KR20220161173A

KR20220161173A - 레이저 가공 장치

Info

Publication number: KR20220161173A
Application number: KR1020220052283A
Authority: KR
Inventors: 조엘 쾨르버
Original assignee: 가부시기가이샤 디스코
Priority date: 2021-05-28
Filing date: 2022-04-27
Publication date: 2022-12-06
Also published as: CN115401311A; JP2022182530A; TW202245955A; US20220379401A1; DE102022205061A1

Abstract

(과제) 장치의 비대화를 억제하고 또한 데브리에 의한 렌즈의 오염을 억제하면서, 레이저 빔을 피가공물에 수직 입사시킬 수 있는 레이저 가공 장치를 제공하는 것.
(해결 수단) 레이저 가공 장치의 레이저 빔 조사 유닛은, 레이저 빔을 출사하는 레이저 발진기와, 레이저 발진기로부터 출사된 레이저 빔을 집광하여 유지 테이블에 유지된 피가공물에 조사하는 fθ 주렌즈와, 레이저 발진기와 fθ 주렌즈 사이의 광로 상에 배치 형성되고, 레이저 빔을 주사하여 fθ 주렌즈로 유도하는 스캔 유닛과, 레이저 발진기와 스캔 유닛 사이의 광로 상에 배치 형성되고, 레이저 빔을 평행 광으로부터 확산 광으로 변화시키는 fθ 부렌즈를 포함한다.

Description

레이저 가공 장치{LASER PROCESSING APPARATUS}

본 발명은, 레이저 가공 장치에 관한 것이다.

표면에 Low-k 막 등을 포함하는 기능층이 적층된 반도체 웨이퍼를 분할하여 칩화하는 방법으로서, 레이저 빔을 조사하여 적층된 기능층을 제거한 후, 절삭 블레이드에 의한 절삭 가공에 의해 분할하는 가공 방법이 제안되어 있다 (특허문헌 1 참조).

그러나, 이 방법은, 레이저 빔의 조사에 의해 발생한 데브리 등의 용융물이 충분히 배출되지 않고 가공 홈 내에 다시 매립되는 것을 방지하기 위해서, 레이저 빔을 몇 번이나 조사하여 충분한 폭의 가공 홈을 형성할 필요가 있어, 생산성이 나쁘다는 문제가 있었다.

이 문제를 해결하기 위해서, 레이저 발진기와 집광기 사이에 레이저 빔을 주사하는 주사 광학계를 배치하고, 레이저 빔을 Y 축 방향 (가공 홈의 폭방향) 과 X 축 방향 (가공 이송 방향) 으로 주사하면서 조사함으로써, 용융물이 다시 매립되는 것을 방지하면서 효율적인 가공을 실시하는 것이 가능한 레이저 가공 장치가 개발되어 있다 (특허문헌 2 참조).

일본 공개특허공보 2005-064231호 일본 공개특허공보 2016-068149호

그런데, 상기 서술한 레이저 가공 장치와 같이, 레이저 빔을 주사하면서 가공을 실시하는 경우에는 일반적으로 집광기로서 fθ 렌즈가 사용된다. 여기서, fθ 렌즈로부터 가공점까지의 거리가 가까우면 데브리 등의 용융물의 비산에 의해 렌즈가 오염되기 때문에, 렌즈로부터 가공점까지의 거리, 즉, fθ 렌즈의 후측 초점의 위치를 fθ 렌즈로부터 가능한 한 떨어진 위치에 위치 잡는 것이 요구된다.

한편으로, 레이저 빔을 웨이퍼에 수직으로 입사시키기 위해서는, fθ 렌즈의 전측 초점의 위치에 주사 광학계의 스캔 미러를 배치할 필요가 있지만, fθ 렌즈와 스캔 미러의 거리가 가까우면 스캔 미러가 고속으로 동작함으로써 fθ 렌즈가 진동하게 될 가능성이 있기 때문에, 전측 초점의 위치도 fθ 렌즈로부터 가능한 한 떨어진 위치에 위치 잡는 것이 바람직하다.

