KR20130103357A

KR20130103357A - 레이저 가공 방법 및 레이저 가공 장치

Info

Publication number: KR20130103357A
Application number: KR1020130019345A
Authority: KR
Inventors: 히로시 모리카즈
Original assignee: 가부시기가이샤 디스코
Priority date: 2012-03-09
Filing date: 2013-02-22
Publication date: 2013-09-23
Also published as: TW201400219A; JP6034030B2; TWI597118B; CN103302411A; KR102028206B1; CN103302411B; JP2013184213A

Abstract

본 발명은, 제1 재료에 의해 형성된 제1 부재와 제2 재료에 의해 형성된 제2 부재가 접속된 피가공물에 제1 부재로부터 제2 부재에 도달하는 레이저 가공 구멍을 형성할 때에, 레이저 가공 구멍의 내벽에 제2 부재를 형성하는 제2 재료의 미립자가 부착되는 것을 억제할 수 있는 레이저 가공 방법 및 레이저 가공 장치를 제공한다.
제1 재료에 의해 형성된 제1 부재와 제2 재료에 의해 형성된 제2 부재가 접속된 피가공물에 제1 부재로부터 제2 부재에 도달하는 레이저 가공 구멍을 형성하는 본 발명에 따른 레이저 가공 방법에서는, 제1 부재 및 제2 부재에 레이저 광선이 조사되는 것에 의해 발생하는 플라즈마의 파장을 검출하고, 제1 부재의 파장을 갖는 플라즈마광만이 검출되었을 때에는 제1 출력을 갖는 펄스 레이저 광선의 조사를 계속하며, 제2 부재의 파장을 갖는 플라즈마광이 검출된 경우에는 이 제1 출력보다 높은 제2 출력을 갖는 펄스 레이저 광선을 소정 샷 조사한 후에 정지한다.

Description

레이저 가공 방법 및 레이저 가공 장치{LASER MACHINING METHOD AND LASER MACHINING APPARATUS}

본 발명은, 제1 재료에 의해 형성된 제1 부재와 제2 재료에 의해 형성된 제2 부재가 접속된 피가공물에 제1 부재로부터 제2 부재에 도달하는 레이저 가공 구멍을 형성하는 레이저 가공 방법 및 레이저 가공 장치에 관한 것이다.

반도체 디바이스 제조 공정에서는, 대략 원판 형상인 반도체 웨이퍼의 표면에 격자형으로 배열된 스트리트라고 불리는 분할 예정 라인에 의해 복수의 영역이 구획되고, 이 구획된 영역에 IC, LSI 등의 디바이스를 형성한다. 그리고, 반도체 웨이퍼를 스트리트를 따라 절단하는 것에 의해 디바이스가 형성된 영역을 분할하여 개개의 반도체칩을 제조하고 있다.

장치의 소형화, 고기능화를 도모하기 위해, 복수의 디바이스를 적층하고, 적층된 디바이스에 설치된 본딩 패드를 접속하는 모듈 구조가 실용화되어 있다. 이 모듈 구조는, 반도체 웨이퍼에 있어서 본딩 패드가 설치된 지점에 관통 구멍(비아홀)을 형성하고, 이 관통 구멍(비아홀)에 본딩 패드와 접속하는 알루미늄 등의 도전성 재료를 매립하는 구성이다(예컨대 특허문헌 1 참조).

전술한 반도체 웨이퍼에 마련되는 관통 구멍(비아홀)은, 드릴에 의해 형성되어 있다. 그런데 반도체 웨이퍼에 형성되는 관통 구멍(비아홀)은 직경이 90 ㎛∼300 ㎛로 작고, 드릴에 의한 천공은 생산성이 좋지 않다고 하는 문제가 있다.

상기 문제를 해소하기 위해, 기판 표면에 복수의 디바이스가 형성되어 있고 이 디바이스에 본딩 패드가 형성되어 있는 웨이퍼에, 기판의 이면측으로부터 펄스 레이저 광선을 조사하여 본딩 패드에 도달하는 비아홀을 효율적으로 형성하는 웨이퍼의 천공 방법이 제안되어 있다(예컨대 특허문헌 2 참조).

또한, 기판의 이면측으로부터 펄스 레이저 광선을 조사하여 본딩 패드에 도달하는 비아홀을 형성할 때에, 레이저 광선의 조사에 의해 물질이 플라즈마화되고, 그 플라즈마가 발하는 물질 고유의 스펙트럼을 검출하는 것에 의해 레이저 광선이 금속을 포함하는 본딩 패드에 도달했다고 판정하는 레이저 가공 장치가 제안되어 있다(예컨대 특허문헌 3 참조).

특허문헌 1 : 일본 특허 공개 제2003-163323호 공보 특허문헌 2 : 일본 특허 공개 제2007-67082호 공보 특허문헌 3 : 일본 특허 공개 제2009-125756호 공보

그리고, 펄스 레이저 광선의 파장은, 본딩 패드를 형성하는 금속에 대하여 흡수율이 낮고, 기판을 형성하는 실리콘이나 리튬탄탈레이트 등의 기판 재료에 대해서는 흡수율이 높은 파장이 선택되어 있지만, 기판의 이면측으로부터 펄스 레이저 광선을 조사하여 본딩 패드에 도달하는 비아홀을 형성할 때에, 기판에 형성된 비아홀이 본딩 패드에 도달하고 본딩 패드에 펄스 레이저 광선이 조사되면, 금속을 포함하는 본딩 패드가 용융하여 비산하고, 비아홀의 내벽에 금속의 미립자가 부착되어 디바이스의 품질을 저하시킨다고 하는 문제가 있다.

본 발명은 상기 사실을 감안하여 이루어진 것으로, 그 주된 기술적 과제는, 제1 재료에 의해 형성된 제1 부재와 제2 재료에 의해 형성된 제2 부재가 접속된 피가공물에 제1 부재로부터 제2 부재에 도달하는 레이저 가공 구멍을 형성할 때에, 레이저 가공 구멍의 내벽에 제2 부재를 형성하는 제2 재료의 미립자가 부착되는 것을 억제할 수 있는 레이저 가공 방법 및 레이저 가공 장치를 제공하는 것이다.

상기 주된 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 의하면, 제1 재료에 의해 형성된 제1 부재와 제2 재료에 의해 형성된 제2 부재가 접속된 피가공물에 제1 부재로부터 제2 부재에 도달하는 레이저 가공 구멍을 형성하는 레이저 가공 방법으로서,

제1 부재 및 제2 부재에 레이저 광선이 조사되는 것에 의해 발생하는 플라즈마의 파장을 검출하고, 제1 부재의 파장을 갖는 플라즈마광만이 검출되었을 때에는 제1 출력을 갖는 펄스 레이저 광선의 조사를 계속하며, 제2 부재의 파장을 갖는 플라즈마광이 검출된 경우에는 상기 제1 출력보다 높은 제2 출력을 갖는 펄스 레이저 광선을 소정 샷 조사한 후에 정지하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법이 제공된다.

상기 제1 부재를 형성하는 제1 재료는 리튬탄탈레이트로 이루어지고, 상기 제1 출력은 1 펄스당의 에너지가 40 μJ로 설정되며, 제2 출력은 1 펄스당의 에너지가 80 μJ로 설정되어 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 피가공물을 유지하는 피가공물 유지 수단과, 이 피가공물 유지 수단에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단을 구비하고, 이 레이저 광선 조사 수단은 레이저 광선을 발진하는 레이저 광선 발진 수단과, 이 레이저 광선 발진 수단에 의해 발진된 레이저 광선의 출력을 조정하는 출력 조정 수단과, 이 출력 조정 수단에 의해 출력이 조정된 레이저 광선을 집광하여 상기 피가공물 유지 수단에 유지된 피가공물에 조사하는 집광기를 구비하는 것인 레이저 가공 장치로서,

상기 레이저 광선 조사 수단으로부터 피가공물에 레이저 광선이 조사되는 것에 의해 발생하는 플라즈마의 파장을 검출하는 플라즈마 검출 수단과, 이 플라즈마 검출 수단으로부터의 검출 신호에 기초하여 상기 레이저 광선 조사 수단을 제어하는 제어 수단을 구비하고,

상기 플라즈마 검출 수단은, 플라즈마광을 제1 경로와 제2 경로로 분기하는 빔 스플리터와, 상기 제1 경로에 배치되어 제1 재료가 발하는 플라즈마의 파장만을 통과시키는 제1 밴드 패스 필터와, 이 제1 밴드 패스 필터를 통과한 광을 수광(受光)하여 광강도 신호를 상기 제어 수단에 출력하는 제1 포토디텍터와, 상기 제2 경로에 배치되어 제2 재료가 발하는 플라즈마의 파장만을 통과시키는 제2 밴드 패스 필터와, 이 제2 밴드 패스 필터를 통과한 광을 수광하여 광강도 신호를 상기 제어 수단에 출력하는 제2 포토디텍터를 구비하며,

상기 제어 수단은, 상기 레이저 광선 조사 수단을 작동하여 피가공물에 펄스 레이저 광선을 조사하고 피가공물의 제1 부재로부터 제2 부재에 도달하는 레이저 가공을 실시할 때에, 상기 제1 포토디텍터 및 상기 제2 포토디텍터로부터 출력되는 광강도 신호에 기초하여, 상기 제1 포토디텍터로부터만 광강도 신호가 출력되어 있을 때에는 제1 출력이 되도록 상기 출력 조정 수단을 제어하여 펄스 레이저 광선의 조사를 계속하고, 상기 제2 포토디텍터로부터 광강도 신호가 출력된 경우에는 상기 제1 출력보다 높은 제2 출력이 되도록 상기 출력 조정 수단을 제어하여 펄스 레이저 광선을 소정 샷 조사한 후에 정지하도록 이 레이저 광선 조사 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치가 제공된다.

