KR20200144473A

KR20200144473A - 반사율 측정 장치 및 레이저 가공 장치

Info

Publication number: KR20200144473A
Application number: KR1020200066518A
Authority: KR
Inventors: 다카시 에야마; 도시타케 누노가키
Original assignee: 가부시기가이샤 디스코
Priority date: 2019-06-18
Filing date: 2020-06-02
Publication date: 2020-12-29
Also published as: JP2020203304A; CN112091412A; CN112091412B; JP7246260B2

Abstract

(과제) 피가공물에 주는 데미지를 억제하면서도 정확한 반사율의 측정을 가능하게 하는 것.
(해결 수단) 반사율 측정 유닛은, 레이저 빔 (21) 을 발진하는 레이저 발진기 (22) 와, 레이저 빔 (21) 을 집광하여 피가공물 (200) 에 조사하는 제 1 집광 렌즈 (24) 와, 레이저 빔 (21) 의 반사광 (25) 을 검출하는 검출 유닛 (26) 과, 검출 유닛 (26) 에 입사되는 반사광 (25) 을 집광하는 제 2 집광 렌즈 (27) 와, 피가공물 (200) 에는 비집광 상태에서 조사되고, 검출 유닛 (26) 에는 집광 상태에서 입사하도록 레이저 빔 (21) 의 외주부의 위상을 늦추는 위상 지연 렌즈 (28) 와, 레이저 빔 (21) 의 집광 영역 (25-1) 이 연장된 상태에서 검출 유닛 (26) 에 입사되도록 레이저 빔 (21) 에 구면 수차를 부여하는 구면 수차 부여 렌즈 (29) 를 갖는다.

Description

반사율 측정 장치 및 레이저 가공 장치{REFLECTIVITY MEASURING APPARATUS AND LASER PROCESSING APPARATUS}

본 발명은, 반사율 측정 장치 및 레이저 가공 장치에 관한 것이다.

반도체 웨이퍼 등의 피가공물을 칩 사이즈로 분할하기 위해서, 피가공물에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 빔을 집광 조사하여 피가공물의 내부에 분할 기점이 되는 개질층을 형성하는 가공 방법이 개시되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조).

그런데, 피가공물의 이면에 레이저 빔이 투과되기 어려운 산화막이나 질화막 등의 막이 피복되어 있는 경우가 있으며, 이와 같은 웨이퍼에서는, 원하는 영역에 개질층을 형성할 수 없다는 문제가 있다.

그래서, 피가공물 이면에 광을 조사하여, 그 반사광량으로부터 반사율을 산출하고, 미리 컨트롤러의 메모리에 격납된 막 종류마다의 반사율과 펄스 에너지의 상관 관계로부터 적절한 펄스 에너지를 결정하여 피가공물에 가공을 실시하는 레이저 가공 장치가 제안되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 2 참조).

일본 특허공보 제3408805호 일본 공개특허공보 2013-230477호

그런데, 특허문헌 2 에 나타낸 레이저 가공 장치는, 반사율을 측정하기 위해서 피가공물에 조사한 레이저 빔에 의해 피가공물에 데미지가 발생되어 버린다는 과제가 있다.

또, 반사광을 검출하는 검출 유닛에 입사되는 광은 가공점과 동일한 상태가 되도록 설계되어 있기 때문에, 척 테이블이 열에 의해 팽창한 경우 등은, 척 테이블에 재치된 피가공물에 비집광 상태에서 레이저가 조사되게 된다. 이 결과, 검출 유닛에도 비집광 상태에서 반사광이 입사되기 때문에, 집광 상태에서 입사된 경우와 비교하여 반사광의 강도가 변화해 버려, 반사율의 정확한 측정을 할 수 없다는 과제도 존재하고 있었다.

본원 발명은 상기 사실을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 피가공물에 주는 데미지를 억제하면서도 정확한 반사율의 측정을 가능하게 하는 반사율 측정 장치 및 레이저 가공 장치를 제공하는 것이다.

상기 서술한 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 반사율 측정 장치는, 피가공물을 유지하는 척 테이블과, 그 척 테이블에 유지된 피가공물의 반사율을 측정하는 반사율 측정 유닛과, 그 반사율 측정 유닛을 제어하는 제어 유닛을 구비한 반사율 측정 장치로서, 그 반사율 측정 유닛은, 그 피가공물에 대해 투과성을 갖는 파장의 레이저 빔을 발진하는 레이저 발진기와, 그 레이저 발진기로부터 발진되는 레이저 빔을 집광하여 피가공물에 조사하는 제 1 집광 렌즈와, 그 제 1 집광 렌즈를 통과하여 피가공물에 조사된 레이저 빔의 반사광을 검출하는 검출 유닛과, 그 검출 유닛에 입사되는 반사광을 집광하는 제 2 집광 렌즈를 갖고, 그 피가공물에는 그 레이저 빔이 비집광 상태에서 조사되고, 그 검출 유닛에는 그 레이저 빔이 집광 상태에서 입사하도록, 그 레이저 빔의 외주부의 위상을 늦추는 위상 지연 유닛과, 그 레이저 빔의 집광 영역이 연장된 상태에서 그 검출 유닛에 입사되도록 그 레이저 빔에 구면 수차를 부여하는 구면 수차 부여 유닛을 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 반사율 측정 장치에서는, 그 위상 지연 유닛은 DOE 를 포함하고, 그 구면 수차 부여 유닛은 오목 렌즈를 포함해도 된다.

