KR102250704B1 - 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법 - Google Patents

레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법 Download PDF

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Abstract

레이저 가공 장치(1)는 레이저광 L을 가공 대상물 S에 조사함으로써, 가공 대상물 S에 개질 영역 R을 형성하는 장치이다. 레이저 가공 장치(1)는 레이저광 L을 출사하는 레이저 광원(2)과, 가공 대상물 S를 지지하는 재치대(8)와, 레이저 광원(2)으로부터 출사된 레이저광 L 중, 당해 레이저광 L의 광축을 포함하는 중앙부를 둘러싸는 환상부를, 재치대(8)에 지지된 가공 대상물 S의 소정부에 집광시키는 광학시스템(11)을 구비한다. 광학시스템(11)은 가공 대상물 S에 있어서의 소정부의 위치에 따라서, 레이저광 L의 환상부의 내연 및 외연 중 적어도 한쪽의 형상을 조정한다.

Description

레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법{LASER MACHINING DEVICE AND LASER MACHINING METHOD}
본 발명은 가공 대상물에 개질 영역을 형성하기 위한 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법에 관한 것이다.
종래의 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법으로서, 특허 문헌 1에는, 가공 대상물의 내부에 있어서 레이저광의 파면(波面)이 소정의 파면이 되도록(혹은, 가공 대상물의 내부에 집광되는 레이저광의 수차(收差)가 소정의 수차 이하가 되도록) 반사형 공간광 변조기에 의해서 변조된 레이저광을 가공 대상물에 조사하는 것이 기재되어 있다.
특허 문헌 1: 일본국 특개 2009－34723호 공보
상술한 것과 같은 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법에 의해서 형성되는 개질 영역에는, 인터포저(interposer) 기판에 삼차원적으로 비아(via)를 형성하는 경우, 박물(薄物)의 반도체 웨이퍼를 절단하는 경우, 및 반도체 기판에 게터링(gettering) 영역을 형성하는 경우 등, 개질 영역의 미세화가 요구되는 경우가 있다.
그래서, 본 발명은 미세한 개질 영역을 정밀도 좋게 또한 효율 좋게 형성할 수 있는 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면의 레이저 가공 장치는, 레이저광을 가공 대상물에 조사함으로써, 가공 대상물에 개질 영역을 형성하는 레이저 가공 장치로서, 레이저광을 출사하는 레이저 광원과, 가공 대상물을 지지하는 지지부와, 레이저 광원으로부터 출사된 레이저광 중, 당해 레이저광의 광축을 포함하는 중앙부를 둘러싸는 환상부(環狀部)를, 지지부에 지지된 가공 대상물의 소정부에 집광시키는 광학시스템을 구비하고, 광학시스템은 가공 대상물에 있어서의 소정부의 위치에 따라서, 환상부의 내연(內緣) 및 외연(外緣) 중 적어도 한쪽의 형상을 조정한다.
본 발명자 등은, 레이저광의 환상부(레이저광 중, 그 광축을 포함하는 중앙부를 둘러싸는 부분)를 가공 대상물의 소정부에 집광시키면, 레이저광의 중앙부 및 환상부를 가공 대상물의 소정부에 집광시키는 경우에 비해, 가공 대상물의 소정부에 미세한 개질 영역을 정밀도 좋게 형성할 수 있는 것을 발견했다. 상기 레이저 가공 장치에서는, 레이저광의 환상부가 가공 대상물의 소정부에 집광하게 하므로, 가공 대상물의 소정부에 미세한 개질 영역을 정밀도 좋게 형성할 수 있다. 또한, 레이저광의 환상부의 내연 및 외연 중 적어도 한쪽의 형상이, 가공 대상물에 있어서의 소정부의 위치에 따라 조정되므로, 가공 대상물의 소정부에 미세한 개질 영역을 효율 좋게 형성할 수 있다. 따라서 상기 레이저 가공 장치에 의하면, 미세한 개질 영역을 정밀도 좋게 또한 효율 좋게 형성하는 것이 가능해진다.
환상부는 원환(圓環) 형상을 가지고, 광학시스템은 가공 대상물에 있어서의 소정부의 위치에 따라서, 환상부의 내경 및 외경 중 적어도 한쪽을 조정해도 좋다. 이 구성에 의하면, 레이저광의 환상부의 내연 및 외연의 형상을 정확하게 또한 용이하게 조정할 수 있다.
광학시스템은 소정부가 가공 대상물의 내부에 위치하는 경우에는, 가공 대상물에 레이저광이 입사되는 표면으로부터 소정부까지의 거리에 따라서, 환상부의 내연 및 외연 중 적어도 한쪽의 형상을 조정해도 좋다. 이 구성에 의하면, 가공 대상물에 레이저광이 입사되는 표면으로부터 소정부까지의 거리에 따라서, 당해 소정부에 개질 영역을 원하는 상태(개질 영역 자체의 크기의 상태, 및 개질 영역으로부터 가공 대상물로 발생하는 균열의 길이의 상태 등을 포함함)로 형성할 수 있다.
광학시스템은 레이저광을 가공 대상물에 조사했을 때 형성될 예정인 개질 영역의 상태에 따라서, 환상부의 내연 및 외연 중 적어도 한쪽의 형상을 조정해도 좋다. 이 구성에 의하면, 형성 예정인 개질 영역의 상태를 원하는 상태로 하기 위해서, 레이저광의 환상부의 내연 및 외연 중 적어도 한쪽의 형상을 미리 조정할 수 있다.
레이저 가공 장치는, 레이저광을 가공 대상물에 조사했을 때 형성된 개질 영역의 상태를 검출하는 검출부를 추가로 구비하고, 광학시스템은 검출부에 의해서 검출된 개질 영역의 상태에 따라서, 환상부의 내연 및 외연 중 적어도 한쪽의 형상을 조정해도 좋다. 이 구성에 의하면, 형성 중 또는 형성 완료 개질 영역의 상태가 어떠한 원인에 의해서 원하는 상태로부터 벗어난 경우에, 레이저광의 환상부의 내연 및 외연 중 적어도 한쪽의 형상을 즉시 조정할 수 있다.
개질 영역의 상태는, 레이저광을 가공 대상물에 조사했을 때 개질 영역으로부터 가공 대상물로 발생하는 균열의 길이의 상태를 포함해도 좋다. 이 구성에 의하면, 개질 영역으로부터 가공 대상물로 발생하는 균열의 길이를 원하는 길이로 할 수 있다.
광학시스템은, 소정부가 가공 대상물의 내부에 위치하는 경우에는, 소정부에서 발생하는 구면 수차가 억제되도록, 가공 대상물의 굴절률, 레이저광의 파장, 및 가공 대상물에 레이저광이 입사되는 표면으로부터 소정부까지의 거리에 따라서, 레이저광을 정형해도 좋다. 이 구성에 의하면, 가공 대상물의 소정부에서 발생하는 구면 수차가 억제되므로, 가공 대상물의 소정부에, 보다 미세한 개질 영역을 형성할 수 있다.