본 발명에 따른 제1 재료에 의해 형성된 제1 부재와 제2 재료에 의해 형성된 제2 부재가 접속된 피가공물에 제1 부재로부터 제2 부재에 도달하는 레이저 가공 구멍을 형성하는 레이저 가공 방법에서는, 제1 부재 및 제2 부재에 레이저 광선이 조사되는 것에 의해 발생하는 플라즈마의 파장을 검출하고, 제1 부재의 파장을 갖는 플라즈마광만이 검출되었을 때에는 제1 출력을 갖는 펄스 레이저 광선의 조사를 계속하며, 제2 부재의 파장을 갖는 플라즈마광이 검출된 경우에는 상기 제1 출력보다 높은 제2 출력을 갖는 펄스 레이저 광선을 소정 샷 조사한 후에 정지하기 때문에, 제1 출력을 갖는 펄스 레이저 광선이 제2 부재에 조사되는 것에 의해 제2 부재가 용융하여 비산하고, 제1 부재에 형성된 레이저 가공 구멍의 내벽에 제2 부재의 미립자가 부착되어도, 펄스 레이저 광선이 제2 부재에 도달했다면 펄스 레이저 광선의 출력을 제1 출력보다 높은 제2 출력으로 변경하여 조사하므로, 레이저 가공 구멍의 내벽에 부착된 제2 부재의 미립자가 불어 날려져 외부에 방출되어, 그 결과 레이저 가공 구멍의 내벽에 제2 부재의 미립자가 부착되는 것을 억제할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 레이저 가공 장치에서는, 레이저 광선 조사 수단으로부터 피가공물에 레이저 광선이 조사되는 것에 의해 발생하는 플라즈마의 파장을 검출하는 플라즈마 검출 수단과, 플라즈마 검출 수단으로부터의 검출 신호에 기초하여 상기 레이저 광선 조사 수단을 제어하는 제어 수단을 구비하고, 플라즈마 검출 수단은, 플라즈마광을 제1 경로와 제2 경로로 분기하는 빔 스플리터와, 제1 경로에 배치되어 제1 재료가 발하는 플라즈마의 파장만을 통과시키는 제1 밴드 패스 필터와, 제1 밴드 패스 필터를 통과한 광을 수광하여 광강도 신호를 제어 수단에 출력하는 제1 포토디텍터와, 제2 경로에 배치되어 제2 재료가 발하는 플라즈마의 파장만을 통과시키는 제2 밴드 패스 필터와, 제2 밴드 패스 필터를 통과한 광을 수광하여 광강도 신호를 상기 제어 수단에 출력하는 제2 포토디텍터를 구비하며, 제어 수단은, 레이저 광선 조사 수단을 작동하여 피가공물에 펄스 레이저 광선을 조사하고 피가공물의 제1 부재로부터 제2 부재에 도달하는 레이저 가공을 실시할 때에, 제1 포토디텍터 및 제2 포토디텍터로부터 출력되는 광강도 신호에 기초하여, 제1 포토디텍터로부터만 광강도 신호가 출력되어 있을 때에는 제1 출력이 되도록 출력 조정 수단을 제어하여 펄스 레이저 광선의 조사를 계속하고, 제2 포토디텍터로부터 광강도 신호가 출력된 경우에는 제1 출력보다 높은 제2 출력이 되도록 출력 조정 수단을 제어하여 펄스 레이저 광선을 소정 샷 조사한 후에 정지하도록 레이저 광선 조사 수단을 제어하기 때문에, 제1 출력을 갖는 펄스 레이저 광선이 제2 부재에 조사되는 것에 의해 제2 부재가 용융하여 비산하고, 제1 부재에 형성된 레이저 가공 구멍의 내벽에 제2 부재의 미립자가 부착되어도, 펄스 레이저 광선이 제2 부재에 도달했다면 펄스 레이저 광선의 출력을 제1 출력보다 높은 제2 출력으로 변경하여 조사하므로, 레이저 가공 구멍의 내벽에 부착된 제2 부재의 미립자가 불어 날려져 외부에 방출되어, 그 결과 레이저 가공 구멍의 내벽에 제2 부재의 미립자가 부착되는 것을 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따라 구성된 레이저 가공 장치의 사시도.
도 2는 도 1에 도시하는 레이저 가공 장치에 장비되는 레이저 광선 조사 수단의 구성 블록도.
도 3은 도 1에 도시하는 레이저 가공 장치에 장비되는 플라즈마 검출 수단의 구성 블록도.
도 4는 도 1에 도시하는 레이저 가공 장치에 장비되는 제어 수단의 구성 블록도.
도 5는 피가공물로서의 반도체 웨이퍼의 평면도.
도 6은 도 5에 도시하는 반도체 웨이퍼의 일부를 확대하여 도시하는 평면도.
도 7은 도 5에 도시하는 반도체 웨이퍼를 환형의 프레임에 장착된 보호테이프의 표면에 접착한 상태를 도시하는 사시도.
도 8은 도 5에 도시하는 반도체 웨이퍼가 도 1에 도시하는 레이저 가공 장치의 척 테이블의 소정 위치에 유지된 상태에서의 좌표와의 관계를 도시하는 설명도.
도 9는 도 1에 도시하는 레이저 가공 장치에 의해 실시하는 천공 공정의 설명도.
도 10은 도 1에 도시하는 레이저 가공 장치에 의해 실시하는 천공 공정의 설명도.
도 11은 리튬탄탈레이트 기판에 펄스 레이저 광선을 조사했을 때 발생하는 플라즈마의 광강도를 검출하는 제1 포토디텍터의 출력 전압 및 구리를 포함하는 본딩 패드에 펄스 레이저 광선을 조사했을 때 발생하는 플라즈마의 광강도를 검출하는 제2 포토디텍터의 출력 전압을 도시하는 도면.

이하, 본 발명에 따른 레이저 가공 방법 및 레이저 가공 장치의 적합한 실시형태에 대해서, 첨부 도면을 참조하여, 더 상세히 설명한다.

도 1에는, 본 발명에 따라 구성된 레이저 가공 장치의 사시도가 도시되어 있다. 도 1에 도시하는 레이저 가공 장치(1)는, 정지(靜止) 베이스(2)와, 이 정지 베이스(2)에 화살표 X로 나타내는 가공 이송 방향(X축 방향)으로 이동 가능하게 배치되어 피가공물을 유지하는 척 테이블 기구(3)와, 정지 베이스(2)에 X축 방향과 직교하는 화살표 Y로 나타내는 인덱싱 이송 방향(Y축 방향)으로 이동 가능하게 배치된 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)와, 이 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)에 화살표 Z로 나타내는 집광점 위치 조정 방향(Z축 방향)으로 이동 가능하게 배치된 레이저 광선조사 유닛(5)을 구비하고 있다.

상기 척 테이블 기구(3)는, 정지 베이스(2) 상에 X축 방향을 따라 평행하게 배치된 한 쌍의 안내 레일(31, 31)과, 이 안내 레일(31, 31) 상에 X축 방향으로 이동 가능하게 배치된 제1 슬라이딩 블록(32)과, 이 제1 슬라이딩 블록(32) 상에 Y축 방향으로 이동 가능하게 배치된 제2 슬라이딩 블록(33)과, 이 제2 슬라이딩 블록(33) 상에 원통 부재(34)에 의해 지지된 커버 테이블(35)과, 피가공물 유지 수단으로서의 척 테이블(36)을 구비하고 있다. 이 척 테이블(36)은 다공성 재료로 형성된 흡착 척(361)을 구비하고 있고, 흡착 척(361) 상에 피가공물인 예컨대 원반 형상의 반도체 웨이퍼를 도시하지 않는 흡인 수단에 의해 유지하도록 되어 있다. 이와 같이 구성된 척 테이블(36)은, 원통 부재(34) 내에 배치된 도시하지 않는 펄스 모터에 의해 회전된다. 또한 척 테이블(36)에는, 후술하는 환형의 프레임을 고정하기 위한 클램프(362)가 배치되어 있다.