상기 반사율 측정 장치에서는, 그 위상 지연 유닛 및 그 구면 수차 부여 유닛의 기능은, 공간 광 위상 변조기 (LCOS) 에 의해 실현되어도 된다.

본 발명의 레이저 가공 장치는, 상기 반사율 측정 장치를 구비한 레이저 가공 장치로서, 그 반사율 측정 유닛의 레이저 발진기로부터 발진된 레이저 빔을, 그 위상 지연 유닛을 개재하지 않고 그 제 1 집광 렌즈를 사용하여 집광하고, 그 척 테이블에 유지된 피가공물의 내부에 집광점을 위치 부여하여 조사함으로써 개질층을 형성하는 것을 특징으로 한다.

본원 발명은, 피가공물에 주는 데미지를 억제하면서도 정확한 반사율의 측정을 가능하게 하는 효과를 발휘한다.

도 1 은, 실시형태 1 에 관련된 레이저 가공 장치의 구성예를 나타내는 사시도이다.
도 2 는, 도 1 에 나타낸 레이저 가공 장치의 레이저 빔 조사 유닛의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 3 은, 도 2 에 나타낸 레이저 빔 조사 유닛이 피가공물의 반사율을 측정할 때의 피가공물 상의 레이저 빔의 평면도이다.
도 4 는, 도 2 에 나타낸 반사율 측정 유닛이 피가공물의 반사율을 측정할 때의 검출 유닛의 수광면 상의 레이저 빔의 평면도이다.
도 5 는, 도 2 에 나타낸 레이저 빔 조사 유닛이 피가공물에 개질층을 형성하는 상태를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 6 은, 실시형태 2 에 관련된 레이저 가공 장치의 레이저 빔 조사 유닛의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.

본 발명을 실시하기 위한 형태 (실시형태) 에 대해, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 이하의 실시형태에 기재한 내용에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 또, 이하에 기재한 구성 요소에는, 당업자가 용이하게 상정할 수 있는 것, 실질적으로 동일한 것이 포함된다. 또한, 이하에 기재한 구성은 적절히 조합하는 것이 가능하다. 또, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 구성의 여러 가지의 생략, 치환 또는 변경을 실시할 수 있다.

〔실시형태 1〕

본 발명의 실시형태 1 에 관련된 반사율 측정 유닛 및 레이저 가공 장치를 도면에 기초하여 설명한다. 도 1 은, 실시형태 1 에 관련된 레이저 가공 장치의 구성예를 나타내는 사시도이다. 도 2 는, 도 1 에 나타낸 레이저 가공 장치의 레이저 빔 조사 유닛의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 3 은, 도 2 에 나타낸 레이저 빔 조사 유닛이 피가공물의 반사율을 측정할 때의 피가공물 상의 레이저 빔의 평면도이다. 도 4 는, 도 2 에 나타낸 반사율 측정 유닛이 피가공물의 반사율을 측정할 때의 검출 유닛의 수광면 상의 레이저 빔의 평면도이다. 도 5 는, 도 2 에 나타낸 레이저 빔 조사 유닛이 피가공물에 개질층을 형성하는 상태를 모식적으로 나타내는 도면이다.

실시형태 1 에 관련된 레이저 가공 장치 (1) 는, 도 1 에 나타내는 피가공물 (200) 에 대해 레이저 빔 (21) 을 조사하여, 레이저 가공을 실시하는 장치이다. 도 1 에 나타낸 레이저 가공 장치 (1) 의 가공 대상인 피가공물 (200) 은, 실리콘, 사파이어, 갈륨비소 등의 기판 (201) 을 갖는 원판상의 반도체 웨이퍼나 광 디바이스 웨이퍼 등의 웨이퍼이다.

피가공물 (200) 은, 기판 (201) 의 표면에 격자상으로 설정된 도시되지 않은 분할 예정 라인과, 분할 예정 라인에 의해 구획된 영역에 형성된 디바이스를 갖고 있다. 디바이스는, 예를 들어, IC (Integrated Circuit), 또는 LSI (Large Scale Integration) 등의 집적 회로, CCD (Charge Coupled Device), 또는 CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) 등의 이미지 센서이다.

피가공물 (200) 은, 기판 (201) 의 이면에 산화막 또는 질화막 등의 막 (202) 이 피복되어 있다. 실시형태 1 에 있어서, 피가공물 (200) 은, 환상 프레임 (210) 이 외연부에 첩착되고 또한 피가공물 (200) 의 외경보다 직경이 큰 테이프 (211) 가 표면에 첩착되고, 이면측의 막 (202) 을 노출시킨 상태에서 환상 프레임 (210) 의 개구 내에 지지된다.

실시형태 1 에 있어서, 피가공물 (200) 은, 분할 예정 라인을 따라 피가공물 (200) 의 기판 (201) 에 대해 투과성을 갖는 파장의 레이저 빔 (21) 이 조사되어, 개질층이 분할 예정 라인을 따라 형성된 후, 개개의 디바이스로 분할된다. 레이저 빔 (21) 의 막 (202) 의 반사율은, 막 (202) 을 구성하는 재질, 또는 막 (202) 의 두께에 의해 변화한다. 또한, 개질층이란, 밀도, 굴절률, 기계적 강도나 그 밖의 물리적 특성이 주위의 그것과는 상이한 상태가 된 영역을 의미하고, 용융 처리 영역, 크랙 영역, 절연 파괴 영역, 굴절률 변화 영역, 및 이들 영역이 혼재한 영역 등을 예시할 수 있다. 또, 개질층은, 피가공물 (200) 의 다른 부분보다 기계적 강도 등이 낮다.

