KR100991720B1 - Beam shaping module for laser processing apparatus - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A beam shaping module for a laser processor is provided to process a substrate without decreasing brightness and strength and to prevent process time from becoming increased. CONSTITUTION: A beam shaping module for a laser processor is composed of a cylindrical concave lens, a cylindrical convex lens, and a moving unit(600). The cylindrical concave lens emits a laser beam. The cylindrical concave lens corrects the angle of the emitted laser beam. A spot of the laser beam is formed in an object by the angle correction. The moving unit changes a distance between the c cylindrical concave and convex lenses.

Description

레이저 가공장치용 빔 정형 모듈{BEAM SHAPING MODULE FOR LASER PROCESSING APPARATUS}Beam shaping module for laser processing equipment {BEAM SHAPING MODULE FOR LASER PROCESSING APPARATUS}

본 발명은 레이저 가공장치에 사용되는 빔 정형 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a beam shaping module for use in laser processing apparatus.

레이저 가공은 고밀도의 에너지원으로 레이저를 이용하여 대상물을 가공하는 방법을 말한다. 레이저 가공에 사용되는 레이저의 종류는 발진 물질의 종류에 따라 고체 레이저, 기체 레이저, 액체 레이저, 반도체 레이저 등으로 분류된다. 최근에는 레이저 기술의 발달에 따라 반도체 기판이나 엘이디 기판 등의 대상물을 칩 분할(chip separation)하기 위해 대상물을 레이저로 스크라이빙(scribing)하거나 절단하는 방법이 이용되고 있다.Laser processing refers to a method of processing an object using a laser as a high-density energy source. Types of lasers used for laser processing are classified into solid lasers, gas lasers, liquid lasers and semiconductor lasers according to the type of oscillation material. Recently, with the development of laser technology, a method of scribing or cutting an object with a laser is used in order to chip separation of an object such as a semiconductor substrate or an LED substrate.

종래, 레이저를 이용한 스크라이빙 방법은 레이저 빔을 기판의 표면에 조사시켜서 기판의 절단 예정 라인을 따라서 스크라이빙 라인을 먼저 형성한 후 물리적이나 열적인 충격을 주어 브레이킹(breaking)하는 공정을 이용하는 것이 일반적이었다.Conventionally, a scribing method using a laser uses a process of irradiating a surface of a substrate with a laser beam to form a scribing line first along a cutting line of the substrate, and then breaking by giving a physical or thermal shock. It was common.

종래의 방법에서는 절단 가공시 미세한 분진이 발생하여 기판의 소자 특성에 악영향을 끼치게 된다. 또한, 종래의 방법에서는 절단 영역이 비교적 넓게 형성됨으로써, 하나의 웨이퍼 상에 복수개의 적층부를 고밀도로 집적하는 데에 한계가 있다.In the conventional method, fine dust is generated during cutting, which adversely affects the device characteristics of the substrate. In addition, in the conventional method, since the cutting area is formed relatively wide, there is a limit in integrating a plurality of stacks on a single wafer at high density.

또한, 종래의 방법은 스크라이빙 이후에 반드시 별도의 절단 공정을 필요로 하며, 이 절단 공정에서는 기판에 상당한 정도의 외력을 가해야 했다. 이는 공정수와 공정시간의 증가를 초래하며, 또한 비용 증가의 원인도 되었다. 또한, 스크라이빙이 정밀하게 이루어지지 않으면 절단 공정시 원하지 않는 방향으로 절단이 이루어지거나 절단면이 불량하게 된다.In addition, the conventional method necessarily requires a separate cutting process after scribing, and in this cutting process, a considerable amount of external force must be applied to the substrate. This resulted in an increase in the number of processes and time, and also a cost increase. In addition, if the scribing is not made precisely, the cutting is performed in an undesired direction or the cutting surface is poor.

또한, 스크라이빙 라인(line)을 기판의 표면에 형성하는 과정에서 레이저 빔(laser beam)의 열에 의해 녹은 기판 입자들이 스크라이빙 라인 주변에 응착되는 현상이 발생하는데 이때 응착된 입자들은 냉각되면서 응고되어 제거가 쉽지 않은 현상이 발생하게 되고, 이로 인해 기판 표면이 매끈하지 않고 요철이 생기게 되어 브레이킹시 예상치 않은 방향으로 갈라질 우려가 있다.In addition, in the process of forming the scribing line on the surface of the substrate, the substrate particles melted by the heat of the laser beam are adhered around the scribing line. The phenomenon occurs that is hard to remove due to coagulation, which may cause uneven smooth surface of the substrate and may break in an unexpected direction when breaking.

또한 레이저 빔을 기판의 표면에 조사할 경우, 레이저 빔의 에너지 밀도가 가장 높은 부분이 표면에 존재하게 되므로, 표면에서의 비정질화 혹은 기화에 따른 부피팽창으로 기판 표면에 불규칙적인 마이크로 크랙(micro crack)이 생기게 된다. 이로 인해 절단 단면이 거칠어 지고, 소자 자체의 특성도 저하되는 문제가 있다.In addition, when the laser beam is irradiated to the surface of the substrate, the portion with the highest energy density of the laser beam is present on the surface, so irregular micro cracks on the surface of the substrate due to volume expansion due to amorphous or vaporization on the surface. ). For this reason, there exists a problem that a cut | disconnection cross section becomes rough and the characteristic of an element itself also falls.

한편, 레이저를 이용한 스크라이빙 방법의 하나로서 기판의 내부에 레이저를 집광하는 공정이 알려져 있다. 그러나, 얇은 기판의 내부에 레이저를 조사하여 가공하기 위해서는 기판의 내부에 형성되는 스폿(spot)의 위치와 형상을 정밀하게 제어할 필요가 있다. 특히, 레이저는 각각 고유의 발산각(divergence angle)을 갖고 있는데 이는 동일한 종류의 레이저 광원을 사용하는 경우에도 편차가 있으므로, 종래의 레이저 빔 전달시스템을 이용해서는 기판의 내부 가공에 적합한 스폿을 형성하는 것이 곤란하였다.On the other hand, as one of the scribing methods using a laser, the process of condensing a laser inside the board | substrate is known. However, in order to process the laser by irradiating the inside of the thin substrate, it is necessary to precisely control the position and shape of the spot formed inside the substrate. In particular, each laser has its own divergence angle, which is different even when using the same type of laser light source. Therefore, the conventional laser beam delivery system is used to form spots suitable for internal processing of the substrate. It was difficult.

한편, 엘이디 기판으로 현재 가장 많이 사용되는 것은 사파이어 기판이다. 하지만, 사파이어 기판은 경도가 매우 높아서 웨이퍼를 칩으로 절단하는 공정에 상당한 비용과 시간이 소요된다.On the other hand, sapphire substrate is most commonly used as the LED substrate. However, sapphire substrates are very hard and the process of cutting wafers into chips is costly and time consuming.

종래, 사파이어 기판의 절단을 위해 다이아몬드 팁을 가진 다이싱 소(dicing saw)를 이용하여 기계적으로 절단하거나, 레이저를 이용하여 기판에 열에너지를 가하여 가열한 후 냉각하여 열응력을 가함으로써 절단하는 방법이 주로 이용되었다. 이 경우, 사파이어 기판의 절단면의 상태가 불량하여 광휘도가 감소되는 문제점이 있으며, 이는 최근 엘이디 소자의 고휘도화가 진행됨에 따라 더욱 심각한 문제가 되고 있다. 절단 공정으로 인해 광휘도가 감소되는 메커니즘이 정확히 알려져 있지는 않으나, 절단 영역에 생기는 비정질 영역에서 광이 흡수되는 것이 광휘도 감소의 주요 원인으로 생각된다.Conventionally, a method of cutting by mechanically cutting using a dicing saw having a diamond tip for cutting the sapphire substrate, or by applying heat energy to the substrate using a laser to heat and then cooling to apply a thermal stress Mainly used. In this case, there is a problem in that the state of the cut surface of the sapphire substrate is poor and the brightness is reduced, which has become a more serious problem as the high brightness of the LED device is recently advanced. Although the mechanism of reducing the brightness is not known precisely due to the cutting process, the absorption of light in the amorphous region occurring in the cutting region is considered to be the main cause of the reduction of the brightness.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 소자 특성에 악영향을 미치는 미세 분진의 발생을 억제하고, 기판 표면에서 원하지 않는 비정질 영역의 생성을 방지하고, 하나의 웨이퍼 상에 복수개의 적층부를 고밀도로 집적시킬 수 있는 대상물 가공 방법 및 대상물 가공 장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to overcome the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to suppress the generation of fine dust which adversely affects device characteristics, to prevent the generation of unwanted amorphous regions on the substrate surface, An object processing method and an object processing apparatus that can integrate a plurality of laminates in a high density in the same.

본 발명의 다른 목적은 공정수와 공정시간의 증가를 초래하지 않으며, 또한 비용 면에서도 유리한 대상물 가공 방법 및 대상물 가공 장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an object processing method and an object processing apparatus, which do not cause an increase in the number of processes and processing time and are advantageous in terms of cost.

본 발명의 다른 목적은 대상물의 소자특성, 예컨대 강도나 광휘도를 저하시키지 않고 기판의 가공이 가능한 대상물 가공 방법 및 대상물 가공 장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an object processing method and an object processing apparatus capable of processing a substrate without degrading the device characteristics of the object, such as strength or light brightness.

본 발명의 또 다른 목적은 레이저 고유의 발산각을 교정함으로써 기판의 내부 가공에 적합한 레이저 빔의 스폿 형상과 크기를 형성하는 대상물 가공 방법 및 대상물 가공 장치를 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide an object processing method and an object processing apparatus for forming the spot shape and size of a laser beam suitable for internal processing of a substrate by correcting the divergence angle inherent in the laser.

본 발명의 또 다른 목적은 레이저 고유의 발산각을 교정함으로써 기판의 내부에 형성되는 레이저 빔의 광강도 프로파일(beam intensity profile) 혹은 에너지 밀도(energy density)를 제어하는 대상물 가공 방법 및 대상물 가공 장치를 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide an object processing method and an object processing apparatus for controlling a beam intensity profile or energy density of a laser beam formed inside a substrate by correcting an inherent divergence angle of a laser. To provide.

본 발명의 또 다른 목적은 레이저 빔의 스폿 형상과 크기, 또는 레이저 빔의 광강도 프로파일 혹은 에너지 밀도를 제어함으로써 기판을 특정 방향에 따라 효과적으로 절단할 수 있는 대상물 가공 방법 및 대상물 가공 장치를 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide an object processing method and an object processing apparatus capable of effectively cutting a substrate in a specific direction by controlling the spot shape and size of the laser beam, the light intensity profile or the energy density of the laser beam. .

본 발명의 또 다른 목적은 절단면의 상태가 양호하며 광휘도의 감소가 억제된 대상물 가공 방법 및 대상물 가공 장치를 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide an object processing method and an object processing apparatus in which the state of the cut surface is good and the reduction of the brightness is suppressed.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 측면에 의하면, 레이저를 이용하여 대상물을 자가절단(self-breaking)시키는 대상물 가공 방법으로서, 레이저 광원에서 레이저 빔을 생성하는 단계; 생성된 상기 레이저 빔의 발산각(divergence angle)을 교정하는 단계; 및 교정된 상기 레이저 빔을 상기 대상물의 내부에 집광하여 스폿을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 레이저 빔의 발산각 교정에 의하여 상기 스폿의 형상 또는 크기가 조절되며, 상기 스폿에 의해 상기 대상물의 내부에 상변이 영역이 형성되고, 상기 상변이 영역을 기점으로 대상물의 자가절단이 이루어지는 것을 특징으로 하는 대상물 가공 방법을 제공한다.According to a first aspect of the present invention for achieving the above object of the present invention, an object processing method for self-breaking an object using a laser, comprising: generating a laser beam in a laser light source; Correcting a divergence angle of the generated laser beam; And condensing the calibrated laser beam inside the object to form a spot, wherein the shape or size of the spot is adjusted by the divergence angle correction of the laser beam, and the spot is formed inside the object. The phase change region is formed in the object, and the object processing method characterized in that the self-cutting of the object is performed from the phase change region as a starting point.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 측면에 의하면, 레이저를 이용하여 표면에 적층부가 형성되어 있는 대상물을 자가절단시키는 대상물 가공 방법으로서, 레이저 광원에서 레이저 빔을 생성하는 단계; 생성된 상기 레이저 빔의 발산각을 교정하는 단계; 및 교정된 상기 레이저 빔을 상기 대상물의 내부에 집광하여 스폿을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 레이저 빔의 발산각 교정에 의하여 상기 스폿의 형상 또는 크기가 조절되며, 상기 스폿에 의해 상기 대상물의 내부에 상변이 영역이 형성되고, 상기 상변이 영역을 기점으로 대상물의 자가절단이 이루어지는 것을 특징으로 하는 대상물 가공 방법을 제공한다.According to a second aspect of the present invention for achieving the object of the present invention, an object processing method for self-cutting an object having a laminated portion formed on the surface using a laser, comprising: generating a laser beam in a laser light source; Correcting the divergence angle of the generated laser beam; And condensing the calibrated laser beam inside the object to form a spot, wherein the shape or size of the spot is adjusted by the divergence angle correction of the laser beam, and the spot is formed inside the object. The phase change region is formed in the object, and the object processing method characterized in that the self-cutting of the object is performed from the phase change region as a starting point.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제3 측면에 의하면, 레이저를 이용하여 대상물을 자가절단시키는 대상물 가공 방법으로서, 레이저 광원에서 생성된 레이저 빔을 빔 정형 모듈(beam shaping module)에 통과시켜 발산각을 교정시킨 후, 교정된 상기 레이저 빔을 상기 대상물의 내부에 집광시킴으로써, 상기 대상물의 내부에 응력집중부를 가진 상변이 영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 대상물 가공 방법을 제공한다.According to a third aspect of the present invention for achieving the object of the present invention, as an object processing method for self-cutting an object using a laser, the laser beam generated by the laser light source is passed through a beam shaping module After correcting the divergence angle, by focusing the corrected laser beam in the interior of the object, there is provided a method for processing an object, characterized in that to form a phase shift region having a stress concentration in the interior of the object.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제4 측면에 의하면, 레이저를 이용하여 표면에 적층부가 형성되어 있는 대상물을 자가절단시키는 대상물 가공 방법으로서, 레이저 광원에서 생성된 레이저 빔을 빔 정형 모듈에 통과시켜 발산각을 교정시킨 후, 교정된 상기 레이저 빔을 상기 대상물의 내부에 집광시킴으로써, 상기 대상물의 내부에 응력집중부를 가진 상변이 영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 대상물 가공 방법을 제공한다.According to a fourth aspect of the present invention for achieving the object of the present invention, an object processing method for self-cutting an object having a laminated portion formed on the surface by using a laser, the laser beam generated from the laser light source to the beam shaping module After passing through the divergence angle to correct, the corrected laser beam is focused on the inside of the object, thereby providing an object processing method characterized by forming a phase shift region having a stress concentration portion inside the object.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제5 측면에 의하면, 레이저를 이용하여 대상물을 자가절단시키는 대상물 가공 장치로서, 레이저 빔을 생성시키는 레이저 광원; 상기 레이저 빔의 발산각을 교정하는 빔 정형 모듈; 교정된 상기 레이저 빔을 상기 대상물의 내부에 집광하여 스폿을 형성하는 집광렌즈; 및 상기 레이저 광원, 상기 빔 정형 모듈, 및 상기 집광렌즈와 연결되어 이들을 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 레이저 빔의 발산각 교정에 의하여 상기 스폿의 형상 또는 크기가 조절되며, 상기 스폿에 의해 상기 대상물의 내부에 상변이 영역이 형성되고, 상기 상변이 영역을 기점으로 대상물의 자가절단이 이루어지는 것을 특징으로 하는 대상물 가공 장치를 제공한다.According to a fifth aspect of the present invention for achieving the object of the present invention, an object processing apparatus for self-cutting an object using a laser, comprising: a laser light source for generating a laser beam; A beam shaping module for correcting the divergence angle of the laser beam; A condenser lens for condensing the corrected laser beam inside the object to form a spot; And a control unit connected to and controlling the laser light source, the beam shaping module, and the condenser lens, wherein the shape or size of the spot is adjusted by the divergence angle correction of the laser beam, and the object is controlled by the spot. A phase change region is formed in the inside, and the object processing apparatus is characterized in that self-cutting of the object is performed based on the phase change region.

