KR20240023594A - 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 장치는, 대상물을 지지하는 지지부와, 레이저광을 출사하는 광원과, 레이저광을 변조하는 공간 광변조기와, 레이저광을 Z방향에서의 일방의 측으로부터 대상물에 집광하는 집광부와, 집광부를 지지부에 대해서 상대적으로 이동시키는 이동부와, 제어부를 구비한다. 제1 가공광의 제1 집광점 및 제2 가공광의 제2 집광점의 상대적인 이동 방향을 X방향으로 하고, Z방향 및 X방향에 수직인 방향을 Y방향으로 했을 경우에, 제어부는, 제1 집광점 및 제2 집광점이 X방향 및 Y방향 각각의 방향에서 서로 어긋나 있는 상태에서, 대상물에서 제1 집광점 및 제2 집광점이 제1 라인 및 제2 라인을 따라서 상대적으로 이동하도록, 공간 광변조기 및 이동부를 제어한다.

Description

레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법
본 개시는, 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법에 관한 것이다.
대상물에 레이저광을 조사함으로써 대상물에 개질 영역을 형성하는 레이저 가공 장치로서, 레이저광이 복수의 가공광으로 분기되고 또한 복수의 가공광이 서로 다른 개소에 집광되도록 레이저광을 변조하는 장치가 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 1, 2 참조). 이러한 레이저 가공 장치는, 복수의 가공광에 의해서 복수열의 개질 영역을 형성할 수 있기 때문에, 가공 시간의 단축화를 도모하는데 있어서 매우 유효하다.
특허 문헌 1 : 일본 특허공개 제2015-223620호 공보 특허 문헌 2 : 일본 특허공개 제2015-226012호 공보
그런데, 예를 들면, 기판과, 기판 상에 매트릭스 모양으로 배치된 복수의 기능 소자를 포함하는 대상물에서는, 기능 소자의 미세화가 진행되고 있다. 기능 소자의 미세화가 진행되면, 대상물을 기능 소자 마다로 절단하기 위한 라인의 수가 증가함과 아울러, 서로 이웃하는 라인의 간격이 좁아지기 때문에, 복수의 라인 각각을 따라서 대상물에 개질 영역을 어떻게 효율 좋게 또한 정밀도 좋게 형성할 수 있을지가 중요하게 된다.
본 개시는, 복수의 라인 각각을 따라서 대상물에 개질 영역을 효율 좋게 또한 정밀도 좋게 형성할 수 있는 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 개시의 일측면의 레이저 가공 장치는, 대상물을 지지하는 지지부와, 레이저광을 출사하는 광원과, 광원으로부터 출사된 레이저광을 변조하는 공간 광변조기와, 공간 광변조기에 의해서 변조된 레이저광을 Z방향에서의 일방의 측으로부터 대상물에 집광하는 집광부와, 집광부를 지지부에 대해서 상대적으로 이동시키는 이동부와, 레이저광이 제1 가공광 및 제2 가공광으로 분기되도록, 공간 광변조기를 제어하고, 대상물에서 제1 가공광의 제1 집광점 및 제2 가공광의 제2 집광점이 제1 라인 및 제2 라인을 따라서 상대적으로 이동하도록, 이동부를 제어하는 제어부를 구비하고, 제1 집광점 및 제2 집광점의 상대적인 이동 방향을 X방향으로 하고, Z방향 및 X방향에 수직인 방향을 Y방향으로 했을 경우에, 제어부는, 제1 집광점 및 제2 집광점이 X방향 및 Y방향 각각의 방향에서 서로 어긋나 있는 상태에서, 대상물에서 제1 집광점 및 제2 집광점이 제1 라인 및 제2 라인을 따라서 상대적으로 이동하도록, 공간 광변조기 및 이동부를 제어한다.
이 레이저 가공 장치에서는, 제1 가공광의 제1 집광점 및 제2 가공광의 제2 집광점이, X방향 및 Y방향 각각의 방향에서 서로 어긋나 있는 상태에서, 대상물에서 제1 라인 및 제2 라인을 따라서 상대적으로 이동한다. 이와 같이, 제1 집광점 및 제2 집광점이, Y방향에서 뿐만 아니라, X방향에서도 어긋나 있기 때문에, 제1 라인 및 제2 라인의 간격(즉, Y방향에서의 제1 라인과 제2 라인과의 거리)이 좁게 되었다고 해도, 제1 집광점과 제2 집광점과의 거리가 충분히 확보되어, 간섭에 의한 가공 품질의 열화가 억제된다. 따라서, 이 레이저 가공 장치에 의하면, 복수의 라인 각각을 따라서 대상물에 개질 영역을 효율 좋게 또한 정밀도 좋게 형성할 수 있다.
본 개시의 일측면의 레이저 가공 장치에서는, 대상물은, 기판과, 기판 상에 매트릭스 모양으로 배치된 복수의 기능 소자를 포함하고, 대상물에서는, 복수의 기능 소자 각각의 사이를 지나도록 복수의 스트리트 영역이 격자 모양으로 연재(延在)하고 있고, 제어부는, 복수의 스트리트 영역 중 서로 이웃하는 제1 스트리트 영역 및 제2 스트리트 영역 각각에 제1 라인 및 제2 라인 각각이 위치한 상태에서, X방향 및 Y방향 각각의 방향에서 서로 어긋나 있는 제1 집광점 및 제2 집광점이 제1 라인 및 제2 라인을 따라서 상대적으로 이동하도록, 공간 광변조기 및 이동부를 제어해도 괜찮다. 이것에 의해, 제1 라인이 제1 스트리트 영역에 위치하고 있고, 제2 라인이 제2 스트리트 영역에 위치하고 있는 경우에, 제1 라인 및 제2 라인 각각을 따라서 대상물에 개질 영역을 효율 좋게 또한 정밀도 좋게 형성할 수 있다.
본 개시의 일측면의 레이저 가공 장치에서는, 대상물은, 기판과, 기판 상에 매트릭스 모양으로 배치된 복수의 기능 소자를 포함하고, 대상물에서는, 복수의 기능 소자 각각의 사이를 지나도록 복수의 스트리트 영역이 격자 모양으로 연재하고 있고, 제어부는, 복수의 스트리트 영역 각각에 제1 라인 및 제2 라인이 위치한 상태에서, X방향 및 Y방향 각각의 방향에서 서로 어긋나 있는 제1 집광점 및 제2 집광점이 제1 라인 및 제2 라인을 따라서 상대적으로 이동하도록, 공간 광변조기 및 이동부를 제어해도 괜찮다. 이것에 의해, 제1 라인 및 제2 라인이 동일한 스트리트 영역에 위치하고 있는 경우에, 제1 라인 및 제2 라인 각각을 따라서 대상물에 개질 영역을 효율 좋게 또한 정밀도 좋게 형성할 수 있다.
본 개시의 일측면의 레이저 가공 장치는, 제1 광차단부를 더 구비하고, 제어부는, 레이저광이 제1 가공광 및 제2 가공광을 포함하는 0차광 및 ±n차광(n은 자연수)으로 분기되도록, 공간 광변조기를 제어하고, 제1 광차단부는, 0차광 및 ±n차광 중 대상물에서 제1 가공광 및 제2 가공광의 외측에 집광되는 광을 차단해도 괜찮다. 이것에 의해, 0차광 및 ±n차광 중 대상물에서 제1 가공광 및 제2 가공광의 외측에 집광되는 광(이하, 「제1 가공광 및 제2 가공광의 외측으로 분기되는 광」이라고 함)에 의해서 대상물에 데미지가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
본 개시의 일측면의 레이저 가공 장치는, 렌즈로서 기능하는 제1 광학 소자 및 제2 광학 소자를 가지는 조정 광학계를 더 구비하고, 제1 광학 소자 및 제2 광학 소자는, 공간 광변조기에서의 레이저광의 파면 형상과 집광부에서의 레이저광의 파면 형상이 상사적으로 일치함과 아울러 제1 광학 소자 및 제2 광학 소자가 양측 텔레센트릭 광학계가 되도록 배치되어 있고, 제1 광차단부는, 제1 광학 소자와 제2 광학 소자와의 사이의 푸리에면 상에 배치되어 있어도 괜찮다. 이것에 의해, 제1 가공광 및 제2 가공광의 외측으로 분기되는 광을 확실하게 차단할 수 있다.
