KR20230069240A - 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법 - Google Patents

레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법 Download PDF

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KR20230069240A
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laser
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지카라 아이카와
히로카즈 하야시
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가부시키가이샤 도교 세이미쓰
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Abstract

가공홈의 가공 품질의 유지 및 택 타임 증가의 방지를 동시에 달성할 수 있는 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법을 제공한다. 제2 레이저 광을 가공 이송 방향을 따라 분기 광의 복수의 빔으로 분기시키도록 구성되는 분기 소자, 및 분기 소자에 의해 분기된 분기 광의 복수의 빔들을 가공 대상인 스트리트 상에 집속시키도록 구성되는 제2 집광 렌즈가 구비된다. 제2 집광 렌즈에 의해 스트리트 상에 집속되는 각 분기 광의 스폿 중에서 서로 인접하는 선행 스폿과 후행 스폿 사이의 간격에 해당하는 분기 거리를 L이라고 하고, 상대 이동 속도에 해당하는 가공 속도를 V라고 하고, 선행 스폿의 가공 위치와 상기 후행 스폿이 겹칠 때까지의 시간을 τ이라고 했을 때, 시간 τ는 τ=L/V로 표현되고, 제2 홈의 가공 품질의 악화가 발생하는 시간의 임계값을 τ1이라고 했을 때, τ>τ1이 충족된다.

Description

레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법
본 개시는 웨이퍼의 레이저 가공을 행하는 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법에 관한 것이다.
최근의 반도체 디바이스의 제조 분야에서는, 실리콘 등의 기판 표면에 유리질 재료로 이루어지는 저유전율 절연체 피막(Low-k막) 및 회로를 형성하도록 구성되는 기능막을 적층하여 제작된 적층체가 복수의 디바이스를 형성하는 웨이퍼(반도체 웨이퍼)가 알려져 있다. 이러한 웨이퍼는, 복수의 디바이스가 격자상의 스트리트(street)에 의해 격자 패턴으로 구획되고 있어, 웨이퍼를 스트리트를 따라 분할함으로써 개개의 디바이스가 제조된다.
웨이퍼를 복수의 디바이스(칩)로 분할하는 방법의 예시로서, 고속으로 회전하도록 구성된 블레이드를 사용하는 방법, 및 웨이퍼의 내부에서 스트리트를 따라 레이저 가공 영역을 형성해서 이 레이저 가공 영역이 형성됨으로 인해 강도가 저하된 스트리트를 따라 외력을 가하는 방법이 알려져 있다. 그러나, Low-k막이 적용된 웨이퍼의 경우, Low-k막의 소재와 웨이퍼의 소재가 다르기 때문에, 전자의 방법에 의해 블레이드로 절연막과 기판을 동시에 절단하는 것이 곤란하다. 후자의 방법에서는, Low-k막이 스트리트 상에 존재할 때는 개개의 디바이스를 양호한 품질로 분할하는 것이 곤란하다.
따라서, 특허문헌 1은 웨이퍼 상의 스트리트를 따라 2개의 외연 절삭홈(edge cutting grooves)(차단홈들)들을 형성하는 외연 절삭 가공 및 2개의 외연 절삭홈들 사이에 속파냄홈(hollow groove)(분할홈)을 형성하는 속파냄 가공을 행하도록 구성되는 레이저 가공 장치를 개시한다. 이 타입의 레이저 가공 장치는 웨이퍼에 대하여 레이저 광학 시스템을 가공 이송 방향의 일방향측(예를 들면, 왕로 방향측)으로 상대적으로 이동시키면서 레이저 광학 시스템으로 동일한 스트리트를 따라 2개의 외연 절삭홈들 및 속파냄홈을 동시에 형성(병행 형성)함으로써 Low-k막을 제거하도록 구성된다.
특허문헌 2는 웨이퍼를 지지하는 척(chuck) 및 레이저 광학 시스템을 서로 상대적으로 이동시키면서 레이저 광학 시스템으로 다이싱(dicing) 스트리트를 따라 서로 평행한 한 쌍의 트렌치(2개의 제1 홈들) 및 한 쌍의 트렌치 사이에 형성되는 오목부인 퍼로우(furrow)(제2 홈)를 형성하도록 구성되는 레이저 가공 장치를 개시한다. 특허문헌 2의 레이저 광학 시스템은 웨이퍼에 대한 레이저 광학 시스템의 가공 이송 방향(왕로 방향 또는 귀로 방향)에 관계없이, 트렌치 가공을 위한 레이저 빔을 퍼로우 가공을 위한 레이저 빔보다 선행시킨다.
또한, 특허문헌 2에 기재된 레이저 가공 장치는 퍼로우 가공을 위한 레이저 빔을 가공 이송 방향으로 4개의 광 빔들로 분기하고, 4개의 광 빔들로 분기된 레이저 빔을 공유 집광 렌즈에 의해 스트리트 상에 개별적으로 집속시킴으로써 퍼로우 가공을 행한다.
일본국 특개2009-182019호 공보 일본국 특개2016-208035호 공보
그런데, 특허문헌 1에 기재된 레이저 가공 장치에서, 스트리트 상에 형성되는 가공홈(2개의 외연 절삭홈들 및 속파냄홈)들의 가공 깊이, 특히 바람직하게는 속파냄홈의 가공 깊이를 증가시킬 때에는, 속파냄 가공에 대응하는 레이저 광(펄스 레이저 광)의 출력을 증가시키거나 레이저 광의 반복 주파수를 증가시킬 필요가 있다. 그러나, 이 경우, 웨이퍼의 용융으로 인한 가공홈의 백필링(backfilling)이 지배적이므로, 원하는 가공 깊이를 얻을 수 없고, 가공 품질도 악화된다.
가공홈(속파냄홈)의 가공 품질의 악화를 방지하기 위해, 예를 들면, 각 웨이퍼에 정해진 가공 품질이 유지되는 레이저 광 출력의 임계값에 기초해서, 이 임계값을 초과하지 않는 출력의 레이저 광으로 속파냄 가공을 행하는 방법이 있다. 그러나, 이 경우, 복수회(복수 패스)의 속파냄 가공이 각 스트리트에 행해져야 하므로, 택 타임(tact time)이 증가하게 된다.
따라서, 상술한 임계값 미만의 출력의 레이저 광으로 속파냄 가공을 행할 때에는, 예를 들면, 속파냄 가공을 행하기 위한 집광 렌즈의 수를 늘림으로써, 스트리트마다 단 1회의 속파냄 가공을 행함으로써 원하는 깊이의 속파냄홈을 형성하는 방법이 있다 (후술의 도 8 참조). 그러나, 이 경우, 집광 렌즈 수의 증가분만큼 웨이퍼에 대한 레이저 광학 시스템의 상대 이동량(가공 거리)이 증가하기 때문에, 택 타임이 증가하게 된다. 또한, 각 집광 렌즈는 동일선상에 정렬되어야 하므로, 그 정렬 조정의 번잡함 및 난이도가 증가하게 된다.
따라서, 상술한 특허문헌 2에 기재된 바와 같이, 속파냄 가공에 대응하는 레이저 광을 분기 광의 복수의 빔들로 분기시키고, 분기 광의 각 빔들을 공유 집광 렌즈로 스트리트 상에 집속시키는 방법을 생각할 수 있다. 그러나, 분기 광의 각 빔들의 분기 거리(간격)가 좁을 때, 레이저 광의 반복 주파수가 증가된 것과 같은 상태가 발생할 수 있다. 이 경우, 웨이퍼가 충분하게 냉각되지 않은 상태에서 스트리트에 번갈아 레이저 광(펄스 레이저 광)이 조사되기 때문에, 웨이퍼로의 입열(heat input) 증가로 인해 가공홈의 가공 품질이 악화될 우려가 있다.
이러한 사정을 감안하여, 본 개시의 목적은 가공홈의 가공 품질을 유지하면서도 택 타임의 증가를 방지할 수 있는 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법을 제공하는 것이다.
본 개시의 목적을 달성하기 위한 레이저 가공 장치는, 웨이퍼를 지지하는 테이블에 대하여 레이저 광학 시스템을 웨이퍼의 스트리트를 따라 가공 이송 방향으로 상대적으로 이동시키면서, 레이저 광학 시스템에 의해 스트리트를 따라 서로 평행한 2개의 제1 홈들을 형성하는 외연 절삭 가공 및 2개의 제1 홈들 사이에 제2 홈을 형성하는 속파냄 가공을 행하도록 구성되고, 레이저 광학 시스템은, 외연 절삭 가공을 위한 제1 레이저 광의 2개의 빔들 및 속파냄 가공을 위한 제2 레이저 광을 출사하도록 구성되는 레이저 광 출사 시스템; 레이저 광 출사 시스템으로부터 출사된 제1 레이저 광의 2개의 빔을 가공 대상인 스트리트 상에 집속시키도록 구성되는 제1 집광 렌즈; 레이저 광 출사 시스템으로부터 출사된 제2 레이저 광을 가공 이송 방향을 따라 분기 광의 복수의 빔들로 분기시키도록 구성되는 분기 소자; 분기 소자에 의해 분기된 분기 광의 복수의 빔들을 가공 대상인 스트리트 상에 집속시키도록 구성되는 제2 집광 렌즈를 포함하고, 여기에서 제2 집광 렌즈에 의해 스트리트 상에 집속되는 분기 광의 각 빔의 스폿(spot) 중에서 서로 인접하는 선행 스폿과 후행 스폿 사이의 간격에 해당하는 분기 거리를 L이라고 하고, 상대 이동 속도에 해당하는 가공 속도를 V라고 하고, 선행 스폿의 가공 위치와 후행 스폿이 겹칠 때까지 걸리는 시간을 τ라고 했을 때, 시간 τ는 τ=L/V로 표현되고, 제2 홈의 가공 품질의 악화가 발생하는 시간의 임계값을 τ1이라고 했을 때, τ>τ1이 충족된다.
이 레이저 가공 장치는 택 타임의 증가를 방지하고 가공홈(제2 홈)의 가공 품질을 악화시키지 않고 원하는 가공 깊이를 달성할 수 있다.
본 개시의 다른 태양에 따른 레이저 가공 장치에서, 레이저 광 출사 시스템은 외연 절삭 가공에 대응하는 조건의 레이저 광을 출사하도록 구성되는 제1 레이저 광원, 속파냄 가공에 대응하는 조건의 레이저 광을 출사하도록 구성되는 제2 레이저 광원, 제1 레이저 광원으로부터 출사된 레이저 광으로부터 제1 레이저 광의 2개의 빔들을 형성하도록 구성되는 제1 광 형성 소자, 및 제2 레이저 광원으로부터 출사된 레이저 광으로부터 제2 레이저 광을 형성하도록 구성되는 제2 광 형성 소자를 포함하고, 여기에서 분기 소자는 제2 광 형성 소자 및 제2 집광 렌즈 사이의 광로 상에 구비된다. 이로 인해 레이저 가공의 고속화 및 택 타임의 단축을 달성할 수 있다.
본 개시의 다른 태양에 따른 레이저 가공 장치에서, 레이저 광 출사 시스템은 레이저 광을 출사하도록 구성되는 레이저 광원, 레이저 광원으로부터 출사된 레이저 광을 2분기시키도록 구성되는 2분기 소자, 2분기 소자에 의해 2분기된 레이저 광의 일방으로부터 제1 레이저 광의 2개의 빔들을 형성하도록 구성되는 제1 광 형성 소자, 및 2분기 소자에 의해 2분기된 레이저 광의 타방으로부터 제2 레이저 광을 형성하도록 구성되는 제2 광 형성 소자를 포함하고, 여기에서 분기 소자는 제2 광 형성 소자 및 제2 집광 렌즈 사이의 광로 상에 구비된다.
