KR20190005778A

KR20190005778A - 레이저 가공 장치

Info

Publication number: KR20190005778A
Application number: KR1020180078374A
Authority: KR
Inventors: 히로시 모리카즈
Original assignee: 가부시기가이샤 디스코
Priority date: 2017-07-07
Filing date: 2018-07-05
Publication date: 2019-01-16
Also published as: US20190013636A1; CN109202277B; TWI759497B; JP7023629B2; JP2019013962A; KR102516981B1; CN109202277A; DE102018210843A1; US10923873B2; TW201906681A

Abstract

본 발명의 해결해야 할 과제는, 설비비가 고액이 되지 않고, 조사되는 레이저 광선의 펄스폭을 조정할 수 있는 레이저 가공 장치를 제공하는 것에 있다.
레이저 가공 장치에 있어서, 피가공물을 유지하는 척테이블과, 척테이블에 유지된 피가공물에 소정의 선폭을 가진 펄스 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 유닛과, 척테이블과 레이저 광선 조사 유닛을 상대적으로 가공 이송하는 가공 이송 유닛을 포함한다. 레이저 광선 조사 유닛은, 펄스 레이저 광선을 발진하는 레이저 발진기와, 레이저 발진기가 발진한 펄스 레이저 광선을 집광하는 집광기와, 레이저 발진기와 집광기 사이에 배치되고, 상기 소정의 선폭에서의 펄스 레이저 광선의 파장 영역에 시간차를 발생시켜 펄스를 조정하는 펄스폭 조정 유닛을 포함한다.

Description

레이저 가공 장치{LASER PROCESSING APPARATUS}

본 발명은, 피가공물에 조사되는 레이저 광선의 펄스폭을 조정할 수 있는 펄스폭 조정 유닛을 구비한 레이저 가공 장치에 관한 것이다.

IC, LSI, SAW, BAW, LED, LD, 파워 디바이스 등의 복수의 디바이스가 분할 예정 라인에 의해 구획되고, Si, SiC, SiO₂, Al₂O₃, LT(LiTaO₃), LN(LiNbO₃) 등의 기판의 상면에 형성된 웨이퍼는, 레이저 가공 장치에 의해 개개의 디바이스칩으로 분할되고, 분할된 디바이스칩은 휴대 전화, 퍼스널 컴퓨터, 통신 기기 등의 전기 기기에 이용된다.

레이저 가공 장치는, 피가공물을 유지하는 척테이블과, 상기 척테이블에 유지된 피가공물에 펄스 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 유닛과, 상기 척테이블과 상기 레이저 광선 조사 유닛을 상대적으로 가공 이송하는 가공 이송 유닛을 적어도 구비하여 구성된다(예컨대 특허문헌 1, 2를 참조).

특허문헌 1 : 일본 특허 공개 평10-305420호 공보 특허문헌 2 : 일본 특허 공개 제2004-188475호 공보

상기와 같이, 디바이스를 구성하는 기판의 종류는, Si, SiC, SiO₂, Al₂O₃, LT(LiTaO₃), LN(LiNbO₃) 등으로 여러 가지가 있고, 기판의 종류, 형성된 디바이스의 종류, 웨이퍼의 두께 등에 따라서 여러가지 가공 방법이 선택되며, 그와 함께, 적절한 레이저 광선의 펄스폭을 조사하는 레이저 가공 장치를 선정하여 사용해야 하고, 그것에 따라서 레이저 가공 장치를 준비하게 되면, 설비비가 고액이 되어 비경제적이라고 하는 문제가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 설비비가 고액이 되지 않고, 조사되는 레이저 광선의 펄스폭을 조정할 수 있는 레이저 가공 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 의하면, 레이저 가공 장치에 있어서, 피가공물을 유지하는 척테이블과, 상기 척테이블에 유지된 피가공물에 소정의 선폭을 가진 파장의 펄스 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 유닛과, 상기 척테이블과 상기 레이저 광선 조사 유닛을 상대적으로 가공 이송하는 가공 이송 유닛을 구비하고, 상기 레이저 광선 조사 유닛은, 펄스 레이저 광선을 발진하는 레이저 발진기와, 상기 레이저 발진기가 발진한 펄스 레이저 광선을 집광하는 집광기와, 상기 레이저 발진기와 상기 집광기 사이에 배치되고, 상기 선폭에서의 펄스 레이저 광선의 파장 영역에 시간차를 발생시켜 펄스폭을 조정하는 펄스폭 조정 유닛을 구비한 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치가 제공된다.

바람직하게는, 상기 레이저 광선 조사 유닛은, 상기 레이저 발진기가 발진한 펄스 레이저 광선을 분기하는 편광 빔 스플리터를 더 구비하고, 상기 집광기는 상기 편광 빔 스플리터에 의해 반사된 펄스 레이저 광선을 집광하고, 상기 펄스폭 조정 유닛은, 상기 편광 빔 스플리터를 사이에 두고 상기 레이저 발진기의 반대측에 배치된다. 바람직하게는, 상기 레이저 광선 조사 유닛은, 상기 레이저 발진기와 상기 편광 빔 스플리터 사이에 배치되고, 상기 편광 빔 스플리터에 대하여 P 편광 또는 S 편광을 선택적으로 위치 부여하는 1/2 파장판과, 상기 편광 빔 스플리터와 상기 펄스폭 조정 유닛 사이에 배치되고, 상기 1/2 파장판에 의해 선택된 P 편광을 원편광으로 변환하는 제1의 1/4 파장판을 더 구비하고, 상기 펄스폭 조정 유닛에 의해 회전 방향이 역회전된 원편광의 펄스 레이저 광선이 상기 제1의 1/4 파장판으로 유도되어 S 편광으로 변환되고, S 편광으로 변환된 펄스 레이저 광선이 상기 편광 빔 스플리터에 의해 반사되어 상기 집광기에 입사된다.