상기 제1 슬라이딩 블록(32)은, 그 하면에 상기 한 쌍의 안내 레일(31, 31)과 감합하는 한 쌍의 피안내홈(321, 321)이 형성되어 있고, 그 상면에 Y축 방향을 따라 평행하게 형성된 한 쌍의 안내 레일(322, 322)이 설치되어 있다. 이와 같이 구성된 제1 슬라이딩 블록(32)은, 피안내홈(321, 321)이 한 쌍의 안내 레일(31, 31)에 감합하는 것에 의해, 한 쌍의 안내 레일(31, 31)을 따라 X축 방향으로 이동 가능하게 구성된다. 도시한 실시형태에서의 척 테이블 기구(3)는, 제1 슬라이딩 블록(32)을 한 쌍의 안내 레일(31, 31)을 따라 X축 방향으로 이동시키기 위한 X축 방향 이동 수단[가공 이송 수단(37)]을 구비하고 있다. 이 가공 이송 수단(37)은, 상기 한 쌍의 안내 레일(31과 31) 사이에 평행하게 배치된 수나사 로드(371)와, 이 수나사 로드(371)를 회전 구동하기 위한 펄스 모터(372) 등의 구동원을 포함하고 있다. 수나사 로드(371)는, 그 일단이 상기 정지 베이스(2)에 고정된 베어링 블록(373)에 회전 가능하게 지지되어 있고, 그 타단이 상기 펄스 모터(372)의 출력축에 전동(傳動) 연결되어 있다. 또한 수나사 로드(371)는, 제1 슬라이딩 블록(32)의 중앙부 하면에 돌출하여 마련된 도시하지 않는 암나사 블록에 형성된 관통 암나사 구멍에 나사 결합되어 있다. 따라서, 펄스 모터(372)에 의해 수나사 로드(371)를 정회전 및 역회전 구동하는 것에 의해, 제1 슬라이딩 블록(32)은 안내 레일(31, 31)을 따라 X축 방향으로 이동된다.

도시한 실시형태에서의 레이저 가공 장치는, 상기 척 테이블(36)의 가공 이송량, 즉 X축 방향 위치를 검출하기 위한 X축 방향 위치 검출 수단(374)을 구비하고 있다. X축 방향 위치 검출 수단(374)은, 안내 레일(31)을 따라 배치된 리니어 스케일(374a)과, 제1 슬라이딩 블록(32)에 배치되어 제1 슬라이딩 블록(32)과 함께 리니어 스케일(374a)을 따라 이동하는 리딩 헤드(reading head)(374b)를 포함하고 있다. 이 X축 방향 위치 검출 수단(374)의 리딩 헤드(374b)는, 도시한 실시형태에서는 1 ㎛ 마다 1 펄스의 펄스 신호를 후술하는 제어 수단에 보낸다. 그리고 후술하는 제어 수단은, 입력한 펄스 신호를 카운트함으로써, 척 테이블(36)의 가공 이송량, 즉 X축 방향의 위치를 검출한다. 또한, 상기 가공 이송 수단(37)의 구동원으로서 펄스 모터(372)를 이용한 경우에는, 펄스 모터(372)에 구동 신호를 출력하는 후술하는 제어 수단의 구동 펄스를 카운트함으로써, 척 테이블(36)의 가공 이송량, 즉 X축 방향의 위치를 검출할 수도 있다. 또한, 상기 가공 이송 수단(37)의 구동원으로서 서보 모터를 이용한 경우에는, 서보 모터의 회전수를 검출하는 로터리 인코더가 출력하는 펄스 신호를 후술하는 제어 수단에 보내, 제어 수단이 입력한 펄스 신호를 카운트함으로써, 척 테이블(36)의 가공 이송량, 즉 X축 방향의 위치를 검출할 수도 있다.

상기 제2 슬라이딩 블록(33)은, 그 하면에 상기 제1 슬라이딩 블록(32)의 상면에 설치된 한 쌍의 안내 레일(322, 322)과 감합하는 한 쌍의 피안내홈(331, 331)이 형성되어 있고, 이 피안내홈(331, 331)을 한 쌍의 안내 레일(322, 322)에 감합하는 것에 의해, Y축 방향으로 이동 가능하게 구성된다. 도시한 실시형태에서의 척 테이블 기구(3)는, 제2 슬라이딩 블록(33)을 제1 슬라이딩 블록(32)에 설치된 한 쌍의 안내 레일(322, 322)을 따라 Y축 방향으로 이동시키기 위한 제1 Y축 방향 이동 수단[제1 인덱싱 이송 수단(38)]을 구비하고 있다. 이 제1 인덱싱 이송 수단(38)은, 상기 한 쌍의 안내 레일(322와 322) 사이에 평행하게 배치된 수나사 로드(381)와, 이 수나사 로드(381)를 회전 구동하기 위한 펄스 모터(382) 등의 구동원을 포함하고 있다. 수나사 로드(381)는, 그 일단이 상기 제1 슬라이딩 블록(32)의 상면에 고정된 베어링 블록(383)에 회전 가능하게 지지되어 있고, 그 타단이 상기 펄스 모터(382)의 출력축에 전동 연결되어 있다. 또한 수나사 로드(381)는, 제2 슬라이딩 블록(33)의 중앙부 하면에 돌출하여 마련된 도시하지 않는 암나사 블록에 형성된 관통 암나사 구멍에 나사 결합되어 있다. 따라서, 펄스 모터(382)에 의해 수나사 로드(381)를 정회전 및 역회전 구동하는 것에 의해, 제2 슬라이딩 블록(33)은 안내 레일(322, 322)을 따라 Y축 방향으로 이동된다.

도시한 실시형태에서의 레이저 가공 장치는, 상기 제2 슬라이딩 블록(33)의 인덱싱 가공 이송량, 즉 Y축 방향 위치를 검출하기 위한 Y축 방향 위치 검출 수단(384)을 구비하고 있다. 이 Y축 방향 위치 검출 수단(384)은, 안내 레일(322)을 따라 배치된 리니어 스케일(384a)과, 제2 슬라이딩 블록(33)에 배치되어 제2 슬라이딩 블록(33)과 함께 리니어 스케일(384a)을 따라 이동하는 리딩 헤드(384b)를 포함하고 있다. 이 Y축 방향 위치 검출 수단(384)의 리딩 헤드(384b)는, 도시한 실시형태에서는 1 ㎛ 마다 1 펄스의 펄스 신호를 후술하는 제어 수단에 보낸다. 그리고 후술하는 제어 수단은, 입력한 펄스 신호를 카운트함으로써, 척 테이블(36)의 인덱싱 이송량, 즉 Y축 방향의 위치를 검출한다. 또한, 상기 제1 인덱싱 이송 수단(38)의 구동원으로서 펄스 모터(382)를 이용한 경우에는, 펄스 모터(382)에 구동 신호를 출력하는 후술하는 제어 수단의 구동 펄스를 카운트하는 것에 의해, 척 테이블(36)의 인덱싱 이송량, 즉 Y축 방향의 위치를 검출할 수도 있다. 또한, 상기 제1 인덱싱 이송 수단(38)의 구동원으로서 서보 모터를 이용한 경우에는, 서보 모터의 회전수를 검출하는 로터리 인코더가 출력하는 펄스 신호를 후술하는 제어 수단에 보내, 제어 수단이 입력한 펄스 신호를 카운트함으로써, 척 테이블(36)의 인덱싱 이송량, 즉 Y축 방향의 위치를 검출할 수도 있다.

상기 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)는, 정지 베이스(2) 상에 Y축 방향을 따라 평행하게 배치된 한 쌍의 안내 레일(41, 41)과, 이 안내 레일(41, 41) 상에 화살표 Y로 나타내는 방향으로 이동 가능하게 배치된 가동 지지 베이스(42)를 구비하고 있다. 이 가동 지지 베이스(42)는, 안내 레일(41, 41) 상에 이동 가능하게 배치된 이동 지지부(421)와, 이 이동 지지부(421)에 부착된 장착부(422)를 포함하고 있다. 장착부(422)는, 일측면에 Z축 방향으로 연장되는 한 쌍의 안내 레일(423, 423)이 평행하게 설치된다. 도시한 실시형태에서의 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)는, 가동 지지 베이스(42)를 한 쌍의 안내 레일(41, 41)을 따라 Y축 방향으로 이동시키기 위한 제2 Y축 방향 이동 수단[제2 인덱싱 이송 수단(43)]을 구비하고 있다. 이 제2 인덱싱 이송 수단(43)은, 상기 한 쌍의 안내 레일(41, 41) 사이에 평행하게 배치된 수나사 로드(431)와, 이 수나사 로드(431)를 회전 구동하기 위한 펄스 모터(432) 등의 구동원을 포함하고 있다. 수나사 로드(431)는, 그 일단이 상기 정지 베이스(2)에 고정된 도시하지 않는 베어링 블록에 회전 가능하게 지지되어 있고, 그 타단이 상기 펄스 모터(432)의 출력축에 전동 연결되어 있다. 또한 수나사 로드(431)는, 가동 지지 베이스(42)를 구성하는 이동 지지부(421)의 중앙부 하면에 돌출하여 마련된 도시하지 않는 암나사 블록에 형성된 암나사 구멍에 나사 결합되어 있다. 이 때문에, 펄스 모터(432)에 의해 수나사 로드(431)를 정회전 및 역회전 구동하는 것에 의해, 가동 지지 베이스(42)는 안내 레일(41, 41)을 따라 Y축 방향으로 이동된다.