본 개시의 다른 태양에 따른 레이저 가공 장치에서, 제2 광 형성 소자는 스트리트 상에 비원형 형상의 스폿을 형성하는 제2 레이저 광을 형성하고, 레이저 가공 장치는 제2 광 형성 소자를 제2 광 형성 소자의 광축을 중심으로 하는 축 주위 방향으로 회전시키도록 구성되는 제2 광 형성 소자 회전 기구를 더 포함한다. 이로 인해 제2 홈의 폭을 조정할 수 있다.
본 개시의 다른 태양에 따른 레이저 가공 장치는, 제1 광 형성 소자를 제1 광 형성 소자의 광축을 중심으로 하는 축 주위 방향으로 회전시키도록 구성되는 제1 광 형성 소자 회전 기구를 포함한다. 이로 인해 2개의 제1 홈들 사이의 간격을 조정할 수 있다.
본 개시의 다른 태양에 따른 레이저 가공 장치에서, 제2 집광 렌즈는, 제1 집광 렌즈를 사이에 두고 제1 집광 렌즈와 함께 가공 이송 방향을 따라 일렬로 배열된 2개의 렌즈를 포함하고, 레이저 가공 장치는, 레이저 광 출사 시스템으로부터 출사된 제1 레이저 광의 2개의 빔들을 제1 집광 렌즈로 유도하고 또한 분기 소자에 의해 분기된 분기 광의 복수의 빔들을 제2 집광 렌즈의 2개의 렌즈로 선택적으로 유도하도록 구성되는 접속 광학 시스템을 더 포함하고, 접속 광학 시스템은, 테이블에 대하여 레이저 광학 시스템이 가공 이송 방향의 왕로 방향측으로 상대적으로 이동될 때에는, 분기 광의 복수의 빔들을 제1 집광 렌즈에 대하여 왕로 방향측과는 반대인 귀로 방향측에 위치하는 제2 집광 렌즈로 유도하고, 테이블에 대하여 레이저 광학 시스템이 귀로 방향측으로 상대적으로 이동될 때에는, 분기 광의 복수의 빔들을 제1 집광 렌즈에 대하여 왕로 방향측에 위치하는 제2 집광 렌즈로 유도한다. 이로 인해 레이저 가공의 택 타임을 단축할 수 있다.
본 개시의 다른 태양에 따른 레이저 가공 장치에서, 제2 레이저 광은 펄스 레이저 광이고, 가공 속도 및 제2 레이저 광의 반복 주파수 중 적어도 어느 하나가 조정되어 각 스폿에 대하여 스폿에 조사되는 다음 스폿의 가공 이송 방향의 오버랩율이 50% 이하가 된다. 이로 인해 가공홈(제2 홈)의 가공 품질을 보다 향상시킬 수 있다.
본 개시의 목적을 달성하기 위한 레이저 가공 방법은, 웨이퍼를 지지하는 테이블에 대하여 레이저 광학 시스템을 웨이퍼의 스트리트를 따라 가공 이송 방향으로 상대적으로 이동시키면서, 레이저 광학 시스템에 의해 스트리트를 따라 서로 평행한 2개의 제1 홈들을 형성하는 외연 절삭 가공 및 2개의 제1 홈들 사이에 제2 홈을 형성하는 속파냄 가공을 행하고, 여기에서 레이저 광학 시스템은, 외연 절삭 가공을 위한 제1 레이저 광의 2개의 빔들 및 속파냄 가공을 위한 제2 레이저 광을 출사하고; 제1 레이저 광의 2개의 빔들을 제1 집광 렌즈에 의해 가공 대상인 스트리트 상에 집속시키고; 제2 레이저 광을 가공 이송 방향을 따라 분기 광의 복수의 빔들로 분기시키고; 분기 광의 복수의 빔들을 제2 집광 렌즈에 의해 가공 대상인 스트리트 상에 집속시키고, 여기에서 제2 집광 렌즈에 의해 스트리트 상에 집속되는 분기 광의 각 빔의 스폿 중에서 서로 인접하는 선행 스폿과 후행 스폿 사이의 간격에 해당하는 분기 거리를 L이라고 하고, 상대 이동 속도에 해당하는 가공 속도를 V라고 하고, 선행 스폿의 가공 위치와 후행 스폿이 겹칠 때까지 걸리는 시간을 τ라고 했을 때, 시간 τ는 τ=L/V로 표현되고, 제2 홈의 가공 품질의 악화가 발생하는 시간의 임계값을 τ1이라고 했을 때, τ>τ1이 충족된다.
본 개시는 가공홈의 가공 품질의 유지 및 택 타임 증가의 방지를 모두 달성할 수 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 레이저 가공 장치의 개략도이다.
도 2는 레이저 가공 장치에 의한 가공 대상인 웨이퍼의 평면도이다.
도 3은 홀수번째의 스트리트에 따른 레이저 가공을 설명하기 위한 설명도이다.
도 4는 짝수번째의 스트리트에 따른 레이저 가공을 설명하기 위한 설명도이다.
도 5는 웨이퍼에 대하여 왕로 방향측으로 상대적으로 이동되는 레이저 광학 시스템에 의한 외연 절삭 가공 및 속파냄 가공을 설명하기 위한 설명도이다.
도 6은 웨이퍼에 대하여 귀로 방향측으로 상대적으로 이동되는 레이저 광학 시스템에 의한 외연 절삭 가공 및 속파냄 가공을 설명하기 위한 설명도이다.
도 7은 제1 실시예에 따른 레이저 가공 장치에 의한 웨이퍼의 각 스트리트에 대한 레이저 가공의 플로우, 특히 제1 고속 셔터, 제2 고속 셔터, 제1 안전 셔터, 및 제2 안전 셔터의 동작을 도시하는 플로우 차트이다.
도 8은 비교예와 본 실시예에 있어서, 각 스트리트에 대한 레이저 가공에 필요한 가공 거리를 비교하기 위한 설명도이다.
도 9는 제2 레이저 광의 반복 주파수가 10kHz이고, 가공 속도가 300mm/s일 때의 속파냄 가공을 설명하기 위한 설명도이다.
도 10은 제2 레이저 광의 반복 주파수가 10kHz이고, 가공 속도가 30mm/s일 때의 속파냄 가공을 설명하기 위한 설명도이다.
도 11은 제2 집광 렌즈에 의해 스트리트(왕로 및 귀로) 상에 집속되는 분기 광의 각 빔들의 스폿들을 도시하는 상면도이다.
도 12는 제2 레이저 광이 분기되지 않을 때 스트리트 상의 임의의 한 점에서의 입열과 경과 시간의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 13은 "τ<τ1"일 때 스트리트 상의 임의의 한 점에서의 입열과 경과 시간의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 14는 "τ>>τ1"이 충족될 때 스트리트 상의 임의의 한 점에서의 입열과 경과 시간의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 15는 "τ>τ1"이 충족될 때 스트리트 상의 임의의 한 점에서의 입열과 경과 시간의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 16은 비교예의 "1-스폿"과 본 실시예의 "2-스폿"에 있어서, 속파냄 가공의 가공 조건과 속파냄홈의 바닥면의 가공 상태의 관계를 도시하는 설명도이다.
도 17은 도 16에 도시된 각 가공 조건(A-D, A1-D1)들에 대한 입열과 속파냄홈의 가공 깊이의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 18은 도 16에 도시된 각 가공 조건들에 대한 가공 속도와 속파냄홈의 가공 깊이의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 19는 속파냄 가공의 바람직한 오버랩율을 설명하기 위한 설명도이다.
도 20은 제1 회전 기구에 의한 2개의 외연 절삭홈들 사이의 Y 방향의 간격 조정을 설명하기 위한 설명도이다.
도 21은 제2 회전 기구에 의한 속파냄홈의 Y 방향의 폭 조정을 설명하기 위한 설명도이다.
도 22는 제3 실시예에 따른 분기 광의 각 빔에 대한 스폿들의 상면도이다.
도 23은 제4 실시예에 따른 레이저 가공 장치의 레이저 광학 시스템의 개략도이다.
[제1 실시예에 따른 레이저 가공 장치의 전체 구성]
도 1은 제1 실시예의 레이저 가공 장치(10)의 개략도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 레이저 가공 장치(10)는, 웨이퍼(12)를 복수의 칩(14)(도 2 참조)으로 분할하기 전의 전공정(pre-process)으로서 웨이퍼(12)에 대하여 레이저 가공(어블레이션(ablation) 홈 가공)을 행한다. 도면 중의 XYZ 방향은 서로 직교하고, 이 중 X 방향 및 Y 방향은 수평 방향이며, Z 방향은 수직 방향이다. 여기에서, X 방향은 본 개시의 가공 이송 방향에 해당한다.
도 2는 레이저 가공 장치(10)에 의한 가공 대상인 웨이퍼(12)의 평면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(12)는 실리콘 등의 기판 표면 상에 적층된 회로를 형성하는 기능막과 Low-k막을 포함하는 적층체이다. 웨이퍼(12)는 격자 패턴으로 배열된 복수의 스트리트(C)(분할 대상인 라인)에 의해 복수의 영역으로 구획되어 있다. 이 구획된 각 영역에는, 칩(14)을 구성하는 디바이스(16)가 구비된다.
레이저 가공 장치(10)는 도면 중의 괄호 안의 숫자 (1) 내지 (4), ...로 도시된 바와 같이 각 스트리트(C)에 대하여 스트리트(C)를 따라 웨이퍼(12) 상에 레이저 가공을 행함으로써 기판 상의 Low-k막 등을 제거한다.
이 때, 레이저 가공 장치(10)는 웨이퍼(12)의 레이저 가공에 필요한 택 타임을 단축시키기 위해, 웨이퍼(12)에 대한 레이저 광학 시스템(24)(후술함)의 이동 방향을 각 스트리트(C)에 대하여 X 방향으로 교대로 전환한다.
예를 들면, 도면 중의 괄호 안의 숫자 (1), (3) 등으로 표시된 홀수번째의 스트리트(C)를 따라 레이저 가공을 행할 때에는, 웨이퍼(12)에 대하여 후술의 레이저 광학 시스템(24)은 X 방향의 일방향측인 왕로 방향측(X1)(도 5 참조)으로 상대적으로 이동된다. 도면 중의 괄호 안의 숫자 (2), (4) 등으로 표시된 짝수번째의 스트리트(C)를 따라 레이저 가공이 행해질 때에는, 웨이퍼(12)에 대하여 레이저 광학 시스템(24)은 X 방향의 타방향측, 즉, 왕로 방향측(X1)과는 반대인 귀로 방향측(X2)(도 6 참조)으로 상대적으로 이동된다.
도 3은 홀수번째의 스트리트(C)에 따른 레이저 가공을 설명하기 위한 설명도이다. 도 4는 짝수번째의 스트리트(C)에 따른 레이저 가공을 설명하기 위한 설명도이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 레이저 가공으로서 외연 절삭 가공 및 속파냄 가공이 동시에 (병행하여) 실행된다. 외연 절삭 가공은, 제1 레이저 광의 2개의 빔(L1)들을 사용하여 스트리트(C)를 따라 서로 평행한 2개의 외연 절삭홈(18)(본 개시의 2개의 제1 홈들에 해당하는 어블레이션 홈들)들을 형성하는 레이저 가공이다.
속파냄 가공은, 외연 절삭 가공에 의해 형성된 2개의 외연 절삭홈(18)들 사이에 속파냄홈(19)(본 개시의 제2 홈에 해당하는 어블레이션 홈)을 형성하는 레이저 가공이다. 본 실시예에서, 속파냄 가공은 제1 레이저 광의 2개의 빔(L1)들보다 직경이 큰 제2 레이저 광(L2)을 가공 이송 방향(X 방향)으로 복수의 광의 빔들로 분기시킴으로써 형성된 분기 광의 빔(L2a)들을 사용해서 행해진다. 어블레이션 홈들에 해당하는 2개의 외연 절삭홈(18)들 및 속파냄홈(19)에 대해서는, 공지된 기술이므로 그 상세에 관한 설명은 생략된다 (특허문헌1 참조).
