KR20210006840A - 레이저 가공 장치 - Google Patents

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KR20210006840A
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workpiece
modified layer
unit
wafer
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KR1020200071758A
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아츠시 우에키
유타카 고바야시
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가부시기가이샤 디스코
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Abstract

[과제] 개질층의 높이 위치에 따른 집광 렌즈의 적절한 높이 위치를 산출한다.
[해결수단] 제어 유닛의 산출부가, 설정부에 의해 설정된 개질층의 높이값(H1)과, 이하의 (1)식을 이용하여, 집광 렌즈(183)의 높이 위치(Defocus)를 산출한다.
Defocus=(웨이퍼(1)의 두께(T1)-높이값(H1)-b)/a··(1)
즉, 설정부에 의해 설정된 개질층의 높이값(H1)에 따라, 산출부가, (1)식을 이용하여, 집광 렌즈(183)의 적절한 높이 위치를 산출할 수 있다. 따라서, 먼저, 공기와 웨이퍼(1)의 굴절률의 비에 따라 집광 렌즈의 높이 위치를 대략 구하고, 그 후, 이 높이 위치를, 미리 실시된 실험 결과에 따라 미조정한다고 하는 2단계의 조정을 실시할 필요가 없다. 따라서, 집광 렌즈의 높이 위치를, 보다 용이하게 결정할 수 있다. 또한, 미조정을 위한 번거로운 실험을 실시할 필요도 없다.

Description

레이저 가공 장치{LASER MACHINING APPARATUS}
본 발명은 레이저 가공 장치에 관한 것이다.
판형의 피가공물에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선을 피가공물의 상면측으로부터 입사시키고, 레이저 광선의 집광점을 피가공물의 내부에 위치시키고, 집광점을 분할 예정 라인을 따라 이동시켜, 피가공물의 내부에 개질층을 형성한다고 하는 레이저 가공 방법이 있다. 이 방법에서는, 피가공물의 하면으로부터 일정한 높이에 집광점을 위치시키고자 하는 요망이 있다.
그 때문에, 가공 전에, 피가공물의 두께를 측정하고, 측정 결과에 따라, 개질층을 형성하기 위한 집광 렌즈의 높이를 결정하고 있다. 피가공물의 두께의 측정에 대해서는, 예컨대, 특허문헌 1∼4에 개시되어 있다.
특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2011-143488호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 공개 제2011-151299호 공보 특허문헌 3: 일본 특허 공개 제2018-063148호 공보 특허문헌 4: 일본 특허 공개 제2010-048715호 공보
집광 렌즈를 투과하는 레이저 광선의 집광점은, 피가공물이 실리콘인 경우, 실리콘과 공기의 굴절률의 비가 약 4(실제는 3.7)이기 때문에, 피가공물 내에서는, 집광 렌즈의 이동량의 약 4배의 거리를 이동하는 것이 알려져 있다.
그 때문에, 개질층의 형성에서는, 먼저, 피가공물의 상면으로부터 개질층의 형성 예정 위치까지의 거리를 구한다. 그리고, 집광 렌즈를, 집광점이 피가공물의 상면에 위치되는 것 같은 위치로부터, 상기 거리의 1/4만큼, 피가공물에 근접시킨다. 이 상태로, 레이저 광선을 피가공물에 조사함으로써, 개질층을 형성하고 있다.
그러나, 종래의 방법에서는, 피가공물의 두께에 약간의 차가 있으면, 형성되는 개질층의 높이 위치가 상하 방향으로 어긋나 버린다.
또한, 상기 방법에서는, 피가공물의 굴절률을 고려하여, 집광 렌즈를 이동시키면, 레이저 광선의 집광점이, 피가공물 내에서는, 집광 렌즈의 이동량의 4배의 거리를 이동한다는 것을 전제로 하고 있다. 그러나, 반드시 집광 렌즈의 이동 거리의 4배의 거리를 집광점이 이동하는 것은 아니다. 이 때문에, 종래의 방법에서는, 피가공물 내에 개질층을 형성하는 실험을 실시하고, 실험 결과에 기초하여, 집광 렌즈의 위치를 미조정(微調整)한다고 하는 작업이 필요하다. 따라서, 피가공물의 하면으로부터 미리 정해진 높이에 개질층을 형성할 수 있게 되기 위해서는, 시간이 걸린다.