바람직하게는, 상기 레이저 광선 조사 유닛은, 상기 편광 빔 스플리터를 사이에 두고 상기 집광기의 반대측에 배치된 제2의 1/4 파장판과, 상기 제2의 1/4 파장판에 대향하여 배치된 미러를 더 구비하고, 상기 1/2 파장판에 의해 선택된 S 편광은 상기 편광 빔 스플리터에 의해 반사되어 상기 제2의 1/4 파장판에 입사되어 원편광으로 변환되고, 또한 상기 미러에 의해 반사되어 회전 방향이 역회전된 원편광의 펄스 레이저 광선이 상기 제2의 1/4 파장판을 투과하여 P 편광으로 변환되고, P 편광의 펄스 레이저 광선이 상기 편광 빔 스플리터를 투과하여 상기 집광기에 입사된다.

바람직하게는, 상기 펄스폭 조정 유닛은, 제1 단부면과 상기 제1 단부면의 반대측의 제2 단부면을 갖는 석영체로 구성되고, 상기 제1 단부면과 상기 제2 단부면 사이에는 상기 선폭의 파장 영역에서 반사하는 복수의 반사층이 형성되어 있고, 상기 제1 단부면과 상기 제2 단부면 사이의 길이에 따라 피가공물에 조사되는 펄스 레이저 광선의 펄스폭이 결정된다.

바람직하게는, 상기 펄스폭 조정 유닛은, 상기 제1 단부면과 상기 제2 단부면 사이의 길이가 상이한 복수의 석영체를 포함하고, 원하는 펄스폭에 따라서 복수의 석영체 중 하나가 선택된다.

바람직하게는, 상기 레이저 광선 조사 유닛은, 상기 펄스폭 조정 유닛에 의해 펄스폭이 조정된 펄스 레이저 광선의 파장을 변환하는 파장 변화 유닛을 더 포함한다.

본 발명에 의하면, 레이저 광선 조사 유닛이, 펄스 레이저 광선을 발진하는 레이저 발진기와, 레이저 발진기가 발진한 펄스 레이저 광선을 집광하는 집광기와, 레이저 발진기와 집광기 사이에 배치된 소정의 선폭에서의 펄스 레이저 광선의 파장 영역에 시간차를 발생시켜 펄스폭을 조정하는 펄스폭 조정 유닛을 포함하는 것에 의해, Si, SiC, SiO₂, Al₃O₃LT, LN 등으로 다양한 기판에 대하여 적정한 펄스폭으로 조정할 수 있고, 기판의 종류에 따른 펄스폭을 구비한 레이저 가공 장치를 선정할 필요가 없어, 설비비가 고액이 되어 비경제적이라고 하는 문제가 해소된다.

도 1은 본 발명 실시형태의 레이저 가공 장치의 전체 사시도이다.
도 2는 도 1에 기재된 레이저 가공 장치에 탑재되는 레이저 광선 조사 유닛을 나타내는 블럭도이다.
도 3은 도 2에 나타내는 레이저 광선 조사 유닛에 구비된 펄스폭 조정 유닛을 구성하는 회절 광학 소자의 기능을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 도 3에 나타내는 회절 광학 소자에 의해 펄스폭이 신장되는 양태를 설명하기 위한 개념도이다.

이하, 본 발명의 레이저 가공 장치에 관해, 첨부 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

도 1에는, 본 발명에 기초하여 구성된 레이저 가공 장치(2)의 전체 사시도가 나타나 있다. 레이저 가공 장치(2)는, 피가공물을 유지하는 유지 유닛(22)과, 정지 베이스(2a) 상에 배치되어 유지 유닛(22)을 이동시키는 이동 유닛(23)과, 유지 유닛(22)에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 유닛(24)과, 정지 베이스(2a) 상의 이동 유닛(23)의 측방에 화살표 Z로 나타내는 Z 방향으로 세워져 설치된 수직벽부(51), 및 수직벽부(51)의 상단부로부터 수평 방향으로 연장되는 수평벽부(52)로 이루어진 프레임(50)을 구비하고 있다. 프레임(50)의 수평벽부(52) 내부에는, 본 발명의 레이저 가공 장치(2)의 주요부를 구성하는 레이저 광선 조사 유닛(24)의 광학계가 내장되어 있고, 수평벽부(52)의 선단부 하면측에는, 레이저 광선 조사 유닛(24)을 구성하는 집광기(241)가 배치되고, 집광기(241)에 대하여 도면 중 화살표 X로 나타내는 방향에서 인접하는 위치에 촬상 유닛(26)이 배치된다. 또, 유지 유닛(22)은, 도면 중 좌측 상방에 확대하여 나타내는 점착 테이프(T)를 통해 고리형의 프레임(F)에 유지된 피가공물(웨이퍼(10))을 유지한다. 또, 본 실시형태에서는, 웨이퍼(10)는 Si(실리콘) 기판으로 구성되고, Si에 대하여 흡수성을 갖는 355 nm 파장의 펄스 레이저 광선을 조사하여 어블레이션 가공을 실시하는 경우에 관해 설명하지만, 본 발명의 레이저 가공 장치가 이것에 한정되는 것이 아닌 것은 물론이다.