레이저 가공 장치(10)에서는, 웨이퍼(12)에 대하여 후술의 레이저 광학 시스템(24)이 왕로 방향측(X1)(도 5 참조)으로 상대적으로 이동되는 경우와 귀로 방향측(X2)(도 6 참조)으로 상대적으로 이동되는 경우 모두에서 외연 절삭 가공이 속파냄 가공보다 선행해서 행해진다.
도 1로 돌아가서, 레이저 가공 장치(10)는 테이블(20), 제1 레이저 광원(22A), 제2 레이저 광원(22B), 레이저 광학 시스템(24), 현미경(26), 상대 이동 기구(28), 및 제어 장치(30)를 포함한다.
테이블(20)은 웨이퍼(12)를 지지한다. 테이블(20)은 제어 장치(30)의 제어 하에, 상대 이동 기구(28)에 의해, 가공 대상인 스트리트(C)에 평행한 가공 이송 방향인 X 방향과 스트리트(C)의 폭 방향에 평행한 Y 방향으로 이동되고, Z 방향에 평행한 테이블(20)의 중심축(회전축)을 중심으로 해서 회전된다.
제1 레이저 광원(22A) 및 제2 레이저 광원(22B)은 후술의 레이저 광학 시스템(24)과 함께 본 개시의 레이저 광학 시스템을 구성한다. 제1 레이저 광원(22A)은 외연 절삭 가공에 적합한 조건(파장, 펄스 폭, 및 반복 주파수 등)의 펄스 레이저 광인 레이저 광(LA)을 레이저 광학 시스템(24)에 지속적으로 출사한다. 제2 레이저 광원(22B)은 속파냄 가공에 적합한 조건(파장, 펄스 폭, 및 반복 주파수 등)의 펄스 레이저 광인 레이저 광(LB)을 레이저 광학 시스템(24)에 지속적으로 출사한다.
여기에서, 후술의 제4 실시예와 같이, 1개의 레이저 광원(22)(도 23참조)으로 외연 절삭홈 가공 및 속파냄홈 가공을 모두 행하는 것도 생각할 수 있지만, 레이저 광 조건에 따라서는, 외연 절삭홈 가공의 속도는 증가할 수 있어도 속파냄홈 가공의 속도는 증가할 수 없으므로, 속도가 향상될 수 없는 속파냄홈 가공의 속도에서 가공을 행할 필요가 있다. 레이저 광 조건에 따라서는 그 반대가 될 경우도 있다. 따라서, 각 경우에서 낮은 속도가 레이저 가공에 있어서의 상한 속도가 된다.
따라서, 외연 절삭 가공 및 속파냄 가공의 경우, 가공 속도와 가공 마무리에 각각 적합한 레이저 광 조건이 있다. 이 때문에, 외연 절삭 가공 및 속파냄 가공에 다른 광원들(제1 레이저 광원(22A) 및 제2 레이저 광원(22B))을 사용하는 것이 바람직하다. 이로 인해 레이저 가공이 보다 빨라지므로, 택 타임을 단축시킬 수 있다.
레이저 광학 시스템(24)(레이저 유닛 또는 레이저 헤드라고도 함)은, 상세하게는 후술하지만, 제1 레이저 광원(22A)으로부터의 레이저 광(LA)에 기초해서 외연 절삭 가공을 위한 제1 레이저 광의 2개의 빔(L1)들을 형성한다. 레이저 광학 시스템(24)은 제2 레이저 광원(22B)으로부터의 레이저 광(LB)에 기초해서 속파냄 가공을 위한 제2 레이저 광(L2)의 1개의 빔을 형성한 후, 이 제2 레이저 광(L2)을 분기 광의 복수의 빔(L2a)들로 분기시킨다. 그리고 레이저 광학 시스템(24)은 제1 레이저 광의 2개의 빔(L1)들을 제1 집광 렌즈(38)로부터 스트리트(C)를 향해서 출사(조사)한다. 레이저 광학 시스템(24)은 제어 장치(30)의 제어 하에 분기 광의 각 빔(L2a)들을 2개의 제2 집광 렌즈(40A, 40B)로부터 선택적으로 스트리트(C)를 향해서 출사(조사)한다.
또한, 레이저 광학 시스템(24)은 제어 장치(30)의 제어 하에 상대 이동 기구(28)에 의해 Y 방향 및 Z 방향으로 이동된다.
현미경(26)은 레이저 광학 시스템(24)에 고정되어, 레이저 광학 시스템(24)과 일체로 이동한다. 현미경(26)은 외연 절삭 가공 및 속파냄 가공 전에, 웨이퍼(12) 상에 형성되어 있는 정렬 기준(도시 생략)의 화상을 촬영한다. 현미경(26)은 또한 외연 절삭 가공 및 속파냄 가공에 의해 스트리트(C)를 따라 형성된 2개의 외연 절삭홈(18)들 및 속파냄홈(19)의 화상을 촬영한다. 현미경(26)에 의해 촬영된 화상(화상 데이터)은 제어 장치(30)에 출력되어, 이 제어 장치(30)에 의해 미도시의 모니터에 표시된다.
상대 이동 기구(28)는 미도시의 XYZ 액추에이터 및 모터 등을 포함하고, 제어 장치(30)의 제어 하에 테이블(20)의 XY 방향의 이동 및 회전축을 중심으로 하는 회전과, 레이저 광학 시스템(24)의 Z 방향의 이동을 행한다. 이로 인해 상대 이동 기구(28)는 레이저 광학 시스템(24)을 테이블(20) 및 웨이퍼(12)에 대하여 상대적으로 이동시킬 수 있다. 레이저 광학 시스템(24)이 테이블(20)(웨이퍼(12))에 대하여 각 방향(회전을 포함함)으로 상대적으로 이동될 수 있는 한 그 상대적 이동 방법은 제한되지 않는다.
상대 이동 기구(28)를 구동함으로써, 가공 대상인 스트리트(C)의 일단에 해당하는 가공 시작 위치에 대한 레이저 광학 시스템(24)의 정렬, 및 스트리트(C)에 따른 X 방향[왕로 방향측(X1)(도 5 참조) 또는 귀로 방향측(X2)(도 6 참조)]의 레이저 광학 시스템(24)의 상대적인 이동이 행해질 수 있다. 상대 이동 기구(28)를 구동하고 테이블(20)을 90° 회전시킴으로써, 웨이퍼(12)의 Y 방향에 따른 각 스트리트(C)는 가공 이송 방향에 해당하는 X 방향에 평행하게 될 수 있다.
제어 장치(30)는, 예를 들면, PC(Personal Computer)와 같은 연산 장치를 포함하고, 각종 프로세서(Processor) 및 메모리 등을 포함하는 연산 회로가 구비된다. 각종 프로세서는, CPU(Central Processing Unit), GPU(Graphics Processing Unit), ASIC(Application Specific Integrated Circuit), 및 프로그램 가능 논리 디바이스[예를 들면, SPLD(Simple Programmable Logic Devices), CPLD(Complex Programmable Logic Device), 및 FPGA(Field Programmable Gate Arrays)] 등을 포함한다. 제어 장치(30)의 각종 기능은 단일 프로세서에 의해 실현될 수 있고, 동종 또는 이종의 복수의 프로세서에 의해 실현될 수도 있다.
제어 장치(30)는 제1 레이저 광원(22A), 제2 레이저 광원(22B), 레이저 광학 시스템(24), 현미경(26), 및 상대 이동 기구(28) 등의 동작을 통괄적으로 제어한다.
[레이저 광학 시스템]
도 5는 웨이퍼(12)에 대하여 왕로 방향측(X1)으로 상대적으로 이동되는 레이저 광학 시스템(24)에 의한 외연 절삭 가공 및 속파냄 가공을 설명하기 위한 설명도이다. 도 6은, 웨이퍼(12)에 대하여 귀로 방향측(X2)으로 상대적으로 이동되는 레이저 광학 시스템(24)에 의한 외연 절삭 가공 및 속파냄 가공을 설명하기 위한 설명도이다. 이하, 웨이퍼(12)에 대하여, 왕로 방향측(X1)으로 상대적으로 이동되는 레이저 광학 시스템(24)의 가공 대상인 홀수번째의 스트리트(C)를 "왕로"라고 하고, 귀로 방향측(X2)으로 상대적으로 이동되는 레이저 광학 시스템(24)의 가공 대상인 짝수번째의 스트리트(C)를 "귀로"라고 한다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 레이저 광학 시스템(24)은 제1 안전 셔터(100A) 및 제2 안전 셔터(100B), 안전 셔터 구동 기구(102), 제1 광 형성 소자(32), 제2 광 형성 소자(34), 분기 소자(35), 접속 전환 소자(36), 제1 집광 렌즈(38), 2개의 제2 집광 렌즈(40A, 40B), 제1 고속 셔터(47A), 제2 고속 셔터(47B), 및 고속 셔터 구동 기구(47C)를 포함한다.
제1 안전 셔터(100A)는 제1 레이저 광원(22A)과 제1 광 형성 소자(32) 사이의 레이저 광(LA)의 광로에 대하여 자유롭게 삽입 및 퇴피 가능하도록 구비된다. 마찬가지로, 제2 안전 셔터(100B)는 제2 레이저 광원(22B)과 제2 광 형성 소자(34) 사이의 레이저 광(LB)의 광로에 대하여 자유롭게 삽입 및 퇴피 가능하도록 구비된다.
안전 셔터 구동 기구(102)는 제어 장치(30)의 제어 하에, 레이저 광(LA)의 광로에 대하여 제1 안전 셔터(100A)를 삽입 및 퇴피시키고, 레이저 광(LB)의 광로에 대하여 제2 안전 셔터(100B)를 삽입 및 퇴피시키도록 구성되는 액추에이터이다. 안전 셔터 구동 기구(102)는 레이저 가공시 이외에는, 레이저 광(LA)의 광로에 대하여 제1 안전 셔터(100A)를 삽입하고 레이저 광(LB)의 광로에 대하여 제2 안전 셔터(100B)를 삽입함으로써 레이저 광(LA 및 LB)의 광로를 차단한다.
반대로, 안전 셔터 구동 기구(102)는 레이저 가공시에는, 레이저 광(LA)의 광로로부터 제1 안전 셔터(100A)를 퇴피시키고, 레이저 광(LB)의 광로로부터 제2 안전 셔터(100B)를 퇴피시킴으로써 레이저 광(LA 및 LB)의 광로를 개방한다.
제1 광 형성 소자(32) 및 제2 광 형성 소자(34)는 상술한 제1 레이저 광원(22A) 및 제2 레이저 광원(22B)과 함께 본 개시의 레이저 광 출사 시스템에 포함된다. 제1 광 형성 소자(32)로는, 예를 들면, 회절 광학 소자(Diffractive Optical Element: DOE)가 사용된다. 제1 광 형성 소자(32)는 제1 레이저 광원(22A)으로부터 입사한 레이저 광(LA)으로부터 외연 절삭 가공을 위한 제1 레이저 광의 2개의 빔(L1)들을 형성하고, 제1 레이저 광의 2개의 빔(L1)들을 제1 집광 렌즈(38)를 향해서 출사한다. 따라서, 스트리트(C)(왕로 및 귀로) 상에 제1 집광 렌즈(38)에 의해 제1 레이저 광의 2개의 빔(L1)들이 집속되어, 스트리트(C)상에 있어서 Y 방향으로 이간한 2개의 스폿들(SP1)(집속점 또는 가공점이라고도 함)이 형성된다. 도시는 생략되지만, 제1 광 형성 소자(32)로부터 제1 집광 렌즈(38)에 이르는 제1 레이저 광의 2개의 빔(L1)들의 광로(광로 상에 구비되는 각종 광학 소자를 포함함)는, 본 개시의 접속 광학 시스템의 일부를 구성한다.