본 개시의 일측면의 레이저 가공 장치에서는, 제1 광차단부는, Y방향에서 서로 마주 본 한쌍의 제1 부분을 가지고, 한쌍의 제1 부분 각각은, Y방향을 따라서 이동 가능해도 괜찮다. 이것에 의해, Y방향에서의 제1 집광점 및 제2 집광점의 어긋남량에 따라서 한쌍의 제1 부분의 사이의 거리를 조정할 수 있어, 제1 가공광 및 제2 가공광의 외측으로 분기되는 광을 확실하게 차단할 수 있다.
본 개시의 일측면의 레이저 가공 장치에서는, 제어부는, Y방향에서의 제1 집광점 및 제2 집광점의 어긋남량에 근거하여 한쌍의 제1 부분의 사이의 거리를 결정하고, 결정한 거리를 사이에 두고 한쌍의 제1 부분이 Y방향에서 서로 마주 보도록, 제1 광차단부를 제어해도 괜찮다. 이것에 의해, Y방향에서의 제1 집광점 및 제2 집광점의 어긋남량이 변경되었을 경우에도, 제1 가공광 및 제2 가공광의 외측으로 분기되는 광을 확실하게 차단할 수 있다.
본 개시의 일측면의 레이저 가공 장치에서는, 제1 광차단부는, X방향에서 서로 마주 본 한쌍의 제2 부분을 가져도 괜찮다. 이것에 의해, Y방향에서의 제1 집광점 및 제2 집광점의 어긋남량이 변경되었을 경우에도, 예를 들면, X방향에서의 제1 집광점 및 제2 집광점의 어긋남량을 일정하게 함으로써, 제1 가공광 및 제2 가공광의 외측으로 분기되는 광을 확실하게 차단할 수 있다.
본 개시의 일측면의 레이저 가공 장치는, 0차광 및/또는 비변조광을 차단하는 제2 광차단부를 더 구비하고, 제2 광차단부는, 0차광의 광로 및/또는 비변조광의 광로에 대해서 진퇴 가능해도 괜찮다. 이것에 의해, 0차광이 제1 가공광 및 제2 가공광 중 어느 것으로도 이용되지 않는 경우에, 0차광에 의해서 대상물에 데미지가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또, 비변조광에 의해서 대상물에 데미지가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
본 개시의 일측면의 레이저 가공 방법은, 대상물을 지지하는 지지부와, 레이저광을 출사하는 광원과, 광원으로부터 출사된 레이저광을 변조하는 공간 광변조기와, 공간 광변조기에 의해서 변조된 레이저광을 Z방향에서의 일방의 측으로부터 대상물에 집광하는 집광부와, 집광부를 지지부에 대해서 상대적으로 이동시키는 이동부를 구비하는 레이저 가공 장치에서 실시되는 레이저 가공 방법으로서, 레이저광이 제1 가공광 및 제2 가공광으로 분기되도록, 공간 광변조기를 제어하는 제1 스텝과, 대상물에서 제1 가공광의 제1 집광점 및 제2 가공광의 제2 집광점이 제1 라인 및 제2 라인을 따라서 상대적으로 이동하도록, 이동부를 제어하는 제2 스텝을 구비하고, 제1 스텝에서는, 제1 집광점 및 제2 집광점의 상대적인 이동 방향을 X방향으로 하고, Z방향 및 X방향에 수직인 방향을 Y방향으로 했을 경우에, 제1 집광점 및 제2 집광점이 X방향 및 Y방향 각각의 방향에서 서로 어긋나도록 공간 광변조기가 제어된다.
이 레이저 가공 방법에 의하면, 상기 레이저 가공 장치와 마찬가지의 이유에 의해, 복수의 라인 각각을 따라서 대상물에 개질 영역을 효율 좋게 또한 정밀도 좋게 형성할 수 있다.
본 개시에 의하면, 복수의 라인 각각을 따라서 대상물에 개질 영역을 효율 좋게 또한 정밀도 좋게 형성할 수 있는 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법을 제공하는 것이 가능하게 된다.
도 1은, 일 실시 형태의 레이저 가공 장치의 구성도이다.
도 2는, 도 1에 도시되는 공간 광변조기의 일부분의 단면도이다.
도 3은, 도 1에 도시되는 제1 광차단부 및 제2 광차단부의 평면도이다.
도 4는, 도 1에 도시되는 레이저 가공 장치에 의해서 가공되는 대상물의 평면도이다.
도 5는, 도 4에 도시되는 대상물의 일부분의 단면도이다.
도 6은, 도 4에 도시되는 대상물의 일부분에서의 레이저광의 조사 상태를 나타내는 모식도이다.
도 7은, 도 4에 도시되는 대상물의 일부분에서의 복수의 집광점의 위치 관계를 나타내는 모식도이다.
도 8은, 도 3에 도시되는 제1 광차단부 및 제2 광차단부에서의 복수의 집광점의 위치 관계를 나타내는 모식도이다.
도 9는, 도 3에 도시되는 제1 광차단부 및 제2 광차단부에서의 복수의 집광점의 위치 관계를 나타내는 모식도이다.
도 10은, 도 1에 도시되는 레이저 가공 장치에서 실시되는 제어 방법의 순서도이다.
도 11은, 도 1에 도시되는 레이저 가공 장치에 의해서 가공된 대상물의 일부분의 평면도이다.
도 12는, 도 1에 도시되는 레이저 가공 장치에서의 어긋남량의 평가 결과를 나타내는 표이다.
도 13은, 변형예의 레이저광의 조사가 실시되고 있는 대상물의 일부분에서의 복수의 집광점의 위치 관계를 나타내는 모식도이다.
도 14는, 변형예의 대상물의 일부분에서의 복수의 집광점의 위치 관계를 나타내는 모식도이다.
도 15는, 도 3에 도시되는 제1 광차단부 및 제2 광차단부에서의 복수의 집광점의 위치 관계를 나타내는 모식도이다.
이하, 본 개시의 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에서 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 붙이고, 중복하는 설명을 생략한다.
[레이저 가공 장치의 구성]
도 1에 도시되어 있는 것과 같이, 레이저 가공 장치(1)는, 대상물(100)에 레이저광(L)을 조사함으로써 대상물(100)에 개질 영역(M)을 형성하는 장치이다. 레이저 가공 장치(1)는, 지지부(2)와, 광원(3)과, 공간 광변조기(4)와, 조정 광학계(5)와, 제1 광차단부(6)와, 제2 광차단부(7)와, 집광부(8)와, 이동부(9)와, 제어부(10)와, 하우징(11)과, 커버(12)를 구비하고 있다. 공간 광변조기(4), 조정 광학계(5), 제1 광차단부(6) 및 제2 광차단부(7)는, 하우징(11) 내에 배치되어 있다. 광원(3)은, 하우징(11)의 천벽(11a) 상에 배치되어 있고, 커버(12)에 의해서 덮여 있다. 집광부(8)는, 하우징(11)의 저벽(11b)에 장착되어 있다. 이하의 설명에서는, 서로 직교하는 3방향을, 각각, X방향, Y방향 및 Z방향이라고 한다. 본 실시 형태에서는, X방향은 제1 수평 방향이고, Y방향은 제1 수평 방향에 수직인 제2 수평 방향이며, Z방향은 연직 방향이다.
지지부(2)는, 하우징(11)의 하부에 배치되어 있다. 지지부(2)는, 대상물(100)을 지지한다. 일례로서 지지부(2)는, 대상물(100)에 첩부(貼付)된 필름(도시 생략)을 흡착함으로써, 대상물(100)의 표면(100a)이 집광부(8) 측으로 향한 상태로 대상물(100)을 지지한다. 본 실시 형태에서는, 지지부(2)는, X방향 및 Y방향 각각의 방향을 따라서 이동 가능하고, Z방향에 평행한 축선을 중심선으로 하여 회전 가능하다.
광원(3)은, 레이저광(L)을 출사한다. 일례로서 광원(3)은, 대상물(100)에 대해서 투과성을 가지는 레이저광(L)을 펄스 발진시킨다.
공간 광변조기(4)는, 광원(3)으로부터 출사된 레이저광(L)을 변조한다. 본 실시 형태에서는, 공간 광변조기(4)는, 반사형 액정(LCOS：Liquid　Crystal　on　Silicon)의 공간 광변조기(SLM：Spatial　Light　Modulator)로서, 입사한 레이저광(L)을 변조함과 아울러 반사한다.
