KR102380747B1 - 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법 - Google Patents

레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법 Download PDF

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다카후미 오기와라
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하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤
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Abstract

레이저 가공 장치(300)는, 레이저 광원(202)과, 집광 광학계(204)와, 제어부(250) 및 반사형 공간 광변조기(203)를 구비한다. 제어부(250) 및 반사형 공간 광변조기(203)는, 집광 위치로부터 레이저광(L)의 광축을 따라 레이저광(L)의 입사측으로 소정 거리만큼 이상 집광 위치를 어긋나게 한 상태에서의 수차 보정량으로 상기 집광 위치에 집광한 경우에 발생하는 수차를 기준 수차로 하여, 가공 대상물(1)의 표면(3)에 가장 가까운 제1 영역 또는 가공 대상물(1)의 표면(3)으로부터의 거리가 소정 거리 이하인 제1 영역에 개질 영역을 형성하는 경우에는, 기준 수차의 기준 집광 길이보다도 긴 제1 집광 길이가 되고 또한 기준 수차의 기준 집광 강도보다도 약한 제1 집광 강도가 되도록 수차를 조정한다.

Description

레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법{LASER PROCESSING DEVICE AND LASER PROCESSING 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.
상기 기술 분야에서의 종래의 레이저 가공 장치로서, 가공 대상물에 레이저광을 집광하는 것에 기인하여 집광 위치에서 발생하는 구면(球面) 수차(收差)를 보정하여, 가공 대상물에 레이저광을 집광하는 것이 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
특허 문헌 1 : 일본특허공개 제2011－152562호 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, 레이저광의 집광 위치에서 발생하는 구면 수차를 보정하면, 레이저광의 입사측과는 반대측의 가공 대상물의 표면에서 절단 예정 라인으로부터 벗어난 부분(예를 들면, 기능 소자에 포함되는 배선 등)에 데미지가 발생할 우려가 있는 것을 알았다.
그래서, 본 발명은, 레이저광의 입사측과는 반대측의 가공 대상물의 표면에서 절단 예정 라인으로부터 벗어난 부분에 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 출사(出射)하는 레이저 광원과, 레이저 광원에 의해 출사된 레이저광을 가공 대상물에 집광하는 집광 광학계와, 가공 대상물에 레이저광을 집광하는 것에 기인하여 집광 위치에서 발생하는 수차(收差)를 조정하는 수차 조정부를 구비하며, 수차 조정부는, 집광 위치로부터 레이저광의 광축을 따라 레이저광의 입사측으로 소정 거리만큼 이상(理想) 집광 위치를 어긋나게 한 상태에서의 수차 보정량으로 상기 집광 위치에 집광한 경우에 발생하는 수차를 기준 수차로 하여, 레이저광의 입사측과는 반대측의 가공 대상물의 제1 표면에 가장 가까운 제1 영역에 개질 영역을 형성하는 경우에는, 기준 수차의 기준 집광 길이보다도 긴 제1 집광 길이가 되고 또한 기준 수차의 기준 집광 강도보다도 약한 제1 집광 강도가 되도록 수차를 조정하며, 레이저광의 입사측의 가공 대상물의 제2 표면에 제1 영역보다도 가까운 제2 영역에 개질 영역을 형성하는 경우에는, 기준 집광 길이보다도 짧은 제2 집광 길이가 되고 또한 기준 집광 강도보다도 강한 제2 집광 강도가 되도록 수차를 조정한다.
본 발명의 일측면의 레이저 가공 방법은, 가공 대상물에 레이저광을 집광하는 것에 의해, 절단 예정 라인을 따라서 가공 대상물에 개질 영역을 형성하는 레이저 가공 방법으로서, 가공 대상물에 레이저광을 집광하는 것에 기인하여 집광 위치에서 발생하는 수차를 조정하여, 가공 대상물에 레이저광을 집광하는 것에 의해, 레이저광의 입사측과는 반대측의 가공 대상물의 제1 표면에 가장 가까운 제1 영역에 개질 영역을 형성하는 제1 공정과, 집광 위치에서 발생하는 수차를 조정하여, 가공 대상물에 레이저광을 집광하는 것에 의해, 레이저광의 입사측의 가공 대상물의 제2 표면에 제1 영역보다도 가까운 제2 영역에 개질 영역을 형성하는 제2 공정을 포함하며, 제1 공정에서는, 집광 위치로부터 레이저광의 광축을 따라 레이저광의 입사측으로 소정 거리만큼 이상 집광 위치를 어긋나게 한 상태에서의 수차 보정량으로 상기 집광 위치에 집광한 경우에 발생하는 기준 수차의 기준 집광 길이보다도 긴 제1 집광 길이가 되고 또한 기준 수차의 기준 집광 강도보다도 약한 제1 집광 강도가 되도록 수차를 조정하고, 제2 공정에서는, 기준 집광 길이보다도 짧은 제2 집광 길이가 되고 또한 기준 집광 강도보다도 강한 제2 집광 강도가 되도록 수차를 조정한다.
이들 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법에서는, 집광 위치로부터 레이저광의 광축을 따라 레이저광의 입사측으로 소정 거리만큼 이상 집광 위치를 어긋나게 한 상태에서의 수차 보정량으로 상기 집광 위치에 집광한 경우에 발생하는 수차를 기준 수차로 하고, 기준 수차의 기준 집광 길이보다도 긴 제1 집광 길이가 되고 또한 기준 수차의 기준 집광 강도보다도 약한 제1 집광 강도가 되도록 수차를 조정하여, 가공 대상물에 레이저광을 집광하는 것에 의해, 레이저광의 입사측과는 반대측의 가공 대상물의 제1 표면에 가장 가까운 제1 영역에 개질 영역을 형성한다. 이것에 의해, 레이저광의 입사측과는 반대측의 가공 대상물의 표면(즉, 제1 표면)에서 절단 예정 라인으로부터 벗어난 부분에 데미지가 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또, 본 발명의 일측면의 레이저 가공 방법에서는, 제1 공정을 실시한 후에 제2 공정을 실시해도 괜찮고, 제2 공정을 실시한 후에 제1 공정을 실시해도 괜찮으며, 제1 공정과 제2 공정을 동시에 실시해도 괜찮다.
본 발명의 일측면의 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법에서는, 제1 표면에는, 배선을 포함하는 복수의 기능 소자가 마련되어 있고, 절단 예정 라인은, 서로 이웃하는 기능 소자의 사이의 영역을 통과하도록 설정되어도 괜찮다. 이 경우, 기능 소자에 포함되는 배선에 데미지가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
본 발명의 일측면의 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법에서는, 제1 영역은, 제1 표면으로부터의 거리가 60㎛ 이하의 영역에 설정되어도 괜찮다. 이 경우, 제1 표면에서 절단 예정 라인으로부터 벗어난 부분에 데미지가 발생하는 것을 보다 확실히 억제할 수 있음과 아울러, 제1 영역에 형성된 개질 영역으로부터 제1 표면측으로 신장되는 균열을 절단 예정 라인을 따라서 정밀도 좋게 제1 표면에 도달시킬 수 있다.
본 발명의 일측면의 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법에서는, 제2 영역은, 제1 표면으로부터의 거리가 40㎛ 이상의 영역에 설정되어도 괜찮다. 이 경우, 제1 표면에서 절단 예정 라인으로부터 벗어난 부분에 데미지가 발생하는 것을 보다 확실히 억제할 수 있음과 아울러, 제2 영역에 형성된 개질 영역으로부터 제1 표면측 및 제2 표면측으로 신장되는 균열의 길이를 길게 할 수 있다.
본 발명의 일측면의 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법에서는, 소정 거리는, 110㎛ 이상 140㎛ 이하라도 괜찮다. 이 경우, 집광 위치로부터 레이저광의 광축을 따라 레이저광의 입사측으로 소정 거리만큼 이상 집광 위치를 어긋나게 한 상태에서의 수차 보정량으로 상기 집광 위치에 집광한 경우에 발생하는 수차를 기준 수차로서 적절히 설정할 수 있다.
본 발명의 일측면의 레이저 가공 방법에서는, 제1 공정을 실시한 후에 제2 공정을 실시하는 경우에는, 제1 영역은, 제1 공정에서 개질 영역으로부터 레이저광의 입사측과는 반대측으로 신장되는 균열이 제1 표면에 도달하지 않도록 설정되어도 괜찮다. 본 발명의 일측면의 레이저 가공 방법에서는, 제1 공정을 실시한 후에 제2 공정을 실시하는 경우에는, 제2 영역은, 제1 공정에서 개질 영역으로부터 레이저광의 입사측으로 신장된 균열과 겹치지 않도록 설정되어도 괜찮다. 이들 경우, 제2 영역에 개질 영역을 형성할 때에, 제1 표면에서 절단 예정 라인으로부터 벗어난 부분에 데미지가 발생하는 것을 보다 확실히 억제할 수 있다.