본 발명은 소자 특성에 악영향을 미치는 미세 분진의 발생을 억제하고, 기판의 표면에서 원하지 않는 비정질 영역의 생성을 방지하며, 하나의 웨이퍼 상에 복수개의 적층부를 고밀도로 집적시킬 수 있는 대상물 가공 방법 및 대상물 가공 장치를 제공할 수 있다.The present invention suppresses the generation of fine dust that adversely affects the device characteristics, prevents the generation of unwanted amorphous regions on the surface of the substrate, and the object processing method capable of high density integration of a plurality of laminates on one wafer and The object processing apparatus can be provided.

또한, 본 발명은 기판의 소자특성을 저하시키지 않고 기판의 가공이 가능한 대상물 가공 방법 및 대상물 가공 장치를 제공할 수 있다.In addition, the present invention can provide an object processing method and an object processing apparatus capable of processing a substrate without degrading the device characteristics of the substrate.

또한, 본 발명은 레이저 고유의 발산각을 교정함으로써 기판의 내부 가공에 적합한 레이저 빔의 스폿 형상과 크기를 형성하는 대상물 가공 방법 및 대상물 가공 장치를 제공할 수 있다.In addition, the present invention can provide an object processing method and an object processing apparatus for forming the spot shape and size of the laser beam suitable for the internal processing of the substrate by correcting the divergence angle inherent in the laser.

또한, 본 발명은 레이저 고유의 발산각을 교정함으로써 기판의 내부에 형성되는 레이저 빔의 광강도 프로파일 혹은 에너지 밀도를 제어하는 대상물 가공 방법 및 대상물 가공 장치를 제공할 수 있다.In addition, the present invention can provide an object processing method and an object processing apparatus for controlling the light intensity profile or the energy density of the laser beam formed inside the substrate by correcting the inherent divergence angle of the laser.

또한, 본 발명은 레이저 빔의 스폿 형상과 크기, 또는 레이저 빔의 광강도 프로파일 혹은 에너지 밀도를 제어함으로써 기판을 특정 방향에 따라 효과적으로 절단할 수 있는 대상물 가공 방법 및 대상물 가공 장치를 제공할 수 있다.The present invention can also provide an object processing method and an object processing apparatus capable of effectively cutting a substrate in a specific direction by controlling the spot shape and size of the laser beam, the light intensity profile or the energy density of the laser beam.

또한, 본 발명은 절단면의 상태가 양호하며 광휘도의 감소가 억제된 대상물 가공 방법 및 대상물 가공 장치를 제공할 수 있다.In addition, the present invention can provide an object processing method and an object processing apparatus in which the state of the cut surface is good and the reduction of the brightness is suppressed.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 대상물 가공 장치의 개략 구성도이다.
도 2는 도 1에 개시된 대상물 가공 장치의 광학부의 단면도이다.
도 3은 도 2에 개시된 광학부에 있어서 실린더형 오목렌즈(cylindrical concave lens)와 실린더형 볼록렌즈(cylindrical convex lens) 사이의 거리에 따른 스폿의 형상 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 대상물 가공 장치의 광학부의 단면도이다.
도 5은 도 4에 개시된 광학부에 있어서 구형 오목렌즈(spherical concave lens)와 제1 실린더형 볼록렌즈 사이의 거리에 따른 스폿의 형상 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 4에 개시된 광학부에 있어서 구형 오목렌즈와 제2 실린더형 볼록렌즈 사이의 거리에 따른 스폿의 형상 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 스폿의 형상 변화에 따른 광강도 프로파일의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 대상물 가공 장치의 집광점 위치제어 수단을 나타내는 개략 구성도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 대상물 가공 장치의 집광점 위치제어 수단을 나타내는 또 다른 개략 구성도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 대상물의 일례로서 웨이퍼를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 11은 상변이 영역이 형성된 기판을 나타낸 평면도이다.
도 12는 교차하는 2개의 상변이 영역이 형성된 기판을 나타낸 수평 단면도이다.
도 13은 상변이 영역이 형성된 기판을 나타낸 수직 단면도이다.
도 14는 렌즈 통과시 레이저 빔의 발산각의 영향을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 상변이 영역의 형상에 의한 응력집중 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 스폿의 형상과 스크라이빙 방향의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 레이저 빔 스폿에 의해 형성되는 상변이 영역을 나타낸 도면이다.
도 18은 자가절단이 일어난 기판과 그렇지 않은 기판을 비교하기 위한 실제 사진이다.
도 19은 본 발명의 일실시예에 따른 적층부의 단면도이다.
1 is a schematic configuration diagram of an object processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of an optical part of the object processing apparatus disclosed in FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is a view for explaining a shape change of a spot according to a distance between a cylindrical concave lens and a cylindrical convex lens in the optical unit of FIG. 2.
4 is a cross-sectional view of an optical unit of an object processing apparatus according to another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a view for explaining a shape change of a spot according to a distance between a spherical concave lens and a first cylindrical convex lens in the optical unit of FIG. 4.
FIG. 6 is a view for explaining a shape change of a spot according to a distance between a spherical concave lens and a second cylindrical convex lens in the optical unit of FIG. 4.
7 is a view for explaining the change in the light intensity profile according to the shape change of the spot.
8 is a schematic block diagram showing a light collecting point position control means of the object processing apparatus according to the embodiment of the present invention.
9 is still another schematic configuration diagram showing a light collecting point position control means of the object processing apparatus according to the embodiment of the present invention.
10 is a plan view schematically showing a wafer as an example of an object according to an embodiment of the present invention.
11 is a plan view illustrating a substrate on which a phase change region is formed.
12 is a horizontal cross-sectional view showing a substrate on which two interphase transition regions are formed.
13 is a vertical cross-sectional view showing a substrate on which a phase change region is formed.
14 is a view for explaining the influence of the divergence angle of the laser beam when passing through the lens.
15 is a diagram for explaining a stress concentration phenomenon due to the shape of the phase change region.
16 is a diagram for explaining the relationship between the shape of the spot and the scribing direction.
17 is a view showing a phase change region formed by a laser beam spot.
18 is an actual photograph for comparing a substrate on which self-cutting occurred and a substrate on which self-cutting occurred.
19 is a cross-sectional view of the laminate according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 설명하기로 한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 하기 실시예는 본 발명을 구체화 하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위를 제한하거나 한정하기 위함이 아님은 물론이다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.The following examples of the present invention are not intended to limit or limit the scope of the present invention, but are intended to embody the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is "connected" to another part, this includes not only "directly connected" but also "electrically connected" with another element in between. . In addition, when a part is said to "include" a certain component, which means that it may further include other components, except to exclude other components unless otherwise stated.

또한, 본 발명에 있어서 "웨이퍼"란 절단 이전의 기판 상태를 의미하고, "엘이디 칩" 또는 "칩"은 웨이퍼를 절단한 후 패키지(package) 공정을 거치기 전의 상태를 의미하며, "엘이디 패키지"는 패키지 공정을 거쳐 소자화된 것을 의미한다. 또한, 본 발명에 있어서 웨이퍼 또는 기판의 "표면"이란 적층부가 형성되는 기판의 상면을 의미하며, 웨이퍼 또는 기판의 "이면"이란 상기 표면의 반대측인 기판의 하면을 의미한다.In addition, in the present invention, "wafer" refers to the state of the substrate before cutting, and "LED chip" or "chip" refers to the state before the package process after cutting the wafer, and "LED package" Means elementized through a package process. In addition, in this invention, the "surface" of a wafer or board | substrate means the upper surface of the board | substrate in which a laminated part is formed, and the "back surface" of a wafer or board | substrate means the lower surface of the board | substrate which is the opposite side to the said surface.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 대상물 가공 장치의 개략 구성도, 도 2는 도 1에 개시된 대상물 가공 장치의 광학부의 단면도이다.1 is a schematic configuration diagram of an object processing apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of an optical part of the object processing apparatus disclosed in FIG. 1.

본 발명의 일실시예에서, 대상물 가공 장치(1)는 대상물(200)을 적재하는 적재대(100), 레이저 빔을 생성시키는 레이저 광원(300), 생성된 레이저 빔을 통과시키며 빔의 특성 및 경로 등을 조절하는 광학부(400), 각 구성요소들을 제어하는 제어부(500), 이동부(600) 및 집광 거리 조절부(700)를 포함한다.In one embodiment of the present invention, the object processing apparatus 1 is a mounting table 100 for loading the object 200, the laser light source 300 for generating a laser beam, passing the generated laser beam and the characteristics of the beam and It includes an optical unit 400 for adjusting the path, the control unit 500 for controlling each component, the moving unit 600 and the focusing distance adjusting unit 700.

대상물(200)은 웨이퍼(210) 및 웨이퍼(210)의 표면에 형성된 적층부(220)를 포함할 수 있다(도 1 참조). 대상물(200)은 반도체 기판, 또는 엘이디 기판일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 기판의 형태는 실리콘 웨이퍼(Si Wafer), 화합물 반도체 웨이퍼, 세라믹(ceramic) 반도체 기판, 사파이어(sapphire) 기판, 금속 기판 및 유리 기판 등이 될 수 있다. 또한, 엘이디 기판은 사파이어 단결정 기판, ZnO 단결정 기판, GaN 단결정 기판 및 SiC 단결정 기판 등일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 도 1에 도시된 바와 같이 대상물(200)은 적층부(220)가 하측을 향한 상태, 즉 레이저 빔이 대상물(200)의 이면을 통해 입사되는 상태로 유지되어 있다. 그러나, 이와 달리 적층부(220)가 상측을 향한 상태, 즉 레이저 빔이 대상물(200)의 표면을 통해 입사되는 상태로 대상물(200)이 적재대(100)에 유지되어 있을 수도 있다.The object 200 may include a wafer 210 and a stack 220 formed on a surface of the wafer 210 (see FIG. 1). The object 200 may be a semiconductor substrate or an LED substrate, but is not limited thereto. For example, the substrate may be a silicon wafer, a compound semiconductor wafer, a ceramic semiconductor substrate, a sapphire substrate, a metal substrate, a glass substrate, or the like. In addition, the LED substrate may be, but is not limited to, a sapphire single crystal substrate, a ZnO single crystal substrate, a GaN single crystal substrate, and a SiC single crystal substrate. As shown in FIG. 1, the object 200 is maintained in a state in which the lamination part 220 faces downward, that is, a state in which a laser beam is incident through the rear surface of the object 200. However, the object 200 may be maintained on the mounting table 100 in a state in which the lamination part 220 faces upward, that is, the laser beam is incident through the surface of the object 200.

대상물(200)은 웨이퍼(210) 및 웨이퍼(210)의 표면에 형성된 적층부(220)를 포함한다. 상기 적층부(22)는 N-GaN층, P-GaN층, InGaN층, P-전극층, N-전극층 중 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.The object 200 includes a wafer 210 and a stack 220 formed on the surface of the wafer 210. The stacking unit 22 may include at least one of an N-GaN layer, a P-GaN layer, an InGaN layer, a P-electrode layer, and an N-electrode layer.

엘이디 칩을 제조하는 경우, 예컨대 사파이어 기판 등의 대상물(200)의 표면에 기능소자를 형성하기 위한 복수의 질화물층을 적층한다. 상기 질화물층은 예를 들어 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법을 사용한 에피텍셜(epitaxial) 성장으로 형성할 수 있다.When manufacturing an LED chip, a plurality of nitride layers for forming a functional element are stacked on the surface of an object 200 such as a sapphire substrate. The nitride layer may be formed by epitaxial growth using, for example, a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method.

도 19(a)에서는, 웨이퍼(210)의 표면에 N-GaN층(221), InGaN층(222), P-GaN층(223)이 순서대로 적층된 상태를 보여주고 있다. 상기 적층된 기판(200)을 식각한 후에, 외부 전원과 연결되는 리드 부분인 P-전극층(224)과 N-전극층(225)을 P-GaN층(223)과 N-GaN층(221) 상에 각각 형성한다. 이 때, N-GaN층(221), InGaN층(222), P-GaN층(223), P-전극층(224) 및 N-전극층(225)이 기능소자로서 동작하는 적층부(220)를 구성한다(도 19(b) 참조).In FIG. 19A, the N-GaN layer 221, the InGaN layer 222, and the P-GaN layer 223 are sequentially stacked on the surface of the wafer 210. After etching the stacked substrate 200, the P-electrode layer 224 and the N-electrode layer 225, which are lead portions connected to an external power source, are disposed on the P-GaN layer 223 and the N-GaN layer 221. To form each. At this time, the stacked portion 220 in which the N-GaN layer 221, the InGaN layer 222, the P-GaN layer 223, the P-electrode layer 224, and the N-electrode layer 225 operate as a functional element is used. It constitutes (refer FIG. 19 (b)).

이와 같이 웨이퍼(210)의 표면에 적층부(220)를 형성한 후에는, 도 19(b)에 도시된 절단예정라인(L)을 따라서 기판(200)을 절단함으로써, 엘이디 칩을 얻을 수 있다. 절단예정라인(L)은 적층부(220) 상의 기능소자들을 회피하여 구획될 수 있다.After the stack 220 is formed on the surface of the wafer 210 as described above, an LED chip can be obtained by cutting the substrate 200 along the cut line L shown in FIG. 19B. . The line to be cut L may be partitioned by avoiding the functional elements on the stack 220.

