1) 과 제 2 펄스 레이저 광선 (LB2) 을 피가공물에 조사하게 된다. 이로써, 레이저 가공에 의한 열 영향을 피가공물에 주는 것이 억제되어, 레이저 가공의 품질의 향상이 도모된다.
도 3 에 나타내는 원반상의 웨이퍼 (70) 의 표면 (70a) 은, 격자상으로 형성된 복수의 분할 예정 라인 (72) 에 의해 복수의 사각형 영역으로 구획되고, 복수의 사각형 영역의 각각에는 IC, LSI 등의 디바이스 (74) 가 형성되어 있다. 본 실시형태에서는, 둘레 가장자리가 환상 프레임 (76) 에 고정된 점착 테이프 (78) 에 웨이퍼 (70) 의 이면이 첩부되어 있다. 또한, 웨이퍼 (70) 의 표면 (70a) 이 점착 테이프 (78) 에 첩부되어 있어도 된다.
레이저 가공 장치 (2) 를 사용하여 웨이퍼 (70) 에 레이저 가공을 실시할 때에는, 먼저, 웨이퍼 (70) 의 표면 (70a) 을 위를 향하게 하여 척 테이블 (22) 의 상면에 웨이퍼 (70) 를 유지시킴과 함께, 환상 프레임 (76) 의 외주 가장자리부를 복수의 클램프 (26) 로 고정시키는 웨이퍼 유지 공정을 실시한다. 이어서, 촬상 수단 (12) 으로 상방으로부터 웨이퍼 (70) 를 촬상하고, 촬상 수단 (12) 으로 촬상한 웨이퍼 (70) 의 화상에 기초하여, 이동 수단 (8) 으로 척 테이블 (22) 을 이동 및 회전시킴으로써 격자상의 분할 예정 라인 (72) 을 X 방향 및 Y 방향에 정합시키는 얼라인먼트 공정을 실시한다. 이어서, X 방향에 정합시킨 분할 예정 라인 (72) 의 편단부의 상방에 집광기 (42) 를 위치 결정하고, 집광점 위치 조정 수단으로 집광기 (42) 를 승강시킴으로써 집광점의 상하 방향 위치를 조정하는 집광점 위치 조정 공정을 실시한다. 또한, 집광점의 직경은, 1 ㎛ ∼ 20 ㎛ 등, 가공의 종류에 따라 적절히 결정된다.
이어서, 웨이퍼 (70) 에 레이저 광선을 조사함으로써 발생하는 전자 여기의 시간보다 짧은 펄스 폭을 갖는 제 1 펄스 레이저 광선 (LB1) 을 조사하는 제 1 조사 공정과, 웨이퍼 (70) 의 전자 여기 시간 내에 다음의 제 2 펄스 레이저 광선 (LB2) 을 조사하는 제 2 조사 공정을 실시한다. 상기 서술한 바와 같이 레이저 가공 장치 (2) 에 있어서는, 레이저 발진기 (44) 가 발진하는 펄스 레이저 광선 (LB) 의 펄스 폭이 피가공물의 전자 여기 시간보다 짧게 설정되어 있음과 함께, 피가공물에 제 1 펄스 레이저 광선 (LB1) 을 조사하여 발생하는 전자 여기의 시간 내에 다음의 제 2 펄스 레이저 광선 (LB2) 을 피가공물에 조사 가능하게 되어 있으므로, 레이저 가공 장치 (2) 를 사용함으로써 제 1 조사 공정과 제 2 조사 공정을 실시할 수 있다. 제 1 조사 공정과 제 2 조사 공정을 실시함으로써, 웨이퍼 (70) 를 구성하는 원자를 둘러싸는 전자가 제 1 펄스 레이저 광선 (LB1) 에 의해 활성화된 상태에서 다음의 제 2 펄스 레이저 광선 (LB2) 이 조사되고 가공이 촉진되어, 레이저 가공의 품질의 향상이 도모된다. 예를 들어, 웨이퍼 (70) 에 대해 투과성을 갖는 레이저 광선을 조사하여 분할 예정 라인 (72) 의 내부에 개질층을 형성하는 개질층 형성 가공을 실시하는 경우에 있어서, 제 1 조사 공정과 제 2 조사 공정을 실시함으로써 레이저 광선의 입사 방향에 있어서 분할 예정 라인 (72) 의 내부에 비교적 긴 개질층을 형성할 수 있다. 최초의 제 1 조사 공정과 제 2 조사 공정을 실시한 후에는, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 집광점에 대해 척 테이블 (22) 을 소정의 가공 이송 속도 (예를 들어 500 ㎜/s 이면 되지만, 반복 주파수를 고려하여 적절히 결정된다) 로 X 방향 이동 수단 (28) 에 의해 X 방향으로 가공 이송하면서, 제 1 조사 공정과 제 2 조사 공정을 교대로 반복하는 분할 가공을 분할 예정 라인 (72) 을 따라 실시한다. 분할 가공은, 분할 예정 라인 (72) 의 간격의 분만큼 집광점에 대해 척 테이블 (22) 을 Y 방향 이동 수단 (30) 에 의해 Y 방향으로 인덱스 이송하면서, X 방향에 정합시킨 분할 예정 라인 (72) 의 전부에 실시한다. 또, 회전 수단에 의해 척 테이블 (22) 을 90 도 회전시킨 다음, 인덱스 이송하면서 분할 가공을 실시하고, 먼저 분할 가공을 실시한 분할 예정 라인 (72) 과 직교하는 분할 예정 라인 (72) 의 전부에도 분할 가공을 실시한다. 이로써, 가공 품질이 향상된 레이저 가공에 의해 웨이퍼 (70) 를 디바이스 (74) 를 갖는 개개의 칩으로 분할할 수 있다.