본 발명의 일측면의 레이저 가공 장치는, 가공 대상물에 레이저광을 집광하는 것에 의해, 절단 예정 라인을 따라서 가공 대상물에 개질 영역을 형성하는 레이저 가공 장치로서, 레이저광을 출사하는 레이저 광원과, 레이저 광원에 의해 출사된 레이저광을 가공 대상물에 집광하는 집광 광학계와, 가공 대상물에 레이저광을 집광하는 것에 기인하여 집광 위치에서 발생하는 수차를 조정하는 수차 조정부를 구비하며, 수차 조정부는, 집광 위치로부터 레이저광의 광축을 따라 레이저광의 입사측으로 소정 거리만큼 이상 집광 위치를 어긋나게 한 상태에서의 수차 보정량으로 상기 집광 위치에 집광한 경우에 발생하는 수차를 기준 수차로 하여, 레이저광의 입사측과는 반대측의 가공 대상물의 제1 표면으로부터의 거리가 소정 거리 이하인 제1 영역에 개질 영역을 형성하는 경우에는, 기준 수차의 기준 집광 길이보다도 긴 제1 집광 길이가 되고 또한 기준 수차의 기준 집광 강도보다도 약한 제1 집광 강도가 되도록 수차를 조정한다.
본 발명의 일측면의 레이저 가공 방법은, 가공 대상물에 레이저광을 집광하는 것에 의해, 절단 예정 라인을 따라서 가공 대상물에 개질 영역을 형성하는 레이저 가공 방법으로서, 가공 대상물에 레이저광을 집광하는 것에 기인하여 집광 위치에서 발생하는 수차를 조정하여, 가공 대상물에 레이저광을 집광하는 것에 의해, 레이저광의 입사측과는 반대측의 가공 대상물의 제1 표면으로부터의 거리가 소정 거리 이하인 제1 영역에 개질 영역을 형성하는 제1 공정을 포함하며, 제1 공정에서는, 집광 위치로부터 레이저광의 광축을 따라 레이저광의 입사측으로 소정 거리만큼 이상 집광 위치를 어긋나게 한 상태에서의 수차 보정량으로 상기 집광 위치에 집광한 경우에 발생하는 기준 수차의 기준 집광 길이보다도 긴 제1 집광 길이가 되고 또한 기준 수차의 기준 집광 강도보다도 약한 제1 집광 강도가 되도록 수차를 조정한다.
이들 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법에서는, 집광 위치로부터 레이저광의 광축을 따라 레이저광의 입사측으로 소정 거리만큼 이상 집광 위치를 어긋나게 한 상태에서의 수차 보정량으로 상기 집광 위치에 집광한 경우에 발생하는 수차를 기준 수차로 하고, 기준 수차의 기준 집광 길이보다도 긴 제1 집광 길이가 되고 또한 기준 수차의 기준 집광 강도보다도 약한 제1 집광 강도가 되도록 수차를 조정하여, 가공 대상물에 레이저광을 집광하는 것에 의해, 레이저광의 입사측과는 반대측의 가공 대상물의 제1 표면으로부터의 거리가 소정 거리 이하의 제1 영역에 개질 영역을 형성한다. 이것에 의해, 레이저광의 입사측과는 반대측의 가공 대상물의 표면(즉, 제1 표면)에서 절단 예정 라인으로부터 벗어난 부분에 데미지가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
본 발명에 의하면, 레이저광의 입사측과는 반대측의 가공 대상물의 표면에서 절단 예정 라인으로부터 벗어난 부분에 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 평면도이다.
도 10은 레이저광의 집광(集光) 위치에서 발생하는 수차(收差)의 보정 상태와 개질 영역으로부터 신장되는 균열의 길이와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 11은 레이저광의 입사측과는 반대측의 가공 대상물의 표면에 데미지가 발생한 것을 나타내는 도면이다.
도 12는 레이저광의 빠짐광의 폭과 데미지의 발생 위치와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 13은 레이저광의 입사측과는 반대측의 가공 대상물의 표면에 데미지가 발생한 것을 나타내는 도면이다.
도 14는 가공 대상물에 미리 형성된 균열의 유무와 데미지의 발생량과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 15는 레이저광에서의 집광 위치와 이상(理想) 집광 위치와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 16은 레이저광에서의 어긋남량과 데미지의 폭과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 17은 레이저광에서의 어긋남량과 데미지의 폭과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 18은 레이저광에서의 집광 길이와 집광 강도와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 19는 레이저광에서의 집광 위치와 가공 조건과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 20은 본 발명의 일 실시 형태의 레이저 가공 방법의 각 공정을 나타내는 도면이다.
도 21은 레이저광에서의 집광 길이와 집광 강도와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 22는 구면(球面) 수차 보정 패턴을 이용한 실시예의 결과와 구면 수차 보정 패턴을 이용하지 않았던 비교예의 결과와의 대비를 나타내는 도면이다.
도 23은 액시콘 렌즈(Axicon lens) 패턴을 이용한 실시예의 결과와 액시콘 렌즈 패턴을 이용하지 않았던 비교예의 결과와의 대비를 나타내는 도면이다.
도 24는 가공 에너지를 조정한 참고예의 결과를 나타내는 도면이다.
도 25는 개질 영역의 형성 순서를 나타내는 도면이다.
도 26은 개질 영역의 형성 순서를 나타내는 도면이다.
도 27은 개질 영역의 형성 순서를 나타내는 도면이다.
도 28은 개질 영역의 형성 순서를 나타내는 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 집광(集光)하는 것에 의해, 절단 예정 라인을 따라서 가공 대상물에 개질(改質) 영역을 형성한다. 그래서, 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 레이저 광원(101)과, 레이저광(L)의 광축(광로)의 방향을 90° 바꾸도록 배치된 다이크로익 미러(dichroic mirror)(103)와, 레이저광(L)을 집광하기 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 펄스폭, 펄스 파형(波形) 등을 조절하기 위해서 레이저 광원(101)을 제어하는 레이저 광원 제어부(102)와, 스테이지(111)의 이동을 제어하는 스테이지 제어부(115)를 구비하고 있다.
이 레이저 가공 장치(100)에 있어서는, 레이저 광원(101)으로부터 출사된 레이저광(L)은, 다이크로익 미러(103)에 의해서 그 광축의 방향이 90° 바뀌며, 지지대(107) 상에 재치(載置)된 가공 대상물(1)의 내부에 집광용 렌즈(105)에 의해서 집광된다. 이것과 함께, 스테이지(111)가 이동시켜지고, 상기 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 괜찮으며, 이들이 조합시켜진 3차원 모양이라도 좋고, 좌표 지정된 것이라도 좋다. 또, 절단 예정 라인(5)은, 가상선에 한정되지 않고 가공 대상물(1)의 표면(3)에 실제로 그은 선이라도 된다. 개질 영역(7)은, 연속적으로 형성되는 경우도 있으며, 단속적으로 형성되는 경우도 있다. 또, 개질 영역(7)은 열(列) 모양이라도 점(点) 모양이라도 괜찮으며, 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(裏面)(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 거의 흡수되지 않으므로, 가공 대상물(1)의 표면(3)이 용융(溶融)하지는 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 용융후 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 비개질 영역의 밀도와 비교하여 변화한 영역이나, 격자(格子) 결함이 형성된 영역이 있다(이들을 모두 '고밀전이 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, 또한, 그들 영역의 내부나 개질 영역(7)과 비개질 영역과의 계면(界面)에 균열(갈라짐, 마이크로 크랙)을 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 포함하는, 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 스폿이란, 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(結晶) 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, 레이저 광원(202), 반사형 공간 광변조기(光變調器)(수차 조정부)(203), 4f 광학계(241) 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.
레이저 광원(202)은, 예를 들면 1000nm~1500nm의 파장을 가지는 레이저광(L)을 출사하는 것이며, 예를 들면 파이버(fiber) 레이저이다. 여기서의 레이저 광원(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, 레이저 광원(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 경사지게 상부로 반사한다.
도 8에 나타내어지는 바와 같이, 반사형 공간 광변조기(203)는, 실리콘 기판(213), 구동 회로층(914), 복수의 화소 전극(電極)(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 순서대로 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 투과한다. 투명 도전막(217)은, 투명 기판(218)의 이면(裏面) 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(active)·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)을 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, Y축방향으로 늘어선 각 화소열의 인가 전압을 제어하는 제2 드라이버 회로를 가지고 있으며, 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 있고, 액정 분자군(分子群)을 일정 방향으로 배열시킨다. 배향막(999a, 999b)은, 예를 들면 폴리이미드 등의 고분자 재료로 이루어지고, 액정층(216)과의 접촉면에 러빙(rubbing) 처리 등이 실시되어 있다.