앞의 실시예에서는 질화물층의 형성 방법으로서 MOCVD법을 예로 설명하였으나, 본 발명이 이러한 방법으로 한정되는 것은 아니며, 질화물층의 형성 방법으로서 주지된 다른 방법을 사용하는 것도 가능하다.In the above embodiment, the MOCVD method is described as an example of the method of forming the nitride layer, but the present invention is not limited to this method, and other methods well known as the method of forming the nitride layer may be used.

적재대(100)는 상부에 대상물(200)을 적재하며, 상승, 하강 또는 전진, 후진 및 회전을 통해 상부의 대상물(200)을 원하는 형태로 가공할 수 있다.The mounting table 100 may load the object 200 on the upper portion, and may process the object 200 on the upper surface through a rising, lowering or moving forward, backward, and rotation.

레이저 광원(300)은 대상물(200)의 가공에 이용되는 레이저 빔을 생성시키고, 생성된 레이저 빔은 레이저 광원(300)의 광축(optical axis)을 따라 배치된 미도시된 일련의 장치들을 통해 레이저 빔의 사이즈의 확대, 축소 또는 출력, 편광 방향의 조정 등의 공정을 거쳐서 광학부(400)의 실린더형 오목렌즈(411)에 입사된다. 이 경우, 레이저 광원(300)의 광축과 광학부(400)의 광축은 서로 일치되도록 배치되어 있다.The laser light source 300 generates a laser beam used for the processing of the object 200, and the generated laser beam is lasered through a series of devices not shown along the optical axis of the laser light source 300. The light is incident on the cylindrical concave lens 411 of the optical unit 400 through a process of expanding, reducing or outputting the beam size, adjusting the polarization direction, and the like. In this case, the optical axis of the laser light source 300 and the optical axis of the optical unit 400 are arranged to coincide with each other.

레이저 광원(300)은 고체 레이저, 기체 레이저 또는 액체 레이저일 수 있으며, 바람직하게는 가우시안 빔 프로파일(Gaussian beam profile)을 가질 수 있다. 레이저 광원(300)은 CO2 레이저, 엑시머 레이저, DPSS 레이저 중 어느 하나의 레이저 광원이어도 좋다.The laser light source 300 may be a solid state laser, a gas laser or a liquid laser, and preferably may have a Gaussian beam profile. The laser light source 300 is CO 2 The laser light source of any one of a laser, an excimer laser, and a DPSS laser may be sufficient.

레이저 빔은 펄스형 레이저 빔(pulse type laser beam), 특히 초단 펄스 레이저 빔일수 있다. 여기서 초단 펄스 레이저는 광 펄스의 주기가 나노 세컨드(nano second), 피코 세컨드(pico second), 또는 펨토 세컨드(femto second)급의 레이저로서, 박형의 기판을 고정밀도로 가공할 수 있으며, 특히 기판의 내부에 스폿을 형성하는데 유리하다.The laser beam may be a pulse type laser beam, in particular an ultra short pulsed laser beam. Here, the ultra short pulse laser is a nanosecond, pico second, or femto second class laser, and can process thin substrates with high precision. It is advantageous to form spots inside.

광학부(400)는 레이저 빔을 통과시키며 레이저 빔의 특성 및 경로 등을 조절하는 구성요소이다. 광학부(400)에는 빔 정형 모듈(beam shaping module)(410)과 집광렌즈(430)가 포함될 수 있다.The optical unit 400 passes through the laser beam and controls the characteristics and path of the laser beam. The optical unit 400 may include a beam shaping module 410 and a condenser lens 430.

빔 정형 모듈(410)은 레이저 빔의 발산각을 교정하며, 도 2에 도시된 바와 같이 이동가능한 실린더형 오목렌즈(411)와 실린더형 볼록렌즈(412)가 포함된다.The beam shaping module 410 corrects the divergence angle of the laser beam, and includes a cylindrical concave lens 411 and a cylindrical convex lens 412 that are movable as shown in FIG. 2.

실린더형 오목렌즈(411)는 광학부(400)의 상부에 위치하며, 레이저 광원(300)으로부터 생성된 레이저 빔을 발산시킨다. 레이저 빔은 일반 광선에 비하여 단일 파장이며 직진성(collimation)을 가지므로 진행시 퍼지지 않고 광축에 평행하게 진행하는 성질을 가진다. 하지만 레이저 빔도 파동의 성질을 갖고 있기 때문에 회절의 영향을 받게 되어 어느 정도의 발산각을 가지게 된다. 예컨대, Gas 레이저의 경우(CO2 레이저, He-Ne 레이저 등)에서는 발산각이 1 mrad(0.05°)를 넘지 않는 것이 보통이다.The cylindrical concave lens 411 is positioned above the optical unit 400 and emits a laser beam generated from the laser light source 300. Since the laser beam has a single wavelength and collimation compared to the normal light beam, the laser beam does not spread during propagation and proceeds parallel to the optical axis. However, since the laser beam also has wave characteristics, it is affected by diffraction and thus has a divergence angle. For example, in the case of gas lasers (CO 2 laser, He-Ne laser, etc.), it is common that the divergence angle does not exceed 1 mrad (0.05 °).

구형(spherical)인 오목렌즈의 경우 레이저 빔의 직교하는 X축 및 Y축 방향 성분 모두가 발산된다. 하지만 실린더형 오목렌즈(411)의 경우에는 직교하는 X축 또는 Y축 중 일방의 방향 성분만 발산된다. 예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이 실린더형 오목렌즈(411)는 레이저 빔의 X축 방향 성분만 발산하는 것일 수 있다.In the case of spherical concave lenses, both orthogonal X- and Y-axis components of the laser beam are emitted. However, in the case of the cylindrical concave lens 411, only one direction component of the orthogonal X-axis or Y-axis is emitted. For example, as shown in FIG. 3, the cylindrical concave lens 411 may emit only the X-axis component of the laser beam.

실린더형 오목렌즈(411)를 통해 발산된 레이저 빔은 실린더형 볼록렌즈(412)를 통과하게 되고, 이로써 레이저 빔의 발산각을 원하는 각도로 교정할 수 있다.The laser beam emitted through the cylindrical concave lens 411 passes through the cylindrical convex lens 412, thereby correcting the divergence angle of the laser beam to a desired angle.

즉, 실린더형 오목렌즈(411) 및 실린더형 볼록렌즈(412)를 사용하면 어느 일방의 방향 성분(예컨대 X축 방향 성분)에 대한 발산각 교정이 수행되고, 이로 인해 스폿의 형상에 있어서도 어느 일축 방향(예컨대 X축 방향)의 크기만 변화하게 된다. 예컨대 대상물의 스크라이빙 가공에서 스폿의 장축이 스크라이빙 방향, 즉 절단예정라인을 따라 배열되도록 하면, 스폿의 장축 방향으로는 발산각 교정이 불필요할 수 있다. 다시 말해, 절단예정라인에 수직인 방향으로의 크기(스폿의 단축, 또는 스폿의 폭)를 감소시키는 것으로 원하는 효과를 달성할 수 있고, 절단예정라인을 따른 방향의 크기(스폿의 장축, 또는 스폿의 길이)는 감소되는 것이 오히려 불리하므로, 실린더형 오목렌즈(411) 및 실린더형 볼록렌즈(412)는 동일 방향으로 배열된 실린더형 렌즈로 하여, 어느 일방으로만 발산각 교정을 수행할 수 있다.That is, when the cylindrical concave lens 411 and the cylindrical convex lens 412 are used, the divergence angle correction for one direction component (for example, the X-axis component) is performed, which causes any one axis in the shape of the spot. Only the size of the direction (for example, the X-axis direction) changes. For example, in the scribing of the object, if the long axis of the spot is arranged along the scribing direction, that is, the line to be cut, the divergence angle correction may be unnecessary in the long axis direction of the spot. In other words, the desired effect can be achieved by reducing the size (shortening of the spot, or the width of the spot) in a direction perpendicular to the cutting line, and the size of the direction along the cutting line (the long axis, or spot). Length) is rather disadvantageously reduced, so that the cylindrical concave lens 411 and the cylindrical convex lens 412 are cylindrical lenses arranged in the same direction, so that divergence angle correction can be performed in only one direction. .

또한, 실린더형 오목렌즈(411)와 실린더형 볼록렌즈(412) 사이의 거리를 조절하여 레이저 빔의 발산각을 교정할 수 있으며, 후술할 이동부(600)를 이용해서 실린더형 오목렌즈(411) 또는 실린더형 볼록렌즈(412)의 위치를 이동시킨다.In addition, the divergence angle of the laser beam may be corrected by adjusting the distance between the cylindrical concave lens 411 and the cylindrical convex lens 412, and the cylindrical concave lens 411 using the moving part 600 which will be described later. Or move the position of the cylindrical convex lens 412.

빔 정형 모듈(410)은 빔스토퍼(beam stopper)(420)를 더 포함할 수 있다. 빔스토퍼(420)는 레이저 빔의 일부 영역이 투과하는 것을 막는 것으로, 그 중심부에 예컨대 슬릿 또는 개구가 형성되어 레이저 빔의 중심 영역은 투과시키고, 외측 영역을 차단한다. 가우시안 빔 프로파일을 가진 레이저 빔의 외측 영역은 충분한 세기를 갖고 있지 못하여 대상물(200)의 적층부(220)에 바람직하지 않은 영향을 줄 수 있다.The beam shaping module 410 may further include a beam stopper 420. The beam stopper 420 prevents a portion of the laser beam from being transmitted. For example, a slit or an opening is formed at a central portion thereof to transmit the central region of the laser beam and block the outer region. The outer region of the laser beam with the Gaussian beam profile may not have sufficient intensity and may have an undesirable effect on the stack 220 of the object 200.

집광렌즈(430)는 교정된 레이저 빔을 대상물(200)의 내부에 집광하여 스폿(P)을 형성하며, 이때 형성된 스폿(P)에 의해 대상물(200)의 내부에 상변이 영역(T)이 형성되며, 전술한 바와 같이 레이저 빔의 발산각 교정에 의하여 스폿(P)의 적어도 일축 방향 크기를 변화시킬 수 있다.The condenser lens 430 collects the corrected laser beam inside the object 200 to form a spot P. The spot shift region T is formed inside the object 200 by the formed spot P. As described above, at least one axial size of the spot P may be changed by the divergence angle correction of the laser beam.

제어부(500)는 레이저 광원(300)과 관련된 각종 처리를 수행함과 동시에, 이동부(600)를 제어하여 실린더형 오목렌즈(411)와 실린더형 볼록렌즈(412) 사이의 거리를 조절함으로써 레이저 빔의 발산각을 교정할 수 있고, 또한, 후술할 집광 거리 조절부(700)을 제어하여 광학부(400)의 집광렌즈(430)와 스폿(P) 간의 거리, 즉, 대상물(200) 내부의 스폿(P)의 깊이를 조절할 수 있다.The controller 500 performs various processes related to the laser light source 300, and simultaneously controls the moving unit 600 to adjust the distance between the cylindrical concave lens 411 and the cylindrical convex lens 412. It is possible to correct the divergence angle of, and also, by controlling the light collecting distance adjusting unit 700 to be described later, the distance between the light collecting lens 430 and the spot P of the optical unit 400, that is, the inside of the object 200 The depth of the spot P can be adjusted.

이 경우, 상기 제어부(500)는 스폿(P)이 대상물(200)의 내부에 있어서 수직방향으로 복수개 형성되도록 집광 거리 조절부(700)를 제어할 수 있다. 또한, 상기 제어부(500)는 스폿(P)이 대상물(200)의 내부에 있어서 수평방향으로 복수개 형성되도록 집광 거리 조절부(700)를 제어할 수도 있다.In this case, the controller 500 may control the condensing distance adjusting unit 700 such that a plurality of spots P are formed in the vertical direction in the interior of the object 200. In addition, the controller 500 may control the condensing distance adjusting unit 700 such that a plurality of spots P are formed in the horizontal direction in the inside of the object 200.

이동부(600)는 광학부(400)의 실린더형 오목렌즈(411)와 실린더형 볼록렌즈(412) 사이의 거리를 조절함으로써, 실린더형 오목렌즈(411)로부터 발산된 레이저 빔의 발산각을 정밀하게 제어할 수 있다.The moving unit 600 adjusts the distance between the cylindrical concave lens 411 and the cylindrical convex lens 412 of the optical unit 400 to adjust the divergence angle of the laser beam emitted from the cylindrical concave lens 411. Precise control

이하에서는 도 3을 참고하여 광학부(400)의 작용을 더 상세히 설명하기로 한다. 도 3은 도 2에 개시된 광학부에 있어서 실린더형 오목렌즈와 실린더형 볼록렌즈 사이의 거리에 따른 스폿의 형상 변화를 설명하기 위한 도면이다.Hereinafter, the operation of the optical unit 400 will be described in more detail with reference to FIG. 3. 3 is a view for explaining the shape change of the spot according to the distance between the cylindrical concave lens and the cylindrical convex lens in the optical unit shown in FIG.

레이저 광원(300)으로부터 생성된 레이저 빔은 실린더형 오목렌즈(411)에 입사되고, 실린더형 오목렌즈(411)에 의해 발산된 레이저 빔은 실린더형 볼록렌즈(412)에 의해 발산각이 교정된다. 그런데, 레이저 광원(300)으로부터 생성된 레이저 빔이 완벽한 평행광인 경우, 실린더형 오목렌즈(411)와 실린더형 볼록렌즈(412) 사이의 거리를 df1, 실린더형 오목렌즈(411)의 초점거리를 fc1, 실린더형 볼록렌즈(412)의 초점거리를 fv1이라 하면, 다음 조건을 만족할 경우 대상물의 내부에 형성되는 레이저 빔의 스폿의 크기가 최소가 된다.The laser beam generated from the laser light source 300 is incident on the cylindrical concave lens 411, and the divergent angle of the laser beam emitted by the cylindrical concave lens 411 is corrected by the cylindrical convex lens 412. . However, when the laser beam generated from the laser light source 300 is perfectly parallel light, the distance between the cylindrical concave lens 411 and the cylindrical convex lens 412 is d f1 and the focal length of the cylindrical concave lens 411 is When f c1 and the focal length of the cylindrical convex lens 412 is f v1 , the size of the spot of the laser beam formed inside the object is minimized when the following conditions are satisfied.

