KR101309805B1 - Ingot slicing method - Google Patents

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Abstract

인고트 형태의 가공 대상물을 소정 두께로 절단하는 절단 방법이 개시된다. 개시된 절단 방법은, 레이저 빔을 상기 가공 대상물의 내부에 집광시켜 제1개질영역에 의하여 가공 대상물을 그 두께 방향과 교차되는 방향으로 분리하기 위한 제1분리면을 형성하고, 제1분리면을 따라 상기 가공 대상물을 분리하여 제1분리물을 형성한다. 그런 다음, 레이저 빔을 제1분리물의 내부에 집광시켜 복수의 제2개질영역에 의하여 제1분리물의 내부에 그 두께 방향과 교차되는 방향으로 분리하기 위한 제2분리면을 형성하고, 제2분리면을 따라 제1분리물을 분리하여 복수의 제2분리물을 형성하는 단계를 포함한다.Disclosed is a cutting method for cutting an ingot form of a workpiece to a predetermined thickness. The disclosed cutting method comprises concentrating a laser beam inside the object to form a first separation surface for separating the object to be processed in a direction crossing the thickness direction by a first modification region, and along the first separation surface. The object to be processed is separated to form a first separator. Then, the laser beam is focused on the inside of the first separator to form a second separation surface for separating in the direction crossing the thickness direction in the interior of the first separator by the plurality of second modification regions, and the second separation. Separating the first separator along the plane to form a plurality of second separators.

Description

인고트 절단 방법{Ingot slicing method}Ingot slicing method

본 발명은 인고트 절단 방법에 관한 것으로서, 레이저 빔을 이용하여 인고트를 소정의 두께로 절단(slicing)하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an ingot cutting method, and to a method for slicing an ingot to a predetermined thickness using a laser beam.

반도체 공정 등에 사용되는 실리콘, 사파이어 등의 웨이퍼는 인고트(ingot)형태로 제조된다. 이 인고트를 소정의 두께로 절단하여 웨이퍼의 형태로 공정에 투입하게 된다. Wafers, such as silicon and sapphire, used in semiconductor processes and the like are manufactured in the form of ingots. The ingot is cut to a predetermined thickness and introduced into the process in the form of a wafer.

통상적으로 다이아몬드 와이어를 이용하는 기계적 절단방식이 널리 사용되고 있다. 그러나, 이러한 기계적 절단방식은 다이아몬드 와이어의 두께로 인하여 절단공정에서 손실되는 재료의 양이 매우 많다. 통상적으로 웨이퍼의 두께는 수백 미크론 정도인데, 절단 과정에서 거의 40% 정도의 재료가 손실될 수 있다. 또, 절단과정에서 분진이 발생된다. 또, 절단 후의 절단면이 평탄하지 않기 때문에 절단면을 폴리싱하는 후처리 공정이 필요하여 많은 공정비용이 소요된다.Typically, a mechanical cutting method using a diamond wire is widely used. However, this mechanical cutting method has a large amount of material lost in the cutting process due to the thickness of the diamond wire. Typically, wafers are several hundred microns thick, with nearly 40% of the material lost during the cutting process. In addition, dust is generated during the cutting process. In addition, since the cut surface after cutting is not flat, a post-treatment step for polishing the cut surface is required, and a large process cost is required.

본 발명은 기계적 절단방식 대신에 레이저 빔을 이용하여 인고트를 절단할 수 있는 절단방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a cutting method capable of cutting an ingot using a laser beam instead of a mechanical cutting method.

본 발명의 일 측면에 따른 인고트 절단 방법은, 인고트 형태의 가공 대상물을 소정 두께로 절단하는 절단 방법으로서, 집광 렌즈를 이용하여 레이저 빔을 상기 가공 대상물의 내부에 집광시키고 상기 레이저 빔을 이동시켜, 상기 집광점의 위치에 형성되는 복수의 제1개질 영역에 의하여 상기 가공 대상물의 내부에 상기 가공 대상물을 그 두께 방향과 교차되는 방향으로 분리하기 위한 제1분리면을 형성하는 단계; 상기 제1분리면을 따라 상기 가공 대상물을 분리하여 제1분리물을 형성하는 단계; 상기 집광 렌즈를 이용하여 레이저 빔을 상기 제1분리물의 내부에 집광시키고 상기 레이저 빔을 이동시켜, 상기 집광점의 위치에 형성되는 복수의 제2개질 영역에 의하여 상기 제1분리물의 내부에 상기 제1분리물을 그 두께 방향과 교차되는 방향으로 분리하기 위한 제2분리면을 형성하는 단계; 상기 제2분리면을 따라 상기 제1분리물을 분리하여 복수의 제2분리물을 형성하는 단계;를 포함한다.An ingot cutting method according to an aspect of the present invention is a cutting method for cutting an ingot-shaped object to be cut to a predetermined thickness, by using a condenser lens to condense a laser beam inside the object and move the laser beam. Forming a first separation surface for separating the object to be processed in a direction crossing the thickness direction in the interior of the object by a plurality of first modification regions formed at the position of the light collecting point; Separating the object to be processed along the first separation surface to form a first separation material; By using the condenser lens, a laser beam is condensed inside the first separator and the laser beam is moved so that the second separator is formed inside the first separator by a plurality of second modified regions formed at a position of the condensing point. Forming a second separation surface for separating the separation material in a direction crossing the thickness direction; And separating the first separator along the second separation surface to form a plurality of second separators.

상기 집광점의 위치를 상기 제1분리물의 두께 방향으로 서로 다른 복수의 위치에 위치시킴으로써, 상기 제1분리물의 내부의 서로 다른 깊이에 복수의 상기 제2분리면을 형성할 수 있다. 상기 복수의 제2분리면은 상기 제1분리물의 광입사면으로부터 멀리 떨어진 곳으로부터 가까운 곳의 순서로 형성할 수 있다.By positioning the light collecting points at a plurality of different positions in the thickness direction of the first separator, a plurality of second separation surfaces may be formed at different depths inside the first separator. The plurality of second separation surfaces may be formed in the order of being far from the far from the light incident surface of the first separation.

상기 집광렌즈의 상기 제1분리물의 광입사면에 대한 작업거리는 일정하게 할 수 있다. 줌 렌즈 유닛을 이용하여 상기 집광렌즈의 광축에 대한 상기 레이저 빔의 기울기를 변경함으로써 상기 집광점의 위치를 상기 제1분리물의 두께 방향으로 서로 다른 위치에 위치시킬 수 있다. 상기 줌렌즈 유닛은 상기 레이저 빔을 상기 집광렌즈의 광축에 대하여 평향한 광, 미세 발산광 또는 미세 수렴광으로 변경할 수 있다.The working distance with respect to the light incident surface of the first separator of the condenser lens can be made constant. By using a zoom lens unit, the inclination of the laser beam with respect to the optical axis of the condenser lens may be positioned at different positions in the thickness direction of the first separator. The zoom lens unit may change the laser beam into light that is parallel to the optical axis of the condensing lens, fine diverging light, or fine converging light.

광 분리기를 이용하여 상기 레이저 빔을 복수의 레이저 빔으로 분리하여 상기 집광렌즈에 입사시킬 수 있다. 상기 광분리기는 회절광학소자를 포함할 수 있다. The laser beam may be separated into a plurality of laser beams by using an optical splitter and incident on the condensing lens. The optical separator may include a diffractive optical element.

복수의 레이저 발생기로부터 조사되는 복수의 레이저 빔 각각에 대응되는 복수의 상기 집광렌즈를 이용하여 동일한 깊이에 복수의 상기 집광점을 형성할 수 있다. 광 분리기를 이용하여 상기 복수의 레이저 빔 각각을 복수 개로 분리하여 상기 복수의 집광렌즈에 입사시킬 수 있다. 상기 광분리기는 회절광학소자를 포함할 수 있다.The plurality of condensing points may be formed at the same depth by using the condensing lenses corresponding to the plurality of laser beams irradiated from the plurality of laser generators. Each of the plurality of laser beams may be separated into a plurality of light beams by using an optical splitter to be incident on the plurality of condensing lenses. The optical separator may include a diffractive optical element.

복수의 레이저 발생기로부터 조사되는 복수의 레이저 빔 각각에 대응되는 복수의 상기 집광렌즈를 이용하여 서로 다른 깊이에 복수의 상기 집광점을 형성할 수 있다. 광 분리기를 이용하여 상기 복수의 레이저 빔 각각을 복수 개로 분리하여 상기 복수의 집광렌즈에 입사시킬 수 있다. 상기 광분리기는 회절광학소자를 포함할 수 있다.The plurality of condensing points may be formed at different depths by using the condensing lenses corresponding to the plurality of laser beams irradiated from the plurality of laser generators. Each of the plurality of laser beams may be separated into a plurality of light beams by using an optical splitter to be incident on the plurality of condensing lenses. The optical separator may include a diffractive optical element.

