KR102303178B1 - 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(300)는, 레이저광(L)을 출사하는 레이저광원(202)과, 레이저광(L)을 가공 대상물(1)에 집광하는 집광 광학계(204)와, 레이저광(L)이 적어도 제1 가공광 및 제2 가공광으로 분기되어, 제1 가공광이 제1 집광점에 집광됨과 아울러 제2 가공광이 제2 집광점에 집광되도록, 레이저광(L)을 변조하는 반사형 공간 광변조기(203)를 구비한다. 가공 대상물(1)의 표면(3)에서의 제1 가공광의 반경을 W1으로 하고, 상기 표면(3)에서의 제2 가공광의 반경을 W2로 하고, 상기 표면(3)에 수직인 방향으로부터 본 경우에서의 제1 집광점과 제2 집광점과의 거리를 D로 하면, 반사형 공간 광변조기(203)는, D＞W1+W2를 만족하도록 레이저광(L)을 변조한다.

Description

레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법{LASER MACHINING DEVICE AND LASER MACHINING METHOD}
본 발명은, 가공 대상물에 레이저광을 집광(集光)하는 것에 의해, 절단 예정 라인을 따라서 가공 대상물에 개질(改質) 영역을 형성하는 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법에 관한 것이다.
종래, 레이저광이 복수의 가공광(加工光)으로 분기되어 각 가공광이 복수의 집광점(集光点)의 각각에 집광되도록 레이저광을 변조(變調)하고, 가공 대상물에서 각 집광점에 대응하는 복수의 영역의 각각에 개질 영역을 형성하는 레이저 가공 방법이 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
특허 문헌 1 : 일본특허공개 제2011-051011호 공보
그런데, 표면에 복수의 기능 소자가 마련된 가공 대상물에 대해서는, 서로 이웃하는 기능 소자의 사이의 영역을 통과하도록 절단 예정 라인을 설정하고, 이면(裏面)으로부터 가공 대상물에 레이저광을 입사시켜, 절단 예정 라인을 따라서 가공 대상물에 개질 영역을 형성하는 경우가 있다. 그렇지만, 그러한 경우에, 위에서 설명한 바와 같은 레이저 가공 방법을 실시하면, 예를 들면, 레이저광의 입사측과는 반대측의 가공 대상물의 표면에서 절단 예정 라인을 따른 영역(즉, 서로 이웃하는 기능 소자의 사이의 영역)에 데미지가 발생할 우려가 있는 것을 알 수 있었다.
그래서, 본 발명은, 레이저광을 복수의 가공광으로 분기하여 각 가공광에 의해 개질 영역을 형성하는 경우에 레이저광의 입사측과는 반대측의 가공 대상물의 표면에 데미지가 발생하는 것을 억제할 수 있는 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일측면의 레이저 가공 장치는, 가공 대상물에 레이저광을 집광(集光)하는 것에 의해, 절단 예정 라인을 따라서 가공 대상물에 개질(改質) 영역을 형성하는 레이저 가공 장치로서, 레이저광을 출사하는 레이저광원과, 레이저광원에 의해 출사된 레이저광을 가공 대상물에 집광하는 집광 광학계와, 레이저광이 적어도 제1 가공광(加工光) 및 제2 가공광으로 분기되어, 집광 광학계에 의해 제1 가공광이 제1 집광점에 집광됨과 아울러 제2 가공광이 제2 집광점에 집광되도록, 레이저광원에 의해 출사(出射)된 레이저광을 변조(變調)하는 공간 광변조기를 구비하며, 제1 집광점 및 제2 집광점은, 가공 대상물에서, 제1 집광점이 제2 집광점에 대해서 레이저광의 입사측과는 반대측의 가공 대상물의 제1 표면측에 위치하고, 또한 제1 집광점이 제2 집광점에 대해서 절단 예정 라인을 따른 레이저광의 상대적 이동 방향에서의 전측(前側)에 위치하는 위치 관계를 가지고, 제1 표면에서의 제1 가공광의 반경을 W1으로 하고, 제1 표면에서의 제2 가공광의 반경을 W2로 하고, 제1 표면에 수직인 방향으로부터 본 경우에서의 제1 집광점과 제2 집광점과의 거리를 D로 하면, 공간 광변조기는, D＞W1+W2를 만족하도록 레이저광을 변조한다.
이 레이저 가공 장치에서는, D＞W1+W2를 만족하도록 레이저광을 변조함으로써, 가공 대상물의 제1 표면에 도달한 제1 가공광의 누설광 및 제2 가공광의 누설광이 제1 표면에서 간섭하여 서로 강하게 하는 것이 방지된다. 따라서, 이 레이저 가공 장치에 의하면, 레이저광을 복수의 가공광으로 분기하여 각 가공광에 의해 개질 영역을 형성하는 경우에 레이저광의 입사측과는 반대측의 가공 대상물의 표면(즉, 제1 표면)에 데미지가 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또, 가공광은, 집광점에 대응하는 영역에 개질 영역을 형성할 수 있는 에너지를 가지는 광이며, 누설광은, 집광점에 대응하는 영역에서 가공 대상물에 흡수되지 않았던 광이다(이하, 동일).
본 발명의 일측면의 레이저 가공 장치는, 렌즈로서 기능하는 제1 광학 소자 및 제2 광학 소자를 가지는 조정 광학계를 더 구비하며, 제1 광학 소자 및 제2 광학 소자는, 공간 광변조기와 제1 광학 소자와의 사이의 광로(光路)의 거리가 제1 광학 소자의 제1 초점 거리가 되고, 집광 광학계와 제2 광학 소자와의 사이의 광로의 거리가 제2 광학 소자의 제2 초점 거리가 되고, 제1 광학 소자와 제2 광학 소자와의 사이의 광로의 거리가 제1 초점 거리와 제2 초점 거리와의 합이 되고, 제1 광학 소자 및 제2 광학 소자가 양측 텔레센트릭(telecentric) 광학계가 되도록 배치되어 있으며, 공간 광변조기는, 변조 패턴을 표시하는 복수의 화소(畵素)를 가지고, 서로 이웃하는 화소의 사이의 거리를 d로 하고, 조정 광학계의 배율을 m으로 하고, 집광 광학계의 초점 거리를 f로 하고, 레이저광의 파장을 λ로 하면, 공간 광변조기는, D＜2×f×tan[asin{λ/(d×4×m)}]를 만족하도록 레이저광을 변조해도 괜찮다. 제1 표면에 수직인 방향으로부터 본 경우에서의 제1 집광점과 제2 집광점과의 거리 D를 크게 하기 위해서는, 공간 광변조기의 변조 패턴에서 그레이팅(grating) 픽셀수를 작게 할 필요가 있다. 그러나, 그레이팅 픽셀수를 너무 작게 하면, 레이저광에서 파면(波面) 제어할 수 없는 성분이 증가하여 누설광이 증가할 우려가 있다. D＜2×f×tan[asin{λ/(d×4×m)}]를 만족하도록 레이저광을 변조함으로써, 레이저광에서 파면 제어할 수 없는 성분이 증가하여 누설광이 증가하는 것을 억제하고, 레이저광의 입사측과는 반대측의 가공 대상물의 표면에 데미지가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
본 발명의 일측면의 레이저 가공 장치에 있어서는, 제1 표면에는, 2차원 모양으로 배치된 복수의 기능 소자, 및 서로 이웃하는 기능 소자의 사이의 영역에 배치된 금속 패턴이 마련되어 있고, 절단 예정 라인은, 제1 표면에 수직인 방향으로부터 본 경우에 서로 이웃하는 기능 소자의 사이의 영역을 통과하도록 설정되어도 괜찮다. 레이저광의 입사측과는 반대측의 가공 대상물의 표면에서 서로 이웃하는 기능 소자의 사이의 영역에 금속 패턴이 배치되어 있으면, 금속 패턴에서 누설광의 흡수가 일어나 상기 표면에 데미지가 발생하기 쉬워진다. 그러나, 그러한 경우라도, 레이저광의 입사측과는 반대측의 가공 대상물의 표면에 데미지가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
본 발명의 일측면의 레이저 가공 방법은, 가공 대상물에 레이저광을 집광하는 것에 의해, 절단 예정 라인을 따라서 가공 대상물에 개질 영역을 형성하는 레이저 가공 방법으로서, 레이저광이 적어도 제1 가공광 및 제2 가공광으로 분기되어, 제1 가공광이 제1 집광점에 집광됨과 아울러 제2 가공광이 제2 집광점에 집광되도록, 레이저광을 변조하고, 가공 대상물에서 제1 집광점 및 제2 집광점의 각각에 대응하는 복수의 영역의 각각에 개질 영역을 형성하는 공정을 구비하며, 제1 집광점 및 제2 집광점은, 가공 대상물에서, 제1 집광점이 제2 집광점에 대해서 레이저광의 입사측과는 반대측의 가공 대상물의 제1 표면측에 위치하고, 또한 제1 집광점이 제2 집광점에 대해서 절단 예정 라인을 따른 레이저광의 상대적 이동 방향에서의 전측에 위치하는 위치 관계를 가지고, 제1 표면에서의 제1 가공광의 반경을 W1으로 하고, 제1 표면에서의 제2 가공광의 반경을 W2로 하고, 제1 표면에 수직인 방향으로부터 본 경우에서의 제1 집광점과 제2 집광점과의 거리를 D로 하면, 레이저광은, D＞W1+W2를 만족하도록 변조된다.
이 레이저 가공 방법에 의하면, 위에서 설명한 레이저 가공 장치와 동일한 이유에 의해, 레이저광을 복수의 가공광으로 분기하여 각 가공광에 의해 개질 영역을 형성하는 경우에 레이저광의 입사측과는 반대측의 가공 대상물의 표면(즉, 제1 표면)에 데미지가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
본 발명에 의하면, 레이저광을 복수의 가공광으로 분기하여 각 가공광에 의해 개질 영역을 형성하는 경우에 레이저광의 입사측과는 반대측의 가공 대상물의 표면에 데미지가 발생하는 것을 억제할 수 있는 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법을 제공하는 것이 가능해진다.