Figure 112010058909938-pat00001
…(수식1)
Figure 112010058909938-pat00001
… (Formula 1)

그러나, 실제의 레이저 빔은 소정 크기의 발산각을 가지며, 이로 인해 레이저 빔의 스폿의 크기가 최소가 되는 지점은 다음 수식과 같이 변경된다.However, the actual laser beam has a divergence angle of a predetermined size, whereby the point where the spot size of the laser beam is minimized is changed as follows.

Figure 112010058909938-pat00002
…(수식2)
Figure 112010058909938-pat00002
… (Formula 2)

여기서, α는 레이저 빔의 발산각에 의해 길어진 실린더형 오목렌즈(411)의 초점거리의 증가성분이며, β는 레이저 빔의 발산각에 의해 길어진 실린더형 볼록렌즈(412)의 초점거리의 증가성분이다.Here, α is an increase component of the focal length of the cylindrical concave lens 411 lengthened by the divergence angle of the laser beam, β is an increase component of the focal length of the cylindrical convex lens 412 lengthened by the divergence angle of the laser beam. to be.

도 14를 참고하여 위와 같은 수식의 변경 과정을 설명하면 다음과 같다. 먼저, 하나의 렌즈를 상정하고, 레이저 빔이 완벽한 평행광이라 가정하면, 렌즈(Cc)를 통과하는 레이저 빔은 렌즈(Cc)의 광축선 상에 있어서 렌즈(Cc)의 초점거리(f)에 대응하는 위치를 지나게 된다(도 14의 광경로 B 참조). 그러나, 레이저 빔의 발산각이 θ인 발산광의 경우 렌즈(Cc)를 통과하는 레이저 빔은 렌즈(Cc)의 광축선 상에 있어서 렌즈(Cc)의 초점거리(f)보다 더 먼 지점(S1)을 지나게 된다(도 14의 광경로 B1 참조). 여기서 초점거리의 증가성분, 즉 S1과 f사이의 거리는 θ의 함수가 된다.A process of changing the above formula will be described with reference to FIG. 14. First, when assuming a single lens, and assumed that the laser beam is a perfect parallel light, the focal length of the lens (C c) in the optical axis line of the laser beam passing through the lens (C c) is a lens (C c) ( Pass the position corresponding to f) (see light path B in Fig. 14). However, when the emitted light diverging angle θ of the laser beam lens (C c) to pass a laser beam is farther point than the lens (C c) focal length (f) of the optical axis line of the lens (C c) to Pass (S 1 ) (see light path B 1 of FIG. 14). Here, the increasing component of the focal length, that is, the distance between S 1 and f becomes a function of θ.

따라서, 도 3에 도시된 바와 같이 빔 정형 모듈이 실린더형 오목렌즈(411)와 실린더형 볼록렌즈(412)의 쌍으로 구성되면 수식2는 다음과 같이 표현될 수 있다.Therefore, as shown in FIG. 3, when the beam shaping module is configured with a pair of cylindrical concave lenses 411 and cylindrical convex lenses 412, Equation 2 may be expressed as follows.

Figure 112010058909938-pat00003
…(수식3)
Figure 112010058909938-pat00003
… (Formula 3)

여기서,

Figure 112010058909938-pat00004
Figure 112010058909938-pat00005
는 각각 레이저 빔의 발산각에 의해 길어진 실린더형 오목렌즈(411)의 초점거리의 증가성분과, 실린더형 볼록렌즈(412)의 초점거리의 증가성분이며, 이들은 각각 레이저 빔의 발산각의 함수가 된다. 따라서, 각 레이저의 발산각에 따라 실린더형 오목렌즈(411)와 실린더형 볼록렌즈(412)의 위치를 적절히 조절함으로써 발산각을 교정할 수 있다.here,
Figure 112010058909938-pat00004
Wow
Figure 112010058909938-pat00005
Are components of increasing the focal length of the cylindrical concave lens 411 lengthened by the divergence angle of the laser beam and components of increasing the focal length of the cylindrical convex lens 412, respectively. do. Therefore, the divergence angle can be corrected by appropriately adjusting the positions of the cylindrical concave lens 411 and the cylindrical convex lens 412 according to the divergence angle of each laser.

한편, 집광점에 형성되는 레이저 빔의 스폿의 크기는 다음과 같이 표현된다.On the other hand, the size of the spot of the laser beam formed at the focusing point is expressed as follows.

Figure 112010058909938-pat00006
…(수식4)
Figure 112010058909938-pat00006
… (Equation 4)

여기서, M2은 빔질인자(beam quality factor)로서, 다음과 같이 발산각의 함수로서 표현된다.Here, M 2 is a beam quality factor and is expressed as a function of divergence angle as follows.

Figure 112010058909938-pat00007
…(수식5)
Figure 112010058909938-pat00007
… (Formula 5)

상기 수식4 및 수식5에서, f는 집광렌즈의 초점길이, D는 집광렌즈에 입사되는 레이저 빔의 직경이다. 위 수식5에서 알 수 있는 바와 같이 M2은 레이저 빔의 발산각(θ)에 비례하고, 위 수식4에서 알 수 있는 바와 같이, 스폿의 크기 d는 M2에 비례하므로, 결국 레이저 빔의 스폿의 크기(d)는 레이저 빔의 발산각(θ)에 비례하게 됨을 알 수 있다. 따라서, 레이저 빔의 발산각이 소정의 값으로 주어질 경우, 이 발산각을 교정함으로써 스폿의 크기를 제어할 수 있다.In Equations 4 and 5, f is the focal length of the condenser lens, and D is the diameter of the laser beam incident on the condenser lens. As can be seen from the above formula, 5 M 2 is proportional to the angle (θ) the divergence of the laser beam and, as can be seen from the above Equation 4, since the size d of the spot is proportional to M 2, spots of the end laser beam It can be seen that the magnitude d is proportional to the divergence angle θ of the laser beam. Therefore, when the divergence angle of the laser beam is given a predetermined value, the spot size can be controlled by correcting the divergence angle.

위와 같은 이론을 배경으로 하여, 다시 도 3을 참조하여, 실린더형 오목렌즈와 실린더형 볼록렌즈로 구성된 빔 정형 모듈에서 스폿의 형상을 조절하는 과정을 설명하기로 한다.On the basis of the above theory, with reference to FIG. 3 again, the process of adjusting the shape of the spot in the beam shaping module composed of the cylindrical concave lens and the cylindrical convex lens will be described.

먼저, 도 3(a)와 같이 실린더형 볼록렌즈(412)가 화살표 방향으로 이동할 경우, 실린더형 오목렌즈(411)와 실린더형 볼록렌즈(412) 사이의 거리가 상기 수식3을 만족하는 d`f1에서 멀어진다고 가정한다. 이 경우, 집광렌즈(430)에 의해 집광된 레이저 빔의 스폿의 폭은 커지게 된다.First, when the cylindrical convex lens 412 moves in the direction of the arrow as shown in FIG. 3 (a), the distance between the cylindrical concave lens 411 and the cylindrical convex lens 412 satisfies Equation 3 above. Assume we move away from f1 . In this case, the width of the spot of the laser beam focused by the condenser lens 430 becomes large.

반대로 도 3(b)와 같이 실린더형 볼록렌즈(412)가 화살표 방향으로 이동할 경우, 실린더형 오목렌즈(411)와 실린더형 볼록렌즈(412) 사이의 거리가 상기 수식3을 만족하는 d`f1에 가까워진다고 가정한다. 이 경우, 집광렌즈(430)에 의해 집광된 레이저 빔의 스폿의 폭은 작아지게 된다. 이상적으로 실린더형 오목렌즈(411)와 실린더형 볼록렌즈(412) 사이의 거리가 상기 수식3을 만족하는 d`f1이 되면, 집광된 레이저 빔의 스폿의 폭은 최소가 될 수 있다.When the cylindrical convex lens 412, as shown in 3 (b) is also contrary to move in the direction of the arrow, d` f1 to the distance between the cylindrical concave lens 411 and the cylindrical convex lens 412 satisfies the formula 3 Assume that you are close to. In this case, the width of the spot of the laser beam focused by the condenser lens 430 becomes small. Ideally, if the distance between the cylindrical concave lens 411 and the cylindrical convex lens 412 is d` f1 satisfying the above Equation 3, the width of the spot of the focused laser beam can be minimum.

이와 같이 실린더형 오목렌즈(411) 및 실린더형 볼록렌즈(412)의 위치를 조정함으로써 대상물(200)의 내부에서 스폿의 형상, 즉, 스폿의 폭을 제어할 수 있게 된다. 일반적으로 스폿의 형상은 입사빔의 크기, 발산각, 및 파장의 함수로 표현되는데, 상기와 같이 발산각의 교정만에 의해서도 원하는 형상과 크기를 갖는 스폿을 형성하는 것이 가능하게 되고, 이는 특히 대상물의 내부에 레이저 빔을 집광하여 스크라이빙하는 경우에 매우 유용하다.By adjusting the positions of the cylindrical concave lens 411 and the cylindrical convex lens 412 in this way, the shape of the spot, that is, the width of the spot can be controlled in the interior of the object 200. In general, the shape of the spot is expressed as a function of the size, the divergence angle, and the wavelength of the incident beam. As described above, it is possible to form a spot having a desired shape and size only by correcting the divergence angle, and in particular, an object It is very useful when condensing a laser beam inside the.

위와 같이 구형이 아닌 실린더형 오목렌즈(411)를 이용하면, 레이저 빔의 X축과 Y축 중 어느 한 방향 성분에 대해서만 발산이 되며, 예컨대 도 3 에서와 같이 X축 방향 성분에 대해서는 발산되지만 Y축 방향 성분은 아무런 변화없이 실린더형 오목렌즈(411)를 그대로 통과하게 된다. 즉, 레이저 빔의 Y축 방향 성분은 실린더형 오목렌즈(411)에 의한 영향을 전혀 받지 않게 된다.When using the non-spherical cylindrical concave lens 411 as described above, the laser beam diverges only in one direction component of the X-axis and Y-axis of the laser beam. For example, as shown in FIG. The axial component passes through the cylindrical concave lens 411 without any change. In other words, the Y-axis component of the laser beam is not affected by the cylindrical concave lens 411 at all.

도 7의 광강도 그래프를 보면, 스폿의 폭이 d1에서 d2로 좁아짐으로 인해 스폿 사이즈는 감소하는 반면 전체 광강도는 보전되므로 단위면적당 광강도는 오히려 높아지게 됨을 알 수 있다.Referring to the light intensity graph of FIG. 7, the spot size decreases as the width of the spot is narrowed from d1 to d2, while the overall light intensity is preserved, so that the light intensity per unit area is rather increased.

이와 같이 레이저 빔의 발산각에 따라 실린더형 오목렌즈(411)와 실린더형 볼록렌즈(412)의 위치를 조절함으로써, 스폿을 타원형 형상, 혹은 더 나아가 선형에 가까운 형상이 되도록 할 수 있다. 이러한 타원형 또는 선형 스폿의 장축이 대상물(200)의 스크라이빙 방향, 즉 절단예정라인 방향이 되도록 하면, 가공 속도가 현저히 향상되며, 또한 레이저 빔을 대상물(200)의 내부에 조사하는 것만으로 대상물(200)의 자가절단을 유도할 수 있게 된다. 이에 대한 상세는 후술하기로 한다.In this way, by adjusting the positions of the cylindrical concave lens 411 and the cylindrical convex lens 412 according to the divergence angle of the laser beam, the spot can be formed into an elliptical shape, or more nearly a linear shape. When the major axis of the elliptical or linear spot is in the scribing direction of the object 200, that is, the direction of the cutting line, the processing speed is significantly improved, and the object is merely irradiated with the laser beam inside the object 200. It is possible to induce self-cutting of (200). Details thereof will be described later.

다음으로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 대상물 가공 장치의 광학부의 구성을 도 4를 참조하여 설명하기로 한다.Next, the structure of the optical unit of the object processing apparatus according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 4.

이 실시예에 따른 광학부(400)의 빔 정형 모듈(410)은, 도 4에 도시된 바와 같이 이동가능한 구형(spherical) 오목렌즈(413), 제1 실린더형 볼록렌즈(414), 및 제2 실린더형 볼록렌즈(415)를 포함한다.The beam shaping module 410 of the optical unit 400 according to this embodiment includes a spherical concave lens 413, a first cylindrical convex lens 414, and a first movable convex lens 414, as shown in FIG. 4. And a two-cylindrical convex lens 415.

구형 오목렌즈(413)는 광학부(400)의 상부에 위치하며, 레이저 광원(300)으로부터 생성된 레이저 빔을 발산시킨다. 구형 오목렌즈(413)는 레이저 빔의 직교하는 X축 및 Y축 방향 성분 모두에 대해 레이저 빔을 발산할 수 있다는 점에서 전술한 실린더형 오목렌즈(411)와 구별된다. 이와 같이 X축 및 Y축 모두에 대해 레이저 빔이 발산하게 되므로, 발산된 레이저 빔의 발산각 교정을 행하기 위해서는 X축 및 Y축 방향 성분에 대해 각각 발산각 교정이 가능한 2개의 실린더형 볼록렌즈가 필요하게 된다.The spherical concave lens 413 is positioned above the optical unit 400 and emits a laser beam generated from the laser light source 300. The spherical concave lens 413 is distinguished from the cylindrical concave lens 411 described above in that the spherical concave lens 413 can emit a laser beam with respect to both orthogonal X and Y axis components. In this way, since the laser beam is divergent on both the X and Y axes, two cylindrical convex lenses capable of correcting the divergence angle on the X and Y axis components in order to correct the divergent angle of the divergent laser beam Will be needed.

구형 오목렌즈(413)를 통해 발산된 레이저 빔은 차례로 제1 실린더형 볼록렌즈(414)와 제2 실린더형 볼록렌즈(415)를 통과하게 된다. 구형 오목렌즈(413), 제1 실린더형 볼록렌즈(414), 및 제2 실린더형 볼록렌즈(415)의 위치는 제어부(500)의 제어명령에 따라 이동부(600)에 의해 변화될 수 있고, 이로 인해 대상물의 내부에 형성되는 스폿의 형상 또는 크기가 변화하게 된다. 이에 대해서는 도 5 및 도 6을 참고하여 상세히 설명하기로 한다.The laser beam emitted through the spherical concave lens 413 in turn passes through the first cylindrical convex lens 414 and the second cylindrical convex lens 415. The positions of the spherical concave lens 413, the first cylindrical convex lens 414, and the second cylindrical convex lens 415 may be changed by the moving unit 600 according to a control command of the controller 500. As a result, the shape or size of the spot formed inside the object is changed. This will be described in detail with reference to FIGS. 5 and 6.