유지 유닛(22)은, 도면 중에 화살표 X로 나타내는 X 방향에 있어서 이동 가능하게 베이스(2a)에 탑재된 직사각형의 X 방향 가동판(30)과, 도면 중에 화살표 Y로 나타내는 Y 방향에 있어서 이동 가능하게 X 방향 가동판(30)에 탑재된 직사각형의 Y 방향 가동판(31)과, Y 방향 가동판(31)의 상면에 고정된 원통형의 지주(32)와, 지주(32)의 상측 단부에 고정된 직사각형의 커버판(33)을 포함한다. 커버판(33)에는 상기 커버판(33) 상에 형성된 긴 구멍을 통과하여 상방으로 연장되는 원형의 피가공물을 유지하고, 도시하지 않은 회전 구동 유닛에 의해 회전 가능하게 구성된 척테이블(34)이 배치되어 있다. 척테이블(34)의 상면에는, 다공질 재료로 형성되며 실질적으로 수평으로 연장된 원형의 흡착척(35)이 배치되어 있다. 흡착척(35)은, 지주(32)를 통과하는 유로에 의해 도시하지 않은 흡인 유닛에 접속되어 있다. 또, X 방향은 도 1에 화살표 X로 나타내는 방향이며, Y 방향은 화살표 Y로 나타내는 방향이며 X 방향에 직교하는 방향이다. X방향, Y 방향으로 규정되는 평면은 실질적으로 수평이다.

이동 유닛(23)은, X 방향 이동 유닛(40)과, Y 방향 이동 유닛(42)을 포함한다. X 방향 이동 유닛(40)은, 모터의 회전 운동을, 볼나사를 통해 직선 운동으로 변환하여 X 방향 가동판(30)에 전달하고, 베이스(2a) 상의 안내 레일을 따라서 X 방향 가동판(30)을 X 방향에 있어서 진퇴시킨다. Y 방향 이동 유닛(42)은, 모터의 회전 운동을, 볼나사를 통해 직선 운동으로 변환하여 Y 방향 가동판(31)에 전달하고, X 방향 가동판(30) 상의 안내 레일을 따라서 Y 방향 가동판(31)을 Y 방향에 있어서 진퇴시킨다. 또, 도시는 생략하지만, X 방향 이동 유닛(40), Y 방향 이동 유닛(42)에는, 각각 위치 검출 유닛이 배치되어 있어, 척테이블(34)의 X 방향의 위치, Y 방향의 위치, 둘레 방향의 회전 위치가 정확하게 검출되고, 후술하는 제어 유닛으로부터 지시되는 신호에 기초하여 X 방향 이동 유닛(40), Y 방향 이동 유닛(42), 및 도시하지 않은 회전 구동 유닛이 구동되어, 임의의 위치 및 각도에 척테이블(34)을 정확하게 위치 부여할 수 있게 되어 있다.

도 1의 좌측 상방에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼(10)는 복수의 분할 예정 라인(12)에 의해 구획된 복수의 영역에 디바이스(14)가 형성되어 있고, 점착 테이프(T)를 통해 고리형의 프레임(F)에 지지된 상태로 척테이블(34)에 유지된다. 그리고, 레이저 광선 조사 유닛(24)을 작동시켜 집광기(241)로부터 웨이퍼(10)에 대하여 펄스 레이저 광선을 조사하면서, 상기 X 방향 이동 유닛(40), Y 방향 이동 유닛(42)을 작동시킴으로써, 분할 예정 라인(12)에 대하여 레이저 가공을 실시하여 분할 기점이 되는 분할홈을 형성한다.

도 2에 기초하여, 본 발명에 기초하여 구성된 레이저 광선 조사 유닛(24)을 보다 구체적으로 설명한다.

레이저 광선 조사 유닛(24)은, 평균 출력이 10 W, 파장 1064 nm이며, 소정의 선폭을 가진 펄스 레이저 광선(LB)을 발진하는 레이저 발진기(242)를 구비하고, 레이저 발진기(242)가 발진하는 펄스 레이저 광선(LB)의 펄스폭은, 예컨대 100 fs(펨트초)이다. 여기서, 본 발명에서의 선폭이란, 소위 스펙트럼 선폭을 가리키며, 광강도가 최대치가 되는 파장(1064 nm)에 대하여 어떤 특정한 값으로 강도가 저하되는 파장의 확대폭(본 실시형태에서는 1060 nm∼1070 nm)을 나타낸다. 레이저 발진기(242)로부터 발진된 펄스 레이저 광선(LB)은, 펄스 레이저 광선(LB)의 출력을 조정하는 감쇠기(243)에 입사된다. 감쇠기(243)에 의해 원하는 출력으로 조정된 펄스 레이저 광선(LB)은, 1/2 파장판(244)에 입사된다. 1/2 파장판(244)은, 일반적으로 알려져 있는 바와 같이, 직교하는 2개의 편광 성분에 위상차(광로차)를 λ/2(180°) 부여하고, 고속축을 회전시키는 것에 의해 P 편광(LB1), S 편광(LB2)을 선택적으로 출사하는 것이며, 1/2 파장판(244)으로부터 출사된 펄스 레이저 광선(LB1, LB2)은 편광 빔 스플리터(245)에 조사된다. 즉, 1/2 파장판(244)은, 레이저 발진기(242)와 편광 빔 스플리터(245) 사이에 배치된다.

1/2 파장판(244)에 의해 P 편광이 선택된 경우의 펄스 레이저 광선(LB1)은, 편광 빔 스플리터(245)를 그대로 투과하여, 제1의 1/4 파장판(246)으로 유도되고, 소정의 회전 방향의 원편광으로 변환된다. 제1의 1/4 파장판(246)에 의해 원편광으로 변환된 펄스 레이저 광선(LB1)은, 추후 상세히 설명하는 펄스폭 조정 유닛(247)으로 유도된다. 펄스폭 조정 유닛(247)에 의해 펄스폭이 변환된 귀환광(LB1')은, 펄스폭 조정 유닛(247)에 있어서 반사됨으로써 회전 방향이 역회전되고, 다시 제1의 1/4 파장판(246)을 통과할 때에는 S 편광으로 변환된다. S 편광이 된 귀환광(LB1')은, 이번에는 편광 빔 스플리터(245)에 의해 반사되고, 도면 중 하방을 향해 진행 방향이 변환되고, 추후 상세히 설명하는 파장 변환 유닛(248)으로 유도되고, 소정의 파장으로 변환된 펄스 레이저 광선(LB3)이 된 후, 집광기(241)의 집광 렌즈(241a)에 의해 집광되고, 흡착척(35) 상에 유지된 웨이퍼(10)에 조사된다.