액정층(216)은, 복수의 화소 전극(214)과 투명 도전막(217)과의 사이에 배치되어 있고, 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 형성되며, 액정층(216)에 형성된 전계의 크기에 따라 액정 분자(216a)의 배열 방향이 변화한다. 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 제어되며, 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 위상(位相)을 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 광선(光線)에서 진행 방향에 직교하는 소정 방향의 성분의 위상에 차이가 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)가 가능해진다.
도 7로 되돌아와, 4f 광학계(241)는, 반사형 공간 광변조기(203)에 의해서 변조된 레이저광(L)의 파면 형상을 조정하는 것이며, 제1 렌즈(241a) 및 제2 렌즈(241b)를 가지고 있다. 렌즈(241a, 241b)는, 반사형 공간 광변조기(203)와 제1 렌즈(241a)와의 거리가 제1 렌즈(241a)의 초점 거리 f1가 되고, 또한 집광 광학계(204)와 렌즈(241b)와의 거리가 렌즈(241b)의 초점 거리 f2가 되며, 또한 제1 렌즈(241a)와 제2 렌즈(241b)와의 거리가 f1＋f2가 되고, 또한 제1 렌즈(241a)와 제2 렌즈(241b)가 양측 텔레센트릭(telecentric) 광학계가 되도록, 반사형 공간 광변조기(203)와 집광 광학계(204)와의 사이에 배치되어 있다. 이 4f 광학계(241)에 의하면, 반사형 공간 광변조기(203)에서 변조된 레이저광(L)이 공간 전파에 의해서 파면 형상이 변화하고 수차가 증대하는 것을 억제할 수 있다.
집광 광학계(204)는, 레이저 광원(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, 레이저 광원(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 변경되며, 미러(206b)에 의해서 수평 방향으로 반사되어 4f 광학계(241)에 입사한다.
4f 광학계(241)에 입사한 레이저광(L)은, 평행광으로 집광 광학계(204)에 입사하도록 파면 형상이 조정된다. 구체적으로는, 레이저광(L)은, 제1 렌즈(241a)를 투과하여 수렴되고, 미러(219)에 의해서 하부로 반사되어, 공초점(共焦点)(O)을 거쳐 발산함과 아울러, 제2 렌즈(241b)를 투과하여, 평행광이 되도록 다시 수렴된다. 그리고, 레이저광(L)은, 다이크로익 미러(210, 238)를 순차적으로 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 반사ㆍ투과되어, 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 투과ㆍ반사된 후, 다이크로익 미러(209)를 투과하여 검출기(211b)에서 수광된다.
AF유닛(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, AF유닛(212)은, 개질 영역(7)을 형성할 때, 취득한 변위 데이터에 근거하여 구동 유닛(232)을 구동시키고, 레이저광 입사면의 변위를 따르도록 집광 광학계(204)를 그 광축 방향으로 왕복 이동시킨다.
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, 레이저 광원(202)을 제어하고, 레이저 광원(202)으로부터 출사되는 레이저광(L)의 출력이나 펄스폭 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 원하는대로 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(예를 들면, 반사형 공간 광변조기(203)의 액정층(216)에 생기는 변형)을 보정하기 위한 개체차 보정 패턴, 구면 수차를 보정하기 위한 구면 수차 보정 패턴 등을 포함하고 있다. 이와 같이, 제어부(250) 및 반사형 공간 광변조기(203)는, 가공 대상물(1)에 레이저광(L)을 집광하는 것에 기인하여 집광 위치에서 발생하는 수차를 조정하는 수차 조정부로서 기능한다.
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 등으로 이루어지는 기판(11)과, 기판(11)의 표면(11a)에 형성된 복수의 기능 소자(15)를 구비하고 있다. 복수의 기능 소자(15)는, 기판(11)의 표면(11a)에 매트릭스 모양으로 배열되어 있고, 배선(16)을 포함하고 있다. 이와 같이, 가공 대상물(1)은, 그 표면(제1 표면)(3)에, 배선(16)을 포함하는 복수의 기능 소자(15)가 마련된 것이다. 또, 기능 소자(15)는, 포토 다이오드 등의 수광 소자, 레이저 다이오드 등의 발광 소자, 혹은 회로로서 형성된 회로 소자 등이다.
레이저 가공 장치(300)에서 실시되는 레이저 가공 방법은, 가공 대상물(1)을 기능 소자(15)마다 절단하는 것에 의해 복수의 칩을 제조하는 칩의 제조 방법으로서 이용된다. 그 때문에, 상기 레이저 가공 방법에서는, 가공 대상물(1)에 대해서, 서로 이웃하는 기능 소자(15)의 사이의 스트리트 영역(영역)(17)을 통과하도록(가공 대상물(1)의 두께 방향으로부터 본 경우에, 스트리트 영역(17)의 폭의 중심(中心)을 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.
이하, 레이저 가공 장치(300)에서 실시되는 레이저 가공 방법에 대해서, 그 배경부터 설명한다. 도 10의 (a)의 상단에 나타내어지는 바와 같이, 레이저광(L)의 집광 위치(개질 영역의 형성을 예정하는 위치)에서 발생하는 수차를 보정하지 않으면, 구면 수차에 의해서 레이저광(L)의 광축을 따라 집광 영역(레이저광(L)을 구성하는 각 광선이 집광되는 영역)이 길어진다. 한편, 도 10의 (b)의 상단에 나타내어지는 바와 같이, 제어부(250) 및 반사형 공간 광변조기(203)를 이용하여 레이저광(L)의 집광 위치에서 발생하는 수차를 보정하면, 레이저광(L)은 집광점(P)에 집광한다. 그리고, 도 10의 (a) 및 (b)의 하단의 가공 대상물(1)의 단면(斷面) 사진에 나타내어지는 바와 같이, 개질 영역의 형성시에 개질 영역으로부터 레이저광(L)의 입사측 및 그 반대측으로 신장되는 균열의 길이는, 수차를 보정하지 않은 경우에 비해 수차를 보정한 경우의 쪽이 길어진다. 상기 균열의 길이가 길어지는 것은, 가공 대상물(1)을 절단하기 위해서 1개의 절단 예정 라인(5)에 대해서 형성해야 할 개질 영역의 열수(列數)를 줄일 수 있으므로, 가공에 필요로 하는 시간의 단축화를 도모하는데 있어서 유리하다.
그렇지만, 레이저광(L)의 집광 위치에서 발생하는 수차를 보정하면, 도 11의 (a) 및 (b)의 가공 대상물(1)의 평면 사진에 나타내어지는 바와 같이, 레이저광(L)의 입사측과는 반대측의 가공 대상물(1)의 표면(3)에서 절단 예정 라인(5)으로부터 벗어난 부분에 데미지(D)가 발생하는 경우가 있는 것을 알았다. 도 11의 (a) 및 (b)의 가공 대상물(1)의 평면 사진을 얻었을 때의 실험 조건은, 다음과 같다.
1. 가공 대상물
(1) 두께 250㎛, 결정 방위(100)의 실리콘 기판의 표면에, 두께 300Å인 Au막을 형성했다.
(2) (a)에서는, 절단 예정 라인(5)을 덮도록 Au막을 형성하고, (b)에서는, 절단 예정 라인(5)을 따라서 폭 15㎛인 스트리트 영역이 형성되도록 Au막을 형성했다.
2. 레이저광의 조사 조건
(1) 실리콘 기판의 이면을 레이저광 입사면으로 하여, 레이저광의 집광점을 실리콘 기판의 표면(즉, 실리콘 기판과 Au막과의 계면 근방)에 맞추고, 파장 1080nm, 반복 주파수 80kHz, 펄스폭 500ns, 출구 출력 1.2W, 스캔 속도(절단 예정 라인(5)을 따른 집광점의 상대적 이동 속도) 300mm/s의 조건으로 레이저광(L)을 조사했다.
이러한 데미지(D)의 발생 요인을 검토한다. 먼저, 도 12에 나타내어지는 바와 같이, 데미지(D)는, 레이저광(L)의 빠짐광의 폭을 넘는 영역(빠짐광의 폭의 외측의 영역)에서 발생했다. 이것으로부터, 레이저광(L)의 빠짐광은, 데미지(D)의 발생 요인은 아니라고 생각되어진다. 또, 도 12의 하단은, 가공 대상물(1)의 평면 사진이다.
또, 도 13의 가공 대상물(1)의 평면 사진에 나타내어지는 바와 같이, 개질 영역의 형성시에 개질 영역으로부터 신장된 균열이 가공 대상물(1)의 표면(3)에 도달하고 있는 경우에, 많은 데미지(D)가 발생했다. 게다가, 상기 균열이 가공 대상물(1)의 표면(3)에서 사행(蛇行, 구불구불함)하고 있으면, 상기 균열의 사행을 따라서 데미지(D)가 발생했다. 이 때문에, 개질 영역으로부터 신장된 균열은, 데미지(D)의 발생 요인 중 하나라고 생각되어진다. 도 13의 가공 대상물(1)의 평면 사진을 얻었을 때의 실험 조건은, 다음과 같다.