제2 광 형성 소자(34)로는, 예를 들면, 회절 광학 소자 및 마스크 등이 사용된다. 제2 광 형성 소자(34)는 제2 레이저 광원(22B)으로부터 입사한 레이저 광(LB)으로부터 속파냄 가공을 위한 제2 레이저 광(L2)을 형성한다. 제2 레이저 광(L2)은 분기 소자(35)(후술함)를 통과하여 직사각형 형상(원형 형상 등의 다른 형상도 적용 가능)으로 2개의 외연 절삭홈(18)들 사이의 X 방향을 따라 복수의 스폿(SP2)들을 형성한다. 이 스폿(SP2)들의 Y 방향의 폭은 2개의 외연 절삭홈(18)들 사이의 간격에 맞춰서 조정되어 있다. 그리고 제2 광 형성 소자(34)는 제2 레이저 광(L2)을 분기 소자(35)에 출사한다.
분기 소자(35)는 제2 광 형성 소자(34)로부터 입사한 제2 레이저 광(L2)을 X 방향(가공 이송 방향)을 따라 분기 광의 복수의 빔(L2a)들로 분기시킨다. 예를 들면, 회절 광학 소자, 굴절 광학 소자, 프리즘, 및 이것들의 조합이 분기 소자(35)로서 사용된다. 도면에서는 제2 레이저 광(L2)이 분기 소자(35)에 의해 2분기되어 있지만, 3개 이상의 광의 빔들로 분기될 수 있다. 그리고 분기 소자(35)는 분기 광의 각 빔(L2a)들을 접속 전환 소자(36)에 출사한다. 분기 광의 각 빔(L2a)들의 구체적인 분기 조건에 관해서는 후술한다.
접속 전환 소자(36)는 본 개시의 접속 광학 시스템을 구성한다. 예를 들면, 공지의 광 스위치 또는 각종 광학 소자(λ/2판, 편광 빔 스플리터, 하프 미러, 및 미러 등, 또는 이것들의 조합)가 접속 전환 소자(36)로서 사용된다. 접속 전환 소자(36)는 제어 장치(30)의 제어 하에, 분기 소자(35)로부터 출사된 분기 광의 각 빔(L2a)들을 제2 집광 렌즈(40A, 40B)에 선택적으로 유도한다.
제1 집광 렌즈(38) 및 제2 집광 렌즈(40A, 40B)는 X 방향(가공 이송 방향)을 따라 일렬로 배치되어 있다. 제1 집광 렌즈(38)는 제2 집광 렌즈(40A)와 제2 집광 렌즈(40B)의 사이에 위치된다. 환언하면, 제2 집광 렌즈(40A, 40B)는 제1 집광 렌즈(38)를 사이에 끼우도록 위치된다. 제2 집광 렌즈(40A)는 제1 집광 렌즈(38)에 대하여 귀로 방향측(X2)에 위치된다. 제2 집광 렌즈(40B)는 제1 집광 렌즈(38)에 대하여 왕로 방향측(X1)에 위치된다.
제1 집광 렌즈(38)는 제1 광 형성 소자(32)로부터 입사한 제1 레이저 광의 2개의 빔(L1)들을 스트리트(C)(왕로 및 귀로) 상에 집속시킨다. 제2 집광 렌즈(40A)는 접속 전환 소자(36)로부터 입사한 분기 광의 각 빔(L2a)들을 스트리트(C)(왕로) 상에 집속시킨다. 제2 집광 렌즈(40B)는 접속 전환 소자(36)로부터 입사한 분기 광의 각 빔(L2a)들을 스트리트(C)(귀로) 상에 집속시킨다.
레이저 광학 시스템(24)이 상대 이동 기구(28)에 의해 웨이퍼(12)에 대하여 왕로 방향측(X1) 및 귀로 방향측(X2)의 어느 일방향측으로 상대적으로 이동될 때, 접속 전환 소자(36)는 분기 광의 각 빔(L2a)들을, 제2 집광 렌즈(40A, 40B) 중에서 제1 집광 렌즈(38)에 대하여 왕로 방향측(X1) 및 귀로 방향측(X2)의 타방향측에 위치하는 렌즈로 유도한다.
구체적으로는, 도 5에 도시된 바와 같이, 레이저 광학 시스템(24)이 상대 이동 기구(28)에 의해 웨이퍼(12)에 대하여 왕로 방향측(X1)으로 상대적으로 이동될 때, 접속 전환 소자(36)는 분기 소자(35)로부터 출사된 분기 광의 각 빔(L2a)들을 제2 집광 렌즈(40A)로 유도한다. 따라서, 분기 광의 각 빔(L2a)들이 제2 집광 렌즈(40A)에 의해 스트리트(C)(왕로) 상에 개별적으로 집속됨으로써 분기 광의 각 빔(L2a)들에 대하여 스폿(SP2)들이 형성된다. 그 결과, 레이저 광학 시스템(24)의 왕로 방향측(X1)으로의 상대적인 이동에 의해, 스트리트(C)(왕로)를 따라 외연 절삭 가공을 먼저 실행함으로써 2개의 외연 절삭홈(18)들이 형성되고, 그런 다음 속파냄 가공을 실행함으로써 2개의 외연 절삭홈(18)들 사이에 속파냄홈(19)이 형성된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 레이저 광학 시스템(24)이 상대 이동 기구(28)에 의해 웨이퍼(12)에 대하여 귀로 방향측(X2)으로 상대적으로 이동될 때, 접속 전환 소자(36)는 분기 소자(35)로부터 출사된 분기 광의 각 빔(L2a)들을 제2 집광 렌즈(40B)로 유도한다. 따라서, 분기 광의 각 빔(L2a)들이 제2 집광 렌즈(40B)에 의해 스트리트(C)(귀로) 상에 개별적으로 집속됨으로써 분기 광의 각 빔(L2a)들에 대하여 스폿(SP2)이 형성된다. 그 결과, 레이저 광학 시스템(24)의 귀로 방향측(X2)으로의 상대적인 이동에 의해, 스트리트(C)(귀로)를 따라 외연 절삭 가공을 먼저 실행함으로써 2개의 외연 절삭홈(18)들이 형성되고, 그런 다음 속파냄 가공을 실행함으로써 2개의 외연 절삭홈(18)들 사이에 속파냄홈(19)이 형성된다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에서는, 제2 레이저 광(L2)이 분기 광의 복수의 빔(L2a)들로 분기되고, 분기 광의 각 빔(L2a)들이 제2 집광 렌즈(40A, 40B)에 의해 스트리트(C) 상에 개별적으로 집속되므로, 분기 광의 각 빔(L2a)들은 스트리트(C)의 속파냄 가공을 행하는 데 사용될 수 있다. 그 결과, 웨이퍼(12)에 대한 레이저 광학 시스템(24)의 왕로 방향측(X1) 또는 귀로 방향측(X2)으로의 1회의 상대적인 이동에 의해, 속파냄 가공이 분기 광의 빔(L2a)들의 수에 해당하는 복수회만큼 스트리트(C) 상에서 동시에 행해질 수 있다. 따라서, 제2 레이저 광(L2)의 출력을 증가시키지 않고 속파냄홈(19)(가공홈)들의 가공 깊이를 깊게 할 수 있다. 이로 인해 택 타임을 증가시키지 않고 속파냄홈(19)의 가공 품질을 유지할 수 있는 출력으로 제2 레이저 광(L2)이 속파냄 가공을 행할 수 있다.
제1 고속 셔터(47A)는 제1 레이저 광원(22A)과 제1 광 형성 소자(32) 사이의 레이저 광(LA)의 광로(제1 광 형성 소자(32)와 제1 집광 렌즈(38) 사이의 광로도 적용 가능)에 대하여 자유롭게 삽입 및 퇴피 가능하도록 구비된다. 제1 고속 셔터(47A)는, 제1 레이저 광원(22A)과 제1 광 형성 소자(32) 사이의 광로에 삽입되었을 때, 제1 레이저 광원(22A)로부터 제1 광 형성 소자(32)에 입사하는 레이저 광(LA)를 차단함으로써 제1 집광 렌즈(38)로부터의 제1 레이저 광의 2개의 빔(L1)들의 출사를 정지시킨다.
제2 고속 셔터(47B)는 제2 레이저 광원(22B)과 제2 광 형성 소자(34) 사이의 레이저 광(LB)의 광로(제2 광 형성 소자(34)와 접속 전환 소자(36) 사이의 광로도 적용 가능)에 대하여 자유롭게 삽입 및 퇴피 가능하도록 구비된다. 제2 고속 셔터(47B)는, 제2 레이저 광원(22B)과 제2 광 형성 소자(34)과의 사이의 광로에 삽입되었을 때, 제2 레이저 광원(22B)으로부터 제2 광 형성 소자(34)에 입사하는 레이저 광(LB)을 차단함으로써 제2 집광 렌즈(40A, 40B)로부터의 분기 광의 각 빔(L2a)들의 출사를 정지시킨다.
고속 셔터 구동 기구(47C)는 제어 장치(30)의 제어 하에, 제1 고속 셔터(47A) 및 제2 고속 셔터(47B)를 상술한 각 광로에 대하여 삽입 및 퇴피시키도록 구성되는 액추에이터이다. 고속 셔터 구동 기구(47C)는, 외연 절삭 가공시에는 레이저 광(LA)의 광로로부터 제1 고속 셔터(47A)를 퇴피시키고, 외연 절삭 가공시 이외에는 레이저 광(LA)의 광로에 제1 고속 셔터(47A)를 삽입한다. 마찬가지로, 고속 셔터 구동 기구(47C)는, 속파냄 가공시에는 레이저 광(LB)의 광로로부터 제2 고속 셔터(47B)를 퇴피시키고, 속파냄 가공시 이외에는 레이저 광(LB)의 광로에 제2 고속 셔터(47B)를 삽입한다.
[레이저 가공 (각 셔터의 동작)]
도 7은 상술한 제1 실시예에 따른, 레이저 가공 장치(10)에 의한 웨이퍼(12)의 각 스트리트(C)에 대한 레이저 가공의 플로우, 특히 제1 고속 셔터(47A), 제2 고속 셔터(47B), 제1 안전 셔터(100A), 및 제2 안전 셔터(100B)의 동작을 도시하는 플로우 차트이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 레이저 가공 대상인 웨이퍼(12)가 테이블(20) 상에 지지될 때, 제어 장치(30)는 먼저 안전 셔터 구동 기구(102)를 구동하여 각 안전 셔터(100A, 100B)를 레이저 광(LA, LB)의 광로로부터 퇴피시킨다(스텝S0).
이어서, 제어 장치(30)는 상대 이동 기구(28)를 구동하여 웨이퍼(12)의 정렬 기준(도시 생략)의 화상화가 가능한 위치까지 웨이퍼(12)에 대하여 현미경(26)을 상대적으로 이동시킨 후, 현미경(26)이 정렬 기준의 화상을 촬영하도록 한다. 그리고 제어 장치(30)는 현미경(26)에 의해 촬영된 정렬 기준의 촬영된 화상에 기초해서, 웨이퍼(12) 내의 각 스트리트(C)의 위치를 검출하는 정렬 검출을 행한다. 이어서, 제어 장치(30)는 상대 이동 기구(28)를 구동하여 레이저 광학 시스템(24)의 제1 집광 렌즈(38)의 광축을 제1 스트리트(C)(왕로)의 가공 시작 위치에 위치시킨다(스텝 S1).