조정 광학계(5)는, 렌즈로서 기능하는 제1 광학 소자(51) 및 제2 광학 소자(52)를 가지고 있다. 제1 광학 소자(51) 및 제2 광학 소자(52)는, 공간 광변조기(4)에서의 레이저광(L)의 파면 형상과 집광부(8)에서의 레이저광(L)의 파면 형상이 상사적으로 일치함과 아울러 제1 광학 소자(51) 및 제2 광학 소자(52)가 양측 텔레센트릭 광학계가 되도록, 배치되어 있다. 일례로서 제1 광학 소자(51) 및 제2 광학 소자(52)는, 공간 광변조기(4)와 제1 광학 소자(51)과의 사이의 광로의 거리가 제1 광학 소자(51)의 제1 초점 거리 f1이 되고, 또한 집광부(8)와 제2 광학 소자(52)와의 사이의 광로의 거리가 제2 광학 소자(52)의 제2 초점 거리 f2가 되며, 또한 제1 광학 소자(51)와 제2 광학 소자(52)와의 사이의 광로의 거리가 제1 초점 거리 f1과 제2 초점 거리 f2와의 합(즉, f1＋f2)이 되고 또한 제1 광학 소자(51) 및 제2 광학 소자(52)가 양측 텔레센트릭 광학계가 되도록, 배치되어 있다. 즉, 조정 광학계(5)는, 4f 광학계이다. 공간 광변조기(4)의 반사면에서의 레이저광(L)의 상(공간 광변조기(4)에 의해서 변조된 레이저광(L)의 상)은, 조정 광학계(5)에 의해서, 집광부(8)의 입사 동면에 전상(결상)된다.
제1 광차단부(6) 및 제2 광차단부(7)는, 제1 광학 소자(51)와 제2 광학 소자(52)와의 사이의 푸리에면(즉, 공초점(O)을 포함하는 면) 상에 배치되어 있다. 본 실시 형태에서는, 제1 광차단부(6) 및 제2 광차단부(7)는, 후술하는 제1 가공광(L1) 및 제2 가공광(L2)만을 통과시킨다.
집광부(8)는, 공간 광변조기(4)에 의해서 변조된 레이저광(L)을 Z방향에서의 상측(일방의 측)으로부터 대상물(100)(구체적으로는, 지지부(2)에 의해서 지지된 대상물(100))에 집광한다. 집광부(8)는, 집광 렌즈 유닛(81) 및 구동 기구(82)를 가지고 있다. 집광 렌즈 유닛(81)은, 예를 들면, 복수의 렌즈에 의해서 구성되어 있다. 집광 렌즈 유닛(81)은, 공간 광변조기(4)의 반사면에서의 레이저광(L)의 상이 조정 광학계(5)에 의해서 전상되는 입사 동면을 가지고 있다. 구동 기구(82)는, 예를 들면, 압전 소자에 의해서 구성되어 있다. 구동 기구(82)는, 집광 렌즈 유닛(81)을 Z방향을 따라서 이동시킨다.
이동부(9)는, 집광부(8)를 지지부(2)에 대해서 상대적으로 이동시킨다. 이동부(9)는, 집광부(8) 및 지지부(2) 중 적어도 일방을 이동시킴으로써, 집광부(8)를 지지부(2)에 대해서 상대적으로 이동시키는 이동 기구(액츄에이터, 모터 등의 구동원을 포함함)이다. 본 실시 형태에서는, 이동부(9)는, X방향 및 Y방향 각각의 방향을 따라서 지지부(2)를 이동시키고, Z방향에 평행한 축선을 중심선으로 하여 지지부(2)를 회전시키며, Z방향을 따라서 하우징(11)을 이동시킨다.
제어부(10)는, 레이저 가공 장치(1)의 각 부의 동작을 제어한다. 제어부(10)는, 처리부, 기억부 및 입력 접수부를 가지고 있다. 처리부는, 프로세서, 메모리, 스토리지 및 통신 디바이스 등을 포함하는 컴퓨터 장치로서 구성되어 있다. 처리부에서는, 프로세서가, 메모리 등에 읽혀 넣어진 소프트 웨어(프로그램)를 실행하고, 메모리 및 스토리지에서의 데이터의 읽어내기 및 써넣기, 그리고, 통신 디바이스에 의한 통신을 제어한다. 기억부는, 예를 들면 하드 디스크 등이며, 각종 데이터를 기억한다. 입력 접수부는, 오퍼레이터로부터 각종 데이터의 입력을 접수하는 인터페이스부이다.
레이저 가공 장치(1)는, 어테뉴에이터(13)와, 빔 호모게나이저(14)와, λ/2 파장판(15)와, 표면 관찰 유닛(16)과, AF 유닛(17)과, 복수의 미러(18a, 18b, 18c, 18d, 18e, 18f)와, 복수의 다이클로익 미러(19a, 19b, 19c)를 더 구비하고 있다. 미러(18a)는, 커버(12) 내에 배치되어 있다. 어테뉴에이터(13), 빔 호모게나이저(14), λ/2 파장판(15), 표면 관찰 유닛(16), AF(Auto-Focus) 유닛(17), 복수의 미러(18b, 18c, 18d, 18e, 18f), 및 복수의 다이클로익 미러(19a, 19b, 19c)는, 하우징(11) 내에 배치되어 있다.
레이저 가공 장치(1)에서는, 광원(3)으로부터 출사된 레이저광(L)은, 커버(12) 내에서 수평 방향으로 진행한 후, 미러(18a)에 의해서 하측으로 반사되고, 하우징(11) 내에 입사한다. 하우징(11) 내에 입사한 레이저광(L)은, 어테뉴에이터(13)에 의해서 광 강도가 조정된 후, 미러(18b)에 의해서 수평 방향으로 반사되고, 빔 호모게나이저(14)에 의해서 강도 분포가 균일화된 후, 공간 광변조기(4)에 입사한다. 공간 광변조기(4)에 입사한 레이저광(L)은, 공간 광변조기(4)에 의해서 변조됨과 아울러 경사진 상측으로 반사되고, 미러(18c)에 의해서 상측으로 반사된다.
미러(18c)에 의해서 반사된 레이저광(L)은, λ/2 파장판(15)에 의해서 편광 방향이 변경된 후, 미러(18d)에 의해서 수평 방향으로 반사되고, 조정 광학계(5)의 제1 광학 소자(51)를 투과한다. 제1 광학 소자(51)를 투과한 레이저광(L)은, 미러(18e)에 의해서 하측으로 반사되고, 제1 광차단부(6) 및 제2 광차단부(7)에 의해서 레이저광(L)의 일부분이 차단된 후, 조정 광학계(5)의 제2 광학 소자(52), 및 복수의 다이클로익 미러(19b, 19c)를 투과한다. 복수의 다이클로익 미러(19b, 19c)를 투과한 레이저광(L)은, 집광부(8)에 의해서 대상물(100)에 집광된다.
표면 관찰 유닛(16)은, 대상물(100)을 관찰하기 위한 유닛이다. 표면 관찰 유닛(16)은, 관찰용 광원(16a) 및 광 검출기(16b)를 가지고 있다. 표면 관찰 유닛(16)에서는, 관찰용 광원(211a)로부터 출사된 가시광(VL1)은, 미러(18f), 및 복수의 다이클로익 미러(19a, 19b)에 의해서 반사된 후, 다이클로익 미러(19c)를 투과하고, 집광부(8)에 의해서 대상물(100)에 집광된다. 대상물(100)에 의해서 반사된 가시광(VL1)의 반사광(VL2)은, 집광부(8) 및 다이클로익 미러(19c)를 투과하고, 다이클로익 미러(19b)에 의해서 반사된 후, 다이클로익 미러(19a)를 투과하고, 광 검출기(16b)에 입사한다.
AF 유닛(17)은, 집광부(8)의 집광 렌즈 유닛(81)과 대상물(100)의 표면(100a)과의 거리를 미세 조정하기 위한 유닛이다. AF 유닛(17)은, AF용 레이저광(LB1)을 출사하고, 대상물(100)의 표면(100a)에 의해서 반사된 AF용 레이저광(LB1)의 반사광(LB2)을 검출함으로써, 대상물(100)의 표면(100a)의 높이 데이터를 취득한다. 제어부(10)는, AF 유닛(17)에 의해서 취득된 높이 데이터에 근거하여, 예를 들면, 집광 렌즈 유닛(81)과 대상물(100)의 표면(100a)과의 거리가 일정하게 되도록, 집광부(8)의 구동 기구(82)를 제어한다.
[공간 광변조기의 구성]
도 2에 도시되어 있는 것과 같이, 공간 광변조기(4)는, 반도체 기판(41) 상에, 구동 회로층(42), 화소 전극층(43), 반사막(44), 배향막(45), 액정층(46), 배향막(47), 투명 도전막(48) 및 투명 기판(49)가 이 순서로 적층됨으로써, 구성되어 있다.