광학시스템은, 환상부의 내연 및 외연 중 적어도 한쪽의 형상이 조정되도록, 레이저광을 변조하는 공간광 변조기와, 공간광 변조기에 의해서 변조된 레이저광을 소정부에 집광시키는 집광 광학시스템을 가져도 좋다. 이 구성에 의하면, 레이저광의 환상부의 내연 및 외연 중 적어도 한쪽의 형상을 동적이면서 또한 순간적으로 조정할 수 있다.
본 발명의 일 측면의 레이저 가공 방법은 레이저광을 가공 대상물에 조사함으로써, 가공 대상물에 개질 영역을 형성하는 레이저 가공 방법으로서, 레이저광 중, 당해 레이저광의 광축을 포함하는 중앙부를 둘러싸는 환상부를, 가공 대상물의 소정부에 집광시키고, 그때에, 가공 대상물에 있어서의 소정부의 위치에 따라서, 환상부의 내연 및 외연 중 적어도 한쪽의 형상을 조정한다.
이 레이저 가공 방법에 의하면, 상기 레이저 가공 장치와 마찬가지로, 미세한 개질 영역을 정밀도 좋게 또한 효율 좋게 형성하는 것이 가능해진다.
본 발명에 의하면, 미세한 개질 영역을 정밀도 좋게 또한 효율 좋게 형성할 수 있는 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법을 제공하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태의 레이저 가공 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1의 레이저 가공 장치의 공간광 변조기의 일부 확대 단면도이다.
도 3은 도 1의 레이저 가공 장치에 있어서의 레이저광의 집광 상태를 나타내는 개념도이다.
도 4는 도 1의 레이저 가공 장치에 있어서의 가공 깊이와 레이저광의 단면 형상의 관계를 나타내는 개념도이다.
도 5는 도 1의 레이저 가공 장치에 있어서 실시되는 레이저 가공 방법의 일례를 나타내는 순서도이다.
도 6은 도 1의 레이저 가공 장치에 있어서 기억되는 데이터 테이블의 일례를 나타내는 표이다.
도 7은 도 1의 레이저 가공 장치에 있어서 실시되는 레이저 가공 방법의 다른 예를 나타내는 순서도이다.
도 8은 도 1의 레이저 가공 장치에 있어서 기억되는 데이터 테이블의 다른 예를 나타내는 표이다.
도 9는 도 1의 레이저 가공 장치의 가공 대상인 인터포저 기판의 단면도이다.
도 10은 레이저광의 출력과 균열의 길이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 11은 실리콘 웨이퍼의 절단면에서의 균열의 상태를 나타내는 화상이다.
도 12는 중앙 성분의 컷율과 균열의 길이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 13은 중앙 성분의 컷율과 레이저광의 출력 조정폭의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 14는 광학시스템의 변형예의 구성도이다.
도 15는 광학시스템의 변형예의 구성도이다.
도 16은 광학시스템의 변형예의 구성도이다.
도 17은 광학시스템의 변형예의 구성도이다.
도 18은 레이저 가공 방법의 변형예에 있어서의 레이저광의 집광 상태를 나타내는 개념도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 부여하고, 중복하는 설명을 생략한다.
도 1에 도시되는 것처럼, 레이저 가공 장치(1)는 레이저광 L을 가공 대상물 S에 조사함으로써, 가공 대상물 S에 개질 영역 R을 형성한다. 레이저 가공 장치(1)는, 이하에 설명하는 것처럼, 인터포저 기판에 삼차원적으로 비아를 형성하는 경우, 박물의 반도체 웨이퍼를 절단하는 경우, 및 반도체 기판에 게터링 영역을 형성하는 경우 등, 개질 영역 R의 미세화가 요구되는 경우에 특히 유효한 장치이다.
여기서, 레이저광 L은, 가공 대상물 S를 투과함과 아울러 가공 대상물 S의 내부의 집광점 근방에서 특히 흡수되고, 이것에 의해, 가공 대상물 S에 개질 영역 R이 형성된다(즉, 내부 흡수형 레이저 가공). 따라서 가공 대상물 S의 표면 S1에서는 레이저광 L이 거의 흡수되지 않기 때문에, 가공 대상물 S의 표면 S1이 용융(溶融)될 일은 없다. 일반적으로, 표면 S1에서부터 용융되고 제거되어 구멍이나 홈 등의 제거부가 형성되는(표면 흡수형 레이저 가공) 경우, 가공 영역은 표면 S1측으로부터 서서히 이면측으로 진행한다.
또한, 개질 영역 R이란, 밀도, 굴절률, 기계적 강도나 그 외의 물리적 특성이 주위와는 다른 상태가 된 영역을 말한다. 개질 영역 R로서는, 예를 들면, 용융 처리 영역, 크랙 영역, 절연 파괴 영역, 굴절률 변화 영역 등이 있고, 이들이 혼재된 영역도 있다. 또한, 개질 영역 R로서는, 가공 대상물의 재료에 있어서 개질 영역 R의 밀도가 비개질 영역의 밀도와 비교하여 변화한 영역, 격자 결함이 형성된 영역이 있다(이들을 총괄하여 고밀 전이 영역이라고도 한다). 또, 용융 처리 영역, 굴절률 변화 영역, 개질 영역 R의 밀도가 비개질 영역의 밀도와 비교하여 변화한 영역, 격자 결함이 형성된 영역은, 추가로, 그들 영역의 내부나 개질 영역 R과 비개질 영역의 계면(界面)에 균열(갈라짐. 마이크로 크랙)을 내포하고 있는 경우가 있다. 내포되는 균열은 개질 영역 R의 전면(全面)에 걸친 경우나 일부분만이나 복수 부분에 형성되는 경우가 있다.
도 1에 도시되는 것처럼, 레이저 가공 장치(1)는 레이저 광원(2)과, 어테뉴에이터(attenuator)(3)와, 공간광 변조기(4)와, 4f 광학시스템(5)과, 미러(6)와, 대물렌즈 유닛(집광 광학시스템)(7)과, 재치대(지지부)(8)와, 검출부(9)와, 제어부(10)를 구비하고 있다.
레이저 광원(2)은, 예를 들면 레이저광 L을 펄스 발진함으로써, 레이저광 L을 출사한다. 레이저광 L의 파장은, 가공 대상물 S에 대해서 투과성을 가지는 파장이다. 어테뉴에이터(3)는, 레이저 광원(2)으로부터 출사된 레이저광 L의 출력을 조정한다. 공간광 변조기(4)는, 예를 들면 반사형 액정(LCOS：Liquid Crystal on Silicon)의 공간광 변조기(SLM：Spatial Light Modulator)로서, 레이저 광원(2)으로부터 출사된 레이저광 L을 변조한다.
여기서, 공간광 변조기(4)의 구성에 대해 설명한다. 도 2에 도시되는 것처럼, 공간광 변조기(4)에서는, 실리콘 기판(41), 구동 회로층(42), 복수의 화소 전극(43), 반사막(44), 배향막(45), 액정층(46), 배향막(47), 투명 도전막(48) 및 투명 기판(49)이 이 순서로 적층되어 있다.