한편, 1/2 파장판(244)의 고속축을 회전시켜, S 편광이 선택된 경우의 펄스 레이저 광선(LB2)은 편광 빔 스플리터(245)에 의해 반사된다. 편광 빔 스플리터(245)에 의해 반사된 펄스 레이저 광선(LB2)은, 도면 중 상방을 향해 진행 방향이 변환되어, 편광 빔 스플리터(245)를 사이에 두고 집광기(241)의 반대측에 배치된 제2의 1/4 파장판(249)으로 유도된다. 그리고, 제2의 1/4 파장판(249)에 의해 소정의 회전 방향의 원편광으로 변환되고, 미러(250)에 의해 반사되어 귀환광(LB2')이 된다.

미러(250)에 의해 반사된 귀환광(LB2')은, 원편광의 회전 방향이 역회전되었고, 다시 제2의 1/4 파장판(249)을 통과함으로써 P 편광으로 변환되고, 편광 빔 스플리터(245)로 유도된다. 편광 빔 스플리터(245)로 유도된 P 편광의 귀환광(LB2')은, 편광 빔 스플리터(245)를 투과하여 진행하고, 상기 귀환광(LB1')과 마찬가지로, 파장 변환 유닛(248)으로 유도되고, 소정의 파장으로 변환된 펄스 레이저 광선(LB3)이 된 후, 집광기(241)의 집광 렌즈(241a)에 의해 집광되고, 흡착척(35) 상에 유지된 웨이퍼(10)에 조사된다. 또, 1/2 파장판(244)에 의해 S 편광이 선택된 경우는, 펄스폭은 조정되지 않는다.

상기 펄스폭 조정 유닛(247)에 관해, 보다 구체적으로 설명한다. 본 실시형태에서의 펄스폭 조정 유닛(247)은, 체적 브래그 격자(Volume Bragg Grating)로 불리는 회절 광학 소자(247a∼247d)로 이루어진다. 회절 광학 소자(247a∼247d)는, 도 3에 일례로서 나타내는 회절 광학 소자(247a)에서 이해되는 바와 같이, 레이저 광선이 입사되는 쪽의 제1 단부면(260)과, 상기 제1 단부면(260)의 반대측의 제2 단부면(261)을 갖는 굴절율이 1.5인 석영체로 구성되고, 제1 단부면(260)과 제2 단부면 사이에는, 조사되는 레이저 광선의 선폭(본 실시형태에서는 파장 1060 nm∼1070 nm)의 파장 영역에서 반사하는 복수의 반사층(247a')이 형성된 소위 처프 브래그 격자로 구성되어 있다. 회절 광학 소자(247a)를 구성하는 복수의 반사층(247a')은, 제1 단부면(260)측으로부터 순서대로, 반사하는 파장이 커지도록 구성되어 있고, 가장 제2 단부면(261)측에 있는 반사층(247a')은, 파장 1070 nm의 광선을 반사하도록 설정되어 있다. 즉, 회절 광학 소자(247a)에 동시에 입사된 레이저 광선 중, 파장 1060 nm의 광선과 1070 nm의 광선은, 회절 광학 소자(247a)로부터 출사될 때에는 제1 단부면과 제2 단부면과의 거리에 따라서 시간차가 생기게 된다. 회절 광학 소자(247a∼247d)는 각각, 제1 단부면과 제2 단부면과의 길이가 상이하게 설정되며, 예컨대 1 mm, 5 mm, 10 mm, 30 mm의 길이로 설정되어 있다. 또, 도 3에 나타내는 회절 광학 소자(247a)와, 회절 광학 소자(247b∼247d)는, 그 길이만이 상이하며, 레이저 광선의 선폭(본 실시형태에서는 파장 1060 nm∼1070 nm)의 파장 영역에서 반사하는 복수의 반사층이 형성되어 있는 점에 관해서는, 247a와 다르지 않다. 회절 광학 소자(247a∼247d)는, 동일한 원주 상에 배치되어 있고, 상기 원주의 중심에 배치된 회전축(도시는 생략)에는 스텝 모터(M1)가 접속되어 있다. 그리고, 도시하지 않은 제어 유닛의 지시 신호에 기초하여 스텝 모터(M1)를 회전시킴으로써, 펄스 레이저 광선(LB1)이 조사되는 위치에 위치 부여하는 회절 광학 소자를 적절하게 전환할 수 있게 구성된다. 또, 도 2에 나타낸 제1 단부면과 제2 단부면과의 길이는, 설명의 편의상 크게 기재하고 있고, 실제의 길이에 따르는 것이 아니다.