따라서, 본 발명의 목적은, 피가공물에 있어서의 개질층의 형성 위치(피가공물의 하면으로부터 미리 정해진 높이 위치)를 설정한 후, 이 높이 위치에 따른 집광 렌즈의 적절한 높이 위치를 산출 가능한 레이저 가공 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 레이저 가공 장치로서, 피가공물에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선을 집광 렌즈로 집광시킨 집광점을, 피가공물의 내부에 위치시키고, 상기 집광점에 의해 피가공물의 내부에 개질층을 형성하는 가공 유닛과, 피가공물을 유지하는 유지면을 갖는 척 테이블과, 상기 척 테이블과 상기 가공 유닛을 상대적으로 상기 유지면에 평행인 방향으로 가공 이송하는 가공 이송 유닛과, 상기 집광 렌즈를 상기 유지면에 수직인 방향으로 이동시키는 승강 수단과, 제어 유닛을 구비하고, 상기 제어 유닛은, 피가공물의 내부에 있어서의 하면으로부터 미리 정해진 높이 위치에 개질층을 형성하기 위해, 상기 미리 정해진 높이 위치의 하면으로부터의 높이값을 설정하는 설정부와, 상기 설정부에 의해 설정된 상기 높이값과, 정수(a) 및 정수(b)를 포함하는 이하의 (1)식을 이용하여, 상기 집광 렌즈의 높이 위치(Defocus)를 산출하는 산출부를 포함하고,
Defocus=(피가공물의 두께-높이값-b)/a··(1)
상기 산출부는, 상기 집광 렌즈의 집광점을 피가공물의 상면으로부터 단계적으로 내리면서, 높이가 다른 적어도 2점에 상기 집광 렌즈를 위치시켜, 피가공물에, 깊이가 다른 적어도 2개의 개질층을 형성하고, 개질층으로부터 피가공물의 상면까지의 거리(Depth)를 종축으로 하고, 상기 집광 렌즈의 높이 위치(Defocus)를 횡축으로 하는 좌표계에, 상기 적어도 2개의 개질층에 대응하는 점을 플롯하고, 각 개질층에 대응하는 점을 통과하는 근사 직선의 이하의 (2)식으로 나타내는 1차 함수에 있어서의, 기울기로서의 정수(a) 및 절편으로서의 정수(b)를 구하고,
Depth=a×Defocus+b··(2)
이 (2)식을, 개질층으로부터 피가공물의 상면까지의 거리(Depth)에 관한 이하의 (3)식에 적용함으로써, 상기 (1)식을 구하고,
Depth=피가공물의 두께-높이값··(3)
상기 (1)식으로 구한 Defocus의 위치에 상기 승강 수단에 의해 상기 집광 렌즈를 이동시킴으로써, 상기 설정부에 의해 설정된 피가공물의 하면으로부터의 높이 위치에 개질층을 형성하는, 레이저 가공 장치가 제공된다.
바람직하게는, 상기 산출부는, 상기 (1)식에 이용되는 상기 정수(a) 및 상기 정수(b)를, 개질층으로부터 피가공물의 상면까지의 거리(Depth)에 따라 전환한다.
본 발명에 따르면, 설정부에 의해 설정된 개질층의 높이값에 따라, 산출부가, (1)식을 이용하여, 집광 렌즈의 적절한 높이 위치(Defocus)를 산출할 수 있다. 따라서, 먼저, 공기와 피가공물의 굴절률의 비에 따라 집광 렌즈의 높이 위치를 대략 구하고, 그 후, 이 집광 렌즈의 높이 위치를, 미리 실시된 실험 결과에 따라 미조정한다고 하는 2단계의 조정을 실시할 필요가 없다. 따라서, 레이저 가공에 있어서의 집광 렌즈의 높이 위치를, 더욱 용이하게 결정할 수 있다. 또한, 미조정을 위한 번거로운 실험을 실시할 필요도 없다.
산출부는, (1)식에 이용되는 정수(a) 및 정수(b)를, 형성되는 개질층으로부터 피가공물의 상면까지의 거리(Depth)에 따라 전환하여도 좋다. 이에 의해, (1)식의 정밀도를 높일 수 있기 때문에, 집광 렌즈의 높이 위치(Defocus)를, 더욱 정확하게 산출할 수 있다.
도 1은 본 발명 실시형태에 따른 레이저 가공 장치의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 2는 피가공물 유닛에 있어서의 분할 예정 라인과 레이저 유닛을 나타내는 사시도이다.
도 3은 레이저 유닛의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 4는 제어 유닛의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5의 (a) 및 도 5의 (b)는 도 1에 나타낸 레이저 가공 장치에 있어서의 레이저 가공의 동작을 나타내는 모식도이다.
도 6은 집광 렌즈의 높이 위치(Defocus)와 개질층의 깊이(Depth)의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 도 6에 나타낸 그래프에 있어서의, Defocus=-6 ㎛∼-34 ㎛의 제1 범위만에 관한 그래프이다.
도 8은 도 6에 나타낸 그래프에 있어서의, Defocus=-90 ㎛∼-120 ㎛의 제2 범위만에 관한 그래프이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 레이저 가공 장치(10)는, 직방체형의 베이스(11), 베이스(11)의 일단에 세워서 설치된 입벽부(13) 및 베이스(11) 상에 배치된 척 테이블부(40)를 구비하고 있다.