도시한 실시형태에서의 레이저 광선 조사 유닛(5)은, 유닛 홀더(51)와, 이 유닛 홀더(51)에 부착된 레이저 광선 조사 수단(52)을 구비하고 있다. 유닛 홀더(51)는, 상기 장착부(422)에 설치된 한 쌍의 안내 레일(423, 423)에 미끄럼 이동 가능하게 감합하는 한 쌍의 피안내홈(511, 511)이 형성되어 있고, 이 피안내홈(511, 511)을 상기 안내 레일(423, 423)에 감합하는 것에 의해, Z축 방향으로 이동 가능하게 지지된다.

도시한 실시형태에서의 레이저 광선 조사 유닛(5)은, 유닛 홀더(51)를 한 쌍의 안내 레일(423, 423)을 따라 Z축 방향으로 이동시키기 위한 Z축 방향 이동 수단[집광점 위치 조정 수단(53)]을 구비하고 있다. 집광점 위치 조정 수단(53)은, 한 쌍의 안내 레일(423, 423) 사이에 배치된 수나사 로드(도시 생략)와, 이 수나사 로드를 회전 구동하기 위한 펄스 모터(532) 등의 구동원을 포함하고 있고, 펄스 모터(532)에 의해 도시 생략한 수나사 로드를 정회전 및 역회전 구동하는 것에 의해, 유닛 홀더(51) 및 레이저 광선 조사 수단(52)을 안내 레일(423, 423)을 따라 Z축 방향으로 이동시키게 된다. 또한, 도시한 실시형태에서는 펄스 모터(532)를 정회전 구동하는 것에 의해 레이저 광선 조사 수단(52)을 위쪽으로 이동시키고, 펄스 모터(532)를 역회전 구동하는 것에 의해 레이저 광선 조사 수단(52)을 아래쪽으로 이동시키도록 되어 있다.

상기 레이저 광선 조사 수단(52)은, 실질상 수평으로 배치된 원통 형상의 케이싱(521)과, 도 2에 도시하는 바와 같이 케이싱(521) 내에 배치된 펄스 레이저 광선 발진 수단(6)과, 펄스 레이저 광선 발진 수단(6)이 발진된 레이저 광선의 광축을 가공 이송 방향(X축 방향)으로 편향하는 광 편향 수단으로서의 음향 광학 편향 수단(7)과, 이 음향 광학 편향 수단(7)을 통과한 펄스 레이저 광선을 상기 척 테이블(36)에 유지된 피가공물(W)에 조사하는 집광기(8)를 구비하고 있다.

상기 펄스 레이저 광선 발진 수단(6)은, YAG 레이저 발진기 또는 YVO4 레이저 발진기를 포함하는 펄스 레이저 광선 발진기(61)와, 이것에 부설(付設)된 반복 주파수 설정 수단(62)으로 구성되어 있다. 펄스 레이저 광선 발진기(61)는, 반복 주파수 설정 수단(62)에 의해 설정된 소정 주파수의 펄스 레이저 광선(LB)을 발진한다. 반복 주파수 설정 수단(62)은, 펄스 레이저 광선 발진기(61)가 발진하는 펄스 레이저 광선의 반복 주파수를 설정한다. 이들 펄스 레이저 광선 발진 수단(6)의 펄스 레이저 광선 발진기(61) 및 반복 주파수 설정 수단(62)은, 후술하는 제어 수단에 의해 제어된다.

상기 음향 광학 편향 수단(7)은, 펄스 레이저 광선 발진 수단(6)이 발진한 펄스 레이저 광선(LB)의 광축을 가공 이송 방향(X축 방향)으로 편향하는 음향 광학 소자(71)와, 이 음향 광학 소자(71)에 인가하는 RF(radio frequency)를 생성하는 RF 발진기(72)와, 이 RF 발진기(72)에 의해 생성된 RF의 파워를 증폭하여 음향 광학 소자(71)에 인가하는 RF 증폭기(73)와, RF 발진기(72)에 의해 생성되는 RF의 주파수를 조정하는 편향 각도 조정 수단(74)과, RF 발진기(72)에 의해 생성되는 RF의 진폭을 조정하는 출력 조정 수단(75)을 구비하고 있다. 상기 음향 광학 소자(71)는, 인가되는 RF의 주파수에 대응하여 레이저 광선의 광축을 편향하는 각도를 조정할 수 있고, 인가되는 RF의 진폭에 대응하여 레이저 광선의 출력을 조정할 수 있다. 한편, 광 편향 수단으로서는 상기 음향 광학 편향 수단(7) 대신에 전자 광학 소자를 이용한 전자 광학 편향 수단을 사용하여도 좋다. 전술한 편향 각도 조정 수단(74) 및 출력 조정 수단(75)은, 후술하는 제어 수단에 의해 제어된다.

또한, 도시한 실시형태에서의 레이저 광선 조사 수단(52)은, 상기 음향 광학 소자(71)에 소정 주파수의 RF가 인가된 경우에, 도 2에서 파선으로 도시하는 바와 같이 음향 광학 소자(71)에 의해 편향된 레이저 광선을 흡수하기 위한 레이저 광선 흡수 수단(76)을 구비하고 있다.

상기 집광기(8)는 케이싱(521)의 선단에 장착되어 있고, 상기 음향 광학 편향 수단(7)에 의해 편향된 펄스 레이저 광선을 아래쪽을 향해 방향 변환하는 방향 변환 미러(81)와, 이 방향 변환 미러(81)에 의해 방향 변환된 레이저 광선을 집광하는 텔리센트릭 렌즈를 포함하는 집광 렌즈(82)를 구비하고 있다.

도시한 실시형태에서의 레이저 광선 조사 수단(52)은 이상과 같이 구성되어 있고, 이하 그 작용에 대해서 도 2를 참조하여 설명한다.

음향 광학 편향 수단(7)의 편향 각도 조정 수단(74)에 후술하는 제어 수단으로부터 예컨대 5 V의 전압이 인가되고, 음향 광학 소자(71)에 5 V에 대응하는 주파수의 RF가 인가된 경우에는, 펄스 레이저 광선 발진 수단(6)으로부터 발진된 펄스 레이저 광선은, 그 광축이 도 2에서 1점 쇄선으로 도시하는 바와 같이 편향되어 집광점(Pa)에 집광된다. 또한, 편향 각도 조정 수단(74)에 후술하는 제어 수단으로부터 예컨대 10 V의 전압이 인가되고, 음향 광학 소자(71)에 10 V에 대응하는 주파수의 RF가 인가된 경우에는, 펄스 레이저 광선 발진 수단(6)으로부터 발진된 펄스 레이저 광선은, 그 광축이 도 2에서 실선으로 도시하는 바와 같이 편향되고, 상기 집광점(Pa)으로부터 가공 이송 방향(X축 방향)으로 도 2에서의 좌측으로 소정량 변위된 집광점(Pb)에 집광된다. 한편, 편향 각도 조정 수단(74)에 후술하는 제어 수단으로부터 예컨대 15 V의 전압이 인가되고, 음향 광학 소자(71)에 15 V에 대응하는 주파수의 RF가 인가된 경우에는, 펄스 레이저 광선 발진 수단(6)으로부터 발진된 펄스 레이저 광선은, 그 광축이 도 2에서 2점 쇄선으로 도시하는 바와 같이 편향되고, 상기 집광점(Pb)으로부터 가공 이송 방향(X축 방향)으로 도 2에서의 좌측으로 소정량 변위된 집광점(Pc)에 집광된다. 또한, 음향 광학 편향 수단(7)의 편향 각도 조정 수단(74)에 후술하는 제어 수단으로부터 예컨대 0 V의 전압이 인가되고, 음향 광학 소자(71)에 0 V에 대응하는 주파수의 RF가 인가된 경우에는, 펄스 레이저 광선 발진 수단(6)으로부터 발진된 펄스 레이저 광선은, 도 2에서 파선으로 도시하는 바와 같이 레이저 광선 흡수 수단(76)에 유도된다. 이와 같이, 음향 광학 소자(71)에 의해 편향된 레이저 광선은, 편향 각도 조정 수단(74)에 인가되는 전압에 대응하여 가공 이송 방향(X축 방향)으로 편향된다.