레이저 가공 장치 (1) 는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 척 테이블 (10) 과, 반사율 측정 유닛인 레이저 빔 조사 유닛 (20) 과, 이동 유닛 (30) 과, 촬상 유닛 (90) 과, 제어 유닛 (100) 을 구비한다.

척 테이블 (10) 은, 피가공물 (200) 을 유지면 (11) 에서 유지한다. 유지면 (11) 은, 포러스 세라믹 등으로부터 형성된 원반 형상이며, 도시되지 않은 진공 흡인 경로를 개재하여 도시되지 않은 진공 흡인원과 접속되어 있다. 척 테이블 (10) 은, 유지면 (11) 상에 재치된 피가공물 (200) 을 흡인 유지한다. 실시형태 1 에서는, 유지면 (11) 은, 수평 방향과 평행한 평면이다. 척 테이블 (10) 의 주위에는, 피가공물 (200) 을 개구 내에 지지하는 환상 프레임 (210) 을 협지하는 클램프부 (12) 가 복수 배치되어 있다. 또, 척 테이블 (10) 은, 이동 유닛 (30) 의 회전 이동 유닛 (33) 에 의해 연직 방향과 평행한 Z 축 방향과 평행한 축심 둘레로 회전된다. 회전 이동 유닛 (33) 및 척 테이블 (10) 은, 이동 유닛 (30) 의 X 축 이동 유닛 (31) 에 의해 수평 방향과 평행한 X 축 방향으로 이동된다.

레이저 빔 조사 유닛 (20) 은, 척 테이블 (10) 에 유지된 피가공물 (200) 에 대해 펄스상의 레이저 빔 (21) 을 조사하는 유닛이다. 또, 레이저 빔 조사 유닛 (20) 은, 척 테이블 (10) 에 유지된 피가공물 (200) 의 막 (202) 의 레이저 빔 (21) 의 반사율을 측정하는 것이기도 하다.

레이저 빔 조사 유닛 (20) 은, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 피가공물 (200) 에 대해 투과성을 갖는 파장의 레이저 빔 (21) 을 발진하는 레이저 발진기 (22) 와, 레이저 발진기 (22) 로부터 출사된 레이저 빔 (21) 을 척 테이블 (10) 의 유지면 (11) 에 유지한 피가공물 (200) 을 향하여 반사하는 다이크로익 미러 (23) 와, 다이크로익 미러 (23) 에 의해 반사된 레이저 발진기 (22) 로부터 발진되는 레이저 빔 (21) 을 집광하여 피가공물 (200) 에 조사하는 제 1 집광 렌즈 (24) 와, 도시되지 않은 집광점 위치 조정 수단과, 제 1 집광 렌즈 (24) 를 통과하여 피가공물 (200) 에 조사된 레이저 빔 (21) 의 반사광 (25) 을 검출하는 검출 유닛 (26) 과, 검출 유닛 (26) 에 입사되는 반사광 (25) 을 집광하는 제 2 집광 렌즈 (27) 를 갖는다.

레이저 발진기 (22) 는, 다이크로익 미러 (23) 를 향하여 레이저 빔 (21) 을 조사한다. 다이크로익 미러 (23) 는, 레이저 발진기 (22) 가 발진한 레이저 빔 (21) 을 제 1 집광 렌즈 (24) 를 향하여 반사함과 함께, 피가공물 (200) 에 조사된 레이저 빔 (21) 의 반사광 (25) 을 투과한다. 제 1 집광 렌즈 (24) 는, 다이크로익 미러 (23) 에 의해 반사된 레이저 빔 (21) 을 투과하고, 레이저 빔 (21) 을 피가공물 (200) 에 집광시킴과 함께, 피가공물 (200) 에 조사된 레이저 빔 (21) 의 반사광 (25) 을 투과한다. 집광점 위치 조정 수단은, 레이저 빔 (21) 의 집광점 (21-1) 의 위치를 연직 방향과 평행한 Z 축 방향으로 변위시킨다.

검출 유닛 (26) 은, 반사광 (25) 을 수광하는 수광면 (261) 을 구비한다. 실시형태 1 에서는, 검출 유닛 (26) 은, 수광면 (261) 에 집광된 반사광 (25) 의 출력을 검출 가능한 CMOS (Complementary MOS) 카메라이지만, 본 발명에서는, CMOS 카메라에 한정되지 않는다. 검출 유닛 (26) 은, 수광면 (261) 에 집광된 레이저 빔 (21) 의 출력을 나타내는 정보를 제어 유닛 (100) 에 출력한다. 제 2 집광 렌즈 (27) 는, 다이크로익 미러 (23) 를 투과한 반사광 (25) 을 투과함과 함께, 반사광 (25) 을 수광면 (261) 에 집광한다.

또, 레이저 빔 조사 유닛 (20) 은, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 위상 지연 유닛인 위상 지연 렌즈 (28) 와, 구면 수차 부여 유닛인 구면 수차 부여 렌즈 (29) 를 추가로 포함한다.