본 발명에 따른 인고트 절단 방법에 의하면, 다이아몬드 와이어를 이용하는 종래의 절단 방법에 비하여, 절단 과정에서 버려지는 재료가 거의 없으므로, 거의 40%의 절단 부산물이 발생되는 종래의 기계적 절단 방법에 비하여 인고트의 사용 효율을 높일 수 있으며, 절단된 웨이퍼의 가격 경쟁력을 높일 수 있다. 또한, 레이저 빔을 이용한 절단 가공과정에서는 인고트에 열적 손상이 거의 없으며 절단면의 품질이 매우 우수하여 절단 후에 절단면을 후가공할 필요가 거의 없다. 따라서, 공정 시간 및 공정 비용을 절감할 수 있다. 또한, 기계적 절단 방법에 비하여 매우 높은 절단 속도를 구현할 수 있다. 또한, 1차분리과정에 의하여 인고트로부터 소정 두께의 1차분리물을 얻고 이 1차 분리물을 2차적으로 분리하여 원하는 웨이퍼를 얻는 과정을 거치므로, 큰 크기의 인고트로부터 원하는 두께의 웨이퍼를 얻는 방식에 비하여 작업 속도를 향상시킬 수 있다.According to the ingot cutting method according to the present invention, compared to the conventional cutting method using a diamond wire, there is almost no material discarded in the cutting process, ingot compared to the conventional mechanical cutting method which generates almost 40% of cutting by-products It is possible to increase the efficiency of use, and to increase the price competitiveness of the cut wafer. In addition, in the cutting process using a laser beam, there is almost no thermal damage to the ingot and the quality of the cut surface is very good, so that the cut surface rarely needs to be processed after cutting. Therefore, process time and process cost can be saved. In addition, very high cutting speeds can be achieved compared to mechanical cutting methods. In addition, since the first separation process obtains the primary separation material having a predetermined thickness from the ingot, and the primary separation material is secondarily separated to obtain the desired wafer, the wafer having the desired thickness from the large ingot is obtained. The speed of work can be improved compared to the method of obtaining.

도 1은 본 발명에 따른 인고트 절단 방법을 수행하기 위한 절단 장치의 일 실시예의 개략적인 구성도.
도 2와 도 3은 가공 대상물의 내부의 집광점 부근에 미세 크랙이 형성되는 과정을 설명하기 위한 도면들.
도 4는 레이저 빔과 가공 대상물을 상대 이동시킴으로써 미세 크랙에 의한 분리 면이 형성되는 과정을 설명하기 위한 도면.
도 5는 블레이드를 이용하여 기계적 충격을 가함으로써 분리 면을 따라 가공 대상물을 분리하는 모습을 보여주는 도면.
도 6은 두 개의 레이저 빔을 이용하여 절단 가공을 수행하기 위한 장치의 일 실시예의 개략적인 구성도.
도 7은 줌 렌즈 유닛의 일 실시예의 광학적 구성을 도시한 도면.
도 8은 도 7에 도시된 줌 렌즈 유닛의 일 실시예에 의하여 집광점의 위치가 변하는 모습을 도시한 도면.
도 9는 줌 렌즈 유닛의 다른 실시예의 광학적 구성을 도시한 도면.
도 10은 도 9에 도시된 줌 렌즈 유닛의 일 실시예에 의하여 집광점의 위치가 변하는 모습을 도시한 도면.
도 11은 인고트의 내부에 제1분리면을 형성하는 모습을 도시한 도면.
도 12는 제1분리면을 따라 블레이드를 이용하여 기계적 충격을 가함으로써 제1분리물을 분리하는 모습을 보여주는 도면.
도 13은 제1분리물의 내부에 제2분리면을 형성하는 모습을 도시한 도면.
도 14는 제2분리면을 따라 블레이드를 이용하여 기계적 충격을 가함으로써 제2분리물을 분리하는 모습을 보여주는 도면.
도 15는 복수의 제2분리면을 동시에 형성하는 모습을 도시한 도면.
1 is a schematic configuration diagram of an embodiment of a cutting device for performing the ingot cutting method according to the present invention.
2 and 3 are views for explaining a process of forming a fine crack in the vicinity of the light collection point inside the object to be processed.
4 is a view for explaining a process of forming a separation surface by a fine crack by relatively moving the laser beam and the workpiece.
5 is a view showing a state of separating the object to be processed along the separation surface by applying a mechanical impact using the blade.
6 is a schematic structural diagram of an embodiment of an apparatus for performing cutting processing using two laser beams.
7 illustrates an optical configuration of an embodiment of a zoom lens unit.
FIG. 8 is a diagram illustrating a state in which a location of a light collecting point is changed by an embodiment of the zoom lens unit illustrated in FIG. 7.
9 illustrates an optical configuration of another embodiment of a zoom lens unit.
FIG. 10 is a view illustrating a position in which a focusing point is changed by an embodiment of the zoom lens unit shown in FIG. 9;
11 is a view showing a state in which a first separation surface is formed inside the ingot.
12 is a view showing the separation of the first separation by applying a mechanical impact using a blade along the first separation surface.
FIG. 13 is a view illustrating a state in which a second separation surface is formed inside the first separation material. FIG.
14 is a view showing the separation of the second separation by applying a mechanical impact using a blade along the second separation surface.
FIG. 15 is a view illustrating a plurality of second separation surfaces formed simultaneously. FIG.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 인고트 절단 방법 및 장치의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다. Hereinafter, embodiments of the ingot cutting method and apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, like reference numerals refer to like elements, and the size and thickness of each element may be exaggerated for clarity of explanation.

본 발명에 따른 인고트 절단 방법은 레이저 빔을 가공 대상물의 내부에 집광시키고, 다광자 흡수 또는 이에 준하는 물리광학적 현상에 의하여 가공 대상물의 내부에 물성이 변화된 개질영역을 형성하고, 이 개질 영역에 의하여 가공 대상물의 내부에 분리의 기준이 되는 내부 분리 면을 형성하는 것을 특징으로 한다. 레이저 빔은 가공 대상물에 대하여 투과성을 갖는 파장 대역을 가진다. 레이저 빔은 그 펄스 폭이 1 ㎲ 이하, 바람직하게는 피코초 오더 또는 펨토초 오더의 펄스 폭을 가지는 초단 펄스 레이저 빔일 수 있다. 레이저 빔의 피크 파워 밀도는 1×108 (W/㎠) 이상일 수 있다. 이러한 레이저 빔은 매우 높은 집광성을 가지며, 회절 한계에까지 집광이 가능하다. 이러한 레이저 빔을 가공 대상물의 내부에 집광시키면 집광점 부근에서 시간적, 공간적으로 압축되어 국소적으로 매우 높은 피크 파워가 밀집된 상태를 형성한다. 그러면, 가공 대상물에 대하여 투과성을 가진 레이저 빔이 다광자흡수 또는 이에 준하는 비선형 흡수 효과에 의하여 국소적으로 매우 높은 흡수 특성을 나타낸다. 이에 의하여 가공 대상물의 내부에는 재료의 물성이 변화된 개질영역이 형성되며, 이 개질영역에 의하여 내부 분리 면을 형성할 수 있다. 내부 분리 면을 형성한 후에 가공 대상물에 외부로부터 물리적 충격, 예를 들어 기계적, 열적 응력을 가하거나 또는 자연스런 분열에 의하여 내부 분리 면을 따라 가공 대상물을 분리함으로써 가공 대상물을 절단할 수 있다.The ingot cutting method according to the present invention condenses a laser beam inside the object to be processed, forms a modified region in which the physical properties are changed inside the object by multiphoton absorption or a corresponding physical and optical phenomenon, and by the modified region. An internal separation surface serving as a reference for separation is formed inside the object to be processed. The laser beam has a wavelength band that is transparent to the object to be processed. The laser beam may be an ultrashort pulsed laser beam whose pulse width is 1 kHz or less, preferably with a pulse width of picosecond order or femtosecond order. The peak power density of the laser beam may be at least 1 × 10 8 (W / cm 2). These laser beams have very high light condensing properties and can condense to the diffraction limit. When the laser beam is focused inside the object to be processed, it is compressed temporally and spatially near the focusing point to form a state in which a very high peak power is locally concentrated. Then, the laser beam having transparency to the object to be processed exhibits very high absorption characteristics locally by multiphoton absorption or a corresponding nonlinear absorption effect. As a result, a modified region in which the physical properties of the material are changed is formed inside the object to be processed, and an internal separation surface can be formed by the modified region. After forming the inner isolation surface, the object can be cut by subjecting the object to the workpiece along the inner separation surface by physical impact, for example mechanical and thermal stress, or by natural cleavage from the outside.

도 1은 레이저 가공 장치의 일 예를 도시한 구성도이다. 도 1을 보면, 레이저 발생기(100)와, 집광유닛(200), 및 스테이지(300)가 도시되어 있다. 레이저 발생기(100)는 레이저 빔(L)을 발생시킨다. 레이저 빔(L)은 예를 들어 콜리메이트된 평행광일 수 있다. 레이저 빔(L)은 예를 들어 미러(101)에 의하여 반사되어 집광 유닛(200)으로 입사된다. 집광 유닛(200)은 레이저 빔(L)을 가공 대상물(1)의 내부에 집광시킨다. 1 is a configuration diagram showing an example of a laser processing apparatus. Referring to FIG. 1, a laser generator 100, a light collecting unit 200, and a stage 300 are shown. The laser generator 100 generates a laser beam (L). The laser beam L can be, for example, collimated parallel light. The laser beam L is reflected by the mirror 101 and is incident on the light converging unit 200, for example. The condensing unit 200 condenses the laser beam L inside the object to be processed 1.

