KR20210138486A

KR20210138486A - 레이저 가공 방법

Info

Publication number: KR20210138486A
Application number: KR1020210048870A
Authority: KR
Inventors: 마사카즈 코바야시; 하지메 스즈키; 유키 오가와
Original assignee: 가부시기가이샤 디스코
Priority date: 2020-05-12
Filing date: 2021-04-15
Publication date: 2021-11-19
Also published as: JP2021178338A; TW202142341A; DE102021204839A1; SG10202104230VA; CN113664364A; US20210354238A1

Abstract

(과제) 반도체 디바이스에 있어서의 항절 강도의 저하를 억제할 수 있는 레이저 가공 방법을 제공한다.
(해결수단) 레이저 가공 방법은, 펄스 레이저 빔을 출사하는 레이저 발진기, 펄스 레이저 빔을 집광하는 집광 렌즈, 및 펄스 레이저 빔을 분기하는 분기 유닛을 포함하는 펄스 레이저 빔 조사 유닛과, 피가공물을 유지하는 척 테이블과, 척 테이블과 집광 렌즈를 가공 이송 방향으로 상대적으로 이동시키는 가공 이송 유닛을 포함하는 레이저 가공 장치를 이용하여 실시한다. 레이저 가공 시에는, 피가공물의 표면에 있어서의 펄스 레이저 빔의 분기 간격을 L 로 하고, 가공 이송 유닛의 가공 이송 속도를 가공점에 있어서의 펄스 레이저 빔의 주파수로 제산한 값을 S 로 하고, n 을 임의의 정수로 했을 경우, L ≠ n × S 가 되도록, 펄스 레이저 빔의 분기 간격, 가공 이송 속도 및 주파수를 설정한다.

Description

레이저 가공 방법{LASER MACHINING METHOD}

본 발명은, 레이저 가공 방법에 관한 것이다.

반도체 웨이퍼 등의 판상물을 스트리트(분할 예정 라인)를 따라서 분할하여 칩화하는 방법으로서, 절삭 블레이드를 회전시키면서 절입시킴으로써 분할하는 절삭 방법이나, 판상물에 대해서 흡수성을 가지는 파장의 펄스 레이저 빔을 조사함으로써 분할하는 레이저 가공 방법이 알려져 있다(특허 문헌 1, 2 참조).

레이저 가공 방법은, 홈 폭을 절삭 블레이드에 의한 홈 폭보다 작게 할 수 있기 때문에, 판상물의 스트리트를 좁게 함으로써 칩의 취득 개수를 늘릴 수 있다고 하는 이점이 있다.

일본 공개 특허 공보 평 4-99607호 공보 일본 공개 특허 공보 2004-188475호 공보

그러나, 스트리트를 따라서 레이저 가공을 실시할 때에 생기는 펄스 레이저 빔에 의한 열 데미지 등에 의해서, 분할 후의 반도체 디바이스의 항절 강도가 저하된다고 하는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은, 반도체 디바이스에 있어서의 항절 강도의 저하를 억제할 수 있는 레이저 가공 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 의하면, 피가공물에 대해서 흡수성을 가지는 파장의 펄스 레이저 빔을 출사하는 레이저 발진기와, 상기 펄스 레이저 빔을 집광하는 집광 렌즈와, 상기 레이저 발진기와 상기 집광 렌즈와의 사이에 배치되고, 상기 펄스 레이저 빔을 복수로 분기하는 분기 유닛을 포함한 펄스 레이저 빔 조사 유닛과, 상기 피가공물을 유지하는 척 테이블과, 상기 척 테이블과 상기 집광 렌즈를 가공 이송 방향으로 상대적으로 이동시키는 가공 이송 유닛을 구비한 레이저 가공 장치를 이용하여, 피가공물을 가공하는 피가공물의 레이저 가공 방법으로서, 상기 척 테이블을 가공 이송하면서 상기 척 테이블에 유지된 상기 피가공물에 상기 집광 렌즈를 통해 상기 펄스 레이저 빔을 가공 이송 방향으로 복수로 분기하여 조사하는 레이저 가공 단계를 포함하고, 상기 레이저 가공 단계에서는, 피가공물의 표면에 있어서의 상기 펄스 레이저 빔의 분기 간격을 L 로 하고, 상기 가공 이송 유닛의 가공 이송 속도를 가공점에 있어서의 상기 펄스 레이저 빔의 주파수로 제산한 값을 S 로 하고, n 을 임의의 정수로 했을 경우, L ≠ n × S 가 되도록, 펄스 레이저 빔의 분기 간격, 상기 가공 이송 속도 및 상기 주파수를 설정하는, 피가공물의 레이저 가공 방법이 제공된다.