도 1은 개질 영역의 형성에 이용되는 레이저 가공 장치의 개략 구성도이다.
도 2는 개질 영역의 형성의 대상이 되는 가공 대상물의 평면도이다.
도 3은 도 2의 가공 대상물의 III-III선을 따른 단면도이다.
도 4는 레이저 가공 후의 가공 대상물의 평면도이다.
도 5는 도 4의 가공 대상물의 V-V선을 따른 단면도이다.
도 6은 도 4의 가공 대상물의 VI-VI선을 따른 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 형태의 레이저 가공 장치의 개략 구성도이다.
도 8은 도 7의 레이저 가공 장치의 반사형 공간 광변조기(光變調器)의 부분 단면도이다.
도 9의 (a)는 본 발명의 일 실시 형태의 레이저 가공 방법의 대상이 되는 가공 대상물의 평면도 및 (b)는 일부 확대 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 형태의 레이저 가공 방법을 설명하기 위한 가공 대상물의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 형태의 레이저 가공 방법을 설명하기 위한 가공 대상물의 단면도이다.
도 12는 도 8의 반사형 공간 광변조기에서의 그레이팅(grating) 픽셀수를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명에 관한 실험 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 도 7의 레이저 가공 장치에 이용되는 광 차단부를 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 도 7의 레이저 가공 장치에 이용되는 광 차단부를 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 도 7의 레이저 가공 장치에 이용되는 광 차단부를 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 본 발명에 관한 실험을 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 본 발명의 비교예를 설명하기 위한 도면이다.
도 19는 도 18의 비교예의 경우의 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 20은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 21은 도 20의 실시예의 경우의 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 22는 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 23은 도 22의 실시예의 경우의 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 24는 본 발명에 관한 실험 결과를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또, 각 도면에서 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 부여하고, 중복하는 설명을 생략한다.
본 발명의 일 실시 형태의 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법에서는, 가공 대상물에 레이저광을 집광하는 것에 의해, 절단 예정 라인을 따라서 가공 대상물에 개질(改質) 영역을 형성한다. 여기서, 먼저, 개질 영역의 형성에 대해서, 도 1~도 6을 참조하여 설명한다.
도 1에 나타내어지는 바와 같이, 레이저 가공 장치(100)는, 레이저광(L)을 펄스 발진(發振)하는 레이저광원(101)과, 레이저광(L)의 광축(광로(光路))의 방향을 90°바꾸도록 배치된 다이크로익(dichroic) 미러(103)와, 레이저광(L)을 집광(集光)하기 위한 집광용 렌즈(105)를 구비하고 있다. 또, 레이저 가공 장치(100)는, 집광용 렌즈(105)에서 집광된 레이저광(L)이 조사되는 가공 대상물(1)을 지지하기 위한 지지대(107)와, 지지대(107)를 이동시키기 위한 스테이지(111)와, 레이저광(L)의 출력이나 펄스 폭, 펄스 파형(波形) 등을 조절하기 위해서 레이저광원(101)을 제어하는 레이저광원 제어부(102)와, 스테이지(111)의 이동을 제어하는 스테이지 제어부(115)를 구비하고 있다.
이 레이저 가공 장치(100)에서는, 레이저광원(101)으로부터 출사된 레이저광(L)은, 다이크로익 미러(103)에 의해서 그 광축의 방향이 90°바뀌어지고, 지지대(107) 상에 재치(載置)된 가공 대상물(1)의 내부에 집광용 렌즈(105)에 의해서 집광된다. 이것과 함께, 스테이지(111)가 이동시켜지고, 가공 대상물(1)이 레이저광(L)에 대해서 절단 예정 라인(5)을 따라서 상대 이동시켜진다. 이것에 의해, 절단 예정 라인(5)을 따른 개질 영역이 가공 대상물(1)에 형성된다. 또, 여기에서는, 레이저광(L)을 상대적으로 이동시키기 위해서 스테이지(111)를 이동시켰지만, 집광용 렌즈(105)를 이동시켜도 괜찮고, 혹은 이들 양쪽 모두를 이동시켜도 괜찮다.
가공 대상물(1)로서는, 반도체 재료로 형성된 반도체 기판이나 압전(壓電) 재료로 형성된 압전 기판 등을 포함하는 판 모양의 부재(예를 들면, 기판, 웨이퍼 등)가 이용된다. 도 2에 나타내어지는 바와 같이, 가공 대상물(1)에는, 가공 대상물(1)을 절단하기 위한 절단 예정 라인(5)이 설정되어 있다. 절단 예정 라인(5)은, 직선 모양으로 연장된 가상선이다. 가공 대상물(1)의 내부에 개질 영역을 형성하는 경우, 도 3에 나타내어지는 바와 같이, 가공 대상물(1)의 내부에 집광점(집광 위치)(P)을 맞춘 상태에서, 레이저광(L)을 절단 예정 라인(5)을 따라서(즉, 도 2의 화살표 A방향으로) 상대적으로 이동시킨다. 이것에 의해, 도 4, 도 5 및 도 6에 나타내어지는 바와 같이, 개질 영역(7)이 절단 예정 라인(5)을 따라서 가공 대상물(1)의 내부에 형성되고, 절단 예정 라인(5)을 따라서 형성된 개질 영역(7)이 절단 기점(起点) 영역(8)이 된다.
또, 집광점(P)은, 레이저광(L)이 집광하는 개소이다. 또, 절단 예정 라인(5)은, 직선 모양에 한정되지 않고 곡선 모양이라도 괜찮고, 이들이 조합시켜진 3차원 모양이라도 좋으며, 좌표 지정된 것이라도 괜찮다. 또, 절단 예정 라인(5)은, 가상선에 한정되지 않고 가공 대상물(1)의 표면(3)에 실제로 그은 선이라도 괜찮다. 개질 영역(7)은, 연속적으로 형성되는 경우도 있고, 단속적으로 형성되는 경우도 있다. 또, 개질 영역(7)은 열 모양이라도 점 모양이라도 좋고, 요점은, 개질 영역(7)은 적어도 가공 대상물(1)의 내부에 형성되어 있으면 좋다. 또, 개질 영역(7)을 기점으로 균열이 형성되는 경우가 있고, 균열 및 개질 영역(7)은, 가공 대상물(1)의 외표면(표면(3), 이면(21), 혹은 외주면)에 노출하고 있어도 괜찮다. 또, 개질 영역(7)을 형성할 때의 레이저광 입사면은, 가공 대상물(1)의 표면(3)에 한정되는 것이 아니라, 가공 대상물(1)의 이면(21)이라도 괜찮다.
덧붙여서, 여기서의 레이저광(L)은, 가공 대상물(1)을 투과함과 아울러 가공 대상물(1)의 내부의 집광점(P) 근방에서 특히 흡수되고, 이것에 의해, 가공 대상물(1)에 개질 영역(7)이 형성된다(즉, 내부 흡수형 레이저 가공). 따라서, 가공 대상물(1)의 표면(3)에서는 레이저광(L)이 대부분 흡수되지 않으므로, 가공 대상물(1)의 표면(3)이 용융하지는 않는다. 일반적으로, 표면(3)으로부터 용융되고 제거되어 구멍이나 홈 등의 제거부가 형성되는(표면 흡수형 레이저 가공) 경우, 가공 영역은 표면(3)측으로부터 서서히 이면측으로 진행한다.
그런데, 본 실시 형태에서 형성되는 개질 영역(7)은, 밀도, 굴절률, 기계적 강도나 그 외의 물리적 특성이 주위와는 다른 상태가 된 영역을 말한다. 개질 영역(7)으로서는, 예를 들면, 용융 처리 영역(일단 용융 후 재고체화한 영역, 용융 상태 중의 영역 및 용융으로부터 재고체화하는 상태 중의 영역 중 적어도 어느 하나를 의미함), 크랙 영역, 절연 파괴 영역, 굴절률 변화 영역 등이 있고, 이들이 혼재한 영역도 있다. 게다가, 개질 영역(7)으로서는, 가공 대상물(1)의 재료에서 개질 영역(7)의 밀도가 비(非)개질 영역의 밀도와 비교하여 변화한 영역이나, 격자(格子) 결함이 형성된 영역이 있다(이들을 모두 '고밀 전이(轉移) 영역'이라고도 함).
또, 용융 처리 영역이나 굴절률 변화 영역, 개질 영역(7)의 밀도가 비개질 영역의 밀도와 비교하여 변화한 영역, 격자 결함이 형성된 영역은, 그들 영역의 내부나 개질 영역(7)과 비개질 영역과의 계면(界面)에 균열(갈라짐, 마이크로 크랙)을 더 내포하고 있는 경우가 있다. 내포되는 균열은, 개질 영역(7)의 전면(全面)에 걸치는 경우나 일부분만이나 복수 부분에 형성되는 경우가 있다. 가공 대상물(1)로서는, 예를 들면 실리콘(Si), 유리, 실리콘카바이드(SiC), LiTaO3 또는 사파이어(Al2O3)를 포함하거나, 또는 이들로 이루어지는 것을 들 수 있다.
또, 본 실시 형태에서는, 절단 예정 라인(5)을 따라서 개질 스폿(spot)(가공 흔적)을 복수 형성하는 것에 의해서, 개질 영역(7)을 형성하고 있다. 개질 스폿은, 펄스 레이저광의 1펄스의 쇼트(shot)(즉 1펄스의 레이저 조사：레이저 쇼트)로 형성되는 개질 부분이며, 개질 스폿이 모이는 것에 의해 개질 영역(7)이 된다. 개질 스폿으로서는, 크랙 스폿, 용융 처리 스폿 혹은 굴절률 변화 스폿, 또는 이들 중 적어도 1개가 혼재하는 것 등을 들 수 있다. 이 개질 스폿에 대해서는, 요구되는 절단 정밀도, 요구되는 절단면의 평탄성, 가공 대상물(1)의 두께, 종류, 결정 방위(方位) 등을 고려하여, 그 크기나 발생하는 균열의 길이를 적절히 제어할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시 형태의 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법에 대해 설명한다. 도 7에 나타내어지는 바와 같이, 레이저 가공 장치(300)는, 레이저광원(202), 반사형 공간 광변조기(공간 광변조기)(203), 4f 광학계(조정 광학계)(241), 광 차단부(220) 및 집광 광학계(204)를 케이스(231) 내에 구비하고 있다. 레이저 가공 장치(300)는, 가공 대상물(1)에 레이저광(L)을 집광하는 것에 의해, 절단 예정 라인(5)을 따라서 가공 대상물(1)에 개질 영역(7)을 형성한다.