집광 유닛(200)은 집광 렌즈(210)와, 줌 렌즈 유닛(220)을 포함할 수 있다. 집광 렌즈(210)는 가급적 높은 개구수(N.A.)를 가질 수 있다. 개구수가 높을수록 레이저 빔(L)의 에너지가 가공 대상물(400)의 표면에서 흡수되는 것을 방지할 수 있으며, 높은 효율로 레이저 빔(L)을 가공 대상물(400)의 내부에 집광시킬 수 있다. 스테이지(300)에는 가공 대상물(400)이 탑재된다. 스테이지(300)에는 가공 대상물(400)을 고정할 수 있는 고정수단(미도시)이 마련된다. 고정수단은 예를 들어 진공 척(chuck)일 수 있다. 스테이지(300)는 도시되지 않은 이동수단에 의하여 X방향 또는 X, Y 방향으로 이동될 수 있다. 스테이지(300)를 이동시키는 이동수단은 XY테이블 등 당업계에서 통용되는 다양한 구도가 채용될 수 있다. 물론 집광 렌즈(210)를 포함하는 줌 렌즈 유닛(200)이 X, Y방향으로 이동될 수도 있다. 또한, 미러(1010)가 회동가능한 미러인 경우에 미러를 회동시킴으로써 레이저 빔(L)을 제1방향(Y) 및/또는 제2방향(Y)으로 스캔할 수도 있다. 집광 렌즈(210)는 소정 각도 범위 이내의 레이저 빔(L)을 가공 대상물(400)에 수직으로 입사시킬 수 있는 텔레센트릭 렌즈일 수 있다. The light collecting unit 200 may include a light collecting lens 210 and a zoom lens unit 220. The condenser lens 210 may have a high numerical aperture (N.A.) as much as possible. As the numerical aperture is higher, the energy of the laser beam L may be prevented from being absorbed from the surface of the object 400, and the laser beam L may be focused inside the object 400 with high efficiency. The processing object 400 is mounted on the stage 300. The stage 300 is provided with fixing means (not shown) capable of fixing the processing object 400. The fixing means can be for example a vacuum chuck. The stage 300 may be moved in the X direction or the X and Y directions by a moving means (not shown). As the moving means for moving the stage 300, various compositions commonly used in the art such as an XY table may be employed. Of course, the zoom lens unit 200 including the condenser lens 210 may be moved in the X and Y directions. In addition, when the mirror 1010 is a rotatable mirror, the laser beam L may be scanned in the first direction Y and / or the second direction Y by rotating the mirror. The condenser lens 210 may be a telecentric lens capable of injecting a laser beam L within a predetermined angle range perpendicularly to the object to be processed 400.

가공 대상물(400)은 원통형 또는 각주 형상의 인고트일 수 있다. 예를 들어 가공 대상물(400)은 실리콘 인고트, 사파이어 인고트 등, 반도체 공정에 사용되는 웨이퍼의 인고트일 수 있다.The object to be processed 400 may be a cylindrical or foot-shaped ingot. For example, the object to be processed 400 may be an ingot of a wafer used in a semiconductor process, such as a silicon ingot or a sapphire ingot.

도 2를 참조하면, 가공 대상물(400)에 입사된 레이저 빔(L)은 집광렌즈(210)에 의하여 그 집광점(1)이 가공 대상물(400)의 내부, 즉 광입사면(401)으로부터 두께 방향(C)으로 소정 거리 떨어진 위치에 형성된다. 레이저 빔(L)은 가공 대상물(400)에 대하여 투과성을 가지므로 광입사면(401)에서 흡수되지 않고 투과되나, 집광점(1) 부근에서는 다광자 흡수 또는 이에 준하는 비선형 흡수 효과에 의하여 국부적으로 가공 대상물(400)의 물성이 변화되어 개질 영역(2)이 형성된다. 즉, 집광점(1) 부근에서 레이저 빔(L)의 에너지가 가공 대상물(400)에 흡수되어 순간적으로 용융이 일어나며, 레이저 빔(L)이 통과되고 난 후에는 냉각되면서 수축 및 응고가 일어난다. 또한 용융, 냉각 과정 동안에 집광점(1) 부근에서 가공 대상물(400)을 구성하는 물질이 팽창, 수축되는데, 이 팽창, 수축에 의하여 도 3에 도시된 바와 같이 미세한 크랙(3)이 형성될 수 있다. 미세한 크랙(3)은 가공 대상물(400)의 두께방향 및 이에 직교하는 방향으로 형성될 수 있다. 개질 영역(2)은 미세한 크랙(3)을 포함하는 영역일 수 있다. Referring to FIG. 2, the laser beam L incident on the object 400 is collected by the condenser lens 210, and the light collecting point 1 of the laser beam L is located inside the object 400, that is, from the light incident surface 401. It is formed in a position away from the predetermined distance in the thickness direction (C). Since the laser beam L is transparent to the object to be processed 400, the laser beam L is transmitted without being absorbed at the light incident surface 401. The physical properties of the object to be processed 400 are changed to form the reformed region 2. That is, the energy of the laser beam L is absorbed by the object to be processed 400 near the condensing point 1, and instantaneously melts. After the laser beam L passes, cooling and shrinking and solidification occur. In addition, during the melting and cooling process, the material constituting the object 400 is expanded and contracted in the vicinity of the condensing point 1. As a result, the fine cracks 3 may be formed as shown in FIG. 3. have. The fine crack 3 may be formed in a thickness direction of the object to be processed 400 and in a direction orthogonal thereto. The modified region 2 may be an area including the fine cracks 3.

레이저 빔(L)과 가공 대상물(400)을 X방향과 Y방향으로 상대적으로 이동시켜 레이저 빔(L)을 가공 대상물(400) 내부의 복수의 위치에 집광시킴으로써 도 4에 도시된 바와 같이 가공 대상물(400)의 내부에 복수의 미세 크랙(3)에 의한 분리 면(5)을 형성할 수 있다. 미세 크랙(3)들 사이의 간격은 가공 대상물(400)의 재료의 종류, 물성, 레이저 빔(L)의 강도 등을 고려하여 적절히 선정될 수 있다.The object to be processed as shown in FIG. 4 by moving the laser beam L and the object to be processed 400 in the X direction and the Y direction to focus the laser beam L at a plurality of positions inside the object to be processed 400. Separation surface 5 by a plurality of fine cracks 3 can be formed inside the 400. The interval between the fine cracks 3 may be appropriately selected in consideration of the kind of material of the object to be processed 400, the physical properties, the strength of the laser beam L, and the like.

분리 면(5)은 가공 대상물(400)을 두께 방향과 교차되는 방향으로 분리하기 위한 기준이 되는 면이다. 분리 면(5) 내에서 인접하는 미세 크랙(3)들은 서로 연결되거나 또는 미소한 간격으로 이격되어 있어서, 분리물(410)이 자연스럽게 분리 면(5)을 기준으로 하여 가공 대상물(400)로부터 분리될 수 있다. The separating surface 5 is a surface serving as a reference for separating the processing object 400 in a direction crossing the thickness direction. Adjacent fine cracks 3 in the separation surface 5 are connected to each other or spaced at a small interval so that the separation material 410 naturally separates from the object 400 based on the separation surface 5. Can be.

자연스럽게 분리되지 않는 경우에는 미세 크랙(3)이 분리 면(5)을 따라 전파될 수 있도록 가공 대상물(400)에 물리적인 충격을 가할 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이 블레이드(10)를 사용하여 분리 면(5)을 따라 기계적 힘을 가하여 미세 크랙(3)을 분리 면(5)을 따라 전파함으로써 분리물(410)을 분리할 수 있다. 미세 크랙(3)을 분리 면(5)을 따라 전파시키는 방법으로는 블레이드(10)를 이용하는 방법에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 워터 제트(미도시)를 가공 대상물(400)에 쏘는 워터 제트법, 압축 공기를 가공 대상물(400)에 쏘는 에어로졸 제트법 등에 의하여 가공 대상물(400)에 기계적 충격을 가함으로서 미세 크랙(3)을 분리 면(5)을 따라 전파시키는 것도 가능하다. 또한, 레이저 빔을 가공 대상물(400)에 조사하여 열적 충격을 가함으로써 미세 크랙(3)을 분리 면(5)을 따라 전파시킬 수도 있다. 이 경우 레이저 빔은 분리 면(5)을 형성하는 레이저 빔(L)과 다를 수 있다. 즉, 이 경우의 레이저 빔은 가공 대상물(400)을 적절히 가열하였다가 냉각되는 과정에서 미세 크랙(3)에 충격을 가하여 분리 면(5)을 따라 전파되도록 할 수 있는 적절한 에너지를 가지면 되며, 따라서 그 파장 대역은 가공 대상물(400)에 흡수될 수 있는 대역으로 선정될 수 있다.When not separated naturally, the physical crack may be applied to the object 400 so that the fine cracks 3 may propagate along the separation surface 5. For example, as shown in FIG. 5, using the blade 10 to apply a mechanical force along the separation surface 5 to propagate the fine cracks 3 along the separation surface 5 to propagate the separation 410. Can be separated. The method of propagating the fine cracks 3 along the separation surface 5 is not limited to the method using the blade 10. For example, the microcracks are subjected to a mechanical impact on the object 400 by a water jet method of shooting a water jet (not shown) onto the object 400, an aerosol jet method of shooting compressed air on the object 400, or the like. It is also possible to propagate (3) along the separation surface 5. In addition, the microcracks 3 may be propagated along the separation surface 5 by irradiating the laser beam to the object 400 to apply a thermal shock. In this case, the laser beam may be different from the laser beam L forming the separation surface 5. That is, in this case, the laser beam may have an appropriate energy capable of propagating along the separation surface 5 by impacting the microcracks 3 while the object 400 is properly heated and cooled. The wavelength band may be selected as a band that can be absorbed by the object 400.