본원 발명은, 반도체 디바이스에 있어서의 항절 강도의 저하를 억제할 수 있다.

도 1은, 실시형태와 관련되는 레이저 가공 방법의 가공 대상의 피가공물을 나타내는 사시도이다.
도 2는, 실시형태와 관련되는 레이저 가공 방법에 이용하는 레이저 가공 장치의 구성예를 일부 단면에서 모식적으로 나타내는 측면도이다.
도 3은, 도 2의 피가공물의 표면의 주요부를 모식적으로 나타내는 확대 평면도이다.
도 4는, 실시형태와 관련되는 펄스 레이저 빔에 의한 가공 라인을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 5는, 도 4의 가공 라인을 인덱싱 이송 방향으로 분해하여 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 6은, 비교예와 관련되는 펄스 레이저 빔에 의한 가공 라인을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 7은, 도 6의 가공 라인을 인덱싱 이송 방향으로 분해하여 모식적으로 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 이하의 실시형태에 기재한 내용에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 또한, 이하에 기재한 구성요소에는, 당업자가 용이하게 상정할 수 있는 것, 실질적으로 동일한 것이 포함된다. 또한, 이하에 기재한 구성은 적절하게 조합하는 것이 가능하다. 또한, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 구성의 다양한 생략, 치환 또는 변경을 실시할 수 있다.

본 발명의 실시형태와 관련되는 피가공물(100)의 가공 방법으로 대해서, 도면에 기초하여 설명한다. 우선, 실시형태의 가공 대상의 피가공물(100)의 구성에 대해 설명한다. 도 1은, 실시형태와 관련되는 레이저 가공 방법의 가공 대상의 피가공물(100)을 나타내는 사시도이다. 이하의 설명에 있어서, X축 방향은, 수평면에 있어서의 일 방향이다. Y축 방향은, 수평면에 있어서, X축 방향에 직교하는 방향이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 피가공물(100)은, 실리콘(Si), 사파이어(Al₂O₃), 갈륨 비소(GaAs) 또는 탄화 규소(SiC) 등을 기판(101)으로 하는 원판형의 반도체 웨이퍼, 광 디바이스 웨이퍼 등의 웨이퍼이다. 피가공물(100)은, 기판(101)의 표면(102)에 격자형으로 설정된 분할 예정 라인(103)과, 분할 예정 라인(103)에 의해서 구획된 영역에 형성된 디바이스(104)를 가지고 있다. 디바이스(104)는, 예컨대, IC(Integrated　Circuit), 또는 LSI(Large　Scale　Integration) 등의 집적회로, CCD(Charge　Coupled　Device), 또는 CMOS(Complementary　Metal　Oxide　Semiconductor) 등의 이미지 센서이다.

피가공물(100)은, 환형 프레임(110) 및 첩착 테이프(111)에 지지된다. 환형 프레임(110)은, 피가공물(100)의 외직경보다 큰 개구를 가진다. 첩착 테이프(111)는, 외주가 환형 프레임(110)의 이면 측에 첩착된다. 피가공물(100)은, 환형 프레임(110)의 개구의 미리 정해진 위치에 위치되고, 피가공물(100)의 이면(105)이 첩착 테이프(111)의 표면에 첩착되는 것에 의해서, 환형 프레임(110) 및 첩착 테이프(111)에 고정된다.