투명 기판(49)은, 예를 들면 유리 등의 광투과성의 재료로 이루어진다. XY평면에 평행한 투명 기판(49)의 표면(49a)은, 공간광 변조기(4)에 있어서의 레이저광 L의 입출사면으로 되어 있다. 투명 도전막(48)은, 예를 들면 ITO 등의 광투과성 또한 도전성 재료로 이루어지고, 투명 기판(49)의 이면(裏面)(49b)에 형성되어 있다. 투명 기판(49) 및 투명 도전막(48)은, 레이저광 L을 투과시킨다.
화소 전극(43)은, 예를 들면 알루미늄 등의 금속재료로 이루어진다. 각 화소 전극(43)은, 복수의 화소의 배열에 따라서, 실리콘 기판(41)상에 이차원적으로 배열되어 있다. 복수의 화소 전극(43)은, 구동 회로층(42)에 마련된 액티브·매트릭스 회로에 의해서 구동된다. 액티브·매트릭스 회로는, 공간광 변조기(4)로부터 출력하려고 하는 광이미지에 따라서(즉, 제어부(10)로부터 입력되는 변조 패턴(변조용 화상)에 따라서), 각 화소 전극(43)에 인가하는 전압을 제어한다. 액티브·매트릭스 회로는, 예를 들면, X축 방향으로 늘어선 각 화소열에 인가하는 전압을 제어하는 제1 드라이버 회로와, Y축 방향으로 늘어선 각 화소열에 인가하는 전압을 제어하는 제2 드라이버 회로를 가지고 있다. 이것에 의해, 제1 및 제2 드라이버 회로로 지정된 화소에 대응하는 화소 전극(43)에, 변조 패턴에 따른 소정 전압이 인가되게 된다.
액정층(46)은, 각 화소 전극(43)과 투명 도전막(48)으로 형성되는 전계(電界)에 따라 레이저광 L을 변조한다. 반사막(44)은, 예를 들면 유전체 다층막으로 이루어지고, 공간광 변조기(4)에 입사된 레이저광 L을 반사한다. 배향막(45, 47)은 액정층(46)의 액정 분자(46a) 그룹을 일정 방향으로 배열시킨다. 배향막(45, 47)은, 예를 들면 폴리이미드 등의 고분자 재료로 이루어지고, 각 배향막(45, 47)에 있어서의 액정층(46)과의 접촉면에는, 러빙(rubbing) 처리 등이 실시되어 있다.
이상과 같이 구성된 공간광 변조기(4)에 있어서는, 액티브·매트릭스 회로에 의해서 각 화소 전극(43)에 소정 전압이 인가되면, 각 화소 전극(43)과 투명 도전막(48)의 사이에 전계가 형성된다. 이 전계는 반사막(44) 및 액정층(46)의 각각에 대해, 각각의 두께에 따른 비율로 인가된다. 이것에 의해, 액정층(46)에 인가된 전계의 크기에 따라 액정 분자(46a)의 배열 방향이 변화하게 된다.
이때, 공간광 변조기(4)에 입사된 레이저광 L은, 액정층(46)을 통과할 때 액정 분자(46a)에 의해서 변조되고, 반사막(44)에서 반사되어 다시 액정층(46)을 통과할 때 액정 분자(46a)에 의해서 변조된다. 그리고 액정층(46)에서 변조된 레이저광 L은, 공간광 변조기(4)로부터 출사된다. 이와 같이, 공간광 변조기(4)에서는, 제어부(10)로부터 입력된 변조 패턴에 따라서, 당해 레이저광 L을 구성하는 각 광선의 위상이 조정되어, 레이저광 L의 파면이 조정된다.
도 1로 돌아가, 4f 광학시스템(5)은 한 쌍의 렌즈(5a, 5b)를 가지고 있고, 공간광 변조기(4)에 의해서 변조된 레이저광 L의 파면 형상을 조정한다. 4f 광학시스템(5)에 있어서는, 공간광 변조기(4)와 렌즈(5a)의 거리(광로 길이)가 렌즈(5a)의 초점 거리 f1이 되어 있고, 대물렌즈 유닛(7)과 렌즈(5b)의 거리(광로 길이)가 렌즈(5b)의 초점 거리 f2가 되어 있다. 또한, 렌즈(5a)와 렌즈(5b)의 거리(광로 길이)가 f1＋f2가 되어 있고, 렌즈(5a)와 렌즈(5b)가 양측 텔레센트릭 광학시스템이 되어 있다. 이러한 4f 광학시스템(5)에 의하면, 공간광 변조기(4)에 의해서 변조된 레이저광 L의 파면 형상이 공간 전파에 의해서 변화하여 수차가 증대하는 것을 억제할 수 있다.
미러(6)는 4f 광학시스템(5)측으로부터 입사된 레이저광 L을 반사하여 대물렌즈 유닛(7)에 입사시킨다. 대물렌즈 유닛(7)은, 입사한 레이저광 L을 가공 대상물 S의 소정부에 집광시킨다. 대물렌즈 유닛(7)은, 예를 들면 압전 소자 등의 액츄에이터(7a)를 가지고 있다. 액츄에이터(7a)는, 대물렌즈 유닛(7)을 그 광축을 따라 왕복 운동시킬 수 있다.
재치대(8)는 가공 대상물 S를 지지함과 아울러, 대물렌즈 유닛(7)에 대해서 이동 가능하게 되어 있다. 재치대(8)는 가공 대상물 S를 지지한 상태로 대물렌즈 유닛(7)에 대해서 이동함으로써, 가공 대상물 S에 대해서 레이저광 L의 집광점 P를 이동시킨다. 또한, 액츄에이터(7a)는 가공 대상물 S의 표면에서 반사된 측정용 레이저광의 반사광의 검출치에 기초하여, 가공 대상물 S의 표면의 기복 등을 따르도록 대물렌즈 유닛(7)을 그 광축을 따라 왕복 운동시킬 수 있다.
검출부(9)는 레이저광 L을 가공 대상물 S에 조사했을 때 형성된 개질 영역 R의 상태를 검출한다. 검출부(9)는, 예를 들면 개질 영역 R에서 발생하는 플라즈마의 발광량을 검출함으로써, 레이저광 L을 가공 대상물 S에 조사했을 때 개질 영역 R로부터 가공 대상물 S로 발생한 균열의 길이의 상태를 검출한다.
제어부(10)는 레이저 가공 장치(1)의 전체를 제어한다. 예를 들면, 제어부(10)는 레이저 광원(2)으로부터 출사되는 레이저광 L의 출력 및 펄스폭 등이 소정치가 되도록, 레이저 광원(2)을 제어한다. 또, 제어부(10)는 검출부(9)로부터 입력된 검출치에 기초하여 변조 패턴을 생성하고, 당해 변조 패턴을 공간광 변조기(4)에 입력한다. 또한, 제어부(10)는 재치대(8) 및 액츄에이터(7a)의 동작을 제어한다.