반도체 기판(41)은, 예를 들면, 실리콘 기판이다. 구동 회로층(42)은, 반도체 기판(41) 상에서, 액티브·매트릭스 회로를 구성하고 있다. 화소 전극층(43)은, 반도체 기판(41)의 표면을 따라서 매트릭스 모양으로 배열된 복수의 화소 전극(43a)를 포함하고 있다. 각 화소 전극(43a)은, 예를 들면, 알루미늄 등의 금속재료에 의해서 형성되어 있다. 각 화소 전극(43a)에는, 구동 회로층(42)에 의해서 전압이 인가된다.
반사막(44)은, 예를 들면, 유전체 다층막이다. 배향막(45)은, 액정층(46)에서의 반사막(44)측의 표면에 마련되어 있고, 배향막(47)은, 액정층(46)에서의 반사막(44)과는 반대측의 표면에 마련되어 있다. 각 배향막(45, 47)은, 예를 들면, 폴리이미드 등의 고분자 재료에 의해서 형성되어 있고, 각 배향막(45, 47)에서의 액정층(46)과의 접촉면에는, 예를 들면, 러빙 처리가 실시되어 있다. 배향막(45, 47)은, 액정층(46)에 포함되는 액정 분자(46a)를 일정 방향으로 배열시킨다.
투명 도전막(48)은, 투명 기판(49)에서의 배향막(47)측의 표면에 마련되어 있고, 액정층(46) 등을 사이에 두고 화소 전극층(43)과 서로 마주 보고 있다. 투명 기판(49)은, 예를 들면, 글래스 기판이다. 투명 도전막(48)은, 예를 들면, ITO 등의 광 투과성이면서 또한 도전성 재료에 의해서 형성되어 있다. 투명 기판(49) 및 투명 도전막(48)은, 레이저광(L)을 투과시킨다.
이상과 같이 구성된 공간 광변조기(4)에서는, 변조 패턴을 나타내는 신호가 제어부(10)로부터 구동 회로층(42)에 입력되면, 당해 신호에 따른 전압이 각 화소 전극(43a)에 인가되어, 각 화소 전극(43a)과 투명 도전막(48)과의 사이에 전계가 형성된다. 당해 전계가 형성되면, 액정층(46)에서, 각 화소 전극(43a)에 대응하는 영역마다 액정 분자(46a)의 배열 방향이 변화하고, 각 화소 전극(43a)에 대응하는 영역마다 굴절률이 변화한다. 이 상태가, 액정층(46)에 변조 패턴이 표시된 상태이다.
액정층(46)에 변조 패턴이 표시된 상태에서, 레이저광(L)이, 외부로부터 투명 기판(49) 및 투명 도전막(48)을 거쳐 액정층(46)에 입사하고, 반사막(44)에서 반사되어, 액정층(46)으로부터 투명 도전막(48) 및 투명 기판(49)을 거쳐 외부로 출사시켜지면, 액정층(46)에 표시된 변조 패턴에 따라서, 레이저광(L)이 변조된다. 이와 같이, 공간 광변조기(4)에 의하면, 액정층(46)에 표시하는 변조 패턴을 적절히 설정함으로써, 레이저광(L)의 변조(예를 들면, 레이저광(L)의 강도, 진폭, 위상, 편광 등의 변조)가 가능하다.
[제1 광차단부 및 제2 광차단부]
도 3에 도시되어 있는 것과 같이, 제1 광차단부(6)는, 한쌍의 제1 부분(61) 및 한쌍의 제2 부분(62)을 가지고 있다. 한쌍의 제1 부분(61)은, Y방향에서 서로 마주 보고 있다. 본 실시 형태에서는, 한쌍의 제1 부분(61)은, 제1 광학 소자(51)와 제2 광학 소자(52)와의 사이의 푸리에면 상에서 공초점(O)을 사이에 둔 상태에서, Y방향에서 서로 마주 보고 있다. 각 제1 부분(61)은, Y방향을 따라서 이동 가능하다. 각 제1 부분(61)은, 제어부(10)에 의해서 제어되는 모터 등의 구동원(도시 생략)에 의해서 Y방향을 따라서 이동시켜진다. 한쌍의 제2 부분(62)은, X방향에서 서로 마주 보고 있다. 본 실시 형태에서는, 한쌍의 제2 부분(62)은, 제1 광학 소자(51)와 제2 광학 소자(52)와의 사이의 푸리에면 상에서 공초점(O)을 사이에 둔 상태에서, X방향에서 서로 마주 보고 있다. 각 제2 부분(62)은, 한쌍의 제2 부분(62)의 사이의 거리가 일정한 상태로 고정되어 있다.
제2 광차단부(7)는, 예를 들면, 레이저광(L)이 공간 광변조기(4)에 의해서 0차광 및 ±n차광(n는 자연수)으로 회절되었을 경우에, 0차광의 광로 및 비변조광의 광로에 대해서 진퇴 가능하고, 당해 광로 상에 위치한 상태에서 0차광 및 비변조광을 차단한다. 본 실시 형태에서는, 제2 광차단부(7)는, 제1 광학 소자(51)와 제2 광학 소자(52)와의 사이의 푸리에면 상에서 공초점(O)에 대해서 진퇴 가능하고, 공초점(O) 상에 위치한 상태에서 0차광 및 비변조광을 차단한다. 제2 광차단부(7)는, 제어부(10)에 의해서 제어되는 모터 등의 구동원(도시 생략)에 의해서 진퇴시켜진다. 본 실시 형태에서는, 제2 광차단부(7)는, X방향을 따라서 연재하고 있고 또한 X방향을 따라서 진퇴 가능한 장척 모양의 부재이지만, 다른 방향(예를 들면, Y방향등)을 따라서 연재하고 있고 또한 당해 다른 방향을 따라서 진퇴 가능한 장척 모양의 부재라고 괜찮다. 또한, 비변조광이란, 공간 광변조기(4)에 입사한 레이저광(L) 가운데, 공간 광변조기(4)에 의해서 변조되지 않고 공간 광변조기(4)로부터 출사된 광이다. 예를 들면, 공간 광변조기(4)에 입사한 레이저광(L) 중 투명 기판(49)의 외측 표면(투명 도전막(48)과는 반대측의 표면)에서 반사된 광이 비변조광이 된다.
[대상물의 구성]
도 4 및 도 5에 도시되어 있는 것과 같이, 대상물(100)은, 기판(101)과 복수의 기능 소자(102)를 가지고 있다. 복수의 기능 소자(102)는, 기판(101) 상에 매트릭스 모양으로 배치되어 있다.
기판(101)은, 표면(101a) 및 이면(101b)을 가지고 있다. 기판(101)은, 예를 들면, 실리콘 기판 등의 반도체 기판이다. 기판(101)에는, 결정 방위를 나타내는 노치(101c)가 마련되어 있다. 또한, 기판(101)에는, 노치(101c) 대신에 오리엔테이션 플랫이 마련되어 있어도 괜찮다.
복수의 기능 소자(102)는, 기판(101)의 표면(101a)에 마련되어 있다. 각 기능 소자(102)는, 예를 들면, 포토 다이오드 등의 수광 소자, 레이저 다이오드 등의 발광 소자, 메모리 등의 회로 소자 등이다. 각 기능 소자(102)는, 복수의 층이 스택 되어 3차원적으로 구성되는 경우도 있다.
대상물(100)에서는, 복수의 기능 소자(102) 각각의 사이를 지나도록 복수의 스트리트 영역(103)이 격자 모양으로 연재하고 있다. 본 실시 형태에서는, 한개의 스트리트 영역(103)에 한개의 라인(90)이 위치하도록, 대상물(100)에 대해서 복수의 라인(90)이 설정되고, 복수의 라인(90) 각각을 따라서 기능 소자(102)마다로 대상물(100)이 절단된다. 일례로서 각 라인(90)은, 스트리트 영역(103)의 중앙을 지나고 있다. 본 실시 형태에서는, 복수의 라인(90)은, 레이저 가공 장치(1)에 의해서 대상물(100)에 설정된 가상적인 라인이지만, 대상물(100)에 실제로 그어진 라인이라도 괜찮다. 또한, 한개의 스트리트 영역(103)에 한개 또는 복수개 라인의 라인(90)이 위치한다는 것은, Z방향에서 보았을 경우에, 한개의 스트리트 영역(103) 내에서 당해 한개의 스트리트 영역(103)을 따라서 한개 또는 복수 라인의 라인(90)이 연재하고 있는 것을 의미한다.