척 테이블부(40)는 개략 원형상의 웨이퍼(1)를 유지하기 위해 이용된다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 피가공물인 웨이퍼(1)는, 링 프레임(F), 점착 테이프(S) 및 웨이퍼(1)를 포함하는 피가공물 유닛(W)으로서, 척 테이블부(40)에 유지된다. 웨이퍼(1)는, 격자형의 분할 예정 라인(M)을 가지고 있다. 분할 예정 라인(M)에 의해 구획된 각 영역에는, 디바이스(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 웨이퍼(1)를 분할 예정 라인(M)을 따라 분할함으로써, 칩을 형성할 수 있다.
척 테이블부(40)는, 웨이퍼(1)를 유지하는 유지면(43a)을 갖는 유지 수단으로서의 척 테이블(43), 척 테이블(43)의 주위에 마련된 클램프부(45) 및 척 테이블(43)을 지지하는 θ 테이블(47)을 가지고 있다.
θ 테이블(47)은, X축 테이블(32)의 상면에, XY 평면 내에서 회전 가능하게 마련되어 있다. 척 테이블(43)은, 원판형으로 형성되어 있고, θ 테이블(47) 상에 마련되어 있다.
척 테이블(43)의 상면에는, 웨이퍼(1)를 흡착 유지하기 위한, 포러스 세라믹스재를 포함하는 유지면(43a)이 형성되어 있다. 이 유지면(43a)은, 흡인원(도시하지 않음)에 연통되어 있다. 척 테이블(43)의 주위에는, 지지 아암을 포함하는 4개의 클램프부(45)가 마련되어 있다. 4개의 클램프부(45)는, 에어 액츄에이터(도시하지 않음)에 의해 구동됨으로써, 척 테이블(43)에 유지되어 있는 웨이퍼(1)의 주위의 링 프레임(F)을, 사방으로부터 협지 고정한다.
레이저 가공 장치(10)의 입벽부(13)는, 척 테이블부(40)의 후방에 세워서 설치되어 있다. 입벽부(13)의 전면에는, 집광 렌즈를 포함하는 레이저 유닛(12)을 Z축 방향으로 이동시키기 위한 승강 부재(50)가 마련되어 있다.
승강 부재(50)는, Z축 방향으로 연장되는 한쌍의 가이드 레일(51), 가이드 레일(51) 상에 배치된 Z축 테이블(52), 가이드 레일(51)과 평행으로 연장되는 볼나사(53) 및 볼나사(53)를 회전시키는 구동 모터(55)를 포함한다.
한쌍의 가이드 레일(51)은, Z축 방향에 평행으로, 입벽부(13)의 전면에 배치되어 있다. Z축 테이블(52)은, 한쌍의 가이드 레일(51) 상에, 이들 가이드 레일(51)을 따라 슬라이드 가능하게 설치되어 있다. Z축 테이블(52)에는, 아암부(15) 및 레이저 유닛(12)이 부착되어 있다.
볼나사(53)는, Z축 테이블(52)에 마련된 너트부(도시하지 않음)에 나사 결합되어 있다. 구동 모터(55)는, 볼나사(53)의 일단부에 연결되어 있으며, 볼나사(53)를 회전 구동한다. 볼나사(53)가 회전 구동됨으로써, Z축 테이블(52), 아암부(15) 및 레이저 유닛(12)이, 가이드 레일(51)을 따라, Z축 방향으로 이동한다.
아암부(15)는, Z축 테이블(52)로부터, 척 테이블부(40)의 방향으로 돌출하고 있다. 레이저 유닛(12)은, 척 테이블부(40)의 척 테이블(43)에 대향하도록, 아암부(15)의 선단에 지지되어 있다.
레이저 유닛(12)은, 웨이퍼(1)를 레이저 가공하기 위한 장치이다. 레이저 유닛(12)은, 척 테이블(43)에 유지된 웨이퍼(1)를 레이저 광선에 의해 가공하는 가공 유닛(18)과, 가공 유닛(18)을 사이에 두도록 마련된 한쌍의 두께 측정 수단(16) 및 한쌍의 상면 높이 측정 수단(17)을 가지고 있다.
두께 측정 수단(16)은, 척 테이블(43)에 유지된 웨이퍼(1)의 두께를 측정한다. 상면 높이 측정 수단(17)은, 척 테이블(43)에 유지된 웨이퍼(1)의 상면 높이를 측정한다. 또한, 웨이퍼(1)의 상면 높이는, 예컨대, X축 테이블(32) 또는 베이스(11)의 상면으로부터 웨이퍼(1)의 상면까지의 높이를 의미한다.
또한, 두께 측정 수단(16) 및 상면 높이 측정 수단(17)으로서는, 예컨대, 각각, 특허문헌 1∼4에 개시되어 있는 기술을 이용한 두께 측정기 및 높이 측정기를 이용할 수 있다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 레이저 유닛(12)은, 피가공물 유닛(W)에 있어서의 웨이퍼(1)의 분할 예정 라인(M) 상에서, X축 방향을 따라, 웨이퍼(1)에 대하여 상대적으로 이동된다.
또한, 도 3에 나타내는 바와 같이, 레이저 유닛(12)의 가공 유닛(18)은, 집광기(181) 및 액츄에이터(182)를 구비하고 있다.