도 5는 도 4에 개시된 광학부에 있어서 구형 오목렌즈와 제1 실린더형 볼록렌즈 사이의 거리에 따른 스폿의 형상 변화를 설명하기 위한 도면, 도 6은 도 4에 개시된 광학부에 있어서 구형 오목렌즈와 제2 실린더형 볼록렌즈 사이의 거리에 따른 스폿의 형상 변화를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 5 is a view for explaining a shape change of a spot according to a distance between a spherical concave lens and a first cylindrical convex lens in the optical part disclosed in FIG. 4, and FIG. 6 is a spherical concave lens in the optical part disclosed in FIG. 4. And a shape change of the spot according to the distance between the second cylindrical convex lens.

먼저, 레이저 광원(300)으로부터 생성된 레이저 빔은 구형 오목렌즈(413)에 입사되고, 구형 오목렌즈(413)에 의해 발산된 레이저 빔의 X축 방향 성분은 제1 실린더형 볼록렌즈(414)에 의해 발산각이 교정된다. 이 때, 구형 오목렌즈(413)와 제1 실린더형 볼록렌즈(414) 사이의 거리가, 구형 오목렌즈(413)의 초점거리와 제1 실린더형 볼록렌즈(414)의 초점거리와 레이저 빔의 발산각에 따른 초점거리의 증가성분을 합한 수치에 가까워지는 경우에는, 집광렌즈(430)에 의해 집광된 레이저 빔의 스폿의 폭은 작아지게 된다(도 5(a) 참조). 반대로 구형 오목렌즈(413)와 제1 실린더형 볼록렌즈(414) 사이의 거리가, 구형 오목렌즈(413)의 초점거리와 제1 실린더형 볼록렌즈(414)의 초점거리와 레이저 빔의 발산각에 따른 초점거리의 증가성분을 합한 수치에서 멀어지는 경우에는, 집광렌즈(430)에 의해 집광된 레이저 빔의 스폿의 폭은 커지게 된다(도 5(b) 참조). 이상은 레이저 빔의 X축 방향 성분에 대한 발산각 교정만을 설명한 것으로, 도 3과 관련하여 앞의 실시예에서 설명한 것과 동일하므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.First, the laser beam generated from the laser light source 300 is incident on the spherical concave lens 413, and the X-axis direction component of the laser beam emitted by the spherical concave lens 413 is the first cylindrical convex lens 414. The divergence angle is corrected by At this time, the distance between the spherical concave lens 413 and the first cylindrical convex lens 414 is the focal length of the spherical concave lens 413 and the focal length of the first cylindrical convex lens 414 and the laser beam. When the value of the increase in the focal length according to the divergence angle is close to the sum value, the width of the spot of the laser beam focused by the condenser lens 430 becomes small (see Fig. 5 (a)). On the contrary, the distance between the spherical concave lens 413 and the first cylindrical convex lens 414 is the focal length of the spherical concave lens 413 and the focal length of the first cylindrical convex lens 414 and the divergence angle of the laser beam. In the case where the increase component of the focal length increases from the sum value, the width of the spot of the laser beam focused by the condenser lens 430 becomes large (see FIG. 5 (b)). As described above, only the divergence angle correction for the X-axis component of the laser beam has been described, and the description thereof will be omitted since it is the same as described with reference to FIG. 3.

그러나, 구형 오목렌즈(413)는 실린더형 오목렌즈(411)와는 다르게 레이저 빔의 Y축 방향 성분도 발산시키므로, 제2 실린더형 볼록렌즈(415)가 추가적으로 필요하게 된다.However, since the spherical concave lens 413 also diverges the Y-axis component of the laser beam differently from the cylindrical concave lens 411, a second cylindrical convex lens 415 is additionally required.

도 6에 나타낸 바와 같이 구형 오목렌즈(413)에 의해 발산된 레이저 빔의 Y축 방향 성분은 제1 실린더형 볼록렌즈(414)를 그대로 통과한 후 제2 실린더형 볼록렌즈(415)에 의해 발산각이 교정된다. 즉, 레이저 빔의 Y축 방향 성분에 대해서는 제1 실린더형 볼록렌즈(414)는 존재하지 않는 것처럼 취급할 수 있다. 따라서, 구형 오목렌즈(413)와 제2 실린더형 볼록렌즈(415) 사이의 거리가, 구형 오목렌즈(413)의 초점거리와 제2 실린더형 볼록렌즈(415)의 초점거리와 레이저 빔의 발산각에 따른 초점거리의 증가성분을 합한 수치에서 멀어지는 경우에는, 집광렌즈(430)에 의해 집광된 레이저 빔의 스폿의 길이는 커지게 된다(도 6(a) 참조). 반대로 구형 오목렌즈(413)와 제2 실린더형 볼록렌즈(415) 사이의 거리가, 구형 오목렌즈(413)의 초점거리와 제2 실린더형 볼록렌즈(415)의 초점거리와 레이저 빔의 발산각에 따른 초점거리의 증가성분을 합한 수치에 가까워지는 경우에는, 집광렌즈(430)에 의해 집광된 레이저 빔의 스폿의 길이는 작아지게 된다(도 6(b) 참조).As shown in FIG. 6, the Y-axis component of the laser beam emitted by the spherical concave lens 413 passes through the first cylindrical convex lens 414 as it is and is diverged by the second cylindrical convex lens 415. The angle is corrected. That is, the first cylindrical convex lens 414 can be treated as if the Y-axis component of the laser beam does not exist. Therefore, the distance between the spherical concave lens 413 and the second cylindrical convex lens 415 is the focal length of the spherical concave lens 413 and the focal length of the second cylindrical convex lens 415 and the divergence of the laser beam. In the case of moving away from the sum of the increase components of the focal length according to the angle, the length of the spot of the laser beam collected by the condenser lens 430 becomes large (see FIG. 6 (a)). On the contrary, the distance between the spherical concave lens 413 and the second cylindrical convex lens 415 is the focal length of the spherical concave lens 413 and the focal length of the second cylindrical convex lens 415 and the divergence angle of the laser beam. In the case where the increase component of the focal length is closer to the sum value, the length of the spot of the laser beam focused by the condenser lens 430 becomes small (see Fig. 6 (b)).

여기서 스폿의 "폭"은 스폿의 X축 방향 크기, 즉 도 3, 5, 6에 도시된 대상물(200)에 있어서 스폿 형상의 상하 방향 크기를 나타내며, 스폿의 "길이"는 스폿의 Y축 방향 크기, 즉 도 3, 5, 6에 도시된 대상물(200)에 있어서 스폿 형상의 좌우 방향 크기를 나타낸다.Here, the "width" of the spot indicates the size of the spot in the X-axis direction, that is, the size of the spot in the vertical direction of the object 200 shown in FIGS. 3, 5, and 6, and the "length" of the spot indicates the Y-axis direction of the spot. The size, that is, the size of the spot in the left and right directions in the object 200 shown in FIGS. 3, 5, and 6 is shown.

스폿의 폭이 좁고 길이가 긴 경우 스폿의 단축은 X축 방향으로 형성되고 스폿의 장축은 Y축 방향으로 형성된다(도 3(b), 도 5(a) 참조). 이 스폿의 장축 방향이 스크라이빙 방향과 일치하도록 하면 가공 공정이 보다 효율적이고 신속하게 이루어지며, 또한 대상물(200)의 자가절단을 유도할 수 있게 된다. 이에 대해 도 15 내지 도 19를 참조하여 설명하기로 한다.When the width of the spot is narrow and the length is long, the short axis of the spot is formed in the X-axis direction, and the long axis of the spot is formed in the Y-axis direction (see FIGS. 3 (b) and 5 (a)). When the long axis direction of the spot coincides with the scribing direction, the machining process can be made more efficiently and quickly, and the self-cutting of the object 200 can be induced. This will be described with reference to FIGS. 15 to 19.

도 15는 상변이 영역의 형상에 의한 응력집중 현상을 설명하기 위한 도면, 도 16은 스폿의 형상과 스크라이빙 방향의 관계를 설명하기 위한 도면, 도 17은 레이저 빔 스폿에 의해 형성되는 상변이 영역을 나타낸 도면, 도 18은 자가절단이 일어난 기판과 그렇지 않은 기판을 비교하기 위한 실제 사진이다.15 is a view for explaining a stress concentration phenomenon due to the shape of the phase transition region, FIG. 16 is a view for explaining the relationship between the shape of the spot and the scribing direction, Figure 17 is a phase change formed by the laser beam spot 18 is an actual photograph for comparing a substrate on which self-cutting occurred and a substrate on which the self-cutting occurred.

도 15(a)는 레이저 빔의 발산각에 대한 교정을 행하지 않아 스폿이 원형으로 형성된 경우를 나타낸다. 이 경우, 상변이 영역(T)을 대상물의 스크라이빙 방향(Y축 방향)에 수직하게 자른 단면(XZ평면)을 보면, 실질적으로 원형에 가까운 모습이 된다. 즉, 상변이 영역의 Z축 방향 크기와 X축 방향 크기가 같게 된다.Fig. 15A shows a case where the spot is formed in a circular shape by not correcting the divergence angle of the laser beam. In this case, looking at the cross section (XZ plane) which cut | disconnected the phase change area | region T perpendicular | vertical to the scribing direction (Y-axis direction) of an object, it will become a substantially round shape. That is, the size of the Z-axis direction and the size of the X-axis direction of the phase shift area are the same.

반면에, 도 15(b)는 레이저 빔의 발산각에 대한 교정을 행하여 스폿이 타원형으로 형성된 경우를 나타낸다. 이 경우, 상변이 영역(T)을 대상물의 스크라이빙 방향(Y축 방향)에 수직하게 자른 단면(XZ평면)을 보면, 스크라이빙 방향에 수직한 타원형이 된다. 즉, 도면에 도시된 바와 같이, 단면에 있어서 상변이 영역(T)의 X축 방향 크기는 작고 Z축 방향 크기는 크다. 상변이 영역(T)의 형상을 3차원적으로 나타내면 도 17에 도시된 바와 같으며, 수직방향 단면(C1)과 수평방향 단면(C2)이 모두 타원형임을 알 수 있다.On the other hand, Fig. 15 (b) shows a case where the spot is formed in an elliptical shape by correcting the divergence angle of the laser beam. In this case, looking at the cross section (XZ plane) which cut | disconnected the phase change area | region T perpendicular | vertical to the scribing direction (Y-axis direction) of an object, it becomes an oval perpendicular to a scribing direction. That is, as shown in the figure, the size of the X-axis direction of the phase change region T in the cross section is small and the size of the Z-axis direction is large. When the shape of the phase change region T is three-dimensionally shown in FIG. 17, it can be seen that both the vertical cross section C1 and the horizontal cross section C2 are elliptical.

한편, 도 15에서, 상변이 영역(T)의 수직방향 단부 지점에서의 곡률반경을 살펴보면, 원형 스폿인 경우의 곡률반경(R1)에 비해 타원형 스폿인 경우의 곡률반경(R2)이 더 작음을 알 수 있다.On the other hand, in Figure 15, looking at the radius of curvature at the vertical end point of the upper transition region (T), the radius of curvature (R2) of the elliptical spot is smaller than the radius of curvature (R1) of the circular spot Able to know.

일반적으로 상변이 영역(T)의 특정 지점에서 발생되는 응력의 정도는 다음과 같은 응력집중계수(stress concentration factor) S로 나타내어진다.In general, the degree of stress generated at a specific point in the phase transition region (T) is represented by the stress concentration factor (S) as follows.

Figure 112010058909938-pat00008
…(수식6)
Figure 112010058909938-pat00008
… (Equation 6)

여기서, D는 상변이 영역(T)의 수직방향 크기, R은 해당 지점의 곡률반경이다.Here, D is the vertical size of the phase change region T, R is the radius of curvature of the point.

원형 스폿인 경우 상변이 영역(T)의 수직방향 단부 지점에서의 응력집중계수를 S1이라 하고, 타원형 스폿인 경우 상변이 영역(T)의 수직방향 단부 지점에서의 응력집중계수를 S2라고 하면, 원형 스폿인 경우 상변이 영역(T)의 수직방향 크기(D1)와 타원형 스폿인 경우 상변이 영역(T)의 수직방향 크기(D2)는 서로 비슷하고, 곡률반경은 R1>R2 이므로, 결국 S1<S2가 된다. 즉, 타원형 스폿인 경우 원형 스폿인 경우에 비해 상변이 영역(T)의 수직방향 단부 지점에서 응력이 집중됨을 알 수 있다.In the case of a circular spot, the stress concentration coefficient at the vertical end point of the phase change area T is S1. In the case of an elliptical spot, the stress concentration coefficient at the vertical end point of the phase change area T is S2. In the case of a circular spot, the vertical size (D1) of the phase change area (T) and the elliptical spot in the vertical direction (D2) of the phase change area (T) are similar to each other, and the radius of curvature is R1> R2. <S2 becomes. That is, in the case of an elliptical spot, it can be seen that the stress is concentrated at the vertical end point of the phase change region T as compared to the circular spot.

이러한 응력의 집중 현상에 의해 타원형 스폿의 경우에는 그 장축 방향 단부 지점에 크랙이 집중적으로 형성될 수 있다(도 16(b) 참조). 다시 말해, 타원형 스폿의 경우는 상변이 영역(T)에 있어서 타 지점에 비해 응력이 집중되는 응력집중부가 형성된다. 응력집중부는 상변이 영역(T)에 있어서 대상물의 표면이나 이면측 단부에 형성된다. 상변이 영역(T)의 곡률반경은 응력집중부에서 최소가 되며, 따라서 응력집중부에서 크랙의 생성이 다른 지점보다 활발하게 된다.In the case of the elliptical spot, cracks can be concentrated at the end points in the longitudinal direction of the elliptical spot due to the concentration of such stress (see FIG. 16 (b)). In other words, in the case of an elliptical spot, a stress concentration part is formed in which the stress is concentrated in the phase change region T as compared with other points. The stress concentration part is formed at the front end or the rear end portion of the object in the phase transition region T. As shown in FIG. The radius of curvature of the phase transition region T is minimized at the stress concentration portion, and thus the crack generation at the stress concentration portion is more active than at other points.

그러나, 원형 스폿의 경우는 응력이 특별히 집중되는 부분이 없어서 크랙이 형성되지 않거나, 크랙이 형성되더라도 특별한 방향성 없이 무작위적으로 형성된다(도 16(a) 참조). 이와 같이 원형 스폿의 경우 크랙의 형성을 제어할 수 없어서, 자가절단이 이루어지지 않거나, 또는 크랙이 형성되더라도 원하지 않는 방향으로 형성됨으로써 절단면의 방향이 불량해지는 문제가 생길 수 있다.However, in the case of the circular spot, there is no part where stress is particularly concentrated, so that no crack is formed, or even if cracks are formed, they are formed randomly without any particular direction (see Fig. 16 (a)). As described above, in the case of the circular spot, the formation of the cracks cannot be controlled, so that self-cutting is not performed, or even if the cracks are formed, they may be formed in an undesired direction, thereby causing a problem in that the direction of the cutting surface becomes poor.