레이저광원(202)은, 예를 들면 1000nm~1500nm의 파장을 가지는 레이저광(L)을 출사하는 것이며, 예를 들면 파이버(fiber) 레이저이다. 여기서의 레이저광원(202)은, 수평 방향으로 레이저광(L)을 출사하도록, 케이스(231)의 천판(天板)(236)에 나사 등에 의해 고정되어 있다.
반사형 공간 광변조기(203)는, 레이저광원(202)으로부터 출사된 레이저광(L)을 변조하는 것이며, 예를 들면 반사형 액정(LCOS：Liquid　Crystal　on　Silicon)의 공간 광변조기(SLM：Spatial　Light　Modulator)이다. 여기서의 반사형 공간 광변조기(203)는, 수평 방향으로부터 입사하는 레이저광(L)을 변조함과 아울러, 수평 방향에 대해 경사진 상부로 반사시킨다.
도 8에 나타내어지는 바와 같이, 반사형 공간 광변조기(203)는, 실리콘 기판(213), 구동 회로층(914), 복수의 화소 전극(214), 유전체(誘電體) 다층막 미러 등의 반사막(215), 배향막(配向膜)(999a), 액정층(216), 배향막(999b), 투명 도전막(217)), 및 유리 기판 등의 투명 기판(218)이 이 순서로 적층됨으로써 구성되어 있다.
투명 기판(218)은, XY평면을 따른 표면(218a)을 가지고 있고, 이 표면(218a)은, 반사형 공간 광변조기(203)의 표면을 구성하고 있다. 투명 기판(218)은, 예를 들면 유리 등의 광 투과성 재료로 이루어지고, 반사형 공간 광변조기(203)의 표면(218a)으로부터 입사한 소정 파장의 레이저광(L)을, 반사형 공간 광변조기(203)의 내부로 투과시킨다. 투명 도전막(217)은, 투명 기판(218)의 이면 상에 형성되어 있고, 레이저광(L)을 투과하는 도전성 재료(예를 들면 ITO)로 이루어진다.
복수의 화소 전극(214)은, 투명 도전막(217)을 따라서 실리콘 기판(213) 상에 매트릭스 모양으로 배열되어 있다. 각 화소 전극(214)은, 예를 들면 알루미늄 등의 금속 재료로 이루어지고, 이들 표면(214a)은, 평탄하게 또한 매끄럽게 가공되어 있다. 복수의 화소 전극(214)은, 구동 회로층(914)에 마련된 액티브·매트릭스 회로에 의해서 구동된다.
액티브·매트릭스 회로는, 복수의 화소 전극(214)과 실리콘 기판(213)과의 사이에 마련되어 있고, 반사형 공간 광변조기(203)로부터 출력하려고 하는 광상(光像)에 따라 각 화소 전극(214)으로의 인가 전압을 제어한다. 이러한 액티브·매트릭스 회로는, 예를 들면 도시하지 않은 X축 방향으로 늘어선 각 화소열(畵素列)의 인가 전압을 제어하는 제1 드라이버 회로와, Y축 방향으로 늘어선 각 화소열의 인가 전압을 제어하는 제2 드라이버 회로를 가지고 있고, 제어부(250)(도 7 참조)에 의해서 쌍방의 드라이버 회로에 의해 지정된 화소의 화소 전극(214)에 소정 전압이 인가되도록 구성되어 있다.
배향막(999a, 999b)은, 액정층(216)의 양단면에 배치되어 있으며, 액정 분자군(群)을 일정 방향으로 배열시킨다. 배향막(999a, 999b)은, 예를 들면 폴리이미드 등의 고분자 재료로 이루어지며, 액정층(216)과의 접촉면에 러빙(rubbing) 처리 등이 실시되어 있다.
액정층(216)은, 복수의 화소 전극(214)과 투명 도전막(217)과의 사이에 배치되어 있으며, 각 화소 전극(214)과 투명 도전막(217)에 의해 형성되는 전계(電界)에 따라 레이저광(L)을 변조한다. 즉, 구동 회로층(914)의 액티브·매트릭스 회로에 의해서 각 화소 전극(214)에 전압이 인가되면, 투명 도전막(217)과 각 화소 전극(214)과의 사이에 전계가 형성되고, 액정층(216)에 형성된 전계의 크기에 따라 액정 분자(216a)의 배열 방향이 변화된다. 그리고, 레이저광(L)이 투명 기판(218)및 투명 도전막(217)을 투과하여 액정층(216)에 입사하면, 이 레이저광(L)은, 액정층(216)을 통과하는 동안에 액정 분자(216a)에 의해서 변조되고, 반사막(215)에서 반사한 후, 다시 액정층(216)에 의해 변조되어, 출사된다.
이 때, 제어부(250)(도 7 참조)에 의해서 각 화소 전극(214)에 인가되는 전압이 제어되고, 그 전압에 따라서, 액정층(216)에서 투명 도전막(217)과 각 화소 전극(214) 사이에 끼워진 부분의 굴절률이 변화한다(각 화소에 대응한 위치의 액정층(216)의 굴절률이 변화한다). 이 굴절률의 변화에 의해, 인가한 전압에 따라서, 레이저광(L)의 위상을 액정층(216)의 화소마다 변화시킬 수 있다. 즉, 홀로그램 패턴에 따른 위상 변조를 화소마다 액정층(216)에 의해서 부여하는(즉, 변조를 부여하는 홀로그램 패턴으로서의 변조 패턴을 반사형 공간 광변조기(203)의 액정층(216)에 표시시키는) 것이 가능하다. 그 결과, 변조 패턴에 입사하여 투과하는 레이저광(L)은, 그 파면(波面)이 조정되고, 그 레이저광(L)을 구성하는 각 광선에서 진행 방향에 직교하는 소정 방향의 성분의 위상에 어긋남이 생긴다. 따라서, 반사형 공간 광변조기(203)에 표시시키는 변조 패턴을 적절히 설정하는 것에 의해, 레이저광(L)이 변조(예를 들면, 레이저광(L)의 강도, 진폭, 위상, 편광 등이 변조) 가능해진다.
도 7로 되돌아와, 4f 광학계(241)는, 반사형 공간 광변조기(203)에 의해서 변조된 레이저광(L)의 파면 형상을 조정하는 것이며, 제1 렌즈(제1 광학 소자)(241a) 및 제2 렌즈(제2 광학 소자)(241b)를 가지고 있다. 제1 렌즈(241a) 및 제2 렌즈(241b)는, 반사형 공간 광변조기(203)와 제1 렌즈(241a)와의 사이의 광로의 거리가 제1 렌즈(241a)의 제1 초점 거리(f1)가 되고, 집광 광학계(204)와 제2 렌즈(241b)와의 사이의 광로의 거리가 제2 렌즈(241b)의 제2 초점 거리(f2)가 되고, 제1 렌즈(241a)와 제2 렌즈(241b)와의 사이의 광로의 거리가 제1 초점 거리(f1)와 제2 초점 거리(f2)와의 합(즉, f1+f2)이 되며, 제1 렌즈(241a) 및 제2 렌즈(241b)가 양측 텔레센트릭 광학계가 되도록, 반사형 공간 광변조기(203)와 집광 광학계(204)와의 사이의 광로 상에 배치되어 있다. 이 4f 광학계(241)에 의하면, 반사형 공간 광변조기(203)에서 변조된 레이저광(L)이 공간 전파에 의해서 파면 형상이 변화하여 수차(收差)가 증대하는 것을 억제할 수 있다.
광 차단부(220)는, 후술하는 제1 가공광(加工光)(L1) 및 제2 가공광(L2)을 통과시키는 개구(220a)를 가지는 애퍼처(aperture) 부재이다. 광 차단부(220)는, 제1 렌즈(241a)와 제2 렌즈(241b)와의 사이의 푸리에면(Fourier面)(즉, 공초점(共焦点)(O)을 포함하는 면) 상에 마련되어 있다.
집광 광학계(204)는, 레이저광원(202)에 의해 출사되어 반사형 공간 광변조기(203)에 의해 변조된 레이저광(L)을 가공 대상물(1)의 내부에 집광하는 것이다. 이 집광 광학계(204)는, 복수의 렌즈를 포함하여 구성되어 있고, 압전 소자 등을 포함하여 구성된 구동 유닛(232)을 매개로 하여 케이스(231)의 저판(底板)(233)에 설치되어 있다.
이상과 같이 구성된 레이저 가공 장치(300)에서는, 레이저광원(202)으로부터 출사된 레이저광(L)은, 케이스(231) 내에서 수평 방향으로 진행한 후, 미러(205a)에 의해서 하부로 반사되고, 어테뉴에이터(attenuator)(207)에 의해서 광 강도가 조정된다. 그리고, 미러(205b)에 의해서 수평 방향으로 반사되고, 빔 호모지나이저(homogenizer)(260)에 의해서 레이저광(L)의 강도 분포가 균일화되어 반사형 공간 광변조기(203)에 입사한다.
반사형 공간 광변조기(203)에 입사한 레이저광(L)은, 액정층(216)에 표시된 변조 패턴을 투과하는 것에 의해 상기 변조 패턴에 따라 변조되고, 그 후, 미러(206a)에 의해서 상부로 반사되고, λ/2 파장판(228)에 의해서 편광 방향이 변경되고, 미러(206b)에 의해서 수평 방향으로 반사되어 4f 광학계(241)에 입사한다.