집광기(181)는, 레이저 발진기 및 집광 렌즈를 구비하고 있고, 척 테이블(43)에 유지된 웨이퍼(1)의 내부에, 웨이퍼(1)에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선을 집광시킨다. 액츄에이터(182)는, 척 테이블(43)에 유지된 웨이퍼(1)에 대한 집광기(181)(집광 렌즈)의 높이를 조정한다. 즉, 액츄에이터(182)는, 집광기(181)(집광 렌즈)를 척 테이블(43)의 유지면(43a)에 수직인 방향으로 이동시키는 승강 수단의 일례이다. 이러한 구성을 갖는 가공 유닛(18)은, 레이저 광선을 집광 렌즈로 집광시킨 집광점을, 웨이퍼(1)의 내부에 위치시키고, 이 집광점에 의해 웨이퍼(1)의 내부에 개질층을 형성한다.
또한, 도 1에 나타내는 바와 같이, 베이스(11)의 상면에는, 척 테이블(43)을 이동시키는 척 테이블 이동 기구(14)가 마련되어 있다. 척 테이블 이동 기구(14)는, 척 테이블(43)을 인덱싱 이송 방향으로 이동시키는 인덱싱 이송 유닛(20) 및 척 테이블(43)을 가공 이송 방향으로 이동시키는 가공 이송 유닛(30)을 구비하고 있다.
인덱싱 이송 유닛(20)은, Y축 방향으로 연장되는 한쌍의 가이드 레일(23), 가이드 레일(23)에 배치된 Y축 테이블(24), 가이드 레일(23)과 평행으로 연장되는 볼나사(25) 및 볼나사(25)를 회전시키는 구동 모터(26)를 포함하고 있다.
한쌍의 가이드 레일(23)은, Y축 방향에 평행으로, 베이스(11)의 상면에 배치되어 있다. Y축 테이블(24)은, 한쌍의 가이드 레일(23) 상에, 이들 가이드 레일(23)을 따라 슬라이드 가능하게 설치되어 있다. Y축 테이블(24) 상에는, 가공 이송 유닛(30) 및 척 테이블부(40)가 배치되어 있다.
볼나사(25)는, Y축 테이블(24)의 하면측에 마련된 너트부(도시하지 않음)에 나사 결합되어 있다. 구동 모터(26)는, 볼나사(25)의 일단부에 연결되어 있으며, 볼나사(25)를 회전 구동한다. 볼나사(25)가 회전 구동됨으로써, Y축 테이블(24), 가공 이송 유닛(30) 및 척 테이블부(40)가, 가이드 레일(23)을 따라, 인덱싱 이송 방향(Y축 방향)으로 이동한다.
가공 이송 유닛(30)은, 척 테이블(43)과 가공 유닛(18)을, 상대적으로, 척 테이블(43)의 유지면(43a)에 평행인 방향인 X축 방향으로 가공 이송한다. 본 실시형태에서는, 가공 이송 유닛(30)은, 척 테이블(43)을 가공 이송 방향으로 이동한다.
가공 이송 유닛(30)은, X축 방향으로 연장되는 한쌍의 가이드 레일(31), 가이드 레일(31) 상에 배치된 X축 테이블(32), 가이드 레일(31)과 평행으로 연장되는 볼나사(33) 및 볼나사(33)를 회전시키는 구동 모터(35)를 구비하고 있다. 한쌍의 가이드 레일(31)은, X축 방향에 평행으로, Y축 테이블(24)의 상면에 배치되어 있다. X축 테이블(32)은, 한쌍의 가이드 레일(31) 상에, 이들 가이드 레일(31)을 따라 슬라이드 가능하게 설치되어 있다. X축 테이블(32) 상에는, 척 테이블부(40)가 배치되어 있다.
볼나사(33)는, X축 테이블(32)의 하면측에 마련된 너트부(도시하지 않음)에 나사 결합되어 있다. 구동 모터(35)는, 볼나사(33)의 일단부에 연결되어 있으며, 볼나사(33)를 회전 구동한다. 볼나사(33)가 회전 구동됨으로써, X축 테이블(32) 및 척 테이블부(40)가, 가이드 레일(31)을 따라, 가공 이송 방향(X축 방향)으로 이동한다.
또한, 레이저 가공 장치(10)는, 레이저 가공 장치(10)의 각 구성 요소를 제어하는 제어 유닛(61)을 구비하고 있다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 제어 유닛(61)은, 여러 가지의 프로그램 및 데이터를 기억하기 위한 기억부(62)와, 웨이퍼(1)에 있어서의 개질층의 형성 위치를 설정하는 설정부(63)와, 집광기(181)에 있어서의 집광 렌즈의 높이 위치를 산출하는 산출부(64)를 구비하고 있다.