그런데, 이것들을 동시에 실현하는 것은 곤란하여, 물리적인 한계가 존재하고 있다. 그래서, 중간 이미지를 형성함으로써 fθ 렌즈와 스캔 미러 사이의 거리를 버는 방법을 생각했지만, fθ 렌즈 자체가 커지게 되어 장치의 비대화를 초래한다는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은, 장치의 비대화를 억제하고 또한 데브리에 의한 렌즈의 오염을 억제하면서, 레이저 빔을 피가공물에 수직 입사시킬 수 있는 레이저 가공 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 의하면, 레이저 가공 장치로서, 피가공물을 유지하는 유지 테이블과, 그 유지 테이블에 유지된 피가공물에 대하여 펄스상의 레이저 빔을 집광 조사하여 가공을 실시하는 레이저 빔 조사 유닛과, 그 유지 테이블과 그 레이저 빔의 집광점을 상대적으로 이동시키는 이동 유닛을 구비하고, 그 레이저 빔 조사 유닛은, 레이저 빔을 출사하는 레이저 발진기와, 그 레이저 발진기로부터 출사된 레이저 빔을 집광하여 그 유지 테이블에 유지된 피가공물에 조사하는 fθ 주렌즈와, 그 레이저 발진기와 그 fθ 주렌즈 사이의 광로 상에 배치 형성되고, 그 레이저 빔을 주사하여 그 fθ 주렌즈로 유도하는 스캔 유닛과, 그 레이저 발진기와 그 스캔 유닛 사이의 광로 상에 배치 형성되고, 그 레이저 빔을 평행 광으로부터 확산 광으로 변화시키는 fθ 부렌즈를 포함하는 레이저 가공 장치가 제공된다.

바람직하게는, 그 fθ 주렌즈의 전측 초점은, 그 스캔 유닛에 있어서 그 fθ 부렌즈로부터 그 레이저 빔이 입사하는 스캔 미러 상에 위치 잡힌다.

바람직하게는, 그 fθ 주렌즈 및 그 fθ 부렌즈는, 그 스캔 유닛에 대한 거리 및 위치가 고정된 상태로 유닛화되어 있다.

바람직하게는, 그 스캔 유닛은 챔버의 내부에 배치 형성되고, 그 fθ 주렌즈 및 그 fθ 부렌즈는, 그 레이저 빔을 투과하면서 그 챔버의 내부와 주위의 환경을 분리하는 창 형상으로 배치되어 있다.

본원 발명에 의하면, 장치의 비대화를 억제하고 또한 데브리에 의한 렌즈의 오염을 억제하면서, 레이저 빔을 피가공물에 수직 입사시킬 수 있다.

도 1 은, 실시형태에 관련된 레이저 가공 장치의 구성예를 나타내는 사시도이다.
도 2 는, 도 1 에 나타내는 레이저 가공 장치의 레이저 빔 조사 유닛의 개략 구성을 나타내는 모식도이다.
도 3 은, 도 2 에 나타내는 레이저 빔 조사 유닛에 있어서의 fθ 주렌즈의 전측 초점 및 후측 초점의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 4 는, 비교예의 레이저 빔 조사 유닛에 있어서의 fθ 주렌즈의 전측 초점 및 후측 초점의 일례를 나타내는 모식도이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대하여, 도면을 참조하면서 상세하게 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 적절히 조합하는 것이 가능하다. 또한, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 구성의 여러 가지 생략, 치환 또는 변경을 실시할 수 있다.

먼저, 본 발명의 실시형태에 관련된 레이저 가공 장치 (1) 의 구성에 대하여 도면에 기초하여 설명한다. 도 1 은, 실시형태에 관련된 레이저 가공 장치 (1) 의 구성예를 나타내는 사시도이다. 이하의 설명에 있어서, X 축 방향은, 수평면에 있어서의 일 방향이다. Y 축 방향은, 수평면에 있어서, X 축 방향에 직교하는 방향이다. Z 축 방향은, X 축 방향 및 Y 축 방향에 직교하는 방향이다. 실시형태의 레이저 가공 장치 (1) 는, 가공 이송 방향이 X 축 방향이고, 산출 이송 방향이 Y 축 방향이다.