1. 가공 대상물
(1) 두께 250㎛, 결정 방위(100), 저항값 1Ω·cm인 실리콘 기판의 표면에, 두께 300Å인 Au막을 형성했다.
(2) 절단 예정 라인(5)을 덮도록 Au막을 형성했다.
2. 레이저광의 조사 조건
(1) 실리콘 기판의 이면을 레이저광 입사면으로 하여, 레이저광의 집광점을 실리콘 기판의 표면(즉, 실리콘 기판과 Au막과의 계면 근방)에 맞추고, 파장 1342nm, 반복 주파수 90kHz, 펄스폭 90ns, 출구 출력 1.27W, 스캔 속도 340mm/s의 조건으로 레이저광(L)을 조사했다.
게다가, 도 14의 (a) 및 (b)의 상단의 가공 대상물(1)의 단면 사진에 나타내어지는 바와 같이, 절단 예정 라인(5)을 따라서 미리 균열이 형성되어 있지 않은 가공 대상물(1), 및 절단 예정 라인(5)을 따라서 미리 균열이 형성되어 있는 가공 대상물(1)을 준비하고, 레이저광(L)의 집광 위치에서 발생하는 수차를 보정하지 않고, 절단 예정 라인(5)을 따라서 각각의 가공 대상물(1)에 레이저광(L)을 조사했다. 그 결과, 도 14의 (a) 및 (b)의 하단의 가공 대상물(1)의 평면 사진에 나타내어지는 바와 같이, 가공 대상물(1)에 미리 균열이 형성되어 있지 않은 경우에 비해 가공 대상물(1)에 미리 균열이 형성되어 있는 경우의 쪽이, 많은 데미지(D)가 발생했다.
이상으로부터, 데미지(D)의 발생 요인으로서, 이하의 1~3을 들 수 있다.
1. 1개의 절단 예정 라인(5)을 따라서 1열의 개질 영역을 형성한 후에, 상기 1개의 절단 예정 라인(5)을 따라서 다른 1열의 개질 영역을 형성하는 경우에, 형성이 끝난 1열의 개질 영역 또는 상기 개질 영역으로부터 신장된 균열에, 레이저광(L)의 집광 위치가 겹쳐져 있으면, 레이저광(L)의 조사시에, 형성이 끝난 1열의 개질 영역 또는 상기 개질 영역으로부터 신장된 균열이 경면(鏡面)과 같이 작용하고, 레이저광(L)의 일부에 대해서, 반사, 간섭, 회절, 산란 등이 일어나서, 상기 레이저광(L)의 일부가, 레이저광(L)의 빠짐광의 폭을 넘는 영역에 조사되고, 그 결과, 상기 레이저광(L)의 일부가 기능 소자(15)의 배선(16) 등에 의해 흡수되어, 배선(16) 등에 용융이 발생한다.
2. 전회(前回)의 1펄스의 레이저 조사에 의해 형성된 개질 영역 또는 상기 개질 영역으로부터 신장된 균열에, 금회(今回)의 1펄스의 레이저 조사의 집광 위치가 겹쳐져 있으면, 금회의 1펄스의 레이저 조사시에, 전회의 1펄스의 레이저 조사에 의해 형성된 개질 영역 또는 상기 개질 영역으로부터 신장된 균열이 경면과 같이 작용하고, 금회의 1펄스의 레이저 조사의 레이저광(L)의 일부에 대해서, 반사, 간섭, 회절, 산란 등이 일어나서, 상기 레이저광(L)의 일부가, 레이저광(L)의 빠짐광의 폭을 넘는 영역에 조사되며, 그 결과, 상기 레이저광(L)의 일부가 기능 소자(15)의 배선(16) 등에서 흡수되어, 배선(16) 등에 용융이 발생한다.
3. 전회의 1펄스의 레이저 조사에 의해 형성된 개질 영역으로부터 신장된 균열이 가공 대상물(1)의 표면(3) 또는 이면(21)에 도달한 상태에서, 상기 균열에 집광 위치가 겹치도록, 금회의 1펄스의 레이저 조사가 행하여지면, 금회의 1펄스의 레이저 조사시에, 전회의 1펄스의 레이저 조사에 의해 가공 대상물(1)의 표면(3) 또는 이면(21)에 도달한 균열이 경면과 같이 작용하고, 금회의 1펄스의 레이저 조사의 레이저광(L)의 일부에 대해서, 반사, 간섭, 회절, 산란 등이 일어나서, 상기 레이저광(L)의 일부가, 레이저광(L)의 빠짐광의 폭을 넘는 영역에 조사되며, 그 결과, 상기 레이저광(L)의 일부가 기능 소자(15)의 배선(16) 등에서 흡수되어, 배선(16) 등에 용융이 발생한다.
그래서, 레이저 가공 장치(300)에서 실시되는 레이저 가공 방법에서는, 도 15에 나타내어지는 바와 같이, 집광 위치(CP1)로부터 레이저광(L)의 광축을 따라 레이저광(L)의 입사측으로 소정 거리만큼 어긋나게 한 위치(CP0)에서 이상(理想) 집광되도록 수차 보정한 상태(이 경우, CP0는 이상 집광 위치가 됨)에서 집광 위치(CP1)에 집광했을 때에 발생하는 수차를 기준 수차로서 결정한다. 즉, 집광 위치(CP1)로부터 레이저광(L)의 광축을 따라 레이저광(L)의 입사측으로 소정 거리만큼 이상 집광 위치(CP0)를 어긋나게 한 상태에서의 수차 보정량으로 상기 집광 위치(CP1)에 집광한 경우에 발생하는 수차를 기준 수차로서 결정한다. 이 기준 수차는, 제어부(250)에 설정된다. 또, 집광 위치(CP1)는, 개질 영역의 형성을 예정하는 위치이며, 예를 들면, 형성을 예정하는 개질 영역 중 레이저광(L)의 입사측과는 반대측의 단부의 위치에 대응한다. 이상 집광 위치(CP0)는, 이상 집광(즉, 매질이 없다고 가정한 경우의 집광 상태에 가깝게 될 때까지 수차가 경감된 집광 상태)을 한 레이저광(L)의 집광점의 위치이다.
그리고, 레이저 가공 장치(300)에서 실시되는 레이저 가공 방법에서는, 레이저광(L)의 입사측과는 반대측의 가공 대상물(1)의 표면(3)에 가장 가까운 제1 영역에 개질 영역을 형성하는 경우에는, 기준 수차의 기준 집광 길이보다도 긴 제1 집광 길이가 되고 또한 기준 수차의 기준 집광 강도보다도 약한 제1 집광 강도가 되도록, 집광 위치(CP1)에서 발생하는 수차를 조정한다. 또, 상기 레이저 가공 방법에서는, 레이저광(L)의 입사측의 가공 대상물(1)의 이면(21)에 제1 영역보다도 가까운 제2 영역에 개질 영역을 형성하는 경우에는, 기준 수차의 기준 집광 길이보다도 짧은 제2 집광 길이가 되고 또한 기준 수차의 기준 집광 강도보다도 강한 제2 집광 강도가 되도록, 집광 위치(CP1)에서 발생하는 수차를 조정한다. 이들 수차의 조정은, 제어부(250) 및 반사형 공간 광변조기(203)에 의해서 행하여진다. 또, 집광 길이는, 레이저광(L)의 광축을 따른 집광 영역(레이저광(L)을 구성하는 각 광선이 집광되는 영역)의 길이이다. 또, 집광 강도는, 집광 영역에서의 단위면적당 레이저광의 강도이다.
상술한 기준 수차를 실험에 의해 검토했다. 실험 조건은, 다음과 같다.
1. 가공 대상물
(1) 두께 250㎛, 결정 방위(100), 저항값 1Ω·cm인 실리콘 기판을 준비했다.
2. 레이저광의 조사 조건
(1) 하기의 표 1의 조건으로 레이저광(L)에서의 집광 위치(CP1) 및 이상 집광 위치(CP0)를 조정하고, 파장 1080nm, 반복 주파수 80kHz, 펄스폭 500ns, 출구 출력 1.2W, 스캔 속도 300mm/s의 조건으로 레이저광(L)을 조사했다. 또, 표 1에서,「표면」은, 레이저광(L)의 입사측과는 반대측의 가공 대상물(1)의 표면(3)이며,「이면」은, 레이저광(L)의 입사측의 가공 대상물(1)의 이면(21)이다. 또,「어긋남량」은, 집광 위치(즉, 개질 영역을 형성하기 위해서 집광하고 싶은 위치)로부터 이상 집광 위치(즉, 수차 보정에 의해 이상 집광되는 집광 위치)까지의 거리이며, 집광 위치(CP1)를 기준으로 하여, 이상 집광 위치(CP0)가 레이저광(L)의 입사측으로 어긋나 있는 경우를「－」의 수치로 나타내고, 이상 집광 위치(CP0)가 레이저광(L)의 입사측과는 반대측으로 어긋나 있는 경우를「＋」의 수치로 나타냈다.