위상 지연 렌즈 (28) 는, 척 테이블 (10) 에 유지된 피가공물 (200) 에는, 레이저 발진기 (22) 가 출사한 레이저 빔 (21) 이 도 3 에 나타내는 바와 같이 비집광 상태에서 조사되고, 검출 유닛 (26) 의 수광면 (261) 에는 도 4 에 나타내는 바와 같이 레이저 빔 (21) 의 반사광 (25) 이 집광 상태에서 입사하도록, 레이저 빔 (21) 의 외주부의 위상을 중앙부보다 늦추는 것이다. 실시형태 1 에서는, 위상 지연 렌즈 (28) 는, 레이저 발진기 (22) 와 다이크로익 미러 (23) 사이에 배치되고, 레이저 발진기 (22) 가 출사한 레이저 빔 (21) 을 투과 가능하다.

위상 지연 렌즈 (28) 는, 레이저 발진기 (22) 가 출사한 레이저 빔 (21) 을 다이크로익 미러 (23) 를 향하여 투과하는 도 2 에 나타내는 반사율 측정 위치와, 레이저 발진기 (22) 가 출사한 레이저 빔 (21) 의 광로로부터 퇴피하여 레이저 빔 (21) 을 투과하지 않는 도시되지 않은 퇴피 위치에 걸쳐, 도시되지 않은 구동 기구에 의해 자유롭게 이동할 수 있도록 형성되어 있다. 실시형태 1 에서는, 위상 지연 렌즈 (28) 는, 투과하는 레이저 빔 (21) 의 외주부의 위상을 중앙부의 위상보다 늦추는 DOE (Diffractive Optical Element : 회절 광학 소자) (281) 를 포함하고 있다.

구면 수차 부여 렌즈 (29) 는, 다이크로익 미러 (23) 를 투과한 레이저 빔 (21) 의 반사광 (25) 의 집광 영역 (25-1) 이 레이저 빔 (21) 의 광축 방향으로 연장된 상태에서, 검출 유닛 (26) 의 수광면 (261) 에 입사되도록 레이저 빔 (21) 의 반사광 (25) 에 구면 수차를 부여하는 것이다. 실시형태 1 에서는, 구면 수차 부여 렌즈 (29) 는, 제 2 집광 렌즈 (27) 와 검출 유닛 (26) 의 수광면 (261) 사이에 배치되고, 다이크로익 미러 (23) 를 투과한 레이저 빔 (21) 의 반사광 (25) 을 투과 가능함과 함께, 반사광 (25) 에 구면 수차를 부여한다. 실시형태 1 에서는, 구면 수차 부여 렌즈 (29) 는 오목 렌즈이다. 즉, 본 발명의 구면 수차 부여 유닛은, 오목 렌즈를 포함하고 있다.

실시형태 1 에서는, 레이저 빔 조사 유닛 (20) 에 포함되는 광학계의 일부는, 레이저 가공 장치 (1) 의 장치 본체 (2) 로부터 수직 형성된 수직 형성판 (3) 에 기단부가 장착된 지지 기둥 (4) 의 선단에 장착되어 있다.

이동 유닛 (30) 은, 레이저 빔 조사 유닛 (20) 과 척 테이블 (10) 을 상대적으로 이동시키는 것이다. 이동 유닛 (30) 은, 척 테이블 (10) 을 X 축 방향으로 이동시키는 X 축 이동 유닛 (31) 과, 척 테이블 (10) 을 수평 방향과 평행하고 또한 X 축 방향과 직교하는 Y 축 방향으로 이동시키는 Y 축 이동 유닛 (32) 과, 척 테이블 (10) 을 X 축 방향 및 Y 축 방향과 직교하는 Z 축 방향과 평행한 축심 둘레로 회전시키는 회전 이동 유닛 (33) 을 구비한다.

실시형태 1 에서는, Y 축 이동 유닛 (32) 은, 레이저 가공 장치 (1) 의 장치 본체 (2) 상에 설치되고, X 축 이동 유닛 (31) 을 지지한 이동 플레이트 (34) 를 Y 축 방향으로 이동시킨다. X 축 이동 유닛 (31) 은, 이동 플레이트 (34) 상에 설치되고, 척 테이블 (10) 및 회전 이동 유닛 (33) 을 X 축 방향으로 자유롭게 이동할 수 있도록 지지하고 있다.

X 축 이동 유닛 (31) 및 Y 축 이동 유닛 (32) 은, 축심 둘레로 자유롭게 회전할 수 있도록 형성된 주지의 볼 나사 (311, 321), 볼 나사 (311, 321) 를 축심 둘레로 회전시키는 주지의 펄스 모터 (312, 322) 및 이동 플레이트 (14), 척 테이블 (10) 및 회전 이동 유닛 (33) 을 X 축 방향 또는 Y 축 방향으로 자유롭게 이동할 수 있도록 지지하는 주지의 가이드 레일 (313, 323) 을 구비한다.

또, 레이저 가공 장치 (1) 는, 척 테이블 (10) 의 X 축 방향의 위치를 검출하기 위해 도시되지 않은 X 축 방향 위치 검출 유닛과, 척 테이블 (10) 의 Y 축 방향의 위치를 검출하기 위한 도시되지 않은 Y 축 방향 위치 검출 유닛을 구비한다. 각 위치 검출 유닛은, 검출 결과를 제어 유닛 (100) 에 출력한다.

