KR20230003486A - 레이저 가공 장치 - Google Patents

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다케시 사카모토
가츠히로 고레마츠
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하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤
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Abstract

레이저 가공 장치는, 대상물에 집광 영역의 일부를 맞춰 레이저광을 조사하는 것에 의해, 대상물에 개질 영역을 형성한다. 레이저 가공 장치는 연직 방향을 따른 축을 중심으로 회전 가능하게 구성되고, 대상물을 지지하는 지지부와, 지지부에 의해서 지지된 대상물에 대해서, 제1 수평 방향을 편광 방향으로 한 레이저광을 조사하는 조사부와, 편광 방향인 제1 수평 방향을 따라서 조사부를 이동시키는 제1 이동 기구와, 편광 방향에 수직인 수평 방향인 제2 수평 방향을 따라서 지지부 및 조사부 중 적어도 일방을 이동시키는 제2 이동 기구와, 지지부, 조사부, 제1 이동 기구 및 제2 이동 기구의 동작을 제어하는 제어부를 구비한다.

Description

레이저 가공 장치
본 개시는 레이저 가공 장치에 관한 것이다.
대상물에 집광 영역의 일부를 맞춰 레이저광을 조사하는 것에 의해, 대상물에 개질 영역을 형성하는 레이저 가공 장치가 알려져 있다. 이런 종류의 기술로서, 특허 문헌 1에는, 워크를 유지하는 유지 기구와, 유지 기구에 유지된 워크에 레이저광을 조사하는 레이저 조사 기구를 구비하는 레이저 가공 장치가 기재되어 있다. 특허 문헌 1에 기재된 레이저 가공 장치에서는, 집광 렌즈를 가지는 레이저 조사 기구가 기대(基臺)에 대해서 고정되어 있고, 집광 렌즈의 광축에 수직인 방향에 따른 워크의 이동이 유지 기구에 의해서 실시된다.
특허 문헌 1: 일본 특허공보 제5456510호
상술한 것 같은 레이저 가공 장치에서는, 대상물에 조사하는 레이저광의 집광 영역의 일부를 상대적으로 이동함으로써, 대상물에 개질 영역을 형성한다. 이러한 레이저 가공 장치에서는, 예를 들면 효율 좋은 레이저 가공을 실현하기 위해서, 집광 영역의 일부의 이동 방향(이하, 「가공 진행 방향」이라고도 칭함)을 따라서 개질 영역으로부터 균열을 신장시키기 쉽게 하는 것이 요구되는 경우가 있다.
또, 상술한 것 같은 레이저 가공 장치에서는, 예를 들면 대상물로부터 그 외측 가장자리 부분을 불요 부분으로서 제거하는 트리밍 가공 등의 다양한 레이저 가공에 이용할 수 있는 것이 요망된다. 그러나 해당 요망에 대응하려고 하면, 레이저광의 집광 영역의 일부를 이동시키는 기구가 대형화되고, 나아가서는, 장치 구성이 대형화될 우려가 있다.
이에, 본 개시는 장치 구성의 대형화를 억제하면서, 레이저광의 이동 방향을 따라서 개질 영역으로부터 균열을 신장시키기 쉽게 하는 것이 가능한 레이저 가공 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 개시의 일 측면에 따른 레이저 가공 장치는, 대상물에 집광 영역의 일부를 맞춰 레이저광을 조사하는 것에 의해, 대상물에 개질 영역을 형성하는 레이저 가공 장치로서, 연직 방향을 따른 축을 중심으로 회전 가능하게 구성되고, 대상물을 지지하는 지지부와, 지지부에 의해서 지지된 대상물에 대해서, 제1 수평 방향을 편광 방향으로 한 레이저광을 조사하는 조사부와, 편광 방향인 제1 수평 방향을 따라서 조사부를 이동시키는 제1 이동 기구와, 편광 방향에 수직인 수평 방향인 제2 수평 방향을 따라서 지지부 및 조사부 중 적어도 일방을 제2 수평 방향을 따라서 이동시키는 제2 이동 기구와, 지지부, 조사부, 제1 이동 기구 및 제2 이동 기구의 동작을 제어하는 제어부를 구비한다.
본 개시의 일 측면에 따른 레이저 가공 장치의 구성에서는, 지지부를 회전시킴과 아울러, 해당 회전의 접선 방향을 레이저광의 편광 방향(이하, 간단하게 「편광 방향」이라고 함)으로 하는 레이저 가공이 가능해진다. 또, 편광 방향을 따라서 집광 영역의 일부를 직선적으로 이동시키는 레이저 가공이 가능해진다. 즉, 편광 방향을 가공 진행 방향을 따르게 한 다양한 레이저 가공이 가능해져, 가공 진행 방향을 따라서 균열을 신장시키기 쉽게 할 수 있다. 또, 이러한 편광 방향을 가공 진행 방향을 따르게 한 레이저 가공을 실현함에 있어서, 본 개시의 일 측면에 따른 레이저 가공 장치의 구성에서는, 지지부의 구동 방향이 회전 방향만(1축 구성), 혹은, 회전 방향 및 제2 수평 방향만(2축 구성)으로 적게 되어 있다. 일반적으로 지지부는 무겁고 또한 크기 때문에, 지지부의 구동 방향의 수(구동축 수)를 줄이는 것에 의해, 장치 구성의 대형화를 억제하는 것이 가능해진다. 따라서, 본 개시의 일 측면에 의하면, 장치 구성의 대형화를 억제하면서 레이저광의 이동 방향을 따라서 개질 영역으로부터 균열을 신장시키기 쉽게 하는 것이 가능해진다.
본 개시의 일 측면에 따른 레이저 가공 장치에서는, 제어부는 대상물에 있어서 지지부의 축에 대해 제2 수평 방향으로 떨어진 위치에 집광 영역의 일부를 맞춘 상태에서, 조사부로부터 제1 수평 방향을 편광 방향으로 한 레이저광을 대상물에 조사시키면서 지지부를 회전시킴으로써, 고리 모양 라인을 따라서 개질 영역을 대상물에 형성시키는 제1 처리를 실행해도 된다. 이 경우, 고리 모양 라인을 따른 개질 영역을, 편광 방향을 가공 진행 방향을 따르게 한 레이저 가공에 의해 형성할 수 있다.
본 개시의 일 측면에 따른 레이저 가공 장치에서는, 제어부는 조사부로부터 제1 수평 방향을 편광 방향으로 한 레이저광을 대상물에 조사시키면서, 제1 수평 방향을 따라서 제1 이동 기구에 의해 조사부를 이동시킴으로써, 제1 수평 방향으로 연장되어 있는 직선 모양 라인을 따라서 개질 영역을 대상물에 형성시키는 제2 처리를 실행해도 된다. 이 경우, 직선 모양 라인을 따른 개질 영역을, 편광 방향을 가공 진행 방향을 따르게 한 레이저 가공에 의해 형성할 수 있다.
본 개시의 일 측면에 따른 레이저 가공 장치에서는, 제어부는 제2 처리의 실행 후, 지지부를 회전시켜 대상물을 일정 각도 회전시킨 후에, 다시 제2 처리를 실행해도 된다. 이 경우, 서로 상이한 방향으로 연장되는 복수의 직선 모양 라인을 따른 개질 영역을, 편광 방향을 가공 진행 방향을 따르게 한 레이저 가공에 의해 형성할 수 있다.
본 개시의 일 측면에 따른 레이저 가공 장치에서는, 제2 이동 기구는 조사부만을 이동시켜도 된다. 이 경우, 지지부의 구동 방향을 회전 방향만(1축 구성)으로 할 수 있어, 장치 구성의 대형화를 한층 억제하는 것이 가능해진다. 또, 지지부의 구동 방향의 수가 적어지는 만큼, 지지부의 설계 자유도를 높일 수 있다. 또, 지지부의 경량화가 가능해져, 지지부의 회전 속도 및 회전 정밀도의 향상이 가능해진다.
본 개시의 일 측면에 따른 레이저 가공 장치에서는, 제2 이동 기구는 지지부만을 이동시켜도 된다. 이 경우, 조사부의 구동 방향의 수가 적어지는 만큼, 조사부의 설계 자유도를 높일 수 있다. 또, 조사부의 레이저광 조사 중의 이동이 없어지기 때문에, 레이저광 및 그 광학계에 가해지는 진동을 저감시키는 것이 가능해진다.
본 개시의 일 측면에 따른 레이저 가공 장치는, 연직 방향을 따라서 조사부를 이동시키는 제3 이동 기구를 더 구비하고, 제어부는 제3 이동 기구의 동작을 더 제어해도 된다. 이 경우, 제3 이동 기구에 의해 조사부를 이동시킴으로써, 레이저광의 집광 영역의 일부를 연직 방향으로 이동시키는 것이 가능해진다.
본 개시에 의하면, 장치 구성의 대형화를 억제하면서, 레이저광의 이동 방향을 따라서 개질 영역으로부터 균열을 신장시키기 쉽게 하는 것이 가능한 레이저 가공 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시 형태의 레이저 가공 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타내지는 레이저 가공 장치의 일부분의 정면도이다.
도 3은 도 1에 나타내지는 레이저 가공 장치의 레이저 가공 헤드의 정면도이다.
도 4는 도 3에 나타내지는 레이저 가공 헤드의 측면도이다.
도 5는 도 3에 나타내지는 레이저 가공 헤드의 광학계의 구성도이다.
도 6은 변형예의 레이저 가공 헤드의 광학계의 구성도이다.
도 7은 변형예의 레이저 가공 장치의 일부분의 정면도이다.
도 8은 제1 실시 형태에 따른 레이저 가공 장치의 주요부를 나타내는 구성도이다.
도 9의 (a)는 레이저 가공의 대상이 되는 대상물을 나타내는 평면도이다. 도 9의 (b)는 레이저 가공의 대상이 되는 대상물을 나타내는 측면도이다.
도 10은 도 8의 레이저 가공 장치에 의한 레이저 가공을 설명하는 평면도이다.
도 11은 도 10에 이어서 나타내는 평면도이다.
도 12는 도 11에 이어서 나타내는 평면도이다.
도 13은 도 12에 이어서 나타내는 평면도이다.
도 14는 도 13에 이어서 나타내는 평면도이다.
도 15는 도 14에 이어서 나타내는 평면도이다.
도 16은 도 15에 이어서 나타내는 평면도이다.
도 17은 도 16에 이어서 나타내는 평면도이다.
도 18은 제2 실시 형태에 따른 레이저 가공 장치의 주요부를 나타내는 구성도이다.
도 19는 도 18의 레이저 가공 장치에 의한 레이저 가공을 설명하는 평면도이다.
도 20는 도 19에 이어서 나타내는 평면도이다.
도 21은 도 20에 이어서 나타내는 평면도이다.
도 22는 도 21에 이어서 나타내는 평면도이다.
이하, 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면에 있어서 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 부여하고, 중복하는 설명을 생략한다.
［레이저 가공 장치의 구성］
도 1에 나타내지는 것처럼, 레이저 가공 장치(1)는 복수의 이동 기구(5, 6)와, 지지부(7)와, 1쌍의 레이저 가공 헤드(10A, 10B)와, 광원 유닛(8)과, 제어부(9)를 구비하고 있다. 이하, 제1 수평 방향을 X방향, 제1 수평 방향에 수직인 수평 방향인 제2 수평 방향을 Y방향, 연직 방향을 Z방향이라고 한다.