도 1을 다시 참조하여 설명을 계속하면, 도시한 실시형태에서의 레이저 가공 장치는, 레이저 광선 조사 유닛(5)을 구성하는 레이저 광선 조사 수단(52)의 케이싱(521)에 부착되고, 레이저 광선 조사 수단(52)으로부터 피가공물에 레이저 광선이 조사되는 것에 의해 발생하는 플라즈마를 검출하는 플라즈마 검출 수단(9)을 구비하고 있다. 이 플라즈마 검출 수단(9)은, 도 3에 도시하는 바와 같이 레이저 광선 조사 수단(52)의 집광기(8)로부터 조사되는 레이저 광선이 척 테이블(36)에 유지된 피가공물(W)에 조사되는 것에 의해 발생하는 플라즈마를 수광하는 플라즈마 수광 수단(91)과, 이 플라즈마 수광 수단(91)에 의해 수광된 플라즈마광을 제1 광로(92a)와 제2 광로(92b)로 분기하는 빔 스플리터(92)와, 제1 광로(92a)에 배치되어 파장이 제1 설정 파장(후술하는 피가공물의 제1 부재를 형성하는 제1 재료가 발하는 파장)의 광만을 통과시키는 제1 밴드 패스 필터(93)와, 이 제1 밴드 패스 필터(93)를 통과한 광을 수광하여 광강도 신호를 출력하는 제1 포토디텍터(94)와, 제2 광로(92b)에 배치된 방향 변환 미러(95)와, 이 방향 변환 미러(95)에 의해 방향 변환된 플라즈마광의 파장이 제2 설정 파장(후술하는 피가공물의 제2 부재를 형성하는 제2 재료가 발하는 파장)의 광만을 통과시키는 제2 밴드 패스 필터(196)와, 이 제2 밴드 패스 필터(96)를 통과한 광을 수광하여 광강도 신호를 출력하는 제2 포토디텍터(97)를 구비하고 있다. 상기 플라즈마 수광 수단(91)은, 집광 렌즈(911)와, 이 집광 렌즈(911)를 수용하는 렌즈 케이스(912)를 포함하고, 렌즈 케이스(912)는 도 1에 도시하는 바와 같이 레이저 광선 조사 수단(52)의 케이싱(521)에 부착된다. 또한, 도 1에 도시하는 바와 같이 렌즈 케이스(912)에는 각도 조정용 손잡이(913)가 배치되어 있어, 집광 렌즈(911)의 설치 각도를 조정할 수 있게 되어 있다. 또한, 상기 제1 밴드 패스 필터(93)는, 도시한 실시형태에서는 리튬탄탈레이트의 플라즈마광의 파장(670 ㎚)만을 통과시키기 위해 파장이 660 ㎚∼680 ㎚의 범위의 광을 통과시키도록 되어 있다. 또한, 상기 제2 밴드 패스 필터(96)는, 도시한 실시형태에서는 구리의 플라즈마광의 파장(515 ㎜)만을 통과시키기 위해 파장이 500 ㎚∼540 ㎚의 범위의 광을 통과시키도록 되어 있다. 도시한 실시형태에서의 플라즈마 검출 수단(9)은 이상과 같이 구성되어 있고, 제1 밴드 패스 필터(93)를 통과한 광을 수광한 제1 포토디텍터(94) 및 제2 밴드 패스 필터(96)를 통과한 광을 수광한 제2 포토디텍터(97)는, 각각 수광한 광의 강도에 대응하는 전압 신호를 후술하는 제어 수단에 출력한다.

도 1을 다시 참조하여 설명을 계속하면, 도시한 실시형태에서의 레이저 가공 장치는, 케이싱(521)의 전단부에 배치되며 상기 레이저 광선 조사 수단(52)에 의해 레이저 가공해야 하는 가공 영역을 촬상하는 촬상 수단(11)을 구비한다. 이 촬상 수단(11)은, 가시광선에 의해 촬상하는 통상의 촬상 소자(CCD) 외에, 피가공물에 적외선을 조사하는 적외선 조명 수단과, 이 적외선 조명 수단에 의해 조사된 적외선을 포착하는 광학계와, 이 광학계에 의해 포착된 적외선에 대응한 전기 신호를 출력하는 촬상 소자(적외선 CCD) 등으로 구성되어 있고, 촬상한 화상 신호를 후술하는 제어 수단에 보낸다.

도시한 실시형태에서의 레이저 가공 장치는, 도 4에 도시하는 제어 수단(20)을 구비하고 있다. 제어 수단(20)은 컴퓨터에 의해 구성되어 있고, 제어 프로그램에 따라 연산 처리하는 중앙 처리 장치(CPU)(201)와, 제어 프로그램 등을 저장하는 리드 온리 메모리(ROM)(202)와, 후술하는 제어 맵이나 피가공물의 설계값의 데이터나 연산 결과 등을 저장하는 기록 및 판독 가능한 랜덤 액세스 메모리(RAM)(203)와, 카운터(204)와, 입력 인터페이스(205) 및 출력 인터페이스(206)를 구비하고 있다. 제어 수단(20)의 입력 인터페이스(205)에는, 상기 X축 방향 위치 검출 수단(374), Y축 방향 위치 검출 수단(384), 플라즈마 검출 수단(9)의 제1 포토디텍터(94) 및 제2 포토디텍터(97), 촬상 수단(11) 등으로부터의 검출 신호가 입력된다. 그리고, 제어 수단(20)의 출력 인터페이스(206)로부터는, 상기 펄스 모터(372), 펄스 모터(382), 펄스 모터(432), 펄스 모터(532), 레이저 광선 조사 수단(52)을 구성하는 펄스 레이저 광선 발진 수단(6)의 펄스 레이저 광선 발진기(61), 반복 주파수 설정 수단(62) 및 음향 광학 편향 수단(7)의 편향 각도 조정 수단(74), 출력 조정 수단(75) 등에 제어 신호를 출력한다. 한편, 상기 랜덤 액세스 메모리(RAM)(203)는, 피가공물을 형성하는 물질과 플라즈마의 파장의 관계를 기억하는 제1 기억 영역(203a)이나 후술하는 웨이퍼의 설계값의 데이터를 기억하는 제2 기억 영역(203b)이나 다른 기억 영역을 구비하고 있다.

도시한 실시형태에서의 레이저 가공 장치는 이상과 같이 구성되어 있고, 이하 그 작용에 대해서 설명한다.

도 5에는 레이저 가공되는 피가공물로서의 웨이퍼(30)의 평면도가 도시되어 있다. 도 5에 도시하는 웨이퍼(30)는, 도시한 실시형태에서는 두께가 300 ㎛의 리튬탄탈레이트 기판(300)(제1 부재)의 표면(300a)에 격자형으로 배열된 복수의 분할 예정 라인(301)에 의해 복수의 영역이 구획되고, 이 구획된 영역에 디바이스(302)가 각각 형성되어 있다. 각 디바이스(302)는, 모두 동일한 구성을 하고 있다. 디바이스(302)의 표면에는 각각 도 6에 도시하는 바와 같이 복수의 본딩 패드(303)(303a∼303j)(제2 부재)가 형성되어 있다. 제2 부재로서의 본딩 패드(303)(303a∼303j)는, 도시한 실시형태에서는 구리에 의해 형성되어 있다. 또한 도시한 실시형태에는, 303a와 303f, 303b와 303g, 303c와 303h, 303d와 303i, 303e와 303j는, X 방향 위치가 동일하다. 이 복수의 본딩 패드(303)(303a∼303j)에 각각 이면(300b)으로부터 본딩 패드(303)에 도달하는 가공 구멍(비아홀)이 형성된다. 각 디바이스(302)에서의 본딩 패드(303)(303a∼303j)의 X 방향(도 6에서 좌우 방향)의 간격 A, 및 각 디바이스(302)에 형성된 본딩 패드(303)에 있어서 분할 예정 라인(301)을 사이에 두고 X 방향(도 6에서 좌우 방향)으로 인접하는 본딩 패드, 즉 본딩 패드(303e)와 본딩 패드(303a)의 간격 B는, 도시한 실시형태에서는 동일 간격으로 설정되어 있다. 또한, 각 디바이스(302)에서의 본딩 패드(303)(303a∼303j)의 Y 방향(도 6에서 상하 방향)의 간격 C, 및 각 디바이스(302)에 형성된 본딩 패드(303)에 있어서 분할 예정 라인(301)을 사이에 두고 Y 방향(도 6에서 상하 방향)으로 인접하는 본딩 패드, 즉 본딩 패드(303f)와 본딩 패드(303a) 및 본딩 패드(303j)와 본딩 패드(303e)의 간격 D는, 도시한 실시형태에서는 동일 간격으로 설정되어 있다. 이와 같이 구성된 웨이퍼(30)에 대해서, 도 5에 도시하는 각 행 E1‥‥En 및 각 열 F1‥‥Fn에 배치된 디바이스(302)의 개수와 상기 각 간격 A, B, C, D 및 X, Y 좌표값은, 그 설계값의 데이터가 상기 랜덤 액세스 메모리(RAM)(203)의 제2 기억 영역(203b)에 저장되어 있다.