상술한 바와 같이 분리 면(5)이 형성된 가공 대상물(400)에 기계적, 열적 충격을 가함으로써 미세 크랙(3)을 분리 면(5)을 따라 전파시켜 분리 면(5)을 기준으로 하여 분리물(410)을 가공 대상물(400)로부터 분리할 수 있다. As described above, the microcracks 3 are propagated along the separation surface 5 by applying mechanical and thermal shocks to the processing object 400 on which the separation surface 5 is formed, and the separation object based on the separation surface 5. 410 may be separated from the object to be processed 400.

레이저 빔(L)에 의하여 분리 면(5)을 형성하는 과정에서 가공 대상물(400)의 내부에는 위치에 따른 열소산 속도의 차이에 의하여 열응력이 축적될 수 있으며, 이에 의하여 가공 대상물(400)의 휨이 유발될 수 있다. 이 휨에 의하여 레이저 빔(L)이 가공 대상물(400) 내부로 입사될 때에 광경로의 교란이 발생될 수 있으며, 이는 개질 영역(2)의 균일성을 저하시켜 분리 면(5)의 품질을 떨어뜨릴 수 있다. 따라서, 가급적 빠른 시간 내에 가공을 수행할 필요가 있다.In the process of forming the separation surface 5 by the laser beam (L), the thermal stress may be accumulated in the interior of the object 400 by the difference in the heat dissipation rate according to the position, thereby processing the object 400 Warping may be caused. This warpage may cause disturbance of the optical path when the laser beam L is incident into the object 400, which degrades the uniformity of the modified region 2, thereby reducing the quality of the separation surface 5. You can drop it. Therefore, it is necessary to perform the processing as soon as possible.

이러한 점을 감안하여, 도 1에 도시된 바와 같이 레이저 빔(L)을 복수의 레이저 빔으로 분할하는 광분리기(230)가 채용될 수 있다. 광분리기(230)는 예를 들어 복수의 반투과미러를 채용하고 반투과미러의 투과율을 적절히 선정함으로서 구현될 수 있다. 또한, 광분리기(230)는 회절오더를 갖는 회절광학소자에 의하여 구현될 수도 있다. 예를 들어, 3차 이상의 회절 오더를 갖는 회절광학소자를 채용함으로써 레이저 빔(L)을 세 개 이상으로 분리할 수 있다. 광분리기(230)를 채용함으로써 일 회의 스캔에 의하여 복수의 집광점(1)을 가공 대상물(400)의 내부에 형성할 수 있기 때문에 가공 시간을 단축하여 열영향을 줄일 수 있다.In view of this, as shown in FIG. 1, an optical splitter 230 for dividing the laser beam L into a plurality of laser beams may be employed. The optical separator 230 may be implemented by, for example, employing a plurality of transflective mirrors and appropriately selecting transmittances of the transflective mirrors. In addition, the optical separator 230 may be implemented by a diffractive optical element having a diffraction order. For example, the laser beam L can be separated into three or more by employing a diffraction optical element having a diffraction order of at least three orders. By employing the optical separator 230, the plurality of light collecting points 1 can be formed inside the object 400 by one scan, thereby reducing the processing time and reducing the thermal effect.

또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 두 개의 레이저 발생기(100)를 채용하여 두 개의 레이저 빔(L1)(L2)을 동시에 가공 대상물(400)에 조사함으로써 가공 시간을 단축할 수도 있다. 물론 두 개의 레이저 빔(L1)(L2)은 하나의 레이저 발생기(100)로부터 발생된 레이저 빔(L)을 반투과미러 등을 이용하여 분리함으로써 형성될 수도 있다. 여기서, 두 개의 레이저 빔(L1)(L2) 각각은 예를 들어 회절광학소자(도 1: 230)를 이용하여 복수의 레이저 빔으로 분리될 수도 있다. 또한, 도면으로 도시되지는 않았지만, 3개 이상의 레이저 빔을 사용하는 것도 가능하다.In addition, as shown in FIG. 6, by employing two laser generators 100, the processing time may be shortened by irradiating two laser beams L1 and L2 onto the processing object 400 at the same time. Of course, the two laser beams L1 and L2 may be formed by separating the laser beam L generated from one laser generator 100 using a semi-transmissive mirror or the like. Here, each of the two laser beams L1 and L2 may be separated into a plurality of laser beams using, for example, a diffraction optical element (FIG. 1: 230). In addition, although not shown in the drawings, it is also possible to use three or more laser beams.

집광 렌즈(210)는 고정된 초점거리를 가지며, 이 초점거리에 해당되는 가공 대상물(400)의 내부에 집광점(1)이 형성된다. 가공 대상물(400)의 내부의 다른 깊이에 분리 면(5)을 형성하기 위하여는 집광 렌즈(210)와 가공 대상물(400) 사이의 거리인 작업 거리(도 1: WD: Working Distance)를 조절할 필요가 있다. 작업 거리를 조절하기 위하여는 가공 대상물(400)을 Z 방향으로 이동시키거나 또는 집광 렌즈(210)를 Z 방향으로 이동시켜야 한다. 그러나, 집광 렌즈(210)는 개구수가 매우 커서 작업 거리(WD)는 수 밀리미터 정도에 지나지 않으므로 작업 거리(WD)를 조절하는 과정에서 집광 렌즈(210)와 가공 대상물(400)이 접촉될 위험이 있다. The condenser lens 210 has a fixed focal length, and the condensing point 1 is formed inside the object 400 corresponding to the focal length. In order to form the separating surface 5 at different depths inside the object 400, it is necessary to adjust a working distance (FIG. 1: WD: Working Distance), which is a distance between the condenser lens 210 and the object 400. There is. In order to adjust the working distance, the object to be processed 400 must be moved in the Z direction or the condenser lens 210 must be moved in the Z direction. However, since the condenser lens 210 has a very large numerical aperture and the working distance WD is only a few millimeters, there is a danger that the condenser lens 210 and the processing object 400 come into contact with each other in the process of adjusting the working distance WD. have.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 작업 거리(WD)를 변경하지 않고, 즉 집광 렌즈(210)를 가공 대상물(400)에 대하여 고정된 위치에 위치시키고, 레이저 발생기(100)와 집광 렌즈(210) 사이에 줌 렌즈 유닛(220)을 배치할 수 있다. 줌 렌즈 유닛(220)은 집광 렌즈(210)의 광축에 대한 레이저 빔(L)의 기울기를 변경함으로써 집광 렌즈(210)에 의한 집광점(1)의 가공 대상물(1)의 두께 방향(C)의 위치를 변경한다. 즉, 줌 렌즈 유닛(220)은 레이저 빔(L)을 집광 렌즈(210)의 광축에 대하여 평행한 광, 미세 발산광 또는 미세 수렴광으로 변경하여 집광 렌즈(210)에 입사시킴으로써, 집광점(1)의 두께 방향(C)의 위치를 변경한다. In order to solve this problem, without changing the working distance WD, that is, the condenser lens 210 is positioned at a fixed position with respect to the object 400, and between the laser generator 100 and the condenser lens 210 The zoom lens unit 220 may be disposed on the camera. The zoom lens unit 220 changes the inclination of the laser beam L with respect to the optical axis of the condenser lens 210, thereby causing the thickness direction C of the object 1 to be processed by the condenser lens 210. Change the position of. That is, the zoom lens unit 220 converts the laser beam L into light parallel to the optical axis of the condenser lens 210, fine divergent light, or fine converging light and enters the condenser lens 210, thereby converging the condensing point ( The position of the thickness direction C of 1) is changed.