도 1 에 나타내는 바와 같이, 레이저 가공 장치 (1) 는, 유지 테이블 (10) 과, 레이저 빔 조사 유닛 (20) 과, 이동 유닛 (40) 과, 표시 유닛 (50) 과, 제어 유닛 (60) 을 구비한다. 실시형태에 관련된 레이저 가공 장치 (1) 는, 유지 테이블 (10) 에 유지된 피가공물 (100) 에 대하여, 레이저 빔 조사 유닛 (20) 에 의해 펄스상의 레이저 빔 (21) 을 조사함으로써, 피가공물 (100) 을 가공하는 장치이다. 레이저 가공 장치 (1) 에 의한 피가공물 (100) 의 가공은, 예를 들어, 피가공물 (100) 의 표면에 홈을 형성하는 홈 가공, 또는 분할 예정 라인을 따라 피가공물 (100) 을 절단하는 절단 가공 등이다.

피가공물 (100) 은, 실시형태에 있어서, 실리콘 (Si), 사파이어 (Al₂O₃), 갈륨비소 (GaAs), 탄화규소 (SiC), 또는 리튬탄탈레이트 (LiTa₃) 등을 기판 (101) 으로 하는 원판상의 반도체 디바이스 웨이퍼, 광 디바이스 웨이퍼 등의 웨이퍼이다. 또한, 피가공물 (100) 은 실시형태로 한정되지 않고, 본 발명에서는 원판상이 아니어도 된다.

피가공물 (100) 은, 기판 (101) 의 표면 (102) 에 격자상으로 설정된 분할 예정 라인 (103) 과, 분할 예정 라인 (103) 에 의해 구획된 영역에 형성된 디바이스 (104) 를 가지고 있다. 디바이스 (104) 는, 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 (100) 은, 예를 들어, 환상의 프레임 (110) 이 첩착되고 또한 피가공물 (100) 의 외경보다 큰 직경의 첩착 테이프 (111) 가 피가공물 (100) 의 이면 (105) 에 첩착되어, 프레임 (110) 의 개구 내에 지지된다.

유지 테이블 (10) 은, 피가공물 (100) 을 유지면 (11) 에서 유지한다. 유지면 (11) 은, 포러스 세라믹 등으로 형성된 원판 형상이다. 유지면 (11) 은, 실시형태에 있어서, 수평 방향과 평행한 평면이다. 유지면 (11) 은, 예를 들어, 진공 흡인 경로를 통하여 진공 흡인원과 접속하고 있다. 유지 테이블 (10) 은, 유지면 (11) 상에 재치 (載置) 된 피가공물 (100) 을 흡인 유지한다. 유지 테이블 (10) 의 주위에는, 피가공물 (100) 을 지지하는 프레임 (110) 을 협지하는 클램프부 (12) 가 복수 배치되어 있다.

유지 테이블 (10) 은, 회전 유닛 (13) 에 의해 Z 축 방향과 평행한 축심 둘레로 회전된다. 회전 유닛 (13) 은, X 축 방향 이동 플레이트 (14) 에 지지된다. 회전 유닛 (13) 및 유지 테이블 (10) 은, X 축 방향 이동 플레이트 (14) 를 통하여, 이동 유닛 (40) 의 X 축 방향 이동 유닛 (41) 에 의해 X 축 방향으로 이동된다. 회전 유닛 (13) 및 유지 테이블 (10) 은, X 축 방향 이동 플레이트 (14), X 축 방향 이동 유닛 (41) 및 Y 축 방향 이동 플레이트 (15) 를 통하여, 이동 유닛 (40) 의 Y 축 방향 이동 유닛 (42) 에 의해 Y 축 방향으로 이동된다.