촬상 유닛 (90) 은, 척 테이블 (10) 에 유지된 피가공물 (200) 을 촬상하는 것이다. 촬상 유닛 (90) 은, 척 테이블 (10) 에 유지된 피가공물 (200) 을 이면의 막 (202) 측으로부터 촬상하는 분할 예정 라인을 검출하는 적외선 카메라에 의해 구성된다. 실시형태 1 에서는, 촬상 유닛 (90) 은, 지지 기둥 (4) 의 선단에 장착되어, 레이저 빔 조사 유닛 (20) 에 포함되는 광학계의 일부와 X 축 방향으로 늘어선 위치에 배치되어 있다. 촬상 유닛 (90) 은, 피가공물 (200) 을 촬상하여, 피가공물 (200) 과 레이저 빔 조사 유닛 (20) 의 위치 맞춤을 실시하는 얼라인먼트를 수행하기 위한 화상을 얻고, 얻은 화상을 제어 유닛 (100) 에 출력한다.

제어 유닛 (100) 은, 레이저 가공 장치 (1) 의 상기 서술한 구성 요소를 각각 제어하여, 피가공물 (200) 에 대한 가공 동작을 레이저 가공 장치 (1) 에 실시시키는 것이다. 또한, 제어 유닛 (100) 은, CPU (central processing unit) 와 같은 마이크로 프로세서를 갖는 연산 처리 장치와, ROM (read only memory) 또는 RAM (random access memory) 과 같은 메모리를 갖는 기억 장치와, 입출력 인터페이스 장치를 갖는 컴퓨터이다. 제어 유닛 (100) 의 연산 처리 장치는, 기억 장치에 기억되어 있는 컴퓨터 프로그램에 따라 연산 처리를 실시하고, 레이저 가공 장치 (1) 를 제어하기 위한 제어 신호를 입출력 인터페이스 장치를 개재하여 레이저 가공 장치 (1) 의 상기 서술한 구성 요소에 출력하여, 제어 유닛 (100) 의 기능을 실현한다.

또, 제어 유닛 (100) 은, 가공 동작 상태나 화상 등을 표시하는 액정 표시 장치 등에 의해 구성되는 표시 유닛 (101) 과, 오퍼레이터가 가공 내용 정보 등을 등록할 때에 사용하는 도시되지 않은 입력 유닛과, 도시되지 않은 알림 유닛이 접속되어 있다. 입력 유닛은, 표시 유닛 (101) 에 형성된 터치 패널과, 키보드 등의 외부 입력 장치 중 적어도 하나에 의해 구성된다. 알림 유닛은, 소리와 광 중 적어도 일방을 발하여, 오퍼레이터에게 알리는 것이다. 또, 척 테이블 (10), 레이저 빔 조사 유닛 (20) 및 제어 유닛 (100) 은, 실시형태 1 에 관련된 반사율 측정 장치 (40) 를 구성한다. 즉, 레이저 가공 장치 (1) 는, 반사율 측정 장치 (40) 를 구비한다.

전술한 구성의 레이저 가공 장치 (1) 는, 입력 유닛 (102) 을 개재하여 오퍼레이터가 입력한 가공 내용 정보를 제어 유닛 (100) 이 받아들여 제어 유닛 (100) 의 기억 장치에 기억하고, 척 테이블 (10) 상에 테이프 (211) 를 개재하여 피가공물 (200) 이 재치된다. 또한, 가공 내용 정보는, 레이저 발진기 (22) 의 레이저 빔 (21) 의 출력을 나타내는 정보, 피가공물 (200) 의 막 (202) 의 레이저 빔 (21) 의 반사율의 상한치를 나타내는 정보 및 하한치를 나타내는 정보가 포함된다. 실시형태 1 에서는, 반사율의 상한치와 하한치는, 상한치 이상 또한 하한치 이하의 반사율이면, 가공 대상의 피가공물 (200) 에 적절한 재료 또한 적절한 두께의 막 (202) 이 형성되어 있는 것을 나타내고, 상한치를 초과 또는 하한치 미만의 반사율이면, 가공 대상의 피가공물 (200) 에 부적절한 막 (202) 이 형성되어 있는 것을 나타내는 값이다.

레이저 가공 장치 (1) 는, 입력 유닛 (102) 을 개재하여 오퍼레이터가 입력한 가공 개시 지시를 받아들이면, 레이저 가공 장치 (1) 는, 척 테이블 (10) 에 피가공물 (200) 을 흡인 유지하고, 클램프부 (12) 에서 환상 프레임 (210) 을 클램프한다. 레이저 가공 장치 (1) 의 제어 유닛 (100) 은, 도시되지 않은 구동 유닛을 제어하여, 위상 지연 렌즈 (28) 를 도 2 에 나타내는 반사율 측정 위치에 위치 부여하고, 개질층을 형성할 때와 마찬가지로 집광점 위치 조정 수단을 제어하고, 레이저 발진기 (22) 를 제어하여, 레이저 발진기 (22) 로부터 레이저 빔 (21) 을 발진한다.