도 7은 줌 렌즈 유닛(400)의 광학적 구성의 일 예를 도시한 도면이다. 도 7을 보면, 줌 렌즈(221)와 고정 렌즈(222)가 도시되어 있다. 줌 렌즈(221)는 광축(211)을 따라 이동되는 렌즈로서, 마이너스 파워를 가진다. 즉, 줌 렌즈(221)는 오목 렌즈로서 레이저 발생기(100)로부터 조사되는 콜리메이트된 레이저 빔(L)을 그 파워에 비례하여 발산시킨다. 고정 렌즈(222)는 줌 렌즈(221)와 집광 렌즈(210) 사이에 고정적으로 배치된다. 고정 렌즈(222)는 줌 렌즈(221)의 위치에 따라 집광 렌즈(210)의 광축(211)에 대하여 평행한 광, 미세 발산광, 또는 미세 수렴광을 집광 렌즈(210)로 입사시킨다. 7 is a diagram illustrating an example of an optical configuration of the zoom lens unit 400. Referring to FIG. 7, a zoom lens 221 and a fixed lens 222 are shown. The zoom lens 221 is a lens moved along the optical axis 211 and has a negative power. That is, the zoom lens 221 emits the collimated laser beam L irradiated from the laser generator 100 as a concave lens in proportion to its power. The fixed lens 222 is fixedly disposed between the zoom lens 221 and the condenser lens 210. The fixed lens 222 injects parallel light, fine divergent light, or fine converging light to the condenser lens 210 with respect to the optical axis 211 of the condenser lens 210 according to the position of the zoom lens 221.

상술한 줌 렌즈 유닛(220)은 일종의 빔 익스팬더(beam expander) 광학계이나, 광을 확대하기 위한 파워를 갖는 줌 렌즈(221)가 이동된다는 점에서 차이가 있다. 줌 렌즈(221)가 소정의 기준 위치에 위치된 경우에는 도 8에 실선으로 도시된 바와 같이 고정 렌즈(222)를 통과한 광은 집광 렌즈(210)의 광축(211)과 평행한 광(L1)이 되며, 집광점(1-1)을 형성하게 된다. 이 상태에서 줌 렌즈 유닛(220)은 일반적인 고정 배율을 갖는 빔 익스팬더 광학계가 된다. 줌 렌즈(221)를 기준 위치를 중심으로 하여 고정 렌즈(222)로 접근시키거나 고정 렌즈(222)로부터 이격시키면 고정 렌즈(222)를 통과한 광의 집광 렌즈(210)의 광축에 대한 기울기가 변하며, 이 기울기의 변화에 의하여 집광점(1)의 위치가 변하게 된다. 즉, 기울기를 변화시킴으로써 집광 렌즈(210)를 광축(211) 방향으로 이동시키지 않고도 집광점(1)의 위치를 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 줌 렌즈(221)가 기준위치에서 고정 렌즈(222)로부터 멀어지는 방향으로 이동되면, 고정 렌즈(222)를 통과한 광은 도 8에 점선으로 도시된 바와 같이 집광 렌즈(210)의 광축(211)에 대하여 수렴하는 방향의 기울기를 가진 미세 수렴광(L2)이 되며, 집광점(1-1)에 비하여 집광 렌즈(210)로 접근된 집광점(1-2)이 형성된다. 줌 렌즈(221)가 기준위치에서 고정 렌즈(222)에 접근되는 방향으로 이동되면, 고정 렌즈(222)를 통과한 광은 도 8에 일점쇄선으로 도시된 바와 같이 집광 렌즈(210)의 광축(211)에 대하여 발산하는 방향의 기울기를 가진 미세 발산광(L3)이 되며, 집광점(1-1)에 비하여 집광 렌즈(210)로부터 이격된 집광점(1-3)을 형성한다. The above-described zoom lens unit 220 is a kind of beam expander optical system, but the difference is that the zoom lens 221 having power for enlarging light is moved. When the zoom lens 221 is positioned at a predetermined reference position, the light passing through the fixed lens 222 is parallel to the optical axis 211 of the condenser lens 210 as shown by a solid line in FIG. 8. ), And the light collecting point 1-1 is formed. In this state, the zoom lens unit 220 becomes a beam expander optical system having a general fixed magnification. When the zoom lens 221 approaches the fixed lens 222 around the reference position or is spaced apart from the fixed lens 222, the inclination of the light lens passing through the fixed lens 222 with respect to the optical axis of the condensing lens 210 is changed. The position of the light collecting point 1 is changed by the change of the inclination. That is, by changing the inclination, the position of the light collecting point 1 can be changed without moving the light collecting lens 210 in the direction of the optical axis 211. For example, when the zoom lens 221 is moved in a direction away from the fixed lens 222 at the reference position, the light passing through the fixed lens 222 of the condensing lens 210 as shown by a dotted line in FIG. 8. It becomes a fine converging light L2 having a slope in the direction of converging with respect to the optical axis 211, and the condensing point 1-2 approaching the condensing lens 210 is formed as compared to the condensing point 1-1. When the zoom lens 221 is moved in the direction approaching the fixed lens 222 at the reference position, the light passing through the fixed lens 222 is the optical axis (2) of the condensing lens 210 as shown by the dashed line in FIG. A fine divergence light L3 having a slope in the direction of divergence with respect to 211 is formed, and a condensing point 1-3 is spaced apart from the condensing lens 210 compared to the condensing point 1-1.

또한, 집광 렌즈(210)에 입사되는 광선의 입사높이가 높을수록 높은 개구수의 광학계를 구현할 수 있는데, 줌 렌즈 유닛(220)은 기본적으로 빔 익스팬더의 기능을 가지므로 집광 렌즈(210)에 입사되는 레이저 빔(L)의 광속을 확대함으로써 높은 개구수의 광학계를 구현할 수 있다. 또한, 높은 개구수의 광학계를 구현함으로써 가공 대상물(400) 내부에서의 집광점(1)의 위치 변화에 따른 수차량의 변화를 상당 부분 상쇄하여 품질높은 균일한 집광점(1)을 형성할 수 있다. In addition, as the incident height of the light beam incident on the condenser lens 210 is higher, an optical system having a high numerical aperture can be realized. Since the zoom lens unit 220 basically has a function of a beam expander, it is incident on the condenser lens 210. By expanding the luminous flux of the laser beam L, a high numerical aperture optical system can be realized. In addition, by implementing an optical system with a high numerical aperture, the quality of the uniform focusing point 1 can be formed by substantially canceling the change in the amount of aberration according to the positional change of the focusing point 1 in the object 400. have.

도 9에는 줌 렌즈 유닛(220)의 광학적 구성의 다른 예가 도시되어 있다. 도 9를 참조하면, 제1, 제2줌 렌즈(223)(224)와 고정 렌즈(225)가 도시되어 있다. 제1줌 렌즈(223)는 광축(211)을 따라 이동되는 렌즈로서, 마이너스 파워를 가진다. 즉, 제1줌 렌즈(223)는 오목 렌즈로서 레이저 발생기(100)로부터 조사되는 콜리메이트된 레이저 빔(L)을 그 파워에 비례하여 발산시킨다. 제2줌 렌즈(224)는 광축(211)을 따라 이동되는 렌즈로서, 플러스 파워를 가진다. 즉, 제2줌 렌즈(224)는 볼록 렌즈로서 제1줌 렌즈(223)에 의하여 발산된 레이저 빔(L)을 그 파워에 비례하여 압축(condensing)시킨다. 고정 렌즈(225)는 제2줌 렌즈(224)와 집광 렌즈(210) 사이에 고정적으로 배치된다. 고정 렌즈(225)는 제1, 제2줌 렌즈(223)(224)의 위치에 따라 집광 렌즈(210)의 광축(211)에 대하여 평행한 광, 미세 발산광, 또는 미세 수렴광을 집광 렌즈(210)로 입사시킨다. 9 illustrates another example of the optical configuration of the zoom lens unit 220. Referring to FIG. 9, first and second zoom lenses 223 and 224 and a fixed lens 225 are illustrated. The first zoom lens 223 moves along the optical axis 211 and has a negative power. That is, the first zoom lens 223 emits the collimated laser beam L irradiated from the laser generator 100 as a concave lens in proportion to its power. The second zoom lens 224 moves along the optical axis 211 and has positive power. That is, the second zoom lens 224 compresses the laser beam L emitted by the first zoom lens 223 in proportion to its power as a convex lens. The fixed lens 225 is fixedly disposed between the second zoom lens 224 and the condenser lens 210. The fixed lens 225 collects light parallel to the optical axis 211 of the condenser lens 210, finely divergent light, or fine converging light according to the positions of the first and second zoom lenses 223 and 224. Incident at 210.