다음에, 실시형태와 관련되는 레이저 가공 방법에 이용하는 레이저 가공 장치(1)의 구성에 대해 설명한다. 도 2는, 실시형태와 관련되는 레이저 가공 방법에 이용하는 레이저 가공 장치(1)의 구성예를 일부 단면에서 모식적으로 나타내는 측면도이다. 이하의 설명에 있어서, Z축 방향은, X축 방향 및 Y축 방향에 직교하는 방향이다. 실시형태의 레이저 가공 장치(1)는, 가공 이송 방향이 X축 방향이고, 인덱싱 이송 방향이 Y축 방향이고, 집광점 위치 조정 방향이 Z축 방향이다.

레이저 가공 장치(1)는, 척 테이블(10)과, 가공 이송 유닛(14)과, 펄스 레이저 빔 조사 유닛(20)을 가진다. 레이저 가공 장치(1)는, 가공 대상인 피가공물(100)에 대해서 펄스 레이저 빔(21)을 조사하는 것에 의해, 피가공물(100)을 가공하는 장치이다.

척 테이블(10)은, 피가공물(100)을 유지면(11)으로 유지한다. 유지면(11)은, 다공성 세라믹 등으로 형성된 원반 형상이다. 유지면(11)은, 실시형태에 있어서, 수평 방향과 평행한 평면이다. 유지면(11)은, 예컨대, 진공 흡인 경로를 통해 진공 흡인원과 접속하고 있다. 척 테이블(10)은, 유지면(11) 상에 재치된 피가공물(100)을 흡인 유지한다.

척 테이블(10)의 주위에는, 피가공물(100)을 지지하는 환형 프레임(110)을 협지하는 클램프부(12)가 복수 배치되어 있다. 척 테이블(10)은, 회전 유닛(13)에 의해 Z축 방향과 평행한 축심 둘레로 회전된다. 회전 유닛(13)에 의해서 척 테이블(10)을 회전시킴으로써, 피가공물(100)의 가공 이송 방향을 변경할 수 있다. 회전 유닛(13)은, 가공 이송 유닛(14)에 지지된다.

가공 이송 유닛(14)은, 척 테이블(10)과 펄스 레이저 빔 조사 유닛(20)으로부터 조사되는 펄스 레이저 빔(21)을 가공 이송 방향으로 상대적으로 이동시킨다. 가공 이송 유닛(14)은, 실시형태에 있어서, 회전 유닛(13) 및 척 테이블(10)을, 가공 이송 방향인 X축 방향 및 인덱싱 이송 방향인 Y축 방향으로 이동시킨다. 또한, 도 2의 화살표(15)는, 가공 이송 시의 척 테이블(10)의 이동 방향을 나타낸다.

펄스 레이저 빔 조사 유닛(20)은, 척 테이블(10)에 유지된 피가공물(100)에 대해서 펄스 상태의 펄스 레이저 빔(21)을 조사하는 유닛이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 펄스 레이저 빔 조사 유닛(20)은, 레이저 발진기(22)와, 미러(23)와, 분기 유닛(24)과, 집광 렌즈(25)를 포함한다.

레이저 발진기(22)는, 피가공물(100)을 가공하기 위한 미리 정해진 파장을 가지는 펄스 레이저 빔(21)을 출사한다. 레이저 발진기(22)는, 피가공물(100)에 대해서 흡수성을 가지는 파장(예컨대, 355 nm)의 펄스 레이저 빔(21)을 출사한다. 레이저 발진기(22)는, 미리 설정된 주파수에 의해서 펄스 상태의 펄스 레이저 빔(21)을 출사한다.

미러(23)는, 펄스 레이저 빔(21)을 반사하여, 척 테이블(10)의 유지면(11)에 유지한 피가공물(100)을 향해서 반사한다. 실시형태에 있어서, 미러(23)는, 레이저 발진기(22)로부터 출사된 펄스 레이저 빔(21)을 분기 유닛(24)을 향해 반사한다.