레이저 빔 조사 유닛 (20) 은, 유지 테이블 (10) 에 유지된 피가공물 (100) 에 대하여, 피가공물 (100) 을 가공하기 위한 소정 파장을 갖는 펄스상의 레이저 빔 (21) 을 조사하는 유닛이다. 실시형태에 있어서, 레이저 빔 조사 유닛 (20) 의 일부는, 장치 본체 (2) 로부터 세워 형성한 입설벽 (3) 에 기단부가 장착된 지지 기둥 (4) 의 선단에 지지되어 있다. 레이저 빔 조사 유닛 (20) 의 상세한 구성에 대해서는, 후술에서 설명한다.

이동 유닛 (40) 은, 유지 테이블 (10) 과 레이저 빔 조사 유닛 (20) 으로부터 조사되는 레이저 빔 (21) 의 집광점 (211) (도 3 참조) 을 상대적으로 이동시키는 유닛이다. 이동 유닛 (40) 은, X 축 방향 이동 유닛 (41) 과, Y 축 방향 이동 유닛 (42) 을 포함한다.

X 축 방향 이동 유닛 (41) 은, 유지 테이블 (10) 과 레이저 빔 조사 유닛 (20) 으로부터 조사되는 레이저 빔 (21) 의 집광점 (211) (도 3 참조) 을 가공 이송 방향인 X 축 방향으로 상대적으로 이동시키는 유닛이다. X 축 방향 이동 유닛 (41) 은, 실시형태에 있어서, 유지 테이블 (10) 을 X 축 방향으로 이동시킨다. X 축 방향 이동 유닛 (41) 은, 실시형태에 있어서, 레이저 가공 장치 (1) 의 장치 본체 (2) 상에 설치되어 있다. X 축 방향 이동 유닛 (41) 은, X 축 방향 이동 플레이트 (14) 를 X 축 방향으로 자유롭게 이동할 수 있도록 지지한다.

Y 축 방향 이동 유닛 (42) 은, 유지 테이블 (10) 과, 레이저 빔 조사 유닛 (20) 으로부터 조사되는 레이저 빔 (21) 의 집광점 (211) (도 3 참조) 을 산출 이송 방향인 Y 축 방향으로 상대적으로 이동시키는 유닛이다. Y 축 방향 이동 유닛 (42) 은, 실시형태에 있어서, 유지 테이블 (10) 을 Y 축 방향으로 이동시킨다. Y 축 방향 이동 유닛 (42) 은, 실시형태에 있어서, 레이저 가공 장치 (1) 의 장치 본체 (2) 상에 설치되어 있다. Y 축 방향 이동 유닛 (42) 은, Y 축 방향 이동 플레이트 (15) 를 Y 축 방향으로 자유롭게 이동할 수 있도록 지지한다.

X 축 방향 이동 유닛 (41) 및 Y 축 방향 이동 유닛 (42) 은 각각, 예를 들어, 주지의 볼 나사와, 주지의 펄스 모터와, 주지의 가이드 레일을 포함한다. 볼 나사는, 축심 둘레로 자유롭게 회전할 수 있도록 형성된다. 펄스 모터는, 볼 나사를 축심 둘레로 회전시킨다. X 축 방향 이동 유닛 (41) 의 가이드 레일은, Y 축 방향 이동 플레이트 (15) 에 고정하여 형성되고, X 축 방향 이동 플레이트 (14) 를 X 축 방향으로 자유롭게 이동할 수 있도록 지지한다. Y 축 방향 이동 유닛 (42) 의 가이드 레일은, 장치 본체 (2) 에 고정하여 형성되고, Y 축 방향 이동 플레이트 (15) 를 Y 축 방향으로 자유롭게 이동할 수 있도록 지지한다.