그러면, 레이저 발진기 (22) 로부터 출사된 레이저 빔 (21) 은, 위상 지연 렌즈 (28) 를 투과하고, 다이크로익 미러 (23) 에 의해 반사되어, 제 1 집광 렌즈 (24) 에 의해 집광된다. 레이저 빔 (21) 은, 위상 지연 렌즈 (28) 를 투과할 때에, DOE (281) 에 의해 외주부의 위상이 중앙부의 위상보다 늦춰지므로, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 집광점 (21-1) 이 피가공물 (200) 의 내부에 위치되지 않고, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 피가공물 (200) 의 이면의 막 (202) 에 비집광 상태에서 조사된다. 또한, 실시형태 1 에서는, 집광점 (21-1) 은, 피가공물 (200) 의 막 (202) 보다 상방 (척 테이블 (10) 로부터 떨어진 측) 에 형성된다.

레이저 빔 (21) 의 피가공물 (200) 의 막 (202) 으로부터의 반사광 (25) 은, 제 1 집광 렌즈 (24), 다이크로익 미러 (23), 제 2 집광 렌즈 (27) 및 구면 수차 부여 렌즈 (29) 를 순서대로 투과하여, 검출 유닛 (26) 의 수광면 (261) 에 입사한다. 반사광 (25) 은, 구면 수차 부여 렌즈 (29) 에 의해 구면 수차가 부여되므로, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 집광점 (25-2) 이 반사광 (25) 의 광축 방향으로 편차가 발생하게 되어, 반사광 (25) 이 집광하는 복수의 집광점 (25-2) 으로 구성되는 집광 영역 (25-1) 이 광축 방향으로 형성된다. 이 때문에, 반사광 (25) 은, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 검출 유닛 (26) 의 수광면 (261) 에 집광 상태에서 입사한다.

검출 유닛 (26) 은, 수광면 (261) 에 집광 상태에서 입사한 반사광 (25) 의 출력을 검출하고, 검출 결과를 제어 유닛 (100) 에 출력한다. 제어 유닛 (100) 은, 검출 유닛 (26) 의 검출 결과와, 레이저 발진기 (22) 의 레이저 빔 (21) 의 출력을 나타내는 정보 등으로부터 막 (202) 의 반사율을 산출하고, 산출한 반사율이, 가공 내용 정보의 상한치 이상 또한 하한치 이하인지의 여부를 판정한다. 이렇게 하여, 반사율 측정 장치 (40) 의 반사율 측정 유닛인 레이저 빔 조사 유닛 (20) 은, 제어 유닛 (100) 등과 공동으로, 척 테이블 (10) 에 유지된 피가공물 (200) 의 막 (202) 의 반사율을 측정한다.

제어 유닛 (100) 은, 막 (202) 의 반사율이 상한치 이상 또한 하한치 이하가 아니라고 판정하면, 알림 유닛을 동작시켜 오퍼레이터에게 소리와 광 중 적어도 일방에 의해 알린다. 제어 유닛 (100) 은, 막 (202) 의 반사율이 상한치 이상 또한 하한치 이하라고 판정하면, 가공 동작을 개시한다. 가공 동작에서는, 레이저 가공 장치 (1) 의 제어 유닛 (100) 은, X 축 이동 유닛 (31) 으로 척 테이블 (10) 을 이동시키고, 촬상 유닛 (90) 에 척 테이블 (10) 상의 피가공물 (200) 을 촬상시킨다. 레이저 가공 장치 (1) 는, 피가공물 (200) 을 촬상하여 얻은 화상으로부터 분할 예정 라인을 검출하고, 피가공물 (200) 과 레이저 빔 조사 유닛 (20) 의 위치 맞춤을 실시하는 얼라인먼트를 수행한다.

레이저 가공 장치 (1) 는, 척 테이블 (10) 과 레이저 빔 조사 유닛 (20) 을 분할 예정 라인을 따라 상대적으로 이동시키면서 피가공물 (200) 에 레이저 빔 (21) 을 조사한다. 레이저 가공 장치 (1) 는, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 레이저 빔 조사 유닛 (20) 의 레이저 발진기 (22) 로부터 발진된 레이저 빔 (21) 을, 위상 지연 렌즈 (28) 를 개재하지 않고 제 1 집광 렌즈 (24) 를 사용하여 집광하고, 척 테이블 (10) 에 유지된 피가공물 (200) 의 내부에 집광점 (21-1) 을 위치 부여하여 레이저 빔 (21) 을 조사함으로써 개질층을 형성한다.

이렇게 하여, 레이저 가공 장치 (1) 는, 피가공물 (200) 의 내부에 분할 예정 라인을 따른 개질층을 형성한다. 레이저 가공 장치 (1) 는, 모든 분할 예정 라인을 따라 피가공물 (200) 의 내부에 개질층을 형성하면, 가공 동작을 종료한다. 또한, 실시형태 1 에서는, 피가공물 (200) 의 막 (202) 의 반사율을 측정할 때의 레이저 빔 (21) 의 출력을, 개질층을 형성할 때의 레이저 빔 (21) 의 출력보다 약하게 했지만, 본 발명에서는, 이것에 한정되지 않는다.