상기 파장 변환 유닛(248)에 관해, 보다 구체적으로 설명한다. 파장 변환 유닛(248)은, 복수의 파장 변환 결정(248a∼248d)과, 파장을 변환하지 않은 통과 구멍으로 구성된다. 파장 변환 결정(248a∼248d) 및 상기 통과 구멍은, 전술한 펄스폭 조정 유닛(247)과 대략 동일하게 동일한 원주 상에 배치되어 있고, 도시하지 않은 제어 유닛의 지시 신호에 기초하여 상기 원주의 중심에 배치된 회전축을 구동시키는 스텝 모터(M2)에 의해 회전된다. 이에 따라, 펄스 레이저 광선(LB1)이 조사되는 위치에 위치 부여하는 파장 변환 결정 또는 통과 구멍을 적절하게 전환할 수 있게 구성된다. 파장 변환 결정(248a∼248d)은, 예컨대, CLBO 결정, LBO 결정, KTP 결정 및 이들의 조합에 의해 구성된다. 예를 들면, 파장 1064 nm의 레이저 광선을 파장 355 nm의 레이저 광선으로 파장 변환하기 위한 파장 변환 결정(248a)은, 제1 LBO 결정 및 제2 LBO 결정으로 구성되며, 제1 LBO 결정에 의해 파장 1064 nm의 광선을 파장 532 nm의 광선으로 변환하고, 또한, 제2 LBO 결정에 의해 상기 파장 532 nm의 광선을 파장 355 nm의 광선으로 변환한다. 동일하게 하여, 파장 1064 nm의 레이저 광선을 파장 266 nm의 광선으로 변환하는 파장 변환 결정(248b)은, KTP 결정 및 CLBO 결정으로 구성된다. 그 밖의 파장 변환 결정(248c, 248d)은, 변환하고자 하는 파장에 맞춰 적절하게 설정된다. 또, 파장 변환 결정(248a∼248d)에 의해 레이저 가공에 사용되는 원하는 파장으로 레이저 광선이 변환될 때에는, 레이저 가공에 제공되지 않은 다른 파장의 레이저 광선이 상기 원하는 파장의 레이저 광선과는 조사 방향이 상이한 소정의 방향을 향해 발생한다. 따라서, 상기 다른 파장의 레이저 광선을 흡수하기 위한 빔 덤프가 상기 소정의 방향의 위치에 배치된다(도시는 생략).

본 실시형태의 레이저 가공 장치(2)는 대략 이상과 같이 구성되어 있고, 그 작용에 관해 이하에 설명한다.

우선, 웨이퍼(10)를 척테이블(34)에 유지하는 유지 공정을 실시한다. 보다 구체적으로는, 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치(2)의 척테이블(34)에 점착 테이프(T)측을 아래로 하여 배치하고, 도시하지 않은 흡인 유닛을 작동시켜 흡착척(35)을 통해 흡인 유지하고, 웨이퍼(10)를 상방으로 노출시켜 클램프 등에 의해 고리형 프레임(F)을 클램프하여 고정한다.

상기 유지 공정을 실시했다면, 펄스폭 조정 유닛(247)과, 파장 변환 유닛(248)을 설정한다. 본 실시형태에서는, Si 기판으로 이루어진 웨이퍼(10)의 분할 예정 라인(12)을 따라서 펄스 레이저 광선을 조사하여 어블레이션 가공을 실시하여 분할 기점이 되는 분할홈을 형성한다. 그 때문에, 웨이퍼(10)에 대하여 흡수성을 갖는 파장(355 nm)이며, 펄스폭이 약 10 ps가 되는 레이저 광선을 형성한다. 웨이퍼(10)에 조사하는 레이저 광선의 펄스폭을 10 ps로 하기 위해, 펄스폭 조정 유닛(247)에 의해 펄스 레이저 광선(LB1)의 조사 위치에 회절 광학 소자(247a)가 위치 부여된다. 또한, 레이저 발진기(242)로부터 발진된 파장 1064 nm의 펄스 레이저 광선(LB)을 파장 355 nm의 레이저 광선으로 변환하기 위해, 파장 변환 유닛(248)의 파장 변환 결정(248a)이 레이저 광선의 조사 위치에 위치 부여된다.

펄스폭 조정 유닛(247), 파장 변환 유닛(248)이 전술한 바와 같이 설정되었다면, 웨이퍼(10)의 가공 영역을 촬상하는 촬상 유닛(26)을 이용하여, 웨이퍼(10)의 가공 영역(분할 예정 라인(12))과, 레이저 광선 조사 유닛(24)의 집광기(241)의 조사 위치의 위치 맞춤을 행하는 얼라인먼트를 실시한다.

상기 얼라인먼트를 실시후, 척테이블(34)을 이동시켜 분할 예정 라인(12)의 일단에 집광기(241)로부터 조사되는 레이저 광선의 조사 위치를 위치 부여한다. 그리고, 레이저 발진기(242)로부터 펄스 레이저 광선(LB)의 발진을 시작한다.

전술한 바와 같이, 레이저 발진기(242)로부터 발진되는 펄스 레이저 광선(LB)은, 파장은 1064 nm, 평균 출력 10 W, 펄스폭은 100 fs이고, 소정의 선폭(1060 nm∼1070 nm)을 가진 광선이다. 그리고, 펄스 레이저 광선(LB)은, 감쇠기(243)에 의해 원하는 출력(예를 들면 3 W)으로 조정되고, 1/2 파장판(244)으로 유도된다. 본 실시형태에서는, 후술하는 파장 변환 유닛(247)에 의한 파장 변환을 실시하기 위해, 1/2 파장판(244)으로 유도된 펄스 레이저 광선(LB)은, 1/2 파장판(244)에 의해 P 편광이 선택되고(레이저(LB1)), 1/2 파장판(244)으로부터 출사되어 편광 빔 스플리터(245)로 유도된다. 편광 빔 스플리터(245)는, P 편광을 투과하는 것이기 때문에, 펄스 레이저 광선(LB1)은 그대로 진행하여 제1의 1/4 파장판(246)으로 유도되고, 소정의 회전 방향의 원편광으로 변환된다. 원편광으로 변환된 펄스 레이저 광선(LB1)은, 펄스폭 조정 유닛(247)에 있어서 미리 설정되어 있던 회절 광학 소자(247a)에 입사된다. 회절 광학 소자(247a)는, 도 3에 기초하여 설명한 바와 같이, 제1 단부면(260)과, 제2 단부면(261)과의 길이가 1 mm로 설정되어 있고, 내부에는 진행 방향에서의 위치에 따라서 반사하는 파장이 상이하도록 설정된 복수의 반사층(247a')이 형성되어 있다.

