KR101425492B1 - Laser machining apparatus and method thereof - Google Patents
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Abstract
레이저 가공 장치 및 방법이 개시된다. 레이저 가공 장치는, 가공 대상물에 일정 간격으로 서로 이격된 복수의 집광점 형성이 가능하도록, 복수의 레이저 빔을 소정 각도를 가지고 같은 방향으로 진행되도록 하는 빔 결합 유닛과, 빔 결합 유닛으로부터 입사되는 복수의 레이저 빔을 편향시키는 스캐너와, 스캐너에 의해 편향되는 복수의 레이저 빔을 가공 대상물에 집광시키는 집광 렌즈를 포함한다.A laser processing apparatus and method are disclosed. The laser processing apparatus includes a beam combining unit for causing a plurality of laser beams to travel in the same direction with a predetermined angle so that a plurality of light converging points spaced from each other at a predetermined interval can be formed on the object to be processed; And a condenser lens for condensing a plurality of laser beams deflected by the scanner onto the object to be processed.
Description
레이저 가공 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 2빔을 이용하여 동시에 가공할 수 있는 레이저 가공 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a laser processing apparatus and method, and more particularly, to a laser processing apparatus and method that can simultaneously process two beams.
레이저 가공 장치는 레이저 발진기로부터 출사되는 레이저 빔을 스캐너를 통하여 가공 대상물에 조사한다. 이에 의하여 대상물의 일 평면에 대한 마킹, 노광, 식각, 펀칭, 스크라이빙 등의 레이저 가공이 수행될 수 있다. A laser processing apparatus irradiates an object to be processed with a laser beam emitted from a laser oscillator through a scanner. Thus, laser processing such as marking, exposure, etching, punching, and scribing on one plane of the object can be performed.
레이저 가공을 함에 있어, 기판의 종류에 따라 가공의 간격이 일정한 패턴(간격)을 가지는 경우가 있다. 이러한 기판의 가공시, 현재의 시스템처럼 2개 레이저 빔 모두에 각각 스캐너 시스템을 장착하여 사용하는 경우, 복잡한 장비 구조로 인해 제어에 어려움이 있으며, 반복 가공시 정밀성이 저하될 수 있다. In the laser machining, there is a case where a machining interval has a constant pattern (interval) depending on the type of the substrate. When the scanner system is mounted on both of the two laser beams as in the current system, it is difficult to control due to the complicated equipment structure, and precision in repeated processing may be lowered.
간격이 좁은 동일 패턴 기판 가공시 적용할 수 있는 2빔 가공(2-beam machining)이 가능한 레이저 가공 장치 및 방법을 제공한다.Provided is a laser processing apparatus and method capable of 2-beam machining that can be applied to processing of the same pattern substrate having a narrow interval.
본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공 장치는, 가공 대상물에 일정 간격으로 서로 이격된 복수의 집광점 형성이 가능하도록, 복수의 레이저 빔을 소정 각도를 가지고 같은 방향으로 진행되도록 하는 빔 결합 유닛과; 상기 빔 결합 유닛으로부터 입사되는 상기 복수의 레이저 빔을 편향시키는 스캐너와; 상기 스캐너에 의해 편향되는 복수의 레이저 빔을 가공 대상물에 집광시키는 집광 렌즈;를 포함한다.A laser beam machining apparatus according to an embodiment of the present invention includes a beam combining unit for causing a plurality of laser beams to travel in the same direction at a predetermined angle so that a plurality of light converging points spaced from each other at a predetermined interval can be formed on the object to be machined; A scanner for deflecting the plurality of laser beams incident from the beam combining unit; And a condenser lens for condensing a plurality of laser beams deflected by the scanner onto an object to be processed.
상기 빔 결합 유닛은, 제1레이저 빔을 반사시키는 제1반사 미러와; 제2레이저 빔을 반사시키는 제2반사 미러와; 상기 제1반사 미러에서 반사된 제1레이저 빔과 상기 제2반사 미러에서 반사된 제2레이저 빔 중 하나는 반사시키고, 나머지 하나는 투과시켜 제1레이저 빔과 제2레이저 빔이 같은 방향으로 진행시키는 빔 결합기;를 포함하며, 상기 제1 및 제2반사 미러 중 어느 하나와 빔 결합기는 평행하며, 나머지 반사 미러와 빔 결합기는 서로 평행하지 않도록 배치되어, 상기 빔 결합기에서 결합된 제1 및 제2레이저 빔이 서로 소정 각도를 가지고 같은 방향으로 진행하도록 마련될 수 있다.The beam combining unit includes: a first reflecting mirror for reflecting the first laser beam; A second reflection mirror for reflecting the second laser beam; One of the first laser beam reflected by the first reflecting mirror and the second laser beam reflected by the second reflecting mirror is reflected and the other is transmitted so that the first laser beam and the second laser beam travel in the same direction Wherein one of the first and second reflecting mirrors and the beam combiner are parallel and the other reflecting mirror and the beam combiner are arranged so as not to be parallel to each other, Two laser beams may be provided so as to proceed in the same direction with each other at a predetermined angle.