표시 유닛 (50) 은, 액정 표시 장치 등에 의해 구성되는 표시부이다. 표시 유닛 (50) 은, 예를 들어, 가공 조건의 설정 화면, 도시되지 않은 촬상 유닛이 촬상한 피가공물 (100) 의 상태, 가공 동작의 상태 등을, 표시면 (51) 에 표시시킨다. 표시 유닛 (50) 의 표시면 (51) 이 터치 패널을 포함하는 경우, 표시 유닛 (50) 은, 입력부를 포함해도 된다. 입력부는, 오퍼레이터가 가공 내용 정보를 등록하는 등의 각종 조작을 접수 가능하다. 입력부는, 키보드 등의 외부 입력 장치여도 된다. 표시 유닛 (50) 은, 표시면 (51) 에 표시되는 정보나 화상이 입력부 등으로부터의 조작에 의해 전환된다. 표시 유닛 (50) 은, 알림 장치를 포함해도 된다. 알림 장치는, 소리 및 광의 적어도 일방을 발하여 레이저 가공 장치 (1) 의 오퍼레이터에게 미리 정해진 알림 정보를 알린다. 알림 장치는, 스피커 또는 발광 장치 등의 외부 알림 장치여도 된다.

제어 유닛 (60) 은, 레이저 가공 장치 (1) 의 상기 서술한 각 구성 요소를 각각 제어하여, 피가공물 (100) 에 대한 가공 동작을 레이저 가공 장치 (1) 에 실행시킨다. 제어 유닛 (60) 은, 연산 수단으로서의 연산 처리 장치와, 기억 수단으로서의 기억 장치와, 통신 수단으로서의 입출력 인터페이스 장치를 포함하는 컴퓨터이다. 연산 처리 장치는, 예를 들어, CPU (Central Processing Unit) 등의 마이크로 프로세서를 포함한다. 기억 장치는, ROM (Read Only Memory) 또는 RAM (Random Access Memory) 등의 메모리를 갖는다. 연산 처리 장치는, 기억 장치에 격납된 소정 프로그램에 기초하여 각종 연산을 실시한다. 연산 처리 장치는, 연산 결과에 따라서, 입출력 인터페이스 장치를 통하여 각종 제어 신호를 상기 서술한 각 구성 요소에 출력하고, 레이저 가공 장치 (1) 의 제어를 실시한다.

다음으로, 레이저 빔 조사 유닛 (20) 의 구성에 대하여 상세하게 설명한다. 도 2 는, 도 1 에 나타내는 레이저 가공 장치 (1) 의 레이저 빔 조사 유닛 (20) 의 개략 구성을 설명하는 설명도이다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, 레이저 빔 조사 유닛 (20) 은, 레이저 발진기 (22) 와, 음향 광학 소자 (Acousto-Optic Deflector : AOD) (23) 와, 미러 (24, 25) 와, fθ 부렌즈 (26) 와, fθ 주렌즈 (27) 와, 스캔 유닛 (30) 과, 챔버 (33) 를 갖는다.

레이저 발진기 (22) 는, 피가공물 (100) 을 가공하기 위한 소정 파장을 갖는 레이저 빔 (21) 을 출사한다. 레이저 빔 조사 유닛 (20) 이 조사하는 레이저 빔 (21) 은, 피가공물 (100) 에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 빔이어도 되고, 피가공물 (100) 에 대하여 흡수성을 갖는 파장의 레이저 빔이어도 된다.

음향 광학 소자 (23) 는, 소정 고주파가 인가됨으로써, 레이저 발진기 (22) 로부터 출사된 레이저 빔 (21) 의 광로를 소정 방향 (실시형태에서는, Y 축 방향) 으로 편향하여, 주사한다. 음향 광학 소자 (23) 는, 인가되는 고주파의 주파수에 대응하여, 레이저 빔 (21) 의 광로를 편향하는 각도를 조정한다. 이로써, 레이저 빔 (21) 은, Y 축 방향으로 주사된다.