다음에, 레이저 가공 장치(10)에 의한 웨이퍼(1)에 대한 레이저 가공의 동작에 대해서 설명한다. 레이저 가공 장치(10)에서는, 제어 유닛(61)의 제어에 의해, 웨이퍼(1)에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선을 집광시킨 집광점을, 웨이퍼(1)의 내부에 위치시키고, 웨이퍼(1)에 대하여 분할 예정 라인(M)을 따라 상대적으로 가공 이송한다. 이에 의해, 웨이퍼(1)의 내부에 개질층을 형성한다.
상세하게는, 먼저, 작업자가, 도면에 나타내는 척 테이블부(40)의 척 테이블(43)에, 웨이퍼(1)를 배치한다. 제어 유닛(61)은, 척 테이블(43)의 유지면(43a)을 흡인원에 연통하여, 유지면(43a)에 웨이퍼(1)를 흡인 유지시킨다. 또한, 제어 유닛(61)은, 클램프부(45)를 제어하여, 웨이퍼(1)의 주위의 링 프레임(F)을 사방으로부터 협지 고정한다.
다음에, 제어 유닛(61)은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(1)에 대하여 레이저 유닛(12)을 상대적으로 이동시키면서, 웨이퍼(1)의 분할 예정 라인(M)에 레이저 광선을 조사하여, 레이저 가공을 실시한다.
이때, 먼저, 제어 유닛(61)은, 도 1에 나타내는 인덱싱 이송 유닛(20) 및 척 테이블부(40)를 제어하여, 웨이퍼(1)에 있어서의 1개의 분할 예정 라인(M)을 X축과 평행으로 하고, 그 분할 예정 라인(M)의 일단부를, 레이저 유닛(12), 즉, 두께 측정 수단(16), 상면 높이 측정 수단(17) 및 가공 유닛(18)의 바로 아래에 배치한다(얼라인먼트). 이 분할 예정 라인(M)이, 레이저 광선에 의해 가공된다.
얼라인먼트 후, 제어 유닛(61)은, 가공 이송 유닛(30)을 제어하여, 척 테이블(43)에 유지된 웨이퍼(1)를, X축 방향을 따라 가공 이송한다. 이에 의해, 예컨대, 레이저 유닛(12)이, 웨이퍼(1)에 대하여 상대적으로 +X 방향으로 이동한다.
이때, 제어 유닛(61)은, 도 5의 (a)에 나타내는 바와 같이, 가공 유닛(18)에 있어서의 집광기(181)[집광 렌즈(183)]의 높이 위치를 제어한다. 이 제어에 관하여, 먼저, 도 4에 나타낸 제어 유닛(61)의 설정부(63)가, 도 5의 (a)에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(1)의 내부에 있어서의 하면(LS)으로부터 미리 정해진 높이 위치(P)에 개질층을 형성하기 위해, 이 미리 정해진 높이 위치(P)에 있어서의 웨이퍼(1)의 하면(LS)으로부터의 높이값(H1)을 설정한다. 이 높이값(H1)의 설정은, 예컨대, 작업자에 의해 지정된 값에 따라 실시된다.
또한, 제어 유닛(61)의 산출부(64)가, 설정부(63)에 의해 설정된 높이값(H1)과, 정수(a) 및 정수(b)를 포함하는 이하의 (1)식을 이용하여, 집광 렌즈(183)의 적절한 높이 위치(Defocus)를 산출한다.
Defocus=(웨이퍼(1)의 두께(T1)-높이값(H1)-b)/a··(1)
또한, 집광 렌즈(183)의 높이 위치(Defocus)는, 예컨대, 도 5의 (a), (b)에 나타내는 예에서는, 웨이퍼(1)의 상면(US)에 집광점(C)이 위치하는 것 같은 집광 렌즈(183)의 높이 위치(기준 위치)를 (Defocus)=0으로 하는 것 같은 위치이다. 이 경우, 개질층의 형성 시에서는, 집광점(C)은 웨이퍼(1)의 내부에 배치되기 때문에, 집광 렌즈(183)의 높이 위치(Defocus)는, 기준 위치보다 낮아져, 마이너스의 값이 된다[도 5의 (b) 참조].
또한, 도 5의 (a), (b)에 나타낸 예에서는, 웨이퍼(1)의 재질이 실리콘인 경우, 실리콘과 공기의 굴절률의 비가 약 4이기 때문에, 웨이퍼(1) 내에서는, 집광 렌즈(183)에 있어서의 Defocus=0으로부터의 이동량의 약 4배 깊은 위치에, 집광점(C)이 위치된다. 예컨대, 집광 렌즈(183)의 높이 위치가 10 ㎛ 내려가면(Defocus=-10), 집광점(C)의 위치(개질층의 형성 위치)는, 약 40 ㎛ 내려간다. 이 때문에, 도 5의 (b)에 나타내는 바와 같이, 집광점(C)에 의해 형성되는 개질층의 깊이[웨이퍼(1)의 상면(US)으로부터의 개질층까지의 거리; Depth]는, 약 40 ㎛가 된다.