이상 설명한 바와 같이, 실시형태 1 에 관련된 반사율 측정 장치 (40) 및 레이저 가공 장치 (1) 는, 막 (202) 의 반사율을 측정할 때에, 위상 지연 렌즈 (28) 의 DOE (281) 에 의해 피가공물 (200) 에는 레이저 빔 (21) 이 비집광 상태에서 조사되고, 또한, 구면 수차 부여 렌즈 (29) 에 의해 검출 유닛 (26) 의 수광면 (261) 에는 반사광 (25) 이 집광 상태에서 입사되기 때문에, 피가공물 (200) 의 데미지를 억제하는 것이 가능해진다.

또, 반사율 측정 장치 (40) 및 레이저 가공 장치 (1) 는, 구면 수차 부여 렌즈 (29) 에 의해 집광 영역 (25-1) 을 형성하여, 검출 유닛 (26) 의 수광면 (261) 에 입사되는 반사광 (25) 의 집광점 (25-2) 이 광축 방향으로 연장되는 구성으로 하였기 때문에, 척 테이블 (10) 의 팽창, 피가공물 (200) 과 유지면 (11) 사이의 이물질의 끼임 등, 유지면 (11) 의 높이가 소량 변화하여, 검출 유닛 (26) 의 수광면 (261) 에 대한 집광점 (25-2) 의 광축 방향의 상대적인 위치가 변화해도, 검출 유닛 (26) 의 수광면 (261) 에 집광 상태에서 반사광 (25) 을 입사할 수 있다. 이 때문에, 반사율 측정 장치 (40) 및 레이저 가공 장치 (1) 는, 피가공물 (200) 의 막 (202) 의 정확한 반사율의 측정이 가능하게 되었다.

그 결과, 반사율 측정 장치 (40) 및 레이저 가공 장치 (1) 는, 반사율 측정의 안정성이 향상되어, 스펙으로부터 벗어난 피가공물 (200) 의 가공을 미연에 방지하거나, 반사율에 따른 적절한 가공 조건을 설정할 수 있는 등의 효과를 발휘함과 함께, 피가공물 (200) 에 주는 데미지를 억제하면서도 정확한 반사율의 측정을 가능하게 한다는 효과를 발휘한다.

〔실시형태 2〕

본 발명의 실시형태 2 에 관련된 반사율 측정 유닛 및 레이저 가공 장치를 도면에 기초하여 설명한다. 도 6 은, 실시형태 2 에 관련된 레이저 가공 장치의 레이저 빔 조사 유닛의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다. 또한, 도 6 은, 실시형태 1 과 동일 부분에 동일 부호를 부여하여 설명을 생략한다.

실시형태 2 에 관련된 레이저 가공 장치의 반사율 측정 유닛인 레이저 빔 조사 유닛 (20) 은, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 위상 지연 렌즈 (28) 및 구면 수차 부여 렌즈 (29) 대신에, 공간 광 위상 변조기 (Liquid Crystal on Silicon-Spatial Light Modulator : LCOS-SLM) (50) 를 구비하고 있는 것 이외에, 실시형태 1 과 구성이 동일하다.

공간 광 위상 변조기 (50) 는, 피가공물 (200) 의 막 (202) 의 반사율을 측정할 때에는, 척 테이블 (10) 에 유지된 피가공물 (200) 에는, 레이저 발진기 (22) 가 출사한 레이저 빔 (21) 의 반사광 (25) 이 비집광 상태에서 조사되고, 검출 유닛 (26) 의 수광면 (261) 에는 레이저 빔 (21) 이 집광 상태에서 입사하도록, 레이저 빔 (21) 의 외주부의 위상을 중앙부보다 늦추는 위상 지연 유닛과, 다이크로익 미러 (23) 를 투과한 레이저 빔 (21) 의 반사광 (25) 의 집광 영역 (25-1) 이 레이저 빔 (21) 의 광축 방향으로 연장된 상태에서, 검출 유닛 (26) 의 수광면 (261) 에 입사되도록 레이저 발진기 (22) 가 출사한 레이저 빔 (21) 에 구면 수차를 부여하는 구면 수차 부여 유닛의 기능을 실현하는 것이다.

실시형태 2 에서는, 공간 광 위상 변조기 (50) 는, 레이저 발진기 (22) 와 다이크로익 미러 (23) 사이에 배치되어 있다. 공간 광 위상 변조기 (50) 는, 피가공물 (200) 의 막 (202) 의 반사율을 측정할 때에는, 제어 유닛 (100) 에 의해 레이저 발진기 (22) 가 출사한 레이저 빔 (21) 의 외주부의 위상을 중앙부의 위상보다 늦춤과 함께, 레이저 발진기 (22) 가 출사한 레이저 빔 (21) 에 구면 수차를 부여하는 구동 조건으로 설정된다. 또, 공간 광 위상 변조기 (50) 는, 개질층을 형성할 때에는, 피가공물 (200) 의 두께 방향의 소정의 위치에 개질층을 형성하는 구동 조건으로 설정된다. 이들 구동 조건은, 레이저 가공 장치 (1) 의 가공 내용 정보에 포함된다.