이동 기구(5)는 고정부(51)와, 이동부(53)와, 장착부(55)를 가지고 있다. 고정부(51)는 장치 프레임(1a)에 장착되어 있다. 이동부(53)는 고정부(51)에 마련된 레일에 장착되어 있고, Y방향을 따라서 이동할 수 있다. 장착부(55)는 이동부(53)에 마련된 레일에 장착되어 있고, X방향을 따라서 이동할 수 있다.
이동 기구(6)는 고정부(61)와, 1쌍의 이동부(63, 64)와, 1쌍의 장착부(65, 66)를 가지고 있다. 고정부(61)는 장치 프레임(1a)에 장착되어 있다. 1쌍의 이동부(63, 64) 각각은, 고정부(61)에 마련된 레일에 장착되어 있고, 각각이 독립하여, Y방향을 따라서 이동할 수 있다. 장착부(65)는 이동부(63)에 마련된 레일에 장착되어 있고, Z방향을 따라서 이동할 수 있다. 장착부(66)는 이동부(64)에 마련된 레일에 장착되어 있고, Z방향을 따라서 이동할 수 있다. 즉, 장치 프레임(1a)에 대해서는, 1쌍의 장착부(65, 66) 각각이, Y방향 및 Z방향 각각을 따라 이동할 수 있다.
지지부(7)는 이동 기구(5)의 장착부(55)에 마련된 회전축에 장착되어 있고, Z방향에 평행한 축선을 중심선으로 하여 회전할 수 있다. 즉, 지지부(7)는 X방향 및 Y방향 각각을 따라 이동할 수 있고, Z방향에 평행한 축선을 중심선으로 하여 회전할 수 있다. 지지부(7)는 X방향 및 Y방향을 따라서 대상물(100)을 지지한다. 대상물(100)은, 예를 들면, 웨이퍼이다.
도 1 및 도 2에 나타내지는 것처럼, 레이저 가공 헤드(10A)는 이동 기구(6)의 장착부(65)에 장착되어 있다. 레이저 가공 헤드(10A)는, Z방향에 있어서 지지부(7)와 대향한 상태에서, 지지부(7)에 지지된 대상물(100)에 레이저광(L1)을 조사하기 위한 것이다. 레이저 가공 헤드(10B)는 이동 기구(6)의 장착부(66)에 장착되어 있다. 레이저 가공 헤드(10B)는, Z방향에 있어서 지지부(7)와 대향한 상태에서, 지지부(7)에 지지된 대상물(100)에 레이저광(L2)을 조사하기 위한 것이다.
광원 유닛(8)은 1쌍의 광원(81, 82)을 가지고 있다. 광원(81)은 레이저광(L1)을 출력한다. 레이저광(L1)은 광원(81)의 출사부(81a)로부터 출사되어, 광 파이버(2)에 의해서 레이저 가공 헤드(10A)로 도광된다. 광원(82)은 레이저광(L2)을 출력한다. 레이저광(L2)은 광원(82)의 출사부(82a)로부터 출사되어, 다른 광 파이버(2)에 의해서 레이저 가공 헤드(10B)로 도광된다.
제어부(9)는 레이저 가공 장치(1)의 각부(복수의 이동 기구(5, 6), 1쌍의 레이저 가공 헤드(10A, 10B), 및 광원 유닛(8) 등)를 제어한다. 제어부(9)는 프로세서, 메모리, 스토리지 및 통신 디바이스 등을 포함하는 컴퓨터 장치로서 구성되어 있다. 제어부(9)에서는, 메모리 등에 판독된 소프트웨어(프로그램)가, 프로세서에 의해서 실행되고, 메모리 및 스토리지에 있어서의 데이터의 판독 및 기입, 그리고 통신 디바이스에 의한 통신이, 프로세서에 의해서 제어된다. 이것에 의해, 제어부(9)는 각종 기능을 실현한다.
이상과 같이 구성된 레이저 가공 장치(1)에 의한 가공의 일례에 대해 설명한다. 해당 가공의 일례는, 웨이퍼인 대상물(100)을 복수의 칩으로 절단하기 위해서, 격자 모양으로 설정된 복수의 라인 각각을 따라 대상물(100)의 내부에 개질 영역을 형성하는 예이다.
우선, 대상물(100)을 지지하고 있는 지지부(7)가 Z방향에 있어서 1쌍의 레이저 가공 헤드(10A, 10B)와 대향하도록, 이동 기구(5)가 X방향 및 Y방향 각각을 따라서 지지부(7)를 이동시킨다. 이어서, 대상물(100)에 있어서 일 방향으로 연장되어 있는 복수의 라인이 X방향을 따르도록, 이동 기구(5)가 Z방향에 평행한 축선을 중심선으로 하여 지지부(7)를 회전시킨다.
이어서, 일 방향으로 연장되어 있는 하나의 라인 상에 레이저광(L1)의 집광점이 위치하도록, 이동 기구(6)가 Y방향을 따라서 레이저 가공 헤드(10A)를 이동시킨다. 그 한편으로, 일 방향으로 연장되어 있는 다른 라인 상에 레이저광(L2)의 집광점이 위치하도록, 이동 기구(6)가 Y방향을 따라서 레이저 가공 헤드(10B)를 이동시킨다. 이어서, 대상물(100)의 내부에 레이저광(L1)의 집광점이 위치하도록, 이동 기구(6)가 Z방향을 따라서 레이저 가공 헤드(10A)를 이동시킨다. 그 한편으로, 대상물(100)의 내부에 레이저광(L2)의 집광점이 위치하도록, 이동 기구(6)가 Z방향을 따라서 레이저 가공 헤드(10B)를 이동시킨다.
이어서, 광원(81)이 레이저광(L1)을 출력하고 레이저 가공 헤드(10A)가 대상물(100)에 레이저광(L1)을 조사함과 아울러, 광원(82)이 레이저광(L2)을 출력하고 레이저 가공 헤드(10B)가 대상물(100)에 레이저광(L2)을 조사한다. 그것과 동시에, 일 방향으로 연장되어 있는 하나의 라인을 따라서 레이저광(L1)의 집광점이 상대적으로 이동하고(레이저광(L1)이 스캔되고) 또한 일 방향으로 연장되어 있는 다른 라인을 따라서 레이저광(L2)의 집광점이 상대적으로 이동하도록(레이저광(L2)이 스캔되도록), 이동 기구(5)가 X방향을 따라서 지지부(7)를 이동시킨다. 이와 같이 하여, 레이저 가공 장치(1)는, 대상물(100)에 있어서 일 방향으로 연장되어 있는 복수의 라인 각각을 따라서, 대상물(100)의 내부에 개질 영역을 형성한다.
이어서, 대상물(100)에 있어서 일 방향과 직교하는 타 방향으로 연장되어 있는 복수의 라인이 X방향을 따르도록, 이동 기구(5)가 Z방향에 평행한 축선을 중심선으로 하여 지지부(7)를 회전시킨다.
이어서, 타 방향으로 연장되어 있는 하나의 라인 상에 레이저광(L1)의 집광점이 위치하도록, 이동 기구(6)가 Y방향을 따라서 레이저 가공 헤드(10A)를 이동시킨다. 그 한편으로, 타 방향으로 연장되어 있는 다른 라인 상에 레이저광(L2)의 집광점이 위치하도록, 이동 기구(6)가 Y방향을 따라서 레이저 가공 헤드(10B)를 이동시킨다. 이어서, 대상물(100)의 내부에 레이저광(L1)의 집광점이 위치하도록, 이동 기구(6)가 Z방향을 따라서 레이저 가공 헤드(10A)를 이동시킨다. 그 한편으로, 대상물(100)의 내부에 레이저광(L2)의 집광점이 위치하도록, 이동 기구(6)가, Z방향을 따라서 레이저 가공 헤드(10B)를 이동시킨다.
이어서, 광원(81)이 레이저광(L1)을 출력하고 레이저 가공 헤드(10A)가 대상물(100)에 레이저광(L1)을 조사함과 아울러, 광원(82)이 레이저광(L2)을 출력하고 레이저 가공 헤드(10B)가 대상물(100)에 레이저광(L2)을 조사한다. 그것과 동시에, 타 방향으로 연장되어 있는 하나의 라인을 따라서 레이저광(L1)의 집광점이 상대적으로 이동하고(레이저광(L1)이 스캔되고) 또한 타 방향으로 연장되어 있는 다른 라인을 따라서 레이저광(L2)의 집광점이 상대적으로 이동하도록(레이저광(L2)이 스캔되도록), 이동 기구(5)가 X방향을 따라서 지지부(7)를 이동시킨다. 이와 같이 하여, 레이저 가공 장치(1)는, 대상물(100)에 있어서 일 방향과 직교하는 타 방향으로 연장되어 있는 복수의 라인 각각을 따라서, 대상물(100)의 내부에 개질 영역을 형성한다.
또한, 상술한 가공의 일례에서는, 광원(81)은, 예를 들면 펄스 발진 방식에 의해서, 대상물(100)에 대해서 투과성을 가지는 레이저광(L1)을 출력하고, 광원(82)은, 예를 들면 펄스 발진 방식에 의해서, 대상물(100)에 대해서 투과성을 가지는 레이저광(L2)을 출력한다. 그러한 레이저광이 대상물(100)의 내부에 집광되면, 레이저광의 집광점에 대응하는 부분에 있어서 레이저광이 특히 흡수되어, 대상물(100)의 내부에 개질 영역이 형성된다. 개질 영역은 밀도, 굴절률, 기계적 강도, 그 외의 물리적 특성이 주위의 비개질 영역과는 상이한 영역이다. 개질 영역으로서는, 예를 들면, 용융 처리 영역, 크랙 영역, 절연 파괴 영역, 굴절률 변화 영역 등이 있다.
펄스 발진 방식에 의해서 출력된 레이저광이 대상물(100)에 조사되고, 대상물(100)에 설정된 라인을 따라서 레이저광의 집광점이 상대적으로 이동되면, 복수의 개질 스폿이 라인을 따라서 1열로 늘어서도록 형성된다. 1개의 개질 스폿은, 1펄스의 레이저광의 조사에 의해서 형성된다. 1열의 개질 영역은 1열로 늘어선 복수의 개질 스폿의 집합이다. 서로 이웃하는 개질 스폿은, 대상물(100)에 대한 레이저광의 집광점의 상대적인 이동 속도 및 레이저광의 반복 주파수에 의해서, 서로 연결되는 경우도, 서로 떨어지는 경우도 있다.
［레이저 가공 헤드의 구성］
도 3 및 도 4에 나타내지는 것처럼, 레이저 가공 헤드(10A)는 하우징(11)과, 입사부(12)와, 조정부(13)와, 집광부(14)를 구비하고 있다.
하우징(11)은 제1 벽부(21) 및 제2 벽부(22), 제3 벽부(23) 및 제4 벽부(24), 그리고 제5 벽부(25) 및 제6 벽부(26)를 가지고 있다. 제1 벽부(21) 및 제2 벽부(22)는, X방향에 있어서 서로 대향하고 있다. 제3 벽부(23) 및 제4 벽부(24)는, Y방향에 있어서 서로 대향하고 있다. 제5 벽부(25) 및 제6 벽부(26)는, Z방향에 있어서 서로 대향하고 있다.