제어 장치(30)는, 접속 전환 소자(36)를 구동하여 분기 광의 각 빔(L2a)들을 제2 집광 렌즈(40A)로 출사하도록 렌즈를 전환한 후(스텝 S2), 고속 셔터 구동 기구(47C)를 구동하여 레이저 광(LA)의 광로로부터 제1 고속 셔터(47A)를 퇴피시킨다(스텝 S3). 따라서, 제1 레이저 광의 2개의 빔(L1)들이 제1 집광 렌즈(38)로부터 출사되어, 제1 레이저 광의 2개의 빔(L1)들이 스트리트(C)(왕로) 상의 가공 시작 위치 상에 집속된다.
이어서, 제어 장치(30)는 상대 이동 기구(28)를 구동하여 레이저 광학 시스템(24)을 웨이퍼(12)에 대하여 왕로 방향측(X1)으로 상대적으로 이동시킨다(스텝 S4). 제2 집광 렌즈(40A)의 광축이 스트리트(C)(왕로)의 가공 시작 위치에 도달하면, 제어 장치(30)는 고속 셔터 구동 기구(47C)를 구동하여 레이저 광(LB)의 광로로부터 제2 고속 셔터(47B)를 퇴피시킨다(스텝 S5). 따라서, 분기 광의 각 빔(L2a)들이 제2 집광 렌즈(40A)로부터 출사되어, 분기 광의 각 빔(L2a)들이 상술한 가공 시작 위치 상에 집속된다.
레이저 광학 시스템(24)의 왕로 방향측(X1)으로의 상대적인 이동이 계속될 때, 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 레이저 광의 2개의 빔(L1)들의 스폿(SP1)들과 분기 광의 각 빔(L2a)들의 스폿(SP2)들이 스트리트(C)(왕로)를 따라 왕로 방향측(X1)으로 이동한다. 그 결과, 외연 절삭 가공에 의한 2개의 외연 절삭홈(18)들의 형성과 속파냄 가공에 의한 속파냄홈(19)의 형성이 스트리트(C)(왕로)를 따라 간격을 두고 동시에 실행된다.
제어 장치(30)는 스폿(SP1)들이 스트리트(C)(왕로)의 가공 종료 위치에 도달하는 타이밍에 맞춰 고속 셔터 구동 기구(47C)를 구동하여 레이저 광(LA)의 광로로 제1 고속 셔터(47A)를 삽입한다(스텝 S6, S7). 또한, 제어 장치(30)는 각 스폿(SP2)들이 상술한 가공 종료 위치에 도달하는 타이밍에 맞춰 고속 셔터 구동 기구(47C)를 구동하여 레이저 광(LB)의 광로로 제2 고속 셔터(47B)를 삽입한다(스텝S8). 따라서, 제1 스트리트(C)(왕로)의 레이저 가공이 완료된다.
제1 스트리트(C)(왕로)의 레이저 가공이 완료되면, 제어 장치(30)는 상대 이동 기구(28)를 구동하여 제1 집광 렌즈(38)의 광축의 위치와 제2 스트리트(C)(귀로)의 가공 시작 위치를 정렬시킨다(스텝 S9에서 Yes, 스텝 S10).
제어 장치(30)는, 접속 전환 소자(36)를 구동하여 분기 광의 각 빔(L2a)들을 제2 집광 렌즈(40B)에 출사하도록 렌즈를 전환한 후(스텝 S11), 고속 셔터 구동 기구(47C)를 구동하여 레이저 광(LA)의 광로로부터 제1 고속 셔터(47A)를 퇴피시킨다(스텝 S12). 따라서, 제1 레이저 광의 2개의 빔(L1)들이 제1 집광 렌즈(38)에 의해 스트리트(C)(귀로) 상의 가공 시작 위치 상에 집속된다.
이어서, 제어 장치(30)는 상대 이동 기구(28)를 구동하여 레이저 광학 시스템(24)을 웨이퍼(12)에 대하여 귀로 방향측(X2)으로 상대적으로 이동시킨다(스텝 S13). 제2 집광 렌즈(40B)의 광축이 스트리트(C)(귀로)의 가공 시작 위치에 도달할 때, 제어 장치(30)는 고속 셔터 구동 기구(47C)를 구동하여 레이저 광(LB)의 광로로부터 제2 고속 셔터(47B)를 퇴피시킨다(스텝 S14). 따라서, 분기 광의 각 빔(L2a)들이 제2 집광 렌즈(40B)에 의해 가공 시작 위치에 집속된다.
레이저 광학 시스템(24)의 귀로 방향측(X2)으로의 상대적인 이동이 계속될 때, 도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 레이저 광의 2개의 빔(L1)들의 스폿(SP1)들과 분기 광의 각 빔(L2a)들의 스폿(SP2)들이 스트리트(C)(귀로)를 따라 귀로 방향측(X2)으로 이동한다. 그 결과, 외연 절삭 가공에 의한 2개의 외연 절삭홈(18)들의 형성과 속파냄 가공에 의한 속파냄홈(19)의 형성이 스트리트(C)(귀로)를 따라 간격을 두고 동시에 실행된다.
제어 장치(30)는 스폿(SP1)들이 스트리트(C)(귀로)의 가공 종료 위치에 도달하는 타이밍에 맞춰 고속 셔터 구동 기구(47C)를 구동하여 레이저 광(LA)의 광로로 제1 고속 셔터(47A)를 삽입한다(스텝 S15, S16). 또한, 제어 장치(30)는 분기 광의 각 빔(L2a)들의 스폿(SP2)들이 가공 종료 위치에 도달하는 타이밍에 맞춰 고속 셔터 구동 기구(47C)를 구동하여 레이저 광(LB)의 광로로 제2 고속 셔터(47B)를 삽입한다(스텝 S17). 따라서, 제2 스트리트(C)(귀로)의 레이저 가공이 완료된다.
동일한 방식으로, X 방향에 평행하게 연장되는 모든 스트리트(C)를 따라 레이저 가공(외연 절삭 가공 및 속파냄 가공)이 반복하여 실행된다(스텝 S9에서 Yes, 스텝 S18에서 Yes). 이어서, 제어 장치(30)는 상대 이동 기구(28)를 구동하여 테이블(20)을 90° 회전시킨 후, 상술한 일련의 처리를 반복한다. 따라서, 격자 패턴을 갖는 각 스트리트(C)를 따라 레이저 가공이 실행된다.
도 8은, 비교예(부호 8A 참조)와 본 실시예(부호 8B 참조)에 있어서, 각 스트리트(C)에 대한 레이저 가공에 필요한 가공 거리(웨이퍼(12)에 대한 레이저 광학 시스템(24)의 상대적인 이동량)를 비교하기 위한 설명도이다. 도 8에서는, 제2 레이저 광(L2)이 4개의 광의 빔들로 분기되는 경우를 예시로 들어 설명된다.
본 실시예에서는, 1개(공유)의 제2 집광 렌즈(40A)(제2 집광 렌즈(40B)) 내에서 제2 레이저 광(L2)이 분기 광의 각 빔(L2a)들로 분기되지만, 예를 들면, 도 8의 부호 8A로 도시된 비교예와 같이, 속파냄 가공을 행하는 제2 집광 렌즈(40A, 40B)의 수를 증가시키는 방법도 적용 가능하다.
그러나, 비교예에서는, 웨이퍼(12)에 대한 레이저 광학 시스템(24)의 상대적인 이동이 복수의 제2 집광 렌즈(40A, 40B) 중에서 마지막 렌즈가 가공 종료 위치에 도달할 때까지 계속될 필요가 있어, 레이저 가공의 가공 거리가 증가함으로써 택 타임이 증가하게 된다. 특히, 본 실시예와 같이 스트리트(C)(왕로, 귀로)의 레이저 가공이 양방향으로 행해질 경우, 가공 거리가 더 증가하게 된다. 또한, 복수의 제2 집광 렌즈(40A, 40B)는 동일한 정렬로 배치되어야 하므로, 그 정렬 조정의 번잡함 및 난이도가 증가하게 된다.
대조적으로, 도 8의 부호 8B로 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는, 1개(공유)의 제2 집광 렌즈(40A, 40B) 내에서 제2 레이저 광(L2)(스폿(SP2)들)이 분기되므로, 비교예와는 달리 가공 거리가 증가하지 않고 택 타임의 증가가 방지된다. 또한, 비교예와 같은 복수의 제2 집광 렌즈(40A, 40B)의 정렬 조정이 불필요해진다.
[속파냄 가공]
도 9는 제2 레이저 광(L2)의 반복 주파수가 10kHz이고, 가공 속도가 300mm/s일 때의 속파냄 가공을 설명하기 위한 설명도이다. 도 10은 제2 레이저 광(L2)의 반복 주파수가 10kHz이고, 가공 속도가 30mm/s일 때의 속파냄 가공을 설명하기 위한 설명도이다.
도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 속파냄 가공에서는, 복수의 스폿(SP2)들이 레이저 광학 시스템(24)에 의해 스트리트(C) 상에 형성된다. 이 경우, 제2 레이저 광(L2)은 펄스 레이저 광이므로, 레이저 광학 시스템(24)로부터 스트리트(C)에 대한 분기 광의 각 빔(L2a)들의 조사는 제2 레이저 광(L2)의 반복 주파수에 따라 간헐적으로(일정한 간격으로) 행해진다. 동시에, 상대 이동 기구(28)는 레이저 광학 시스템(24)을 웨이퍼(12)에 대하여 X 방향으로 상대적으로 이동시키고, 구체적으로는, 웨이퍼(12)를 소정의 가공 속도로 X 방향으로 이동시킨다. 그 결과, 스트리트(C)에 대하여 분기 광의 각 빔(L2a)들의 펄스가 조사될 때마다, 각 스폿(SP2)의 위치가 스트리트(C)를 따라 이동한다.
각 스폿(SP2)의 위치의 이동량인 스폿 이동량(d)은, 제2 레이저 광(L2)의 반복 주파수 및 가공 속도에 따라 변화한다.
예를 들면, 도 9에 도시된 바와 같이, 반복 주파수가 10kHz이고 가공 속도가 300mm/s일 때, 스폿 이동량(d)은 30μm이다. 마찬가지로, 도 10에 도시된 바와 같이, 반복 주파수가 10kHz이고 가공 속도가 30mm/s일 때, 스폿 이동량(d)은 3μm이다. 스폿 이동량(d)은, 반복 주파수가 증가한 만큼 감소하고, 반대로 반복 주파수가 감소한 만큼 증가한다.
도 11은 본 개시의 레이저 가공 방법을 설명하기 위한 설명도이며, 더 구체적으로는, 제2 집광 렌즈(40A, 40B)에 의해 스트리트(C)(왕로, 귀로) 상에 집속되는 분기 광의 각 빔(L2a)들의 스폿(SP2)을 도시하는 상면도이다.
본 실시예에서는, 도 11에 도시된 바와 같이, "L"은 스트리트(C) 상에 집속되는 분기 광의 각 빔(L2a)들에 대한 스폿(SP2)들의 간격을 지정하고, 즉, 분기 광의 각 빔(L2a)들에 대한 스폿(SP2)들 중에서 서로 인접하는 선행 스폿(SP2a)과 후행 스폿(SP2b) 사이의 간격인 분기 거리를 의미한다. 서로 인접하는 스폿(SP2)들 중에서, 스트리트(C)를 따라 선행해서 이동하는 쪽이 선행 스폿(SP2a)이고, 스트리트(C)를 따라 후행해서 이동하는 쪽이 후행 스폿(SP2b)이다.
레이저 가공(외연 절삭 가공 및 속파냄 가공)의 가공 속도를 "V"라고 했을 때, 스트리트(C) 상의 선행 스폿(SP2a)의 가공 위치에 대하여 후행 스폿(SP2b)이 겹칠 때까지의 시간 τ는 τ=L/V로 표현된다.