제1, 제2줌 렌즈(223)(224)가 소정의 기준 위치에 위치된 경우에는 도 10에 실선으로 도시된 바와 같이 고정 렌즈(225)를 통과한 광은 집광 렌즈(210)의 광축(211)과 평행한 광(L1')이 되며, 집광점(1-1)을 형성하게 된다. 이 상태에서 줌 렌즈 유닛(220)은 일반적인 고정 배율을 갖는 빔 익스팬더 광학계가 된다. 제1, 제2줌 렌즈(223)(224)를 기준 위치를 중심으로 하여 고정 렌즈(225)로 접근시키거나 고정 렌즈(225)로부터 이격시키면 고정 렌즈(225)를 통과한 광의 집광 렌즈(210)의 광축(211)에 대한 기울기가 변하며, 이 기울기의 변화에 의하여 집광점(1)의 위치가 변하게 된다. 즉, 기울기를 변화시킴으로써 집광 렌즈(210)를 광축(211) 방향으로 이동시키지 않고도 집광점(1)의 위치를 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 미세 수렴광(L2')을 형성하기 위하여 제1줌 렌즈(223)가 기준위치에서 고정 렌즈(225)로부터 멀어지는 방향으로 이동되며, 집광점(1-1)에 비하여 집광 렌즈(210)로 접근된 집광점(1-2)이 형성된다. 제1줌 렌즈(223)가 기준위치에서 고정 렌즈(225)에 접근되는 방향으로 이동되면, 고정 렌즈(225)를 통과한 광은 도 9에 일점쇄선으로 도시된 바와 같이 집광 렌즈(210)의 광축(211)에 대하여 발산하는 방향의 기울기를 가진 미세 발산광(L3')이 되며, 집광점(1-1)에 비하여 집광 렌즈(210)로부터 이격된 집광점(1-3)을 형성한다. When the first and second zoom lenses 223 and 224 are positioned at a predetermined reference position, the light passing through the fixed lens 225 as shown by the solid line in FIG. 10 is transmitted to the optical axis of the condensing lens 210. Light L1 ′ parallel to 211 is formed, and a light collecting point 1-1 is formed. In this state, the zoom lens unit 220 becomes a beam expander optical system having a general fixed magnification. When the first and second zoom lenses 223 and 224 approach the fixed lens 225 around the reference position or are spaced apart from the fixed lens 225, the light condensing lens 210 of the light passing through the fixed lens 225 may be used. Slope of the optical axis 211 is changed, and the position of the light collecting point 1 is changed by the change of the tilt. That is, by changing the inclination, the position of the light collecting point 1 can be changed without moving the light collecting lens 210 in the direction of the optical axis 211. For example, in order to form the fine converging light L2 ′, the first zoom lens 223 is moved in a direction away from the fixed lens 225 at the reference position, and the condensing lens ( Condensing point 1-2 approached to 210 is formed. When the first zoom lens 223 is moved in a direction approaching the fixed lens 225 at the reference position, the light passing through the fixed lens 225 is shown by the dashed-dotted line in FIG. 9. It becomes a fine divergence light L3 ′ having a slope in a direction diverging with respect to the optical axis 211, and forms a condensing point 1-3 spaced apart from the condensing lens 210 as compared to the condensing point 1-1. .

제1줌 렌즈(223)가 이동될 때에 제2줌 렌즈(244) 역시 이동되어 제1줌 렌즈(233)에 의하여 발산된 광을 그 파워에 비례하여 압축한다. 제2줌 렌즈(244)는 고정 렌즈(225)에 입사되는 광의 입사높이의 변화를 줄이는 방향으로 이동된다. 즉, 제2줌 렌즈(244)는 제1줌 렌즈(233)의 위치에 따른 고정 렌즈(225)에 입사되는 레이저 빔(l)의 입사높이의 차이를 보상하는 보상렌즈로서 기능할 수 있다. 고정 렌즈(225)에 입사되는 광의 입사높이가 달라지면 구면 수차량이 달라진다. 구면 수차량의 변화는 집광점(1)의 품질 균일성에 영향을 미칠 수 있다. 본 실시예의 줌 렌즈 유닛(220)은 제2줌 렌즈(244)를 채용하여 제1줌 렌즈(233)의 이동에 따라 고정 렌즈(225)에 입사되는 광의 입사 높이 차이를 보상하는 방향으로 이동시킴으로써 구면 수차를 보상할 수 있다. 여기서 보상이라 함은 구면 수차량의 변화를 제거하거나 또는 최소화한다는 것을 의미한다. 입사높이의 보상, 또는 구면 수차의 보상은 제2줌 렌즈(244)를 예를 들어 제1줌 렌즈(233)의 이동방향과 동일한 방향으로 이동시킴으로써 구현될 수 있다. 즉, 제1줌 렌즈(233)가 고정 렌즈(225)로부터 멀어지는 방향으로 이동되어 발산량이 커지는 경우에는 압축량이 증가되도록 제2줌 렌즈(244) 역시 동일한 방향으로 이동될 수 있으며, 제1줌 렌즈(233)가 고정 렌즈(225)에 접근되는 방향으로 이동되어 발산량이 작아지는 경우에는 압축량이 줄어들도록 제2줌 렌즈(244) 역시 고정 렌즈(225)에 접근되는 방향으로 이동될 수 있다. 제1줌렌즈(233)와 고정 렌즈(225) 사이의 거리가 가까울수록 제1줌 렌즈(233)와 제2줌 렌즈(244) 사이의 거리는 멀어질 수 있다. 다만, 상술한 설명은 일 예일 뿐이며, 제2줌 렌즈(244)의 제1줌 렌즈(233)에 대한 상대적인 이동의 방향과 거리는 제1줌 렌즈(233) 및 제2줌 렌즈(244)의 광학적 구성에 따라 달라질 수 있다. When the first zoom lens 223 is moved, the second zoom lens 244 is also moved to compress the light emitted by the first zoom lens 233 in proportion to its power. The second zoom lens 244 is moved in a direction to reduce the change in the incident height of the light incident on the fixed lens 225. That is, the second zoom lens 244 may function as a compensation lens that compensates for the difference in the incident height of the laser beam 1 incident on the fixed lens 225 according to the position of the first zoom lens 233. When the incident height of light incident on the fixed lens 225 is changed, the amount of spherical aberration is changed. The change in the amount of spherical aberration may affect the quality uniformity of the light collecting point 1. The zoom lens unit 220 according to the present exemplary embodiment employs a second zoom lens 244 to move in a direction to compensate for a difference in incident height of light incident on the fixed lens 225 according to the movement of the first zoom lens 233. Spherical aberration can be compensated for. Compensation here means eliminating or minimizing changes in spherical aberration. The compensation of the incident height or the compensation of the spherical aberration may be implemented by moving the second zoom lens 244 in the same direction as the moving direction of the first zoom lens 233, for example. That is, when the first zoom lens 233 is moved away from the fixed lens 225 and the divergence amount is increased, the second zoom lens 244 may also be moved in the same direction so that the compression amount is increased. When 233 is moved in the direction approaching the fixed lens 225 and the divergence amount decreases, the second zoom lens 244 may also be moved in the direction approaching the fixed lens 225 to reduce the amount of compression. As the distance between the first zoom lens 233 and the fixed lens 225 is closer, the distance between the first zoom lens 233 and the second zoom lens 244 may be greater. However, the above description is just an example, and the direction and distance of the relative movement with respect to the first zoom lens 233 of the second zoom lens 244 may be optically determined by the first zoom lens 233 and the second zoom lens 244. It may vary depending on the configuration.

도 8을 보면, 고정 렌즈(222)에서 평행 광(L1)이 출사될 때에 고정 렌즈(222)에 입사되는 광의 입사높이를 기준으로 하여 미세 수렴광(L2) 및 미세 발산광(L3)이 출사될 때의 광의 입사높이의 차이가 각각 h1, h2로 표시되어 있다. 마찬가지로, 도 10을 보면, 고정 렌즈(225)에서 평행 광(L1')이 출사될 때에 고정 렌즈(225)에 입사되는 광의 입사높이를 기준으로 하여 미세 수렴광(L2') 및 미세 발산광(L3')이 출사될 때의 광의 입사높이 차이가 각각 h1', h2'로 표시되어 있다. 도 9 및 도 10에 도시된 줌 렌즈 유닛(220)에 의하면, 도 7 및 도 8에 도시된 줌 렌즈 유닛(220)에 비하여 광의 입사높이 차이를 줄일 수 있다. 다시 말하면, h1>h1', h2>h2'로 할 수 있다. 따라서, 집광점(1-1, 1-2, 1-3)을 형성하는 경우의 개구수의 변화를 줄여 균일한 품질의 집광점(1-1, 1-2, 1-3)을 형성할 수 있다. 또한, 렌즈계에 의한 구면 수차량의 변화를 최소화함으로써 균일한 품질의 집광점(1-1, 1-2, 1-3)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 8, when the parallel light L1 is emitted from the fixed lens 222, the fine convergent light L2 and the fine divergent light L3 are emitted based on the incident height of the light incident on the fixed lens 222. The difference in the incident heights of light at the time of display is indicated by h1 and h2, respectively. Similarly, referring to FIG. 10, when the parallel light L1 ′ is emitted from the fixed lens 225, the fine converging light L2 ′ and the fine diverging light are based on the incident height of the light incident on the fixed lens 225. The difference in incidence height of light when L3 ') is emitted is indicated by h1' and h2 ', respectively. According to the zoom lens unit 220 illustrated in FIGS. 9 and 10, a difference in incident height of light may be reduced as compared to the zoom lens unit 220 illustrated in FIGS. 7 and 8. In other words, h1> h1 'and h2> h2' can be set. Therefore, the change in the numerical aperture in the case of forming the light collecting points 1-1, 1-2, 1-3 can be reduced to form the light collecting points 1-1, 1-2, 1-3 of uniform quality. Can be. In addition, by minimizing the change in the amount of spherical aberration by the lens system, it is possible to form the light collecting points 1-1, 1-2, 1-3 of uniform quality.