상기 빔 결합 유닛은, 입사되는 레이저 빔을 분기하여 상기 제1레이저 빔과 제2레이저 빔을 형성하는 빔 분할기;를 더 포함할 수 있다.The beam combining unit may further include a beam splitter for branching the incident laser beam to form the first laser beam and the second laser beam.
상기 빔 분할기는 단일 광원으로부터 입사되는 레이저 빔을 제1레이저 빔과 제2레이저 빔으로 분기할 수 있다.The beam splitter may divide a laser beam incident from a single light source into a first laser beam and a second laser beam.
상기 빔 분할기는 입사되는 레이저 빔을 편광에 따라 제1레이저 빔과 제2레이저 빔으로 분기하는 편광빔 분할기이며, 상기 빔 분할기와 상기 빔 결합기 사이의 제1레이저 빔의 경로 및 제2레이저 빔의 경우 중 어느 하나 상에 통과하는 레이저 빔의 편광을 바꾸어 주는 파장판;을 더 구비할 수 있다.Wherein the beam splitter is a polarizing beam splitter for splitting an incident laser beam into a first laser beam and a second laser beam according to a polarization, and wherein a path of the first laser beam between the beam splitter and the beam combiner, And a wave plate for changing the polarization of the laser beam passing through any one of the plurality of laser beams.
상기 파장판은 반파장판일 수 있다.The wavelength plate may be a half wave plate.
상기 빔 결합기는 입사되는 제1레이저 빔과 제2레이저 빔을 편광에 따라 반사 및 투과하여 결합시키는 편광의존성 빔 결합기일 수 있다.The beam combiner may be a polarization-dependent beam combiner that reflects and transmits the incident first laser beam and the second laser beam according to polarization.
상기 제1레이저 빔을 제공하는 제1광원과; 상기 제2레이저 빔을 제공하는 제2광원;을 포함할 수 있다.A first light source for providing the first laser beam; And a second light source for providing the second laser beam.
상기 집광 렌즈는 텔레센트릭 렌즈일 수 있다.The condensing lens may be a telecentric lens.
본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공 방법은, 복수의 레이저 빔을 소정 각도를 가지고 같은 방향으로 진행되도록 하여, 가공 대상물에 일정 간격으로 서로 이격된 복수의 집광점을 형성하는 단계와; 상기 가공 대상물과 복수의 집광점을 가상의 절단 예정 라인을 따라 상대 이동시키는 단계와; 상기 절단 예정 라인을 따라 복수의 레이저 빔의 집광점과 가공 대상물을 상대 이동시켜, 상기 가공 대상물의 내부에 복수의 개질영역을 형성하고, 상기 복수의 개질영역에 의해 절단의 기준이 되는 복수의 절단선을 형성하는 단계;를 포함한다.A laser machining method according to an embodiment of the present invention includes the steps of forming a plurality of light-converging points spaced apart from each other at a predetermined interval on an object to be processed so that a plurality of laser beams proceed in the same direction with a predetermined angle; A step of relatively moving the object and a plurality of light-converging points along a virtual line along which the object is to be cut; Wherein a plurality of modified regions are formed in the object to be processed by relatively moving the light-converging point of the plurality of laser beams and the object along the line along which the object is intended to be cut, And forming a line.
상기 일정 간격으로 복수의 집광점을 형성하는 단계는, 복수의 레이저 빔을 소정 각도를 가지고 같은 방향으로 진행되도록 하는 빔 결합 단계와; 상기 복수의 레이저 빔을 스캐너로 편향시키는 단계와; 상기 스캐너에 의해 편향되는 복수의 레이저 빔을 가공 대상물에 집광시키는 단계;를 포함할 수 있다.The step of forming the plurality of light-converging points at the predetermined intervals includes: a beam combining step of causing a plurality of laser beams to travel in the same direction with a predetermined angle; Deflecting the plurality of laser beams to a scanner; And converging a plurality of laser beams deflected by the scanner onto an object to be processed.