타원형 스폿의 경우 스폿의 장축이 대상물의 절단예정라인(L1)에 일치하게 되도록 광학부(400)와 대상물(200)을 배치하면, 절단예정라인(L1)을 따른 방향으로 스폿이 길게 형성된다. 이에 의해, 절단예정라인(L1)에 위치하는 스폿의 양끝단에 형성되는 상변이 영역에서 응력이 집중되고, 절단예정라인(L1)을 따르는 방향으로 크랙이 형성된다. 따라서, 스폿의 간격을 크게 할 수 있어서 가공속도가 현저히 향상된다. 이러한 크랙이 대상물의 표면 또는 이면에 이르게 되면 대상물이 자가절단될 수 있다. 이 경우 레이저 빔을 대상물(200)의 내부에 조사하는 것만으로 별도의 후속되는 절단 공정 없이도 웨이퍼를 칩으로 개편화할 수 있게 되어, 공정수 감소, 공정시간 감소, 비용 절감 등의 효과를 얻을 수 있다.In the case of an elliptical spot, when the optical unit 400 and the object 200 are arranged such that the long axis of the spot coincides with the cutting line L1 of the object, the spot is formed long in the direction along the cutting line L1. As a result, stress is concentrated in the phase change region formed at both ends of the spot located in the cut line L1, and cracks are formed in the direction along the cut line L1. Therefore, the space | interval of a spot can be enlarged and a processing speed improves remarkably. When such a crack reaches the surface or the back of the object, the object may be self-cut. In this case, by simply irradiating the laser beam inside the object 200, the wafer can be separated into chips without a separate cutting process, thereby reducing the number of processes, reducing process time, and reducing costs. .

이와 같이, 레이저 빔의 발산각을 교정한 후 교정된 레이저 빔을 대상물의 내부에 집광하여 스폿을 형성함으로써, 스크라이빙 방향(타원형 또는 선형 스폿의 장축 방향)으로 크랙이 생성되도록 유도할 수 있다.As such, after the divergence angle of the laser beam is corrected, the corrected laser beam is focused on the inside of the object to form a spot, thereby inducing cracks in the scribing direction (the long axis direction of the elliptic or linear spot). .

한편, 대상물이 두꺼운 경우에는 대상물의 수직방향(두께방향)으로 복수개의 스폿을 형성하는 것도 가능하다. 이 경우, 원형 스폿의 경우에는 전술한 바와 같이 각각의 스폿에서 무작위적으로 크랙(마이크로 크랙)이 형성되므로, 어느 하나의 스폿에서 형성된 크랙은 인접한 스폿에서 형성된 크랙과 만남으로써 크랙의 진행(propagation)이 증폭된다. 이러한 방향성이 없는 긴 크랙으로 인해 단일 스폿인 경우(대상물의 두께 방향으로 하나의 스폿을 형성하는 경우)에 비해 오히려 크랙이 무작위적으로 형성된다고 하는 악영향이 배가된다.On the other hand, when the object is thick, it is also possible to form a plurality of spots in the vertical direction (thickness direction) of the object. In this case, in the case of a circular spot, as described above, cracks (microcracks) are formed at each spot at random, so that cracks formed at any one spot meet with cracks formed at adjacent spots, thereby propagating the cracks. Is amplified. This directional long crack doubles the adverse effect of randomly forming cracks compared to the case of a single spot (one spot in the thickness direction of the object).

그러나, 타원형 스폿의 경우는 어느 하나의 스폿에서 형성된 크랙은 스크라이빙 방향, 즉 절단면이 형성되는 방향을 따라 진행되고, 이러한 스폿 및 여기서 형성된 크랙이 대상물의 두께방향으로 복수개의 지점에서 형성되므로 자가절단의 효과가 증폭된다.However, in the case of an elliptical spot, cracks formed at any one spot proceed along a scribing direction, that is, a direction in which a cut plane is formed, and since such spots and cracks formed therein are formed at a plurality of points in the thickness direction of the object, The effect of cleavage is amplified.

이와 같이 대상물에 자가절단이 이루어지게 되면 종래의 경우에 비해 작은 외력만으로도 대상물의 분리 또는 절단이 가능하게 되고, 이상적으로는 외력의 인가 없이도 대상물이 분리될 수 있다. 실제로 대상물의 내부에 원형 스폿에 의한 상변이 영역을 형성하는 경우(자가절단이 이루어지지 않은 경우)에는, 대상물의 표면 또는 이면에 레이저 빔을 조사하여 절단예정라인을 형성하는 것과 거의 같은 정도의 절단 외력(F1)이 필요하지만, 대상물의 내부에 타원형 스폿을 형성하여 자가절단이 이루어지도록 하면 원형 스폿인 경우와 비교해 수십 분의 일 이하의 작은 외력(F2)으로도 절단이 가능하게 된다.As such, when the self-cutting is performed on the object, the object can be separated or cut with only a small external force, and ideally, the object can be separated without the application of an external force. In fact, in the case where a phase change area due to a circular spot is formed inside the object (if self-cutting is not performed), the cutting is almost equivalent to forming a cutting line by irradiating a laser beam to the surface or the back of the object. External force F1 is required, but if an elliptical spot is formed inside the object to allow self-cutting, cutting is possible even with a small external force F2 of tens or less as compared with the circular spot.

특히, 원형 스폿의 경우 절단 외력(F1)이 특별한 방향성 없이 형성된 크랙에 동일하게 가해지므로, 원하는 않는 방향으로의 크랙 진행이 증폭되어 절단면의 방향이 불량해지는 문제가 생길 수 있다. 그러나 레이저 빔의 발산각 교정에 의해 대상물의 내부에 타원형 스폿을 형성하는 경우에는, 크랙의 방향을 절단 방향으로 유도할 수 있고, 절단 방향 이외의 방향으로 형성된 크랙이 있다고 하더라도, 이 크랙에 가해지는 외력(F2)이 매우 작기 때문에, 절단면 이외의 방향으로 크랙 진행이 증폭되어 절단면이 불량해지는 문제는 거의 생기지 않게 된다.Particularly, in the case of the circular spot, since the cutting external force F1 is equally applied to the crack formed without special directionality, crack propagation in an undesired direction may be amplified and the direction of the cutting surface may be poor. However, when the elliptical spot is formed inside the object by the divergent angle correction of the laser beam, the crack direction can be guided in the cutting direction, and even if there are cracks formed in a direction other than the cutting direction, the crack is applied to the crack. Since the external force F2 is very small, there is almost no problem that crack propagation is amplified in a direction other than the cut surface and the cut surface is poor.

도 18은 대상물의 표면에 적층부를 형성한 실제 소자에 레이저 빔을 조사한 것을 나타낸 사진으로서, 대상물을 스크라이빙 한 후 절단 공정을 진행하기 전에 레이저 빔이 조사되는 이면에서 촬영한 사진(XY평면)이다. 도 18a는 레이저 빔의 발산각 교정을 행하지 않아 원형 스폿이 형성된 경우를 나타내며, 도 18b는 레이저 빔의 발산각 교정을 행하여 타원형 스폿이 형성된 경우를 나타낸다. 도 18b에서 스크라이빙이 진행되는 방향(Y축 방향)으로 형성된 깨끗한 자가절단 선(도면의 중앙에서 좌우로 형성된 선)을 볼 수 있다. 그에 반해, 도 18a에서는 스크라이빙이 진행되는 방향으로의 자가절단 선을 볼 수 없다. 즉, 별도의 후속 공정을 통하여 대상물에 물리적 혹은 열적인 충격을 주어야 절단이 이루어진다.18 is a photograph showing a laser beam irradiated to a real device having a laminated portion formed on the surface of the object, and photographed from the back side where the laser beam is irradiated before the cutting process after scribing the object (XY plane) to be. FIG. 18A shows a case where a circular spot is formed without performing a divergence angle correction of the laser beam, and FIG. 18B shows a case where an elliptical spot is formed by performing a divergence angle correction of the laser beam. In FIG. 18B, a clean self-cutting line (line formed left and right in the center of the drawing) formed in the direction in which the scribing proceeds (the Y-axis direction) can be seen. In contrast, in Fig. 18A, the self-cutting line in the direction in which the scribing proceeds cannot be seen. In other words, the cutting is performed by giving a physical or thermal impact to the object through a separate subsequent process.

본 명세서에 있어서 "자가절단"이란, 대상물의 내부에 형성된 상변이 영역에서 발생된 크랙이 전파되어 대상물의 표면 또는 이면을 도달함으로써 대상물이 완전히 절단되는 경우는 물론, 크랙이 대상물의 표면 또는 이면에 도달되지는 않더라도 대상물의 표면 또는 이면에 상당히 가까운 정도로 크랙이 전파되는 경우, 또는 크랙의 일부는 대상물의 표면 또는 이면에 도달되고 또 다른 일부는 그렇지 않은 경우 등도 포함되는 것으로 이해되어야 한다.In the present specification, "self-cutting" refers to a case in which a crack generated in a phase change region formed inside an object is propagated and reaches the surface or the back of the object, thereby completely cutting the object, as well as the crack on the surface or the back of the object. It should be understood that even if not reached, cracks propagate to a degree substantially close to the surface or back side of the object, or if some of the cracks reach the surface or back side of the object and others do not.

한편, 도시되어 있지는 않으나 레이저 빔은 특정 방향으로 편광되어 있을 수 있다. 레이저 빔의 편광 방향이 스크라이빙 방향과 일치하도록 하면, 대상물의 절단면이 깨끗하게 형성되며, 또한 절단폭이 작아지게 된다. 따라서 절단품질이 향상됨은 물론, 동일크기의 웨이퍼로 보다 많은 수의 칩을 얻을 수 있다. 반면에, 레이저 빔의 편광 방향이 스크라이빙 방향과 직교하면 대상물의 절단면이 거칠어지고 절단폭도 커지게 된다.Although not shown, the laser beam may be polarized in a specific direction. When the polarization direction of the laser beam coincides with the scribing direction, the cutting surface of the object is formed cleanly, and the cutting width becomes small. Therefore, the cutting quality is improved, and a larger number of chips can be obtained with the same size wafer. On the other hand, when the polarization direction of the laser beam is orthogonal to the scribing direction, the cutting surface of the object becomes rough and the cutting width becomes large.

이상 설명한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 의한 대상물 가공 장치(1)는 상기 집광렌즈(430)에 대한 대상물(200)의 상대적 위치를 변경시키는 집광 거리 조절부(700)를 더 포함할 수 있다. 집광 거리 조절부(700)는 대상물(200)의 내부의 집광점, 즉 스폿(P)의 깊이를 조절할 수 있다.The object processing apparatus 1 according to the embodiments of the present invention as described above may further include a condensing distance adjusting unit 700 for changing the relative position of the object 200 with respect to the condensing lens 430. . The condensing distance adjusting unit 700 may adjust the depth of the condensing point, that is, the spot P, inside the object 200.

본 발명에서는, 레이저 빔의 스폿(P)을 대상물(200)의 표면에 생성하지 않고 대상물(200)의 내부에 생성함으로써 대상물(200)의 내부에만 상변이 영역(T)을 생성할 수 있고, 따라서 대상물(200)의 표면에서 레이저 빔이 흡수되어 용융하는 일은 발생하지 않는다. 이에 따라, 대상물(200)의 표면에 불규칙한 요철이 발생하지 않아서 브레이킹 시 예상치 않은 방향으로의 갈라짐이 줄어들고, 대상물(200)의 표면에 불규칙한 마이크로 크랙의 발생으로 인한 대상물(200)의 강도 및 특성 저하가 일어나지 않는다.In the present invention, by generating the spot (P) of the laser beam on the inside of the object 200 without generating on the surface of the object 200, it is possible to generate the phase change region (T) only inside the object 200, Therefore, the laser beam is not absorbed and melted on the surface of the object 200. Accordingly, irregular irregularities do not occur on the surface of the object 200, so that the cracking in the unexpected direction is reduced when breaking, and the strength and characteristics of the object 200 are reduced due to the occurrence of irregular microcracks on the surface of the object 200. Does not happen.

또한, 대상물(200)의 표면이 아닌 내부에 상변이 영역(T)을 형성하게 되므로, 대상물(200)의 가공시에 발생하는 미세한 분진이 현저히 줄어든다.In addition, since the phase change region T is formed in the interior of the object 200 instead of the surface of the object 200, the fine dust generated during the processing of the object 200 is significantly reduced.

대상물(200) 내부에 형성되는 스폿(P)의 깊이를 조절하는 방법에 대해, 도 8 및 도 9를 참조하여 설명한다.A method of adjusting the depth of the spot P formed inside the object 200 will be described with reference to FIGS. 8 and 9.

대상물(200)의 내부에 있어서 이면 측보다 표면 측에 가까운 위치에 상변이 영역(T)를 형성하면, 표면 측에서의 절단 정밀도를 향상시킬 수 있다. 하지만, 대상물(200)의 두께가 얇은 경우 스폿(P) 주위에 형성되는 상변이 영역(T)이 대상물(200)의 표면까지 형성되어 외부에 노출되는 경우가 발생할 가능성이 있다. 따라서, 스폿(P)의 깊이를 정밀하게 조절하여야 할 필요가 있다.If the phase change area | region T is formed in the position of the object 200 closer to the surface side than the back surface side, the cutting precision in the surface side can be improved. However, when the thickness of the object 200 is thin, there is a possibility that the phase change region T formed around the spot P is formed to the surface of the object 200 and exposed to the outside. Therefore, it is necessary to precisely adjust the depth of the spot P.

스폿(P)의 깊이를 조절하기 위한 방법으로서, 집광렌즈(430)에 대한 대상물(200)의 상대적 위치를 변경시켜서 조절할 수 있다. 미도시된 집광점 위치 검출 수단을 통해 집광렌즈(430)와 대상물(200)의 표면과의 거리를 측정하고, 제어부(500)는 이 정보를 이용하여 집광 거리 조절부(700)를 제어하여 스폿(P)이 원하는 깊이에 위치하도록 광학부(400)를 상하로 이동시킨다(도 8 참조). 이 때, 집광 거리 조절부(700)의 일예로서 피에조 소자 등을 사용한 액추에이터(actuators)를 사용할 수 있다. 피에조 액추에이터(piezo actuators)는 압전 소자를 사용한 액추에이터의 일종으로 수 나노 해상도의 움직임을 갖도록 만들 때 쓰는 소자이다.As a method for adjusting the depth of the spot P, it may be adjusted by changing the relative position of the object 200 with respect to the condenser lens 430. The distance between the condenser lens 430 and the surface of the object 200 is measured by the condenser point detecting means, which is not shown, and the control unit 500 controls the condensing distance adjusting unit 700 using this information. The optical unit 400 is moved up and down so that P is positioned at a desired depth (see FIG. 8). In this case, as an example of the condensing distance adjusting unit 700, an actuator using a piezo element or the like may be used. Piezo actuators are a type of actuator using piezoelectric elements that are used to make movements of several nano resolutions.