제3 벽부(23)와 제4 벽부(24)와의 거리는, 제1 벽부(21)와 제2 벽부(22)와의 거리보다도 작다. 제1 벽부(21)와 제2 벽부(22)와의 거리는, 제5 벽부(25)와 제6 벽부(26)와의 거리보다도 작다. 또한, 제1 벽부(21)와 제2 벽부(22)와의 거리는, 제5 벽부(25)와 제6 벽부(26)와의 거리와 동일해도 되고, 혹은, 제5 벽부(25)와 제6 벽부(26)와의 거리보다도 커도 된다.
레이저 가공 헤드(10A)에서는, 제1 벽부(21)는 이동 기구(6)의 고정부(61)측에 위치하고 있고, 제2 벽부(22)는 고정부(61)와는 반대측에 위치하고 있다. 제3 벽부(23)는 이동 기구(6)의 장착부(65)측에 위치하고 있고, 제4 벽부(24)는 장착부(65)와는 반대측이며 레이저 가공 헤드(10B)측에 위치하고 있다(도 2 참조). 즉, 제4 벽부(24)는 레이저 가공 헤드(10B)의 하우징에 Y방향을 따라서 대향하는 대향벽부이다. 제5 벽부(25)는 지지부(7)와는 반대측에 위치하고 있고, 제6 벽부(26)는 지지부(7)측에 위치하고 있다.
하우징(11)은 제3 벽부(23)가 이동 기구(6)의 장착부(65)측에 배치된 상태에서 하우징(11)이 장착부(65)에 장착되도록, 구성되어 있다. 구체적으로는, 다음과 같다. 장착부(65)는 베이스 플레이트(65a)와, 장착 플레이트(65b)를 가지고 있다. 베이스 플레이트(65a)는 이동부(63)에 마련된 레일에 장착되어 있다(도 2 참조). 장착 플레이트(65b)는 베이스 플레이트(65a)에 있어서의 레이저 가공 헤드(10B)측의 단부에 세워 마련되어 있다(도 2 참조). 하우징(11)은 제3 벽부(23)가 장착 플레이트(65b)에 접촉한 상태에서, 받침대(27)를 매개로 볼트(28)가 장착 플레이트(65b)에 나사 결합됨으로써, 장착부(65)에 장착되어 있다. 받침대(27)는 제1 벽부(21) 및 제2 벽부(22) 각각에 마련되어 있다. 하우징(11)은 장착부(65)에 대해서 착탈 가능하다.
입사부(12)는 제5 벽부(25)에 장착되어 있다. 입사부(12)는 하우징(11) 내에 레이저광(L1)을 입사시킨다. 입사부(12)는 X방향에 있어서는 제2 벽부(22)측으로 치우져 있고, Y방향에 있어서는 제4 벽부(24)측으로 치우져 있다. 즉, X방향에 있어서의 입사부(12)와 제2 벽부(22)와의 거리는, X방향에 있어서의 입사부(12)와 제1 벽부(21)와의 거리보다도 작고, Y방향에 있어서의 입사부(12)와 제4 벽부(24)와의 거리는, X방향에 있어서의 입사부(12)와 제3 벽부(23)와의 거리보다도 작다.
입사부(12)는 광 파이버(2)의 접속단부(2a)가 접속 가능해지도록 구성되어 있다. 광 파이버(2)의 접속단부(2a)에는, 파이버의 출사단으로부터 출사된 레이저광(L1)을 콜리메이트하는 콜리메이터 렌즈가 마련되어 있고, 리턴광을 억제하는 아이솔레이터가 마련되어 있지 않다. 해당 아이솔레이터는 접속단부(2a)보다도 광원(81)측인 파이버의 도중에 마련되어 있다. 이것에 의해, 접속단부(2a)의 소형화, 나아가서는, 입사부(12)의 소형화가 도모되어 있다. 또한, 광 파이버(2)의 접속단부(2a)에 아이솔레이터가 마련되어 있어도 된다.
조정부(13)는 하우징(11) 내에 배치되어 있다. 조정부(13)는 입사부(12)로부터 입사된 레이저광(L1)을 조정한다. 조정부(13)가 가지는 각 구성은, 하우징(11) 내에 마련된 광학 베이스(29)에 장착되어 있다. 광학 베이스(29)는 하우징(11) 내의 영역을 제3 벽부(23)측의 영역과 제4 벽부(24)측의 영역으로 나누도록, 하우징(11)에 장착되어 있다. 광학 베이스(29)는 하우징(11)과 일체로 되어 있다. 조정부(13)가 가지는 각 구성은, 제4 벽부(24)측에 있어서 광학 베이스(29)에 장착되어 있다. 조정부(13)가 가지는 각 구성의 상세에 대해서는 후술한다.
집광부(14)는 제6 벽부(26)에 배치되어 있다. 구체적으로는, 집광부(14)는 제6 벽부(26)에 형성된 구멍(26a)에 삽입 관통된 상태에서, 제6 벽부(26)에 배치되어 있다. 집광부(14)는 조정부(13)에 의해서 조정된 레이저광(L1)을 집광하면서 하우징(11) 밖으로 출사시킨다. 집광부(14)는 X방향에 있어서는 제2 벽부(22)측으로 치우쳐 있고, Y방향에 있어서는 제4 벽부(24)측으로 치우쳐 있다. 즉, 집광부(14)는 Z방향에서 보았을 때, 하우징(11)에 있어서의 제4 벽부(24)측으로 치우쳐 배치되어 있다. 즉, X방향에 있어서의 집광부(14)와 제2 벽부(22)와의 거리는, X방향에 있어서의 집광부(14)와 제1 벽부(21)와의 거리보다도 작고, Y방향에 있어서의 집광부(14)와 제4 벽부(24)와의 거리는, X방향에 있어서의 집광부(14)와 제3 벽부(23)와의 거리보다도 작다.
도 5에 나타내지는 것처럼, 조정부(13)는 어테뉴에이터(31)와, 빔 익스팬더(32)와, 미러(33)를 가지고 있다. 입사부(12), 그리고 조정부(13)의 어테뉴에이터(31), 빔 익스팬더(32) 및 미러(33)는, Z방향을 따라서 연장되어 있는 직선(A1)상에 배치되어 있다. 어테뉴에이터(31) 및 빔 익스팬더(32)는, 직선(A1) 상에 있어서, 입사부(12)와 미러(33)와의 사이에 배치되어 있다. 어테뉴에이터(31)는 입사부(12)로부터 입사된 레이저광(L1)의 출력을 조정한다. 빔 익스팬더(32)는 어테뉴에이터(31)에서 출력이 조정된 레이저광(L1)의 지름을 확대한다. 미러(33)는 빔 익스팬더(32)에서 지름이 확대된 레이저광(L1)을 반사한다.
조정부(13)는 반사형 공간 광 변조기(34)와, 결상 광학계(35)를 더 가지고 있다. 조정부(13)의 반사형 공간 광 변조기(34) 및 결상 광학계(35), 그리고 집광부(14)는 Z방향을 따라서 연장되어 있는 직선(A2) 상에 배치되어 있다. 반사형 공간 광 변조기(34)는 미러(33)에서 반사된 레이저광(L1)을 변조한다. 반사형 공간 광 변조기(34)는, 예를 들면, 반사형 액정(LCOS：Liquid Crystal on Silicon)의 공간 광 변조기(SLM：Spatial Light Modulator)이다. 결상 광학계(35)는 반사형 공간 광 변조기(34)의 반사면(34a)과 집광부(14)의 입사 동면(瞳面)(14a)이 결상 관계에 있는 양측 텔레센트릭 광학계를 구성하고 있다. 결상 광학계(35)는 3개 이상의 렌즈에 의해서 구성되어 있다.
직선(A1) 및 직선(A2)은, Y방향에 수직인 평면 상에 위치하고 있다. 직선(A1)은 직선(A2)에 대해서 제2 벽부(22)측에 위치하고 있다. 레이저 가공 헤드(10A)에서는, 레이저광(L1)은 입사부(12)로부터 하우징(11) 내로 입사되어 직선(A1) 상을 진행하고, 미러(33) 및 반사형 공간 광 변조기(34)에서 차례로 반사된 후, 직선(A2) 상을 진행하여 집광부(14)로부터 하우징(11) 밖으로 출사된다. 또한, 어테뉴에이터(31) 및 빔 익스팬더(32)의 배열의 순서는, 반대여도 된다. 또, 어테뉴에이터(31)는 미러(33)와 반사형 공간 광 변조기(34)와의 사이에 배치되어 있어도 된다. 또, 조정부(13)는 다른 광학 부품(예를 들면, 빔 익스팬더(32)의 앞에 배치되는 스티어링 미러 등)을 가지고 있어도 된다.
레이저 가공 헤드(10A)는 다이클로익 미러(15)와, 측정부(16)와, 관찰부(17)와, 구동부(18)와, 회로부(19)를 더 구비하고 있다.
다이클로익 미러(15)는 직선(A2) 상에 있어서, 결상 광학계(35)와 집광부(14)와의 사이에 배치되어 있다. 즉, 다이클로익 미러(15)는 하우징(11) 내에 있어서, 조정부(13)와 집광부(14)와의 사이에 배치되어 있다. 다이클로익 미러(15)는 제4 벽부(24)측에 있어서 광학 베이스(29)에 장착되어 있다. 다이클로익 미러(15)는 레이저광(L1)을 투과시킨다. 다이클로익 미러(15)는 비점수차를 억제하는 관점에서는, 예를 들면, 큐브형, 또는, 비틀림의 관계를 가지도록 배치된 2개의 플레이트형이어도 된다.
측정부(16)는, 하우징(11) 내에 있어서, 조정부(13)에 대해서 제1 벽부(21)측에 배치되어 있다. 측정부(16)는, 제4 벽부(24)측에 있어서 광학 베이스(29)에 장착되어 있다. 측정부(16)는 대상물(100)의 표면(예를 들면, 레이저광(L1)이 입사되는 측의 표면)과 집광부(14)와의 거리를 측정하기 위한 측정광(L10)을 출력하고, 집광부(14)를 거쳐, 대상물(100)의 표면에서 반사된 측정광(L10)을 검출한다. 즉, 측정부(16)로부터 출력된 측정광(L10)은, 집광부(14)를 거쳐 대상물(100)의 표면에 조사되고, 대상물(100)의 표면에서 반사된 측정광(L10)은, 집광부(14)를 거쳐 측정부(16)에서 검출된다.
보다 구체적으로는, 측정부(16)로부터 출력된 측정광(L10)은, 제4 벽부(24)측에 있어서 광학 베이스(29)에 장착된 빔 스플리터(20) 및 다이클로익 미러(15)에서 차례로 반사되어, 집광부(14)로부터 하우징(11) 밖으로 출사된다. 대상물(100)의 표면에서 반사된 측정광(L10)은, 집광부(14)로부터 하우징(11) 내로 입사되어 다이클로익 미러(15) 및 빔 스플리터(20)에서 차례로 반사되고, 측정부(16)에 입사되어, 측정부(16)에서 검출된다.
관찰부(17)는, 하우징(11) 내에 있어서, 조정부(13)에 대해서 제1 벽부(21)측에 배치되어 있다. 관찰부(17)는, 제4 벽부(24)측에 있어서 광학 베이스(29)에 장착되어 있다. 관찰부(17)는 대상물(100)의 표면(예를 들면, 레이저광(L1)이 입사되는 측의 표면)을 관찰하기 위한 관찰광(L20)을 출력하고, 집광부(14)를 거쳐, 대상물(100)의 표면에서 반사된 관찰광(L20)을 검출한다. 즉, 관찰부(17)로부터 출력된 관찰광(L20)은, 집광부(14)를 거쳐 대상물(100)의 표면에 조사되고, 대상물(100)의 표면에서 반사된 관찰광(L20)은, 집광부(14)를 거쳐 관찰부(17)에서 검출된다.