상기한 바와 같이 줌 렌즈 유닛(220)을 이용하여, 가공 대상물(400)의 내부에서 집광점(1)의 위치, 즉 깊이를 변경할 수 있으며, 가공 대상물(400)의 내부의 원하는 위치에 집광점(1)을 형성할 수 있다. 따라서, 집광 렌즈(210)의 작업 거리(WD)를 변경하지 않고 집광점(1)의 위치를 변경할 수 있다.As described above, the zoom lens unit 220 may be used to change the position of the light converging point 1, that is, the depth, in the interior of the object 400, and may be focused at a desired position inside the object 400. (1) can be formed. Therefore, the position of the light collecting point 1 can be changed without changing the working distance WD of the light collecting lens 210.

이하에서 본 발명에 따른 인고트 절단 방법의 실시예를 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the ingot cutting method according to the present invention.

본 실시예의 인고트 절단 방법은 인고트를 소정의 두께로 1차 절단한 후에 절단된 1차 분리물을 다시 소정의 두께로 분리하여 소망하는 두께의 2차 분리물을 얻는 것을 특징으로 한다.The ingot cutting method of this embodiment is characterized in that after cutting the ingot first to a predetermined thickness, the cut primary separation is separated again to a predetermined thickness to obtain a secondary separation having a desired thickness.

도 11을 참조하면, 집광유닛(200)을 이용하여 레이저 빔(L)을 인고트(500)의 광입사면(501)으로부터 두께방향으로 제1거리(d1) 이격된 내부에 집광시킨다. 이때, 줌 렌즈 유닛(220)을 채용함으로써 작업 거리(WD)를 변경하지 않고 집광점(1)의 위치를 조절할 수 있다. 제1거리(d1)는 최종적으로 얻고자 하는 웨이퍼의 두께를 고려하여 적절히 선정될 수 있다.Referring to FIG. 11, the light converging unit 200 condenses the laser beam L inside the first distance d1 in the thickness direction from the light incident surface 501 of the ingot 500. In this case, by employing the zoom lens unit 220, the position of the light collecting point 1 may be adjusted without changing the working distance WD. The first distance d1 may be appropriately selected in consideration of the thickness of the wafer to be finally obtained.

집광점(1) 부근에서는 다광자 흡수 또는 이에 준하는 비선형 흡수 효과에 의하여 국부적으로 인고트(500)의 물성이 변화되어 제1개질 영역(2-1)이 형성된다. 즉, 집광점(1) 부근에서 레이저 빔(L)의 에너지가 인고트(500)에 흡수되어 순간적으로 용융이 일어나며, 레이저 빔(L)이 통과되고 난 후에는 냉각되면서 수축 및 응고가 일어난다. 또한 용융, 냉각 과정 동안에 집광점(1) 부근에서 인고트(500)를 구성하는 물질이 팽창, 수축되는데, 이 팽창, 수축에 의하여 미세한 크랙(3)이 형성된다. 레이저 빔(L)과 인고트(500)를 X방향과 Y방향으로 상대적으로 이동시켜 레이저 빔(L)을 인고트(500) 내부의 복수의 위치에 집광시킴으로써 도 11에 도시된 바와 같이 인고트(500)의 내부에 복수의 미세 크랙(3)에 의한 제1분리 면(5-1)이 형성된다.In the vicinity of the light collecting point 1, the physical properties of the ingot 500 are locally changed by multiphoton absorption or a nonlinear absorption effect corresponding thereto to form the first modified region 2-1. That is, the energy of the laser beam L is absorbed by the ingot 500 in the vicinity of the condensing point 1 and instantaneously melts, and after the laser beam L passes, cooling and contracting and solidification occur. In addition, the material constituting the ingot 500 is expanded and contracted near the condensing point 1 during the melting and cooling process, and the fine cracks 3 are formed by the expansion and contraction. As shown in FIG. 11, the laser beam L and the ingot 500 are relatively moved in the X and Y directions to focus the laser beam L at a plurality of positions inside the ingot 500. The first separation surface 5-1 by the plurality of fine cracks 3 is formed inside the 500.

다음으로, 미세 크랙(3)이 제1분리 면(5-1)을 따라 전파될 수 있도록 인고트(500)에 물리적인 충격을 가할 수 있다. 예를 들어, 도 12에 도시된 바와 같이 블레이드(10)를 사용하여 제1분리 면(5-1)을 따라 기계적 힘을 가하여 미세 크랙(3)을 제1분리 면(5-1)을 따라 전파함으로써 제1분리물(510)을 분리할 수 있다.Next, a physical impact may be applied to the ingot 500 so that the micro cracks 3 may propagate along the first separation surface 5-1. For example, as shown in FIG. 12, the blade 10 is used to apply a mechanical force along the first separation surface 5-1 to guide the microcracks 3 along the first separation surface 5-1. By propagation, the first separator 510 may be separated.

다음으로, 제1분리물(510)을 스테이지(300)에 거치하고, 제1분리물(510)을 소정의 두께로 분리하는 작업이 수행된다. Next, the first separator 510 is mounted on the stage 300, and the first separator 510 is separated into a predetermined thickness.

도 13을 참조하면, 집광유닛(200)을 이용하여 레이저 빔(L)을 제1분리물(510)의 상면(511)으로부터 두께방향으로 제2거리(d2) 이격된 내부에 집광시킨다. 이때, 줌 렌즈 유닛(220)을 채용함으로써 작업 거리(WD)를 변경하지 않고 집광점(1)의 위치를 조절할 수 있다. 레이저 빔(L)과 제1분리물(510)을 X방향과 Y방향으로 상대적으로 이동시켜 레이저 빔(L)을 제1분리물(510) 내부의 복수의 위치에 집광시킴으로써 도 13에 도시된 바와 같이 제1분리물(510)의 내부에 제2개질영역(2-2) 및 복수의 미세 크랙(3)에 의한 제2분리 면(5-2)이 형성된다. 다음으로, 예를 들어, 블레이드(10)를 사용하여 제2분리 면(5-2)을 따라 기계적 힘을 가하여 미세 크랙(3)을 제2분리 면(5-2)을 따라 전파함으로써 제2분리물(521)을 분리할 수 있다.Referring to FIG. 13, the light converging unit 200 condenses the laser beam L inside the second distance d2 in the thickness direction from the upper surface 511 of the first separator 510. In this case, by employing the zoom lens unit 220, the position of the light collecting point 1 may be adjusted without changing the working distance WD. 13 by moving the laser beam L and the first separator 510 relatively in the X and Y directions to focus the laser beam L at a plurality of positions inside the first separator 510. As described above, a second separation surface 5-2 formed by the second reformed region 2-2 and the plurality of fine cracks 3 is formed in the first separator 510. Next, for example, the second crack may be propagated along the second separation surface 5-2 by applying mechanical force along the second separation surface 5-2 using the blade 10 to propagate the second cracks along the second separation surface 5-2. Separation 521 may be separated.

이 경우에, 제1분리물(510)에 레이저 빔(L)을 조사하기 전에 제1분리물(510)의 배면(512)을 연마하여, 배면(512)을 평탄하게 하는 평탄화 공정이 더 수행될 수 있다. 평탄화 공정은 예를 들어 컴파운트를 이용하는 폴리싱(polishing)법에 의하여 수행될 수 있다.In this case, before irradiating the laser beam L to the first separator 510, the back surface 512 of the first separator 510 is polished to further flatten the back surface 512. Can be. The planarization process can be performed by, for example, a polishing method using a compound.

도 13에 도시된 바와 같이 제1분리물(510)의 내부의 제2거리(d2) 및 제3거리(d3) 이격된 위치에 복수의 제2분리면(5-2)(5-3)을 형성할 수도 있다. 제2분리면(5-2)을 먼저 형성한 후에 제2분리면(5-3)을 형성하는 경우에는 레이저 빔(L)이 제2분리면(5-2)을 통과하여야 하는데, 이 과정에서 제2분리면(5-2)을 형성하기 위한 제2개질영역(2-2)에 의하여 레이저 빔(L)의 경로가 왜곡되거나 레이저 빔(L)이 산란되어 아래에 위치되는 제2분리면(5-3)의 품질을 저하시킬 수 있다. 따라서, 광입사면인 상면(511)로부터 멀리 떨어진 제2분리면(5-3)을 먼저 형성하고, 그 후에 광입사면인 상면(511)에 가까운 제2분리면(5-2)을 형성함으로써 균일한 품질을 갖는 복수의 제2분리면(5-2)(5-3)을 얻을 수 있다. 이와 같이 복수의 제2분리 면(5-2)(5-3)을 형성함으로써 복수의 제2분리물(521-523)을 얻을 수 있다.As illustrated in FIG. 13, a plurality of second separation surfaces 5-2 and 5-3 at positions spaced apart from a second distance d2 and a third distance d3 inside the first separator 510. May be formed. When the second separation surface 5-2 is formed first and then the second separation surface 5-3 is formed, the laser beam L must pass through the second separation surface 5-2. A second separation where the path of the laser beam L is distorted or the laser beam L is scattered and positioned below by the second reformed region 2-2 for forming the second separation surface 5-2 in FIG. The quality of the surface 5-3 can be reduced. Therefore, the second separation surface 5-3 far from the upper surface 511, which is the light incident surface, is formed first, and then the second separation surface 5-2, which is closer to the upper surface 511, which is the light incident surface, is formed. As a result, a plurality of second separation surfaces 5-2 and 5-3 having uniform quality can be obtained. In this way, the plurality of second separators 521-523 can be obtained by forming the plurality of second separation surfaces 5-2 and 5-3.