이상과 같이 구성된 레이저 가공 장치(1)에 있어서는, 공간광 변조기(4), 4f 광학시스템(5), 미러(6) 및 대물렌즈 유닛(7)에 의해서 광학시스템(11)이 구성되어 있다. 광학시스템(11)은, 도 3에 도시되는 것처럼, 레이저광 L 중, 그 광축 OA를 포함하는 중앙 성분(레이저광의 NA가 작은 성분 즉 저NA 성분)인 중앙부(La)를 컷하고, 당해 중앙부(La)를 둘러싸는 주변 성분(레이저광의 NA가 큰 성분 즉 고NA 성분), 즉 환상 성분인 환상부(Lb)를 가공 대상물 S의 소정부에 집광시킨다. 레이저 가공 장치(1)에서는, 레이저광 L의 중앙부(La)의 컷은 공간광 변조기(4)에 의한 레이저광 L의 변조에 의해서 실현되고, 레이저광 L의 환상부(Lb)의 집광은 대물렌즈 유닛(7)에 의한 레이저광 L의 집광에 의해서 실현된다. 또한, 여기에서는, 중앙부(La)는 광축 OA를 중심선으로 하는 원형상을 가지고 있고, 환상부(Lb)는 광축 OA를 중심선으로 하는 원환 형상을 가지고 있다.
또, 광학시스템(11)은 가공 대상물 S에 있어서의 소정부의 위치(즉, 가공 대상물 S에 있어서 레이저광 L의 집광점 P가 맞춰지는 위치), 및 레이저광 L을 가공 대상물 S에 조사했을 때 형성될 예정인 개질 영역 R의 상태에 따라서, 환상부(Lb)의 내연 및 외연 중 적어도 한쪽의 형상을 조정한다.
구체적으로는, 도 4 (a)에 도시되는 것처럼, 가공 대상물 S에 있어서의 소정부의 위치란, 가공 깊이(즉, 가공 대상물 S에 레이저광이 입사되는 표면 S1에서부터 당해 소정부까지의 거리) Zm(m=1, 2, 3, …)이다. 또, 개질 영역 R의 상태란, 레이저광 L을 가공 대상물 S에 조사했을 때 개질 영역 R로부터 가공 대상물 S의 표면 S1에 수직인 방향으로 발생하는 균열이 길이 Xm(m=1, 2, 3, …)이다. 광학시스템(11)은, 개질 영역 R을 형성해야 할 소정부가 가공 대상물 S의 내부에 위치하는 경우에는, 가공 깊이 Zm 및 균열의 길이 Xm에 따라서, 환상부(Lb)의 내경 IDm(m=1, 2, 3, …) 및 외경 ODm(m=1, 2, 3, …) 중 적어도 한쪽을 조정함으로써, 환상부(Lb)의 내연 및 외연 중 적어도 한쪽의 형상을 조정한다. 레이저 가공 장치(1)에서는, 환상부(Lb)의 내경 IDm 및 외경 ODm 중 적어도 한쪽의 조정(즉, 환상부(Lb)의 내연 및 외연 중 적어도 한쪽의 형상의 조정)은, 공간광 변조기(4)에 의한 레이저광 L의 변조에 의해서 실현된다. 또한, 도 4 (b) 경우에는, OD1＜OD2=OD3, ID1＞ID2＜ID3으로 되어 있다.
또한, 광학시스템(11)은, 개질 영역 R을 형성해야 할 소정부가 가공 대상물 S의 내부에 위치하는 경우에는, 당해 소정부에서 발생하는 구면 수차가 억제되도록, 가공 대상물 S의 굴절률 n, 레이저광 L의 파장 λ 및 가공 깊이 Zm에 따라서, 레이저광 L을 정형한다. 레이저 가공 장치(1)에서는, 구면 수차를 억제하기 위한 레이저광 L의 정형은, 공간광 변조기(4)에 의한 레이저광 L의 변조에 의해서 실현된다. 또한, 대물렌즈 유닛(7)에 의해서 집광된 레이저광 L이 가공 대상물 S에 입사되었을 때, 집광렌즈에 입사되는 광의 입사고(入射高)에 의한 초점 시프트가 생겨, 입사광에 따라서 집광점 위치가 다름으로써 구면 수차가 발생하게 된다. 이때 근축 광선의 집광 위치로부터의 광축 OA 방향의 시프트량이, 세로 수차 표현된 구면 수차(longitudinal spherical aberration)가 되어, 최외연(最外緣) 광선에서 가장 수차가 크게 된다. 세로 수차 표현된 구면 수차는 세로 수차(longitudinal aberration), 세로 방향 수차나 세로 광선 수차(longitudinal ray aberration), 세로 방향 오차(longitudinal error)라고 표현되기도 한다.
다음으로, 레이저 가공 장치(1)에 있어서 실시되는 레이저 가공 방법의 일례에 대해 설명한다. 도 5에 도시되는 것처럼, 제어부(10)는 가공 대상물 S의 굴절률 n, 레이저광 L의 파장 λ 및 가공 깊이 Zm을 취득한다(스텝 S01~S03). 굴절률 n, 파장 λ 및 가공 깊이 Zm은, 미리 제어부(10)에 입력되는 값이고, 가공 깊이 Zm은 개질 영역 R을 형성해야 할 원하는 가공 깊이이다. 이어서, 제어부(10)는 스텝 S01~S03에서 취득한 굴절률 n, 파장 λ 및 가공 깊이 Zm에 따라서, 수차 보정 파라미터 A(n, λ, Zm)=Am을 확정한다(스텝 S04). 제어부(10)는, 도 6 (a)에 도시되는 것처럼, 미리 메모리에 기억된 데이터 테이블을 참조하여, 굴절률 n, 파장 λ 및 가공 깊이 Zm에 대응하는 수차 보정 파라미터 Am을 판독할 수도 있고, 굴절률 n, 파장 λ 및 가공 깊이 Zm에 기초하여 수차 보정 파라미터 Am을 산출할 수도 있다.
도 5로 돌아가, 이어서, 제어부(10)는 균열의 길이 Xm을 취득한다(스텝 S05). 균열의 길이 Xm은 미리 제어부(10)에 입력되는 값이고, 개질 영역 R로부터 가공 대상물 S로 발생시켜야 할 원하는 균열의 길이이다. 이어서, 제어부(10)는 스텝 S04에서 확정한 수차 보정 파라미터 Am, 및 스텝 S05에서 취득한 균열의 길이 Xm에 따라서, 변조 패턴 P(Am, Xm)=Pm을 확정한다(스텝 S06). 제어부(10)는, 도 6 (b)에 도시되는 것처럼, 미리 메모리에 기억된 데이터 테이블을 참조하여, 수차 보정 파라미터 Am 및 균열의 길이 Xm에 대응하는 변조 패턴 Pm을 판독할 수도 있고, 수차 보정 파라미터 Am 및 균열의 길이 Xm에 기초하여 변조 패턴 Pm을 산출할 수도 있다. 변조 패턴 P(Am, Xm)는, 레이저광 L의 환상부(Lb)의 내경 IDm 및 외경 ODm 중 적어도 한쪽을 조정할 수 있고, 또한 개질 영역 R을 형성해야 할 소정부에서 발생하는 구면 수차를 억제할 수 있는 변조 패턴이다.