전술한 레이저 가공 장치를 이용하여, 웨이퍼(30)에 형성된 각 디바이스(302)의 본딩 패드(303)[303a∼303j]부에 레이저 가공 구멍(비아홀)을 형성하는 레이저 가공의 실시형태에 대해서 설명한다.

웨이퍼(30)는, 도 7에 도시하는 바와 같이 환형의 프레임(40)에 장착된 폴리올레핀 등의 합성수지 시트로 이루어지는 보호테이프(50)에 표면(300a)을 접착한다. 따라서, 웨이퍼(30)는 이면(300b)이 상측이 된다. 이와 같이 하여, 환형의 프레임(40)에 보호테이프(50)를 통해 지지된 웨이퍼(30)는, 도 1에 도시하는 레이저 가공 장치의 척 테이블(36) 상에 보호테이프(50)측을 배치한다. 그리고, 도시하지 않는 흡인 수단을 작동하는 것에 의해 웨이퍼(30)는, 보호테이프(50)를 통해 척 테이블(36) 상에 흡인 유지된다. 따라서, 웨이퍼(30)는, 이면(300b)을 상측으로 하여 유지된다. 또한, 환형의 프레임(40)은, 클램프(362)에 의해 고정된다.

전술한 바와 같이 웨이퍼(30)를 흡인 유지한 척 테이블(36)은, 가공 이송 수단(37)에 의해 촬상 수단(11)의 바로 아래에 위치한다. 척 테이블(36)이 촬상 수단(11)의 바로 아래에 위치하면, 척 테이블(36) 상의 웨이퍼(30)는, 도 8에 도시하는 좌표 위치에 위치한 상태가 된다. 이 상태로, 척 테이블(36)에 유지된 웨이퍼(30)에 형성되어 있는 격자형의 분할 예정 라인(301)이 X축 방향과 Y축 방향으로 평행하게 배치되어 있는가의 여부의 얼라인먼트 작업을 실시한다. 즉, 촬상 수단(11)에 의해 척 테이블(36)에 유지된 웨이퍼(30)를 촬상하고, 패턴 매칭 등의 화상 처리를 실행하여 얼라인먼트 작업을 행한다. 이때, 웨이퍼(30)의 분할 예정 라인(301)이 형성되어 있는 표면(300a)은 하측에 위치하고 있지만, 웨이퍼(30)를 형성하는 리튬탄탈레이트 기판(300)은 투명체이기 때문에, 웨이퍼(30)의 이면(300b)으로부터 비쳐 분할 예정 라인(301)을 촬상할 수 있다.

다음에, 척 테이블(36)을 이동하여, 웨이퍼(30)에 형성된 디바이스(302)에 있어서 최상위 행 E1의 도 8에서의 최좌측단의 디바이스(302)를 촬상 수단(11)의 바로 아래에 위치시킨다. 그리고, 디바이스(302)에 형성된 전극(303)(303a∼303j)에 있어서 도 8에서의 좌상(左上)의 전극(303a)을 촬상 수단(11)의 바로 아래에 위치시킨다. 이 상태로 촬상 수단(11)이 전극(303a)을 검출했다면 그 좌표값(a1)을 제1 가공 이송 시작 위치 좌표값으로서 제어 수단(20)에 보낸다. 그리고, 제어 수단(20)은, 이 좌표값(a1)을 제1 가공 이송 시작 위치 좌표값으로서 랜덤 액세스 메모리(RAM)(203)에 저장한다(가공 이송 시작 위치 검출 공정). 이때, 촬상 수단(11)과 레이저 광선 조사 수단(52)의 집광기(8)는 X축 방향으로 소정 간격을 두고 배치되어 있기 때문에, X 좌표값은 상기 촬상 수단(11)과 집광기(8)의 간격을 더한 값이 저장된다.

이와 같이 하여 도 8에 있어서 최상위 행 E1의 디바이스(302)에서의 제1 가공 이송 시작 위치 좌표값(a1)을 검출했다면, 척 테이블(36)을 분할 예정 라인(301)의 간격만큼 Y축 방향으로 인덱싱 이송하고 X축 방향으로 이동하여, 도 8에 있어서 최상위로부터 2번째 행 E2에서의 최좌측단의 디바이스(302)를 촬상 수단(11)의 바로 아래에 위치시킨다. 그리고, 또한 디바이스(302)에 형성된 전극(303)(303a∼303j)에 있어서 도 8에서의 좌상의 전극(303a)을 촬상 수단(11)의 바로 아래에 위치시킨다. 이 상태로 촬상 수단(11)이 전극(303a)을 검출했다면 이 좌표값(a2)을 제2 가공 이송 시작 위치 좌표값으로서 제어 수단(20)에 보낸다. 그리고, 제어 수단(20)은, 이 좌표값(a2)을 제2 가공 이송 시작 위치 좌표값으로서 랜덤 액세스 메모리(RAM)(203)에 저장한다. 이때, 촬상 수단(11)과 레이저 광선 조사 수단(52)의 집광기(8)는 전술한 바와 같이 X축 방향으로 소정 간격을 두고 배치되어 있기 때문에, X 좌표값은 상기 촬상 수단(11)과 집광기(8)의 간격을 더한 값이 저장된다. 이후, 제어 수단(20)은, 전술한 인덱싱 이송과 가공 이송 시작 위치 검출 공정을 도 8에서의 최하위 행 En까지 반복하여 실행하고, 각 행에 형성된 디바이스(302)의 가공 이송 시작 위치 좌표값(a3∼an)을 검출하여, 이것을 랜덤 액세스 메모리(RAM)(203)에 저장한다. 또한 도시한 실시형태에서는, 웨이퍼(30)에 형성된 복수의 디바이스(302)에 있어서 도 8에서의 최하위 행 En의 최좌측단의 디바이스(302)가 계측 디바이스로서 설정되고, 이 계측 디바이스의 가공 이송 시작 위치 좌표값(an)이 계측 위치 좌표값(an)으로서 랜덤 액세스 메모리(RAM)(203)에 저장된다.

전술한 가공 이송 시작 위치 검출 공정을 실시했다면, 웨이퍼(30)의 각 디바이스(302)에 형성된 각 전극(303)(303a∼303J)의 이면에 레이저 가공 구멍(비아홀)을 천공하는 천공 공정을 실시한다. 천공 공정은, 우선 가공 이송 수단(37)을 작동하여 척 테이블(36)을 이동하고, 상기 랜덤 액세스 메모리(RAM)(203)에 저장되어 있는 제1 가공 이송 시작 위치 좌표값(a1)을 레이저 광선 조사 수단(52)의 집광기(8) 바로 아래에 위치시킨다. 이와 같이 제1 가공 이송 시작 위치 좌표값(a1)이 집광기(8)의 바로 아래에 위치한 상태가 도 9의 (a)에 도시하는 상태이다. 도 9의 (a)에 도시하는 상태로부터 제어 수단(20)은, 척 테이블(36)을 도 9의 (a)에서 화살표 X1로 도시하는 방향으로 소정 이동 속도로 가공 이송하도록 상기 가공 이송 수단(37)을 제어하는 동시에, 레이저 광선 조사 수단(52)을 작동하여 집광기(8)로부터 펄스 레이저 광선을 조사한다. 또한, 집광기(8)로부터 조사되는 레이저 광선의 집광점(P)은, 웨이퍼(30)의 상면 부근에 맞춘다. 이때, 제어 수단(20)은 X축 방향 위치 검출 수단(374)의 리딩 헤드(374b)로부터의 검출 신호에 기초하여 음향 광학 편향 수단(7)의 편향 각도 조정 수단(74) 및 출력 조정 수단(75)을 제어하기 위한 제어 신호를 출력한다.

한편, RF 발진기(72)는 편향 각도 조정 수단(74) 및 출력 조정 수단(75)으로부터의 제어 신호에 대응한 RF를 출력한다. RF 발진기(72)로부터 출력된 RF의 파워는, RF 증폭기(73)에 의해 증폭되어 음향 광학 소자(71)에 인가된다. 그 결과, 음향 광학 소자(71)는, 펄스 레이저 광선 발진 수단(6)으로부터 발진된 펄스 레이저 광선의 광축을 도 2에서 1점 쇄선으로 나타내는 위치로부터 2점 쇄선으로 나타내는 위치까지의 범위에서 편향하여 이동 속도에 동기시킨다. 그 결과, 제1 가공 이송 시작 위치 좌표값(a1)에 소정 출력의 펄스 레이저 광선을 조사할 수 있다.