4f 광학계(241)에 입사한 레이저광(L)은, 평행광으로 집광 광계(204)에 입사하도록 파면 형상이 조정된다. 구체적으로는, 레이저광(L)은, 제1 렌즈(241a)를 투과하여 수렴되고, 미러(219)에 의해서 하부로 반사되고, 공초점(O)을 거쳐 발산함과 아울러, 제2 렌즈(241b)를 투과하여, 평행광이 되도록 다시 수렴된다. 그리고, 레이저광(L)은, 다이크로익 미러(210, 238)를 순서대로 투과하여 집광 광학계(204)에 입사하고, 스테이지(111) 상에 재치된 가공 대상물(1) 내에 집광 광학계(204)에 의해서 집광된다.
또, 레이저 가공 장치(300)는, 가공 대상물(1)의 레이저광 입사면을 관찰하기 위한 표면 관찰 유닛(211)과, 집광 광학계(204)와 가공 대상물(1)과의 거리를 미세 조정하기 위한 AF(AutoFocus) 유닛(212)을, 케이스(231) 내에 구비하고 있다.
표면 관찰 유닛(211)은, 가시광(VL1)을 출사하는 관찰용 광원(211a)과, 가공 대상물(1)의 레이저광 입사면에서 반사된 가시광(VL1)의 반사광(VL2)을 수광(受光)하여 검출하는 검출기(211b)를 가지고 있다. 표면 관찰 유닛(211)에서는, 관찰용 광원(211a)으로부터 출사된 가시광(VL1)이, 미러(208) 및 다이크로익 미러(209, 210, 238)에서 반사·투과되고, 집광 광학계(204)에서 가공 대상물(1)을 향해서 집광된다. 그리고, 가공 대상물(1)의 레이저광 입사면에서 반사된 반사광(VL2)이, 집광 광학계(204)에서 집광되어 다이크로익 미러(238, 210)에서 투과·반사된 후, 다이크로익 미러(209)를 투과하여 검출기(211b)에서 수광된다.
AF 유닛(212)은, AF용 레이저광(LB1)을 출사하고, 레이저광 입사면에서 반사된 AF용 레이저광(LB1)의 반사광(LB2)을 수광하여 검출함으로써, 절단 예정 라인(5)을 따른 레이저광 입사면의 변위 데이터를 취득한다. 그리고, AF 유닛(212)은, 개질 영역(7)을 형성할 때, 취득한 변위 데이터에 근거하여 구동 유닛(232)을 구동시켜, 레이저광 입사면의 굴곡을 따르도록 집광 광학계(204)를 그 광축 방향으로 왕복이동시킨다.
게다가, 레이저 가공 장치(300)는, 상기 레이저 가공 장치(300)를 제어하기 위한 것으로서 CPU, ROM, RAM 등으로 이루어지는 제어부(250)를 구비하고 있다. 이 제어부(250)는, 레이저광원(202)을 제어하고, 레이저광원(202)으로부터 출사되는 레이저광(L)의 출력이나 펄스 폭 등을 조절한다. 또, 제어부(250)는, 개질 영역(7)을 형성할 때, 레이저광(L)의 집광점(P)이 가공 대상물(1)의 표면(3) 또는 이면(21)으로부터 소정 거리에 위치하고 또한 레이저광(L)의 집광점(P)이 절단 예정 라인(5)을 따라서 상대적으로 이동하도록, 케이스(231), 스테이지(111)의 위치, 및 구동 유닛(232)의 구동 중 적어도 하나를 제어한다.
또, 제어부(250)는, 개질 영역(7)을 형성할 때, 반사형 공간 광변조기(203)에서의 각 화소 전극(214)에 소정 전압을 인가하고, 액정층(216)에 소정의 변조 패턴을 표시시키며, 이것에 의해, 레이저광(L)을 반사형 공간 광변조기(203)에서 소망한대로 변조시킨다. 여기서, 액정층(216)에 표시되는 변조 패턴은, 예를 들면, 개질 영역(7)을 형성하려고 하는 위치, 조사하는 레이저광(L)의 파장, 가공 대상물(1)의 재료, 및 집광 광학계(204)나 가공 대상물(1)의 굴절률 등에 근거하여 미리 도출되어, 제어부(250)에 기억되어 있다. 이 변조 패턴은, 레이저 가공 장치(300)에 생기는 개체차(個體差)(예를 들면, 반사형 공간 광변조기(203)의 액정층(216)에 생기는 변형)를 보정하기 위한 개체차 보정 패턴, 구면(球面) 수차(收差)를 보정하기 위한 구면 수차 보정 패턴 등을 포함하고 있다.
이상과 같이 구성된 레이저 가공 장치(300)에서 실시되는 레이저 가공 방법의 대상이 되는 가공 대상물(1)은, 도 9에 나타내어지는 바와 같이, 예를 들면 실리콘 등의 반도체 재료로 이루어지는 기판(11)과, 기판(11)의 표면(11a)에 형성된 기능 소자층(15)을 구비하고 있다. 기능 소자층(15)은, 기판(11)의 표면(11a)을 따라서 매트릭스 모양으로 배열된 복수의 기능 소자(15a)(예를 들면, 포토 다이오드 등의 수광 소자, 레이저 다이오드 등의 발광 소자, 또는 회로로서 형성된 회로 소자 등)와, 서로 이웃하는 기능 소자(15a)의 사이의 스트리트(street) 영역(영역)(17)에 형성된 금속 패턴(16)(예를 들면, TEG(Test　Element　Group) 등)을 포함하고 있다. 이와 같이, 가공 대상물(1)의 표면(제1 표면)(3)에는, 2차원 모양으로 배치된 복수의 기능 소자(15a), 및 서로 이웃하는 기능 소자(15a)의 사이의 스트리트 영역(17)에 배치된 금속 패턴(16)이 마련되어 있다. 또, 기능 소자층(15)은, 기판(11)의 표면(11a)의 전체에 걸쳐서 형성된 층간 절연막(예를 들면, Low-k막 등)을 포함하고 있다.
레이저 가공 장치(300)에서 실시되는 레이저 가공 방법은, 가공 대상물(1)을 기능 소자(15a)마다 절단하는 것에 의해 복수의 칩을 제조하는 칩의 제조 방법으로서 이용된다. 그 때문에, 상기 레이저 가공 방법에서는, 가공 대상물(1)에 대해서, 표면(3)에 수직인 방향으로부터 본 경우에 서로 이웃하는 기능 소자(15a)의 사이의 스트리트(street) 영역(17)을 통과하도록(예를 들면, 가공 대상물(1)의 두께 방향으로부터 본 경우에 스트리트 영역(17)의 폭의 중심을 통과하도록), 복수의 절단 예정 라인(5)이 격자 모양으로 설정된다. 그리고, 기판(11)의 이면(11b)인 가공 대상물(1)의 이면(제2 표면)(21)으로부터 입사시켜진 레이저광(L)이 가공 대상물(1)에 집광되고, 각 절단 예정 라인(5)을 따라서 가공 대상물(1)에 개질 영역(7)이 형성된다. 또, 실리콘 등의 반도체 재료로 이루어지는 기판(11)에서는, 개질 영역(7)으로서, 레이저광(L)의 집광점(P)의 위치에 미소(微小) 공동(空洞)(7a)이 형성되고, 집광점(P)에 대해서 레이저광(L)의 입사측에 용융 처리 영역(7b)이 형성되는 경우가 있다.
이하, 레이저 가공 장치(300)에서 실시되는 레이저 가공 방법에 대해 설명한다. 먼저, 절단 예정 라인(5)을 따른 방향으로 레이저광(L)을 0차광(次光) 및 ±n차광(n는 자연수)으로 분기하는 회절(回折) 기능을 포함하는 변조 패턴을, 반사형 공간 광변조기(203)의 액정층(216)에 표시시킨다. 이와 같이, 반사형 공간 광변조기(203)에서는, 액정층(216)이, 변조 패턴을 표시하는 복수의 화소로서 기능한다. 도 10에 나타내어지는 바와 같이, 0차광 및 ±n차광의 각각의 집광점은, 가공 대상물(1)에서, 차수(次數)를 나타내는 수치(0 및 ±n이며, +의 수치이고 절대치가 클수록 수치가 크다고 표현하고, -의 수치이고 절대치가 큰 수치일수록 수치가 작다고 표현함)가 커질수록, 레이저광(L)의 입사측과는 반대측의 가공 대상물(1)의 표면(3) 측에 위치하고, 또한 절단 예정 라인(5)을 따른 레이저광(L)의 상대적 이동 방향에서의 전측에 위치하는 위치 관계를 가지고 있다.
상기 레이저 가공 방법에서는, 도 10의 (a)에 나타내어지는 바와 같이, +1차광 및 -1차광을 각각 제1 가공광(L1) 및 제2 가공광(L2)(가공광：집광점에 대응하는 영역에 개질 영역을 형성할 수 있는 에너지를 가지는 광)으로서 이용한다. 이것에 의해, 제1 집광점(P1) 및 제2 집광점(P2)은, 가공 대상물(1)에서, 제1 집광점(P1)이 제2 집광점(P2)에 대해서 레이저광(L)의 입사측과는 반대측의 가공 대상물(1)의 표면(3)측에 위치하고, 또한 제1 집광점(P1)이 제2 집광점(P2)에 대해서 절단 예정 라인(5)을 따른 레이저광(L)의 상대적 이동 방향에서의 전측에 위치하는 위치 관계를 가지게 된다. 또, 도 10의 (b)에 나타내어지는 바와 같이, +1차광, 0차광 및 -1차광을 각각 제1 가공광(L1), 제2 가공광(L2) 및 제3 가공광(L3)으로서 이용해도 괜찮다. 즉, 제1 가공광(L1) 및 제2 가공광(L2)은, 가공 대상물(1)에 집광되는 0차광 및 ±n차광 중 0차광 및 ±1차광으로부터 선택된다.