보다 구체적으로는, 관찰부(17)로부터 출력된 관찰광(L20)은, 빔 스플리터(20)를 투과하여 다이클로익 미러(15)에서 반사되어, 집광부(14)로부터 하우징(11) 밖으로 출사된다. 대상물(100)의 표면에서 반사된 관찰광(L20)은, 집광부(14)로부터 하우징(11) 내로 입사되어 다이클로익 미러(15)에서 반사되고, 빔 스플리터(20)를 투과하여 관찰부(17)에 입사되어, 관찰부(17)에서 검출된다. 또한, 레이저광(L1), 측정광(L10) 및 관찰광(L20)의 각각의 파장은, 서로 다르다(적어도 각각의 중심 파장이 서로 어긋나 있다).
구동부(18)는, 제4 벽부(24)측에 있어서 광학 베이스(29)에 장착되어 있다. 구동부(18)는, 예를 들면 압전 소자의 구동력에 의해서, 제6 벽부(26)에 배치된 집광부(14)를 Z방향을 따라서 이동시킨다.
회로부(19)는, 하우징(11) 내에 있어서, 광학 베이스(29)에 대해서 제3 벽부(23)측에 배치되어 있다. 즉, 회로부(19)는, 하우징(11) 내에 있어서, 조정부(13), 측정부(16) 및 관찰부(17)에 대해서 제3 벽부(23)측에 배치되어 있다. 회로부(19)는, 예를 들면, 복수의 회로 기판이다. 회로부(19)는 측정부(16)로부터 출력된 신호, 및 반사형 공간 광 변조기(34)에 입력되는 신호를 처리한다. 회로부(19)는 측정부(16)로부터 출력된 신호에 기초하여 구동부(18)를 제어한다. 일례로서, 회로부(19)는 측정부(16)로부터 출력된 신호에 기초하여, 대상물(100)의 표면과 집광부(14)와의 거리가 일정하게 유지되도록(즉, 대상물(100)의 표면과 레이저광(L1)의 집광점과의 거리가 일정하게 유지되도록), 구동부(18)를 제어한다. 또한, 하우징(11)에는 회로부(19)를 제어부(9)(도 1 참조) 등에 전기적으로 접속하기 위한 배선이 접속되는 커넥터(도시 생략)가 마련되어 있다.
레이저 가공 헤드(10B)는 레이저 가공 헤드(10A)와 마찬가지로, 하우징(11)과, 입사부(12)와, 조정부(13)와, 집광부(14)와, 다이클로익 미러(15)와, 측정부(16)와, 관찰부(17)와, 구동부(18)와, 회로부(19)를 구비하고 있다. 다만, 레이저 가공 헤드(10B)의 각 구성은, 도 2에 나타내지는 것처럼, 1쌍의 장착부(65, 66) 간의 중점을 통과하고 또한 Y방향에 수직인 가상 평면에 관해서, 레이저 가공 헤드(10A)의 각 구성과 면대칭의 관계를 가지도록, 배치되어 있다.
예를 들면, 레이저 가공 헤드(10A)의 하우징(11)은, 제4 벽부(24)가 제3 벽부(23)에 대해서 레이저 가공 헤드(10B)측에 위치하고 또한 제6 벽부(26)가 제5 벽부(25)에 대해서 지지부(7)측에 위치하도록, 장착부(65)에 장착되어 있다. 이것에 대해, 레이저 가공 헤드(10B)의 하우징(11)은, 제4 벽부(24)가 제3 벽부(23)에 대해서 레이저 가공 헤드(10A)측에 위치하고 또한 제6 벽부(26)가 제5 벽부(25)에 대해서 지지부(7)측에 위치하도록, 장착부(66)에 장착되어 있다. 즉, 레이저 가공 헤드(10B)에 있어서도, 제4 벽부(24)는 레이저 가공 헤드(10A)의 하우징에 Y방향을 따라서 대향하는 대향벽부이다. 또 레이저 가공 헤드(10B)에 있어서도, 집광부(14)는 Z방향에서 보았을 때, 그 하우징(11)에 있어서의 제4 벽부(대향벽부)(24)측으로 치우쳐 배치되어 있다.
레이저 가공 헤드(10B)의 하우징(11)은, 제3 벽부(23)가 장착부(66)측에 배치된 상태에서 하우징(11)이 장착부(66)에 장착되도록, 구성되어 있다. 구체적으로는, 다음과 같다. 장착부(66)는 베이스 플레이트(66a)와, 장착 플레이트(66b)를 가지고 있다. 베이스 플레이트(66a)는 이동부(63)에 마련된 레일에 장착되어 있다. 장착 플레이트(66b)는 베이스 플레이트(66a)에 있어서의 레이저 가공 헤드(10A)측의 단부에 세워 마련되어 있다. 레이저 가공 헤드(10B)의 하우징(11)은, 제3 벽부(23)가 장착 플레이트(66b)에 접촉한 상태에서, 장착부(66)에 장착되어 있다. 레이저 가공 헤드(10B)의 하우징(11)은, 장착부(66)에 대해서 착탈 가능하다.
［레이저 가공 헤드의 작용 및 효과］
레이저 가공 헤드(10A)에서는, 레이저광(L1)을 출력하는 광원이 하우징(11) 내에 마련되어 있지 않기 때문에, 하우징(11)의 소형화를 도모할 수 있다. 또한, 하우징(11)에 있어서, 제3 벽부(23)와 제4 벽부(24)와의 거리가 제1 벽부(21)와 제2 벽부(22)와의 거리보다도 작고, 제6 벽부(26)에 배치된 집광부(14)가 Y방향에 있어서 제4 벽부(24)측으로 치우쳐 있다. 이것에 의해, 집광부(14)의 광축에 수직인 방향을 따라서 하우징(11)을 이동시키는 경우에, 예를 들면, 제4 벽부(24)측에 다른 구성(예를 들면, 레이저 가공 헤드(10B))이 존재했다고 해도, 해당 다른 구성에 집광부(14)를 접근시킬 수 있다. 따라서, 레이저 가공 헤드(10A)는 집광부(14)를 그 광축에 수직인 방향을 따라서 이동시켜도 된다.
또, 레이저 가공 헤드(10A)에서는, 입사부(12)가, 제5 벽부(25)에 마련되어 있고, Y방향에 있어서 제4 벽부(24)측으로 치우쳐 있다. 이것에 의해, 하우징(11) 내의 영역 중 조정부(13)에 대해서 제3 벽부(23)측의 영역에 다른 구성(예를 들면, 회로부(19))을 배치하는 등, 해당 영역을 유효하게 이용할 수 있다.
또, 레이저 가공 헤드(10A)에서는, 집광부(14)가, X방향에 있어서 제2 벽부(22)측으로 치우쳐 있다. 이것에 의해, 집광부(14)의 광축에 수직인 방향을 따라서 하우징(11)을 이동시키는 경우에, 예를 들면, 제2 벽부(22)측에 다른 구성이 존재했다고 해도, 해당 다른 구성에 집광부(14)를 접근시킬 수 있다.
또, 레이저 가공 헤드(10A)에서는, 입사부(12)가 제5 벽부(25)에 마련되어 있고, Y방향에 있어서 제4 벽부(24)측으로 치우쳐 있음과 아울러, X방향에 있어서 제2 벽부(22)측으로 치우쳐 있다. 이것에 의해, 하우징(11) 내의 영역 중 조정부(13)에 대해서 제3 벽부(23)측의 영역에 다른 구성(예를 들면, 회로부(19))을 배치하는 등, 해당 영역을 유효하게 이용할 수 있다. 또한, 하우징(11) 내의 영역 중 조정부(13)에 대해서 제1 벽부(21)측의 영역에 다른 구성(예를 들면, 측정부(16) 및 관찰부(17))을 배치하는 등, 해당 영역을 유효하게 이용할 수 있다.
또, 레이저 가공 헤드(10A)에서는, 측정부(16) 및 관찰부(17)가, 하우징(11) 내의 영역 중 조정부(13)에 대해서 제1 벽부(21)측의 영역에 배치되어 있고, 회로부(19)가 하우징(11) 내의 영역 중 조정부(13)에 대해서 제3 벽부(23)측에 배치되어 있고, 다이클로익 미러(15)가, 하우징(11) 내에 있어서 조정부(13)와 집광부(14)와의 사이에 배치되어 있다. 이것에 의해, 하우징(11) 내의 영역을 유효하게 이용할 수 있다. 또한, 레이저 가공 장치(1)에 있어서, 대상물(100)의 표면과 집광부(14)와의 거리의 측정 결과에 기초한 가공이 가능해진다. 또, 레이저 가공 장치(1)에 있어서, 대상물(100)의 표면의 관찰 결과에 기초한 가공이 가능해진다.
또, 레이저 가공 헤드(10A)에서는, 회로부(19)가 측정부(16)로부터 출력된 신호에 기초하여 구동부(18)를 제어한다. 이것에 의해, 대상물(100)의 표면과 집광부(14)와의 거리의 측정 결과에 기초하여 레이저광(L1)의 집광점의 위치를 조정할 수 있다.
또, 레이저 가공 헤드(10A)에서는 입사부(12), 그리고 조정부(13)의 어테뉴에이터(31), 빔 익스팬더(32) 및 미러(33)가, Z방향을 따라서 연장되어 있는 직선(A1) 상에 배치되어 있고, 조정부(13)의 반사형 공간 광 변조기(34), 결상 광학계(35) 및 집광부(14), 그리고 집광부(14)가 Z방향을 따라서 연장되어 있는 직선(A2) 상에 배치되어 있다. 이것에 의해, 어테뉴에이터(31), 빔 익스팬더(32), 반사형 공간 광 변조기(34) 및 결상 광학계(35)를 가지는 조정부(13)를 컴팩트하게 구성할 수 있다.
또, 레이저 가공 헤드(10A)에서는, 직선(A1)이 직선(A2)에 대해서 제2 벽부(22)측에 위치하고 있다. 이것에 의해, 하우징(11) 내의 영역 중 조정부(13)에 대해서 제1 벽부(21)측의 영역에 있어서, 집광부(14)를 이용한 다른 광학계(예를 들면, 측정부(16) 및 관찰부(17))를 구성하는 경우에, 해당 다른 광학계의 구성의 자유도를 향상시킬 수 있다.
이상의 작용 및 효과는, 레이저 가공 헤드(10B)에 의해서도 마찬가지로 달성된다.
［레이저 가공 헤드의 변형예］
도 6에 나타내지는 것처럼, 입사부(12), 조정부(13) 및 집광부(14)는 Z방향을 따라서 연장되어 있는 직선(A) 상에 배치되어 있어도 된다. 이것에 의하면, 조정부(13)를 컴팩트하게 구성할 수 있다. 그 경우, 조정부(13)는 반사형 공간 광 변조기(34) 및 결상 광학계(35)를 가지고 있지 않아도 된다. 또, 조정부(13)는, 어테뉴에이터(31) 및 빔 익스팬더(32)를 가지고 있어도 된다. 이것에 의하면, 어테뉴에이터(31) 및 빔 익스팬더(32)를 가지는 조정부(13)를 컴팩트하게 구성할 수 있다. 또한, 어테뉴에이터(31) 및 빔 익스팬더(32)의 배열의 순서는, 반대여도 된다.