분기 유닛(24)에는, 레이저 발진기(22)로부터 출사되어 미러(23)에 의해서 반사된 펄스 레이저 빔(21)이 입사한다. 분기 유닛(24)은, 입사하는 펄스 레이저 빔(21)을 적어도 2 이상으로 분기시켜서 집광 렌즈(25)로 투과시킨다. 펄스 레이저 빔(21)이 분기하는 방향은, 가공 이송 방향이다. 분기 유닛(24)은, 예컨대, 회절형 광학 소자(Diffractive　Optical　Element)이다. 회절형 광학 소자는, 회절 현상을 이용하여 입사된 펄스 레이저 빔(21)을 복수의 펄스 레이저 빔에 분기시키는 기능을 가진다.

집광 렌즈(25)는, 레이저 발진기(22)로부터 출사된 펄스 레이저 빔(21)을, 척 테이블(10)의 유지면(11)에 유지된 피가공물(100)에 집광하여 조사시킨다. 집광 렌즈(25)는, 실시형태에 있어서, 분기 유닛(24)에 의해 가공 이송 방향으로 분기된 복수의 펄스 레이저 빔(21)을 집광 스폿(30)에 집광한다.

다음에, 실시형태와 관련되는 레이저 가공 방법에 대해 설명한다. 도 3은, 도 2의 피가공물(100)의 표면(102)의 주요부를 모식적으로 나타내는 평면도이다. 도 4는, 실시형태와 관련되는 펄스 레이저 빔(21)에 의한 가공 라인(3)을 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 5는, 도 4의 가공 라인(3)을 인덱싱 이송 방향으로 분해하여 모식적으로 나타내는 도면이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 펄스 레이저 빔(21)의 집광 스폿(30)인 가공점은, 피가공물(100)의 표면(102)의 분할 예정 라인(103)에 설정된다. 분기된 복수의 펄스 레이저 빔(21)은, 피가공물(100)의 표면(102)에 조사될 때에, 피가공물(100)의 표면(102)에 있어서 집광 스폿(30)이 가공 이송 방향인 X축 방향으로 직선형이고 등간격으로 배열된다. 도 3으로부터 도 5에 나타내는 일례에 있어서, 펄스 레이저 빔(21)은, 5 개의 펄스 레이저 빔으로 분기된다. 즉, 도 3에 도시한 바와 같이, 집광 스폿(30)은, 가공 이송 방향인 X축 방향으로 분기된 5 개의 집광 스폿(31, 32, 33, 34, 35)을 포함한다.

전술한 바와 같이, 펄스 레이저 빔(21)은, 미리 설정된 주파수에 의해서 펄스 상태로 조사된다. 실시형태의 레이저 가공 방법에서는, 1 펄스의 펄스 레이저 빔(21)이, 5 개로 분기되어서, 도 3에 도시한 바와 같이, 피가공물(100)의 표면(102)의 분할 예정 라인(103) 상에 집광 스폿(31, 32, 33, 34, 35)을 형성한다. 즉, 각 펄스의 펄스 레이저 빔(21)은, 피가공물(100)의 표면(102)의 분할 예정 라인(103) 상에 복수(실시형태에서는 5 개)의 집광 스폿(31, 32, 33, 34, 35)으로서 조사된다. 이와 같이, 1 펄스의 펄스 레이저 빔(21)은, 복수(실시형태에서는 5 개)로 분기하여, 피가공물(100)의 표면(102) 상에 복수의 집광 스폿(30)(실시형태에서는 5 개의 집광 스폿(31, 32, 33, 34, 35))으로서 조사된다.

서로 인접하는 집광 스폿(31, 32, 33, 34, 35)의 분기 간격(36)은, 모두 등간격이다. 분기 간격(36)은, 1 펄스의 펄스 레이저 빔(21)이, 5 개로 분기되어서, 도 3에 도시한 바와 같이, 피가공물(100)의 표면(102)의 분할 예정 라인(103) 상에 형성된 집광 스폿(31, 32, 33, 34, 35)의 중심 간의 거리이다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 분기된 각각의 펄스 레이저 빔(21)에 대해서, 1 분기째, 2 분기째, …, 5 분기째로 칭한다.