이상과 같이, 반사형 공간 광변조기(203)는, 레이저광(L)이 적어도 제1 가공광(L1) 및 제2 가공광(L2)을 포함하는 0차광 및 ±n차광으로 분기되어, 집광 광학계(204)에 의해 제1 가공광(L1)이 제1 집광점(P1)에 집광됨과 아울러 제2 가공광(L2)이 제2 집광점(P2)에 집광되도록, 레이저광원(202)에 의해 출사된 레이저광(L)을 변조한다.
여기서, 가공 대상물(1)의 표면(3)에 수직인 방향으로부터 본 경우에서의 제1 집광점(P1)과 제2 집광점(P2)과의 거리(가공 대상물(1)의 표면(3)에 수직인 방향으로부터 본 경우에 절단 예정 라인(5)을 따른 방향에서 서로 이웃하는 가공광의 집광점의 사이의 거리)를 D라고 정의한다. 그리고, 도 11에 나타내어지는 바와 같이, 표면(3)에서의 제1 가공광(L1)의 반경을 W1으로 하고, 표면(3)에서의 제2 가공광(L2)의 반경을 W2로 하면, 반사형 공간 광변조기(203)는, D＞W1+W2를 만족하도록 레이저광(L)을 변조한다. 이것에 의해, 가공 대상물(1)의 표면(3)에 도달한 제1 가공광(L1)의 누설광(집광점에 대응하는 영역에서 가공 대상물에 흡수되지 않았던 광) 및 제2 가공광(L2)의 누설광이 표면(3)에서 간섭하여 서로 강하게 하는 것이 방지된다.
일례로서, 두께 300㎛, 결정 방위(100), 저항값 1Ω·cm UP의 실리콘 웨이퍼를 가공 대상물(1)로서 준비하고, 도 11 및 하기의 표 1에 나타내어지는 조건으로 레이저광(L)의 조사를 행한 경우, 레이저광(L)의 입사측과는 반대측의 가공 대상물(1)의 표면(3)에서 제1 가공광(L1)의 누설광과 제2 가공광(L2)의 누설광이 접할 때의 제1 집광점(P1)과 제2 집광점(P2)과의 거리 D(=W1+W2)는, 31.32641㎛가 된다. 또, 레이저광(L)의 스캔 속도는, 절단 예정 라인(5)을 따른 제1 집광점(P1) 및 제2 집광점(P2)의 상대적 이동 속도이다.
Figure 112016112240595-pct00001
실험의 결과, 하기의 표 2와 같으며, 제1 집광점(P1)과 제2 집광점(P2)과의 거리 D가 30㎛ 이하이면(상기 거리 D가 31.32641㎛보다도 작으면) 표면(3)에 데미지가 발생하고, 제1 집광점(P1)과 제2 집광점(P2)과의 거리 D가 40㎛ 이상이면(상기 거리 D가 31.32641㎛보다도 크면) 표면(3)에 데미지가 발생하지 않았다. 이 결과로부터, D＞W1+W2를 만족하도록 레이저광(L)을 변조함으로써, 가공 대상물(1)의 표면(3)에 도달한 제1 가공광(L1)의 누설광 및 제2 가공광(L2)의 누설광이 표면(3)에서 간섭하여 서로 강하게 하는 것이 방지되어, 표면(3)에서의 데미지의 발생이 억제되는 것을 알 수 있었다.
Figure 112016112240595-pct00002
또, 변조 패턴을 표시하는 복수의 화소로서 기능하는 액정층(216)에서, 서로 이웃하는 화소간의 거리를 d로 하고, 4f 광학계(241)의 배율을 m으로 하고, 집광 광학계(204)의 초점 거리를 f로 하고, 레이저광(L)의 파장을 λ로 하면, 반사형 공간 광변조기(203)는, D＜2×f×tan[asin{λ/(d×4×m)}]를 만족하도록 레이저광(L)을 변조한다. 앞에서 설명한 식에서 「4」는, 반사형 공간 광변조기(203)의 변조 패턴에서의 그레이팅(grating) 픽셀수를 나타내고, 그레이팅 픽셀수：4는, 도 12의 (a)의 경우이다. 참고로서, 그레이팅 픽셀수：2는, 도 12의 (b)의 경우이다.
위에서 설명한 제1 집광점(P1)과 제2 집광점(P2)과의 거리 D를 크게 하기 위해서는, 반사형 공간 광변조기(203)의 변조 패턴에서 그레이팅 픽셀수를 작게 할 필요가 있다. 그러나, 그레이팅 픽셀수를 너무 작게 하면, 레이저광(L)에서 파면을 제어할 수 없는 성분이 증가하여 누설광이 증가할 우려가 있다. 그래서, 두께 300㎛, 결정 방위(100), 저항값 1Ω·cm UP의 실리콘 웨이퍼를 가공 대상물(1)로서 준비하고, 도 11 및 하기의 표 3에 나타내어지는 조건으로 레이저광(L)의 조사를 행함으로써, 그레이팅 픽셀수와 표면(3)에서의 데미지의 발생의 유무와의 관계에 대해 조사했다. 또, 제1 집광점(P1)과 제2 집광점(P2)과의 거리 D는, D=2×f×tan[asin{λ/(d×그레이팅 픽셀수×m)}]에 의해 산출할 수 있다.
Figure 112016112240595-pct00003
실험의 결과, 하기의 표 4와 같으며, 그레이팅 픽셀수가 4이하이면(환언하면, 제1 집광점(P1)과 제2 집광점(P2)과의 거리 D가 102㎛ 이상이면) 표면(3)에 데미지가 발생하고, 그레이팅 픽셀수가 5이상이면(환언하면, 제1 집광점(P1)과 제2 집광점(P2)과의 거리 D가 80㎛ 이하이면) 표면(3)에 데미지가 발생하지 않았다. 이 결과로부터, D＜2×f×tan[asin{λ/(d×4×m)}]를 만족하도록 레이저광(L)을 변조함으로써, 레이저광(L)에서 파면을 제어할 수 없는 성분이 증가하여 누설광이 증가하는 것이 억제되어, 표면(3)에서의 데미지의 발생이 억제되는 것을 알 수 있었다.
Figure 112016112240595-pct00004
게다가, 표 2 및 표 4의 결과로부터, 제1 집광점(P1)과 제2 집광점(P2)과의 거리가 40㎛~80㎛가 되도록 레이저광(L)을 변조함으로써, 표면(3)에서의 데미지의 발생이 억제되는 것을 알 수 있었다. 도 13에 나타내어지는 바와 같이, 제1 집광점(P1)과 제2 집광점(P2)과의 거리 D가 20㎛이면, 가공 대상물(1)의 표면(3)에 도달한 제1 가공광(L1)의 누설광 및 제2 가공광(L2)의 누설광이 표면(3)에서 간섭하여 서로 강하게 하고 있는 것이 확인되며(상단(上段)), 표면(3)에 데미지가 발생했다(하단(下段)). 또, 제1 집광점(P1)과 제2 집광점(P2)과의 거리 D가 102㎛이면, -1차광에서 누설광이 증가하고 있는 것이 확인되며(상단), 표면(3)에 데미지가 발생했다(하단). 이들에 대해, 제1 집광점(P1)과 제2 집광점(P2)과의 거리 D가 40㎛이면, 가공 대상물(1)의 표면(3)에 도달한 제1 가공광(L1)의 누설광 및 제2 가공광(L2)의 누설광이 표면(3)에서 간섭하여 서로 강하게 하고 있는 것, 및 -1차광에서 누설광이 증가하고 있는 것이 확인되지 않으며(상단), 표면(3)에 데미지가 발생하지 않았다(하단). 또, 도 13의 상단의 도면은, 표면(3)에서의 0차광 및 ±n차광 의 상태를 표면(3)측으로부터 관찰한 사진이며, 개질 영역 미형성시의 것이다. 또, 도 13의 하단의 도면은, 절단 예정 라인(5)을 따라서 절단한 가공 대상물(1)의 절단면의 사진이다.
또, 광 차단부(220)는, 가공 대상물(1)에 집광되는 ±n차광 중 ±2차광 이상의 고차광(高次光)(여기에서는, ±2차광 및 ±3차광)을 차단한다. 이것으로부터, 광 차단부(220)는, 가공 대상물(1)에 집광되는 0차광 및 ±n차광 중 제1 가공광(L1) 및 제2 가공광(L2)에 대해서 외측에 집광되는 광을 차단한다고 말할 수 있다. 혹은, 광 차단부(220)는, 가공 대상물(1)에 집광되는 0차광 및 ±n차광 중, 제1 가공광(L1) 및 제2 가공광(L2)에 대해서 레이저광(L)의 입사측과는 반대측의 가공 대상물의 표면(3)측에 집광되는 광, 및 제1 가공광(L1) 및 제2 가공광(L2)에 대해서 레이저광(L)의 입사측의 가공 대상물의 이면(21)측에 집광되는 광을 차단한다고 말할 수 있다. 또, 반사형 공간 광변조기(203)는, 차단되는 광 중 적어도 일부가 광 차단부(220)의 개구(220a)의 외측을 통과하도록 레이저광(L)을 변조해도 괜찮다.
도 14의 (a)에 나타내어지는 바와 같이, 4f 광학계(241)의 푸리에면 상에 위치하는 광 차단부(220)의 개구(220a)의 반경을 X로 하고, 위에서 설명한 바와 같이, 가공 대상물(1)의 표면(3)에 수직인 방향으로부터 본 경우에서의 제1 집광점(P1)과 제2 집광점(P2)과의 거리를 D로 하고, 제2 렌즈(241b)의 제2 초점 거리를 f2로 하고, 집광 광학계(204)의 초점 거리를 f로 하면, 광 차단부(220)가 ±2차광 이상의 고차광(±2차광에 대해서는 중심(中心)보다도 외측의 부분)을 차단하기 위해서는, D×f2/f＜2X＜2D×f2/f를 만족할 필요가 있다. 즉, 반사형 공간 광변조기(203)가, (X×f)/(2×f2)＜D/2＜(X×f)/f2를 만족하도록 레이저광(L)을 변조하면, 광 차단부(220)가 ±2차광 이상의 고차광(±2차광에 대해서는 중심보다도 외측의 부분)을 차단할 수 있다.