또, 광원 유닛(8)의 출사부(81a)로부터 레이저 가공 헤드(10A)의 입사부(12)로의 레이저광(L1)의 도광, 및 광원 유닛(8)의 출사부(82a)로부터 레이저 가공 헤드(10B)의 입사부(12)로의 레이저광(L2)의 도광 중 적어도 1개는, 미러에 의해서 실시되어도 된다. 도 7은 레이저광(L1)이 미러에 의해서 도광되는 레이저 가공 장치(1)의 일부분의 정면도이다. 도 7에 나타내지는 구성에서는, 레이저광(L1)을 반사하는 미러(3)가, Y방향에 있어서 광원 유닛(8)의 출사부(81a)와 대향하고 또한 Z방향에 있어서 레이저 가공 헤드(10A)의 입사부(12)와 대향하도록, 이동 기구(6)의 이동부(63)에 장착되어 있다.
도 7에 나타내지는 구성에서는, 이동 기구(6)의 이동부(63)를 Y방향을 따라서 이동시켜도, Y방향에 있어서 미러(3)가 광원 유닛(8)의 출사부(81a)와 대향하는 상태가 유지된다. 또, 이동 기구(6)의 장착부(65)를 Z방향을 따라서 이동시켜도, Z방향에 있어서 미러(3)가 레이저 가공 헤드(10A)의 입사부(12)와 대향하는 상태가 유지된다. 따라서, 레이저 가공 헤드(10A)의 위치에 의존하지 않고, 광원 유닛(8)의 출사부(81a)로부터 출사된 레이저광(L1)을, 레이저 가공 헤드(10A)의 입사부(12)에 확실히 입사시킬 수 있다. 게다가, 광 파이버(2)에 의한 도광이 곤란한 고출력 장단 펄스 레이저 등의 광원을 이용할 수도 있다.
또, 도 7에 나타내지는 구성에서는, 미러(3)는 각도 조정 및 위치 조정 중 적어도 1개가 가능해지도록, 이동 기구(6)의 이동부(63)에 장착되어 있어도 된다. 이것에 의하면, 광원 유닛(8)의 출사부(81a)로부터 출사된 레이저광(L1)을, 레이저 가공 헤드(10A)의 입사부(12)에, 보다 확실히 입사시킬 수 있다.
또, 광원 유닛(8)은 1개의 광원을 가지는 것이어도 된다. 그 경우, 광원 유닛(8)은 1개의 광원으로부터 출력된 레이저광의 일부를 출사부(81a)로부터 출사시키고 또한 해당 레이저광의 잔부를 출사부(82a)로부터 출사시키도록, 구성되어 있으면 된다.
＜제1 실시 형태＞
다음에, 제1 실시 형태에 대해 설명한다. 이하, 상술한 실시 형태와 중복하는 설명은 생략한다.
도 8에 나타내지는 것처럼, 제1 실시 형태에 따른 레이저 가공 장치(101)는, 대상물(100)에 집광 영역의 일부(이하, 「집광점」이라고도 함)를 맞춰 레이저광(L1)을 조사하는 것에 의해, 대상물(100)에 개질 영역을 형성하는 장치이다. 레이저 가공 장치(101)는 대상물(100)에 트리밍 가공 및 방사 컷 가공을 포함하는 레이저 가공을 행하여, 반도체 디바이스를 취득(제조)하는 장치이다.
트리밍 가공은, 대상물(100)에 있어서 불요 부분을 제거하는 가공이다. 방사 컷 가공은 트리밍 가공으로 제거하는 해당 불요 부분을 분리하기 위한 가공이다. 트리밍 가공 및 방사 컷 가공은 대상물(100)에 집광점을 맞춰 레이저광(L1)을 조사하는 것에 의해, 대상물(100)에 개질 영역을 형성하는 레이저 가공 방법을 포함한다.
대상물(100)은, 예를 들면 원판 모양에 형성된 반도체 웨이퍼를 포함한다. 대상물(100)로서는 특별히 한정되지 않고, 다양한 재료로 형성되어 있어도 되고, 다양한 형상을 나타내고 있어도 된다. 대상물(100)의 표면(100a)에는, 기능 소자(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 기능 소자는, 예를 들면, 포토 다이오드 등의 수광 소자, 레이저 다이오드 등의 발광 소자, 메모리 등의 회로 소자 등이다.
도 9의 (a) 및 도 9의 (b)에 나타내지는 것처럼, 대상물(100)에는, 유효 영역(R) 및 제거 영역(E)이 설정되어 있다. 유효 영역(R)은 취득하는 반도체 디바이스에 대응하는 부분이다. 여기서의 유효 영역(R)은 대상물(100)을 두께 방향에서 보았을 때 중앙 부분을 포함하는 원판 모양의 부분이다. 제거 영역(E)은 대상물(100)에 있어서의 유효 영역(R)보다도 외측의 영역이다. 제거 영역(E)은 대상물(100)에 있어서 유효 영역(R) 이외의 외측 가장자리 부분이다. 여기서의 제거 영역(E)은 유효 영역(R)을 둘러싸는 둥근고리 모양의 부분이다. 제거 영역(E)은 대상물(100)을 두께 방향에서 보았을 때 둘레 가장자리 부분(외측 가장자리의 베벨부)을 포함한다. 유효 영역(R) 및 제거 영역(E)의 설정은, 제어부(9)에서 행할 수 있다. 유효 영역(R) 및 제거 영역(E)은, 좌표 지정된 것이어도 된다.
대상물(100)에는 트리밍 예정 라인으로서의 라인(M3)이 설정되어 있다. 라인(M3)은 개질 영역(4)의 형성을 예정하는 라인이다. 라인(M3)은 대상물(100)의 외측 가장자리의 내측에 있어서 고리 모양으로 연장되어 있는 고리 모양 라인이다. 여기서의 라인(M3)은 둥근고리 모양으로 연장되어 있다. 라인(M3)은 대상물(100)의 유효 영역(R)과 제거 영역(E)과의 경계에 설정되어 있다. 또, 대상물(100)에는, 방사 컷 예정 라인으로서의 라인(M4)이 설정되어 있다. 라인(M4)은 방사 컷 가공에 의한 개질 영역의 형성을 예정하는 라인이다. 라인(M4)은 레이저광 입사면에서 보았을 때, 대상물(100)의 지름 방향을 따른 직선 모양(방사 모양)으로 연장되어 있는 직선 모양 라인이다. 예를 들면 라인(M4)은 레이저광 입사면에서 보았을 때, 제거 영역(E)이 둘레 방향으로 등분할(여기에서는 4분할)되도록 복수 설정되어 있다. 라인(M3, M4)은 가상적인 라인이지만, 실제로 그어진 라인이어도 된다. 라인(M3, M4)의 설정은, 제어부(9)에서 행할 수 있다. 라인(M3, M4)은 좌표 지정된 것이어도 된다.
대상물(100)에는, 얼라이먼트 대상(도시하지 않음)이 마련되어 있어도 된다. 예를 들면 얼라이먼트 대상은 대상물(100)의 0°방향의 위치에 대해서 θ방향(지지부(7)의 축(C) 중심의 회전 방향)으로 일정한 관계를 가진다. 0°방향의 위치란, θ방향에 있어서 기준이 되는 대상물(100)의 위치이다. 예를 들면 얼라이먼트 대상으로서는, 외측 가장자리부에 형성된 노치, 오리엔테이션 플랫 또는 기능 소자의 패턴을 들 수 있다.
도 8에 나타내지는 것처럼, 레이저 가공 장치(101)는 지지부(7), 레이저 가공 헤드(조사부)(10A), X방향 이동 기구(제1 이동 기구)(110), Y방향 이동 기구(제2 이동 기구)(120), Z방향 이동 기구(제3 이동 기구)(130), 및 제어부(9)를 구비한다.
지지부(7)는 대상물(100)을 지지한다. 예를 들면 지지부(7)에는 대상물(100)의 이면(100b)을 레이저광 입사면측인 상측으로 한 상태(표면(100a)을 스테이지(107)측인 하측으로 한 상태)에서, 대상물(100)이 재치된다. 지지부(7)는 그 중심에 마련되고 Z방향을 따르는 축(C)(도 9 참조)을 가진다. 지지부(7)는 축(C)을 중심으로 θ방향으로 회전 가능하다. 지지부(7)는 모터 등의 공지의 구동 장치의 구동력에 의해 회전 구동된다.
레이저 가공 헤드(10A)는 지지부(7)에 의해서 지지된 대상물(100)에 대해서, X방향을 편광 방향으로 한 레이저광(L1)을 Z방향으로 조사하여, 해당 대상물(100)의 내부에 개질 영역을 형성한다. 레이저광(L1)의 편광 방향(이하, 간단하게 「편광 방향」이라고도 함)은, 레이저 가공 헤드(10A)가 가지는 반사형 공간 광 변조기(34)에 의해 제어할 수 있다. 구체적으로는, 반사형 공간 광 변조기(34)의 액정층에, 소정의 슬릿 패턴을 포함하는 변조 패턴을 표시하는 것에 의해, 반사형 공간 광 변조기(34)가 편광자로서 기능하고, 레이저광(L1)의 편광 방향이 X방향으로 조정된다. 변조 패턴이란, 변조를 부여하는 홀로그램 패턴이다. 소정의 슬릿 패턴은 미리 설정되어 제어부(9)에 기억되어 있다. 또한, 레이저광(L1)의 편광 방향에 대해서는, 반사형 공간 광 변조기(34)를 이용하여 제어하는 것으로 한정되지 않고, 공지의 다양한 기술을 이용해 제어해도 된다. 예를 들면, λ/2 파장판을 이용하여, 레이저광(L1)의 편광 방향을 X방향으로 조정해도 된다. 레이저 가공 헤드(10A)는 조사부를 구성한다.
도 8 및 도 10에 나타내지는 것처럼, Z방향 이동 기구(130)는, Z방향을 따라서 레이저 가공 헤드(10A)를 이동시키는 기구이다. Z방향 이동 기구(130)는 Z축 레일(130A)을 가진다. Z축 레일(130A)은, Z방향을 따라서 연장되는 레일이다. Z축 레일(130A)은 장착부(65)를 매개로 레이저 가공 헤드(10A)에 장착되어 있다. 이러한 Z방향 이동 기구(130)는, 모터 등의 공지의 구동 장치의 구동력에 의해, 레이저광(L1)의 집광점이 Z방향을 따라서 이동하도록, 레이저 가공 헤드(10A)를 Z축 레일(130A)을 따라서 Z방향으로 이동시킨다. Z방향 이동 기구(130)는 상기 이동 기구(6)(도 1 참조)의 일부에 대응한다.
X방향 이동 기구(110)는, 편광 방향인 X방향을 따라서 레이저 가공 헤드(10A)를 이동시키는 기구이다. X방향 이동 기구(110)는 X축 레일(110A)을 가진다. X축 레일(110A)은 X방향을 따라서 연장되는 레일이다. X축 레일(110A)은 Z축 레일(130A) 및 장착부(65)를 매개로, 레이저 가공 헤드(10A)에 장착되어 있다. 이러한 X방향 이동 기구(110)는, 모터 등의 공지의 구동 장치의 구동력에 의해, 레이저광(L1)의 집광점이 X방향을 따라서 이동하도록, 레이저 가공 헤드(10A)를 X축 레일(110A)을 따라서 X방향으로 이동시킨다.