전술한 천공 공정을 실시하고 있을 때에, 제어 수단(20)은 레이저 광선 발진 수단(6)이 발진하는 펄스 레이저 광선의 샷 수를 카운터(204)에 의해 카운트하고, 플라즈마 검출 수단(9)의 제1 포토디텍터(94)로부터 광강도 신호를 입력하고 있다. 여기서, 제1 포토디텍터(94)로부터 출력되는 광강도 신호에 대해서 설명한다. 웨이퍼(30)를 구성하는 리튬탄탈레이트 기판(300)에 펄스 레이저 광선을 조사하면, 파장이 670 ㎚인 플라즈마가 발생한다. 이 파장이 670 ㎚인 플라즈마는 도 3에 도시하는 바와 같이 플라즈마 검출 수단(9)을 구성하는 플라즈마 수광 수단(91)의 집광 렌즈(911)에 의해 집광되고, 제1 밴드 패스 필터(93)를 통과하여 제1 포토디텍터(94)에 도달한다.

도 11의 (a)는, 리튬탄탈레이트 기판(300)에 전술한 펄스 레이저 광선을 조사했을 때 발생하는 플라즈마의 광강도를 검출하는 제1 포토디텍터(94)의 출력 전압을 도시하고 있다. 도 11의 (a)에서 횡축은 펄스 레이저 광선의 샷 수를 나타내고, 종축은 전압값(V)을 나타내고 있다. 도 11의 (a)에 도시하는 실시형태에서는, 펄스 레이저 광선의 샷 수가 80∼85샷 정도까지는 전압값이 2.5 V 정도이며, 펄스 레이저 광선의 샷 수가 85샷을 넘어 천공 공정이 종료 부근이 되면 전압값이 급격히 저하된다.

또한, 도 11의 (b)에는, 구리로 이루어지는 본딩 패드(303)에 펄스 레이저 광선을 조사했을 때 발생하는 플라즈마의 광강도를 검출하는 제2 포토디텍터(97)의 출력 전압을 도시하고 있다. 도 11의 (b)에서 횡축은 펄스 레이저 광선의 샷 수를 나타내고, 종축은 전압값(V)을 나타낸다. 도 11의 (b)에 도시하는 실시형태에서는, 펄스 레이저 광선의 샷 수가 80∼85샷부터 전압값이 상승하기 시작한다. 이 제2 포토디텍터(97)의 출력 전압이 상승하기 시작한다는 것은, 리튬탄탈레이트 기판(300)에 관통 구멍이 형성되고, 펄스 레이저 광선이 본딩 패드(303)에 조사되기 시작한 것을 의미하고 있다.

전술한 바와 같이 제1 포토디텍터(94) 및 제2 포토디텍터(97)로부터의 출력 전압에 기초하여, 제어 수단(20)은 펄스 레이저 광선의 출력을 다음과 같이 제어한다. 즉, 제1 포토디텍터(94)로부터만 출력 전압을 입력했을 때에는 제1 출력을 갖는 펄스 레이저 광선의 조사를 계속하고, 제2 포토디텍터(97)로부터 출력 전압이 입력된 경우에는 제1 출력보다 높은 제2 출력을 갖는 펄스 레이저 광선을 소정 샷 조사한 후에 정지하도록 상기 레이저 광선 조사 수단(52)을 제어한다. 구체적으로는, 제1 포토디텍터(94)로부터만 출력 전압을 입력했을 때에는 제1 출력(평균 출력 2W, 펄스 에너지 40 μJ)이 되도록 상기 출력 조정 수단(75)을 제어하여 펄스 레이저 광선의 조사를 계속하고, 제2 포토디텍터(97)로부터 출력 전압이 입력된 경우에는 제1 출력보다 높은 제2 출력(평균 출력 4 W, 펄스 에너지 80 μJ)이 되도록 상기 출력 조정 수단(75)을 제어하여 펄스 레이저 광선을 소정 샷(10 샷) 조사한 후에 정지하도록 상기 레이저 광선 조사 수단(52)을 제어한다. 또한, 펄스 레이저 광선의 출력을 제1 출력보다 높은 제2 출력(평균 출력 4 W, 펄스 에너지 80 μJ)으로 제어하는 시기는, 예컨대 제2 포토디텍터(97)로부터의 출력 전압이 05 V가 되는 시점(펄스 레이저 광선의 샷 수가 100 샷인 시점)이 좋고, 이 시점으로부터 10 샷 조사한다. 이와 같이 펄스 레이저 광선이 본딩 패드(303)에 도달하여 구리로 이루어지는 본딩 패드(303)에 펄스 레이저 광선이 조사됨으로써, 구리로 이루어지는 본딩 패드(303)가 용융하여 비산되고, 리튬탄탈레이트 기판(300)에 형성된 레이저 가공 구멍의 내벽에 구리의 미립자가 부착되어도, 펄스 레이저 광선이 본딩 패드(303)에 도달했다면 펄스 레이저 광선의 출력을 제1 출력보다 높은 제2 출력(평균 출력 4 W, 펄스 에너지 80 μJ)으로 변경하여 조사하기 때문에, 레이저 가공 구멍의 내벽에 부착된 구리의 미립자가 불어 날려져 외부에 방출되므로, 레이저 가공 구멍의 내벽에 구리의 미립자가 부착되는 것을 억제할 수 있다.

한편, 상기 천공 공정에서의 가공 조건은 다음과 같이 설정되어 있다.

광원 : LD 여기 Q 스위치 Nd: YVO4

파장 : 532 ㎚

평균 출력 : 제1 평균 출력 2 W

제2 평균 출력 4 W

펄스 에너지 : 제1 펄스 에너지 40 μJ

제2 펄스 에너지 80 μJ

반복 주파수 : 50 kHz

펄스폭 : 10 ps

집광 스폿 직경 : φ 15 ㎛

한편, 제어 수단(20)은, X축 방향 위치 검출 수단(374)의 리딩 헤드(374b)로부터의 검출 신호를 입력하고 있고, 이 검출 신호를 카운터(204)에 의해 카운트하고 있다. 그리고, 카운터(204)에 의한 카운트값이 다음의 본딩 패드(303)의 좌표값에 도달했다면, 제어 수단(20)은 레이저 광선 조사 수단(52)을 제어하여 상기 천공 공정을 실시한다. 그 후에도 제어 수단(20)은, 카운터(204)에 의한 카운트값이 본딩 패드(303)의 좌표값에 도달할 때마다, 레이저 광선 조사 수단(52)을 작동하여 상기 천공 공정을 실시한다. 그리고, 도 9의 (b)에서 도시하는 바와 같이 반도체 웨이퍼(30)의 E1행의 최우측단의 디바이스(302)에 형성된 본딩 패드(303)에 있어서 도 9의 (b)에서의 최우측단의 전극(303e)의 위치에 상기 천공 공정을 실시했다면, 상기 가공 이송 수단(37)의 작동을 정지하고 척 테이블(36)의 이동을 정지한다. 그 결과, 반도체 웨이퍼(30)의 리튬탄탈레이트 기판(300)에는, 도 9의 (b)에 도시하는 바와 같이 본딩 패드(303)에 도달하는 가공 구멍(304)이 형성된다.

다음에, 제어 수단(20)은, 레이저 광선 조사 수단(52)의 집광기(8)를 도 9의 (b)에서 지면에 수직인 방향으로 인덱싱 이송하도록 상기 제1 인덱싱 이송 수단(38)을 제어한다. 한편, 제어 수단(20)은, Y축 방향 위치 검출 수단(384)의 리딩 헤드(384b)로부터의 검출 신호를 입력하고 있고, 이 검출 신호를 카운터(204)에 의해 카운트하고 있다. 그리고, 카운터(204)에 의한 카운트값이 본딩 패드(303)의 도 6에서 Y축 방향의 간격(C)에 상당하는 값에 도달했다면, 제1 인덱싱 이송 수단(38)의 작동을 정지하고, 레이저 광선 조사 수단(52)의 집광기(8)의 인덱싱 이송을 정지한다. 그 결과, 집광기(8)는 상기 본딩 패드(303e)와 대향하는 본딩 패드(303j)(도 6 참조) 바로 위에 위치한다. 이 상태가 도 10의 (a)에 도시하는 상태이다. 도 10의 (a)에 도시하는 상태에서 제어 수단(20)은, 척 테이블(36)을 도 10의 (a)에서 화살표 X2로 도시하는 방향으로 소정 이동 속도로 가공 이송하도록 상기 가공 이송 수단(37)을 제어하는 동시에, 레이저 광선 조사 수단(52)을 작동하여 상기 천공 공정을 실시한다. 그리고, 제어 수단(20)은, 전술한 바와 같이 X축 방향 위치 검출 수단(374)의 리딩 헤드(374b)로부터의 검출 신호를 카운터(204)에 의해 카운트하고, 그 카운트값이 본딩 패드(303)에 도달할 때마다, 제어 수단(20)은 레이저 광선 조사 수단(52)을 작동하여 상기 천공 공정을 실시한다. 그리고, 도 10의 (b)에 도시하는 바와 같이 반도체 웨이퍼(30)의 E1행의 최좌측단의 디바이스(302)에 형성된 본딩 패드(303f)의 위치에 상기 천공 공정을 실시했다면, 상기 가공 이송 수단(37)의 작동을 정지하고 척 테이블(36)의 이동을 정지한다. 그 결과, 반도체 웨이퍼(30)의 리튬탄탈레이트 기판(300)에는, 도 10의 (b)에 도시하는 바와 같이 본딩 패드(303)의 이면측에 레이저 가공 구멍(304)이 형성된다.