펄스 레이저 빔(21)을 가공점에 조사하면서, 도 2에 나타내는 척 테이블(10)을 가공 이송하는 것에 의해서, 도 4에 나타나는 가공 라인(3)이 형성된다. 펄스 레이저 빔(21)은, 미리 설정된 주파수에 의해서 펄스 상태로 조사된다. 즉, 가공 라인(3)은, 미리 설정된 가공 이송 유닛(14)(도 2 참조)의 가공 이송 속도를, 펄스 레이저 빔(21)의 주파수로 제산한 쇼트 간격(37)(도 5 참조)의 복수의 집광 스폿(30)에 의해서 형성된다.

쇼트 간격(37)은, 미리 정해진 펄스째의 펄스 레이저 빔(21)과 다음의 펄스째의 펄스 레이저 빔(21)의 피가공물(100)의 표면(102)의 분할 예정 라인(103) 상에 형성된 집광 스폿(31, 32, 33, 34, 35)의 중심 간의 거리이다. 쇼트 간격(37)은, 예컨대, 1 펄스째의 펄스 레이저 빔(21)의 피가공물(100)의 표면(102)의 분할 예정 라인(103) 상에 형성된 집광 스폿(31-1)과, 2 펄스째의 펄스 레이저 빔(21)의 피가공물(100)의 표면(102)의 분할 예정 라인(103) 상에 형성된 집광 스폿(31-2)과의 중심 간의 거리이다.

쇼트 간격(37)은, 실시형태에 있어서, 집광 스폿(30)에 있어서의 펄스 레이저 빔(21)의 빔 직경(38)보다 작다. 즉, 1 쇼트째의 집광 스폿(31-1, 32-1, 33-1, 34-1, 35-1)과, 후속하는 2 쇼트째의 집광 스폿(31-2, 32-2, 33-2, 34-2, 35-2)은, 각각이 서로 오버랩한다. 또한, 2 쇼트째 및 후속하는 3 쇼트째, 3 쇼트째 및 후속하는 4 쇼트째, 4 쇼트째 및 후속하는 5 쇼트째도, 1 쇼트째 및 후속하는 2 쇼트째와 같은 관계이다.

도 4 및 도 5에 나타내는 일례에 있어서, 가공 라인(3)은, 분기 간격(36)을 L 로 하고, 쇼트 간격(37)을 S로 하고, n 을 임의의 정수로 했을 경우, L ≠ n × S 이다. 또한, 쇼트 간격(37)은, 가공 이송 유닛(14)의 가공 이송 속도를 V 로 하고, 가공점에 있어서의 펄스 레이저 빔(21)의 주파수를 f 로 했을 경우, S = V/f 로 나타내진다. 따라서, 피가공물(100)의 표면(102)에 있어서의 펄스 레이저 빔(21)의 분기 간격(36), 가공 이송 유닛(14)의 가공 이송 속도, 및 가공점에 있어서의 펄스 레이저 빔(21)의 주파수는, L ≠ n × V/f 이도록 설정된다.

이에 따라, 가공 라인(3)은, 5 쇼트째에 있어서의 1 분기째의 집광 스폿(31-5)이, 1 쇼트째에 있어서의 2 분기째의 집광 스폿(32-1)에, 미리 정해진 겹침폭(39)으로 오버랩한다. 겹침폭(39)은, 서로 다른 펄스째의 펄스 레이저 빔(21)의 집광 스폿(31, 32, 33, 34, 35) 중 서로 겹치는 집광 스폿(31, 32, 33, 34, 35)끼리가 서로 겹치는 부분의 가공 이송 방향(화살표(15)로 나타낸다)의 길이이다.