[제어부의 기능]
도 6에 도시되어 있는 것과 같이, 대상물(100)은, 복수의 기능 소자(102)측으로부터 기판(101)에 레이저광(L)이 입사하도록(즉, 기판(101)의 표면(101a) 중 스트리트 영역(103)에 대응하는 영역으로부터 기판(101)으로 레이저광(L)이 입사하도록) 지지부(2)에 의해서 지지되어 있다. 이하, 복수의 라인(90) 중 서로 이웃하는 제1 라인(90a) 및 제2 라인(90b)에 착목하여, 제어부(10)의 기능에 대해서 설명한다. 또한, 제어부(10)는, 서로 이웃하는 제1 라인(90a) 및 제2 라인(90b)을 최소단위로 하여 모든 라인(90)에 대해서 마찬가지로 기능한다. 또, 제어부(10)는, 복수의 기능 소자(102)와는 반대측으로부터 기판(101)에 레이저광(L)이 입사하도록(즉, 기판(101)의 이면(101b)로부터 기판(101)으로 레이저광(L)이 입사하도록) 대상물(100)이 지지부(2)에 의해서 지지되어 있는 경우에도, 마찬가지로 기능한다.
도 1 및 도 6에 도시되어 있는 것과 같이, 제어부(10)는, Z방향에 평행한 축선을 중심선으로 하여 지지부(2)가 회전하도록, 이동부(9)를 제어한다. 이것에 의해, 제1 라인(90a) 및 제2 라인(90b)이, X방향을 따라서 연재하고 있고 또한 Y방향에서 서로 이웃하고 있는 상태로 된다. 이 상태에서, 제어부(10)는, 레이저광(L)이 제1 가공광(L1) 및 제2 가공광(L2)으로 분기되도록, 공간 광변조기(4)를 제어하고(제1 스텝), 대상물(100)에서 제1 가공광(L1)의 제1 집광점(C1) 및 제2 가공광(L2)의 제2 집광점(C2)이 제1 라인(90a) 및 제2 라인(90b)을 따라서 상대적으로 이동하도록, 이동부(9)를 제어한다(제2 스텝). 이 때, 제어부(10)는, AF 유닛(17)에 의해서 취득된 높이 데이터에 근거하여, 제1 집광점(C1) 및 제2 집광점(C2) 각각이 표면(101a)으로부터 소정의 깊이에 위치하도록, 집광부(8)의 구동 기구(82)를 제어한다. 이상에 의해, 제1 라인(90a) 및 제2 라인(90b) 각각을 따라서 기판(101)의 내부에 개질 영역(M)이 형성된다.
레이저광(L)의 분기에 대해서 보다 상세하게 설명한다. 제어부(10)는, 도 7에 도시되어 있는 것과 같이, 레이저광(L)이 제1 가공광(L1) 및 제2 가공광(L2)을 포함하는 0차광(L0) 및 ±n차광(L±n)(n는 자연수)으로 분기되도록, 공간 광변조기(4)를 제어한다. ±n차광(L±n)의 복수의 집광점은, 대상물(100)에서, X방향 및 Y방향의 양방향에 대해서 기울어진 한개의 직선 상에 등간격으로 늘어서 있다. 0차광(L0)의 집광점 및 비변조광(Lu)의 집광점은, 대상물(100)에서, -1차광(L-1)의 집광점과 ＋1차광(L＋1)의 집광점과의 중간점에 위치하고 있다. 본 실시 형태에서는, 제1 가공광(L1)은 -1차광(L-1)이며, 제2 가공광(L2)은 ＋1차광(L＋1)이다. 따라서, 제1 가공광(L1)의 제1 집광점(C1) 및 제2 가공광(L2)의 제2 집광점(C2)(도 6 참조)은, Y방향 및 X방향 각각의 방향에서 서로 어긋나 있게 된다.
즉, 제어부(10)는, 제1 집광점(C1) 및 제2 집광점(C2)이 X방향 및 Y방향 각각의 방향에서 서로 어긋나 있는 상태에서, 대상물(100)에서 제1 집광점(C1) 및 제2 집광점(C2)이 제1 라인(90a) 및 제2 라인(90b)을 따라서 상대적으로 이동하도록, 공간 광변조기(4) 및 이동부(9)를 제어한다. 본 실시 형태에서는, 제어부(10)는, 복수의 스트리트 영역(103) 중 서로 이웃하는 제1 스트리트 영역(103a) 및 제2 스트리트 영역(103b) 각각에 제1 라인(90a) 및 제2 라인(90b) 각각이 위치한 상태에서, X방향 및 Y방향 각각의 방향에서 서로 어긋나 있는 제1 집광점(C1) 및 제2 집광점(C2)이 제1 라인(90a) 및 제2 라인(90b)을 따라서 상대적으로 이동하도록, 공간 광변조기(4) 및 이동부(9)를 제어한다.
또한, 제어부(10)는, 도 8 및 도 9에 도시되어 있는 것과 같이, 0차광(L0) 및 ±n차광(L±n) 중 대상물(100)에서 제1 가공광(L1) 및 제2 가공광(L2)의 외측에 집광되는 광이 차단되도록, 제1 광차단부(6)를 제어함과 아울러, 0차광(L0) 및 비변조광(Lu)이 차단되도록, 제2 광차단부(7)를 제어한다. 본 실시 형태에서는, 제1 가공광(L1)이 -1차광(L-1)이고, 제2 가공광(L2)이 ＋1차광(L＋1)이기 때문에, -2차광(L-2) 및 ＋2차광(L＋2)을 포함하는 ±m차광(m은 2이상의 자연수)이 제1 광차단부(6)에 의해서 차단된다.
제어부(10)에 의한 제1 광차단부(6) 및 제2 광차단부(7)의 제어에 대해서, 도 10을 참조하면서, 보다 상세하게 설명한다. 먼저, 제어부(10)는, X방향 어긋남량(X방향에서의 제1 집광점(C1) 및 제2 집광점(C2)의 어긋남량) 및 Y방향 어긋남량(Y방향에서의 제1 집광점(C1) 및 제2 집광점(C2)의 어긋남량)을 포함하는 가공 조건을 취득하고(도 10의 S01), 공간 광변조기(4)에 입력하는 변조 패턴을 결정한다(도 10의 S02).
이어서, 제어부(10)는, 취득한 X방향 어긋남량 및 Y방향 어긋남량에 근거하여, 제1 광차단부(6)의 한쌍의 제1 부분(61)의 이동이 필요한지 여부를 판단한다(도 10의 S03). 예를 들면, 도 8에 도시되어 있는 것과 같이, 제1 가공광(L1)이 -1차광(L-1)이고, 제2 가공광(L2)이 ＋1차광(L＋1)인 경우에 있어서, -2차광(L-2) 및 ＋2차광(L＋2)이 제1 광차단부(6)의 한쌍의 제2 부분(62)에 의해서 차단되지 않는다고 상정될 때는, 제어부(10)는, 한쌍의 제1 부분(61)의 이동이 필요하다고 판단한다. 한편, 도 9에 도시되어 있는 것과 같이, 제1 가공광(L1)이 -1차광(L-1)이고, 제2 가공광(L2)이 ＋1차광(L＋1)인 경우에 있어서, -2차광(L-2) 및＋2차광(L＋2)이 제1 광차단부(6)의 한쌍의 제2 부분(62)에 의해서 차단된다고 상정될 때는, 제어부(10)는, 한쌍의 제1 부분(61)의 이동이 필요하지 않다고 판단한다.
제어부(10)는, 한쌍의 제1 부분(61)의 이동이 필요하다라고 판단했을 경우, Y방향 어긋남량에 근거하여 한쌍의 제1 부분(61)의 사이의 거리를 결정하고(도 10의 S04), 결정한 거리를 사이에 두고 한쌍의 제1 부분(61)이 Y방향에서 서로 마주 보도록, 제1 광차단부(6)를 제어한다(도 10의 S05). 앞서 설명한 것과 같이, ±n차광(L±n)의 복수의 집광점은, 대상물(100)에서, X방향 및 Y방향의 양방향에 대해서 기울어진 한개의 직선 상에 등간격으로 늘어서게 되기 때문에, 제어부(10)는, Y방향 어긋남량에 근거하여, -2차광(L-2) 및 ＋2차광(L＋2)을 포함하는 ±m차광(m은 2이상의 자연수)이 제1 부분(61)에 의해서 차단되도록, 한쌍의 제1 부분(61)의 사이의 거리를 결정할 수 있다. 한편, 제어부(10)는, 한쌍의 제1 부분(61)의 이동이 필요하지 않다고 판단했을 경우, 도 10의 S04, S05의 처리를 스킵한다.