분할 가공을 실시할 때에는, 레이저 발진기 (44) 가 발진하는 펄스 레이저 광선 (LB) 의 반복 주파수를, 제 1 펄스 레이저 광선 (LB1) 과 제 2 펄스 레이저 광선 (LB2) 을 웨이퍼 (70) 에 조사한 후에 웨이퍼 (70) 에 발생하는 열이 방출되는 시간으로 1 초를 나눈 값 이하로 설정함으로써, 제 1 조사 공정과 제 2 조사 공정을 실시한 후, 웨이퍼 (70) 에 발생하는 열이 방출되는 시간 이상의 시간을 두고 다음의 제 1 조사 공정과 제 2 조사 공정을 실시하는 것이 바람직하다. 이로써, 레이저 가공에 의한 열 영향을 웨이퍼 (70) 에 주는 것이 억제되어, 레이저 가공의 품질의 향상이 도모된다.
다음으로, 본 발명에 따라 구성된 레이저 가공 장치의 제 2 실시형태 및 이 레이저 가공 장치를 사용하는 레이저 가공 방법에 대해 도 3 및 도 4 를 참조하면서 설명한다. 또한, 제 2 실시형태에서는, 제 1 실시형태와 동일한 구성 요소에 동일 부호를 부여하여 그 설명을 생략한다.
도 4 에 나타내는 바와 같이, 레이저 가공 장치 (80) 의 레이저 광선 조사 수단 (82) 은, 레이저 발진기 (44) 와, 제 1 편광 빔 스플리터 (50) 와, 제 2 편광 빔 스플리터 (54) 를 포함하고, 레이저 발진기 (44) 로부터 발진된 펄스 레이저 광선 (LB) 이 제 1 편광 빔 스플리터 (50) 에 의해 분기되어 제 1 펄스 레이저 광선 (LB1) 이 유도되는 제 1 광로 (84) 와, 레이저 발진기 (44) 로부터 발진된 펄스 레이저 광선 (LB) 이 제 1 편광 빔 스플리터 (50) 에 의해 분기되어 제 2 펄스 레이저 광선 (LB2) 이 유도되는 제 2 광로 (86) 가 동 재질의 광 파이버로 형성되어 있다. 레이저 광선 조사 수단 (82) 에서는, 제 2 광로 (86) 의 광로 길이가 제 1 광로 (84) 의 광로 길이보다 소정 길이만큼 길게 형성되어 있고, 제 1 펄스 레이저 광선 (LB1) 이 제 1 광로 (84) 를 통과함과 함께 제 2 펄스 레이저 광선 (LB2) 이 제 2 광로 (86) 를 통과하면, 전자 여기 시간에 미치지 못한 소정 지연 시간만큼 제 1 펄스 레이저 광선 (LB1) 에 대해 제 2 펄스 레이저 광선 (LB2) 이 지연되게 되어 있다. 따라서 제 2 실시형태에서는, 제 1 광로 (84) 보다 소정 길이만큼 길게 형성된 제 2 광로 (86) 에 의해 광 지연 광학체가 구성되어 있다. 제 1 광로 (84) 와 제 2 광로 (86) 의 광로 길이차는 지연 시간에 따라 결정된다. 예를 들어, 전자 여기 시간이 약 8 ps 인 사파이어가 피가공물일 때에 지연 시간은 약 4 ps 로 설정되는 것이 바람직하고, 4 ps 의 지연 시간을 발생시키기 위해서는, 광 파이버의 굴절률이 1.5 인 경우, 제 1 광로 (84) 와 제 2 광로 (86) 의 광로 길이차는 약 2.5 ㎜ 가 된다. 또한, 전자 여기 시간에 미치지 못한 소정 지연 시간만큼 제 2 펄스 레이저 광선 (LB2) 에 대해 제 1 펄스 레이저 광선 (LB1) 을 지연시키도록, 제 1 광로 (84) 가 제 2 광로 (86) 보다 소정 길이만큼 길게 형성되어 있어도 된다. 또, 제 2 실시형태에서는 도 4 에 나타내는 바와 같이, 레이저 광선 조사 수단 (82) 은, 추가로, 어테뉴에이터 (56) 와 1/2 파장판 (58) 과, 콜리메이트 렌즈 (88) 와, 미러 (90) 를 포함한다.
제 1 펄스 레이저 광선 (LB1) 은, 제 1 광로 (84) 및 제 2 편광 빔 스플리터 (54) 를 통과한 후, 콜리메이트 렌즈 (88) 에 의해 평행광으로 변환되고, 이어서 미러 (90) 에 의해 광로가 변환되고, 그리고 집광 렌즈 (42a) 에 의해 집광되어 피가공물에 조사된다. 또, 제 2 펄스 레이저 광선 (LB2) 은, 제 2 광로 (86) 를 통과하여, 제 1 펄스 레이저 광선 (LB1) 에 대해 전자 여기 시간에 미치지 못한 소정 지연 시간만큼 지연되어 제 2 편광 빔 스플리터 (54) 를 통과한 후, 콜리메이트 렌즈 (88) 에 의해 평행광으로 변환되고, 이어서 미러 (90) 에 의해 광로가 변환되고, 그리고 집광 렌즈 (42a) 에 의해 집광되어 피가공물에 조사된다. 즉, 레이저 광선 조사 수단 (82) 은, 피가공물에 제 1 펄스 레이저 광선 (LB1) 을 조사하여 발생하는 전자 여기의 시간 내에 다음의 제 2 펄스 레이저 광선 (LB2) 을 피가공물에 조사 가능하게 되어 있다.