오버랩률은, 80 % 보다 작은 것이 바람직하다. 이에 따라, 항절 강도를 향상시킬 수 있다. 또한, 오버랩률(%)은, 오버랩률을 P 로 하고, 집광 스폿(30)에 있어서의 펄스 레이저 빔(21)의 각각의 집광 스폿(31, 32, 33, 34, 35)의 빔 직경(38)을 D 로 하고, 겹침폭(39)을 W 로 했을 경우, P = W/D × 100 으로 산출된다. 즉, 본 발명의 레이저 가공 방법에서는, 0 ≤ P < 80 이 되도록, 분기 간격(36), 가공 이송 속도 및 주파수가 설정되는 것이 바람직하다. 오버랩률이 80 % 이상인 경우(P ≥ 80), 펄스 레이저 빔(21)으로 지나치게 가열하여 버리기 때문에, 칩 분할 후의 디바이스(104)의 항절 강도가 저하될 가능성이 있다.

본 발명의 레이저 가공 방법에서는, 오버랩률이 0 %(P = 0)라도 좋다. 오버랩률이 0 %(P = 0)라는 것은, 집광 스폿끼리 접촉하여 겹치지 않는 상태를 나타낸다. 이 경우, 펄스 레이저 빔(21)으로 지나치게 가열해 버리는 것을 억제할 수 있으므로, 칩 분할 후의 디바이스(104)의 항절 강도의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 오버랩률이 0 % 미만(P < 0)이란, 집광 스폿끼리의 중심 간 거리가 빔 직경(38)보다 크고, 집광 스폿끼리 이격하고 있는 상태를 나타낸다. 오버랩률이 0 % 미만(P < 0)의 경우, 가공 라인(3)이 불연속으로 됨으로써 칩 분할 시에 응력이 너무 집중되어 버리기 때문에, 칩 분할 후의 디바이스(104)의 항절 강도가 저하될 가능성이 있다. 따라서, 본 발명의 레이저 가공 방법에서는, P ≥ 0 이 되도록, 분기 간격(36), 가공 이송 속도 및 주파수가 설정되는 것이 바람직하다.

또한, 2 분기째의 집광 스폿(32-5) 및 3 분기째의 집광 스폿(33-1), 3 분기째의 집광 스폿(33-5) 및 4 분기째의 집광 스폿(34-1), 4 분기째의 집광 스폿(34-5) 및 5 분기째의 집광 스폿(35-1)도, 1 분기째의 집광 스폿(31-5) 및 2 분기째의 집광 스폿(32-1)과 마찬가지의 관계이다.

실시형태의 레이저 가공 방법으로 이용하는 레이저 가공 장치(1)는, 예컨대, 레이저 가공 장치(1)의 각 구성요소 각각을 제어하는 제어부와, 오퍼레이터에 의한 레이저 가공 조건의 설정을 접수 가능한 입력부를 구비한다. 제어부는, 펄스 레이저 빔(21)의 분기 간격(36), 가공 이송 유닛(14)의 가공 이송 속도, 및 가공점에 있어서의 펄스 레이저 빔(21)의 주파수 중 어느 2 개의 파라미터의 값이 설정된 경우, L = n × V/f 를 만족하는 나머지 하나의 파라미터의 값을 산출하여 출력한다. 오퍼레이터는, 산출된 값을 제외하여, 나머지 하나의 파라미터를 설정할 수 있다.

실시형태의 레이저 가공 방법에 이용하는 레이저 가공 장치(1)는, 예컨대, 설정된 펄스 레이저 빔(21)의 분기 간격(36), 가공 이송 유닛(14)의 가공 이송 속도, 및 가공점에 있어서의 펄스 레이저 빔(21)의 주파수가, L = n × V/f 를 만족하는 경우, 미리 정해진 경고 정보를 통지하는 통지부를 구비하고 있어도 좋다.

다음에, 비교예와 관련되는 펄스 레이저 빔(21)에 의한 가공 라인(4)에 대해 설명한다. 도 6은, 비교예와 관련되는 펄스 레이저 빔(21)에 의한 가공 라인(4)을 모식적으로 나타내는 설명도이다. 도 7은, 도 6의 가공 라인(4)을 인덱싱 이송 방향으로 분해하여 모식적으로 나타내는 설명도이다.