회절 광학 소자(247a)에 입사되는 펄스 레이저 광선(LB1)의 펄스폭이 조정되는 모습에 관해 도 3, 도 4를 참조하면서 설명한다. 도 4의 (a)에는, 펄스폭이 조정되기 전의 펄스 레이저 광선(LB1)의 1 펄스가 나타나 있다. 펄스 레이저 광선(LB1)은 원편광으로 변환되어 있지만, 레이저 발진기(242)로부터 발진되었을 때의 펄스폭 100 fs인 채로 진행되어 왔다. 여기서, 회절 광학 소자(247a)에 처음에 입사된 펄스 레이저 광선(LB1) 중 파장 1060 nm의 광선은, 도 3에 기초하여 설명한 바와 같이, 입사측의 제1 단부면(260)측의 반사층(247a')에서 반사된다. 또한, 펄스 레이저 광선(LB1)을 구성하는 파장 중, 1060 nm로부터 커짐에 따라서, 반사되는 반사층(247a')이 제2 단부면(261)측에 근접하여 순서대로 반사되고, 가장 제2 단부면(261)측의 반사층에서는 1070 nm의 광선이 반사된다. 그리고, 전술한 바와 같이, 회절 광학 소자(247a)는, 굴절율이 1.5이고, 제1 단부면(260)과 제2 단부면(261)과의 길이가 1 mm, 즉, 왕복에서 광로 길이차가 2 mm가 되도록 설정되어 있기 때문에, 제1 단부면(260)측의 반사층(247a')에서 처음에 반사되는 파장 1060 nm의 광선과, 제2 단부면(261)측의 반사층(247a')에서 마지막에 반사되는 파장 1070 nm의 광선은, 약 10 ps의 시간차가 생긴 상태로 회절 광학 소자(247a)로부터 출사되게 된다. 그 결과, 회절 광학 소자(247a)에 처음에 입사된 펄스 레이저 광선(LB1)은, 도 4의 (b)에 점선 LB1'a로 나타낸 바와 같이, 그 펄스폭이 약 10 ps로 조정된다. 그리고, 입사되는 원래의 펄스 레이저 광선(LB1)은, 100 fs의 펄스폭을 갖고 있기 때문에, 100 fs의 사이만큼 펄스 레이저 광선(LB1)은 10 ps의 펄스폭을 갖는 레이저 광선으로 계속 변환하고, 도 4의 (b)에 일점쇄선 LB1'b로 나타내는 광선을 출사하여 1 펄스의 펄스폭의 조정이 완료한다. 이에 따라, 도 4의 (a)에 나타내는 펄스폭이 100 fs인 펄스 레이저 광선(LB1)은, 도 4의 (b)에 실선 LB1'로 나타내는 약 10 ps+100 fs의 펄스폭을 갖는 반사광, 즉 귀환광(LB1')으로 조정되고, 회절 광학 소자(247a)로부터 출사된다.

또, 펄스폭 조정 유닛(247)에 있어서, 제1 단부면과 제2 단부면이 10 mm가 되는 회절 광학 소자(247b)가 선택된 경우는, 도 4의 (c)에 나타낸 바와 같이, 펄스폭=100 ps+100 fs가 되는 귀환광(LB1')으로 조정된다. 마찬가지로, 제1 단부면과 제2 단부면이 5 mm가 되는 회절 광학 소자(247c)가 선택된 경우는, 펄스폭=50 ps+100 fs에, 제1 단부면과 제2 단부면이 30 mm가 되는 회절 광학 소자(247d)가 선택된 경우는, 펄스폭=300 ps+100 fs가 되는 귀환광(LB1')으로 조정되게 된다.

여기서, 도 2로 되돌아가 설명을 계속하면, 회절 광학 소자(247a)에서 반사되어 형성된 원편광의 귀환광(LB1')은, 회절 광학 소자(247a)에서 반사되었을 때에 회전 방향이 역회전되었기 때문에, 제1의 1/4 파장판(246)에 의해 직선 편광으로 변환될 때에, S 편광이 된다. 그리고, S 편광이 된 귀환광(LB1')은, 편광 빔 스플리터(245)에 의해 반사되고, 도면 중 하방측, 즉, 파장 변환 유닛(248)을 향해 진행 방향이 변환된다.

여기서, 상기와 같이, 본 실시형태에서는, 도시하지 않은 제어 유닛의 지시 신호에 기초하여 파장 변환 유닛(248)이 작동되고, 귀환광(LB1')이 조사되는 위치에 파장 변환 결정(248a)이 위치 부여되어 있다. 파장 변환 결정(248a)은, 제1 LBO 결정 및 제2 LBO 결정으로 구성되며, 파장 1064 nm였던 귀환광(LB1')은, 파장 변환 결정(248a)을 통과함으로써 파장 355 nm으로 변환되어, 집광기(241)의 집광 렌즈(241a)로 유도되어 집광되고, 흡착척(35) 상에 유지된 웨이퍼(10)에 조사된다.

전술한 바와 같이 하여 레이저 광선 조사 유닛(24)의 집광기(241)에 의해 웨이퍼(10)에 대하여 흡수성을 갖는 파장(355 nm)의 레이저 광선을 웨이퍼(10)의 표면 위치에 집광하여 조사하면서, 이동 유닛(23)을 작동시켜 척테이블(34)을 화살표 X로 나타내는 방향으로 소정의 가공 이송 속도로 이동시키는 분할 공정을 실시하여, 분할 예정 라인(12)의 타단이 집광기(241)의 조사 위치에 도달하면, 레이저 발진기(242)의 발진을 정지하고 척테이블(34)의 이동을 정지한다. 그 결과, 웨이퍼(10)의 소정의 분할 예정 라인(12)을 따라서 분할홈이 양호하게 형성된다.