도 5로 돌아가, 이어서, 제어부(10)는 레이저 가공을 개시시킨다(스텝 S07). 구체적으로는, 제어부(10)는 스텝 S06에서 확정한 변조 패턴 Pm을 공간광 변조기(4)에 입력하여, 레이저 광원(2)으로부터 소정의 조건으로 레이저광 L을 출사시킨다. 그 한편으로, 제어부(10)는, 재치대(8) 및 액츄에이터(7a)를 동작시켜서, 가공 대상물 S의 소정부에 레이저광 L의 집광점 P가 맞춰지도록 한다. 이것에 의해, 공간광 변조기(4)에 의해서 변조된 레이저광 L의 환상부(Lb)가, 대물렌즈 유닛(7)에 의해서 가공 대상물 S의 소정부에 구면 수차가 억제된 상태로 집광되게 된다.
이어서, 제어부(10)는, 재치대(8) 및 액츄에이터(7a)를 동작시켜서, 가공 대상물 S에 있어서의 레이저광 L의 집광점 P의 위치를 원하는 라인을 따라서 이동시키면서, 가공 깊이 Zm이 변경되는지 여부를 판단한다(스텝 S08). 그 결과, 가공 깊이 Zm이 변경되는 경우에는, 제어부(10)는, 스텝 S03으로 돌아가, 이후, 마찬가지의 처리를 행한다. 한편, 스텝 S08의 판단 결과, 가공 깊이 Zm이 변경되지 않은 경우에는, 제어부(10)는 균열의 길이 Xm이 변경되는지 여부를 판단한다(스텝 S09). 그 결과, 균열의 길이 Xm이 변경되는 경우에는, 제어부(10)는 스텝 S05로 돌아가, 이후, 마찬가지의 처리를 행한다. 스텝 S09의 판단 결과, 균열의 길이 Xm이 변경되지 않은 경우에는, 제어부(10)는 레이저 가공을 종료시킨다.
다음으로, 레이저 가공 장치(1)에 있어서 실시되는 레이저 가공 방법의 다른 예에 대해 설명한다. 도 7에 도시되는 것처럼, 제어부(10)는, 가공 깊이 Zm 및 균열의 길이 Xm을 취득한다(스텝 S11 및 S12). 가공 깊이 Zm 및 균열의 길이 Xm은, 미리 제어부(10)에 입력되는 값이며, 각각, 개질 영역 R을 형성해야 할 원하는 가공 깊이, 및 개질 영역 R로부터 가공 대상물 S로 발생시켜야 할 원하는 균열의 길이이다. 이어서, 제어부(10)는, 스텝 S11 및 S12에서 취득한 가공 깊이 Zm 및 균열의 길이 Xm에 따라서, 변조 패턴 P(Zm, Xm)=Pm을 확정한다(스텝 S13). 제어부(10)는, 도 8에 도시되는 것처럼, 미리 메모리에 기억된 데이터 테이블을 참조하여, 가공 깊이 Zm 및 균열의 길이 Xm에 대응하는 변조 패턴 Pm을 판독할 수도 있고, 가공 깊이 Zm 및 균열의 길이 Xm에 기초하여 변조 패턴 Pm을 산출할 수도 있다. 변조 패턴 P(Zm, Xm)는, 레이저광 L의 환상부(Lb)의 내경 IDm 및 외경 ODm 중 적어도 한쪽을 조정할 수 있는 변조 패턴이다.
도 7로 돌아가, 이어서, 제어부(10)는 레이저 가공을 개시시킨다(스텝 S14). 구체적으로는, 제어부(10)는 스텝 S13에서 확정한 변조 패턴 Pm을 공간광 변조기(4)에 입력하여, 레이저 광원(2)으로부터 소정의 조건으로 레이저광 L을 출사시킨다. 그 한편으로, 제어부(10)는 재치대(8) 및 액츄에이터(7a)를 동작시켜서, 가공 대상물 S의 소정부에 레이저광 L의 집광점 P가 맞춰지도록 한다. 이것에 의해, 공간광 변조기(4)에 의해서 변조된 레이저광 L의 환상부(Lb)가, 대물렌즈 유닛(7)에 의해서 가공 대상물 S의 소정부에 집광되게 된다.
이어서, 제어부(10)는 재치대(8) 및 액츄에이터(7a)를 동작시켜서, 가공 대상물 S에 있어서의 레이저광 L의 집광점 P의 위치를 원하는 라인을 따라서 이동시키면서, 가공 깊이 Zm이 변경되는지 여부를 판단한다(스텝 S15). 그 결과, 가공 깊이 Zm이 변경되는 경우에는, 제어부(10)는, 스텝 S11로 돌아가, 이후, 마찬가지의 처리를 행한다. 한편, 스텝 S15의 판단 결과, 가공 깊이 Zm이 변경되지 않은 경우에는, 제어부(10)는 균열의 길이 Xm이 변경되는지 여부를 판단한다(스텝 S16). 그 결과, 균열의 길이 Xm이 변경되는 경우에는, 제어부(10)는 스텝 S12로 돌아가, 이후, 마찬가지의 처리를 행한다. 스텝 S16의 판단 결과, 균열의 길이 Xm이 변경되지 않은 경우에는, 제어부(10)는 레이저 가공을 종료시킨다.
또한, 상술한 레이저 가공 방법의 일례 또는 다른 예에 있어서, 제어부(10)는, 다음과 같은 처리를 행할 수도 있다. 즉, 제어부(10)는 검출부(9)로부터 입력된 검출치에 기초하여, 레이저광 L을 가공 대상물 S에 조사했을 때 개질 영역 R로부터 가공 대상물 S로 발생한 균열의 길이의 상태를 취득한다. 그리고 제어부(10)는, 당해 균열의 길이가 원하는 균열의 길이로부터 벗어나 있는 경우에는, 당해 균열의 길이가 원하는 균열의 길이되도록 변조 패턴 Pm을 보정하여, 보정한 변조 패턴 Pm을 공간광 변조기(4)에 입력한다. 이와 같이 공간광 변조기(4)를 피드백 제어함으로써, 형성 중 또는 형성 완료 개질 영역 R로부터 발생한 균열의 길이가 어떠한 원인에 의해서 원하는 균열의 길이로부터 벗어난 경우에, 레이저광 L의 환상부(Lb)의 내경 IDm 및 외경 ODm 중 적어도 한쪽을 즉시 조정할 수 있다.
다음으로, 상술한 레이저 가공 방법의 일례 또는 다른 예를 이용하여, 인터포저 기판에 삼차원적으로 비아를 형성하는 경우에 대해 설명한다. 도 9에 도시되는 것처럼, 가공 대상물 S로서, 인터포저 기판이 되는 예를 들면 두께 300㎛ 정도의 실리콘 기판을 준비한다. 이어서, 당해 가공 대상물 S에 대해, 삼차원적으로 비아를 형성하기 위한 라인 SL을 예를 들면 50㎛ 정도의 피치로 복수 설정한다. 이어서, 레이저 가공 장치(1)는 상술한 레이저 가공 방법의 일례 또는 다른 예의 절차로, 레이저광 L의 집광점 P를 각 라인 SL을 따라서 이동시킴으로써, 원하는 가공 깊이에 있어서 원하는 균열의 길이를 가지는 개질 영역 R을 각 라인 SL을 따라서 형성한다.