또 다른 방법으로서, 광학부(400)를 상하로 이동시키는 대신 대상물(200)이 적재된 적재대(100) 하부에 집광 거리 조절부(700)를 설치하고, 미도시된 집광점 위치 검출 수단을 통해 측정한 집광렌즈(430)와 대상물(200) 표면과의 거리 정보를 이용하여 적재대(100)를 상하로 이동시킬 수 있다(도 9 참조).As another method, instead of moving the optical unit 400 up and down, a condensing distance adjusting unit 700 is installed below the mounting table 100 on which the object 200 is loaded, and a condensing point position detecting unit (not shown) is provided. The mounting table 100 may be moved up and down by using the distance information between the condenser lens 430 and the surface of the object 200 measured through (see FIG. 9).

이와 같이, 레이저 빔을 대상물(200)의 내부에 조사하여 대상물(200)의 내부에 상변이 영역(T)을 형성하는 대상물 가공 시스템으로서, 레이저 광원(300)에서 생성된 레이저 빔을 광학부(400)에 통과시킴으로써, 상기 대상물(200)의 내부에 형성되는 스폿(P)의 형상 또는 크기를 변화시키는 대상물 가공 시스템을 구현하는 것이 가능하다.As described above, the object processing system is configured to irradiate a laser beam to the inside of the object 200 to form a phase change region T in the inside of the object 200. The laser beam generated by the laser light source 300 may include an optical unit ( By passing through 400, it is possible to implement an object processing system for changing the shape or size of the spot (P) formed in the inside of the object 200.

또한, 광학부 내의 각 구성요소 사이의 거리를 변경하여 스폿(P)의 적어도 일축 방향 크기가 변화되도록 할 수 있다. 이 때, 스폿(P)의 장축은 실질적으로 대상물(200)의 절단예정라인(L)을 따라 형성된다.In addition, the distance between each component in the optical unit may be changed such that at least one uniaxial size of the spot P is changed. At this time, the long axis of the spot (P) is formed substantially along the line (L) to be cut of the object (200).

이와 같이, 본 발명의 일실시예에 있어서, 레이저를 이용하여 대상물(200)을 자가절단시키는 대상물 가공 장치(1)는, 레이저 빔을 생성시키는 레이저 광원(300), 생성된 레이저 빔의 발산각을 교정하는 빔 정형 모듈(410), 교정된 레이저 빔을 대상물(200)의 내부에 집광하여 스폿을 형성하는 집광렌즈(430), 및 이들 레이저 광원(300), 빔 정형 모듈(410), 상기 집광렌즈(430)와 연결되어 이들을 제어하는 제어부(500)를 포함할 수 있다. 또한, 레이저 빔의 발산각 교정에 의하여 스폿의 형상 또는 크기가 조절되며, 스폿에 의해 대상물(200)의 내부에 상변이 영역이 형성되고, 상변이 영역을 기점으로 대상물(200)의 자가절단이 이루어질 수 있다.Thus, in one embodiment of the present invention, the object processing apparatus 1 for self-cutting the object 200 using a laser, the laser light source 300 for generating a laser beam, the divergence angle of the generated laser beam A beam shaping module 410 for correcting the condensation, a condenser lens 430 for condensing the corrected laser beam inside the object 200 to form a spot, and these laser light sources 300, the beam shaping module 410, and the The control unit 500 may be connected to the condenser lens 430 and control them. In addition, the shape or size of the spot is adjusted by the divergence angle correction of the laser beam, a phase shift region is formed in the interior of the object 200 by the spot, and the self-cutting of the object 200 starts from the phase shift region. Can be done.

다음으로, 대상물 가공 방법을 설명하기로 한다.Next, the object processing method will be described.

레이저를 이용하여 대상물을 자가절단시키는 대상물 가공 방법은, 레이저 광원(300)에서 레이저 빔을 생성시키는 단계, 생성된 레이저 빔의 발산각을 교정하는 단계, 교정된 레이저 빔을 대상물(200)의 내부에 집광하여 스폿(P)을 형성하는 단계를 포함한다. 여기서, 레이저 빔의 발산각 교정에 의하여 스폿의 형상 또는 크기가 조절되며, 스폿에 의해 대상물(200)의 내부에 상변이 영역이 형성되고, 상변이 영역을 기점으로 대상물의 자가절단이 이루어질 수 있다.An object processing method for self-cutting an object by using a laser may include generating a laser beam in the laser light source 300, correcting a divergence angle of the generated laser beam, and correcting the corrected laser beam inside the object 200. Condensing on to form a spot (P). Here, the shape or size of the spot is adjusted by the divergence angle correction of the laser beam, the phase shift region is formed in the interior of the object 200 by the spot, the self-cutting of the object can be made from the phase shift region. .

또한, 레이저를 이용하여 표면에 적층부가 형성되어 있는 대상물을 자가절단시키는 대상물 가공 방법은, 레이저 광원(300)에서 레이저 빔을 생성시키는 단계, 생성된 레이저 빔의 발산각을 교정하는 단계, 교정된 레이저 빔을 대상물(200)의 내부에 집광하여 스폿(P)을 형성하는 단계를 포함한다. 여기서, 레이저 빔의 발산각 교정에 의하여 스폿의 형상 또는 크기가 조절되며, 스폿에 의해 대상물(200)의 내부에 상변이 영역이 형성되고, 상변이 영역을 기점으로 대상물의 자가절단이 이루어질 수 있다.In addition, the object processing method for self-cutting the object having a laminated portion formed on the surface using a laser, generating a laser beam in the laser light source 300, correcting the divergence angle of the generated laser beam, Concentrating the laser beam inside the object 200 to form a spot (P). Here, the shape or size of the spot is adjusted by the divergence angle correction of the laser beam, the phase shift region is formed in the interior of the object 200 by the spot, the self-cutting of the object can be made from the phase shift region. .

여기서, 상기 적층부는 질화물층 또는 금속층을 포함할 수 있다. 또한, 상기 질화물층은 갈륨 화합물을 포함할 수 있다. 또한, 상기 대상물(200)은 반도체 기판 또는 사파이어 기판일 수 있다. 또한, 상기 레이저 빔은 상기 적층부가 형성되어 있지 않은 대상물(200)의 이면을 통해 입사되는 것일 수 있다.Here, the laminate may include a nitride layer or a metal layer. In addition, the nitride layer may include a gallium compound. In addition, the object 200 may be a semiconductor substrate or a sapphire substrate. In addition, the laser beam may be incident through the rear surface of the object 200 in which the lamination part is not formed.

또한, 상기 상변이 영역에 있어서 상기 대상물(200)의 표면 또는 이면측 단부에 응력집중부가 형성될 수 있다. 또한, 상변이 영역의 곡률반경은 상기 응력집중부에서 최소일 수 있다. 또한, 상기 상변이 영역(T)은 상기 대상물(200)의 표면 또는 이면에 도달하지 않는 것일 수 있다.In addition, in the phase change region, a stress concentration part may be formed at an end portion of the front surface or the rear surface of the object 200. In addition, the radius of curvature of the phase shift region may be minimum at the stress concentration portion. In addition, the phase change region T may not reach the surface or the rear surface of the object 200.

한편, 상기 레이저 빔의 발산각을 교정하는 단계는, 상기 레이저 빔을 실린더형 오목렌즈(411)에 통과시키는 단계, 및 상기 실린더형 오목렌즈(411)를 통과한 레이저 빔을 실린더형 볼록렌즈(412)에 통과시키는 단계를 포함할 수 있다(도 2 참조). 여기서, 상기 실린더형 오목렌즈(411) 및 상기 실린더형 볼록렌즈(412)는 실질적으로 레이저 빔의 동일한 방향의 발산각을 교정할 수 있다. 또한, 상기 실린더형 오목렌즈(411)와 상기 실린더형 볼록렌즈 사이의 거리를 변경하여 상기 스폿의 폭이 변화될 수 있다.On the other hand, the step of calibrating the divergence angle of the laser beam, passing the laser beam through the cylindrical concave lens 411, and the laser beam passing through the cylindrical concave lens 411 the cylindrical convex lens ( 412 may be passed (see FIG. 2). Here, the cylindrical concave lens 411 and the cylindrical convex lens 412 can substantially correct the divergence angle of the laser beam in the same direction. In addition, the width of the spot may be changed by changing the distance between the cylindrical concave lens 411 and the cylindrical convex lens.

한편, 상기 레이저 빔의 발산각을 교정하는 단계는, 상기 레이저 빔을 구형 오목렌즈(413)에 통과시키는 단계, 상기 구형 오목렌즈(413)를 통과한 레이저 빔을 제1 실린더형 볼록렌즈(414)에 통과시키는 단계, 및 상기 제1 실린더형 볼록렌즈(414)를 통과한 레이저 빔을 제2 실린더형 볼록렌즈(415)에 통과시키는 단계를 포함할 수 있다(도 4 참조).On the other hand, correcting the divergence angle of the laser beam, passing the laser beam through the spherical concave lens 413, the laser beam passed through the spherical concave lens 413, the first cylindrical convex lens 414 ), And passing the laser beam passed through the first cylindrical convex lens 414 to the second cylindrical convex lens 415 (see FIG. 4).

상기 제1 실린더형 볼록렌즈(414)는 레이저 빔의 제1 방향 발산각을 교정하고, 상기 제2 실린더형 볼록렌즈(415)는 상기 제1 방향과 실질적으로 직교하는 레이저 빔의 제2 방향 발산각을 교정할 수 있다. 여기서, 제1 방향은 스폿의 장축에 직교하는 방향(X축 방향 또는 스폿의 폭 방향)일 수 있으며, 제2 방향은 스폿의 장축에 평행하는 방향(Y축 방향 또는 스폿의 길이 방향)일 수 있다. 또한, 스폿의 장축에 평행한 방향은 엘이디 기판의 절단예정라인이 형성되는 방향, 즉 스크라이빙 방향일 수 있다.The first cylindrical convex lens 414 corrects the first divergence angle of the laser beam, and the second cylindrical convex lens 415 diverges the second direction of the laser beam substantially perpendicular to the first direction. You can correct the angle. Here, the first direction may be a direction orthogonal to the long axis of the spot (the X-axis direction or the width direction of the spot), and the second direction may be a direction parallel to the long axis of the spot (the Y-axis direction or the longitudinal direction of the spot). have. In addition, the direction parallel to the long axis of the spot may be a direction in which the line to be cut of the LED substrate is formed, that is, a scribing direction.

한편, 상기 구형 오목렌즈(413)와 상기 제2 실린더형 볼록렌즈(415) 사이에서 상기 제 1 실린더형 볼록렌즈(414)의 위치를 변경하여 상기 스폿의 폭이 변화될 수 있다. 또한, 상기 제1 실린더형 볼록렌즈(414)와 집광렌즈(430) 사이에서 상기 제 2 실린더형 볼록렌즈(415)의 위치를 변경하여 상기 스폿의 길이가 변화될 수 있다.Meanwhile, the width of the spot may be changed by changing the position of the first cylindrical convex lens 414 between the spherical concave lens 413 and the second cylindrical convex lens 415. In addition, the length of the spot may be changed by changing the position of the second cylindrical convex lens 415 between the first cylindrical convex lens 414 and the condenser lens 430.

상기 대상물 가공 방법은, 상기 레이저 빔의 발산각을 교정한 후, 교정된 레이저 빔을 빔스토퍼(420)에 통과시키는 단계를 더 포함할 수 있다.The object processing method may further include passing the corrected laser beam through the beam stopper 420 after correcting the divergence angle of the laser beam.

한편, 상기 레이저 빔을 상기 대상물(200)의 내부에 집광하여 스폿을 형성하는 단계는, 상기 레이저 빔을 집광렌즈(430)에 통과시키는 단계를 포함할 수 있다.On the other hand, concentrating the laser beam inside the object 200 to form a spot may include passing the laser beam through the condenser lens 430.

한편, 상기 집광렌즈(430)와 상기 대상물(200) 사이의 거리를 변경하여, 상기 스폿이 상기 대상물(200)의 내부에 있어서 수직방향으로 복수개 형성될 수 있다. 또한, 상기 스폿에 대한 상기 대상물(200)의 상대적 위치를 절단예정라인을 따른 수평방향으로 변경하여, 상기 스폿이 상기 대상물(200)의 내부에 있어서 수평방향으로 복수개 형성될 수 있다. 또한, 상기 수평방향을 따라 상기 대상물(200)의 절단예정라인이 형성되며, 상기 스폿의 장축 방향이 실질적으로 상기 수평방향과 일치할 수 있다.Meanwhile, a plurality of spots may be formed in the vertical direction in the interior of the object 200 by changing the distance between the condenser lens 430 and the object 200. In addition, by changing the relative position of the object 200 with respect to the spot in the horizontal direction along the line to be cut, a plurality of spots may be formed in the horizontal direction inside the object 200. In addition, a scheduled line of cutting of the object 200 is formed along the horizontal direction, and the long axis direction of the spot may substantially coincide with the horizontal direction.

상기 대상물 가공 방법은, 상기 절단예정라인을 따라 상기 대상물(200)을 절단하는 단계를 더 포함할 수 있다.The object processing method may further include cutting the object 200 along the scheduled cutting line.

레이저를 이용하여 대상물(200)을 자가절단시키는 대상물 가공 방법은, 레이저 광원에서 생성된 레이저 빔을 빔 정형 모듈(410)에 통과시켜 발산각을 교정시킨 후, 교정된 상기 레이저 빔을 상기 대상물(200)의 내부에 집광시킴으로써, 상기 대상물(200)의 내부에 응력집중부를 가진 상변이 영역을 형성하는 것일 수 있다.In the object processing method for self-cutting the object 200 using a laser, the laser beam generated by the laser light source is passed through the beam shaping module 410 to correct the divergence angle, and then the corrected laser beam is converted into the object ( By condensing in the interior of the object 200, a phase change region having a stress concentration part inside the object 200 may be formed.

또한, 레이저를 이용하여 표면에 적층부가 형성되어 있는 대상물(200)을 자가절단시키는 대상물 가공 방법은, 레이저 광원에서 생성된 레이저 빔을 빔 정형 모듈(410)에 통과시켜 발산각을 교정시킨 후, 교정된 상기 레이저 빔을 상기 대상물(200)의 내부에 집광시킴으로써, 상기 대상물(200)의 내부에 응력집중부를 가진 상변이 영역을 형성하는 것일 수 있다.In addition, the object processing method for self-cutting the object 200 having a laminated portion formed on the surface by using a laser, after passing the laser beam generated by the laser light source through the beam shaping module 410 to correct the divergence angle, By condensing the calibrated laser beam inside the object 200, a phase change region having a stress concentration part may be formed in the object 200.