미러 (24, 25) 는, 실시형태에 있어서, 음향 광학 소자 (23) 와 fθ 부렌즈 (26) 사이의 광로 상에 형성된다. 미러 (24, 25) 는, 레이저 발진기 (22) 로부터 출사되어, 음향 광학 소자 (23) 에 의해 편향된 레이저 빔 (21) 을, fθ 부렌즈 (26) 에 전파한다.

fθ 부렌즈 (26) 는, 레이저 발진기 (22) 와 fθ 주렌즈 (27) 사이의 광로 상에 형성된다. fθ 부렌즈 (26) 는, 실시형태에 있어서, 미러 (25) 와 스캔 유닛 (30) 사이의 광로 상에 형성된다. 실시형태에 있어서, fθ 부렌즈 (26) 에는, 음향 광학 소자 (23) 에 의해 편향된 레이저 빔 (21) 이 입사한다. fθ 부렌즈 (26) 는, 입사한 레이저 빔 (21) 을 평행 광으로부터 확산 광으로 변화시킨다. fθ 부렌즈 (26) 는, 단렌즈여도 되고, 조합 렌즈여도 된다.

fθ 주렌즈 (27) 에는, 스캔 유닛 (30) 에 의해 주사된 레이저 빔 (21) 이 입사한다. fθ 주렌즈 (27) 는, 레이저 발진기 (22) 로부터 출사된 레이저 빔 (21) 을 집광하여 유지 테이블 (10) 에 유지된 피가공물 (100) 에 조사한다. fθ 주렌즈 (27) 는, 복수 장의 렌즈를 조합한 조합 렌즈이다.

스캔 유닛 (30) 은, 레이저 발진기 (22) 와 fθ 주렌즈 (27) 사이의 광로 상에 배치 형성되고, 레이저 빔 (21) 을 주사하여 fθ 주렌즈 (27) 로 유도하는 유닛이다. 스캔 유닛 (30) 은, 실시형태에 있어서, 폴리곤 스캐너를 포함한다. 스캔 유닛 (30) 은, 스캔 미러 (31) 와, 스캔 모터 (32) 를 포함한다.

스캔 미러 (31) 는, 산출 이송 방향 (Y 축 방향) 에 평행한 축심 둘레로 회전 가능 또는 요동 가능하게 형성된다. 스캔 미러 (31) 는, 실시형태에 있어서, 축심 둘레로 회전하는 다각 기둥체 (실시형태에서는, 팔각 기둥체) 의 측면에 각각 형성된다. 스캔 미러 (31) 의 축심은, 도시하지 않는 미러 홀더에 유지되어 있다. fθ 주렌즈 (27) 의 전측 초점 (271) (도 3 참조) 은, 스캔 유닛 (30) 에 있어서 fθ 부렌즈 (26) 로부터 레이저 빔 (21) 이 입사하는 스캔 미러 (31) 상에 위치 잡힌다. 스캔 모터 (32) 는, 스캔 미러 (31) 를 축심 둘레로 회전 또는 요동시키기 위한 회전 구동력을 출력한다.

스캔 유닛 (30) 은, fθ 부렌즈 (26) 에 의해 확산 광으로 변화한 레이저 빔 (21) 을, 스캔 미러 (31) 로 fθ 주렌즈 (27) 를 향하여 XZ 평면과 평행한 방향으로 반사시킴과 함께, 스캔 미러 (31) 를 Y 축 방향에 평행한 축심 둘레로 회전시키는 것에 의해, 레이저 빔 (21) 을 X 축 방향으로 주사시킨다.

챔버 (33) 는, 스캔 유닛 (30) 을 내부에 배치 형성한다. fθ 부렌즈 (26) 및 fθ 주렌즈 (27) 는, 실시형태에 있어서, 챔버 (33) 에 고정하여 형성된다. 챔버 (33) 는, fθ 부렌즈 (26) 및 fθ 주렌즈 (27) 의 렌즈 홀더로서의 기능을 갖는다. 이로써, fθ 부렌즈 (26) 와, fθ 주렌즈 (27) 는, 서로의 상대 거리 및 상대 위치가 고정된 상태로 유닛화되어 있다. 또한, fθ 부렌즈 (26) 및 fθ 주렌즈 (27) 는, 챔버 (33) 의 내부와 주위의 환경을 분리하는 벽부에 있어서, 레이저 빔 (21) 을 투과하는 창 형상으로 배치된다.