또한, (1)식에 있어서의 웨이퍼(1)의 두께(T1)의 값은, 도 1에 나타낸 두께 측정 수단(16)에 의해 측정된 값이어도 좋고, 작업자에 의해 미리 입력되어, 기억부(62)에 기억되어 있는 값이어도 좋다.
제어 유닛(61)은, 액츄에이터(182)(도 3 참조)를 이용하여, 집광기(181)의 실제의 높이 위치를, 산출부(64)에 의해 구한 높이 위치로 설정한다.
이에 의해, 설정부(63)에 의해 설정된 웨이퍼(1)의 하면(LS)으로부터의 높이값(H1)에 대응하는 높이 위치(P)에 집광점(C)을 배치하고, 여기에 개질층을 형성할 수 있다.
여기서, 전술한 (1)식의 도출에 대해서 설명한다. 본 실시형태에서는, 제어 유닛(61)의 산출부(64)가, 레이저 가공의 준비 공정으로서, 미리 (1)식의정수(a) 및 정수(b)를 도출하는 산출식 도출 공정을 실시한다.
이 산출식 도출 공정에서는, 산출부(64)는, 예컨대 테스트용의 웨이퍼(1)를 척 테이블(43)에 유지시킨 상태로, 가공 유닛(18)[집광 렌즈(183)]을 포함하는 레이저 유닛(12)을 웨이퍼(1) 상에 배치한다.
그리고, 산출부(64)는, 집광 렌즈(183)의 집광점(C)을 웨이퍼(1)의 상면(US)으로부터 단계적으로 내리면서, 높이가 다른 적어도 2점에 집광 렌즈(183)를 위치시켜, 웨이퍼(1) 내에, 깊이[도 5의 (b)의 Depth]가 다른 적어도 2개의 개질층을 형성한다.
그 후, 산출부(64)는, 형성된 각 개질층의 깊이(Depth)의 측정 결과를 얻는다. 그리고, 산출부(64)는, 깊이(Depth)를 종축으로 하고, 집광 렌즈(183)의 높이 위치(Defocus)를 횡축으로 하는 좌표계에, 형성된 적어도 2개의 개질층에 대응하는 점(측정점)을 플롯한다. 즉, 산출부(64)는, 각 개질층의 형성 시에 있어서의 집광 렌즈(183)의 높이 위치(Defocus)에 따른, 측정된 각 개질층의 깊이(Depth)를, 좌표계에 플롯한다. 이와 같이 하여, 산출부(64)는, 집광 렌즈(183)의 높이 위치(Defocus)와 개질층의 깊이(Depth)의 관계를 나타내는 그래프를 취득한다.
그리고, 산출부(64)는, 각 개질층에 대응하는 점을 통과하는 근사 직선의 이하의 (2)식으로 나타내는 1차 함수에 있어서의, 기울기로서의 정수(a) 및 절편으로서의 정수(b)를 구한다. 이들 정수(a) 및 정수(b)는, 예컨대, 웨이퍼(1)의 재질(굴절률) 및 형성되는 개질층의 깊이(Depth)에 따른 값이 된다.
Depth=a×Defocus+b··(2)
또한, 산출부(64)는, 이 (2)식을, 개질층의 깊이(Depth)에 관한 이하의 (3)식에 적용함으로써, 상기 (1)식을 구한다.
Depth=웨이퍼(1)의 두께-높이값(H1)··(3)
이하에, (1)식의 도출예를 나타낸다. 이 예에서는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 산출부(64)는, 미리 정해진 기준 위치로부터의 집광 렌즈(183)의 높이 위치(Defocus)를, -6 ㎛∼-34 ㎛의 제1 범위 내에서 15가지로, 또한, -90 ㎛∼-120 ㎛의 제2 범위 내에서 16가지로 바꾸면서, 웨이퍼(1) 내의 31개소에 개질층을 형성하고, 각 개질층의 깊이(Depth)를 나타내는 측정점을, 전술한 좌표 축에 플롯하고 있다. 이 예에 있어서의 웨이퍼(1)의 두께는, 700 ㎛이다.
그리고, 이들 측정점으로부터, 산출부(64)는, 상기 (2)식에 대응하는 1차 함수로서, 이하의 (2a)식을 얻는다.
Depth(y)=-4.1985×Defocus(x)+36.519··(2a)
이 식으로부터, 산출부(64)는, 1차 함수의 기울기로서의 정수(a)=-4.1985 및 절편으로서의 정수(b)=36.519를 구한다. 그리고, 산출부(64)는, 이 예에 관한 전술한 (1)식에 대응하는 식으로서, 이하의 (1a)식을 얻는다.
Defocus=-(웨이퍼(1)의 두께(T1)-높이값(H1)-36.519)/4.1985··(1a)
그 후의 레이저 가공에서는, 산출부(64)는, 웨이퍼(1)의 두께(T1)와, 설정부(63)에 의해 설정된 높이값(H1)에 기초하여, (1a)식을 이용하여, 집광 렌즈(183)의 높이 위치(Defocus)를 산출한다.