상기 빔 결합 단계는, 제1 및 제2반사 미러로 각각 제1 및 제2레이저 빔을 반사시키는 단계와; 상기 제1반사 미러에서 반사된 제1레이저 빔과 상기 제2반사 미러에서 반사된 제2레이저 빔 중 하나는 반사시키고 나머지 하나는 투과시키며, 상기 제1 및 제2반사 미러 중 어느 하나와는 평행하며 나머지 반사 미러와는 서로 평행하지 않도록 배치된 빔 결합기에 의해 제1레이저 빔과 제2레이저 빔을 결합하여 서로 소정 각도를 가지고 같은 방향으로 진행시키는 단계;를 포함할 수 있다.The beam combining step may include reflecting the first and second laser beams to the first and second reflection mirrors, respectively; Wherein one of the first laser beam reflected by the first reflecting mirror and the second laser beam reflected by the second reflecting mirror is reflected and the other is transmitted through the first reflecting mirror and the second reflecting mirror is parallel to any one of the first and second reflecting mirrors And combining the first laser beam and the second laser beam by a beam combiner disposed so as not to be parallel to the other reflection mirrors and advancing the first laser beam and the second laser beam in the same direction at a predetermined angle with each other.
빔 분할기에 의해 입사되는 레이저 빔을 제1레이저 빔과 제2레이저 빔으로 분기하여 상기 제1 및 제2반사 미러로 제공하는 단계;를 더 포함할 수 있다.And dividing the laser beam incident by the beam splitter into a first laser beam and a second laser beam to provide the laser beam to the first and second reflection mirrors.
상기 빔 분할기에 입사되는 레이저 빔은 단일 광원으로부터 출사된 레이저 빔일 수 있다.The laser beam incident on the beam splitter may be a laser beam emitted from a single light source.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 레이저 가공 장치에 따르면, 간단한 광학계 구성으로 복수 빔 예컨대, 2빔 시스템 구현이 가능하며, 별도의 보정 및 제어장치 없이 사용될 수 있다. 이러한, 레이저 가공 장치는, 동일 패턴의 간격이 좁은 기판 가공에 사용시, 제어가 쉽고 반복 가공의 정밀성을 확보할 수 있다.According to the laser machining apparatus according to various embodiments of the present invention, a multi-beam, for example, two-beam system can be implemented with a simple optical system configuration and can be used without a separate correction and control device. Such a laser machining apparatus is easy to control and ensures the precision of repetitive machining when used for processing a substrate having a narrow interval of the same pattern.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공 장치를 개략적으로 보여준다.
도 2는 도 1의 결합 유닛에서의 광경로를 보여준다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 가공 장치를 개략적으로 보여준다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공 장치에 의해, 가공 대상물에 이격되게 형성되는 복수의 집광점을 개략적으로 보여준다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공 장치를 이용하여 가공 대상물을 절단하는 과정을 보여준다.
도 9는 가공 대상물의 일예로서, 복수의 회소소자가 형성된 웨이퍼를 도시한 평면도이다.1 schematically shows a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 shows the optical path in the coupling unit of Figure 1;
3 schematically shows a laser processing apparatus according to another embodiment of the present invention.
Fig. 4 schematically shows a plurality of light-converging points formed so as to be spaced apart from the object to be processed by the laser processing apparatus according to the embodiment of the present invention.
5 to 8 show a process of cutting an object to be processed by using the laser processing apparatus according to the embodiment of the present invention.