레이저 가공 장치 (80) 를 사용하여 웨이퍼 (70) 에 레이저 가공을 실시할 때에는, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 먼저 웨이퍼 유지 공정을 실시하고, 이어서 얼라인먼트 공정을 실시한 후, 집광점 위치 조정 공정을 실시한다. 이어서, 웨이퍼 (70) 에 레이저 광선을 조사함으로써 발생하는 전자 여기의 시간보다 짧은 펄스 폭을 갖는 제 1 펄스 레이저 광선 (LB1) 을 조사하는 제 1 조사 공정과, 웨이퍼 (70) 의 전자 여기 시간 내에 다음의 제 2 펄스 레이저 광선 (LB2) 을 조사하는 제 2 조사 공정을 실시한다. 상기 서술한 바와 같이 레이저 가공 장치 (80) 에 있어서는, 레이저 발진기 (44) 가 발진하는 펄스 레이저 광선 (LB) 의 펄스 폭이 피가공물의 전자 여기 시간보다 짧게 설정되어 있음과 함께, 피가공물에 제 1 펄스 레이저 광선 (LB1) 을 조사하여 발생하는 전자 여기의 시간 내에 다음의 제 2 펄스 레이저 광선 (LB2) 을 피가공물에 조사 가능하게 되어 있으므로, 레이저 가공 장치 (80) 를 사용함으로써 제 1 조사 공정과 제 2 조사 공정을 실시할 수 있다. 제 1 조사 공정과 제 2 조사 공정을 실시함으로써, 웨이퍼 (70) 를 구성하는 원자를 둘러싸는 전자가 제 1 펄스 레이저 광선 (LB1) 에 의해 활성화된 상태에서 다음의 제 2 펄스 레이저 광선 (LB2) 이 조사되고 가공이 촉진되어, 레이저 가공의 품질의 향상이 도모된다. 최초의 제 1 조사 공정과 제 2 조사 공정을 실시한 후에는, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 집광점에 대해 척 테이블 (22) 을 소정의 가공 이송 속도 (예를 들어 500 ㎜/s 이면 되지만, 반복 주파수를 고려하여 적절히 결정된다) 로 X 방향 이동 수단 (28) 에 의해 X 방향으로 가공 이송하면서, 제 1 조사 공정과 제 2 조사 공정을 교대로 반복하는 분할 가공을 분할 예정 라인 (72) 을 따라 실시한다. 분할 가공은, 분할 예정 라인 (72) 의 간격의 분만큼 집광점에 대해 척 테이블 (22) 을 Y 방향 이동 수단 (30) 에 의해 Y 방향으로 인덱스 이송하면서, X 방향에 정합시킨 분할 예정 라인 (72) 의 전부에 실시한다. 또, 회전 수단에 의해 척 테이블 (22) 을 90 도 회전시킨 다음, 인덱스 이송하면서 분할 가공을 실시하고, 먼저 분할 가공을 실시한 분할 예정 라인 (72) 과 직교하는 분할 예정 라인 (72) 의 전부에도 분할 가공을 실시한다. 이로써, 가공 품질이 향상된 레이저 가공에 의해 웨이퍼 (70) 를 개개의 디바이스 (74) 로 분할할 수 있다.
제 2 실시형태에 있어서도, 분할 가공을 실시할 때에는, 레이저 발진기 (44) 가 발진하는 펄스 레이저 광선 (LB) 의 반복 주파수를, 제 1 펄스 레이저 광선 (LB1) 과 제 2 펄스 레이저 광선 (LB2) 을 웨이퍼 (70) 에 조사한 후에 웨이퍼 (70) 에 발생하는 열이 방출되는 시간으로 1 초를 나눈 값 이하로 설정함으로써, 제 1 조사 공정과 제 2 조사 공정을 실시한 후, 웨이퍼 (70) 에 발생하는 열이 방출되는 시간 이상의 시간을 두고 다음의 제 1 조사 공정과 제 2 조사 공정을 실시하는 것이 바람직하다. 이로써, 레이저 가공에 의한 열 영향을 웨이퍼 (70) 에 주는 것이 억제되어, 레이저 가공의 품질의 향상이 도모된다.
다음으로, 본 발명에 따라 구성된 레이저 가공 장치의 제 3 실시형태 및 이 레이저 가공 장치를 사용하는 레이저 가공 방법에 대해 도 3 및 도 5 를 참조하면서 설명한다. 또한, 제 3 실시형태에서는, 제 1 실시형태와 동일한 구성 요소에 동일 부호를 부여하여 그 설명을 생략한다.
도 5 에 나타내는 바와 같이, 레이저 가공 장치 (100) 의 레이저 광선 조사 수단 (102) 은, 전자 여기 시간보다 짧은 펄스 폭을 갖는 펄스 레이저 광선 (LB') 을 발진함과 함께 전자 여기 시간 내에 적어도 2 개의 펄스 레이저 광선 (LB') 을 발진하도록 반복 주파수가 설정된 레이저 발진기 (104) 와, 레이저 발진기 (104) 와 집광기 (42) 의 집광 렌즈 (42a) 사이에 배치 형성되어 펄스 레이저 광선 (LB') 을 소정의 주기로 솎아내어 버림으로써 가공에 필요한 펄스 레이저 광선 (LB') 을 집광기 (42) 의 집광 렌즈 (42a) 로 유도하는 솎아내기 수단 (106) 과, 솎아내기 수단 (106) 과 집광기 (42) 의 집광 렌즈 (42a) 사이에 배치 형성되어 가공에 필요한 펄스 레이저 광선 (LB') 의 출력을 증대시키는 증폭기 (108) 와, 증폭기 (108) 에 의해 증폭된 펄스 레이저 광선 (LB') 의 광로를 변환하여 집광기 (42) 의 집광 렌즈 (42a) 로 펄스 레이저 광선 (LB') 을 유도하는 미러 (110) 를 포함한다.