도 6 및 도 7에 나타내는 비교예에 있어서, 펄스 레이저 빔(21)은, 실시형태와 마찬가지로, 가공 이송 방향인 X축 방향으로 5 개의 집광 스폿(41, 42, 43, 44, 45)이 설정되도록 5 개의 펄스 레이저 빔으로 분기된다. 서로 인접하는 집광 스폿(41, 42, 43, 44, 45)의 분기 간격(46)은, 모두 등간격이다. 펄스 레이저 빔(21)은, 미리 설정된 주파수에 의해서 펄스 상태로 조사된다. 가공 라인(3)은, 미리 설정된 가공 이송 유닛(14)(도 2 참조)의 가공 이송 속도를, 펄스 레이저 빔(21)의 주파수로 제산한 쇼트 간격(47)의 복수의 집광 스폿(41, 42, 43, 44, 45)에 의해서 형성된다.

가공 라인(4)은, 분기 간격(46)을 L로 하고, 쇼트 간격(47)을 S 로 하고, n 을 임의의 정수로 했을 경우, L = n × S 이다. 또한, 쇼트 간격(47)은, 가공 이송 유닛(14)의 가공 이송 속도를 V 로 하고, 가공점에 있어서의 펄스 레이저 빔(21)의 주파수를 f 로 했을 경우, Sc = V/f 로 나타내진다. 따라서, 피가공물(100)의 표면(102)에 있어서의 펄스 레이저 빔(21)의 분기 간격(46), 가공 이송 유닛(14)의 가공 이송 속도, 및 가공점에 있어서의 펄스 레이저 빔(21)의 주파수는, Lc = n × V/f 이도록 설정된다.

이에 따라, 가공 라인(4)은, 5 쇼트째에 있어서의 1 분기째의 집광 스폿(41-5)이, 1 쇼트째에 있어서의 2 분기째의 집광 스폿(42-1)에, 미리 정해진 겹침폭(49)으로 오버랩한다. 비교예에 있어서, 오버랩률은, 100 % 이다. 또한, 오버랩률은, 오버랩률을 P 로 하고, 집광 스폿(41, 42, 43, 44, 45)에 있어서의 펄스 레이저 빔(21)의 빔 직경(48)을 D 로 하고, 겹침폭(49)을 W 로 했을 경우, P = W/D 로 산출된다.

또한, 2 분기째의 집광 스폿(42-5)과 3 분기째의 집광 스폿(43-1), 3 분기째의 집광 스폿(43-5)과 4 분기째의 집광 스폿(44-1), 4 분기째의 집광 스폿(44-5)과 5 분기째의 집광 스폿(45-1), 1 분기째의 집광 스폿(41-5)과 2 분기째의 집광 스폿(42-1)은 마찬가지의 관계가 있고, 오버랩률은 100 % 이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 실시형태의 레이저 가공 방법은, 피가공물(100)의 표면(102)에 있어서의 펄스 레이저 빔(21)의 분기 간격(36)과 쇼트 간격(37)과의 관계가 L ≠ n × S 가 되도록, 분기 간격(36), 가공 이송 속도 및 주파수를 설정한다. 또한, L 은 분기 간격(36)의 값, S 는 쇼트 간격(37)의 값, n 은 임의의 정수를 나타낸다.

비교예에 도시한 바와 같이, 가공 이송 방향으로 분기된 펄스 레이저 빔(21)에 의한 레이저 가공에 있어서, L = n × S 가 성립하는 가공 라인(4)에서는, 분기된 1 개의 펄스 레이저 빔(21)의 집광 스폿(41) 중, n 쇼트째에서 형성되는 집광 스폿(41-5)은, 인접하는 펄스 레이저 빔(21)의 집광 스폿(42) 중, 1 쇼트째에서 형성되는 집광 스폿(42-1)에 완전히 겹친다. 이와 같이, 동일한 위치에 집광 스폿이 설정되는 것에 의해, 상기 위치에서의 펄스 레이저 빔(21)에 의한 열 데미지가 커지고, 항절 강도가 저하된다.