Y방향 이동 기구(120)는 Y방향을 따라서 레이저 가공 헤드(10A)를 이동시키는 기구이다. Y방향 이동 기구(120)는 Y축 레일(120A)을 가진다. Y축 레일(120A)은 Y방향을 따라서 연장되는 레일이다. Y축 레일(120A)은 X축 레일(110A), Z축 레일(130A) 및 장착부(65)를 매개로, 레이저 가공 헤드(10A)에 장착되어 있다. 이러한 Y방향 이동 기구(120)는 모터 등의 공지의 구동 장치의 구동력에 의해, 레이저광(L1)의 집광점이 Y방향을 따라서 이동하도록, 레이저 가공 헤드(10A)를 Y축 레일(120A)을 따라서 Y방향으로 이동시킨다. Y방향 이동 기구(120)는 상기 이동 기구(6)(도 1 참조)의 일부에 대응한다.
제어부(9)는 프로세서, 메모리, 스토리지 및 통신 디바이스 등을 포함하는 컴퓨터 장치로서 구성되어 있다. 제어부(9)에서는, 메모리 등에 판독된 소프트웨어(프로그램)가, 프로세서에 의해서 실행되고, 메모리 및 스토리지에 있어서의 데이터의 판독 및 기입, 그리고 통신 디바이스에 의한 통신이, 프로세서에 의해서 제어된다. 이것에 의해, 제어부(9)는 각종 기능을 실현한다.
제어부(9)는 지지부(7), 레이저 가공 헤드(10A), X방향 이동 기구(110), Y방향 이동 기구(120) 및 Z방향 이동 기구(130)의 동작을 제어한다. 제어부(9)는 지지부(7)의 회전, 레이저 가공 헤드(10A)로부터의 레이저광(L1)의 조사, 및 레이저광(L1)의 집광점의 이동을 제어한다. 제어부(9)는 지지부(7)의 회전량에 관한 회전 정보(이하, 「θ정보」라고도 함)에 기초하여, 각종의 제어를 실행 가능하다. θ정보는 지지부(7)를 회전시키는 구동 장치의 구동량으로부터 취득되어도 되고, 별도의 센서 등에 의해 취득되어도 된다. θ정보는 공지의 다양한 수법에 의해 취득할 수 있다. 여기서의 θ정보는, 대상물(100)이 0°방향의 위치에 위치할 때의 상태를 기준으로 한 회전 각도를 포함한다.
제어부(9)는 지지부(7)를 회전시키면서, 대상물(100)에 있어서의 라인(M3)을 따른 위치에 집광점을 위치시킨 상태에서, θ정보에 기초하여 레이저 가공 헤드(10A)에 있어서의 레이저광(L1)의 조사의 개시 및 정지를 제어하는 것에 의해, 유효 영역(R)의 둘레 가장자리를 따라서 개질 영역을 형성시키는 트리밍 처리(제1 처리)를 실행한다. 트리밍 처리에서는, 대상물(100)에 있어서 지지부(7)의 축(C)에 대해서 Y방향으로 떨어진 라인(M3) 상의 위치에 집광점을 맞춘 상태에서, 레이저 가공 헤드(10A)로부터 X방향을 편광 방향으로 한 레이저광(L1)을 대상물(100)에 조사시키면서 지지부(7)를 회전시킴으로써, 라인(M3)을 따라서 개질 영역을 대상물(100)에 형성시킨다. 제어부(9)는 트리밍 처리를 Z방향에 있어서의 집광점의 위치를 바꾸고 복수 회 반복 실행하여, Z방향으로 복수 열의 개질 영역을 라인(M3)을 따라서 형성시킨다.
제어부(9)에 의한 개질 영역의 형성 및 그 정지의 전환은, 다음과 같이 해서 실현할 수 있다. 예를 들면, 레이저 가공 헤드(10A)에 있어서, 레이저광(L1)의 조사(출력)의 개시 및 정지(ON/OFF)를 전환함으로써, 개질 영역의 형성과 해당 형성의 정지를 전환하는 것이 가능하다. 구체적으로는, 레이저 발진기가 고체 레이저로 구성되어 있는 경우, 공진기 내에 마련된 Q 스위치(AOM(음향 광학 변조기), EOM(전기 광학 변조기) 등)의 ON/OFF가 전환됨으로써, 레이저광(L1)의 조사의 개시 및 정지가 고속으로 전환된다. 레이저 발진기가 파이버 레이저로 구성되어 있는 경우, 시드 레이저, 앰프(여기용) 레이저를 구성하는 반도체 레이저의 출력의 ON/OFF가 전환됨으로써, 레이저광(L1)의 조사의 개시 및 정지가 고속으로 전환된다. 레이저 발진기가 외부 변조 소자를 이용하고 있는 경우, 공진기 밖에 마련된 외부 변조 소자(AOM, EOM 등)의 ON/OFF가 전환됨으로써, 레이저광(L1)의 조사의 ON/OFF가 고속으로 전환된다.
혹은, 제어부(9)에 의한 개질 영역의 형성 및 그 정지의 전환은, 다음과 같이 해서 실현해도 된다. 예를 들면, 셔터 등의 기계식 기구를 제어함에 의해서 레이저광(L1)의 광로를 개폐하여, 개질 영역의 형성과 해당 형성의 정지를 전환해도 된다. 레이저광(L1)을 CW광(연속파)으로 전환함으로써, 개질 영역의 형성을 정지시켜도 된다. 반사형 공간 광 변조기(34)의 액정층에, 레이저광(L1)의 집광 상태를 개질할 수 없는 상태로 하는 패턴(예를 들면, 레이저 산란시키는 새틴 패턴(satin pattern))을 표시함으로써, 개질 영역의 형성을 정지시켜도 된다. 어테뉴에이터 등의 출력 조정부를 제어하여, 개질 영역을 형성할 수 없도록 레이저광(L1)의 출력을 저하시킴으로써, 개질 영역의 형성을 정지시켜도 된다. 편광 방향을 전환함으로써, 개질 영역(4)의 형성을 정지시켜도 된다. 레이저광(L1)을 광축 이외의 방향으로 산란시켜(날려서) 컷함으로써, 개질 영역의 형성을 정지시켜도 된다.
제어부(9)는 스테이지(107)를 회전시키지 않고, 제거 영역(E)에 레이저광(L1)을 조사시킴과 아울러, 해당 레이저광(L1)의 집광점을 X방향으로 이동시킴으로써, 제거 영역(E)에 개질 영역을 X방향을 따라서 형성시키는 방사 컷 처리(제2 처리)를 실행한다. 방사 컷 처리에서는, 레이저 가공 헤드(10A)로부터의 X방향을 편광 방향으로 한 레이저광(L1)의 조사를 적절히 제어하면서, X방향을 따라서 X방향 이동 기구(110)에 의해 레이저 가공 헤드(10A)를 적절히 이동시킴으로써, X방향으로 연장되어 있는 라인(M4)을 따라서, 개질 영역을 제거 영역(E)에 형성시킨다. 제어부(9)는 방사 컷 처리의 실행 후, 지지부(7)를 θ방향으로 회전시켜 대상물(100)을 θ방향으로 일정 각도 회전시킨 후에, 다시 방사 컷 처리를 실행한다. 일정 각도는, 예를 들면 90°이다. 일정 각도는 특별히 한정되지 않는다. 대상물(100)의 θ방향의 회전 및 재차의 방사 컷 처리의 실행은, 예를 들면 일정 각도에 따라 복수 회 행해도 된다.
제어부(9)는 개질 영역에 포함되는 복수의 개질 스폿의 피치가 일정하게 되도록, 지지부(7)의 회전, 레이저 가공 헤드(10A)로부터의 레이저광(L1)의 조사, 그리고 레이저광(L1)의 집광점에 있어서의 이동 중 적어도 어느 것을 제어한다. 개질 스폿의 피치는, 레이저광(L1)의 집광점의 이동 방향(이하, 「가공 진행 방향」이라고도 칭함)으로 인접하는 개질 스폿의 간격이다.
레이저 가공 장치(101)는 배율이 상이한 한 쌍의 얼라이먼트 카메라(AC)를 구비하고 있다. 얼라이먼트 카메라(AC)는 레이저 가공 헤드(10A)와 함께 장착부(65)에 장착되어 있다. 얼라이먼트 카메라(AC)는, 예를 들면, 대상물(100)을 투과하는 광을 이용한 디바이스 패턴 등을 촬상한다. 이것에 의해 얻어지는 화상은, 대상물(100)에 대한 레이저광(L1)의 조사 위치의 얼라이먼트에 제공된다.
다음에, 레이저 가공 장치(101)를 이용하여 대상물(100)에 대해서 트리밍 가공 및 방사 컷 가공을 행하는 방법의 일례에 대해서, 이하에 설명한다.
우선, 이면(100b)을 레이저광 입사면측으로 한 상태에서 지지부(7) 상에 대상물(100)을 재치한다. 대상물(100)에 있어서 기능 소자가 탑재된 표면(100a)측은, 지지 기판 내지 테이프재가 접착되어 보호되어 있다.
이어서, 제어부(9)에 의해 트리밍 처리를 실행하여, 트리밍 가공을 행한다. 트리밍 가공에서는, 지지부(7)를 회전시켜, 대상물(100)을 0°방향의 위치에 위치시킨다. 도 10에 나타내지는 것처럼, 레이저광(L1)의 집광점이 트리밍 개시 위치에 위치하도록, X방향 이동 기구(110) 및 Y방향 이동 기구(120)에 의해 레이저 가공 헤드(10A)를 이동시킨다. 예를 들면 트리밍 개시 위치는, 대상물(100)에 있어서의 라인(M3) 상이며, 축(C)으로부터 Y방향으로 떨어진 위치이다. 이어서, 스테이지(107)의 회전을 개시한다.
지지부(7)의 회전 속도가 일정(등속)하게 된 시점에서, 레이저 가공 헤드(10A)에 의한 레이저광(L1)의 조사를 개시한다. 이 때, 반사형 공간 광 변조기(34)에 의해, 레이저광(L1)의 편광 방향은 X방향을 따르도록 조정된다. 즉, 도 11에 나타내지는 것처럼, 지지부(7)를 회전시키면서, 해당 회전의 접선 방향인 X방향을 편광 방향으로 하는 레이저광(L1)을 조사한다. 이것에 의해, 가공 진행 방향을 X방향으로 하여 라인(M3)을 따라서 집광점을 상대적으로 이동시켜, 라인(M3)을 따라서 대상물(100)에 개질 영역(4)을 형성한다. 이러한 라인(M3)을 따른 개질 영역(4)의 형성을, Z방향 이동 기구(130)에 의해 트리밍 개시 위치의 Z방향의 위치를 바꾸고, 반복하여 행한다. 이것에 의해, Z방향으로 복수 열의 개질 영역(4)을 라인(M3)을 따라서 형성한다.
이어서, 제어부(9)에 의해 방사 컷 처리를 실행하여, 방사 컷 가공을 행한다. 방사 컷 가공에서는, 도 12에 나타내지는 것처럼, X방향으로 연장되는 라인(M4)과 레이저광(L1)의 집광점과의 Y방향의 동일하게 되도록, Y방향 이동 기구(120)에 의해 레이저 가공 헤드(10A)를 이동시킨다. 환언하면, 라인(M4)의 연장선 상에 레이저광(L1)의 집광점이 위치하도록(여기에서는, 레이저광(L1)의 집광점이 축(C) 상에 위치하도록), Y방향 이동 기구(120)에 의해 레이저 가공 헤드(10A)를 이동시킨다.