레이저 발진기 (104) 가 발진하는 펄스 레이저 광선 (LB') 의 펄스 폭은, 전자 여기 시간보다 짧고, 예를 들어, 전자 여기 시간이 약 8 ps (8 × 10-12 초) 인 사파이어 (Al2O3) 가 피가공물인 경우에는 약 1 ps 로 설정되는 것이 바람직하다. 레이저 발진기 (104) 가 발진하는 펄스 레이저 광선 (LB') 의 파장은, 355 ㎚, 1064 ㎚ 등, 가공의 종류에 따라 적절히 결정된다. 또, 레이저 발진기 (104) 가 발진하는 펄스 레이저 광선 (LB') 의 반복 주파수는, 전자 여기 시간 내에 적어도 2 개의 펄스 레이저 광선 (LB') 을 발진하도록 설정되고, 예를 들어, 전자 여기 시간이 약 8 ps 인 사파이어가 피가공물인 경우에는 250 ㎓ (250 × 109 Hz) 로 설정되는 것이 바람직하고, 이로써 펄스 레이저 광선 (LB') 의 발진 간격이 4 ps 가 되어, 레이저 발진기 (104) 는 사파이어의 전자 여기 시간 내에 적어도 2 개의 펄스 레이저 광선 (LB') 을 발진 가능해진다. 이와 같이 레이저 발진기 (104) 에 있어서는, 전자 여기 시간보다 짧은 펄스 폭을 갖는 펄스 레이저 광선 (LB') 을 발진함과 함께 전자 여기 시간 내에 적어도 2 개의 펄스 레이저 광선 (LB') 을 발진하도록 반복 주파수가 설정되어 있으므로, 레이저 광선 조사 수단 (102) 은, 피가공물에 제 1 펄스 레이저 광선 (LB1') 을 조사하여 발생하는 전자 여기의 시간 내에 다음의 제 2 펄스 레이저 광선 (LB2') 을 피가공물에 조사 가능하게 되어 있다.
본 실시형태에서는 도 5 에 나타내는 바와 같이, 솎아내기 수단 (106) 은, 인가되는 전압 신호에 따라 광로를 변경하는 AOD (음향 광학 소자) (112) 와, 광로가 변경된 펄스 레이저 광선 (LB') 을 흡수하는 댐퍼 (114) 로 구성되어 있다. AOD (112) 는, 전압 신호가 인가되어 있지 않으면 레이저 발진기 (104) 가 발진한 펄스 레이저 광선 (LB') 을 증폭기 (108) 로 유도하고, 소정의 전압 신호가 인가 되면 레이저 발진기 (104) 가 발진한 펄스 레이저 광선 (LB') 을 댐퍼 (114) 로 유도하도록 되어 있다. 솎아내기 수단 (106) 은, 적어도 2 개의 펄스 레이저 광선 (LB') 을 피가공물에 조사하고 나서 다음의 적어도 2 개의 펄스 레이저 광선 (LB') 을 피가공물에 조사할 때까지의 시간이, 이전의 적어도 2 개의 펄스 레이저 광선 (LB') 을 피가공물에 조사한 후에 피가공물에 발생하는 열이 방출되는 시간 이상이 되도록 펄스 레이저 광선 (LB') 을 솎아내는 것이 바람직하다. 이로써, 레이저 가공에 의한 열 영향을 피가공물에 주는 것이 억제되어, 레이저 가공의 품질의 향상이 도모된다. 예를 들어, 열 방출 시간이 약 1 ㎲ (1 × 10-6 초) 인 사파이어가 피가공물인 경우, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 제 1 펄스 레이저 광선 (LB1') 및 제 2 펄스 레이저 광선 (LB2') 을 피가공물에 조사하고 나서, 다음의 제 1 펄스 레이저 광선 (LB1') 및 제 2 펄스 레이저 광선 (LB2') 을 피가공물에 조사할 때까지의 시간이, 사파이어의 열 방출 시간 (약 1 ㎲) 이상이 되도록 솎아내기 수단 (106) 에 의해 펄스 레이저 광선 (LB') 을 솎아내는 것이 바람직하다. 도 5 에는 솎아내기 수단 (106) 에 의해 솎아내진 펄스 레이저 광선 (LB') 이 점선으로 나타나 있다. 또, 본 실시형태에서는, 레이저 발진기 (104) 가 발진하는 펄스 레이저 광선 (LB') 의 대부분이 솎아내기 수단 (106) 에 의해 솎아내지는 결과, 솎아내기 수단 (106) 과 집광 렌즈 (42a) 사이에 펄스 레이저 광선 (LB') 의 출력을 증대시키는 증폭기 (108) 가 배치 형성되어 있는 점에서, 레이저 발진기 (104) 가 발진하는 펄스 레이저 광선 (LB') 의 출력은 비교적 작아도 되고, 따라서 에너지 효율의 저하가 억제되어 있다.