Figure 112016107146875-pct00001
이 실험의 결과, 도 16 및 도 17에 나타내어지는 바와 같이, 이상 집광 위치(CP0)가 레이저광(L)의 입사측으로 어긋나 있는 경우에서, 어긋남량의 절대치가 110㎛ 보다도 작게 되면, 데미지(D)의 폭이 크게 되고, 어긋남량의 절대치가 140㎛ 보다도 크게 되면, 데미지(D)의 폭이 작게 되는 것을 알았다. 또, 도 17은, 가공 대상물(1)의 평면 사진이며, 각각, 표 1의 No.1~No.6의 경우의 결과이다.
따라서, 이 경우에는, 집광 위치(CP1)로부터 레이저광(L)의 광축을 따라 레이저광(L)의 입사측으로 이상 집광 위치(CP0)를 어긋나게 한 상태에서, 어긋남량의 절대치가 110μm 이상 140㎛ 이하가 되는 수차를 기준 수차로서 결정하면 좋다. 그리고, 레이저광(L)의 입사측과는 반대측의 가공 대상물(1)의 표면(3)에 가장 가까운 제1 영역에 개질 영역을 형성하는 경우에는, 기준 수차의 기준 집광 길이보다도 긴 제1 집광 길이가 되고 또한 기준 수차의 기준 집광 강도보다도 약한 제1 집광 강도가 되도록, 집광 위치(CP1)에서 발생하는 수차를 조정하면 좋다. 또, 레이저광(L)의 입사측의 가공 대상물(1)의 이면(21)에 제1 영역보다도 가까운 제2 영역에 개질 영역을 형성하는 경우에는, 기준 수차의 기준 집광 길이보다도 짧은 제2 집광 길이가 되고 또한 기준 수차의 기준 집광 강도보다도 강한 제2 집광 강도가 되도록, 집광 위치(CP1)에서 발생하는 수차를 조정하면 된다.
또, 도 18에 나타내어지는 바와 같이, 집광 위치(CP1)로부터 레이저광(L)의 광축을 따라 레이저광(L)의 입사측으로 이상 집광 위치(CP0)를 어긋나게 한 상태에서, 레이저광(L)에서의 집광 길이는, 어긋남량의 절대치가 커질수록 길어지고, 레이저광(L)에서의 집광 강도는, 어긋남량의 절대치가 커질수록 약해진다. 이것으로부터, 레이저광(L)의 입사측과는 반대측의 가공 대상물(1)의 표면(3)에 가장 가까운 제1 영역에 개질 영역을 형성하는 경우에는, 기준 수차의 기준 어긋남량보다도 긴 제1 어긋남량이 되도록, 집광 위치(CP1)에서 발생하는 수차를 조정하면 된다고도 말할 수 있다. 또, 레이저광(L)의 입사측의 가공 대상물(1)의 이면(21)에 제1 영역보다도 가까운 제2 영역에 개질 영역을 형성하는 경우에는, 기준 수차의 기준 어긋남량보다도 짧은 제2 어긋남량이 되도록, 집광 위치(CP1)에서 발생하는 수차를 조정하면 된다고도 말할 수 있다.
다음으로, 상술한 제1 영역 및 제2 영역을 실험에 의해 검토했다. 실험 조건은, 다음과 같다.
1. 가공 대상물
(1) 두께 250㎛, 결정 방위(100), 저항값 1Ω·cm의 실리콘 기판을 준비했다.
2. 레이저광의 조사 조건
(1) 도 19에 나타내어지는 조건으로 레이저광(L)에서의 집광 위치(CP1) 및 이상 집광 위치(CP0)를 조정하고, 파장 1080nm, 반복 주파수 80kHz, 펄스폭 500ns, 출구 출력 1.2W, 스캔 속도 300mm/s의 조건으로 레이저광(L)을 조사했다. 또, 도 19에서,「표면」은, 레이저광(L)의 입사측과는 반대측의 가공 대상물(1)의 표면(3)이다. 또,「제1 가공 조건」은, 기준 수차의 기준 집광 길이보다도 긴 제1 집광 길이가 되고 또한 기준 수차의 기준 집광 강도보다도 약한 제1 집광 강도가 되도록, 집광 위치(CP1)에서 발생하는 수차를 조정한 조건이며,「제2 가공 조건」은, 기준 수차의 기준 집광 길이보다도 짧은 제2 집광 길이가 되고 또한 기준 수차의 기준 집광 강도보다도 강한 제2 집광 강도가 되도록, 집광 위치(CP1)에서 발생하는 수차를 조정한 조건이다.
이 실험의 결과, 도 19에 나타내어지는 바와 같이, 제2 가공 조건에서는, 가공 대상물(1)의 표면(3)으로부터 집광 위치(CP1)까지의 거리가 0㎛인 경우, 및 상기 거리가 20㎛인 경우에는, 데미지(D)(즉, 가공 대상물(1)의 표면(3)에서 절단 예정 라인(5)으로부터 벗어난 부분에 발생하는 데미지)가 발생하고, 가공 대상물(1)의 표면(3)으로부터 집광 위치(CP1)까지의 거리가 60㎛인 경우에는, 데미지(D)가 발생하지 않았다. 또, 제1 가공 조건에서는, 어느 경우에도, 데미지(D)가 발생하지 않았다. 또, 도 19는, 가공 대상물(1)의 평면 사진이다.
따라서, 레이저광(L)의 입사측과는 반대측의 가공 대상물(1)의 표면(3)에 가장 가까운 제1 영역에 개질 영역을 형성하는 경우에는, 제1 가공 조건(즉, 기준 수차의 기준 집광 길이보다도 긴 제1 집광 길이가 되고 또한 기준 수차의 기준 집광 강도보다도 약한 제1 집광 강도가 되도록, 집광 위치(CP1)에서 발생하는 수차를 조정한 조건)을 채용하고, 제1 영역을, 가공 대상물(1)의 표면(3)으로부터의 거리가 60㎛ 이하의 영역에 설정하면 좋다. 또, 레이저광(L)의 입사측의 가공 대상물(1)의 이면(21)에 제1 영역보다도 가까운 제2 영역에 개질 영역을 형성하는 경우에는, 제2 가공 조건(즉, 기준 수차의 기준 집광 길이보다도 짧은 제2 집광 길이가 되고 또한 기준 수차의 기준 집광 강도보다도 강한 제2 집광 강도가 되도록, 집광 위치(CP1)에서 발생하는 수차를 조정한 조건)을 채용하고, 제2 영역을, 가공 대상물(1)의 표면(3)으로부터의 거리가 40㎛ 이상의 영역에 설정하면 좋다.
이상에 의해, 레이저 가공 장치(300)에서 실시되는 레이저 가공 방법에서는, 먼저, 도 20의 (a)에 나타내어지는 바와 같이, 기준 수차의 기준 집광 길이보다도 긴 제1 집광 길이가 되고 또한 기준 수차의 기준 집광 강도보다도 약한 제1 집광 강도가 되도록 수차를 조정하여, 가공 대상물(1)에 레이저광(L)을 집광하는 것에 의해, 레이저광(L)의 입사측과는 반대측의 가공 대상물(1)의 표면(3)에 가장 가까운 제1 영역에 개질 영역(7)을 형성한다(제1 공정). 이어서, 도 20의 (b)에 나타내어지는 바와 같이, 기준 수차의 기준 집광 길이보다도 짧은 제2 집광 길이가 되고 또한 기준 수차의 기준 집광 강도보다도 강한 제2 집광 강도가 되도록 수차를 조정하여, 가공 대상물(1)에 레이저광(L)을 집광하는 것에 의해, 레이저광(L)의 입사측의 가공 대상물(1)의 이면(21)에 제1 영역보다도 가까운 제2 영역에 개질 영역(7)을 형성한다(제2 공정).
또, 제1 영역은, 제1 영역에 개질 영역(7)을 형성했을 때에 상기 개질 영역(7)으로부터 레이저광(L)의 입사측과는 반대측으로 신장되는 균열이 가공 대상물(1)의 표면(3)에 도달하지 않도록 설정된다. 또, 제2 영역은, 제1 영역에 개질 영역(7)을 형성했을 때에 상기 개질 영역(7)으로부터 레이저광(L)의 입사측으로 신장된 균열과 겹치지 않도록 설정된다.