도 13에 나타내지는 것처럼, 지지부(7)를 회전시키지 않고, 레이저광(L1)의 집광점이 라인(M4)을 따라서 직선적으로 이동하도록, X방향 이동 기구(110)에 의해 레이저 가공 헤드(10A)를 X방향의 일방측(도시에서는 상측)으로 이동시킨다. 이것과 함께, 레이저 가공 헤드(10A)로부터 대상물(100)의 제거 영역(E)에 레이저광(L1)을 조사한다. 이 때, 반사형 공간 광 변조기(34)에 의해, 레이저광(L1)의 편광 방향은 X방향을 따르도록 조정된다. 즉, 가공 진행 방향을 X방향으로 하여 라인(M4)을 따라서 집광점을 상대적으로 이동시키면서, 편광 방향을 X방향으로 하는 레이저광(L1)을 제거 영역(E)에 조사한다. 이것에 의해, X방향의 일방측의 라인(M4)을 따라서 제거 영역(E)에 개질 영역(4)을 형성한다.
도 14에 나타내지는 것처럼, 지지부(7)를 회전시키지 않고, 레이저광(L1)의 집광점이 라인(M4)을 따라서 직선적으로 이동하도록, X방향 이동 기구(110)에 의해 레이저 가공 헤드(10A)를 X방향의 타방측(도시에서는 하측)으로 이동시킨다. 이것과 함께, 레이저 가공 헤드(10A)로부터 대상물(100)의 제거 영역(E)에 레이저광(L1)을 조사한다. 이 때, 반사형 공간 광 변조기(34)에 의해, 레이저광(L1)의 편광 방향은 X방향을 따르도록 조정된다. 즉, 가공 진행 방향을 X방향으로 하여 라인(M4)을 따라서 집광점을 상대적으로 이동시키면서, 편광 방향을 X방향으로 하는 레이저광(L1)을 제거 영역(E)에 조사한다. 이것에 의해, X방향의 타방측의 라인(M4)을 따라서 제거 영역(E)에 개질 영역(4)을 형성한다. 이러한 동일한 직선 상의 한 쌍의 라인(M4)을 따른 개질 영역(4)의 형성을, Z방향 이동 기구(130)에 의해 집광점의 Z방향의 위치를 바꾸고, 반복하여 행한다. 이것에 의해, Z방향에 복수 열의 개질 영역(4)을, 해당 한 쌍의 라인(M4)을 따라서 형성한다.
이어서, 도 15에 나타내지는 것처럼, 지지부(7)를 90°회전시킨 후에, 상술한 방사 컷 가공을 다시 실시한다. 재차의 방사 컷 가공에서는, 도 16에 나타내지는 것처럼, 지지부(7)를 회전시키지 않고, 레이저광(L1)의 집광점이 라인(M4)을 따라서 이동하도록, X방향 이동 기구(110)에 의해 레이저 가공 헤드(10A)를 X방향의 일방측(도시에서는 상측)으로 이동시킨다. 이것과 함께, 레이저 가공 헤드(10A)로부터 대상물(100)의 제거 영역(E)에 레이저광(L1)을 조사한다. 이 때, 반사형 공간 광 변조기(34)에 의해, 레이저광(L1)의 편광 방향은 X방향을 따르도록 조정된다. 즉, 가공 진행 방향을 X방향으로 하여 라인(M4)을 따라서 집광점을 상대적으로 이동시키면서, 편광 방향을 X방향으로 하는 레이저광(L1)을 제거 영역(E)에 조사한다. 이것에 의해, X방향의 일방측의 라인(M4)을 따라서 제거 영역(E)에 개질 영역(4)을 형성한다.
도 17에 나타내지는 것처럼, 지지부(7)를 회전시키지 않고, 레이저광(L1)의 집광점이 라인(M4)을 따라서 이동하도록, X방향 이동 기구(110)에 의해 레이저 가공 헤드(10A)를 X방향의 타방측(도시에서는 하측)으로 이동시킨다. 이것과 함께, 레이저 가공 헤드(10A)로부터 대상물(100)의 제거 영역(E)에 레이저광(L1)을 조사한다. 이 때, 반사형 공간 광 변조기(34)에 의해, 레이저광(L1)의 편광 방향은 X방향을 따르도록 조정된다. 즉, 가공 진행 방향을 X방향으로 하여 라인(M4)을 따라서 집광점을 상대적으로 이동시키면서, 편광 방향을 X방향으로 하는 레이저광(L1)을 제거 영역(E)에 조사한다. 이것에 의해, X방향의 타방측의 라인(M4)을 따라서 제거 영역(E)에 개질 영역(4)을 형성한다. 이러한 동일한 직선 상의 한 쌍의 라인(M4)을 따른 개질 영역(4)의 형성을, Z방향 이동 기구(130)에 의해 집광점의 Z방향의 위치를 바꾸고, 반복하여 행한다. 이것에 의해, Z방향에 복수 열의 개질 영역(4)을, 해당 한 쌍의 라인(M4)을 따라서 형성한다.
그 후, 예를 들면 지그 또는 에어에 의해, 개질 영역(4)을 경계로 하여, 제거 영역(E)을 분리하여 제거한다(없앤다). 이상의 결과, 대상물(100)의 제거 영역(E)이 제거되어 이루어지는 반도체 디바이스(웨이퍼)가 취득된다.
이상, 레이저 가공 장치(101)의 구성에서는, 지지부(7)를 회전시킴과 아울러, 해당 회전의 접선 방향을 편광 방향으로 하는 트리밍 가공이 가능해진다. 또, 편광 방향을 따라서 집광점을 직선적으로 이동시키는 방사 컷 가공이 가능해진다. 즉, 편광 방향을 가공 진행 방향을 따르게 한 트리밍 가공 및 방사 컷 가공이 가능해진다. 트리밍 가공 및 방사 컷 가공에 있어서, 가공 진행 방향을 따라서 개질 영역(4)으로부터 균열을 신장시키기 쉽게 할 수 있어, 가공 진행 방향을 따라서 개질 영역(4)으로부터 연장되는 균열의 연장량을 크게 할 수 있다. 레이저광(L1)의 스캔수를 억제할 수 있어, 효율 좋은 레이저 가공이 가능해진다.
또, 이러한 편광 방향을 가공 진행 방향을 따르게 한 레이저 가공을 실현함에 있어서, 레이저 가공 장치(101)의 구성에서는, 지지부(7)의 구동 방향이 θ방향만(1축 구성)으로 적게 되어 있다. 일반적으로 지지부(7)는 무겁고 또한 크기 때문에, 이와 같이 지지부(7)의 구동 방향의 수(구동축 수)를 줄여, 그 만큼, 가벼운 레이저 가공 헤드(10A)측을 가동하는 것에 의해, 장치 구성의 대형화를 억제하는 것이 가능해진다. 따라서, 레이저 가공 장치(101)에 의하면, 장치 구성의 대형화를 억제하면서, 가공 진행 방향을 따라서 개질 영역(4)으로부터 균열을 신장시키기 쉽게 하는 것이 가능해진다. 장치 코스트 및 장치 면적이 커지는 것을 억제하는 것이 가능해진다.
레이저 가공 장치(101)에서는, 제어부(9)는 대상물(100)에 있어서 축(C)에 대해서 Y방향으로 떨어진 위치에 집광점을 맞춘 상태에서, 레이저 가공 헤드(10A)로부터 X방향을 편광 방향으로 한 레이저광(L1)을 대상물(100)에 조사시키면서 지지부(7)를 회전시킴으로써, 고리 모양의 라인(M3)을 따라서 개질 영역(4)을 대상물(100)에 형성시키는 트리밍 처리를 실행한다. 이 경우, 고리 모양의 라인(M3)을 따른 개질 영역(4)을, 편광 방향을 가공 진행 방향을 따르게 한 트리밍 가공에 의해 형성할 수 있다.
레이저 가공 장치(101)에서는, 제어부(9)는 레이저 가공 헤드(10A)로부터 X방향을 편광 방향으로 한 레이저광(L1)을 대상물(100)에 조사시키면서, X방향을 따라서 X방향 이동 기구(110)에 의해 레이저 가공 헤드(10A)를 이동시킴으로써, X방향으로 연장되어 있는 라인(M4)을 따라서 개질 영역(4)을 대상물(100)에 형성시키는 방사 컷 처리를 실행한다. 이 경우, 직선 모양의 라인(M4)을 따른 개질 영역(4)을, 편광 방향을 가공 진행 방향을 따르게 한 방사 컷 가공에 의해 형성할 수 있다.
레이저 가공 장치(101)에서는, 제어부(9)는 방사 컷 처리의 실행 후, 지지부(7)를 회전시켜 대상물(100)을 θ방향으로 90°회전시킨 후에, 다시 방사 컷 처리를 실행한다. 이 경우, 상이한 방향으로 연장되는 복수의 라인(M4)(여기에서는, 일 방향으로 연장되는 한 쌍의 라인(M4)과 일 방향과 직교하는 타 방향으로 연장되는 한 쌍의 라인(M4))을 따른 개질 영역(4)을, 편광 방향을 가공 진행 방향을 따르게 한 방사 컷 가공에 의해 형성할 수 있다.
레이저 가공 장치(101)에서는, Y방향 이동 기구(120)는 레이저 가공 헤드(10A)만을 이동시킨다. 이 경우, 지지부(7)의 구동 방향을 θ방향만(1축 구성)으로 할 수 있어, 장치 구성의 대형화를 한층 억제하는 것이 가능해진다. 또, 지지부(7)의 구동축 수가 적어질수록, 지지부(7)의 설계 자유도를 높일 수 있다. 또, 지지부(7)의 경량화가 가능해져, 지지부(7)의 회전 속도 및 회전 정밀도의 향상이 가능해진다.
레이저 가공 장치(101)는 Z방향 이동 기구(130)를 더 구비하고, 제어부(9)는 Z방향 이동 기구(130)의 동작을 더 제어한다. 이 경우, Z방향 이동 기구(130)에 의해 레이저 가공 헤드(10A)를 이동시킴으로써, 레이저광(L1)의 집광점을 Z방향으로 이동시키는 것이 가능해진다.
＜제2 실시 형태＞
다음에, 제2 실시 형태에 대해 설명한다. 이하, 제1 실시 형태와 중복하는 설명은 생략한다.
도 18 및 도 19에 나타내지는 것처럼, 제2 실시 형태에 따른 레이저 가공 장치(201)는 Y방향 이동 기구(120)(도 8)를 대신하여 Y방향 이동 기구(220)를 구비한다는 점에서, 제1 실시 형태와 다르다. Y방향 이동 기구(220)는 Y방향을 따라서 지지부(7)를 이동시키는 기구이다. Y방향 이동 기구(120)는 Y축 레일(220A)을 가진다. Y축 레일(220A)은 Y방향을 따라서 연장되는 레일이다. Y축 레일(220A)은 지지부(7)에 장착되어 있다. 이러한 Y방향 이동 기구(220)는 모터 등의 공지의 구동 장치의 구동력에 의해, 레이저광(L1)의 집광점이 Y방향을 따라서 이동하도록, 지지부(7)를 Y축 레일(120A)을 따라서 Y방향으로 이동시킨다. Y방향 이동 기구(220)는 상기 이동 기구(5)(도 1 참조)의 일부에 대응한다.
다음에, 레이저 가공 장치(201)를 이용하여 대상물(100)에 대해서 트리밍 가공 및 방사 컷 가공을 행하는 방법의 일례에 대해서, 이하에 설명한다.