레이저 가공 장치 (100) 를 사용하여 웨이퍼 (70) 에 레이저 가공을 실시할 때에는, 제 1·제 2 실시형태와 마찬가지로, 먼저 웨이퍼 유지 공정을 실시하고, 이어서 얼라인먼트 공정을 실시한 후, 집광점 위치 조정 공정을 실시한다. 이어서, 웨이퍼 (70) 에 레이저 광선을 조사함으로써 발생하는 전자 여기의 시간보다 짧은 펄스 폭을 갖는 제 1 펄스 레이저 광선 (LB1') 을 조사하는 제 1 조사 공정과, 웨이퍼 (70) 의 전자 여기 시간 내에 다음의 제 2 펄스 레이저 광선 (LB2') 을 조사하는 제 2 조사 공정을 실시한다. 상기 서술한 바와 같이 하여 레이저 가공 장치 (100) 에 있어서는, 레이저 발진기 (104) 가 발진하는 펄스 레이저 광선 (LB') 의 펄스 폭이 피가공물의 전자 여기 시간보다 짧게 설정되어 있음과 함께, 피가공물에 제 1 펄스 레이저 광선 (LB1') 을 조사하여 발생하는 전자 여기의 시간 내에 다음의 제 2 펄스 레이저 광선 (LB2') 을 피가공물에 조사 가능하게 되어 있으므로, 레이저 가공 장치 (100) 를 사용함으로써 제 1 조사 공정과 제 2 조사 공정을 실시할 수 있다. 제 1 조사 공정과 제 2 조사 공정을 실시함으로써, 웨이퍼 (70) 를 구성하는 원자를 둘러싸는 전자가 제 1 펄스 레이저 광선 (LB1') 에 의해 활성화된 상태에서 다음의 제 2 펄스 레이저 광선 (LB2') 이 조사되고 가공이 촉진되어, 레이저 가공의 품질의 향상이 도모된다. 최초의 제 1 조사 공정과 제 2 조사 공정을 실시한 후에는, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 집광점에 대해 척 테이블 (22) 을 소정의 가공 이송 속도 (예를 들어 500 ㎜/s 이면 되지만, 반복 주파수를 고려하여 적절히 결정된다) 로 X 방향 이동 수단 (28) 에 의해 X 방향으로 가공 이송하면서, 제 1 조사 공정과 제 2 조사 공정을 교대로 반복하는 분할 가공을 분할 예정 라인 (72) 을 따라 실시한다. 분할 가공은, 분할 예정 라인 (72) 의 간격의 분만큼 집광점에 대해 척 테이블 (22) 을 Y 방향 이동 수단 (30) 에 의해 Y 방향으로 인덱스 이송하면서, X 방향에 정합시킨 분할 예정 라인 (72) 의 전부에 실시한다. 또, 회전 수단에 의해 척 테이블 (22) 을 90 도 회전시킨 다음, 인덱스 이송하면서 분할 가공을 실시하고, 먼저 분할 가공을 실시한 분할 예정 라인 (72) 과 직교하는 분할 예정 라인 (72) 의 전부에도 분할 가공을 실시한다. 이로써, 가공 품질이 향상된 레이저 가공에 의해 웨이퍼 (70) 를 디바이스 (74) 를 갖는 개개의 칩으로 분할할 수 있다.
분할 가공을 실시할 때에는, 제 1 펄스 레이저 광선 (LB1') 및 제 2 펄스 레이저 광선 (LB2') 을 웨이퍼 (70) 에 조사하고 나서, 다음의 제 1 펄스 레이저 광선 (LB1') 및 제 2 펄스 레이저 광선 (LB2') 을 웨이퍼 (70) 에 조사할 때까지의 시간이, 이전의 제 1 펄스 레이저 광선 (LB1') 및 제 2 펄스 레이저 광선 (LB2') 을 웨이퍼 (70) 에 조사한 후에 웨이퍼 (70) 에 발생하는 열이 방출되는 시간 이상이 되도록 펄스 레이저 광선 (LB') 을 솎아내기 수단 (106) 에 의해 솎아내는 것이 바람직하다. 이로써, 레이저 가공에 의한 열 영향을 웨이퍼 (70) 에 주는 것이 억제되어, 레이저 가공의 품질의 향상이 도모된다.
다음으로, 본 발명에 따라 구성된 레이저 가공 장치의 제 4 실시형태 및 이 레이저 가공 장치를 사용하는 레이저 가공 방법에 대해 도 3 및 도 6 을 참조하면서 설명한다. 또한, 제 4 실시형태에서는, 제 1 실시형태와 동일한 구성 요소에 동일 부호를 부여하여 그 설명을 생략한다.