그 후, 가공 대상물(1)의 이면(21)에 익스팬드(expand) 테이프를 붙이고, 상기 익스팬드 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 도달시켜서, 절단 예정 라인(5)을 따라서 가공 대상물(1)을 기능 소자(15)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, 집광 위치(CP1)로부터 레이저광(L)의 광축을 따라 레이저광(L)의 입사측으로 소정 거리만큼 이상 집광 위치(CP0)를 어긋나게 한 상태에서 상기 집광 위치(CP1)에서 발생하는 수차를 기준 수차로 하고, 기준 수차의 기준 집광 길이보다도 긴 제1 집광 길이가 되고 또한 기준 수차의 기준 집광 강도보다도 약한 제1 집광 강도가 되도록 수차를 조정하여, 가공 대상물(1)에 레이저광을 집광하는 것에 의해, 레이저광(L)의 입사측과는 반대측의 가공 대상물(1)의 표면(3)에 가장 가까운 제1 영역에 개질 영역(7)을 형성한다. 이것에 의해, 레이저광(L)의 입사측과는 반대측의 가공 대상물(1)의 표면(3)에서 절단 예정 라인(5)으로부터 벗어난 부분에 데미지(D)가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
또, 기준 수차의 기준 집광 길이보다도 짧은 제2 집광 길이가 되고 또한 기준 수차의 기준 집광 강도보다도 강한 제2 집광 강도가 되도록 수차를 조정하여, 가공 대상물(1)에 레이저광을 집광하는 것에 의해, 레이저광(L)의 입사측의 가공 대상물(1)의 이면(21)에 제1 영역보다도 가까운 제2 영역에 개질 영역(7)을 형성한다. 이것에 의해, 제2 영역에 형성된 개질 영역(7)으로부터 표면(3)측 및 이면(21) 측으로 신장되는 균열의 길이를 길게 하여, 가공에 필요로 하는 시간의 단축화를 도모할 수 있다.
또, 가공 대상물(1)의 표면(3)에, 배선(16)을 포함하는 복수의 기능 소자(15)가 마련되어 있고, 절단 예정 라인(5)이, 서로 이웃하는 기능 소자(15)의 사이의 스트리트 영역(17)을 통과하도록 설정되어 있다. 이것에 의해, 기능 소자(15)에 포함되는 배선(16)에 데미지(D)가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
또, 기준 수차의 기준 집광 길이보다도 긴 제1 집광 길이가 되고 또한 기준 수차의 기준 집광 강도보다도 약한 제1 집광 강도가 되도록 수차가 조정되는 제1 영역이, 가공 대상물(1)의 표면(3)으로부터의 거리가 60㎛ 이하의 영역에 설정된다. 이것에 의해, 가공 대상물(1)의 표면(3)에서 절단 예정 라인(5)으로부터 벗어난 부분에 데미지(D)가 발생하는 것을 보다 확실히 억제할 수 있음과 아울러, 제1 영역에 형성된 개질 영역(7)으로부터 가공 대상물(1)의 표면(3)측으로 신장되는 균열을 절단 예정 라인(5)을 따라서 정밀도 좋게 가공 대상물(1)의 표면(3)에 도달시킬 수 있다.
또, 기준 수차의 기준 집광 길이보다도 짧은 제2 집광 길이가 되고 또한 기준 수차의 기준 집광 강도보다도 강한 제2 집광 강도가 되도록 수차가 조정되는 제2 영역이, 가공 대상물(1)의 표면(3)으로부터의 거리가 40㎛ 이상의 영역에 설정된다. 이것에 의해, 가공 대상물(1)의 표면(3)에서 절단 예정 라인(5)으로부터 벗어난 부분에 데미지(D)가 발생하는 것을 보다 확실히 억제할 수 있음과 아울러, 제2 영역에 형성된 개질 영역(7)으로부터 표면(3)측 및 이면(21)측으로 신장되는 균열의 길이를 길게 할 수 있다.
또, 집광 위치(CP1)로부터 레이저광(L)의 광축을 따라 레이저광(L)의 입사측으로 소정 거리만큼 이상 집광 위치(CP0)를 어긋나게 한 상태에서의 수차 보정량으로 상기 집광 위치(CP1)에 집광한 경우에 발생하는 수차를 기준 수차로서 결정할 때에, 상기 소정 거리를 110㎛ 이상 140㎛ 이하로 한다. 이것에 의해, 기준 수차를 적절히 설정할 수 있다.
또, 제1 영역에 개질 영역(7)을 형성했을 때에 상기 개질 영역(7)으로부터 레이저광(L)의 입사측과는 반대측으로 신장되는 균열이 가공 대상물(1)의 표면(3)에 도달하지 않도록, 제1 영역이 설정된다. 또, 제1 영역에 개질 영역(7)을 형성했을 때에 상기 개질 영역(7)으로부터 레이저광(L)의 입사측으로 신장된 균열과 겹치지 않도록, 제2 영역이 설정된다. 이들에 의해, 제2 영역에 개질 영역(7)을 형성할 때에, 형성이 끝난 균열이 경면과 같이 작용하는 것이 억제되기 때문에, 가공 대상물(1)의 표면(3)에서 절단 예정 라인(5)으로부터 벗어난 부분에 데미지(D)가 발생하는 것을 보다 확실히 억제할 수 있다.
또, 반사형 공간 광변조기(203)의 액정층(216)에 변조 패턴으로서 액시콘 렌즈(Axicon lens) 패턴을 표시시켜 레이저광(L)을 변조해도, 도 21에 나타내어지는 바와 같이, 어긋남량(즉, 집광 위치(CP1)로부터 레이저광(L)의 광축을 따라 레이저광(L)의 입사측으로 이상 집광 위치(CP0)를 어긋나게 한 상태에서의「집광 위치로부터 이상 집광 위치까지의 거리」)을 길게 하는 경우와 마찬가지로, 기준 수차의 기준 집광 길이보다도 긴 제1 집광 길이가 되고 또한 기준 수차의 기준 집광 강도보다도 약한 제1 집광 강도가 되도록 수차를 조정할 수 있다.
도 22는, 구면 수차 보정 패턴을 이용한 실시예의 결과와 구면 수차 보정 패턴을 이용하지 않았던 비교예의 결과와의 대비를 나타내는 도면이다. 도 22의 (a)의 상단이 실시예에 의한 가공 대상물(1)의 단면 사진이며, 도 22의 (a)의 하단이 실시예에 의한 가공 대상물(1)의 평면 사진이다. 또, 도 22의 (b)의 상단이 비교예에 의한 가공 대상물(1)의 단면 사진이며, 도 22의 (b)의 하단이 비교예에 의한 가공 대상물(1)의 평면 사진이다. 실험 조건은, 다음과 같다.
1. 가공 대상물
(1) 두께 250㎛의 실리콘 기판을 준비했다.
2. 레이저광의 조사 조건
(1) 하기의 표 2에 나타나는 조건으로 레이저광(L)에서의 집광 위치(CP1) 및 이상 집광 위치(CP0)를 조정하고, 파장 1080nm, 반복 주파수 92kHz, 펄스폭 500ns, 가공 에너지 15μJ, 스캔 속도 345mm/s의 조건으로 레이저광(L)을 조사했다. 또, 표 2에서,「이면」은, 레이저광(L)의 입사측의 가공 대상물(1)의 이면(21)이다. 또,「어긋남량」은, 집광 위치로부터 이상 집광 위치까지의 거리이며, 집광 위치(CP1)를 기준으로 하여, 이상 집광 위치(CP0)가 레이저광(L)의 입사측으로 어긋나 있는 경우를「－」의 수치로 나타내며, 이상 집광 위치(CP0)가 레이저광(L)의 입사측과는 반대측으로 어긋나 있는 경우를「＋」의 수치로 나타냈다.
Figure 112016107146875-pct00002
이 실험의 결과, 구면 수차 보정 패턴을 이용한 실시예에서는, 도 22의 (a)의 하단에 나타내어지는 바와 같이, 가공 대상물(1)의 표면(3)에서 절단 예정 라인(5)으로부터 벗어난 부분에 데미지(D)가 발생하지 않았다. 한편, 구면 수차 보정 패턴을 이용하지 않았던 비교예에서는, 도 22의 (b)의 하단에 나타내어지는 바와 같이, 가공 대상물(1)의 표면(3)에서 절단 예정 라인(5)으로부터 벗어난 부분에 데미지(D)가 발생했다.
도 23은, 액시콘 렌즈 패턴을 이용한 실시예의 결과와 액시콘 렌즈 패턴을 이용하지 않았던 비교예의 결과와의 대비를 나타내는 도면이다. 도 23의 (a)의 상단이 실시예에 의한 가공 대상물(1)의 단면 사진이며, 도 23의 (a)의 하단이 실시예에 의한 가공 대상물(1)의 평면 사진이다. 또, 도 23의 (b)의 상단이 비교예에 의한 가공 대상물(1)의 단면 사진이며, 도 23의 (b)의 하단이 비교예에 의한 가공 대상물(1)의 평면 사진이다. 실험 조건은, 다음과 같다.
1. 가공 대상물
(1) 두께 250㎛의 실리콘 기판을 준비했다.