또, 도 14의 (b)에 나타내어지는 바와 같이, 광 차단부(220)가 ±3차광 이상의 고차광(±3차광에 대해서는 중심보다도 외측의 부분)을 차단하기 위해서는, D×f2/f＜2X＜3D×f2/f를 만족할 필요가 있다. 즉, 반사형 공간 광변조기(203)가, (X×f)/(3×f2)＜D/2＜(X×f)/f2를 만족하도록 레이저광(L)을 변조하면, 광 차단부(220)가 ±3차광 이상의 고차광(±3차광에 대해서는 중심보다도 외측의 부분)을 차단할 수 있다.
일례로서, D=50㎛, f2=150mm, f=1.8mm이면, 4166.7㎛＜2X＜8333㎛를 만족하도록, 광 차단부(220)의 개구(220a)의 반경 X를 결정하면, 광 차단부(220)가 ±2차광 이상의 고차광(±2차광에 대해서는 중심보다도 외측의 부분)을 차단할 수 있다. 환언하면, 2X=10000㎛, f2=150mm, f=1.8mm이면, 30㎛＜D/2＜60㎛를 만족하도록, 제1 집광점(P1)과 제2 집광점(P2)과의 거리 D를 결정하면, 광 차단부(220)가 ±2차광 이상의 고차광(±2차광에 대해서는 중심보다도 외측의 부분)을 차단할 수 있다.
또, D=50㎛, f2=150mm, f=1.8mm이면, 4166.7㎛＜2X＜12500㎛를 만족하도록, 광 차단부(220)의 개구(220a)의 반경 X를 결정하면, 광 차단부(220)가 ±3차광 이상의 고차광(±3차광에 대해서는 중심보다도 외측의 부분)을 차단할 수 있다. 환언하면, 2X=10000㎛, f2=150mm, f=1.8mm이면, 20㎛＜D/2＜60㎛를 만족하도록, 제1 집광점(P1)과 제2 집광점(P2)과의 거리 D를 결정하면, 광 차단부(220)가 ±3차광 이상의 고차광(±3차광에 대해서는 중심보다도 외측의 부분)을 차단할 수 있다.
또, 레이저광(L)의 입사측과는 반대측의 가공 대상물(1)의 표면(3)에 데미지가 발생하는 것을 억제하기 위해서, 광 차단부(220)는, +n차광을 차단하는 부재라도 좋다. 그 경우, 도 15의 (a)에 나타내어지는 바와 같이, 4f 광학계(241)의 푸리에면 상에서 공초점(O)으로부터 광 차단부(220)(광 차단부(220)의 공초점(O)측의 변(邊))까지의 거리를 X로 하면, 광 차단부(220)가 +2차광 이상의 고차광(+2차광에 대해서는 중심보다도 외측의 부분)을 차단하기 위해서는, D×f2/f＜2X＜2D×f2/f를 만족할 필요가 있다. 즉, 반사형 공간 광변조기(203)가, (X×f)/(2×f2)＜D/2＜(X×f)/f2를 만족하도록 레이저광(L)을 변조하면, 광 차단부(220)가 +2차광 이상의 고차광(+2차광에 대해서는 중심보다도 외측의 부분)을 차단할 수 있다.
또, 도 15의 (b)에 나타내어지는 바와 같이, 광 차단부(220)가 +3차광 이상의 고차광(+3차광에 대해서는 중심보다도 외측의 부분)을 차단하기 위해서는, D×f2/f＜2X＜3D×f2/f를 만족할 필요가 있다. 즉, 반사형 공간 광변조기(203)가, (X×f)/(3×f2)＜D/2＜(X×f)/f2를 만족하도록 레이저광(L)을 변조하면, 광 차단부(220)가 +3차광 이상의 고차광(+3차광에 대해서는 중심보다도 외측의 부분)을 차단할 수 있다.
게다가, 광 차단부(220)는, 집광 광학계(204)의 렌즈 시야를 제한하도록, 집광 광학계(204)의 광 입사부에 마련되어 있어도 괜찮다. 도 16의 (a)에 나타내어지는 바와 같이, 집광 광학계(204)의 광 입사부에 위치하는 광 차단부(220)의 개구(220a)의 반경을 X로 하고, 위에서 설명한 바와 같이, 가공 대상물(1)의 표면(3)에 수직인 방향으로부터 본 경우에서의 제1 집광점(P1)과 제2 집광점(P2)과의 거리를 D로 하면, 반사형 공간 광변조기(203)가, X/2＜D/2＜X를 만족하도록 레이저광(L)을 변조하면, 광 차단부(220)가 ±2차광 이상의 고차광(±2차광에 대해서는 중심보다도 외측의 부분)을 차단할 수 있다. 또, 도 16의 (b)에 나타내어지는 바와 같이, 반사형 공간 광변조기(203)가, X/3＜D/2＜X를 만족하도록 레이저광(L)을 변조하면, 광 차단부(220)가 ±3차광 이상의 고차광(±3차광에 대해서는 중심보다도 외측의 부분)을 차단할 수 있다.
일례로서, 2X=150㎛이면, 37.5㎛＜D/2＜75㎛를 만족하도록, 제1 집광점(P1)과 제2 집광점(P2)과의 거리 D를 결정하면, 광 차단부(220)가 ±2차광 이상의 고차광(±2차광에 대해서는 중심보다도 외측의 부분)을 차단할 수 있다. 또, 2X=150㎛이면, 25㎛＜D/2＜75㎛를 만족하도록, 제1 집광점(P1)과 제2 집광점(P2)과의 거리 D를 결정하면, 광 차단부(220)가 ±3차광 이상의 고차광(±3차광에 대해서는 중심보다도 외측의 부분)을 차단할 수 있다.
여기서, 두께 300㎛, 결정 방위(100), 저항값 1Ω·cm UP의 실리콘 웨이퍼를 가공 대상물(1)로서 준비하고, 도 11 및 상기의 표 3에 나타내어지는 조건으로 레이저광(L)의 조사를 행함으로써, 3차광과 표면(3)에서의 데미지의 발생의 유무와의 관계에 대해 조사했다. 또, 표면(3)에서의 데미지의 발생의 유무를 쉽게 판별하기 위해서, 표면(3)에 감열성막(感熱性膜)을 형성하여 실험을 행했다.
실험의 결과, 도 17의 (d)에 나타내어지는 바와 같이, 적어도 3차광의 영향에 의해서, 레이저광(L)의 입사측과는 반대측의 가공 대상물(1)의 표면(3)에 데미지가 발생하는 것을 알 수 있었다. 도 17의 (a)는, 절단 예정 라인(5)을 따라서 절단한 가공 대상물(1)의 절단면에서의 0차광 및 ±n차광의 각각의 집광점의 위치 관계를 나타내는 도면이다. 도 17의 (b)는, 표면(3)에서의 0차광 및 ±n차광의 상태를 표면(3)측으로부터 관찰한 사진이며, 개질 영역 미형성시의 것이다. 도 17의 (c)는, 표면(3)에서의 0차광 및 ±n차광의 상태를 표면(3)측으로부터 관찰한 사진이며, 개질 영역 형성시의 것이다. 도 17의 (d)은, 감열성막을 표면(3)측으로부터 관찰한 사진이며, 개질 영역 형성시의 것이다.
도 18은, 본 발명의 비교예를 설명하기 위한 도면이며, (a)는, 푸리에면 근방에서의 레이저광(L)의 상태를 나타내는 시뮬레이션도이고, (b)는, 집광점 근방에서의 레이저광(L)의 상태를 나타내는 시뮬레이션도이다. 이와 같이, +3차광을 차단하지 않으면, 도 19에 나타내어지는 바와 같이, +3차광의 영향에 의해서, 레이저광(L)의 입사측과는 반대측의 가공 대상물(1)의 표면(3)에 가장 강한 데미지가 발생하는 것을 알 수 있었다. 또, 도 19의 상단은, 0차광 및 ±n차광의 각각의 집광점을 분기시키는 방향에 평행한 방향으로 레이저광(L)을 상대적으로 이동시킨 경우에 감열성막을 표면(3)측으로부터 관찰한 사진이고, 도 19의 하단은, 0차광 및 ±n차광의 각각의 집광점을 분기시키는 방향에 수직인 방향으로 레이저광(L)을 상대적으로 이동시킨 경우에 감열성막을 표면(3)측으로부터 관찰한 사진이다.
도 20은, 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면이며, (a)는, 푸리에면 근방에서의 레이저광(L)의 상태를 나타내는 시뮬레이션도이고, (b)는, 집광점 근방에서의 레이저광(L)의 상태를 나타내는 시뮬레이션도이다. 이와 같이, 광 차단부(220)에 의해 +3차광의 일부를 차단하면, 도 21에 나타내어지는 바와 같이, +3차광의 영향에 의해서 가공 대상물(1)의 표면(3)에 발생하는 데미지가 약해지는 것을 알 수 있었다. 또, 도 21의 상단은, 0차광 및 ±n차광의 각각의 집광점을 분기시키는 방향에 평행한 방향으로 레이저광(L)을 상대적으로 이동시킨 경우에 감열성막을 표면(3)측으로부터 관찰한 사진이고, 도 21의 하단은, 0차광 및 ±n차광의 각각의 집광점을 분기시키는 방향에 수직인 방향으로 레이저광(L)을 상대적으로 이동시킨 경우에 감열성막을 표면(3)측으로부터 관찰한 사진이다.