도 6 에 나타내는 바와 같이, 레이저 가공 장치 (120) 의 레이저 광선 조사 수단 (122) 은, 전자 여기 시간보다 짧은 펄스 폭을 갖는 펄스 레이저 광선 (LB") 을 발진하는 레이저 발진기 (124) 와, 레이저 발진기 (124) 가 발진한 펄스 레이저 광선 (LB") 을 분기하여 제 1 광로 (126) 로 S 편광의 제 1 펄스 레이저 광선 (LB1") 을 유도함과 함께 제 2 광로 (128) 로 P 편광의 제 2 펄스 레이저 광선 (LB2") 을 유도하는 편광 빔 스플리터 (130) 를 포함한다. 제 1 광로 (126) 에는, S 편광의 제 1 펄스 레이저 광선 (LB1") 을 원 편광으로 변환하는 제 1 의 1/4 파장판 (132) 과, 제 1 의 1/4 파장판 (132) 을 통과한 원 편광의 제 1 펄스 레이저 광선 (LB1") 을 반사하여 원 편광의 회전 방향을 역전시키고 제 1 의 1/4 파장판 (132) 을 역행시켜 P 편광으로 변환하는 제 1 미러 (134) 가 배치 형성되어 있다. 제 2 광로 (128) 에는, P 편광의 제 2 펄스 레이저 광선 (LB2") 을 원 편광으로 변환하는 제 2 의 1/4 파장판 (136) 과, 제 2 의 1/4 파장판 (136) 을 통과한 원 편광의 제 2 펄스 레이저 광선 (LB2") 을 반사하여 원 편광의 회전 방향을 역전시키고 제 2 의 1/4 파장판 (136) 을 역행시켜 S 편광으로 변환하는 제 2 미러 (138) 가 배치 형성되어 있다. 본 실시형태에서는, 제 2 미러 (138) 에는, 편광 빔 스플리터 (130) 에 대해 제 2 미러 (138) 를 진퇴시켜, 제 1 광로 (126) 와 제 2 광로 (128) 에 광로 길이 차를 형성하는 진퇴 수단 (140) 이 장착되어 있다. 본 실시형태에 있어서의 진퇴 수단 (140) 은, 제 2 광로 (128) 와 평행하게 연장되는 볼 나사 (142) 와, 볼 나사 (142) 의 편단부에 연결된 모터 (144) 를 갖는다. 볼 나사 (142) 의 너트부 (146) 는, 제 2 미러 (138) 에 고정되어 있다. 그리고 진퇴 수단 (140) 은, 볼 나사 (142) 에 의해 모터 (144) 의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하여 제 2 미러 (138) 에 전달하고, 제 2 광로 (128) 와 평행하게 연장되는 안내 레일 (도시 생략) 을 따라 제 2 미러 (138) 를 진퇴시킨다. 또한, 진퇴 수단 (140) 은, 제 1 미러 (134) 에 장착되어 있어도 된다. 또, 진퇴 수단 (140) 의 볼 나사 (142) 에 대해서는, 모터 (144) 대신에 수동으로 회전 운동을 부여하도록 해도 된다. 본 실시형태에서는 도 6 에 나타내는 바와 같이, 레이저 광선 조사 수단 (122) 은, 추가로, 레이저 발진기 (124) 가 발진한 펄스 레이저 광선 (LB") 의 출력을 조정하는 어테뉴에이터 (148) 와, 레이저 발진기 (124) 와 편광 빔 스플리터 (130) 사이 (본 실시형태에서는 어테뉴에이터 (148) 와 편광 빔 스플리터 (130) 사이) 에 배치 형성된 1/2 파장판 (150) 을 포함한다.
제 1 광로 (126) 와 제 2 광로 (128) 의 광로 길이 차는, 제 1 펄스 레이저 광선 (LB1") 과 제 2 펄스 레이저 광선 (LB2") 의 피가공물에 조사되는 시간 간격이 전자 여기 시간 내에 들어가도록 설정된다. 예를 들어, 전자 여기 시간이 약 8 ps (8 × 10-12 초) 인 사파이어 (Al2O3) 가 피가공물인 경우, 제 1 펄스 레이저 광선 (LB1") 과 제 2 펄스 레이저 광선 (LB2") 의 피가공물에 조사되는 시간 간격은 약 4 ps 로 설정되는 것이 바람직하고, 이것을 위해서는 제 1 광로 (126) 와 제 2 광로 (128) 의 광로 길이 차는 약 1.2 ㎜ 가 된다. 도 6 에 나타내는 바와 같이, 제 2 펄스 레이저 광선 (LB2") 은 제 2 광로 (128) 를 왕복하기 때문에, 제 1 광로 (126) 와 제 2 광로 (128) 의 광로 길이 차를 1.2 ㎜ 로 설정하기 위해서는, 편광 빔 스플리터 (130) 로부터 제 1 미러 (134) 까지의 거리보다, 편광 빔 스플리터 (130) 로부터 제 2 미러 (138) 까지의 거리가 0.6 ㎜ 길어지도록, 진퇴 수단 (140) 에 의해 제 2 미러 (138) 를 이동시키면 된다. 또한, 본 실시형태에서는, 제 1 의 1/4 파장판 (132) 및 제 2 의 1/4 파장판 (136) 은 동일한 재질로부터 동일한 두께로 형성되어 있다.