이상과 같이, 본 실시형태에서는, 설정부(63)가, 미리 정해진 높이 위치(P)에 개질층을 형성하기 위해, 이 미리 정해진 높이 위치(P)에 있어서의 웨이퍼(1)의 하면으로부터의 높이값(H1)을 설정한다. 그리고, 산출부(64)가, 설정부(63)에 의해 설정된 높이값(H1)과, 상기 (1)식을 이용하여, 집광 렌즈(183)의 높이 위치(Defocus)를 산출한다.
이와 같이, 본 실시형태에서는, 설정부(63)에 의해 설정된 개질층의 높이값(H1)에 따라, 산출부(64)가, 집광 렌즈(183)의 적절한 높이 위치를 산출할 수 있다. 따라서, 먼저, 공기와 웨이퍼(1)의 굴절률의 비에 따라 집광 렌즈(183)의 높이 위치를 대략 구하고, 그 후, 이 집광 렌즈(183)의 높이 위치를, 미리 실시된 실험 결과에 따라 미조정한다고 하는 2단계의 조정을 실시할 필요가 없다. 따라서, 레이저 가공에 있어서의 집광 렌즈(183)의 높이 위치를, 더욱 용이하게 결정할 수 있다. 또한, 미조정을 위한 번거로운 실험을 실시할 필요도 없다.
또한, 형성되는 개질층의 깊이(Depth)는, 웨이퍼(1)의 하면(LS)으로부터의 높이값(H1)이 동일하여도, 웨이퍼(1)의 두께(T1)에 따라 다르다. 그리고, 형성되는 개질층의 깊이(Depth)가 다른 경우, 웨이퍼(1)의 재질이 동일하여도, 전술한 (1)식에 이용되어야 하는 적절한 정수(a) 및 정수(b)가 다른 경우도 있다.
예컨대, 도 6에 나타낸 그래프에 있어서의, Defocus=-6 ㎛∼-34 ㎛의 제1 범위만[웨이퍼(1)의 얕은 위치만]에 관한 상기 (2)식은, 도 7에 나타내는 바와 같이, 이하의 (2b)식과 같이 되고, 정수(a) 및 정수(b)는, 각각, a=-4.3377 및 b=33.791이다.
Depth(y)=-4.3377×Defocus(x)+33.791··(2b)
한편, 도 6에 나타낸 그래프에 있어서의, Defocus=-90 ㎛∼-120 ㎛의 제2 범위만[웨이퍼(1)의 깊은 위치만]에 관한 상기 (2)식은, 도 8에 나타내는 바와 같이, 이하의 (2c)식과 같이 되고, 정수(a) 및 정수(b)는, 각각, a=-4.1372 및 b=42.902이다.
Depth(y)=-4.1372×Defocus(x)+42.902··(2c)
그래서, 산출부(64)는, 개질층의 깊이(Depth)에 따른 복수 종류의 정수(a) 및 정수(b)를, 미리 취득해 두어도 좋다. 그리고, 산출부(64)는, (1)식에 이용하는 정수(a) 및 정수(b)를, 개질층의 깊이(Depth)에 따라, 즉, 설정부(63)에 의해 설정되는 개질층의 높이값(H1) 및 웨이퍼(1)의 두께(T1)에 따라 전환하여도 좋다. 이에 의해, (1)식의 정밀도를 높일 수 있기 때문에, 집광 렌즈(183)의 높이 위치(Defocus)를, 더욱 정확하게 산출할 수 있다.
또한, 하나의 웨이퍼(1)의 가공 중에, 가공 이송 위치의 변화에 따라, 웨이퍼(1)의 두께(T1) 및/또는 척 테이블(43)의 유지면(43a)의 높이가 변화하는 경우도 있을 수 있다. 이러한 경우에는, 제어 유닛(61)은, 두께 측정 수단(16) 및 상면 높이 측정 수단(17)에 의해, 웨이퍼(1)의 두께(T1) 및 웨이퍼(1)의 상면(US)의 높이를 측정하고, 측정 결과에 따라 집광 렌즈(183)의 높이 위치(Defocus)를 미조정하여도 좋다.
또한, 도 1에 나타낸 레이저 가공 장치(10)에서는, 레이저 유닛(12)에, 한쌍의 두께 측정 수단(16) 및 한쌍의 상면 높이 측정 수단(17)이 구비되어 있다. 이 대신에, 레이저 유닛(12)은, 하나씩의 두께 측정 수단(16) 및 상면 높이 측정 수단(17)을 구비하여도 좋다.
또한, 도 1에 나타낸 레이저 가공 장치(10)에서는, 두께 측정 수단(16)과 상면 높이 측정 수단(17)이, 별개의 부재로서 구성되어 있다. 이에 한정되지 않고, 두께 측정 수단(16) 및 상면 높이 측정 수단(17)의 기능을 갖는 부재, 즉, 웨이퍼(1)의 두께와 상면 높이를 측정 가능한 하나의 부재를, 두께 측정 수단(16) 및 상면 높이 측정 수단(17) 대신에, 레이저 유닛(12)에 구비하여도 좋다.