실시형태 2 에 관련된 반사율 측정 장치 (40) 및 레이저 가공 장치 (1) 는, 막 (202) 의 반사율을 측정할 때에, 공간 광 위상 변조기 (50) 에 의해 레이저 발진기 (22) 가 출사한 레이저 빔 (21) 의 외주부의 위상이 중앙부의 위상보다 늦춰지고 또한 레이저 발진기 (22) 가 출사한 레이저 빔 (21) 에 구면 수차가 부여되므로, 피가공물 (200) 에는 레이저 빔 (21) 이 비집광 상태에서 조사되고, 또한, 검출 유닛 (26) 의 수광면 (261) 에는 반사광 (25) 이 집광 상태에서 입사된다. 그 결과, 실시형태 2 에 관련된 반사율 측정 장치 (40) 및 레이저 가공 장치 (1) 는, 피가공물 (200) 에 주는 데미지를 억제하면서도 정확한 반사율의 측정을 가능하게 한다는 효과를 발휘한다. 또한, 실시형태 2 에서는, 공간 광 위상 변조기 (50) 가 레이저 발진기 (22) 와 다이크로익 미러 (23) 사이에 배치되어 있으므로, 피가공물 (200) 의 막 (202) 의 반사율을 측정할 때에는, 피가공물 (200) 에 구면 수차가 부여된 레이저 빔 (21) 이 조사된다.

다음으로, 본 발명의 발명자들은, 본 발명의 반사율 측정 장치 (40) 의 효과를 확인하였다. 결과를 이하의 표 1 에 나타낸다.

표 1 은, 본 발명품 및 비교예의 검출 유닛 (26) 이 반사광 (25) 의 광량 강도의 변화의 영향을 받지 않고 반사광 (25) 의 출력을 측정 가능한 반사광 (25) 의 광축 방향의 범위를 측정하였다. 비교예는, 실시형태 1 에 나타낸 위상 지연 렌즈 (28) 및 구면 수차 부여 렌즈 (29) 를 구비하고 있지 않은 것 이외에, 실시형태 1 에 관련된 반사율 측정 장치 (40) 와 구성이 동등한 것이다. 본 발명품은, 실시형태 1 에 관련된 반사율 측정 장치 (40) 이다.

표 1 에 의하면, 비교예는, 검출 유닛 (26) 이 반사광 (25) 의 출력을 측정 가능한 범위가 ±0.2 ㎛ 인 반면, 본 발명품은, 검출 유닛 (26) 이 반사광 (25) 의 출력을 측정 가능한 범위가 ±1.5 ㎛ 였다. 따라서, 표 1 에 의하면, 위상 지연 유닛과 구면 수차 부여 유닛을 구비함으로써, 반사율 측정의 안정성이 향상되고, 피가공물 (200) 에 주는 데미지를 억제하면서도 정확한 반사율의 측정을 가능하게 할 수 있는 것이 분명해졌다.

또한, 본 발명은, 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 골자를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있다.

1 : 레이저 가공 장치
10 : 척 테이블
20 : 레이저 빔 조사 유닛 (반사율 측정 유닛)
21 : 레이저 빔
21-1 : 집광점
22 : 레이저 발진기
24 : 제 1 집광 렌즈
25 : 반사광
26 : 검출 유닛
27 : 제 2 집광 렌즈
28 : 위상 지연 렌즈 (위상 지연 유닛)
29 : 구면 수차 부여 렌즈 (구면 수차 부여 유닛, 오목 렌즈)
30 : 이동 유닛
40 : 반사율 측정 장치
50 : 공간 광 위상 변조기 (LCOS)
100 : 제어 유닛
200 : 피가공물
281 : DOE

Claims

피가공물을 유지하는 척 테이블과,
그 척 테이블에 유지된 피가공물의 반사율을 측정하는 반사율 측정 유닛과,
그 반사율 측정 유닛을 제어하는 제어 유닛을 구비한 반사율 측정 장치로서,
그 반사율 측정 유닛은,
그 피가공물에 대해 투과성을 갖는 파장의 레이저 빔을 발진하는 레이저 발진기와,
그 레이저 발진기로부터 발진되는 레이저 빔을 집광하여 피가공물에 조사하는 제 1 집광 렌즈와,
그 제 1 집광 렌즈를 통과하여 피가공물에 조사된 레이저 빔의 반사광을 검출하는 검출 유닛과,
그 검출 유닛에 입사되는 반사광을 집광하는 제 2 집광 렌즈를 갖고,
그 피가공물에는 그 레이저 빔이 비집광 상태에서 조사되고, 그 검출 유닛에는 그 레이저 빔이 집광 상태에서 입사하도록, 그 레이저 빔의 외주부의 위상을 늦추는 위상 지연 유닛과,
그 레이저 빔의 집광 영역이 연장된 상태에서 그 검출 유닛에 입사되도록 그 레이저 빔에 구면 수차를 부여하는 구면 수차 부여 유닛을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반사율 측정 장치.
제 1 항에 있어서,
그 위상 지연 유닛은 DOE 를 포함하고,
그 구면 수차 부여 유닛은 오목 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사율 측정 장치.
제 1 항에 있어서,
그 위상 지연 유닛 및 그 구면 수차 부여 유닛의 기능은, 공간 광 위상 변조기 (LCOS) 에 의해 실현되는 것을 특징으로 하는 반사율 측정 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 반사율 측정 장치를 구비한 레이저 가공 장치로서,
그 반사율 측정 유닛의 레이저 발진기로부터 발진된 레이저 빔을, 그 위상 지연 유닛을 개재하지 않고 그 제 1 집광 렌즈를 사용하여 집광하고,
그 척 테이블에 유지된 피가공물의 내부에 집광점을 위치 부여하여 조사함으로써 개질층을 형성하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.