레이저 발진기 (124) 가 발진하는 펄스 레이저 광선 (LB") 의 펄스 폭은, 전자 여기 시간보다 짧고, 예를 들어, 전자 여기 시간이 약 8 ps 인 사파이어가 피가공물인 경우에는 약 1 ps 로 설정되는 것이 바람직하다. 레이저 발진기 (124) 가 발진하는 펄스 레이저 광선 (LB") 의 파장은, 355 ㎚, 1064 ㎚ 등, 가공의 종류에 따라 적절히 결정된다. 레이저 발진기 (124) 가 발진한 펄스 레이저 광선 (LB") 은, 가공의 종류에 따른 적절한 출력에 어테뉴에이터 (148) 에 의해 조정되어 1/2 파장판 (150) 에 입사된다. 1/2 파장판 (150) 에 입사된 펄스 레이저 광선 (LB") 은, 편광 빔 스플리터 (130) 에 대해 편광면이 P 편광인 P 편광 성분의 광량과, 편광 빔 스플리터 (130) 에 대해 편광면이 S 편광인 S 편광 성분의 광량이 1/2 파장판 (150) 에 의해 적절히 (예를 들어 균등하게) 조정된다. 편광 빔 스플리터 (130) 는, 입사된 펄스 레이저 광선 (LB") 중 S 편광 성분을 반사하여 제 1 광로 (126) 로 제 1 펄스 레이저 광선 (LB1") 을 유도하고, 입사된 펄스 레이저 광선 (LB") 중 P 편광 성분을 투과시켜 제 2 광로 (128) 로 제 2 펄스 레이저 광선 (LB2") 을 유도하도록 되어 있다. 제 1 광로 (126) 로 유도된 제 1 펄스 레이저 광선 (LB1") 은, 제 1 의 1/4 파장판 (132) 에 의해 S 편광에서 원 편광으로 변환되고, 이어서 제 1 미러 (134) 에 의해 반사되어 원 편광의 회전 방향이 역전되고, 이어서 제 1 광로 (126) 를 역행하여 제 1 의 1/4 파장판 (132) 에 의해 P 편광으로 변환된다. P 편광으로 변환된 제 1 펄스 레이저 광선 (LB1") 은, 편광 빔 스플리터 (130) 를 투과하고, 집광기 (42) 의 집광 렌즈 (42a) 에 의해 집광되어 피가공물에 조사된다. 한편, 제 2 광로 (128) 로 유도된 제 2 펄스 레이저 광선 (LB2") 은, 제 2 의 1/4 파장판 (136) 에 의해 P 편광에서 원 편광으로 변환되고, 이어서 제 2 미러 (138) 에 의해 반사되어 원 편광의 회전 방향이 역전되고, 이어서 제 2 광로 (128) 를 역행하여 제 2 의 1/4 파장판 (136) 에 의해 S 편광으로 변환된다. S 편광으로 변환된 제 2 펄스 레이저 광선 (LB2") 은, 편광 빔 스플리터 (130) 에서 반사되어 광로가 변환되고, 집광기 (42) 의 집광 렌즈 (42a) 에 의해 집광되어 피가공물에 조사된다. 제 1 펄스 레이저 광선 (LB1") 과 제 2 펄스 레이저 광선 (LB2") 은 편광 빔 스플리터 (130) 에서 합류하는 결과, 상기와 같이, 소정 광로 길이 차만큼 긴 제 2 광로 (128) 를 통과하는 제 2 펄스 레이저 광선 (LB2") 은, 제 1 펄스 레이저 광선 (LB1") 에 대해 전자 여기 시간에 미치지 못한 소정 시간만큼 지연되어 피가공물에 조사된다. 이와 같이 레이저 광선 조사 수단 (122) 에 있어서는, 피가공물에 제 1 펄스 레이저 광선 (LB1") 을 조사하여 발생하는 전자 여기의 시간 내에 다음의 제 2 펄스 레이저 광선 (LB2") 을 피가공물에 조사 가능하게 되어 있다.
레이저 발진기 (124) 가 발진하는 펄스 레이저 광선 (LB") 의 반복 주파수는, 제 1 펄스 레이저 광선 (LB1") 과 제 2 펄스 레이저 광선 (LB2") 을 피가공물에 조사한 후에 피가공물에 발생하는 열이 방출되는 시간으로 1 초를 나눈 값 이하로 설정되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 열 방출 시간이 약 1 ㎲ (1 × 10-6 초) 인 사파이어가 피가공물인 경우, 사파이어의 열 방출 시간 1 ㎲ 로 1 초를 나눈 값은 1 × 106 이 되기 때문에, 레이저 발진기 (124) 가 발진하는 펄스 레이저 광선 (LB") 의 반복 주파수는 1 MHz (1 × 106 Hz) 이하로 설정되는 것이 바람직하다. 이와 같이 반복 주파수가 설정됨으로써, 레이저 광선 조사 수단 (122) 은, 제 1 펄스 레이저 광선 (LB1") 과 제 2 펄스 레이저 광선 (LB2") 을 피가공물에 조사한 후, 열 방출 시간 이상의 시간을 두고 다음의 제 1 펄스 레이저 광선 (LB1") 과 제 2 펄스 레이저 광선 (LB2") 을 피가공물에 조사하게 된다. 이로써, 레이저 가공에 의한 열 영향을 피가공물에 주는 것이 억제되어, 레이저 가공의 품질의 향상이 도모된다.
레이저 가공 장치 (120) 를 사용하여 웨이퍼 (70) 에 레이저 가공을 실시할 때에는, 제 1 내지 제 3 실시형태와 마찬가지로, 먼저 웨이퍼 유지 공정을 실시하고, 이어서 얼라인먼트 공정을 실시한 후, 집광점 위치 조정 공정을 실시한다. 이어서, 웨이퍼 (70) 에 레이저 광선을 조사함으로써 발생하는 전자 여기의 시간보다 짧은 펄스 폭을 갖는 제 1 펄스 레이저 광선 (LB1") 을 조사하는 제 1 조사 공정과, 웨이퍼 (70) 의 전자 여기 시간 내에 다음의 제 2 펄스 레이저 광선 (LB2") 을 조사하는 제 2 조사 공정을 실시한다. 상기 서술한 바와 같이 레이저 가공 장치 (120) 에 있어서는, 레이저 발진기 (124) 가 발진하는 펄스 레이저 광선 (LB") 의 펄스 폭이 피가공물의 전자 여기 시간보다 짧게 설정되어 있음과 함께, 피가공물에 제 1 펄스 레이저 광선 (LB1") 을 조사하여 발생하는 전자 여기의 시간 내에 다음의 제 2 펄스 레이저 광선 (LB2") 을 피가공물에 조사 가능하게 되어 있으므로, 레이저 가공 장치 (120) 를 사용함으로써 제 1 조사 공정과 제 2 조사 공정을 실시할 수 있다. 제 1 조사 공정과 제 2 조사 공정을 실시함으로써, 웨이퍼 (70) 를 구성하는 원자를 둘러싸는 전자가 제 1 펄스 레이저 광선 (LB1") 에 의해 활성화된 상태에서 다음의 제 2 펄스 레이저 광선 (LB2") 이 조사되어 가공이 촉진되어, 레이저 가공의 품질의 향상이 도모된다. 최초의 제 1 조사 공정과 제 2 조사 공정을 실시한 후에는, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 집광점에 대해 척 테이블 (22) 을 소정의 가공 이송 속도 (예를 들어 500 ㎜/s 이면 되지만, 반복 주파수를 고려하여 적절히 결정된다) 로 X 방향 이동 수단 (28) 에 의해 X 방향으로 가공 이송하면서, 제 1 조사 공정과 제 2 조사 공정을 교대로 반복하는 분할 가공을 분할 예정 라인 (72) 을 따라 실시한다. 분할 가공은, 분할 예정 라인 (72) 의 간격의 분만큼 집광점에 대해 척 테이블 (22) 을 Y 방향 이동 수단 (30) 에 의해 Y 방향으로 인덱스 이송하면서, X 방향에 정합시킨 분할 예정 라인 (72) 의 전부에 실시한다. 또, 회전 수단에 의해 척 테이블 (22) 을 90 도 회전시킨 다음, 인덱스 이송하면서 분할 가공을 실시하고, 먼저 분할 가공을 실시한 분할 예정 라인 (72) 과 직교하는 분할 예정 라인 (72) 의 전부에도 분할 가공을 실시한다. 이로써, 가공 품질이 향상된 레이저 가공에 의해 웨이퍼 (70) 를 디바이스 (74) 를 갖는 개개의 칩으로 분할할 수 있다.