이어서, 제어부(10)는, 취득한 가공 조건에 근거하여, 제2 광차단부(7)의 이동이 필요한지 여부를 판단한다(도 10의 S06). 예를 들면, 도 8 및 도 9에 도시되어 있는 것과 같이, 제1 가공광(L1)이 -1차광(L-1)이고, 제2 가공광(L2)이 ＋1차광(L＋1)인 경우에는, 대상물(100)에 대한 0차광(L0) 및 비변조광(Lu)의 조사는 불필요하기 때문에, 제어부(10)는, 제2 광차단부(7)의 이동이 필요하다고 판단한다. 한편, 제1 가공광(L1) 또는 제2 가공광(L2)이 0차광(L0)인 경우에는, 제어부(10)는, 제2 광차단부(7)의 이동이 필요하지 않다고 판단한다.
제어부(10)는, 제2 광차단부(7)의 이동이 필요하다고 판단했을 경우, 0차광(L0) 및 비변조광(Lu)이 차단되도록, 제2 광차단부(7)를 제어한다(도 10의 S07). 한편, 제어부(10)는, 제2 광차단부(7)의 이동이 필요하지 않다고 판단했을 경우, 도 10의 S07의 처리를 스킵한다.
이어서, 제어부(10)는, 레이저광(L)의 조사를 개시한다(도 10의 S08). 즉, 제어부(10)는, 레이저광(L)을 출사하도록 광원(3)을 제어함과 아울러, 제1 집광점(C1) 및 제2 집광점(C2)이 X방향 및 Y방향 각각의 방향에서 서로 어긋나 있는 상태에서, 대상물(100)에서 제1 집광점(C1) 및 제2 집광점(C2)이 제1 라인(90a) 및 제2 라인(90b)을 따라서 상대적으로 이동하도록, 공간 광변조기(4) 및 이동부(9)를 제어한다.
[X방향 어긋남량 및 Y방향 어긋남량]
도 11은, 레이저 가공 장치(1)에 의해서 가공된 대상물(100)의 일부분의 평면도이다. 도 11에 도시되어 있는 것과 같이, 대상물(100)에서 일방향으로 연재하는 복수 라인의 개질 영역(M)에 착목하면, 대상물(100)의 외연부(104)에는, 개질 영역(M)의 외측 단부(대상물(100)의 외연(104a)측의 단부)가 위치하고 있다. 일방향으로 연재하는 복수 라인의 개질 영역(M)에서는, 외연(104a)으로부터 개질 영역(M)의 외측 단부까지의 X방향의 거리가 제1 거리인 개질 영역(M)과, 외연(104a)으로부터 개질 영역(M)의 외측 단부까지의 X방향의 거리가 제1 거리 보다도 큰 제2 거리인 개질 영역(M)이 주기적으로(예를 들면, 교호로) 늘어서 있다. 이것은, 앞서 설명한 것과 같이, X방향 및 Y방향 각각의 방향에서 서로 어긋나 있는 제1 집광점(C1) 및 제2 집광점(C2)이 제1 라인(90a) 및 제2 라인(90b)을 따라서 상대적으로 이동하는 것이, 서로 이웃하는 제1 라인(90a) 및 제2 라인(90b)을 최소 단위로 하여 모든 라인(90)에 대해서 마찬가지로 실시되었기 때문이다. 여기서, X방향 어긋남량은, 복수의 기능 소자(102)가 형성되어 있는 유효부(105)를 포위하는 외연부(104)의 폭(외연(104a)의 법선 방향에서의 폭) 보다도 작은 것이 바람직하다. 이것에 의해, 유효부(105)의 외연(105a)과 교차하도록 모든 개질 영역(M)을 형성할 수 있다.
도 12는, 레이저 가공 장치(1)에서의 어긋남량의 평가 결과를 나타내는 표이다. 도 12의 「어긋남량」은, X방향 어긋남량 및 Y방향 어긋남량 각각을 의미하고 있다. 도 12에 도시되어 있는 것과 같이, X방향 어긋남량 및 Y방향 어긋남량 각각은, 고차광 컷의 마진(0차광(L0) 및 ±n차광(L±n) 중 제 1 가공광(L1) 및 제2 가공광(L2)만의 확실한 통과, 환언하면, 0차광(L0) 및 ±n차광(L±n) 중 대상물(100)에서 제1 가공광(L1) 및 제2 가공광(L2)의 외측에 집광되는 광만의 확실한 차단)이라고 하는 관점에서는, 30㎛ 이상 900㎛ 이하가 바람직하고, 100㎛ 이상 900㎛ 이하가 보다 바람직하다. 또, X방향 어긋남량 및 Y방향 어긋남량 각각은, 집광부(8)의 선정(개질 영역(M)을 바람직하게 형성하기 위한 NA을 실현할 수 있는 집광부(8)의 동경(瞳徑)의 최대값의 한계)이라고 하는 관점에서는, 10㎛ 이상 700㎛ 이하가 바람직하고, 10㎛ 이상 300㎛ 이하가 보다 바람직하다. 따라서, X방향 어긋남량 및 Y방향 어긋남량 각각은, 30㎛ 이상 700㎛ 이하가 바람직하고, 100㎛ 이상 300㎛ 이하가 보다 바람직하다.
[작용 및 효과]
레이저 가공 장치(1), 및 레이저 가공 장치(1)에서 실시되는 레이저 가공 방법에서는, 제1 가공광(L1)의 제1 집광점(C1) 및 제2 가공광(L2)의 제2 집광점(C2)이, X방향 및 Y방향 각각의 방향에서 서로 어긋나 있는 상태에서, 대상물(100)에서 제1 라인(90a) 및 제2 라인(90b)을 따라서 상대적으로 이동한다. 이와 같이, 제1 집광점(C1) 및 제2 집광점(C2)이, Y방향에서 뿐만 아니라, X방향에서도 어긋나 있기 때문에, 제1 라인(90a) 및 제2 라인(90b)의 간격(즉, Y방향에서의 제1 라인(90a)과 제2 라인(90b)과의 거리)이 좁게 되었다고 해도, 제1 집광점(C1)과 제2 집광점(C2)과의 거리가 충분히 확보되어, 간섭에 의한 가공 품질의 열화가 억제된다. 따라서, 레이저 가공 장치(1)에 의하면, 복수의 라인(90) 각각을 따라서 대상물(100)에 개질 영역(M)을 효율 좋게 또한 정밀도 좋게 형성할 수 있다.
레이저 가공 장치(1)에서는, 제어부(10)가, 복수의 스트리트 영역(103) 중 서로 이웃하는 제1 스트리트 영역(103a) 및 제2 스트리트 영역(103b) 각각에 제1 라인(90a) 및 제2 라인(90b) 각각이 위치한 상태에서, X방향 및 Y방향 각각의 방향에서 서로 어긋나 있는 제1 집광점(C1) 및 제2 집광점(C2)이 제1 라인(90a) 및 제2 라인(90b)을 따라서 상대적으로 이동하도록, 공간 광변조기(4) 및 이동부(9)를 제어한다. 이것에 의해, 제1 라인(90a)이 제1 스트리트 영역(103a)에 위치하고 있고, 제2 라인(90b)이 제2 스트리트 영역(103b)에 위치하고 있는 경우에, 제1 라인(90a) 및 제2 라인(90b) 각각을 따라서 대상물(100)에 개질 영역(M)을 효율 좋게 또한 정밀도 좋게 형성할 수 있다.
레이저 가공 장치(1)에서는, 레이저광(L)이 제1 가공광(L1) 및 제2 가공광(L2)을 포함하는 0차광(L0) 및 ±n차광(L±n)으로 분기되도록, 제어부(10)가 공간 광변조기(4)를 제어하고, 0차광(L0) 및 ±n차광(L±n) 중 대상물(100)에서 제1 가공광(L1) 및 제2 가공광(L2)의 외측에 집광되는 광을 제1 광차단부(6)가 차단한다. 이것에 의해, 0차광(L0) 및 ±n차광(L±n) 중 대상물(100)에서 제1 가공광(L1) 및 제2 가공광(L2)의 외측에 집광되는 광(이하, 「제1 가공광(L1) 및 제2 가공광(L2)의 외측으로 분기되는 광」이라고 함)에 의해서 대상물(100)에 데미지가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
레이저 가공 장치(1)에서는, 제1 광차단부(6)가, 제1 광학 소자(51)와 제2 광학 소자(52)와의 사이의 푸리에면 상에 배치되어 있다. 이것에 의해, 제1 가공광(L1) 및 제2 가공광(L2)의 외측으로 분기되는 광을 확실하게 차단할 수 있다.