다음으로, fθ 부렌즈 (26) 의 효과에 대하여 설명한다. 도 3 은, 도 2 에 나타내는 레이저 빔 조사 유닛 (20) 에 있어서의 fθ 주렌즈 (27) 의 전측 초점 (271) 및 후측 초점 (272) 의 일례를 나타내는 설명도이다. 도 4 는, 비교예의 레이저 빔 조사 유닛에 있어서의 fθ 주렌즈 (27) 의 전측 초점 (271-1) 및 후측 초점 (272-1) 의 일례를 나타내는 설명도이다.

도 4 에 나타내는 비교예의 레이저 빔 조사 유닛에서는, 평행 광의 레이저 빔 (21) 이, 스캔 미러 (31) 로 반사하여 fθ 주렌즈 (27) 에 입사하고 있다. 이 때문에, fθ 주렌즈 (27) 의 후측 초점 (272-1) 의 위치는, 레이저 빔 (21) 의 집광점 (211-1) 의 위치와 동등하다.

이에 반하여, 도 3 에 나타내는 실시형태의 레이저 빔 조사 유닛 (20) 에서는, fθ 부렌즈 (26) 에 의해 확산 광으로 변화된 레이저 빔 (21) 이, 스캔 미러 (31) 로 반사하여 fθ 주렌즈 (27) 에 입사하고 있다. 이 때문에, 레이저 빔 (21) 의 집광점 (211) 은, fθ 주렌즈 (27) 의 후측 초점 (272) 의 위치보다 fθ 주렌즈 (27) 로부터 이격한 위치에 위치 잡힌다.

또한, 도 4 에 나타내는 비교예에서는, 즉, 평행 광의 레이저 빔 (21) 이 입사하는 경우에는, fθ 주렌즈 (27) 로부터 전측 초점 (271-1) 까지의 거리와, fθ 주렌즈 (27) 로부터 후측 초점 (272-1) 까지의 거리는, 동등하다. 이에 반하여, 도 3 에 나타내는 실시형태의 fθ 주렌즈 (27) 로부터 fθ 주렌즈 (27) 의 전측 초점 (271) 까지의 거리는, 평행 광의 레이저 빔 (21) 이 입사하는 경우의 fθ 주렌즈 (27) 로부터 전측 초점 (271-1) (도 4 참조) 까지의 거리보다 길다.

여기서, 레이저 빔 (21) 을 피가공물 (100) 에 수직으로 입사시키기 위해서는, fθ 주렌즈 (27) 의 전측 초점 (271) 의 위치가, fθ 부렌즈 (26) 로부터 레이저 빔 (21) 이 입사하는 스캔 미러 (31) 상에 위치 잡힐 필요가 있다. 따라서, 도 4 에 나타내는 비교예의 레이저 빔 조사 유닛에 있어서, 레이저 빔 (21) 을 피가공물 (100) 에 수직으로 입사시키기 위해서는, 도 4 에 나타내는 상태보다 스캔 미러 (31) 와 fθ 주렌즈 (27) 의 거리를 작게 할 필요가 있다. 그러나, 스캔 미러 (31) 와 fθ 주렌즈 (27) 의 거리를 작게 하면, 스캔 유닛 (30) 의 고속 회전에 의한 영향을 받아, fθ 주렌즈 (27) 가 진동하게 될 가능성이 있다.