전술한 레이저 가공에 의해, 소정의 분할 예정 라인(12)의 일단으로부터 타단에 걸쳐 분할홈이 형성되면, 유지 유닛(22), 이동 유닛(23) 및 도시하지 않은 회전 구동 유닛을 작동시켜 척테이블(34)을 이동시켜, 집광기(241)에 대한 웨이퍼(10)의 위치를 변경하면서 그 나머지 분할 예정 라인(12)에 대하여 동일한 분할 공정을 실시함으로써, 웨이퍼(10)의 모든 분할 예정 라인(12)을 따라서 분할홈을 형성한다.

본 발명은, 상기와 같은 구성, 즉, 펄스폭 조정 유닛(247)을 구비하고 있는 것에 의해, 펄스폭을 적절한 값으로 적절하게 조정하는 것이 가능해져, 설비비가 고액이 되지 않고, 웨이퍼(10)의 분할 예정 라인(12)을 따라서 양호한 분할홈의 형성을 실현할 수 있다.

또한, 본 발명은, 파장 변환 유닛(248)을 구비함으로써, 레이저 발진기(242)로부터 발진되어 펄스폭 조정 유닛(247)에 의해 조정된 펄스 레이저 광선(LB1)을 적절하게 원하는 파장으로 변환할 수 있다. 특히, 본 실시형태에서는, 레이저 광선의 진행 방향에서 볼 때, 펄스폭 조정 유닛(247)보다 하류측에 파장 변환 유닛(248)을 설치하는 것으로 했다. 파장 변환 유닛(248)을 펄스폭 조정 유닛(247)보다 상류측에 설치한 경우는, 펄스폭 조정 유닛(247)에 구비되는 회절 광학 소자(247a∼247d)를 변환된 파장마다 준비할 필요가 생기는 바, 본 실시형태에서는, 펄스폭 조정 유닛(247)보다 하류측에 설치함으로써 이 문제를 회피하고 있다.

본 실시형태의 레이저 가공 장치(2)는, 레이저 발진기(242)로부터 발진되는 펄스 레이저 광선(LB)의 펄스폭을 조정하지 않고, 레이저 광선을 웨이퍼(10)에 조사하여 레이저 가공을 실시하는 구성도 함께 구비하고 있다. 이하에 도 2에 기초하여 상세히 설명한다.

레이저 발진기(242)가 발진하는 펄스폭 100 fs를 변화시키지 않고 웨이퍼(10)에 대하여 레이저 광선을 조사하는 경우는, 우선, 미리 1/2 파장판(244)의 고속축을 회전시켜, 1/2 파장판(244)을 펄스 레이저 광선(LB)이 통과할 때에 S 편광이 선택되도록 설정해 둔다.

1/2 파장판(244)을 통과하여 S 편광이 된 펄스 레이저 광선(LB2)은, 편광 빔 스플리터(245)에 의해 반사되어, 도면 중 상방으로 진행 방향이 변환된다. 진행 방향이 변환된 펄스 레이저 광선(LB2)은, 제2의 1/4 파장판(249)으로 유도되고, 제2의 1/4 파장판(249)을 통과함으로써, 소정의 회전 방향의 원편광으로 변환된다. 원편광으로 변환된 펄스 레이저 광선(LB2)은, 그 후 미러(250)로 유도되고, 미러(250)에 의해 반사됨으로써 회전 방향이 역회전되어, 귀환광(LB2')이 된다.

귀환광(LB2')은, 원편광인 채로 제2의 1/4 파장판(249)을 다시 통과하지만, 회전 방향이 역회전되었기 때문에, 이번에는 P 편광으로 변환되고, 편광 빔 스플리터(245)로 유도된다. P 편광으로 변환된 귀환광(LB2')이 편광 빔 스플리터(245)로 유도되면, 귀환광(LB2')은 반사되지 않고서 투과하여, 파장 변환 유닛(248)으로 유도된다. 파장 변환 유닛(248)으로 유도된 귀환광(LB2')은, 상기 펄스폭 조정 유닛(247)을 거친 귀환광(LB1')과 동일하게 파장이 적절하게 변환되어 웨이퍼(10)에 조사되어 레이저 가공을 실시할 수 있다.

본 발명은, 상기 실시형태에 한정되지 않고, 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 범위에 포함되는 한 여러 변형예를 상정할 수 있다. 예컨대, 상기 실시형태에서의 레이저 발진기(242)의 사양(파장, 펄스폭, 평균 출력), 펄스폭 조정 유닛(247)을 구성하는 회절 광학 소자(247a∼247d)의 사양 및 그 수, 파장 변환 유닛(248)을 구성하는 파장 변환 결정(248a∼248d)의 사양 및 그 수 등은, 사용하는 레이저 발진기의 종류, 레이저 가공을 실시할 때의 가공 방법, 상정되는 피가공물의 기판 소재 등에 따라서 적절하게 선택, 변경할 수 있다.

본 실시형태에서는, 흡착척(35) 상에 웨이퍼(10)의 표면측을 상측으로 향하게 하여 표면측으로부터 레이저 광선을 조사하여 표면에 분할홈을 형성하도록 했지만, 이것에 한정되지 않고, 웨이퍼(10)의 이면측으로부터 분할홈을 형성하는 가공을 실시하거나, 기판에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선의 집광점을 기판의 내부에 위치 부여하여 개질층을 형성하는 가공을 실시하거나, 혹은, 기판에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선의 집광점을 기판의 내부에 위치 부여하여 소위 실드 터널을 형성하는 가공을 실시하거나 하는 레이저 가공 장치에 적용할 수도 있다.