도 6에 도시된 바와 같이 복수의 레이저 빔(L1)(L2)을 이용하는 경우에는 복수의 제2분리면(5-2)(5-3)을 동시에 형성하는 것도 가능하다. 이때, 도 15에 도시된 바와 같이 광입사면인 상면(511)으로부터 멀리 떨어진 제2분리면(5-3)을 형성하기 위한 레이저 빔(L2)이 광입사면인 상면(511)으로부터 가까운 제2분리면(5-2)을 형성하기 위한 레이저 빔(L1)보다 가공 방향으로 선행되도록 배치하여, 제2분리 면(5-3)이 먼저 형성되도록 할 수 있다.As shown in FIG. 6, when using a plurality of laser beams L1 and L2, a plurality of second separation surfaces 5-2 and 5-3 may be formed simultaneously. At this time, as shown in FIG. 15, the laser beam L2 for forming the second separation surface 5-3 away from the light incident surface 511 is close to the light incident surface. The second separation surface 5-3 may be formed first by arranging the second separation surface 5-3 so as to be preceded in the processing direction rather than the laser beam L1 for forming the second separation surface 5-2.

상술한 실시예에서, 제1거리(d)는 최종적으로 분리하고자 하는 제2분리물(521)의 두께의 두 배 이상으로 선정될 수 있다. 예를 들어, 인고트(500)로부터 0.25mm의 웨이퍼를 얻고자 하는 경우에, 두께 1mm의 제1분리물을 인고트(500)로부터 분리한 후에, 제1분리물의 내부에 3개의 제2분리 면을 형성함으로써 두께 0.25mm의 4개의 제2분리물을 얻을 수 있다.In the above-described embodiment, the first distance d may be selected to be twice or more than the thickness of the second separator 521 to be finally separated. For example, in the case where a 0.25 mm wafer is to be obtained from the ingot 500, after separating the first separator having a thickness of 1 mm from the ingot 500, three second separations are formed inside the first separator. By forming the surface, four second separators having a thickness of 0.25 mm can be obtained.

상기한 바와 같은 인고트 절단방법에 따르면, 다이아몬드 와이어를 이용하는 종래의 절단 방법에 비하여, 절단 과정에서 버려지는 재료가 거의 없다. 따라서, 거의 40%의 절단 부산물이 발생되는 종래의 기계적 절단 방법에 비하여 인고트의 사용 효율을 높일 수 있으며, 절단된 웨이퍼의 가격 경쟁력을 높일 수 있다. 또한, 레이저 빔을 이용한 절단 가공과정에서는 인고트에 열적 손상이 거의 없으며 절단면의 품질이 매우 우수하여 절단 후에 절단면을 후가공할 필요가 거의 없다. 따라서, 공정 시간 및 공정 비용을 절감할 수 있다. 또한, 기계적 절단 방법에 비하여 매우 높은 절단 속도를 구현할 수 있다. 또한, 1차분리과정에 의하여 인고트로부터 소정 두께의 1차분리물을 얻고 이 1차 분리물을 2차적으로 분리하여 원하는 웨이퍼를 얻는 과정을 거치므로, 큰 크기의 인고트로부터 원하는 두께의 웨이퍼를 얻는 방식에 비하여 작업 속도를 향상시킬 수 있다. According to the ingot cutting method as described above, compared to the conventional cutting method using a diamond wire, there is almost no material discarded in the cutting process. Therefore, the use efficiency of the ingot can be improved compared to the conventional mechanical cutting method in which almost 40% of cutting by-products are generated, and the price competitiveness of the cut wafer can be improved. In addition, in the cutting process using a laser beam, there is almost no thermal damage to the ingot and the quality of the cut surface is very good, so that the cut surface rarely needs to be processed after cutting. Therefore, process time and process cost can be saved. In addition, very high cutting speeds can be achieved compared to mechanical cutting methods. In addition, since the first separation process obtains the primary separation material having a predetermined thickness from the ingot, and the primary separation material is secondarily separated to obtain the desired wafer, the wafer having the desired thickness from the large ingot is obtained. The speed of work can be improved compared to the method of obtaining.

이상에서 본 발명의 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the scope of the invention as defined by the appended claims.

A, B...제1, 제2방향 L, L1, L2...레이저 빔
1...집광점 2...개질 영역
3...미세 크랙 5...분리 면
A, B ... first, second direction L, L1, L2 ... laser beam
1 ... condensing point 2 ... modified area
3 ... fine crack 5 ... separation surface

Claims (14)

인고트 형태의 가공 대상물을 소정 두께로 절단하는 절단 방법으로서,
집광 렌즈를 이용하여 레이저 빔을 상기 가공 대상물의 내부에 집광시키고 상기 레이저 빔을 이동시켜, 상기 레이저 빔이 집광된 위치에 형성되는 복수의 제1개질 영역에 의하여 상기 가공 대상물의 내부에 상기 가공 대상물을 그 두께 방향과 교차되는 방향으로 분리하기 위한 제1분리면을 형성하는 단계;
상기 제1분리면을 따라 상기 가공 대상물을 분리하여 제1분리물을 형성하는 단계;
상기 집광 렌즈를 이용하여 레이저 빔을 상기 제1분리물의 내부에 집광시키고 상기 레이저 빔을 이동시켜, 상기 레이저 빔이 집광된 위치에 형성되는 복수의 제2개질 영역에 의하여 상기 제1분리물의 내부에 상기 제1분리물을 그 두께 방향과 교차되는 방향으로 분리하기 위한 제2분리면을 형성하는 단계;
상기 제2분리면을 따라 상기 제1분리물을 분리하여 복수의 제2분리물을 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 제2분리면을 형성하는 단계는,
복수의 레이저 발생기로부터 조사되는 복수의 레이저 빔 각각에 대응되는 복수의 상기 집광렌즈를 이용하여 상기 제1분리물 내부의 두께 방향으로 서로 다른 위치에 복수의 집광점을 형성하여, 상기 제1분리물의 내부의 상기 두께 방향으로 서로 다른 위치에 복수의 상기 제2분리면을 동시에 형성하는 인고트 절단 방법.
A cutting method for cutting an ingot form of a workpiece to a predetermined thickness,
Condensing a laser beam inside the object to be processed using a condenser lens and moving the laser beam to the inside of the object to be processed by a plurality of first modified regions formed at a position where the laser beam is focused Forming a first separation surface for separating the in a direction crossing the thickness direction;
Separating the object to be processed along the first separation surface to form a first separation material;
By using the condenser lens, a laser beam is condensed inside the first separator and the laser beam is moved so that the laser beam is condensed inside the first separator by a plurality of second modified regions formed at a location where the laser beam is collected. Forming a second separation surface for separating the first separation material in a direction crossing the thickness direction;
And separating the first separator along the second separation surface to form a plurality of second separators.
Forming the second separation surface,
A plurality of light collecting points are formed at different positions in the thickness direction inside the first separator by using the plurality of focusing lenses corresponding to each of the plurality of laser beams irradiated from a plurality of laser generators, Ingot cutting method for forming a plurality of the second separation surface at the same time in a different position in the thickness direction therein.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 복수의 집광렌즈의 상기 제1분리물의 광입사면에 대한 작업거리는 일정한 것을 특징으로 하는 인고트 절단 방법.
The method of claim 1,
Ingot cutting method, characterized in that the working distance to the light incident surface of the first separation of the plurality of condensing lens is constant.
제4항에 있어서,
줌 렌즈 유닛을 이용하여 상기 집광렌즈의 광축에 대한 상기 레이저 빔의 기울기를 변경함으로써 상기 집광점의 위치를 상기 제1분리물의 두께 방향으로 서로 다른 위치에 위치시키는 것을 특징으로 하는 인고트 절단 방법.
5. The method of claim 4,
And using a zoom lens unit to change the inclination of the laser beam with respect to the optical axis of the condenser lens to position the condensing points at different positions in the thickness direction of the first separator.
제5항에 있어서,
상기 줌렌즈 유닛은 상기 레이저 빔을 상기 집광렌즈의 광축에 대하여 평행한 광, 미세 발산광 또는 미세 수렴광으로 변경하는 것을 특징으로 하는 인고트 절단 방법.
The method of claim 5,
And the zoom lens unit changes the laser beam into light parallel to the optical axis of the condenser lens, fine divergent light, or fine converging light.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항 또는 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
광 분리기를 이용하여 상기 복수의 레이저 빔 각각을 복수 개로 분리하여 상기 복수의 집광렌즈에 입사시키는 것을 특징으로 하는 인고트 절단 방법.
The method according to any one of claims 1 or 4 to 6,
And a plurality of laser beams are separated into a plurality of light beams using an optical splitter and incident on the plurality of condensing lenses.
제13항에 있어서,
상기 광분리기는 회절광학소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 인고트 절단 방법.
The method of claim 13,
And the optical separator comprises a diffractive optical element.
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