또한, 산출부(64)가, 웨이퍼(1)의 두께(T1)로서 기억부(62)에 기억되어 있는 값을 이용하는 경우, 레이저 가공 장치(10)는, 두께 측정 수단(16)을 구비하지 않아도 좋다. 또한, 하나의 웨이퍼(1)의 가공 중에 있어서의, 가공 이송 위치의 변화에 따른 웨이퍼(1)의 두께(T1) 및 척 테이블(43)의 유지면(43a)의 높이의 변화가 작은 경우, 레이저 가공 장치(10)는, 두께 측정 수단(16) 및 상면 높이 측정 수단(17)을 구비하지 않아도 좋다.
또한, 도 6에 나타낸 산출식 도출 공정의 예에서는, 산출부(64)는, (1)식을 도출하기 위해, 깊이(Depth)가 다른 2개의 범위에 있어서, 31개소에 개질층을 형성하고 있다. 이에 관하여, 산출식 도출 공정에서는, 산출부(64)는, 집광 렌즈(183)의 집광점(C)을 웨이퍼(1)의 상면으로부터 단계적으로 내리면서, 높이가 다른 적어도 2점에 집광 렌즈(183)를 위치시켜, 웨이퍼(1)에, 깊이가 다른 적어도 2개의 개질층을 형성하면 좋다.
1: 웨이퍼 F: 링 프레임 S: 점착 테이프 W: 피가공물 유닛
10: 레이저 가공 장치 11: 베이스 13: 입벽부
14: 척 테이블 이동 기구 15: 아암부
20: 인덱싱 이송 유닛 30: 가공 이송 유닛 50: 승강 부재
43: 척 테이블 43a: 유지면
61: 제어 유닛 62: 기억부 63: 설정부 64: 산출부
12: 레이저 유닛 16: 두께 측정 수단 17: 상면 높이 측정 수단
18: 가공 유닛 181: 집광기 182: 액츄에이터 183: 집광 렌즈

Claims (2)

  1. 레이저 가공 장치로서,
    피가공물에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선을 집광 렌즈로 집광시킨 집광점을 피가공물의 내부에 위치시키고, 상기 집광점에 의해 피가공물의 내부에 개질층을 형성하는 가공 유닛과,
    피가공물을 유지하는 유지면을 갖는 척 테이블과,
    상기 척 테이블과 상기 가공 유닛을, 상대적으로, 상기 유지면에 평행인 방향으로 가공 이송하는 가공 이송 유닛과,
    상기 집광 렌즈를, 상기 유지면에 수직인 방향으로 이동시키는 승강 수단과,
    제어 유닛
    을 구비하고,
    상기 제어 유닛은,
    피가공물의 내부에 있어서의 하면으로부터 미리 정해진 높이 위치에 개질층을 형성하기 위해, 상기 미리 정해진 높이 위치의 하면으로부터의 높이값을 설정하는 설정부와,
    상기 설정부에 의해 설정된 상기 높이값과, 정수(定數)(a) 및 정수(定數)(b)를 포함하는 이하의 (1)식을 이용하여, 상기 집광 렌즈의 높이 위치(Defocus)를 산출하는 산출부
    를 포함하고,
    Defocus=(피가공물의 두께-높이값-b)/a··(1)
    상기 산출부는,
    상기 집광 렌즈의 집광점을 피가공물의 상면으로부터 단계적으로 내리면서, 높이가 다른 적어도 2점에 상기 집광 렌즈를 위치시켜, 피가공물에 깊이가 다른 적어도 2개의 개질층을 형성하고,
    개질층으로부터 피가공물의 상면까지의 거리(Depth)를 종축으로 하고, 상기 집광 렌즈의 높이 위치(Defocus)를 횡축으로 하는 좌표계에, 상기 적어도 2개의 개질층에 대응하는 점을 플롯(plot)하고,
    각 개질층에 대응하는 점을 통과하는 근사 직선의 이하의 (2)식으로 나타내는 1차 함수에 있어서의, 기울기로서의 정수(a) 및 절편으로서의 정수(b)를 구하고,
    Depth=a×Defocus+b··(2)
    이 (2)식을, 개질층으로부터 피가공물의 상면까지의 거리(Depth)에 관한 이하의 (3)식에 적용함으로써, 상기 (1)식을 구하고,
    Depth=피가공물의 두께-높이값··(3)
    상기 (1)식으로 구한 Defocus의 위치로, 상기 승강 수단에 의해, 상기 집광 렌즈를 이동시킴으로써, 상기 설정부에 의해 설정된 피가공물의 하면으로부터의 높이 위치에 개질층을 형성하는 것인, 레이저 가공 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 산출부는 상기 (1)식에 이용되는 상기 정수(a) 및 상기 정수(b)를 개질층으로부터 피가공물의 상면까지의 거리(Depth)에 따라 전환하는 것인, 레이저 가공 장치.
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