시간 τ가 짧으면, 즉, 분기 거리(L)가 짧거나 가공 속도(V)가 빠르면, 제2 레이저 광(L2)의 반복 주파수가 증가된 것과 같은 상태가 되고, 웨이퍼(12)에 대한 입열(heat input)이 지나치게 커지게 되어, 속파냄홈(19)의 가공 품질이 악화되는 결과를 낳는다. 반대로, 시간　τ가 길면, 즉, 분기 거리(L)가 길거나 가공 속도(V)가 느리면, 스트리트(C) 상의 선행 스폿(SP2a)의 가공 위치에 대하여 후행 스폿(SP2b)이 겹치기 전에 이 가공 위치가 냉각되므로, 웨이퍼(12)에 대한 입열이 일정 범위 내에서 유지된다. 그 결과, 속파냄홈(19)의 가공 품질이 유지된다.
따라서, 본 실시예에서는, τ>τ1이 충족되는 상태에서 속파냄 가공(레이저 가공)이 행해지고, 여기에서 τ1은, 속파냄홈(19)의 가공 품질의 악화가 발생할 수 있는 시간 τ의 임계값(상한값)인 시간 임계값이다. 시간 임계값　τ1은, 실험 또는 시뮬레이션을 미리 행함으로써 웨이퍼(12)의 종류, 제2 레이저 광(L2)의 종류 및 출력, 및 기타 요소들에 따라 결정될 수 있다. "τ>τ1이 충족된 상태"란, τ>τ1을 충족시키도록 분기 거리(L) 및 가공 속도(V)의 적어도 하나가 조정된 상태이다. 또한, 분기 광의 빔(L2a)들이 3개 이상이면, 동일한 방식으로, 서로 인접하는 분기 광의 빔(L2a)들(선행 스폿(SP2a) 및 후행 스폿(SP2b)) 사이에서 τ>τ1이 충족되어야 한다.
도 12 내지 도 15는 스트리트(C) 상의 임의의 한 점에서의 입열과 경과 시간의 관계를 도시하는 그래프이다. 도 12는 제2 레이저 광(L2)이 분기되지 않을 때 임의의 한 점에서의 입열과 경과 시간의 관계를 도시한다. 도 13은 제2 레이저 광(L2)이 2분기되지만 τ가 "τ<τ1"일 때 임의의 한 점에서의 입열과 경과 시간의 관계를 도시한다. 도 14는 제2 레이저 광(L2)이 2분기되고 τ가 "τ>>τ1"을 충족시킬 때 임의의 한 점에서의 입열과 경과 시간의 관계를 도시한다. 도 15는 제2 레이저 광(L2)이 2분기되고 τ가 "τ>τ1"을 충족시킬 때 임의의 한 점에서의 입열과 경과 시간의 관계를 도시한다.
도 12 내지 도 15에서는, 설명의 번잡화를 방지하기 위해서 제2 레이저 광(L2) 및 분기 광의 각 빔(L2a)들의 각 펄스의 에너지를 직사각형으로 나타내었지만, 가우시안 또는 삼각파와 같은 다른 형상도 적용 가능하다. 도 12 내지 도 15에서, "가공 발생"은 속파냄홈(19)의 형성이 가능한 입열의 임계값을 가리키고, "품질 악화"는 속파냄홈(19)의 가공 품질이 악화되는 입열의 임계값을 가리킨다.
도 12에 도시된 바와 같이, 제2 레이저 광(L2)이 분기되지 않을 때에는, 속파냄홈(19)의 가공 깊이를 깊게 하기 위해서 제2 레이저 광(L2)의 출력이 증가될 필요가 있다. 그 결과, 임의의 한 점에 대한 제2 레이저 광(L2)의 1회의 펄스 조사에 의해 임의의 한 점의 축열(heat storage: HS)(입열)이 "품질 악화" 임계값을 초과하게 된다.
도 13에 도시된 바와 같이, 제2 레이저 광(L2)이 2분기되지만 τ가 "τ <τ1"일 때, 즉, 분기 거리(L)가 짧거나 가공 속도(V)가 빠를 때(반복 주파수가 지나치게 높을 때)에는, 임의의 한 점에 있어서 분기 광의 각 빔(L2a)들(선행 스폿(SP2a) 및 후행 스폿(SP2b))에 의한 입열이 축적된다. 그 결과, 임의의 한 점에서의 축열(HS)(입열)이 "품질 악화" 임계값을 초과하게 된다.
도 14에 도시된 바와 같이, 제2 레이저 광(L2)이 2분기되고 τ가 "τ>>τ1"을 충족시킬 때에는, 임의의 한 점에 대한 선행 스폿(SP2a)에 의한 축열(HS)(입열)이 "가공 발생"의 임계값을 초과한 후, 후행 스폿(SP2b)에 의한 입열이 개시되기 전에 충분히 냉각된다. 따라서, 임의의 한 점에 대하여 후행 스폿(SP2b)에 의한 입열이 개시된 후에도, 축열(HS)(입열)이 "품질 악화"의 임계값을 초과하지 않아, 속파냄홈(19)의 가공 품질이 유지된다. 그 결과, 속파냄홈(19)의 가공 품질을 악화시키지 않고 원하는 가공 깊이를 달성할 수 있다.
도 15에 도시된 바와 같이, 제2 레이저 광(L2)이 2분기되고 τ가 "τ>τ1"을 충족시킬 때, τ는 도 13의 τ보다 크므로 (예를 들면, 분기 거리(L)가 넓으므로), 임의의 한 점에 대한 선행 스폿(SP2a) 및 후행 스폿(SP2b)의 입열이 연속되더라도, 축열(HS)(입열)이 "품질 악화"의 임계값을 초과하지 않아, 속파냄홈(19)의 가공 품질이 유지된다. 그 결과, 속파냄홈(19)의 가공 품질을 악화시키지 않고 원하는 가공 깊이를 달성할 수 있다.
[제1 실시예의 효과]
이상 설명한 바와 같이, 제1 실시예에서는, 제2 집광 렌즈(40A, 40B) 내에서 제2 레이저 광(L2)(스폿(SP2))이 복수의 광의 빔들로 분기됨으로써, 택 타임의 증가를 방지할 수 있다. 제1 실시예에서는, τ>τ1이 충족되도록 분기 거리(L) 및 가공 속도(V)(반복 주파수)의 적어도 한 쪽이 조정된 상태에서 속파냄 가공을 행함으로써, 속파냄홈(19)의 가공 품질을 악화시키지 않고 원하는 가공 깊이를 달성할 수 있다. 그 결과, 제1 실시예에 따르면, 택 타임의 증가 방지 및 원하는 가공 깊이를 가진 속파냄홈(19)의 가공 품질의 유지가 모두 달성될 수 있다.
[제2 실시예]
이하, 제2 실시예에 따른 레이저 가공 장치(10)에 대해 설명한다. 상술한 제1 실시예에서 설명한 바와 같이, τ>τ1을 충족시키기 위해는, 분기 거리(L)가 넓어지거나 또는 가공 속도(V)가 느려지거나, 또는 둘 모두가 될 수 있다. 이 경우, 가공 속도(V)가 느릴수록, 스폿(SP2)마다 스트리트(C)에 조사되는 스폿(SP2)에 대하여 조사되는 다음 스폿(SP2)의 X 방향(가공 이송 방향)의 오버랩율이 높아진다. 그리고, 후술의 도 16에 도시된 바와 같이, 오버랩율과 속파냄홈(19)의 가공 품질 사이에는 상관 관계가 있다. 따라서, 제2 실시예에서는, τ>τ1을 충족시키고 오버랩율이 후술의 소정 조건(50% 이하)을 더 충족시키도록 가공 속도(V) 및 제2 레이저 광(L2)의 반복 주파수의 적어도 어느 한 쪽이 조정된다.
제2 실시예의 레이저 가공 장치(10)는 상술한 제1 실시예의 레이저 가공 장치(10)와 기본적으로 동일한 구성이므로, 제1 실시예와 기능 및 구성상 동일한 것들에 대해서는 동일한 부호로 지정되고 그에 대한 기재는 생략된다.
도 16은 제2 레이저 광(L2)이 2분기되지 않은 "1-스폿"의 비교예와 제2 레이저 광(L2)이 2분기된 "2-스폿"의 본 실시예에 있어서, 속파냄 가공의 가공 조건(가공 속도(V) 및 오버랩율)들과 속파냄홈(19)의 바닥면의 가공 상태의 관계를 도시하는 설명도이다. 도 17은 도 16에 도시된 각 가공 조건(A-D, A1-D1)들에 대한 입열과 속파냄홈(19)의 가공 깊이의 관계를 도시하는 그래프이다. 도 18은 도 16에 도시된 각 가공 조건들에 대한 가공 속도(V)와 속파냄홈(19)의 가공 깊이의 관계를 도시하는 그래프이다.
가공 속도(V) 및 오버랩율 이외의 가공 조건들은 다음과 같다: 반복 주파수가 50kHz이고, X 방향(가공 이송 방향)의 제2 레이저 광(L2) 및 분기 광(L2a)의 폭이 10μm이고, 본 실시예의 분기 거리(L)는 100μm이다. 비교예의 제2 레이저 광(L2) 및 본 실시예의 개개의 분기 광의 빔(L2a)들의 에너지는 동일하다. 따라서, 본 실시예와 비교예의 스트리트(C)에 가해지는 에너지의 크기를 비교하면, 동일한 가공 조건(가공 속도(V) 및 오버랩율)에서 본 실시예가 비교예에 대하여 2배의 크기가 된다.
도 16에 도시된 바와 같이, 본 실시예와 비교예에 있어서 각 가공 조건에 대한 속파냄홈(19)의 가공 품질을 비교하면, 본 실시예의 가공 조건 C1 및 D1에서는, 속파냄홈(19)의 표면에 금속 광택이 보여지기 때문에 속파냄홈(19)의 가공 품질은 양호하다. 본 실시예의 가공 조건 A1 및 B1에서는, 속파냄홈(19)들의 바닥면이 약간 그을려 있기 때문에 본 실시예의 속파냄홈(19)들의 가공 품질은 상술한 가공 조건 C1 및 D1에서보다 뒤떨어진다.
한편, 비교예의 가공 조건 A에서는, 속파냄홈(19)의 바닥면이 완전히 그을려 있으므로, 속파냄홈(19)의 가공 품질은 NG로 평가된다. 비교예의 가공 조건 B 내지 D에서는, 속파냄홈(19)의 가공 부족이 발생할 수 있으므로, 속파냄홈(19)의 가공 품질은 NG로 평가된다.
도 17 및 도 18에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 가공 조건 D1과 비교예의 가공 조건 B에서는, 스트리트(C)에 대한 단위 면적당 입열은 동일하지만, 가공 조건 D1에서 속파냄홈(19)의 가공 깊이를 더 깊게 할 수 있다. 또한, 앞서 도 16에서 설명한 바와 같이, 가공 조건 B에서보다 가공 조건 D1에서 속파냄홈(19)의 가공 품질이 양호하다. 본 실시예의 가공 조건 B1과 비교예의 가공 조건 A에 관해서도 동일하게 적용된다.
도 16 내지 도 18에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 가공 조건 A1 내지 D1을 비교하면, 오버랩율이 50%보다 높아지면 속파냄홈(19)의 가공 품질의 저하가 발생한다.
도 19는 속파냄 가공(레이저 가공)의 바람직한 오버랩율을 설명하기 위한 설명도이다. 도 19의 부호 XIXA 및 XIXB로 지정된 바와 같이, 스폿(SP2)의 오버랩율이 50%보다 커지면, 스트리트(C) 상에 3 스폿들만큼의 분기 광(L2a)이 조사되는 영역(OA)이 발생한다. 그 결과, 상술한 도 13에 도시된 바와 같이, 축열(HS)(입열)의 증가로 인해 속파냄홈(19)의 가공 품질이 저하되거나 축열(HS)이 "품질 악화"의 임계값을 초과할 우려가 있다.