상기 실시형태에서는, 레이저 발진기(242)로부터 발진된 레이저 광선(LB)의 펄스폭을 변경하지 않고 웨이퍼(10)에 레이저 광선을 조사하는 방법으로서, 1/2 파장판(244), 제2의 1/4 파장판(249), 미러(250)를 적용하여, 흡착척(35) 상의 웨이퍼(10)에 레이저 광선을 조사하도록 했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예컨대, 펄스폭 조정 유닛(247)에 있어서 회절 광학 소자(247a∼247d)가 배치되는 원주 상에 미러를 별도 배치하고, 펄스 레이저 광선(LB1)이 조사되는 위치에 상기 미러를 위치 부여함으로써, 전술한 방법과 동일한 효과를 얻는 것이 가능하고, 이에 따라, 1/2 파장판(244), 제2의 1/4 파장판(249), 미러(250)를 폐지할 수 있다.

2 : 레이저 가공 장치
2a : 정지 베이스
10 : 웨이퍼
12 : 분할 예정 라인
14 : 디바이스
22 : 유지 유닛
23 : 이동 유닛
24 : 레이저 광선 조사 유닛
241 : 집광기
242 : 레이저 발진기
243 : 감쇠기
244 : 1/2 파장판
245 : 편광 빔 스플리터
246 : 제1의 1/4 파장판
247 : 펄스폭 조정 유닛
248 : 파장 변환 유닛
249 : 제2의 1/4 파장판
250 : 미러
30 : X 방향 가동판
31 : Y 방향 가동판
32 : 지주
33 : 커버판
34 : 척테이블
35 : 흡착척
42 : X 방향 이동 유닛
43 : Y 방향 이동 유닛
50 : 프레임
T : 점착 테이프
F : 프레임

Claims

레이저 가공 장치에 있어서,
피가공물을 유지하는 척테이블과,
상기 척테이블에 유지된 피가공물에 미리 정해진 선폭을 가진 파장의 펄스 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 유닛과,
상기 척테이블과 상기 레이저 광선 조사 유닛을 상대적으로 가공 이송하는 가공 이송 유닛을 구비하고,
상기 레이저 광선 조사 유닛은,
펄스 레이저 광선을 발진하는 레이저 발진기와,
상기 레이저 발진기가 발진한 펄스 레이저 광선을 집광하는 집광기와,
상기 레이저 발진기와 상기 집광기 사이에 배치되고, 상기 선폭에서의 펄스 레이저 광선의 파장 영역에 시간차를 발생시켜 펄스폭을 조정하는 펄스폭 조정 유닛
을 구비한 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
제1항에 있어서, 상기 레이저 광선 조사 유닛은, 상기 레이저 발진기가 발진한 펄스 레이저 광선을 분기하는 편광 빔 스플리터를 더 구비하고,
상기 집광기는 상기 편광 빔 스플리터에 의해 반사된 펄스 레이저 광선을 집광하고,
상기 펄스폭 조정 유닛은, 상기 편광 빔 스플리터를 사이에 두고 상기 레이저 발진기의 반대측에 배치되고, 상기 편광 빔 스플리터를 투과한 펄스 레이저 광선의 펄스폭을 조정하는 것인 레이저 가공 장치.
제2항에 있어서, 상기 레이저 광선 조사 유닛은,
상기 레이저 발진기와 상기 편광 빔 스플리터 사이에 배치되고, 상기 편광 빔 스플리터에 대하여 P 편광 또는 S 편광을 선택적으로 위치 부여하는 1/2 파장판과,
상기 편광 빔 스플리터와 상기 펄스폭 조정 유닛 사이에 배치되고, 상기 1/2 파장판에 의해 선택된 P 편광을 원편광으로 변환하는 제1의 1/4 파장판을 더 구비하고,
상기 펄스폭 조정 유닛에 의해 회전 방향이 역회전된 원편광의 펄스 레이저 광선이 상기 제1의 1/4 파장판으로 유도되어 S 편광으로 변환되고, S 편광으로 변환된 펄스 레이저 광선이 상기 편광 빔 스플리터에 의해 반사되어 상기 집광기에 입사되는 것인 레이저 가공 장치.
제3항에 있어서, 상기 레이저 광선 조사 유닛은, 상기 편광 빔 스플리터를 사이에 두고 상기 집광기의 반대측에 배치된 제2의 1/4 파장판과, 상기 제2의 1/4 파장판에 대향하여 배치된 미러를 더 구비하고,
상기 1/2 파장판에 의해 선택된 S 편광은 상기 편광 빔 스플리터에 의해 반사되어 상기 제2의 1/4 파장판에 입사되어 원편광으로 변환되고, 또한 상기 미러에 의해 반사되어 회전 방향이 역회전된 원편광의 펄스 레이저 광선이 상기 제2의 1/4 파장판을 투과하여 P 편광으로 변환되고, P 편광의 펄스 레이저 광선이 상기 편광 빔 스플리터를 투과하여 상기 집광기에 입사되는 것인 레이저 가공 장치.
제1항에 있어서, 상기 펄스폭 조정 유닛은, 제1 단부면과 상기 제1 단부면의 반대측의 제2 단부면을 갖는 석영체로 구성되고,
상기 제1 단부면과 상기 제2 단부면 사이에는 상기 선폭의 파장 영역에서 반사하는 복수의 반사층이 형성되어 있고, 상기 제1 단부면과 상기 제2 단부면 사이의 길이에 따라 피가공물에 조사되는 펄스 레이저 광선의 펄스폭이 결정되는 것인 레이저 가공 장치.
제5항에 있어서, 상기 펄스폭 조정 유닛은, 상기 제1 단부면과 상기 제2 단부면 사이의 길이가 상이한 복수의 석영체를 포함하고, 원하는 펄스폭에 따라서 복수의 석영체 중 하나가 선택되는 것인 레이저 가공 장치.
제1항에 있어서, 상기 레이저 광선 조사 유닛은, 상기 펄스폭 조정 유닛에 의해 펄스폭이 조정된 펄스 레이저 광선의 파장을 변환하는 파장 변화 유닛을 더 포함하는 것인 레이저 가공 장치.