2. 레이저광의 조사 조건
(1) 하기의 표 3에 나타내어지는 조건으로 레이저광(L)에서의 집광 위치(CP1) 및 이상 집광 위치(CP0)를 조정하고, 파장 1080nm, 반복 주파수 92kHz, 펄스폭 500ns, 가공 에너지 15μJ, 스캔 속도 345mm/s의 조건으로 레이저광(L)을 조사했다. 또, 표 3에서,「이면」은, 레이저광(L)의 입사측의 가공 대상물(1)의 이면(21)이다. 또,「어긋남량」은, 집광 위치로부터 이상 집광 위치까지의 거리이다.
Figure 112016107146875-pct00003
이 실험의 결과, 액시콘 렌즈 패턴을 이용한 실시예에서는, 도 23의 (a)의 하단에 나타내어지는 바와 같이, 가공 대상물(1)의 표면(3)에서 절단 예정 라인(5)으로부터 벗어난 부분에 데미지(D)가 발생하지 않았다. 한편, 구면 수차 보정 패턴을 이용하지 않았던 비교예에서는, 도 23의 (b)의 하단에 나타내어지는 바와 같이, 가공 대상물(1)의 표면(3)에서 절단 예정 라인(5)으로부터 벗어난 부분에 데미지(D)가 발생했다.
도 24는, 에너지를 조정한 참고예의 결과를 나타내는 도면이며, 가공 대상물(1)의 단면 사진이다. 실험 조건은, 다음과 같다.
1. 가공 대상물
(1) 두께 300㎛의 실리콘 기판을 준비했다.
2. 레이저광의 조사 조건
(1) 하기의 표 4에 나타내어지는 조건으로 레이저광(L)에서의 집광 위치(CP1) 및 이상 집광 위치(CP0) 및 가공 에너지를 조정하고, 파장 1342nm, 반복 주파수 60kHz, 펄스폭 60ns, 스캔 속도 340mm/s의 조건으로 레이저광(L)을 조사했다. 또, 표 4에서,「이면」은, 레이저광(L)의 입사측의 가공 대상물(1)의 이면(21)이다. 또,「어긋남량」은, 집광 위치로부터 이상 집광 위치까지의 거리이다.
Figure 112016107146875-pct00004
이 실험의 결과, 가공 대상물(1)의 표면(3)에서 절단 예정 라인(5)으로부터 벗어난 부분에 데미지(D)가 발생하는 것을 억제하기 위해서는, 이하의 사항이 유효하다라고 말할 수 있다.
(1) 제1 영역(레이저광(L)의 입사측과는 반대측의 가공 대상물(1)의 표면(3)에 가장 가까운 제1 영역)에 개질 영역(7)을 형성하기 위한 가공 에너지를, 제2 영역(레이저광(L)의 입사측의 가공 대상물(1)의 이면(21)에 제1 영역보다도 가까운 제2 영역)에 개질 영역(7)을 형성하기 위한 가공 에너지에 비해, 작게 할 것.
(2) 제1 영역에 개질 영역(7)을 형성하기 위한 가공 에너지를 10㎛ 이하로 할 것.
(3) 제1 영역에 형성된 개질 영역(7)과 제2 영역에 형성된 개질 영역(7)과의 사이에 흑근(黑筋, 검은 줄)이 형성될 것(도 24 참조).
(4) 제1 영역에 형성된 개질 영역(7)과 제2 영역에 형성된 개질 영역(7)이 60㎛ 이상 떨어질 것.
(5) 제1 영역에 개질 영역(7)을 형성했을 때에, 상기 개질 영역(7)으로부터 신장된 균열이 가공 대상물(1)의 표면(3)에 도달하지 않고, 제2 영역에 개질 영역(7)을 형성했을 때에, 균열이 가공 대상물(1)의 표면(3)에 도달할 것.
마지막으로, 개질 영역(7)의 형성 순서에 대해 설명한다. 도 25의 (a)에 나타내어지는 바와 같이, 절단 예정 라인(5)을 따라서 제1 영역에 개질 영역(7)을 형성하고, 그 후, 도 25의 (b)에 나타내어지는 바와 같이, 절단 예정 라인(5)을 따라서 제2 영역에 개질 영역(7)을 형성하며, 그 후, 가공 대상물(1)의 이면(21)에 붙여진 익스팬드 테이프를 확장시키는 것에 의해, 도 25의 (c)에 나타내어지는 바와 같이, 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 도달시켜도 괜찮다. 이 경우, 제2 영역에 개질 영역(7)을 형성한 시점에서는, 제1 영역에 형성된 개질 영역으로부터 신장된 균열과, 제2 영역에 형성된 개질 영역으로부터 신장된 균열이 연결되어 있지 않다. 또, 개질 영역(7)으로부터 가공 대상물(1)의 두께 방향으로 신장된 균열은, 제2 영역에 개질 영역(7)을 형성하고 있는 가장 가운데로부터 익스팬드 테이프를 확장시키기 전까지는, 가공 대상물(1)의 표면(3) 및 이면(21)에 도달하는 경우가 있다.
또, 도 26의 (a)에 나타내어지는 바와 같이, 절단 예정 라인(5)을 따라서 제1 영역에 개질 영역(7)을 형성하고, 그 후, 도 26의 (b)에 나타내어지는 바와 같이, 절단 예정 라인(5)을 따라서 제2 영역에 개질 영역(7)을 형성하며, 그 후, 가공 대상물(1)의 이면(21)에 붙여진 익스팬드 테이프를 확장시키는 것에 의해, 도 26의 (c)에 나타내어지는 바와 같이, 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 도달시켜도 괜찮다. 이 경우, 제2 영역에 개질 영역(7)을 형성한 시점에서, 제1 영역에 형성된 개질 영역으로부터 신장된 균열과, 제2 영역에 형성된 개질 영역으로부터 신장된 균열이 연결되어 있다. 또, 개질 영역(7)으로부터 가공 대상물(1)의 두께 방향으로 신장된 균열은, 제2 영역에 개질 영역(7)을 형성하고 있는 가장 가운데로부터 익스팬드 테이프를 확장시키기 전까지, 가공 대상물(1)의 표면(3) 및 이면(21)에 도달하는 경우가 있다.
또, 반사형 공간 광변조기(203)를 이용하여, 레이저광(L)을 제1 영역과 제2 영역으로 나누어 동시에 집광하고, 도 27의 (a)에 나타내어지는 바와 같이, 절단 예정 라인(5)을 따라서 제1 영역 및 제2 영역에 개질 영역(7)을 동시에 형성하며, 그 후, 가공 대상물(1)의 이면(21)에 붙여진 익스팬드 테이프를 확장시키는 것에 의해, 도 27의 (b)에 나타내어지는 바와 같이, 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 도달시켜도 괜찮다. 이 경우, 제1 영역 및 제2 영역에 개질 영역(7)을 형성한 시점에서는, 제1 영역에 형성된 개질 영역으로부터 신장된 균열과, 제2 영역에 형성된 개질 영역으로부터 신장된 균열이 연결되어 있지 않다. 또, 개질 영역(7)으로부터 가공 대상물(1)의 두께 방향으로 신장된 균열은, 제1 영역 및 제2 영역에 개질 영역(7)을 형성하고 있는 가장 가운데로부터 익스팬드 테이프를 확장시키기 전까지, 가공 대상물(1)의 표면(3) 및 이면(21)에 도달하는 경우가 있다.
또, 반사형 공간 광변조기(203)를 이용하여, 레이저광(L)을 제1 영역과 제2 영역으로 나누어 동시에 집광하고, 도 28의 (a)에 나타내어지는 바와 같이, 절단 예정 라인(5)을 따라서 제1 영역 및 제2 영역에 개질 영역(7)을 동시에 형성하며, 그 후, 가공 대상물(1)의 이면(21)에 붙여진 익스팬드 테이프를 확장시키는 것에 의해, 도 28의 (b)에 나타내어지는 바와 같이, 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 도달시켜도 괜찮다. 이 경우, 제1 영역 및 제2 영역에 개질 영역(7)을 형성한 시점에서, 제1 영역에 형성된 개질 영역으로부터 신장된 균열과, 제2 영역에 형성된 개질 영역으로부터 신장된 균열이 연결되어 있다. 또, 개질 영역(7)으로부터 가공 대상물(1)의 두께 방향으로 신장된 균열은, 제1 영역 및 제2 영역에 개질 영역(7)을 형성하고 있는 가장 가운데로부터 익스팬드 테이프를 확장시키기 전까지, 가공 대상물(1)의 표면(3) 및 이면(21)에 도달하는 경우가 있다.