레이저 가공 장치(1)에서는, 제1 광차단부(6)가, Y방향에서 서로 마주 본 한쌍의 제1 부분(61)을 가지고 있고, 한쌍의 제1 부분(61)이 Y방향을 따라서 이동 가능하다. 이것에 의해, 제1 집광점(C1) 및 제2 집광점(C2)의 Y방향 어긋남량에 따라서 한쌍의 제1 부분(61)의 사이의 거리를 조정할 수 있어, 제1 가공광(L1) 및 제2 가공광(L2)의 외측으로 분기되는 광을 확실하게 차단할 수 있다.
레이저 가공 장치(1)에서는, 제어부(10)가, 제1 집광점(C1) 및 제2 집광점(C2)의 Y방향 어긋남량에 근거하여 한쌍의 제1 부분(61)의 사이의 거리를 결정하고, 결정한 거리를 사이에 두고 한쌍의 제1 부분(61)이 Y방향에서 서로 마주 보도록, 제1 광차단부(6)를 제어한다. 이것에 의해, 제1 집광점(C1) 및 제2 집광점(C2)의 Y방향 어긋남량이 변경되었을 경우에도, 제1 가공광(L1) 및 제2 가공광(L2)의 외측으로 분기되는 광을 확실하게 차단할 수 있다.
레이저 가공 장치(1)에서는, 제1 광차단부(6)가, X방향에서 서로 마주 본 한쌍의 제2 부분(62)을 가지고 있다. 이것에 의해, 제1 집광점(C1) 및 제2 집광점(C2)의 Y방향 어긋남량이 변경되었을 경우에도, 예를 들면, 제1 집광점(C1) 및 제2 집광점(C2)의 X방향 어긋남량을 일정하게 함으로써, 제1 가공광(L1) 및 제2 가공광(L2)의 외측으로 분기되는 광을 확실하게 차단할 수 있다.
레이저 가공 장치(1)에서는, 0차광(L0) 및 비변조광(Lu)을 차단하는 제2 광차단부(7)가, 0차광(L0)의 광로 및 비변조광(Lu)의 광로에 대해서 진퇴 가능하다. 이것에 의해, 0차광(L0)이 제1 가공광(L1) 및 제2 가공광(L2) 중 어느 것으로도 이용되지 않는 경우에, 0차광(L0)에 의해서 대상물(100)에 데미지가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또, 비변조광(Lu)에 의해서 대상물(100)에 데미지가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
[변형예]
본 개시는, 상기 실시 형태로 한정되지 않는다. 예를 들면, 제어부(10)는, 도 13에 도시되어 있는 것과 같이, 레이저광(L)이 제1 가공광(L1), 제2 가공광(L2) 및 제3 가공광(L3)으로 분기되도록, 공간 광변조기(4)를 제어하고, 대상물(100)에서 제1 가공광(L1)의 제1 집광점, 제2 가공광(L2)의 제2 집광점 및 제3 가공광(L3)의 집광점이 제1 라인(90a), 제2 라인(90b) 및 제3 라인(90c)을 따라서 상대적으로 이동하도록, 이동부(9)를 제어해도 괜찮다. 즉, 제어부(10)는, 레이저광(L)이 복수의 가공광을 포함하는 복수의 광으로 분기되도록, 공간 광변조기(4)를 제어하고, 대상물(100)에서 복수의 가공광의 복수의 집광점이 복수의 라인을 따라서 상대적으로 이동하도록, 이동부(9)를 제어해도 괜찮다.
도 13에 도시되는 예에서는, 제1 가공광(L1)이 -1차광(L-1)이고, 제2 가공광(L2)이 0차광(L0)이며, 제3 가공광(L3)가 ＋1차광(L＋1)이다. 이 예에서도, 제어부(10)는, 제1 가공광(L1)의 제1 집광점 및 제2 가공광(L2)의 제2 집광점이 X방향 및 Y방향 각각의 방향에서 서로 어긋나 있고 또한 제2 가공광(L2)의 제2 집광점 및 제3 가공광(L3)의 제3 집광점이 X방향 및 Y방향 각각의 방향에서 서로 어긋나 있는 상태에서, 대상물(100)에서 제1 가공광(L1)의 제1 집광점, 제2 가공광(L2)의 제2 집광점 및 제3 가공광(L3)의 집광점이 제1 라인(90a), 제2 라인(90b) 및 제3 라인(90c)을 따라서 상대적으로 이동하도록, 공간 광변조기(4) 및 이동부(9)를 제어한다.
제어부(10)는, 도 14에 도시되어 있는 것과 같이, 복수의 스트리트 영역(103) 각각에 제1 라인(90a) 및 제2 라인(90b)이 위치한 상태(즉, 한개의 스트리트 영역(103)에 대해서 제1 라인(90a) 및 제2 라인(90b)이 위치한 상태)에서, X방향 및 Y방향 각각의 방향에서 서로 어긋나 있는 제1 집광점(C1) 및 제2 집광점(C2)이 제1 라인(90a) 및 제2 라인(90b)을 따라서 상대적으로 이동하도록, 공간 광변조기(4) 및 이동부(9)를 제어해도 괜찮다. 이것에 의해, 제1 라인(90a) 및 제2 라인(90b)이 동일한 스트리트 영역(103)에 위치하고 있는 경우에, 제1 라인(90a) 및 제2 라인(90b) 각각을 따라서 대상물(100)에 개질 영역(M)을 효율 좋게 또한 정밀도 좋게 형성할 수 있다. 이 경우에도, 0차광(L0) 및 ±n차광(L±n) 중 대상물(100)에서 제1 가공광(L1) 및 제2 가공광(L2)의 외측에 집광되는 광을 제1 광차단부(6)에 의해서 차단해도 괜찮다. 또, 이 경우에도, 0차광(L0) 및 비변조광(Lu)을 제2 광차단부(7)에 의해서 차단해도 괜찮다.
제1 광차단부(6) 및 제2 광차단부(7)는, 제1 광학 소자(51)와 제2 광학 소자(52)와의 사이의 푸리에면 상에 배치되어 있는 경우로 한정되지 않는다. 제1 광차단부(6) 및 제2 광차단부(7)는, 예를 들면, 집광부(8)의 입사 동면의 직전에 배치되어 있어도 괜찮다.
제1 광차단부(6)에서, 각 제1 부분(61)은, 한쌍의 제1 부분(61)의 사이의 거리가 일정한 상태로 고정되어 있어도 괜찮다. 그 경우, 한쌍의 제1 부분(61)의 사이의 거리의 범위 내에서 X방향에서의 제1 집광점(C1) 및 제2 집광점(C2)의 어긋남량이 조정되어도 괜찮다. 제1 광차단부(6)에서, 각 제2 부분(62)은, X방향으로 이동 가능해도 된다. 제1 광차단부(6)는, 한쌍의 제1 부분(61)을 가지고, 한쌍의 제2 부분(62)을 가지지 않아도 괜찮다. 제1 광차단부(6)는, 한쌍의 제2 부분(62)을 가지고, 한쌍의 제1 부분(61)을 가지지 않아도 된다. 예를 들면, 0차광의 광로가 비변조광의 광로로부터 어긋나 있는 경우에는, 제2 광차단부(7)는, 0차광 및 비변조광 중 적어도 일방을 차단하는 것이면 된다.
제1 라인(90a) 및 제2 라인(90b)은, 소정의 직선을 따라서 연재하는 것으로 한정되지 않고, 소정의 곡선을 따라서 연재하는 것이라도 괜찮다. 제1 라인(90a) 및 제2 라인(90b)이 소정의 곡선을 따라서 연재하고 있는 경우, 제1 라인(90a) 및 제2 라인(90b)을 따라서 상대적으로 이동하는 제1 집광점(C1) 및 제2 집광점(C2)의 상대적인 이동 방향은, 당해 곡선의 접선 방향이다.
상기 실시 형태에서는, X방향이 제1 수평 방향이고, Y방향이 제1 수평 방향에 수직인 제2 수평 방향이며, Z방향이 연직 방향이었지만, X방향, Y방향 및 Z방향 각각은, 그들의 각 방향으로 한정되지 않는다. 예를 들면, Z방향이 연직 방향과 교차하는 방향이라도 괜찮다.