따라서, 상술한 제1 실시예에 기재된 바와 같이, τ>τ1을 충족시키도록 분기 거리(L) 및 가공 속도(V)를 조정할 때에는, 오버랩율이 50%를 초과하지 않도록 가공 속도(V) 및 제2 레이저 광(L2)의 반복 주파수의 적어도 어느 한쪽을 더 조정하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 제2 레이저 광(L2)의 반복 주파수가 50kHz이고 오버랩율이 50%이면, 시간 임계값 τ1은 τ1=20μs이므로, τ> 20μs를 충족시키도록 분기 거리(L) 등이 조정된다. 이로 인해 제1 실시예에서보다 속파냄홈(19)의 가공 품질을 보다 향상시킬 수 있다.
[제3 실시예]
이하, 제3 실시예에 따른 레이저 가공 장치(10)에 대해 설명한다. 제3 실시예에 따른 레이저 가공 장치(10)는 2개의 외연 절삭홈(18)들 사이의 Y 방향의 간격과 속파냄홈(19)의 Y 방향의 폭을 조정할 수 있다. 제3 실시예에 따른 레이저 가공 장치(10)는, 후술하는 제1 회전 기구(44)(도 20참조) 및 제2 회전 기구(46)(도 21참조)가 구비되는 점을 제외하면, 상술한 각 실시예에 따른 레이저 가공 장치(10)와 기본적으로 동일한 구성이다. 따라서, 상술한 각 실시예와 기능 또는 구성상 동일한 것들에 대해서는 동일한 부호로 지정되고 그에 대한 기재는 생략된다.
도 20은 제1 회전 기구(44)에 의한 2개의 외연 절삭홈(18)들 사이의 Y 방향의 간격 조정을 설명하기 위한 설명도이다. 도 20에 도시된 바와 같이, 제1 회전 기구(44)(본 개시의 제1 광 형성 소자 회전 기구에 해당함)는, 예를 들면, 모터 및 구동 전달 기구를 포함하고, 제어 장치(30)의 제어 하에 제1 광 형성 소자(32)를 그 광축을 중심으로 하는 축 주위 방향으로 회전시키도록 구성된다. 따라서, 웨이퍼(12)를 Z 방향의 위에서 보았을 때, 제1 집광 렌즈(38)에 의해 스트리트(C) 상에 집속되는 제1 레이저 광의 2개의 빔(L1)들의 스폿(SP1)이 제1 집광 렌즈(38)의 광축을 중심으로 해서 회전될 수 있다. 그 결과, 스트리트(C) 상의 2개의 스폿(SP1)들 사이의 Y 방향의 간격을 증가시키거나 감소시킴으로써 2개의 외연 절삭홈(18)들 사이의 Y 방향의 간격이 조정될 수 있다.
도 21은 제2 회전 기구(46)에 의한 속파냄홈(19)의 Y 방향의 폭 조정을 설명하기 위한 설명도이다. 도 22는 제3 실시예에 따른 분기 광의 각 빔(L2a)에 대한 스폿(SP2)들의 평면도이다.
도 21에 도시된 바와 같이, 제2 회전 기구(46)(본 개시의 제2 광 형성 소자 회전 기구에 해당함)는, 예를 들면, 제1 회전 기구(44)와 마찬가지로 모터 및 구동 전달 기구를 포함하고, 제어 장치(30)의 제어 하에 제2 광 형성 소자(34)를 그 광축을 중심으로 하는 축 주위 방향으로 회전시키도록 구성된다. 따라서, 도 22의 부호 XXIIA 및 XXIIB로 지정된 바와 같이, 웨이퍼(12)를 Z 방향의 위에서 보았을 때, 제2 집광 렌즈(40A, 40B)에 의해 스트리트(C) 상에 집속되는 분기 광의 각 빔(L2a)들의 스폿(SP2)들이 제2 집광 렌즈(40A, 40B)의 광축을 중심으로 해서 회전될 수 있다.
여기에서, 분기 광의 각 빔(L2a)들의 스폿(SP2)은 직사각형 형상, 즉, 비원형 형상이다. 따라서, 각 스폿(SP2)을 회전시킴으로써, 스트리트(C) 상에 형성되는 속파냄홈(19)의 Y 방향의 폭이 증가되거나 감소되는 등의 조정이 가능해진다. 각 스폿(SP2)의 형상은 비원형이기만 하면 직사각형에 한정되는 것이 아니다.
제어 장치(30)는 오퍼레이터에 의해 미도시의 조작부에 입력된 조정 지시에 기초해서, 제1 회전 기구(44) 및 제2 회전 기구(46)를 각각 구동하고, 제1 광 형성 소자(32) 및 제2 광 형성 소자(34)를 각각 회전시키킴으로써, 2개의 외연 절삭홈(18)들 사이의 간격 및 속파냄홈(19)의 폭을 조정할 수 있다.
[제4 실시예]
도 23은 제4 실시예에 따른 레이저 가공 장치(10)의 레이저 광학 시스템(24)의 개략도이다. 상술한 각 실시예의 레이저 가공 장치(10)는, 제1 레이저 광원(22A)로부터 출사되는 레이저 광(LA)에 기초해서 외연 절삭 가공을 위한 제1 레이저 광의 2개의 빔(L1)들을 생성하고, 제2 레이저 광원(22B)으로부터 출사되는 레이저 광(LB)에 기초해서 속파냄 가공을 위한 제2 레이저 광(L2)을 생성한다. 이에 반해, 제4 실시예의 레이저 가공 장치(10)는, 공유 레이저 광원(22)으로부터 출사되는 레이저 광(L0)으로부터 제1 레이저 광의 2개의 빔(L1)들과 제2 레이저 광(L2)을 생성한다.
도 23에 도시된 바와 같이, 제4 실시예의 레이저 가공 장치(10)는 제1 레이저 광원(22A) 및 제2 레이저 광원(22B) 대신에 레이저 광원(22)을 포함하고 제1 안전 셔터(100A) 및 제2 안전 셔터(100B)의 대신에 안전 셔터(100) 및 분기 소자(31)를 포함하는 점을 제외하면, 상술한 각 실시예의 레이저 가공 장치(10)와 기본적으로 동일한 구성을 포함한다. 따라서, 상술한 각 실시예와 기능 또는 구성상 동일한 것들에 대해서는 동일한 부호로 지정되고 그에 대한 기재는 생략된다.
레이저 광원(22)은 분기 소자(31), 제1 광 형성 소자(32), 제2 광 형성 소자(34)와 함께 본 개시의 레이저 광 출사 시스템을 구성한다. 레이저 광원(22)은 외연 절삭 가공 및 속파냄 가공 모두에 적합한 조건(파장, 펄스 폭, 및 반복 주파수 등)들 하에서 레이저 광(L0)(펄스 레이저 광 등)을 지속적으로 출사한다. 레이저 광원(22)으로부터 출사된 레이저 광(L0)은 레이저 광학 시스템(24)의 분기 소자(31)에 입사한다.
안전 셔터(100)는 레이저 광원(22)과 분기 소자(31) 사이의 레이저 광(L0)의 광로에 대하여 자유롭게 삽입 및 퇴피 가능하도록 구비된다. 제4 실시예에 따른 안전 셔터 구동 기구(102)는 제어 장치(30)의 제어 하에, 레이저 광(L0)의 광로에 대하여 안전 셔터(100)를 삽입 및 퇴피시킨다. 안전 셔터 구동 기구(102)는 레이저 가공시 이외에는, 상술한 광로에 대하여 안전 셔터(100)를 삽입한다. 마찬가지로, 안전 셔터 구동 기구(102)는 레이저 가공시에는, 상술한 광로로부터 안전 셔터(100)를 퇴피시킨다.
분기 소자(31)(본 개시의 2분기 소자에 해당함)는, 예를 들면, 하프 미러, 또는, 분기 소자(35)와 동일한 방식으로, 회절 광학 소자, 굴절 광학 소자, 프리즘, 및 이것들의 조합을 사용할 수 있다. 분기 소자(31)는 레이저 광원(22)로부터 출사된 레이저 광(L0)을 2분기시키고, 2분기된 레이저 광(L0)의 일방을 제1 광 형성 소자(32)에 출사하고, 레이저 광(L0)의 타방을 제2 광 형성 소자(34)에 출사한다.
그 후, 제1 광 형성 소자(32)에 의한 제1 레이저 광의 2개의 빔(L1)들의 형성 및 제1 집광 렌즈(38)에 의한 스트리트(C) 상으로의 제1 레이저 광의 2개의 빔(L1)들의 집속이 상술한 각 실시예와 동일한 방식으로 행해진다. 동일한 방식으로, 제2 광 형성 소자(34)에 의한 제2 레이저 광(L2)의 형성, 분기 소자(35)에 의한 분기 광의 각 빔(L2a)들의 생성, 접속 전환 소자(36)에 의한 제2 집광 렌즈(40A, 40B)의 전환, 및 제2 집광 렌즈(40A, 40B)에 의한 스트리트(C) 상으로의 분기 광의 각 빔(L2a)들의 집속이 행해진다.
[기타]
상술한 각 실시예의 레이저 가공 장치(10)에서는, 제1 집광 렌즈(38)에 의해 스트리트(C) 상에 집속되는 스폿(SP1), 제2 집광 렌즈(40A)에 의해 스트리트(C) 상에 집속되는 각 스폿(SP2)들, 및 제2 집광 렌즈(40B)에 의해 스트리트(C) 상에 집속되는 각 스폿(SP2)들이 서로 독립해 있다. 따라서, 상술한 각 실시예와 같이, 제1 집광 렌즈(38) 및 제2 집광 렌즈(40A, 40B)의 위치가 고정되어 있으면, 레이저 가공시의 가공 이송축(X 축)의 운동 정밀도에 따라, 2개의 외연 절삭홈(18)들 및 속파냄홈(19) 사이에 수평 방향(Y 방향) 및 수직 방향(Z 방향)에 정렬 불량이 생긴다.
상술한 각 실시예에 따른 레이저 가공 장치(10)에는, 제1 집광 렌즈(38)에 의해 스트리트(C) 상에 집속되는 스폿(SP1), 제2 집광 렌즈(40A)에 의해 스트리트(C) 상에 집속되는 각 스폿(SP2)들, 및 제2 집광 렌즈(40B)에 의해 스트리트(C) 상에 집속되는 각 스폿(SP2)들의 Y 방향 및 Z 방향의 위치를 개별적으로 조정하는 기능이 구비될 수 있다. 따라서, 예를 들면 레이저 가공 장치(10)의 제조업자에 의해, 각 스폿(SP1, SP2)들의 Y 방향 및 Z 방향의 위치가 조정(평행도가 조정)될 수 있다.
웨이퍼(12)의 레이저 가공중에 있어서 현미경(26)에 의해 촬영된 화상에 기초해서, 외연 절삭 가공의 스폿(SP1)을 스트리트(C)에 대하여 추적하고 속파냄 가공의 각 스폿(SP2)들을 2개의 외연 절삭홈(18)들의 중앙에 대하여 추적할 수 있다. 또한, 상술한 촬영 화상에 기초해서, 웨이퍼(12)(스트리트(C))의 표면에 대한 스폿(SP1) 및 각 스폿(SP2)들의 Z 방향의 편차량(집속 위치의 편차량)이 조정될 수 있다.
상술한 각 실시예에서는, 안전 셔터(100, 100A, 100B)를 광로 상에 대하여 각각 삽입 및 퇴피시킴으로써 외연 절삭 가공 및 속파냄 가공의 ON/OFF가 전환된다. 그러나, 제1 레이저 광원(22A) 및 제2 레이저 광원(22B)(레이저 광원(22))을 ON/OFF 시킴으로써, 외연 절삭 가공 및 속파냄 가공의 ON/OFF가 전환될 수도 있다. 제1 안전 셔터(100A)와 제1 고속 셔터(47A)가 일체화되고, 제2 안전 셔터(100B)와 제2 고속 셔터(47B)가 일체화될 수 있다.