이때, 레이저광 L의 1펄스의 샷(즉 1펄스의 레이저 조사：레이저 샷)으로 미세한 개질 영역 R이 형성되고, 이 미세한 개질 영역 R이 각 라인 SL을 따라서 형성되게 된다. 미세한 개질 영역 R은, 각 라인 SL상에 있어서, 연속적으로 형성되는 경우도 있고, 단속적으로 형성되는 경우도 있다. 다만, 단속적으로 형성되는 경우에 있어서도, 미세한 개질 영역 R로부터 발생한 균열끼리는 연속하고 있는 경우가 있다.
이와 같이 각 라인 SL을 따라서 개질 영역 R이 형성된 가공 대상물 S에 대해, KOH 등을 이용하여 이방성 에칭 처리를 실시한다. 이것에 의해, 개질 영역 R이 선택적으로 에칭되어, 각 라인 SL을 따라서 공동(空洞)이 형성된다. 이어서, 각 라인 SL을 따라서 형성된 공동에, 진공 압축 등에 의해 도체를 매립한다. 이것에 의해, 삼차원적으로 비아가 형성된 인터포저 기판이 형성된다.
이상 설명한 것처럼, 레이저 가공 장치(1)에서는, 레이저광 L의 환상부(Lb)를 가공 대상물 S의 소정부에 집광시킨다. 이와 같이 레이저광 L의 환상부(Lb)를 가공 대상물 S의 소정부에 집광시키면, 레이저광 L의 중앙부(La) 및 환상부(Lb)를 가공 대상물 S의 소정부에 집광시키는 경우에 비해, 가공 대상물 S의 소정부에 미세한 개질 영역 R을 정밀도 좋게 형성할 수 있다. 또한, 그때에, 가공 대상물 S에 있어서의 소정부의 위치에 따라서, 레이저광 L의 환상부(Lb)의 내경 및 외경 중 적어도 한쪽을 조정하므로, 가공 대상물 S의 소정부에 미세한 개질 영역 R을 효율 좋게 형성할 수 있다. 따라서 레이저 가공 장치(1)에 의하면, 미세한 개질 영역 R을 정밀도 좋게 또한 효율 좋게 형성하는 것이 가능해진다.
이러한 레이저 가공 장치(1)는, 예를 들면 레이저광 L의 1펄스의 샷으로 형성되는 개질 영역 R의 크기가 수㎛ ~ 10㎛ 정도와 같이, 개질 영역 R의 미세화가 요구되는 경우에 특히 유효하다. 또한, 개질 영역 R의 미세화가 요구되는 경우에는, 상술한 것 같은 인터포저 기판에 삼차원적으로 비아를 형성하는 경우 외, 예를 들면 두께 20㎛ ~ 30㎛ 정도의 실리콘으로 이루어지는 박물의 반도체 웨이퍼를 개질 영역 R을 기점으로 하여 절단하는 경우, 및 예를 들면 실리콘으로 이루어지는 반도체 기판에 게터링 영역을 형성하는 경우 등이 있다.
또, 레이저 가공 장치(1)에서는, 레이저광 L의 환상부(Lb)가 원환 형상을 가지고, 광학시스템(11)이 가공 대상물 S에 있어서의 소정부의 위치에 따라서, 레이저광 L의 환상부(Lb)의 내경 및 외경 중 적어도 한쪽을 조정한다. 이것에 의해, 레이저광 L의 환상부(Lb)의 내연 및 외연의 형상을 정확하게 또한 용이하게 조정할 수 있다.
또, 레이저 가공 장치(1)에서는, 광학시스템(11)이 가공 깊이(가공 대상물 S에 레이저광 L이 입사하는 표면 S1에서부터 소정부까지의 거리) Zm에 따라서, 레이저광 L의 환상부(Lb)의 내경 및 외경 중 적어도 한쪽을 조정한다. 이것에 의해, 가공 깊이 Zm에 따라서, 당해 소정부에 개질 영역 R을 원하는 상태(개질 영역 R자체의 크기의 상태, 및 개질 영역 R로부터 가공 대상물 S에 발생하는 균열의 길이의 상태 등을 포함함)로 형성할 수 있다.
또, 레이저 가공 장치(1)에서는, 광학시스템(11)이 레이저광 L을 가공 대상물 S에 조사했을 때 형성될 예정인 개질 영역 R의 상태에 따라서, 레이저광 L의 환상부(Lb)의 내경 및 외경 중 적어도 한쪽을 조정한다. 이것에 의해, 형성 예정인 개질 영역 R의 상태를 원하는 상태로 하기 위해서, 레이저광 L의 환상부(Lb)의 내경 및 외경 중 적어도 한쪽을 미리 조정할 수 있다.
또, 레이저 가공 장치(1)에서는, 광학시스템(11)이, 가공 대상물 S의 소정부에서 발생하는 구면 수차가 억제되도록, 가공 대상물 S의 굴절률, 레이저광 L의 파장 및 가공 깊이 Zm에 따라서, 레이저광 L을 정형한다. 이것에 의해, 가공 대상물 S의 소정부에서 발생하는 구면 수차가 억제되므로, 가공 대상물 S의 소정부에, 보다 미세한 개질 영역 R을 형성할 수 있다.
또, 레이저 가공 장치(1)에서는, 광학시스템(11)이, 레이저광 L을 변조하는 공간광 변조기(4)와, 공간광 변조기(4)에 의해서 변조된 레이저광 L을 가공 대상물 S의 소정부에 집광시키는 대물렌즈 유닛(7)을 가지고 있다. 이와 같이 레이저광 L의 변조에 공간광 변조기(4)를 이용함으로써, 레이저광 L의 환상부(Lb)의 내경 및 외경 중 적어도 한쪽을 동적이면서 또한 순간적으로 조정할 수 있다. 또한, 레이저광 L의 중앙 성분을 무작위로 확산시키는 변조 패턴, 및 레이저광 L의 중앙 성분을 그레이팅(grating)으로 분기하여 확산시키는 변조 패턴 등을 공간광 변조기(4)에 입력시킴으로써, 중앙부(La)를 제외하고, 환상부(Lb)만을 집광시킬 수 있다.
다음으로, 본 발명의 효과를 확인하기 위한 실험에 대해 설명한다. 우선, 두께 300㎛의 실리콘 웨이퍼를 준비하고, 가공 깊이(실리콘 웨이퍼에 있어서 레이저광이 입사되는 표면으로부터의 거리) 100㎛의 위치에, 실리콘 웨이퍼의 표면에 평행하게 연재(延在)하는 라인을 설정했다. 그리고 파장 1080nm의 레이저광을 펄스폭 150ns 발진으로 출사하여, 실리콘 웨이퍼에 설정한 라인을 따라서 레이저광의 집광점을 이동시킴으로써, 당해 라인을 따라서 개질 영역을 형성했다. 이어서, 실리콘 웨이퍼에 설정한 라인과 직교하도록 실리콘 웨이퍼를 절단하여, 당해 실리콘 웨이퍼에 대해, KOH를 이용하여 이방성 에칭 처리를 2분간 실시했다. 그리고 개질 영역이 선택적으로 에침됨으로써 실리콘 웨이퍼의 절단면에 형성된 공동에 있어서의 균열의 길이를 측정했다.