도 22는, 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면이며, (a)는, 푸리에면 근방에서의 레이저광(L)의 상태를 나타내는 시뮬레이션도이고, (b)는, 집광점 근방에서의 레이저광(L)의 상태를 나타내는 시뮬레이션도이다. 이와 같이, 광 차단부(220)에 의해 +3차광의 전부를 차단하면, 도 23에 나타내어지는 바와 같이, +3차광의 영향에 의해서 가공 대상물(1)의 표면(3)에 발생하는 데미지가 거의 없어지는 것을 알 수 있었다. 또, 도 23의 상단은, 0차광 및 ±n차광의 각각의 집광점을 분기시키는 방향에 평행한 방향으로 레이저광(L)을 상대적으로 이동시킨 경우에 감열성막을 표면(3)측으로부터 관찰한 사진이며, 도 23의 하단은, 0차광 및 ±n차광의 각각의 집광점을 분기시키는 방향에 수직인 방향으로 레이저광(L)을 상대적으로 이동시킨 경우에 감열성막을 표면(3)측으로부터 관찰한 사진이다.
도 24는, 본 발명에 관한 실험 결과를 설명하기 위한 도면이다. 이 경우, 집광 광학계(204)의 렌즈 시야를 제한하도록, 광 차단부(220)가 집광 광학계(204)의 광 입사부에 마련되어 있고, 제1 집광점(P1)과 제2 집광점(P2)과의 거리 D가 50㎛이상일 때에 +3차광을 차단할 수 있는 렌즈 시야로 되어 있다. 도 24에 나타내어지는 실험 결과로부터 분명한 바와 같이, 광 차단부(220)에 의해 +3차광이 차단되면, +3차광의 영향에 의해서 가공 대상물(1)의 표면(3)에 발생하는 데미지가 거의 없어지는 것을 알 수 있었다. 또, 도 24의 상단은, 0차광 및 ±n차광의 각각의 집광점을 분기시키는 방향에 평행한 방향으로 레이저광(L)을 상대적으로 이동시킨 경우에 감열성막을 표면(3)측으로부터 관찰한 사진이며, 도 24의 하단은, 0차광 및 ±n차광의 각각의 집광점을 분기시키는 방향에 수직인 방향으로 레이저광(L)을 상대적으로 이동시킨 경우에 감열성막을 표면(3)측으로부터 관찰한 사진이다.
이상에 의해, 레이저 가공 장치(300)에서 실시되는 레이저 가공 방법에서는, 레이저광(L)이 제1 가공광(L1) 및 제2 가공광(L2)을 포함하는 0차광 및 ±n차광으로 분기되어, 제1 가공광(L1)이 제1 집광점(P1)에 집광됨과 아울러 제2 가공광(L2)이 제2 집광점(P2)에 집광되도록, 레이저광(L)을 변조하고, 가공 대상물(1)에서 제1 집광점(P1) 및 제2 집광점(P2)의 각각에 대응하는 복수의 영역의 각각에 개질 영역(7)을 형성한다.
이 때, 표면(3)에서의 제1 가공광(L1)의 반경을 W1으로 하고, 표면(3)에서의 제2 가공광(L2)의 반경을 W2로 하고, 표면(3)에 수직인 방향으로부터 본 경우에서의 제1 집광점(P1)과 제2 집광점(P2)과의 거리를 D로 하면, D＞W1+W2를 만족하도록 레이저광(L)을 변조한다. 혹은, 표면(3)에 수직인 방향으로부터 본 경우에서의 제1 집광점(P1)과 제2 집광점(P2)과의 거리가 40㎛~80㎛가 되도록 레이저광(L)을 변조한다.
또, 가공 대상물(1)에 집광되는 0차광 및 ±n차광 중 제1 가공광(L1) 및 제2 가공광(L2)에 대해서 외측에 집광되는 광을 차단한다. 혹은, 가공 대상물(1)에 집광되는 0차광 및 ±n차광 중, 제1 가공광(L1) 및 제2 가공광(L2)에 대해서 레이저광(L)의 입사측과는 반대측의 가공 대상물의 표면(3)측에 집광되는 광, 및 제1 가공광(L1) 및 제2 가공광(L2)에 대해서 레이저광(L)의 입사측의 가공 대상물의 이면(21)측에 집광되는 광을 차단한다.
그리고, 가공 대상물(1)에 개질 영역(7)을 형성한 후, 가공 대상물(1)의 이면(21)에 익스텐드 테이프(extended tape)를 붙이고, 상기 익스텐드 테이프를 확장시킨다. 이것에 의해, 절단 예정 라인(5)을 따라서 형성된 개질 영역(7)으로부터 가공 대상물(1)의 두께 방향으로 신장된 균열을, 가공 대상물(1)의 표면(3) 및 이면(21)에 도달시켜, 절단 예정 라인(5)을 따라서 가공 대상물(1)을 기능 소자(15a)마다 절단하는 것에 의해, 복수의 칩을 얻는다.
이상, 설명한 바와 같이, 레이저 가공 장치(300), 및 레이저 가공 장치(300)에서 실시되는 레이저 가공 방법에서는, 표면(3)에서의 제1 가공광(L1)의 반경을 W1으로 하고, 표면(3)에서의 제2 가공광(L2)의 반경을 W2로 하고, 표면(3)에 수직인 방향으로부터 본 경우에서의 제1 집광점(P1)과 제2 집광점(P2)과의 거리를 D로 하면, D＞W1+W2를 만족하도록 레이저광(L)을 변조한다. 이것에 의해, 가공 대상물(1)의 표면(3)에 도달한 제1 가공광(L1)의 누설광 및 제2 가공광(L2)의 누설광이 표면(3)에서 간섭하여 서로 강하게 하는 것이 방지된다. 따라서, 레이저광(L)을 복수의 가공광으로 분기하여 각 가공광에 의해 개질 영역(7)을 형성하는 경우에 레이저광(L)의 입사측과는 반대측의 가공 대상물(1)의 표면(3)에 데미지가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
또, 반사형 공간 광변조기(203)에서 서로 이웃하는 화소간의 거리를 d로 하고, 4f 광학계(241)의 배율을 m으로 하고, 집광 광학계(204)의 초점 거리를 f로 하고, 레이저광(L)의 파장을 λ로 하면, 반사형 공간 광변조기(203)는, D＜2×f×tan[asin{λ/(d×4×m)}]를 만족하도록 레이저광(L)을 변조한다. 표면(3)에 수직인 방향으로부터 본 경우에서의 제1 집광점(P1)과 제2 집광점(P2)과의 거리 D를 크게 하기 위해서는, 반사형 공간 광변조기(203)의 변조 패턴에서 그레이팅 픽셀수를 작게 할 필요가 있다. 그러나, 그레이팅 픽셀수를 너무 작게 하면 , 레이저광(L)에서 파면을 제어할 수 없는 성분이 증가하여 누설광이 증가할 우려가 있다. D＜2×f×tan[asin{λ/(d×4×m)}]를 만족하도록 레이저광(L)을 변조함으로써, 레이저광(L)에서 파면을 제어할 수 없는 성분이 증가하여 누설광이 증가하는 것을 억제하고, 레이저광(L)의 입사측과는 반대측의 가공 대상물(1)의 표면(3)에 데미지가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
또, 레이저광(L)의 입사측과는 반대측의 가공 대상물(1)의 표면(3)에는, 2차원 모양으로 배치된 복수의 기능 소자(15a), 및 서로 이웃하는 기능 소자(15a)의 사이의 스트리트 영역(17)에 배치된 금속 패턴(16)이 마련되어 있고, 절단 예정 라인(5)은, 표면(3)에 수직인 방향으로부터 본 경우에 서로 이웃하는 기능 소자(15a)의 사이의 스트리트 영역(17)을 통과하도록 설정된다. 레이저광(L)의 입사측과는 반대측의 가공 대상물(1)의 표면(3)에서 서로 이웃하는 기능 소자(15a)의 사이의 스트리트 영역(17)에 금속 패턴(16)이 배치되어 있으면, 금속 패턴(16)에서 누설광의 흡수가 일어나 상기 표면(3)에 데미지가 발생하기 쉬워진다. 그러나, 그러한 경우라도, 레이저광(L)의 입사측과는 반대측의 가공 대상물(1)의 표면(3)에 데미지가 발생하는 것을 억제할 수 있다. 특히, 기판(11)의 표면(11a)의 전체에 걸쳐서 층간 절연막(예를 들면, Low-k막 등)이 형성되어 있는 경우에는, 상기 층간 절연막의 벗겨짐 등을 억제할 수 있으므로 유효하다.
또, 가공 대상물(1)에 집광되는 0차광 및 ±n차광 중 제1 가공광(L1) 및 제2 가공광(L2)에 대해서 외측에 집광되는 광을 차단한다. 혹은, 가공 대상물(1)에 집광되는 0차광 및 ±n차광 중, 제1 가공광(L1) 및 제2 가공광(L2)에 대해서 레이저광(L)의 입사측과는 반대측의 가공 대상물의 표면(3)측에 집광되는 광, 및 제1 가공광(L1) 및 제2 가공광(L2)에 대해서 레이저광(L)의 입사측의 가공 대상물의 이면(21)측에 집광되는 광을 차단한다. 이들에 의해, 상기 광이 가공 대상물(1)의 표면(3) 근방 및 이면(21) 근방에 집광되는 것이 방지된다. 따라서, 레이저광(L)을 복수의 가공광으로 분기하여 각 가공광에 의해 개질 영역(7)을 형성하는 경우에, 레이저광(L)의 입사측과는 반대측의 가공 대상물(1)의 표면(3), 및 레이저광(L)의 입사측의 가공 대상물의 이면(21)에, 데미지가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
또, 제1 가공광(L1) 및 제2 가공광(L2)은, 가공 대상물(1)에 집광되는 0차광 및 ±n차광 중 0차광 및 ±1차광으로부터 선택되고, 광 차단부(220)는, 가공 대상물(1)에 집광되는 ±n차광 중 ±2차광 및 ±3차광을 차단한다. 이것에 의해, 상대적으로 큰 에너지를 가지는 0차광 및 ±1차광을 제1 가공광(L1) 및 제2 가공광(L2)으로서 효율 좋게 이용하면서, 레이저광(L)의 입사측과는 반대측의 가공 대상물(1)의 표면(3), 및 레이저광(L)의 입사측의 가공 대상물(1)의 이면(21)에 데미지가 발생하는 것을 보다 확실히 억제할 수 있다. 특히, 상대적으로 큰 에너지를 가지는 +3차광을 차단하는 것은, 레이저광(L)의 입사측과는 반대측의 가공 대상물(1)의 표면(3)에 데미지가 발생하는 것을 억제하는데 있어서 중요하다.