상술한 각 실시예에서는, 스트리트(C)에 대하여 제1 집광 렌즈(38)에 의해 외연 절삭 가공이 행해지고, 제2 집광 렌즈(40A, 40B)의 일방에 의해 속파냄 가공이 행해진다. 그러나, 스트리트(C)에 대하여 제2 집광 렌즈(40A, 40B)의 일방에 의해 외연 절삭 가공이 행해지고, 제1 집광 렌즈(38)에 의해 속파냄 가공이 행해질 수 있다. 이 경우에 있어서도, 가공 이송 방향에 관계없이 외연 절삭 가공이 속파냄 가공보다 항상 선행하도록 접속 전환 소자(36)가 제어된다.
상술한 각 실시예에서는, 제2 집광 렌즈(40A, 40B) 내에서 제2 레이저 광(L2)을 복수의 광의 빔들로 분기되게 하고, τ>τ1이 충족되도록 분기 거리(L) 및 가공 속도(V)(반복 주파수)의 적어도 일방이 조정된 상태에서 속파냄 가공이 행해진다. 그러나, 외연 절삭 가공에 관해서도 동일한 방식으로 행해질 수 있다. 즉, 제1 집광 렌즈(38) 내에서 제1 레이저 광의 2개의 빔(L1)들을 복수의 광의 빔들로 분기되게 하고 τ>τ1이 충족되도록 분기 거리(L) 및 가공 속도(V)의 적어도 일방이 조정될 수 있는 상태에서 외연 절삭 가공이 행해질 수 있다.
상술한 각 실시예에서는, 제1 집광 렌즈(38) 및 제2 집광 렌즈(40A, 40B)를 사용해서 레이저 가공이 행해지지만, 2 종류의 집광 렌즈(본 개시의 제1 및 제2 집광 렌즈들에 해당함)들을 사용해서 레이저 가공이 행해질 수 있다. 이 경우, 웨이퍼(12)에 대한 레이저 광학 시스템(24)의 상대적인 이동 방향에 따라, 2 종류의 집광 렌즈들의 일방에 의한 외연 절삭 가공 및 타방에 의한 속파냄 가공, 및 2 종류의 집광 렌즈들의 타방에 의한 외연 절삭 가공 및 일방에 의한 속파냄 가공이 전환된다.
상술한 각 실시예에서는, 웨이퍼(12)에 대하여 레이저 광학 시스템(24)을 X 방향으로 상대적으로 1회 왕복시킴으로써 2개의 스트리트(C)(왕로 및 귀로)의 레이저 가공이 행해진다. 그러나, 레이저 가공 방향이 일방향에 고정되어 있는 레이저 가공 장치(10)에도 본 개시가 적용될 수 있다.
10 레이저 가공 장치
12 웨이퍼
14 칩
16 디바이스
18 외연 절삭홈
19 속파냄홈
20 테이블
22 레이저 광원
22A 제1 레이저 광원
22B 제2 레이저 광원
24 레이저 광학 시스템
26 현미경
28 상대 이동 기구
30 제어 장치
31, 35 분기 소자
32 제1 광 형성 소자
34 제2 광 형성 소자
36 접속 전환 소자
38 제1 집광 렌즈
40A, 40B 제2 집광 렌즈
44 제1 회전 기구
46 제2 회전 기구
47A 제1 고속 셔터
47B 제2 고속 셔터
47C 고속 셔터 구동 기구
100 안전 셔터
100A 제1 안전 셔터
100B 제2 안전 셔터
102 안전 셔터 구동 기구
HS 축열
L 분기 거리
L0 레이저 광
L1 제1 레이저 광
L2 제2 레이저 광
L2a 분기 광
LA, LB 레이저 광
OA 영역
SP1, SP2 스폿
SP2a 선행 스폿
SP2b 후행 스폿
V 가공 속도
X1 왕로 방향측
X2 귀로 방향측
d 스폿 이동량
t1 시간 임계값

Claims (8)

  1. 웨이퍼를 지지하는 테이블에 대하여 레이저 광학 시스템을 상기 웨이퍼의 스트리트를 따른 가공 이송 방향으로 상대적으로 이동시키면서, 상기 레이저 광학 시스템에 의해 상기 스트리트를 따라 서로 평행한 2개의 제1 홈들을 형성하는 외연 절삭 가공(edge cutting), 및 상기 2개의 제1 홈들 사이에 제2 홈을 형성하는 속파냄 가공(hollowing)을 행하도록 구성되는 레이저 가공 장치로서,
    상기 레이저 광학 시스템은,
    상기 외연 절삭 가공을 위한 제1 레이저 광의 2개의 빔들 및 상기 속파냄 가공을 위한 제2 레이저 광을 출사하도록 구성되는 레이저 광 출사 시스템;
    상기 레이저 광 출사 시스템으로부터 출사된 상기 제1 레이저 광의 2개의 빔들을 가공 대상인 상기 스트리트 상에 집속시키도록 구성되는 제1 집광 렌즈;
    상기 레이저 광 출사 시스템으로부터 출사된 상기 제2 레이저 광을 상기 가공 이송 방향을 따라 분기 광의 복수의 빔들로 분기시키도록 구성되는 분기 소자; 및
    상기 분기 소자에 의해 분기된 상기 분기 광의 복수의 빔들을 가공 대상인 상기 스트리트 상에 집속시키도록 구성되는 제2 집광 렌즈를 포함하고,
    상기 제2 집광 렌즈에 의해 상기 스트리트 상에 집속되는 상기 분기 광의 각 빔의 스폿 중에서 서로 인접하는 선행 스폿과 후행 스폿 사이의 간격에 해당하는 분기 거리를 L이라고 하고, 상대 이동 속도에 해당하는 가공 속도를 V라고 하고, 상기 선행 스폿의 가공 위치와 상기 후행 스폿이 겹칠 때까지 걸리는 시간을 τ라고 했을 때, 상기 시간 τ는 τ=L/V로 표현되고,
    상기 제2 홈의 가공 품질의 악화가 발생하는 상기 시간의 임계값을 τ1이라고 했을 때, τ>τ1가 충족되는, 레이저 가공 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 광 출사 시스템은,
    상기 외연 절삭 가공에 대응하는 조건 하에서 레이저 광을 출사하도록 구성되는 제1 레이저 광원;
    상기 속파냄 가공에 대응하는 조건 하에서 레이저 광을 출사하도록 구성되는 제2 레이저 광원;
    상기 제1 레이저 광원으로부터 출사된 상기 레이저 광으로부터 상기 제1 레이저 광의 2개의 빔들을 형성하도록 구성되는 제1 광 형성 소자; 및
    상기 제2 레이저 광원으로부터 출사된 상기 레이저 광으로부터 상기 제2 레이저 광을 형성하도록 구성되는 제2 광 형성 소자를 포함하고,
    상기 분기 소자는 상기 제2 광 형성 소자와 상기 제2 집광 렌즈 사이의 광로 상에 구비되는, 레이저 가공 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 광 출사 시스템은,
    레이저 광을 출사하도록 구성되는 레이저 광원;
    상기 레이저 광원으로부터 출사된 상기 레이저 광을 2분기시키도록 구성되는 2분기 소자;
    상기 2분기 소자에 의해 2분기된 상기 레이저 광의 일방으로부터 상기 제1 레이저 광의 2개의 빔들을 형성하도록 구성되는 제1 광 형성 소자; 및
    상기 2분기 소자에 의해 2분기된 상기 레이저 광의 타방으로부터 상기 제2 레이저 광을 형성하도록 구성되는 제2 광 형성 소자를 포함하고,
    상기 분기 소자는 상기 제2 광 형성 소자와 상기 제2 집광 렌즈 사이의 광로 상에 구비되는, 레이저 가공 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제2 광 형성 소자는 상기 스트리트에 비원형 형상의 상기 스폿을 형성하는 상기 제2 레이저 광을 형성하고,
    상기 제2 광 형성 소자를 상기 제2 광 형성 소자의 광축을 중심으로 하는 축 주위 방향으로 회전시키도록 구성되는 제2 광 형성 소자 회전 기구를 더 포함하는, 레이저 가공 장치.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 광 형성 소자를 상기 제1 광 형성 소자의 광축 주위 방향으로 회전시키도록 구성되는 제1 광 형성 소자 회전 기구를 포함하는, 레이저 가공 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 집광 렌즈는, 상기 제1 집광 렌즈를 사이에 끼우도록 배치되고, 상기 제1 집광 렌즈와 함께 상기 가공 이송 방향을 따라 일렬로 배치되는 2개의 렌즈를 포함하고,
    상기 레이저 광 출사 시스템으로부터 출사된 상기 제1 레이저 광의 2개의 빔들을 상기 제1 집광 렌즈에 유도하고, 상기 분기 소자에 의해 분기된 상기 분기 광의 복수의 빔들을 상기 제2 집광 렌즈의 상기 2개의 렌즈들에 선택적으로 유도하도록 구성되는 접속 광학 시스템을 더 포함하고,
    상기 접속 광학 시스템은, 상기 테이블에 대하여 상기 레이저 광학 시스템이 상기 가공 이송 방향의 왕로 방향측으로 상대적으로 이동될 때에는, 상기 분기 광의 복수의 빔들을 상기 제1 집광 렌즈에 대하여 상기 왕로 방향측과는 반대인 귀로 방향측에 위치하는 상기 제2 집광 렌즈에 유도하고, 상기 테이블에 대하여 상기 레이저 광학 시스템이 상기 귀로 방향측으로 상대적으로 이동될 때에는, 상기 분기 광의 복수의 빔들을 상기 제1 집광 렌즈에 대하여 상기 왕로 방향측에 위치하는 상기 제2 집광 렌즈에 유도하는, 레이저 가공 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 레이저 광은 펄스 레이저 광이고,
    상기 가공 속도 및 상기 제2 레이저 광의 반복 주파수의 적어도 어느 한 쪽이 조정되어 상기 스폿에 조사되는 다음 스폿의 상기 가공 이송 방향의 오버랩율을 50%이하로 하는, 레이저 가공 장치.
  8. 웨이퍼를 지지하는 테이블에 대하여 레이저 광학 시스템을 상기 웨이퍼의 스트리트를 따라 가공 이송 방향으로 상대적으로 이동시키면서, 상기 레이저 광학 시스템에 의해 상기 스트리트를 따라 서로 평행한 2개의 제1 홈들을 형성하는 외연 절삭 가공 및 상기 2개의 제1 홈들 사이에 제2 홈을 형성하는 속파냄 가공을 행하는 레이저 가공 방법으로서,
    상기 레이저 광학 시스템은,
    상기 외연 절삭 가공을 위한 제1 레이저 광의 2개의 빔들 및 상기 속파냄 가공을 위한 제2 레이저 광을 출사하고;
    상기 제1 레이저 광의 상기 2개의 빔들을 제1 집광 렌즈에 의해 가공 대상인 상기 스트리트에 집속시키고;
    상기 제2 레이저 광을 상기 가공 이송 방향을 따라 분기 광의 복수의 빔들로 분기시키고;
    상기 분기 광의 복수의 빔들을 제2 집광 렌즈에 의해 가공 대상인 상기 스트리트에 집속시키고,
    상기 제2 집광 렌즈에 의해 상기 스트리트 상에 집속되는 상기 분기 광의 각 빔의 스폿 중에서 서로 인접하는 선행 스폿과 후행 스폿 사이의 간격에 해당하는 분기 거리를 L이라고 하고, 상대 이동 속도에 해당하는 가공 속도를 V라고 하고, 상기 선행 스폿의 가공 위치와 상기 후행 스폿이 겹칠 때까지의 시간을 τ라고 했을 때, 상기 시간 τ는 τ=L/V로 표현되고,
    상기 제2 홈의 가공 품질의 악화가 발생하는 상기 시간의 임계값을 τ1이라고 했을 때, τ>τ1가 충족되는, 레이저 가공 방법.
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