이상과 같이 하여, 반도체 웨이퍼(30)의 E1행의 디바이스(302)에 형성된 본딩 패드(303)의 이면측에 레이저 가공 구멍(304)이 형성되었다면, 제어 수단(20)은 가공 이송 수단(37) 및 제1 인덱싱 이송 수단(38)을 작동하여, 반도체 웨이퍼(30)의 E2행의 디바이스(302)에 형성된 본딩 패드(303)에 있어서 상기 랜덤 액세스 메모리(RAM)(203)에 저장되어 있는 제2 가공 이송 시작 위치 좌표값(a2)을 레이저 광선 조사 수단(52)의 집광기(8) 바로 아래에 위치시킨다. 그리고, 제어 장치(20)는 레이저 광선 조사 수단(52)과 가공 이송 수단(37) 및 제1 인덱싱 이송 수단(38)을 제어하고, 반도체 웨이퍼(30)의 E2행의 디바이스(302)에 형성된 본딩 패드(303)의 이면측에 전술한 천공 공정을 실시한다. 이후, 반도체 웨이퍼(30)의 E3∼En행의 디바이스(302)에 형성된 본딩 패드(303)의 이면측에 대해서도 전술한 천공 공정을 실시한다. 그 결과, 반도체 웨이퍼(30)의 리튬탄탈레이트 기판(300)에는, 각 디바이스(302)에 형성된 본딩 패드(303)의 이면측에 레이저 가공 구멍(304)이 형성된다.

한편, 상기 천공 공정에 있어서, 도 6에서의 X축 방향의 간격 A 영역과 간격 B 영역 및 도 6에서의 Y축 방향의 간격 C 영역과 간격 D 영역에는 반도체 웨이퍼(30)에 펄스 레이저 광선을 조사하지 않는다. 이와 같이, 반도체 웨이퍼(30)에 펄스 레이저 광선을 조사하지 않기 때문에, 상기 제어 수단(20)은 음향 광학 편향 수단(7)의 편향 각도 조정 수단(74)에 0 V의 전압을 인가한다. 그 결과, 음향 광학 소자(71)에는 0 V에 대응하는 주파수의 RF가 인가되고, 펄스 레이저 광선 발진 수단(6)으로부터 발진된 펄스 레이저 광선(LB)은 도 2에서 파선으로 도시하는 바와 같이 레이저 광선 흡수 수단(76)에 유도되기 때문에, 반도체 웨이퍼(30)에 조사되지 않는다.

이상, 본 발명을 도시한 실시형태에 기초하여 설명했지만, 본 발명은 실시형태에만 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 취지의 범위에서 여러 가지의 변형은 가능하다. 예컨대 전술한 실시형태에서는, 기판(제1 부재)의 표면에 형성된 복수의 디바이스에 각각 본딩 패드(제2 부재)가 배치된 웨이퍼에, 기판(제1 부재)의 이면측으로부터 본딩 패드(제2 부재)에 도달하는 레이저 가공 구멍을 형성하는 예에 대해서 설명했지만, 제1 재료에 의해 형성된 제1 부재와 제2 재료에 의해 형성된 제2 부재가 접합된 피가공물에 제1 부재로부터 제2 부재에 도달하는 레이저 가공 구멍을 형성하는 경우에, 확대 적용할 수 있다.

2: 정지 베이스 3: 척 테이블 기구
36: 척 테이블 37: 가공 이송 수단
374: X축 방향 위치 검출 수단 38: 제1 인덱싱 이송 수단
384: Y축 방향 위치 검출 수단 4: 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구
42: 가동 지지 베이스 43: 제2 인덱싱 이송 수단
5: 레이저 광선 조사 유닛 52: 레이저 광선 조사 수단
6: 펄스 레이저 광선 발진 수단 61: 펄스 레이저 광선 발진기
62: 반복 주파수 설정 수단 7: 음향 광학 편향 수단
71: 음향 광학 소자 72: RF 발진기
73: RF 증폭기 74: 편향 각도 조정 수단
75: 출력 조정 수단 76: 레이저 광선 흡수 수단
8: 집광기 9: 플라즈마 검출 수단
91: 플라즈마 수광 수단 92: 빔 스플리터
93: 제1 밴드 패스 필터 94: 제1 포토디텍터
95: 방향 변환 미러 96: 제2 밴드 패스 필터
97: 제2 포토디텍터 11: 촬상 수단
20: 제어 수단 30: 웨이퍼
301: 분할 예정 라인 302: 디바이스
303: 본딩 패드 304: 레이저 가공 구멍

Claims

제1 재료에 의해 형성된 제1 부재와 제2 재료에 의해 형성된 제2 부재가 접속된 피가공물에 제1 부재로부터 제2 부재에 도달하는 레이저 가공 구멍을 형성하는 레이저 가공 방법으로서,
제1 부재 및 제2 부재에 레이저 광선이 조사(照射)되는 것에 의해 발생하는 플라즈마의 파장을 검출하고, 제1 부재의 파장을 갖는 플라즈마광만이 검출되었을 때에는 제1 출력을 갖는 펄스 레이저 광선의 조사를 계속하며, 제2 부재의 파장을 갖는 플라즈마광이 검출된 경우에는 상기 제1 출력보다 높은 제2 출력을 갖는 펄스 레이저 광선을 정해진 샷 조사한 후에 정지하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
제1항에 있어서, 제1 부재를 형성하는 제1 재료는 리튬탄탈레이트를 포함하고,
상기 제1 출력은 1 펄스당의 에너지가 40 μj로 설정되며, 상기 제2 출력은 1 펄스당의 에너지가 80 μJ로 설정되는 것인 레이저 가공 방법.
피가공물을 유지하는 피가공물 유지 수단과, 이 피가공물 유지 수단에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단을 구비하고, 이 레이저 광선 조사 수단은 레이저 광선을 발진하는 레이저 광선 발진 수단과, 이 레이저 광선 발진 수단에 의해 발진된 레이저 광선의 출력을 조정하는 출력 조정 수단과, 이 출력 조정 수단에 의해 출력이 조정된 레이저 광선을 집광하여 상기 피가공물 유지 수단에 유지된 피가공물에 조사하는 집광기를 구비하는 것인 레이저 가공 장치로서,
상기 레이저 광선 조사 수단으로부터 피가공물에 레이저 광선이 조사되는 것에 의해 발생하는 플라즈마의 파장을 검출하는 플라즈마 검출 수단과, 이 플라즈마 검출 수단으로부터의 검출 신호에 기초하여 상기 레이저 광선 조사 수단을 제어하는 제어 수단을 구비하고,
상기 플라즈마 검출 수단은, 플라즈마광을 제1 경로와 제2 경로로 분기하는 빔 스플리터와, 상기 제1 경로에 배치되어 제1 재료가 발하는 플라즈마의 파장만을 통과시키는 제1 밴드 패스 필터와, 이 제1 밴드 패스 필터를 통과한 광을 수광하여 광강도 신호를 상기 제어 수단에 출력하는 제1 포토디텍터와, 상기 제2 경로에 배치되어 제2 재료가 발하는 플라즈마의 파장만을 통과시키는 제2 밴드 패스 필터와, 이 제2 밴드 패스 필터를 통과한 광을 수광하여 광강도 신호를 상기 제어 수단에 출력하는 제2 포토디텍터를 구비하며,
상기 제어 수단은, 상기 레이저 광선 조사 수단을 작동하여 피가공물에 펄스 레이저 광선을 조사하고 피가공물의 제1 부재로부터 제2 부재에 도달하는 레이저 가공을 실시할 때에, 상기 제1 포토디텍터 및 상기 제2 포토디텍터로부터 출력되는 광강도 신호에 기초하여, 상기 제1 포토디텍터로부터만 광강도 신호가 출력되어 있을 때에는 제1 출력이 되도록 상기 출력 조정 수단을 제어하여 펄스 레이저 광선의 조사를 계속하고, 상기 제2 포토디텍터로부터 광강도 신호가 출력된 경우에는 상기 제1 출력보다 높은 제2 출력이 되도록 상기 출력 조정 수단을 제어하여 펄스 레이저 광선을 정해진 샷 조사한 후에 정지하도록 상기 레이저 광선 조사 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.