이에 대해, 실시형태의 가공 라인(3)에서는, 분기된 1 개의 펄스 레이저 빔(21)의 집광 스폿(31) 중, n 쇼트째에서 형성되는 집광 스폿(31-5)은, 인접하는 펄스 레이저 빔(21)의 집광 스폿(32) 중, 1 쇼트째에서 형성되는 집광 스폿(32-1)에 일부가 겹치고, 완전하게는 겹치지 않는다. 즉, L ≠ n × S 가 되도록 분기 간격(36), 가공 이송 속도 및 주파수를 설정하는 것에 의해서, n 쇼트째에서 형성되는 집광 스폿(31-5)과 1 쇼트째에서 형성되는 집광 스폿(32-1)이 완전하게 겹치는 상황을 회피할 수 있다. 인접하는 집광 스폿의 겹침폭(39)을 작게 하는 것에 의해서, 펄스 레이저 빔(21)에 의한 열 데미지를 저감할 수 있으므로, 디바이스(104)에 있어서의 항절 강도의 저하를 억제할 수 있다.

또한, 본 발명은, 상기 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 골자를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있다.

예컨대, 레이저 가공 방법에 따른 레이저 가공 조건은 실시형태로 한정되지 않는다. 레이저 가공 조건은, 피가공물(100)의 기판(101)이 실리콘이고, 또한 두께가 50 μm 인 경우, 예컨대, 이하와 같이 설정되어도 좋다.

분기수 : 2 ~ 32

분기 간격 : 10 ~ 400 μm

스폿 직경 : 3 ~ 10 μm

파장 : 355 nm

주파수 : 100 kHz

파워 : 7.5 kW

패스수 : 30 pass

가공 이송 속도 : 10 ~ 2000 mm/s

1　레이저 가공 장치
10　척 테이블
14　가공 이송 유닛
20　펄스 레이저 빔 조사 유닛
21　펄스 레이저 빔
22　레이저 발진기
23　미러
24　분기 유닛
25　집광 렌즈
30, 31, 32, 33, 34, 35 집광 스폿
36　분기 간격
37　쇼트 간격
38　빔 직경
39　겹침폭
100　피가공물

Claims

피가공물에 대해서 흡수성을 가지는 파장의 펄스 레이저 빔을 출사하는 레이저 발진기와, 상기 펄스 레이저 빔을 집광하는 집광 렌즈와, 상기 레이저 발진기와 상기 집광 렌즈와의 사이에 배치되고, 상기 펄스 레이저 빔을 복수로 분기하는 분기 유닛을 포함하는 펄스 레이저 빔 조사 유닛과, 상기 피가공물을 유지하는 척 테이블과, 상기 척 테이블과 상기 집광 렌즈를 가공 이송 방향으로 상대적으로 이동시키는 가공 이송 유닛을 구비한 레이저 가공 장치를 이용하여, 피가공물을 가공하는 피가공물의 레이저 가공 방법으로서,
상기 척 테이블을 가공 이송하면서 상기 척 테이블에 유지된 상기 피가공물에 상기 집광 렌즈를 통해 상기 펄스 레이저 빔을 가공 이송 방향으로 복수로 분기하여 조사하는 레이저 가공 단계
를 포함하고,
상기 레이저 가공 단계에서는, 피가공물의 표면에 있어서의 상기 펄스 레이저 빔의 분기 간격을 L 로 하고, 상기 가공 이송 유닛의 가공 이송 속도를 가공점에 있어서의 상기 펄스 레이저 빔의 주파수로 제산한 값을 S 로 하고, n 을 임의의 정수로 했을 경우, L ≠ n × S 가 되도록, 펄스 레이저 빔의 분기 간격, 상기 가공 이송 속도 및 상기 주파수를 설정하는 것인, 피가공물의 레이저 가공 방법.