여기서, 상기 응력집중부로부터 상기 적층부가 형성된 대상물의 표면을 향하는 방향으로 자가절단이 이루어질 수 있다.Here, self-cutting may be performed from the stress concentration part toward the surface of the object in which the lamination part is formed.

레이저를 이용한 대상물 가공 방법을 도면을 참조하여 더 상세히 설명하기로 한다.An object processing method using a laser will be described in more detail with reference to the drawings.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 대상물의 일례로서 웨이퍼를 개략적으로 나타낸 평면도, 도 11은 상변이 영역이 형성된 기판을 나타낸 평면도, 도 12는 교차하는 2개의 상변이 영역이 형성된 기판을 나타낸 수평 단면도, 도 13은 상변이 영역이 형성된 기판을 나타낸 수직 단면도이다.FIG. 10 is a plan view schematically illustrating a wafer as an example of an object according to an exemplary embodiment of the present invention, FIG. 11 is a plan view illustrating a substrate on which phase shift regions are formed, and FIG. 12 is a horizontal view illustrating a substrate on which two interphase transition regions are formed. 13 is a vertical cross-sectional view showing a substrate on which a phase change region is formed.

먼저 도 10에 도시된 바와 같이, 표면에 서로 직교하는 일정한 간격의 절단예정라인(L1, L2)을 가진 스크라이빙할 대상물(200)을 적재대(100)에 위치시킨다.First, as shown in FIG. 10, the object 200 to be scribed with a predetermined interval of cutting lines L1 and L2 orthogonal to each other on the surface is positioned on the mounting table 100.

다음으로, 레이저 광원(300)에서 레이저 빔을 생성하여 출력시키고, 출력된 레이저 빔을 발산시키고, 발산각을 교정한 후에, 교정된 레이저 빔을 대상물(200)의 내부에 집광하여 스폿(P)을 형성한다.Next, after generating and outputting a laser beam from the laser light source 300, diverging the output laser beam, and correcting the divergence angle, the corrected laser beam is condensed inside the object 200 to spot P To form.

대상물(200)의 표면에 형성된 적층부(220)를 회피하여 절단예정라인(L1)에 수직한 내부에 스폿(P1)을 형성하면 스폿(P1)의 주위로 상변이 영역(T)이 형성된다(도 11(a) 참조). 그 후, 적재대(100)를 이동하여 집광렌즈(430)에 대한 대상물(200)의 상대적 위치를 변경하여, 스폿(P2, P3)이 대상물(200)의 내부에 있어서 절단예정라인(L1)을 따라 수평방향으로 스폿(P1)과 인접하여 형성되도록 한다(도 11(b) 및 도 11(c) 참조).When the spot P1 is formed inside the perpendicular to the cutting line L1 to avoid the stacking part 220 formed on the surface of the object 200, the phase change region T is formed around the spot P1. (See FIG. 11 (a)). Thereafter, the mounting table 100 is moved to change the relative position of the object 200 with respect to the condenser lens 430 so that the spots P2 and P3 are to be cut in the interior of the object 200. To be formed adjacent to the spot P1 in the horizontal direction (see FIGS. 11B and 11C).

이 경우, 상기 수평방향을 따라 대상물(200)의 절단예정라인(L)이 형성되며, 상기 스폿(P)의 장축 방향이 실질적으로 상기 수평방향과 일치하게 된다.In this case, the scheduled cutting line L of the object 200 is formed along the horizontal direction, and the major axis direction of the spot P substantially coincides with the horizontal direction.

이와 같은 과정으로 절단예정라인(L1, L2) 상에 필요한 모든 스폿(P)를 형성한 경우가 도 12에 도시되어 있다. 상변이 영역(T)는 대상물(200)의 내부의 스폿(P) 주위에 연결되도록 형성된다. 도 13은 상변이 영역(T)이 형성된 대상물(200)을 나타낸 수직 단면도이다.12 shows the case where all the spots P needed on the cutting lines L1 and L2 are formed. The phase change region T is formed to be connected around the spot P inside the object 200. 13 is a vertical cross-sectional view of the object 200 in which the phase change region T is formed.

대상물(200)의 내부에 상변이 영역(T)을 형성한 후에는, 이 상변이 영역(T)을 기점으로 하여 절단예정라인(L)을 따라 대상물(200)을 분리한다.After the phase change region T is formed inside the object 200, the object 200 is separated along the cut line L, starting from the phase change region T. FIG.

구체적으로는, 상기 상변이 영역(T)에 외부로부터 외력을 가하여 상기 상변이 영역(T)으로부터 대상물(200)의 표면 및 이면을 향한 방향으로 크랙이 형성되도록 하여 대상물(200)을 절단한다.Specifically, the object 200 is cut by applying an external force to the phase change region T from the outside so that cracks are formed from the phase change region T toward the front and rear surfaces of the object 200.

예컨대, 절단예정라인(L)을 중심으로 대상물(200)의 양측을 지그 등으로 고정하고, 상기 절단예정라인(L)을 중심으로 대상물(200)의 양측을 구부리거나, 또는 팁을 가진 가압부재를 절단예정라인(L)을 따라서 대상물(200)의 이면 측에서 상방으로 이동시킴으로써, 대상물(200)의 이면으로부터 상측을 향하여 외력을 가하게 된다. 이 경우, 상변이 영역(T)으로부터 대상물(200)의 표면을 향한 방향으로 크랙이 형성되어 대상물(200)이 절단된다.For example, both sides of the object 200 are fixed with a jig or the like about the cutting line L, and both sides of the object 200 are bent around the cutting line L, or the pressing member has a tip. By moving upward from the rear surface side of the object 200 along the cutting line (L), an external force is applied from the rear surface of the object 200 toward the upper side. In this case, cracks are formed in the direction from the phase change region T toward the surface of the object 200 to cut the object 200.

다른 방법으로, 대상물(200)의 표면으로부터 하측을 향하여 외력을 가하여 절단하거나, 대상물(200)의 이면에 확장 필름을 부착한 후 이를 평면 방향으로 확장시켜 대상물(200)에 인장력을 가하여 절단시키는 방법도 있다.Alternatively, a method of cutting by applying an external force downward from the surface of the object 200 or by attaching an extension film to the back surface of the object 200 and expanding it in a plane direction to apply a tensile force to the object 200 to cut it. There is also.

본 발명의 일실시예에서 스폿(P)의 깊이를 정밀하게 조절함으로써, 상변이 영역(T)로부터 대상물(200)의 표면 또는 이면방향으로 크랙을 생성시키고, 그 크랙이 대상물(200)의 표면 또는 이면에 도달함으로써 결과적으로 자가절단될 수 있음은 이미 설명한 바와 같다. 이 때, 대상물(200)의 두께가 두꺼운 경우에는, 집광렌즈와 대상물(200) 사이의 거리를 변경하여, 스폿(P)이 대상물(200)의 내부에 있어서 수직방향으로 복수개(P1, P2) 형성되도록 할 수도 있다. 그 후, 외력을 가하거나 또는 자가절단에 의해 대상물(200)이 절단된다. 자가절단이 이루어진 대상물(200)인 경우 후속되는 절단 공정이 불필요할 수도 있으나, 칩으로의 개편화가 보다 확실히 이루어지도록 전술한 바와 같은 절단 또는 분리 공정을 수행하는 것도 가능하다.In one embodiment of the present invention by precisely adjusting the depth of the spot (P), the crack is generated from the phase change area (T) to the surface or the rear surface of the object 200, the crack is the surface of the object 200 Or it can be self-cut as a result by reaching the back side as already described. At this time, when the thickness of the object 200 is thick, the distance between the condenser lens and the object 200 is changed, and a plurality of spots P are arranged in the vertical direction in the interior of the object 200 (P1, P2). It can also be formed. Thereafter, the object 200 is cut by applying an external force or by self cutting. In the case of the object 200 in which the self-cutting is performed, the subsequent cutting process may be unnecessary, but it is also possible to perform the cutting or separating process as described above to more surely separate the chip into chips.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.The foregoing description of the present invention is intended for illustration, and it will be understood by those skilled in the art that the present invention may be easily modified in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is shown by the following claims rather than the above description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention. do.

Claims (8)

레이저 가공장치에 사용되는 빔 정형 모듈(beam shaping module)로서,
레이저 빔을 발산시키는 실린더형 오목렌즈; 및
상기 실린더형 오목렌즈를 통과한 레이저 빔의 발산각을 교정시키는 실린더형 볼록렌즈를 포함하며,
상기 레이저 빔의 발산각 교정에 의하여 대상물에 형성되는 레이저 빔의 스폿(spot)의 적어도 일측 방향 길이가 변화되며,
상기 실린더형 오목렌즈의 초점거리를 fc1, 상기 실린더형 볼록렌즈의 초점거리를 fv1, 상기 레이저 빔의 발산각을 θ, 상기 레이저 빔의 발산각에 의해 길어진 상기 실린더형 오목렌즈의 초점거리의 증가성분을 a(θ), 상기 레이저 빔의 발산각에 의해 길어진 상기 실린더형 볼록렌즈의 초점거리의 증가성분을 b(θ)라 하면, 상기 스폿의 크기가 최소가 되는 상기 실린더형 오목렌즈와 상기 실린더형 볼록렌즈 사이의 거리(d`f1)는,
Figure 112010058909938-pat00009

인 것을 특징으로 하는 빔 정형 모듈.
Beam shaping module used in laser processing equipment,
A cylindrical concave lens for emitting a laser beam; And
It includes a cylindrical convex lens for correcting the divergence angle of the laser beam passing through the cylindrical concave lens,
At least one lateral length of a spot of the laser beam formed on the object is changed by the divergence angle correction of the laser beam,
The focal length of the cylindrical concave lens is f c1 , the focal length of the cylindrical convex lens is f v1 , the divergence angle of the laser beam is θ, and the focal length of the cylindrical concave lens lengthened by the divergence angle of the laser beam. If the increase component of a (θ) and the increase component of the focal length of the cylindrical convex lens lengthened by the divergence angle of the laser beam are b (θ), the cylindrical concave lens having the minimum size of the spot And the distance d` f1 between the cylindrical convex lens is
Figure 112010058909938-pat00009

Beam shaping module, characterized in that.
제1항에 있어서,
상기 실린더형 오목렌즈 및 상기 실린더형 볼록렌즈는 실질적으로 레이저 빔의 동일한 방향의 발산각을 교정하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 빔 정형 모듈.
The method of claim 1,
And the cylindrical convex lens and the cylindrical convex lens are arranged to correct a divergence angle in substantially the same direction of the laser beam.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 실린더형 오목렌즈와 상기 실린더형 볼록렌즈 사이의 거리가 변경되도록, 상기 실린더형 오목렌즈와 상기 실린더형 볼록렌즈 중 하나 이상을 이동시키는 이동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 정형 모듈.
The method according to claim 1 or 2,
And a moving unit for moving at least one of the cylindrical concave lens and the cylindrical convex lens such that a distance between the cylindrical concave lens and the cylindrical convex lens is changed.
레이저 가공장치에 사용되는 빔 정형 모듈로서,
레이저 빔을 발산시키는 구형 오목렌즈;
상기 구형 오목렌즈를 통과한 레이저 빔의 발산각을 교정시키는 제1 실린더형 볼록렌즈; 및
상기 제1 실린더형 볼록렌즈를 통과한 레이저 빔의 발산각을 교정시키는 제2 실린더형 볼록렌즈를 포함하며,
상기 레이저 빔의 발산각 교정에 의하여 대상물에 형성되는 레이저 빔의 스폿의 적어도 일측 방향 길이가 변화되며,
상기 스폿에 의해 상기 대상물의 내부에 형성되는 상변이 영역의 수직방향 크기를 D, 상기 상변이 영역의 특정 지점의 곡률반경을 R이라 하면, 상기 상변이 영역의 특정 지점에서 발생하는 응력의 정도인 응력집중계수(S)는,
Figure 112010058909938-pat00010

인 것을 특징으로 하는 빔 정형 모듈.
Beam shaping module used in laser processing equipment,
A spherical concave lens for emitting a laser beam;
A first cylindrical convex lens for correcting the divergence angle of the laser beam passing through the spherical concave lens; And
A second cylindrical convex lens for correcting the divergence angle of the laser beam passing through the first cylindrical convex lens,
At least one lateral length of the spot of the laser beam formed on the object is changed by the divergence angle correction of the laser beam,
When the vertical size of the phase change region formed inside the object by the spot is D, and the radius of curvature of the specific point of the phase change region is R, the degree of stress generated at the specific point of the phase change region is R. The stress concentration coefficient (S) is
Figure 112010058909938-pat00010

Beam shaping module, characterized in that.
제4항에 있어서,
상기 제1 실린더형 볼록렌즈는 레이저 빔의 제1 방향 발산각을 교정하고, 상기 제2 실린더형 볼록렌즈는 상기 제1 방향과 실질적으로 직교하는 레이저 빔의 제2 방향 발산각을 교정하도록, 상기 제1 실린더형 볼록렌즈 및 상기 제2 실린더형 볼록렌즈가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 빔 정형 모듈.
The method of claim 4, wherein
The first cylindrical convex lens corrects a first direction divergence angle of the laser beam, and the second cylindrical convex lens corrects a second direction divergence angle of the laser beam substantially orthogonal to the first direction; And a first cylindrical convex lens and a second cylindrical convex lens.
제4항 또는 제5항에 있어서,
상기 구형 오목렌즈, 상기 제1 실린더형 볼록렌즈, 및 상기 제2 실린더형 볼록렌즈 사이의 상대 거리가 변경되도록, 상기 구형 오목렌즈, 상기 제1 실린더형 볼록렌즈, 및 상기 제2 실린더형 볼록렌즈 중 하나 이상을 이동시키는 이동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 정형 모듈.
The method according to claim 4 or 5,
The spherical concave lens, the first cylindrical convex lens, and the second cylindrical convex lens such that a relative distance between the spherical concave lens, the first cylindrical convex lens, and the second cylindrical convex lens is changed. Beam shaping module further comprises a moving unit for moving one or more of the.
제1항 또는 제4항에 있어서,
상기 레이저 빔은 가우시안 빔 프로파일(Gaussian beam profile)을 갖는 것을 특징으로 하는 빔 정형 모듈.
The method according to claim 1 or 4,
And the laser beam has a Gaussian beam profile.
제1항 또는 제4항에 있어서,
상기 레이저 빔은 펄스형 레이저 빔(pulse type laser beam)인 것을 특징으로 하는 빔 정형 모듈.
The method according to claim 1 or 4,
And the laser beam is a pulse type laser beam.
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