트리밍 가공에서는, 도 19에 나타내지는 것처럼, 레이저광(L1)의 집광점이 트리밍 개시 위치에 위치하도록, X방향 이동 기구(110)에 의해 레이저 가공 헤드(10A)를 이동시킴과 아울러 Y방향 이동 기구(220)에 의해 지지부(7)를 이동시킨다. 지지부(7)를 회전시키면서, 해당 회전의 접선 방향인 X방향을 편광 방향으로 하는 레이저광(L1)을 조사한다. 이것에 의해, 가공 진행 방향을 X방향으로 하여 라인(M3)을 따라서 집광점을 상대적으로 이동시켜, 라인(M3)을 따라서 대상물(100)에 개질 영역(4)을 형성한다.
방사 컷 가공에서는, 도 20에 나타내지는 것처럼, X방향으로 연장되는 라인(M4)과 레이저광(L1)의 집광점과의 Y방향의 동일하게 되도록(즉, 라인(M4)의 연장선 상에 레이저광(L1)의 집광점이 위치하도록), Y방향 이동 기구(220)에 의해 지지부(7)를 이동시킨다. 도 21에 나타내지는 것처럼, 지지부(7)를 회전시키지 않고, 레이저광(L1)의 집광점이 라인(M4)을 따라서 직선적으로 이동하도록, X방향 이동 기구(110)에 의해 레이저 가공 헤드(10A)를 X방향을 따라서 이동시킨다. 이것과 함께, 레이저 가공 헤드(10A)로부터 대상물(100)의 제거 영역(E)에 레이저광(L1)을 조사한다. 이 때, 반사형 공간 광 변조기(34)에 의해, 레이저광(L1)의 편광 방향은 X방향을 따르도록 조정된다. 즉, 가공 진행 방향을 X방향으로 하여 라인(M4)을 따라서 집광점을 상대적으로 이동시키면서, 편광 방향을 X방향으로 하는 레이저광(L1)을 제거 영역(E)에 조사한다. 이것에 의해, 동일한 직선 상의 한 쌍의 라인(M4)을 따라서 제거 영역(E)에 개질 영역(4)을 형성한다.
이어서, 지지부(7)를 90°회전시킨 후에, 상술한 방사 컷 가공을 다시 실시한다. 재차의 방사 컷 가공에서는, 도 22에 나타내지는 것처럼, 지지부(7)를 회전시키지 않고, 레이저광(L1)의 집광점이 라인(M4)을 따라서 직선적으로 이동하도록, X방향 이동 기구(110)에 의해 레이저 가공 헤드(10A)를 X방향을 따라서 이동시킨다. 이것과 함께, 레이저 가공 헤드(10A)로부터 대상물(100)의 제거 영역(E)에 레이저광(L1)을 조사한다. 이 때, 반사형 공간 광 변조기(34)에 의해, 레이저광(L1)의 편광 방향은 X방향을 따르도록 조정된다. 즉, 가공 진행 방향을 X방향으로 하여 라인(M4)을 따라서 집광점을 상대적으로 이동시키면서, 편광 방향을 X방향으로 하는 레이저광(L1)을 제거 영역(E)에 조사한다. 이것에 의해, 동일한 직선 상의 한 쌍의 라인(M4)을 따라서 제거 영역(E)에 개질 영역(4)을 형성한다.
이상, 레이저 가공 장치(201)에 있어서도, 편광 방향을 가공 진행 방향을 따르게 한 레이저 가공을 실현함에 있어서, 지지부(7)의 구동 방향이 회전 방향 및 Y방향만(2축 구성)으로 적게 되어 있어, 장치 구성의 대형화를 억제하는 것이 가능해진다. 따라서, 장치 구성의 대형화를 억제하면서 가공 진행 방향을 따라서 개질 영역(4)으로부터 균열을 신장시키기 쉽게 한다고 하는 상기 작용 효과가 달성된다. 또, 레이저 가공 장치(201)에서는, Y방향 이동 기구(220)는 지지부(7)만을 이동시킨다. 이 경우, 레이저 가공 헤드(10A)의 구동축 수가 적어지는 만큼, 레이저 가공 헤드(10A)의 설계 자유도를 높일 수 있다. 또, 레이저 가공 헤드(10A)의 레이저광 조사 중의 고속 이동이 없어지기 때문에, 레이저광(L1) 및 그 광학계에 가해지는 진동을 저감시키는 것이 가능해진다.
＜변형예＞
이상, 본 발명의 일 양태는, 상술한 실시 형태로 한정되지 않는다.
상술한 실시 형태에서는, 레이저 가공 헤드가 이용되는 수는 특별히 한정되지 않고, 한 쌍의 레이저 가공 헤드를 이용해도 되고, 1개의 레이저 가공 헤드를 이용해도 되며, 3개 이상의 레이저 가공 헤드를 이용해도 된다. 상술한 실시 형태에서는 라인(M3, M4)을 따라서 복수 열의 개질 영역(4)을 형성했지만, 개질 영역(4)을 1열만 형성해도 된다.
상술한 실시 형태에서는, 트리밍 가공 및 방사 컷 가공의 실시 순서는 순서 무관이다. 상술한 실시 형태에서는, 트리밍 가공 및 방사 컷 가공을 레이저 가공의 예로서 설명했지만, 이것으로 한정되지 않는다. 상술한 실시 형태는, 대상물(100)의 일부분을 박리하기 위한 박리 가공에 적용해도 된다. 박리 가공은 대상물의 내부에 있어서 가상면을 따라서 개질 영역을 형성하는 레이저 가공이다. 또, 상술한 실시 형태는, 격자 모양으로 늘어서는 복수의 라인을 따라서 대상물(100)을 절단하기 위한 레이저 가공에 적용해도 된다.
상술한 실시 형태에서는, 방사 컷 가공에 있어서의 레이저광(L1)의 집광점의 이동 방향은 특별히 한정되지 않고, X방향을 따라서 대상물(100)의 내측으로부터 외측 또는 외측으로부터 내측을 향해 해당 집광점을 이동시켜도 되고, X방향의 일방향 또는 타방향을 향해 해당 집광점을 이동시켜도 된다.
상술한 실시 형태에서는, 대상물(100)의 종류, 대상물(100)의 형상, 대상물(100)의 사이즈, 대상물(100)이 가지는 결정 방위의 수 및 방향, 그리고 대상물(100)의 주면의 면방위는 특별히 한정되지 않는다. 상술한 실시 형태에서는, 라인(M3)의 형상은 특별히 한정되지 않는다. 상술한 실시 형태에서는, 대상물(100)은 결정 구조를 가지는 결정 재료를 포함하여 형성되어 있어도 되고, 이것을 대신하여 혹은 이것에 더하여, 비결정 구조(비정질 구조)를 가지는 비결정 재료를 포함하여 형성되어 있어도 된다. 결정 재료는 이방성 결정 및 등방성 결정 중 어느 것이어도 된다. 예를 들면 대상물(100)은, 질화 갈륨(GaN), 실리콘(Si), 실리콘 카바이드(SiC), LiTaO3, 다이아몬드, GaOx, 사파이어(Al2O3), 갈륨 비소, 인화 인듐, 유리, 및 무알칼리 유리 중 적어도 어느 것으로 형성되어 있어도 된다.
상술한 실시 형태에서는, 대상물(100)의 이면(100b)을 레이저광 입사면으로 했지만, 대상물(100)의 표면(100a)을 레이저광 입사면으로 해도 된다. 상술한 실시 형태에서는, 개질 영역(4)은, 예를 들면 대상물(100)의 내부에 형성된 결정 영역, 재결정 영역, 또는, 게터링 영역이어도 된다. 결정 영역은 대상물(100)의 가공 전의 구조를 유지하고 있는 영역이다. 재결정 영역은 일단은 증발, 플라스마화 혹은 용융된 후, 재응고될 때에 단결정 혹은 다결정으로서 응고된 영역이다. 게터링 영역은 중금속 등의 불순물을 모아 포획하는 게터링 효과를 발휘하는 영역으로, 연속적으로 형성되어 있어도 되고, 단속적으로 형성되어 있어도 된다. 또, 상술한 실시 형태는, 어브레이션(ablation) 등의 가공에 적용되어도 된다.
상술한 실시 형태 및 변형예에 있어서의 각 구성에는, 상술한 재료 및 형상으로 한정되지 않고, 다양한 재료 및 형상을 적용할 수 있다. 또, 상술한 실시 형태 또는 변형예에 있어서의 각 구성은, 다른 실시 형태 또는 변형예에 있어서의 각 구성에 임의로 적용할 수 있다.
1, 101, 201…레이저 가공 장치 4…개질 영역
7…지지부 9…제어부
100…대상물 10A, 10B…레이저 가공 헤드(조사부)
110…X방향 이동 기구(제1 이동 기구)
120…Y방향 이동 기구(제2 이동 기구)
130…Z방향 이동 기구(제3 이동 기구)
C…축 L1, L2…레이저광
M3…라인(고리 모양 라인) M4…라인(직선 모양 라인)

Claims (7)

  1. 대상물에 집광 영역의 일부를 맞춰 레이저광을 조사하는 것에 의해, 상기 대상물에 개질 영역을 형성하는 레이저 가공 장치로서,
    연직 방향을 따른 축을 중심으로 회전 가능하게 구성되고, 상기 대상물을 지지하는 지지부와,
    상기 지지부에 의해서 지지된 상기 대상물에 대해서, 제1 수평 방향을 편광 방향으로 한 상기 레이저광을 조사하는 조사부와,
    상기 편광 방향인 상기 제1 수평 방향을 따라서 상기 조사부를 이동시키는 제1 이동 기구와,
    상기 편광 방향에 수직인 수평 방향인 제2 수평 방향을 따라서 상기 지지부 및 상기 조사부 중 적어도 일방을 이동시키는 제2 이동 기구와,
    상기 지지부, 상기 조사부, 상기 제1 이동 기구 및 상기 제2 이동 기구의 동작을 제어하는 제어부를 구비하는, 레이저 가공 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 대상물에 있어서 상기 지지부의 상기 축에 대해 상기 제2 수평 방향으로 떨어진 위치에 상기 집광 영역의 일부를 맞춘 상태에서, 상기 조사부로부터 상기 제1 수평 방향을 편광 방향으로 한 상기 레이저광을 상기 대상물에 조사시키면서 상기 지지부를 회전시킴으로써, 고리 모양 라인을 따라서 상기 개질 영역을 상기 대상물에 형성시키는 제1 처리를 실행하는, 레이저 가공 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 조사부로부터 상기 제1 수평 방향을 편광 방향으로 한 상기 레이저광을 상기 대상물에 조사시키면서, 상기 제1 수평 방향을 따라서 상기 제1 이동 기구에 의해 상기 조사부를 이동시킴으로써, 상기 제1 수평 방향으로 연장되어 있는 직선 모양 라인을 따라서 상기 개질 영역을 상기 대상물에 형성시키는 제2 처리를 실행하는, 레이저 가공 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제2 처리의 실행 후, 상기 지지부를 회전시켜 상기 대상물을 일정 각도 회전시킨 후에, 다시 상기 제2 처리를 실행하는, 레이저 가공 장치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 이동 기구는, 상기 조사부만을 이동시키는, 레이저 가공 장치.
  6. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 이동 기구는, 상기 지지부만을 이동시키는, 레이저 가공 장치.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연직 방향을 따라서 상기 조사부를 이동시키는 제3 이동 기구를 더 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 제3 이동 기구의 동작을 더 제어하는, 레이저 가공 장치.
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