상기 실험에서는, 레이저광의 중앙 성분(저NA 성분)의 컷율을 복수 설정하고, 추가로, 중앙 성분의 컷율마다 레이저광의 출력을 복수 설정함으로써, 중앙 성분의 컷율과 출력의 조합마다, 실리콘 웨이퍼에 대한 레이저광의 조사를 행했다. 또한, 어느 조합에 있어서도 구면 수차의 보정은 행했다. 그 경우에 있어서의 레이저광의 출력과 균열의 길이의 관계를 도 10에 나타낸다. 여기서, 중앙 성분의 컷율이란, 레이저광에 있어서 원환 형상의 환상부의 외경을 고정으로 하고, 당해 환상부의 내경을 변화시켰을 경우에 있어서의 「소정 단면에서의 레이저광의 환상부의 면적에 대한 레이저광의 중앙부의 면적의 비율」이다. 따라서 예를 들면 중앙 성분의 컷율이 0%인 경우는, 소정 단면에서의 레이저광의 중앙부의 면적이 0인 경우이기 때문에, 소정 단면에서의 형상이 원형상의 레이저광을 조사했을 경우이다.
도 10에 도시된 실험 결과로부터, 중앙 성분의 컷율이 커질수록, 균열의 길이가 작아지는 경향이 있는 것을 알았다. 도 11은 중앙 성분의 컷율 0%, 출력 0.07W로, 실리콘 웨이퍼에 대한 레이저광의 조사를 행했을 경우, 및 중앙 성분의 컷율 50%, 출력 0.31W로, 실리콘 웨이퍼에 대한 레이저광의 조사를 행했을 경우의 각각의 경우에 있어서의 균열의 상태를 나타내는 화상이다. 도 11에 도시된 실험 결과로부터, 구면 수차를 보정한 것만으로는 균열의 길이를 10㎛ 이하로 작게 하는 것이 곤란한 반면, 구면 수차의 보정에 더하여 중앙 성분을 컷하면 균열의 길이를 5㎛ 이하로 작게 하는 것이 가능하다는 것을 알았다.
다음으로, 레이저광의 출력을 0.32W로 일정하게 한 경우에 있어서의 중앙 성분의 컷율과 균열의 길이의 관계를 도 12에 나타낸다. 도 12에 도시된 실험 결과로부터, 중앙 성분의 컷율이 커질수록, 균열의 길이가 작아지는 경향이 있는 것을 알았다. 또한, 균열의 길이가 12㎛로 되었을 때의 레이저광의 출력과 균열의 길이가 16㎛로 되었을 때의 레이저광의 출력의 차를 출력 조정폭으로 하고, 그 경우에 있어서의 중앙 성분의 컷율과 레이저광의 출력 조정폭의 관계를 도 13에 나타낸다. 도 13에 도시된 실험 결과로부터, 중앙 성분의 컷율이 커질수록, 출력 조정폭이 커지는 경향이 있는 것을 알았다. 이것은, 중앙 성분의 컷율이 커질수록, 레이저광의 출력의 변화에 대한 균열의 길이의 변화가 작아지는 것을 의미한다. 따라서 중앙 성분의 컷율이 커질수록, 균열의 길이를 미세 조정할 때에 레이저광의 출력을 크게 조정할 수 있다(가공 마진이 커진다). 즉, 중앙 성분의 컷율을 제어함으로써, 균열의 길이를 조절할 수 있고, 또한 균열의 길이를 조절하는 마진이 커진다(정확한 가공 조건의 선택의 폭이 커진다).
이상, 본 발명의 일 실시 형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 공간광 변조기(4)는 LCOS－SLM로 한정되지 않고, MEMS－SLM 또는 DMD(변형가능(deformable) 미러 디바이스) 등이어도 좋다. 또, 공간광 변조기(4)는 반사형으로 한정되지 않고, 투과형이어도 좋다. 또한, 공간광 변조기(4)로서는, 액정 셀타입 또는 LCD 타입 등을 들 수 있다.
또, 상기 실시 형태에서는, 레이저광 L의 환상부(Lb)의 외경 및 내경 중 적어도 한쪽이 공간광 변조기(4)에 의해서 조정되었지만, 레이저광 L의 환상부(Lb)의 외경 및 내경 중 적어도 한쪽은, 다음과 같은 광학시스템에 의해서 조정되어도 좋다.
즉, 도 14에 도시되는 것처럼, 가변 조리개(aperture)(12)에 의해서, 환상부(Lb)의 외경이 조정되고, 회전식 개구(13)에 장착된 복수의 조리개(14)(각각 조리개 지름이 다름)에 의해서, 환상부(Lb)의 내경이 조정되어도 좋다. 또, 도 15에 도시되는 것처럼, 적어도 한쪽이 광축 OA에 따라서 이동하는 한 쌍의 액시콘렌즈(15a, 15b)에 의해서, 환상부(Lb)의 내경이 조정되어도 좋다. 또, 도 16에 도시되는 것처럼, 적어도 한쪽이 광축 OA을 따라서 이동하는 한 쌍의 오목형 원추 반사경(16a, 16b) 및 한 쌍의 볼록형 원추 반사경(17a, 17b)에 의해서, 환상부(Lb)의 내경이 조정되어도 좋다. 또한, 도 17에 도시되는 것처럼, 가변 조리개(18)에 의해서, 환상부(Lb)의 외경이 조정되고, 외경 가변 날개 그룹(羽群)(19)에 의해서, 환상부(Lb)의 내경이 조정되어도 좋다.
또, 상기 실시 형태에서는, 가공 대상물 S의 소정부에서 발생하는 구면 수차가 억제되도록, 레이저광 L이 공간광 변조기(4)에 의해서 변조되었지만, 당해 구면 수차는 보정관 렌즈 또는 특수 광학시스템 등에 의해서 보정되어도 좋다.
또, 레이저광 L의 환상부(Lb)의 형상은, 완전한 원환 형상으로 한정되지 않고, 예를 들면 내연 및 외연이 타원 형상인 환형상 등이어도 좋다. 그 경우에도, 광학시스템(11)은, 가공 대상물 S에 있어서의 소정부의 위치에 따라서, 환상부(Lb)의 내연 및 외연 중 적어도 한쪽의 형상을 조정한다.