이에 반하여, 도 3 에 나타내는 실시형태의 레이저 빔 조사 유닛 (20) 에서는, 스캔 유닛 (30) 의 스캔 미러 (31) 에 입사하는 레이저 빔 (21) 을 확산 광으로 변화시키는 fθ 부렌즈 (26) 를 갖는 것에 의해, 피가공물 (100) 상의 가공점에 위치 잡는 레이저 빔 (21) 의 집광점 (211) 과 fθ 주렌즈 (27) 의 거리를, fθ 주렌즈 (27) 와 후측 초점 (272) 의 거리보다 크게 할 수 있다. 또한, fθ 부렌즈 (26) 를 갖는 것에 의해, 레이저 빔 조사 유닛 (20) 에서는, fθ 주렌즈 (27) 의 후측 초점 (272) 의 위치를 배려할 필요가 없어지기 때문에, 설계 자유도가 향상되어, fθ 주렌즈 (27) 의 전측 초점 (271) 의 거리를 크게 할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 실시형태에 관련된 레이저 가공 장치 (1) 는, fθ 부렌즈 (26) 에 의해 레이저 빔 (21) 을 확산시킨 상태에서 fθ 주렌즈 (27) 에 입사시킴으로써, 평행 광을 입사했을 경우에 레이저 빔 (21) 이 집광하는 위치 (후측 초점 (272)) 보다 뒤쪽에서 레이저 빔 (21) 을 집광시킬 수 있다. 이로써, fθ 주렌즈 (27) 로부터 가공점까지의 거리를 크게 할 수 있다. 또한, fθ 주렌즈 (27) 의 후측 초점 (272) 의 위치를 배려할 필요가 없기 때문에, fθ 주렌즈 (27) 의 설계 자유도가 향상됨과 함께, fθ 주렌즈 (27) 의 전측 초점 (271) 을 fθ 주렌즈 (27) 로부터 떨어트리도록 설계할 수 있다.

따라서, 스캔 미러 (31) 의 고속 회전의 영향을 받지 않도록 스캔 미러 (31) 와 fθ 주렌즈 (27) 를 충분히 떨어진 위치에 배치해도, 스캔 미러 (31) 상에 fθ 주렌즈 (27) 의 전측 초점 (271) 을 위치 잡을 수 있다. 이 때문에, 장치 전체의 비대화를 억제하고 또한 데브리에 의한 fθ 주렌즈 (27) 의 오염을 억제하면서, 레이저 빔 (21) 을 피가공물 (100) 에 대하여 수직 입사시킬 수 있다.

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

1 ; 레이저 가공 장치
10 ; 유지 테이블
20 ; 레이저 빔 조사 유닛
21 ; 레이저 빔
211, 211-1 ; 집광점
22 ; 레이저 발진기
26 ; fθ 부렌즈
27 ; fθ 주렌즈
271, 271-1 ; 전측 초점
272, 272-1 ; 후측 초점
30 ; 스캔 유닛
31 ; 스캔 미러
33 ; 챔버
40 ; 이동 유닛
100 ; 피가공물

Claims

레이저 가공 장치로서,
피가공물을 유지하는 유지 테이블과,
그 유지 테이블에 유지된 피가공물에 대하여 펄스상의 레이저 빔을 집광 조사하여 가공을 실시하는 레이저 빔 조사 유닛과,
그 유지 테이블과 그 레이저 빔의 집광점을 상대적으로 이동시키는 이동 유닛, 을 구비하고,
그 레이저 빔 조사 유닛은,
레이저 빔을 출사하는 레이저 발진기와,
그 레이저 발진기로부터 출사된 레이저 빔을 집광하여 그 유지 테이블에 유지된 피가공물에 조사하는 fθ 주렌즈와,
그 레이저 발진기와 그 fθ 주렌즈 사이의 광로 상에 배치 형성되고, 그 레이저 빔을 주사하여 그 fθ 주렌즈로 유도하는 스캔 유닛과,
그 레이저 발진기와 그 스캔 유닛 사이의 광로 상에 배치 형성되고, 그 레이저 빔을 평행 광으로부터 확산 광으로 변화시키는 fθ 부렌즈,
를 포함하는, 레이저 가공 장치.
제 1 항에 있어서,
그 fθ 주렌즈의 전측 초점은, 그 스캔 유닛에 있어서 그 fθ 부렌즈로부터 그 레이저 빔이 입사하는 스캔 미러 상에 위치 잡히는, 레이저 가공 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
그 fθ 주렌즈 및 그 fθ 부렌즈는, 그 스캔 유닛에 대한 거리 및 위치가 고정된 상태로 유닛화되어 있는, 레이저 가공 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
그 스캔 유닛은 챔버의 내부에 배치 형성되고,
그 fθ 주렌즈 및 그 fθ 부렌즈는, 그 레이저 빔을 투과하면서 그 챔버의 내부와 주위의 환경을 분리하는 창 형상으로 배치되는, 레이저 가공 장치.