분할 가공을 실시할 때에는, 레이저 발진기 (124) 가 발진하는 펄스 레이저 광선 (LB") 의 반복 주파수를, 제 1 펄스 레이저 광선 (LB1") 과 제 2 펄스 레이저 광선 (LB2") 을 웨이퍼 (70) 에 조사한 후에 웨이퍼 (70) 에 발생하는 열이 방출되는 시간으로 1 초를 나눈 값 이하로 설정함으로써, 제 1 조사 공정과 제 2 조사 공정을 실시한 후, 웨이퍼 (70) 에 발생하는 열이 방출되는 시간 이상의 시간을 두고 다음의 제 1 조사 공정과 제 2 조사 공정을 실시하는 것이 바람직하다. 이로써, 레이저 가공에 의한 열 영향을 웨이퍼 (70) 에 주는 것이 억제되어, 레이저 가공의 품질의 향상이 도모된다.
또한, 전자 여기 시간 및 열 방출 시간은 피가공물에 따라 상이하고, 예를 들어, 사파이어 (Al2O3), 실리콘 (Si), 리튬탄탈레이트 (LiTaO3), 리튬나이오베이트 (LiNbO3) 및 구리 (Cu) 의 각각의 전자 여기 시간 및 열 방출 시간은 이하와 같다.
피가공물 전자 여기 시간 열 방출 시간
사파이어 8 ps 1 ㎲
실리콘 20 ps 5 ㎲
리튬탄탈레이트 50 ps 50 ㎲
리튬나이오베이트 50 ps 50 ㎲
구리 20 ps 5 ㎲
2 : 레이저 가공 장치
6 : 유지 수단
10 : 레이저 광선 조사 수단 (제 1 실시형태)
44 : 레이저 발진기
LB : 펄스 레이저 광선
LB1 : 제 1 펄스 레이저 광선
LB2 : 제 2 펄스 레이저 광선
80 : 레이저 가공 장치 (제 2 실시형태)
82 : 레이저 광선 조사 수단
100 : 레이저 가공 장치 (제 3 실시형태)
102 : 레이저 광선 조사 수단
104 : 레이저 발진기
LB' : 펄스 레이저 광선
LB1' : 제 1 펄스 레이저 광선
LB2' : 제 2 펄스 레이저 광선
120 : 레이저 가공 장치 (제 4 실시형태)
122 : 레이저 광선 조사 수단
124 : 레이저 발진기
LB" : 펄스 레이저 광선
LB1" : 제 1 펄스 레이저 광선
LB2" : 제 2 펄스 레이저 광선

Claims (4)

  1. 피가공물에 레이저 광선을 조사하여 가공을 실시하는 레이저 가공 방법으로서,
    피가공물에 레이저 광선을 조사함으로써 발생하는 전자 여기의 시간보다 짧은 펄스 폭을 갖는 제 1 레이저 광선을 조사하는 제 1 조사 공정과,
    상기 전자 여기 시간 내에 다음의 제 2 레이저 광선을 조사하는 제 2 조사 공정을 구비한, 레이저 가공 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 조사 공정과 상기 제 2 조사 공정을 실시한 후, 피가공물에 발생하는 열이 방출되는 시간 이상의 시간을 두고 다음의 상기 제 1 조사 공정과 상기 제 2 조사 공정을 실시하는, 레이저 가공 방법.
  3. 레이저 가공 장치로서,
    피가공물을 유지하는 척 테이블과,
    상기 척 테이블에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단을 구비하고,
    상기 레이저 광선 조사 수단은, 피가공물에 레이저 광선을 조사함으로써 발생하는 전자 여기의 시간보다 짧은 펄스 폭을 갖는 펄스 레이저 광선을 발진하는 레이저 발진기를 포함하고,
    피가공물에 제 1 레이저 광선을 조사하여 발생하는 전자 여기의 시간 내에 다음의 제 2 레이저 광선을 조사하는, 레이저 가공 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 레이저 광선과 상기 제 2 레이저 광선을 조사한 후, 피가공물에 발생하는 열이 방출되는 시간 이상의 시간을 두고 다음의 상기 제 1 레이저 광선과 상기 제 2 레이저 광선을 조사하는, 레이저 가공 장치.
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