또, 도 18에 도시되는 것처럼, 레이저광 L의 중앙부(La)와 레이저광 L의 환상부(Lb)를 가공 대상물 S에 있어서의 다른 위치에 동시에 집광시켜도 좋다. 예를 들면, 개질 영역 R을 기점으로 하여 판 모양의 가공 대상물 S를 절단하는 경우에, 가공 대상물 S의 두께 방향에 있어서의 중앙부에 레이저광 L의 중앙부(La)를 집광시킴으로써, 비교적 큰 개질 영역 R1, 및 당해 개질 영역 R1로부터 가공 대상물 S의 두께 방향으로 신장하는 균열 F1을 형성한다. 그 한편으로, 가공 대상물 S의 표면 근방부 또는 이면 근방부에 레이저광 L의 환상부(Lb)를 집광시킴으로써, 비교적 작은 개질 영역 R2, 및 당해 개질 영역 R2로부터 가공 대상물 S의 두께 방향으로 신장하는 균열 F2를 형성한다. 이와 같이 가공 대상물 S의 절단 예정 라인을 따라서 가공 대상물 S의 두께 방향으로 늘어서도록 복수열의 개질 영역 R1, R2를 형성함으로써, 가공 대상물 S를 절단 예정 라인을 따라서 용이하면서 또한 정밀도 좋게 절단할 수 있다. 또한, 가공 대상물 S의 표면 근방부 또는 이면 근방부에 미세한 개질 영역 R2 및 균열 F2를 형성함으로써, 가공 대상물 S의 표면 근방부 또는 이면 근방부에 형성된 기능 소자층을 절단 예정 라인을 따라서 정밀도 좋게 절단 할 수 있다.
[산업상의 이용 가능성]
본 발명에 의하면, 미세한 개질 영역을 정밀도 좋게 또한 효율 좋게 형성할 수 있는 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법을 제공하는 것이 가능해진다.
1: 레이저 가공 장치, 2: 레이저 광원,
4: 공간광 변조기, 7: 대물렌즈 유닛(집광 광학시스템),
8: 재치대(지지부), 9: 검출부,
11: 광학시스템.

Claims (9)

  1. 레이저광을 가공 대상물에 조사함으로써, 상기 가공 대상물에 개질 영역을 형성하는 레이저 가공 장치로서,
    상기 레이저광을 출사하는 레이저 광원과,
    상기 가공 대상물을 지지하는 지지부와,
    상기 레이저 광원으로부터 출사된 상기 레이저광 중, 당해 레이저광의 광축을 포함하는 중앙부를 둘러싸는 환상부를, 상기 지지부에 지지된 상기 가공 대상물의 소정부에 집광시키는 광학시스템을 구비하고,
    상기 광학시스템은, 상기 레이저광을 상기 가공 대상물에 조사했을 때 형성될 예정인 상기 개질 영역의 상태에 따라서, 상기 환상부의 내연(內緣) 및 외연(外緣) 중 적어도 한쪽의 형상을 조정하는 레이저 가공 장치.
  2. 레이저광을 가공 대상물에 조사함으로써, 상기 가공 대상물에 개질 영역을 형성하는 레이저 가공 장치로서,
    상기 레이저광을 출사하는 레이저 광원과,
    상기 가공 대상물을 지지하는 지지부와,
    상기 레이저 광원으로부터 출사된 상기 레이저광 중, 당해 레이저광의 광축을 포함하는 중앙부를 둘러싸는 환상부를, 상기 지지부에 지지된 상기 가공 대상물의 소정부에 집광시키는 광학시스템과,
    상기 레이저광을 상기 가공 대상물에 조사했을 때 형성된 상기 개질 영역의 상태를 검출하는 검출부를 구비하고,
    상기 광학시스템은, 상기 검출부에 의해서 검출된 상기 개질 영역의 상기 상태에 따라서, 상기 환상부의 내연 및 외연 중 적어도 한쪽의 형상을 조정하는 레이저 가공 장치.
  3. 레이저광을 가공 대상물에 조사함으로써, 상기 가공 대상물에 개질 영역을 형성하는 레이저 가공 장치로서,
    상기 레이저광을 출사하는 레이저 광원과,
    상기 가공 대상물을 지지하는 지지부와,
    상기 레이저 광원으로부터 출사된 상기 레이저광 중, 당해 레이저광의 광축을 포함하는 중앙부를 둘러싸는 환상부를, 상기 지지부에 지지된 상기 가공 대상물의 소정부에 집광시키는 광학시스템을 구비하고,
    상기 광학시스템은, 상기 가공 대상물에 있어서의 상기 소정부의 위치에 따라서, 상기 환상부의 내연 및 외연 중 적어도 한쪽의 형상을 조정함과 아울러, 상기 소정부가 상기 가공 대상물의 내부에 위치하는 경우에는, 상기 소정부에서 발생하는 구면 수차가 억제되도록, 상기 가공 대상물의 굴절률, 상기 레이저광의 파장, 및 상기 가공 대상물에 상기 레이저광이 입사되는 표면으로부터 상기 소정부까지의 거리에 따라서, 상기 레이저광을 정형하는 레이저 가공 장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 환상부는, 원환 형상을 가지고,
    상기 광학시스템은, 상기 가공 대상물에 있어서의 상기 소정부의 위치에 따라서, 상기 환상부의 내경 및 외경 중 적어도 한쪽을 조정하는 레이저 가공 장치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학시스템은, 상기 소정부가 상기 가공 대상물의 내부에 위치하는 경우에는, 상기 가공 대상물에 상기 레이저광이 입사되는 표면으로부터 상기 소정부까지의 거리에 따라서, 상기 환상부의 상기 내연 및 상기 외연 중, 상기 적어도 한쪽의 형상을 조정하는 레이저 가공 장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 광학시스템은, 상기 소정부가 상기 가공 대상물의 내부에 위치하는 경우에는, 상기 가공 대상물에 상기 레이저광이 입사되는 표면으로부터 상기 소정부까지의 거리에 따라서, 상기 환상부의 상기 내연 및 상기 외연 중, 상기 적어도 한쪽의 형상을 조정하는 레이저 가공 장치.
  7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 개질 영역의 상기 상태는, 상기 레이저광을 상기 가공 대상물에 조사했을 때 상기 개질 영역으로부터 상기 가공 대상물로 발생하는 균열의 길이의 상태를 포함하는 레이저 가공 장치.
  8. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학시스템은,
    상기 환상부의 상기 내연 및 상기 외연 중, 상기 적어도 한쪽의 형상이 조정되도록, 상기 레이저광을 변조하는 공간광 변조기와,
    상기 공간광 변조기에 의해서 변조된 상기 레이저광을 상기 소정부에 집광시키는 집광 광학시스템을 가지는 레이저 가공 장치.
  9. 레이저광을 가공 대상물에 조사함으로써, 상기 가공 대상물에 개질 영역을 형성하는 레이저 가공 방법으로서,
    상기 레이저광 중, 당해 레이저광의 광축을 포함하는 중앙부를 둘러싸는 환상부를, 상기 가공 대상물의 소정부에 집광시키고, 그때에, 상기 레이저광을 상기 가공 대상물에 조사했을 때 형성될 예정인 상기 개질 영역의 상태에 따라서, 상기 환상부의 내연 및 외연 중 적어도 한쪽의 형상을 조정하는 레이저 가공 방법.
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