이상, 본 발명의 일 실시 형태에 대해 설명했지만, 본 발명은, 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 1개의 절단 예정 라인(5)에 대해서 1열의 개질 영역(7)을 형성하는 경우라도, 레이저광(L)의 입사측과는 반대측의 가공 대상물의 표면(3)으로부터의 거리가 소정 거리 이하의 제1 영역에 개질 영역(7)을 형성할 때에는, 기준 수차의 기준 집광 길이보다도 긴 제1 집광 길이가 되고 또한 기준 수차의 기준 집광 강도보다도 약한 제1 집광 강도가 되도록 수차를 조정하면, 가공 대상물(1)의 표면(3)에서 절단 예정 라인(5)으로부터 벗어난 부분에 데미지(D)가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
또, 가공 대상물(1)의 구성 및 재료는, 상술한 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.
[산업상의 이용 가능성]
본 발명에 의하면, 레이저광의 입사측과는 반대측의 가공 대상물의 표면에서 절단 예정 라인으로부터 벗어난 부분에 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
15 - 기능 소자 16 - 배선
17 - 스트리트 영역(영역) 21 - 이면(제2 표면)
202 - 레이저 광원 203 - 반사형 공간 광변조기(수차 조정부)
204 - 집광 광학계 250 - 제어부(수차 조정부)
300 - 레이저 가공 장치 L - 레이저광
CP1 - 집광 위치 CP0 - 이상 집광 위치

Claims (14)

  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 레이저 광원과,
    상기 레이저 광원에 의해 출사된 상기 레이저광을 상기 가공 대상물에 집광하는 집광 광학계와,
    상기 가공 대상물에 상기 레이저광을 집광하는 것에 기인하여 집광 위치에서 발생하는 수차(收差)를 조정하는 수차 조정부를 구비하며,
    상기 수차 조정부는,
    상기 집광 위치로부터 상기 레이저광의 광축을 따라 상기 레이저광의 입사측으로 소정 거리만큼 이상(理想) 집광 위치를 어긋나게 한 상태에서의 수차 보정량으로 상기 집광 위치에 집광한 경우에 발생하는 상기 수차를 기준 수차로 하여,
    상기 레이저광의 입사측과는 반대측의 상기 가공 대상물의 제1 표면에 가장 가까운 제1 영역에 상기 개질 영역을 형성하는 경우에는, 상기 기준 수차의 기준 집광 길이보다도 긴 제1 집광 길이가 되고 또한 상기 기준 수차의 기준 집광 강도보다도 약한 제1 집광 강도가 되도록 상기 수차를 조정하며,
    상기 레이저광의 입사측의 상기 가공 대상물의 제2 표면에 상기 제1 영역보다도 가까운 제2 영역에 상기 개질 영역을 형성하는 경우에는, 상기 기준 집광 길이보다도 짧은 제2 집광 길이가 되고 또한 상기 기준 집광 강도보다도 강한 제2 집광 강도가 되도록 상기 수차를 조정하는 레이저 가공 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 표면에는, 배선을 포함하는 복수의 기능 소자가 마련되어 있고,
    상기 절단 예정 라인은, 서로 이웃하는 상기 기능 소자의 사이의 영역을 통과하도록 설정되는 레이저 가공 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 영역은, 상기 제1 표면으로부터의 거리가 60㎛ 이하의 영역에 설정되는 레이저 가공 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 영역은, 상기 제1 표면으로부터의 거리가 40㎛ 이상의 영역에 설정되는 레이저 가공 장치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소정 거리는, 110㎛ 이상 140㎛ 이하인 레이저 가공 장치.
  6. 가공 대상물에 레이저광을 집광하는 것에 의해, 절단 예정 라인을 따라서 상기 가공 대상물에 개질 영역을 형성하는 레이저 가공 장치로서,
    상기 레이저광을 출사하는 레이저 광원과,
    상기 레이저 광원에 의해 출사된 상기 레이저광을 상기 가공 대상물에 집광하는 집광 광학계와,
    상기 가공 대상물에 상기 레이저광을 집광하는 것에 기인하여 집광 위치에서 발생하는 수차를 조정하는 수차 조정부를 구비하며,
    상기 수차 조정부는,
    상기 집광 위치로부터 상기 레이저광의 광축을 따라 상기 레이저광의 입사측으로 소정 거리만큼 이상 집광 위치를 어긋나게 한 상태에서의 수차 보정량으로 상기 집광 위치에 집광한 경우에 발생하는 상기 수차를 기준 수차로 하여,
    상기 레이저광의 입사측과는 반대측의 상기 가공 대상물의 제1 표면으로부터의 거리가 소정 거리 이하인 제1 영역에 상기 개질 영역을 형성하는 경우에는, 상기 기준 수차의 기준 집광 길이보다도 긴 제1 집광 길이가 되고 또한 상기 기준 수차의 기준 집광 강도보다도 약한 제1 집광 강도가 되도록 상기 수차를 조정하는 레이저 가공 장치.
  7. 가공 대상물에 레이저광을 집광하는 것에 의해, 절단 예정 라인을 따라서 상기 가공 대상물에 개질 영역을 형성하는 레이저 가공 방법으로서,
    상기 가공 대상물에 상기 레이저광을 집광하는 것에 기인하여 집광 위치에서 발생하는 수차를 조정하여, 상기 가공 대상물에 상기 레이저광을 집광하는 것에 의해, 상기 레이저광의 입사측과는 반대측의 상기 가공 대상물의 제1 표면에 가장 가까운 제1 영역에 상기 개질 영역을 형성하는 제1 공정과,
    상기 집광 위치에서 발생하는 상기 수차를 조정하여, 상기 가공 대상물에 상기 레이저광을 집광하는 것에 의해, 상기 레이저광의 입사측의 상기 가공 대상물의 제2 표면에 상기 제1 영역보다도 가까운 제2 영역에 상기 개질 영역을 형성하는 제2 공정을 포함하며,
    상기 제1 공정에서는, 상기 집광 위치로부터 상기 레이저광의 광축을 따라 상기 레이저광의 입사측으로 소정 거리만큼 이상 집광 위치를 어긋나게 한 상태에서의 수차 보정량으로 상기 집광 위치에 집광한 경우에 발생하는 기준 수차의 기준 집광 길이보다도 긴 제1 집광 길이가 되고 또한 상기 기준 수차의 기준 집광 강도보다도 약한 제1 집광 강도가 되도록 상기 수차를 조정하고,
    상기 제2 공정에서는, 상기 기준 집광 길이보다도 짧은 제2 집광 길이가 되고 또한 상기 기준 집광 강도보다도 강한 제2 집광 강도가 되도록 상기 수차를 조정하는 레이저 가공 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1 표면에는, 배선을 포함하는 복수의 기능 소자가 마련되어 있고,
    상기 절단 예정 라인은, 서로 이웃하는 상기 기능 소자의 사이의 영역을 통과하도록 설정되는 레이저 가공 방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1 영역은, 상기 제1 표면으로부터의 거리가 60㎛ 이하의 영역에 설정되는 레이저 가공 방법.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 제2 영역은, 상기 제1 표면으로부터의 거리가 40㎛ 이상의 영역에 설정되는 레이저 가공 방법.
  11. 청구항 7 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소정 거리는, 110㎛ 이상 140㎛ 이하인 레이저 가공 방법.
  12. 청구항 7 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 공정을 실시한 후에 상기 제2 공정을 실시하는 경우에는, 상기 제1 영역은, 상기 제1 공정에서 상기 개질 영역으로부터 상기 레이저광의 입사측과는 반대측으로 신장되는 균열이 상기 제1 표면에 도달하지 않도록 설정되는 레이저 가공 방법.
  13. 청구항 7 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 공정을 실시한 후에 상기 제2 공정을 실시하는 경우에는, 상기 제2 영역은, 상기 제1 공정에서 상기 개질 영역으로부터 상기 레이저광의 입사측으로 신장된 균열과 겹치지 않도록 설정되는 레이저 가공 방법.
  14. 가공 대상물에 레이저광을 집광하는 것에 의해, 절단 예정 라인을 따라서 상기 가공 대상물에 개질 영역을 형성하는 레이저 가공 방법으로서,
    상기 가공 대상물에 상기 레이저광을 집광하는 것에 기인하여 집광 위치에서 발생하는 수차를 조정하여, 상기 가공 대상물에 상기 레이저광을 집광하는 것에 의해, 상기 레이저광의 입사측과는 반대측의 상기 가공 대상물의 제1 표면으로부터의 거리가 소정 거리 이하의 제1 영역에 상기 개질 영역을 형성하는 제1 공정을 포함하며,
    상기 제1 공정에서는, 상기 집광 위치로부터 상기 레이저광의 광축을 따라 상기 레이저광의 입사측으로 소정 거리만큼 이상 집광 위치를 어긋나게 한 상태에서의 수차 보정량으로 상기 집광 위치에 집광한 경우에 발생하는 기준 수차의 기준 집광 길이보다도 긴 제1 집광 길이가 되고 또한 상기 기준 수차의 기준 집광 강도보다도 약한 제1 집광 강도가 되도록 상기 수차를 조정하는 레이저 가공 방법.
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