또, 광 차단부(220)는, 제1 가공광(L1) 및 제2 가공광(L2)을 통과시키는 개구(220a)를 가지고 있다. 이것에 의해, 적어도 제1 가공광(L1) 및 제2 가공광(L2)을 통과시키고 또한 제1 가공광(L1) 및 제2 가공광(L2) 이외의 소정의 광을 차단하는 광 차단부(220)를 간단한 구성으로 실현할 수 있다.
또, 광 차단부(220)는, 제1 렌즈(241a)와 제2 렌즈(241b)와의 사이의 푸리에면 상에 마련되어 있다. 이것에 의해, 제1 가공광(L1) 및 제2 가공광(L2) 이외의 소정의 광을 확실히 차단할 수 있다. 또, 광 차단부(220)가, 집광 광학계(204)의 광 입사부에 마련되어 있어도, 제1 가공광(L1) 및 제2 가공광(L2) 이외의 소정의 광을 확실히 차단할 수 있다. 또, 반사형 공간 광변조기(203)가, 차단하는 광 중 적어도 일부가 개구(220a)의 외측을 통과하도록 레이저광(L)을 변조해도 괜찮다. 이것에 의하면, 제1 가공광(L1) 및 제2 가공광(L2) 이외의 소정의 광을 보다 확실히 차단할 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시 형태에 대해 설명했지만, 본 발명은, 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 가공 대상물(1)의 구성 및 재료는, 위에서 설명한 것에 한정되지 않는다. 일례로서, 기판(11)은, 실리콘 기판 이외의 반도체 기판, 사파이어 기판, SiC 기판, 유리 기판(강화 유리 기판), 투명 절연 기판 등이라도 괜찮다.
또, 0차광 및 ±n차광의 각각의 집광점은, 가공 대상물(1)에서, 차수를 나타내는 수치가 작아질수록, 레이저광(L)의 입사측과는 반대측의 가공 대상물(1)의 표면(3)측에 위치하고, 또한 절단 예정 라인(5)을 따른 레이저광(L)의 상대적 이동 방향에서의 전측에 위치하는 위치 관계를 가지고 있어도 괜찮다. 또, 가공 대상물(1)의 표면(3)측으로부터 레이저광(L)을 입사시켜도 괜찮다. 이 경우, 이면(21)이 레이저광(L)의 입사측과는 반대측의 가공 대상물(1)의 제1 표면이 되고, 표면(3)이 레이저광(L)의 입사측의 가공 대상물(1)의 제2 표면이 된다.
또, 광 차단부(220)는, +n차광을 차단하는 부재와, -n차광을 차단하는 부재를 가지며, 대향하는 부재의 사이의 영역에서 제1 가공광(L1) 및 제2 가공광(L2)을 통과시키는 것이라도 좋다. 또, 광 차단부(220)는, 가공 대상물(1)에 집광되는 ±n차광 중, 제1 가공광(L1) 및 제2 가공광(L2)에 대해서 레이저광(L)의 입사측과는 반대측의 가공 대상물의 표면(3)측에 집광되는 광만을 차단하거나, 혹은 +3차광만을 차단하는 등, ±2차광 이상의 고차광을 선택적으로 차단해도 괜찮다.
[산업상의 이용 가능성]
본 발명에 의하면, 레이저광을 복수의 가공광으로 분기하여 각 가공광에 의해 개질 영역을 형성하는 경우에 레이저광의 입사측과는 반대측의 가공 대상물의 표면에 데미지가 발생하는 것을 억제할 수 있는 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법을 제공하는 것이 가능해진다.
1 - 가공 대상물 3 - 표면(제1 표면)
5 - 절단 예정 라인 7 - 개질 영역
15a - 기능 소자 16 - 금속 패턴
17 - 스트리트 영역(영역) 21 - 이면(제2 표면)
202 - 레이저광원
203 - 반사형 공간 광변조기(공간 광변조기)
204 - 집광 광학계 216 - 액정층(복수의 화소)
241 - 4f 광학계(조정 광학계) 241a - 제1 렌즈(제1 광학 소자)
241b - 제2 렌즈(제2 광학 소자) 300 - 레이저 가공 장치
L - 레이저광 L1 - 제1 가공광
L2 - 제2 가공광 P1 - 제1 집광점
P2 - 제2 집광점

Claims (4)

  1. 가공 대상물에 레이저광을 집광(集光)하는 것에 의해, 절단 예정 라인을 따라서 상기 가공 대상물에 개질(改質) 영역을 형성하는 레이저 가공 장치로서,
    상기 레이저광을 출사(出射)하는 레이저광원(光源)과,
    상기 레이저광원에 의해 출사된 상기 레이저광을 상기 가공 대상물에 집광하는 집광 광학계와,
    상기 레이저광이 적어도 제1 가공광(加工光) 및 제2 가공광으로 분기(分岐)되고, 상기 집광 광학계에 의해 상기 제1 가공광이 제1 집광점(集光点)에 집광됨과 아울러 상기 제2 가공광이 제2 집광점에 집광되도록, 상기 레이저광원에 의해 출사된 상기 레이저광을 변조(變調)하는 공간 광변조기(光變調器)를 구비하며,
    상기 제1 집광점 및 상기 제2 집광점은, 상기 가공 대상물에서, 상기 제1 집광점이 상기 제2 집광점에 대해서 상기 레이저광의 입사측과는 반대측의 상기 가공 대상물의 제1 표면측에 위치하고, 또한 상기 제1 집광점이 상기 제2 집광점에 대해서 상기 절단 예정 라인을 따른 상기 레이저광의 상대적 이동 방향에서의 전측(前側)에 위치하는 위치 관계를 가지고,
    상기 제1 표면에서의 상기 제1 가공광의 반경을 W1으로 하고, 상기 제1 표면에서의 상기 제2 가공광의 반경을 W2로 하며, 상기 제1 표면에 수직인 방향으로부터 본 경우에서의 상기 제1 집광점과 상기 제2 집광점과의 거리를 D로 하면,
    상기 공간 광변조기는,
    D＞W1+W2
    를 만족하도록 상기 레이저광을 변조하는 레이저 가공 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    렌즈로서 기능하는 제1 광학 소자 및 제2 광학 소자를 가지는 조정 광학계를 더 구비하며,
    상기 제1 광학 소자 및 상기 제2 광학 소자는, 상기 공간 광변조기와 상기 제1 광학 소자와의 사이의 광로(光路)의 거리가 상기 제1 광학 소자의 제1 초점 거리가 되고, 상기 집광 광학계와 상기 제2 광학 소자와의 사이의 광로의 거리가 상기 제2 광학 소자의 제2 초점 거리가 되고, 상기 제1 광학 소자와 상기 제2 광학 소자와의 사이의 광로의 거리가 상기 제1 초점 거리와 상기 제2 초점 거리와의 합이 되고, 상기 제1 광학 소자 및 상기 제2 광학 소자가 양측 텔레센트릭(telecentric) 광학계가 되도록 배치되어 있으며,
    상기 공간 광변조기는, 변조 패턴을 표시하는 복수의 화소(畵素)를 가지고,
    서로 이웃하는 상기 화소의 사이의 거리를 d로 하고, 상기 조정 광학계의 배율을 m으로 하고, 상기 집광 광학계의 초점 거리를 f로 하고, 상기 레이저광의 파장을 λ로 하면,
    상기 공간 광변조기는,
    D＜2×f×tan[asin{λ/(d×4×m)}]
    을 만족하도록 상기 레이저광을 변조하는 레이저 가공 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 표면에는, 2차원 모양으로 배치된 복수의 기능 소자, 및 서로 이웃하는 상기 기능 소자의 사이의 영역에 배치된 금속 패턴이 마련되어 있고,
    상기 절단 예정 라인은, 상기 제1 표면에 수직인 방향으로부터 본 경우에 서로 이웃하는 상기 기능 소자의 사이의 영역을 통과하도록 설정되는 레이저 가공 장치.
  4. 가공 대상물에 레이저광을 집광하는 것에 의해, 절단 예정 라인을 따라서 상기 가공 대상물에 개질 영역을 형성하는 레이저 가공 방법으로서,
    상기 레이저광이 적어도 제1 가공광 및 제2 가공광으로 분기되어, 상기 제1 가공광이 제1 집광점에 집광됨과 아울러 상기 제2 가공광이 제2 집광점에 집광되도록, 상기 레이저광을 변조하고, 상기 가공 대상물에서 상기 제1 집광점 및 상기 제2 집광점의 각각에 대응하는 복수의 영역의 각각에 상기 개질 영역을 형성하는 공정을 구비하며,
    상기 제1 집광점 및 상기 제2 집광점은, 상기 가공 대상물에서, 상기 제1 집광점이 상기 제2 집광점에 대해서 상기 레이저광의 입사측과는 반대측의 상기 가공 대상물의 제1 표면측에 위치하고, 또한 상기 제1 집광점이 상기 제2 집광점에 대해서 상기 절단 예정 라인을 따른 상기 레이저광의 상대적 이동 방향에서의 전측에 위치하는 위치 관계를 가지고,
    상기 제1 표면에서의 상기 제1 가공광의 반경을 W1으로 하고, 상기 제1 표면에서의 상기 제2 가공광의 반경을 W2로 하고, 상기 제1 표면에 수직인 방향으로부터 본 경우에서의 상기 제1 집광점과 상기 제2 집광점과의 거리를 D로 하면,
    상기 레이저광은,
    D＞W1+W2
    를 만족하도록 변조되는 레이저 가공 방법.
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