제어부(10)는, 도 15에 도시되어 있는 것과 같이, 제1 집광점(C1) 및 제2 집광점(C2)이 적어도 Y방향에서 서로 어긋나 있는 상태에서, 대상물에서 제1 집광점 및 제2 집광점이 제1 라인 및 제2 라인을 따라서 상대적으로 이동하도록, 공간 광변조기(4) 및 이동부(9)를 제어해도 괜찮다. 이 경우에도, 0차광(L0) 및 ±n차광(L±n) 중 대상물(100)에서 제1 가공광(L1) 및 제2 가공광(L2)의 외측에 집광되는 광을 제1 광차단부(6)에 의해서 차단해도 괜찮다. 또, 이 경우에도, 0차광(L0) 및 비변조광(Lu)을 제2 광차단부(7)에 의해서 차단해도 괜찮다.
1 : 레이저 가공 장치 2 : 지지부
3 : 광원 4 : 공간 광변조기
5 : 조정 광학계 6 : 제1 광차단부
7 : 제2 광차단부 8 : 집광부
9 : 이동부 10 : 제어부
51 : 제1 광학 소자 52 : 제2 광학 소자
61 : 제1 부분 62 : 제2 부분
90 : 라인 90a : 제1 라인
90b : 제2 라인 100 : 대상물
101 : 기판 102 : 기능 소자
103 : 스트리트 영역 103a : 제1 스트리트 영역
103b : 제2 스트리트 영역 C1 : 제1 집광점
C2 : 제2 집광점 L : 레이저광
L1 : 제1 가공광 L2 : 제2 가공광
L0 : 0차광 L±n : ±n차광
Lu : 비변조광 M : 개질 영역

Claims (10)

  1. 대상물을 지지하는 지지부와,
    레이저광을 출사하는 광원과,
    상기 광원으로부터 출사된 상기 레이저광을 변조하는 공간 광변조기와,
    상기 공간 광변조기에 의해서 변조된 상기 레이저광을 Z방향에서의 일방의 측으로부터 상기 대상물에 집광하는 집광부와,
    상기 집광부를 상기 지지부에 대해서 상대적으로 이동시키는 이동부와,
    상기 레이저광이 제1 가공광 및 제2 가공광으로 분기되도록, 상기 공간 광변조기를 제어하고, 상기 대상물에서 상기 제1 가공광의 제1 집광점 및 상기 제2 가공광의 제2 집광점이 제1 라인 및 제2 라인을 따라서 상대적으로 이동하도록, 상기 이동부를 제어하는 제어부를 구비하고,
    상기 제1 집광점 및 상기 제2 집광점의 상대적인 이동 방향을 X방향으로 하고, 상기 Z방향 및 상기 X방향에 수직인 방향을 Y방향으로 했을 경우에, 상기 제어부는, 상기 제1 집광점 및 상기 제2 집광점이 상기 X방향 및 상기 Y방향 각각의 방향에서 서로 어긋나 있는 상태에서, 상기 대상물에서 상기 제1 집광점 및 상기 제2 집광점이 상기 제1 라인 및 상기 제2 라인을 따라서 상대적으로 이동하도록, 상기 공간 광변조기 및 상기 이동부를 제어하는, 레이저 가공 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 대상물은, 기판과, 상기 기판 상에 매트릭스 모양으로 배치된 복수의 기능 소자를 포함하고,
    상기 대상물에서는, 상기 복수의 기능 소자 각각의 사이를 지나도록 복수의 스트리트 영역이 격자 모양으로 연재하고 있고,
    상기 제어부는, 상기 복수의 스트리트 영역 중 서로 이웃하는 제1 스트리트 영역 및 제2 스트리트 영역 각각에 상기 제1 라인 및 상기 제2 라인 각각이 위치한 상태에서, 상기 X방향 및 상기 Y방향 각각의 방향에서 서로 어긋나 있는 상기 제1 집광점 및 상기 제2 집광점이 상기 제1 라인 및 상기 제2 라인을 따라서 상대적으로 이동하도록, 상기 공간 광변조기 및 상기 이동부를 제어하는, 레이저 가공 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 대상물은, 기판과, 상기 기판 상에 매트릭스 모양으로 배치된 복수의 기능 소자를 포함하고,
    상기 대상물에서는, 상기 복수의 기능 소자 각각의 사이를 지나도록 복수의 스트리트 영역이 격자 모양으로 연재하고 있고,
    상기 제어부는, 상기 복수의 스트리트 영역 각각에 상기 제1 라인 및 상기 제2 라인이 위치한 상태에서, 상기 X방향 및 상기 Y방향 각각의 방향에서 서로 어긋나 있는 상기 제1 집광점 및 상기 제2 집광점이 상기 제1 라인 및 상기 제2 라인을 따라서 상대적으로 이동하도록, 상기 공간 광변조기 및 상기 이동부를 제어하는, 레이저 가공 장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 항에 있어서,
    제1 광차단부를 더 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 레이저광이 상기 제1 가공광 및 상기 제2 가공광을 포함하는 0차광 및 ±n차광(n는 자연수)으로 분기되도록, 상기 공간 광변조기를 제어하고,
    상기 제1 광차단부는, 상기 0차광 및 상기 ±n차광 중 상기 대상물에서 상기 제1 가공광 및 상기 제2 가공광의 외측에 집광되는 광을 차단하는, 레이저 가공 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    렌즈로서 기능하는 제1 광학 소자 및 제2 광학 소자를 가지는 조정 광학계를 더 구비하고,
    상기 제1 광학 소자 및 상기 제2 광학 소자는, 상기 공간 광변조기에서의 상기 레이저광의 파면 형상과 상기 집광부에서의 상기 레이저광의 파면 형상이 상사적으로 일치함과 아울러 상기 제1 광학 소자 및 상기 제2 광학 소자가 양측 텔레센트릭 광학계가 되도록, 배치되어 있고,
    상기 제1 광차단부는, 상기 제1 광학 소자와 상기 제2 광학 소자와의 사이의 푸리에면 상에 배치되어 있는, 레이저 가공 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1 광차단부는, 상기 Y방향에서 서로 마주 본 한쌍의 제1 부분을 가지고,
    상기 한쌍의 제1 부분 각각은, 상기 Y방향을 따라서 이동 가능한, 레이저 가공 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 Y방향에서의 상기 제1 집광점 및 상기 제2 집광점의 어긋남량에 근거하여 상기 한쌍의 제1 부분의 사이의 거리를 결정하고, 결정한 상기 거리를 사이에 두고 상기 한쌍의 제1 부분이 상기 Y방향에서 서로 마주 보도록, 상기 제1 광차단부를 제어하는, 레이저 가공 장치.
  8. 청구항 5 내지 청구항 7 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제1 광차단부는, 상기 X방향에서 서로 마주 본 한쌍의 제2 부분을 가지는, 레이저 가공 장치.
  9. 청구항 4 내지 청구항 8 중 어느 하나의 항에 있어서,
    0차광 및/또는 비변조광을 차단하는 제2 광차단부를 더 구비하고,
    상기 제2 광차단부는, 상기 0차광의 광로 및/또는 상기 비변조광의 광로에 대해서 진퇴 가능한, 레이저 가공 장치.
  10. 대상물을 지지하는 지지부와,
    레이저광을 출사하는 광원과,
    상기 광원으로부터 출사된 상기 레이저광을 변조하는 공간 광변조기와,
    상기 공간 광변조기에 의해서 변조된 상기 레이저광을 Z방향에서의 일방의 측으로부터 상기 대상물에 집광하는 집광부와,
    상기 집광부를 상기 지지부에 대해서 상대적으로 이동시키는 이동부를 구비하는 레이저 가공 장치에서 실시되는 레이저 가공 방법으로서,
    상기 레이저광이 제1 가공광 및 제2 가공광으로 분기되도록, 상기 공간 광변조기를 제어하는 제1 스텝과,
    상기 대상물에서 상기 제1 가공광의 제1 집광점 및 상기 제2 가공광의 제2 집광점이 제1 라인 및 제2 라인을 따라서 상대적으로 이동하도록, 상기 이동부를 제어하는 제2 스텝을 구비하고,
    상기 제1 스텝에서는, 상기 제1 집광점 및 상기 제2 집광점의 상대적인 이동 방향을 X방향으로 하고, 상기 Z방향 및 상기 X방향에 수직인 방향을 Y방향으로 했을 경우에, 상기 제1 집광점 및 상기 제2 집광점이 상기 X방향 및 상기 Y방향 각각의 방향에서 서로 어긋나도록, 상기 공간 광변조기가 제어되는, 레이저 가공 방법.
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