Fig. 9 is a plan view showing a wafer on which a plurality of circuit boards are formed as an example of an object to be processed. Fig.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공 장치 및 방법을 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위해 과장되어 있을 수 있다.Hereinafter, a laser processing apparatus and method according to embodiments of 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 or thickness of each element may be exaggerated for clarity of explanation.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공 장치를 개략적으로 보여준다. 도 2는 도 1의 결합 유닛에서의 광경로를 보여준다.1 schematically shows a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention. Figure 2 shows the optical path in the coupling unit of Figure 1;
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공 장치는, 복수의 레이저 빔 예컨대, 제1 및 제2레이저 빔(L1,L2)을 소정 각도를 가지고 같은 방향으로 진행되도록 하는 빔 결합 유닛(100)과, 상기 빔 결합 유닛(100)으로부터 입사되는 복수의 레이저 빔을 편향시키는 스캐너(200)와, 스캐너(200)에 의해 편향되는 복수의 레이저 빔을 가공 대상물(W)에 집광시키는 집광 렌즈(300)를 포함한다. 가공 대상물(W)은 스테이지(1)에 탑재될 수 있다. 상기 레이저 가공 장치는, 레이저 광원(10)과, 상기 레이저 광원(10)으로부터 출사되는 레이저 빔(L)을 복수의 레이저 빔 예컨대, 제1 및 제2레이저 빔(L1,L2)으로 분기하는 빔 분할기(110)를 더 포함할 수 있다. 레이저 광원(10)과 빔 분할기(110)는 복수의 레이저 빔 제공부에 해당할 수 있다. 상기 빔 분할기(110)는 빔 결합 유닛(100)의 구성에 포함될 수도 있다.Referring to FIGS. 1 and 2, a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention includes a plurality of laser beams, for example, first and second laser beams L1 and L2, A plurality of laser beams deflected by the
상기 빔 결합 유닛(100)은, 예를 들어, 제1레이저 빔(L1)을 반사시키는 제1반사 미러(120), 제2레이저 빔(L2)을 반사시키는 제2반사 미러(130), 상기 제1 및 제2반사 미러(120)(130)에서 반사되어 진행하는 제1레이저 빔(L1)과 제2레이저 빔(L2)을 결합하여 소정 각도를 가지고 같은 방향으로 진행하도록 하는 빔 결합기(150)를 포함할 수 있다.The
상기 빔 결합기(150)는 제1반사 미러(120)에서 반사된 제1레이저 빔(L1)과 제2반사 미러(130)에서 반사된 제2레이저 빔(L2) 중 하나는 반사시키고, 나머지 하나는 투과시켜, 제1레이저 빔(L1)과 제2레이저 빔(L2)이 같은 방향으로 진행하도록 한다. 도 1 및 도 2에서는 빔 결합기(150)에 의해 제1레이저 빔(L1)은 반사되고, 제2레이저 빔(L2)는 투과되는 예를 보여준다.The
상기 빔 결합기(150)로는 편광의존성 빔 결합기를 구비할 수 있다. 예를 들어, 상기 빔 결합기(150)는, P 편광 성분의 레이저 빔은 투과시키고 S 편광 성분의 레이저 빔은 반사시키도록 마련될 수 있다. 대안으로, 상기 빔 결합기(150)는 P 편광 성분의 레이저 빔은 반사시키고 S 편광 성분의 레이저 빔은 투과시키도록 마련될 수도 있다. 다른 예로서, 상기 빔 결합기(150)는 입사되는 빔을 일부는 투과시키고 일부는 반사시키도록 마련될 수도 있다.The
한편, 상기 빔 결합 유닛(100)에 있어서, 빔 결합기(150)와 제1 및 제2반사 미러(120)(130)는, 제1 및 제2반사 미러(120)(130) 중 어느 한 반사 미러와 빔 결합기(150)는 평행하며, 나머지 하나의 반사 미러와는 빔 결합기(150)가 평행하지 않도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 1 및 도 2에 예시한 바와 같이, 빔 결합기(150)와 제1반사 미러(120)는 평행하며, 빔 결합기(150)와 제2반사 미러(130)는 서로 평행하지 않고 소정 각도를 이루도록 배치될 수 있다. 또한, 도 1 및 도 2에 예시한 바와 같이, 제1 및 제2레이저 빔(L1,L2)이 각각 제1 및 제2반사 미러(120)(130)에 입사될 때, 제1반사 미러(120)는 제1레이저 빔(L1)이 45도보다 큰 입사각으로 입사되며, 제2반사 미러(130)는 제2레이저 빔(L2)이 대략 45도의 입사각으로 입사되도록 배치될 수 있다. 도 1에서 A1, A2, A3 평면은 서로 평행하며, B 평면은 A3평면에 대해 소정 각도를 이룬다. A1평면, A2평면은 각각 제1반사 미러(120), 빔 결합기(150)의 입사 평면에 대응하며, B 평면은 제2반사 미러(130)의 입사 평면에 대응한다.In the
이러한 제1 및 제2반사 미러(120)(130)와 빔 결합기(150)의 배치에 의해 빔 결합기(150)에서 결합된 제1 및 제2레이저 빔(L1,L2)은 소정 각도를 이루면서 같은 방향으로 진행하게 된다.The first and second laser beams L1 and L2 combined by the beam combiner 150 are incident on the first and second reflecting
상기 스캐너(200)는 입사되는 제1 및 제2레이저 빔(L1,L2)을 편향시켜, 가공 대상물(W)의 원하는 위치에 조사할 수 있다.The
상기 집광 렌즈(300)는 상기 빔 결합 유닛(100)에 의해 서로 소정 각도를 가지고 같은 방향으로 진행하며, 상기 스캐너(200)에 의해 편향되는 제1 및 제2레이저 빔(L1,L2)을 가공 대상물(W)의 일정 간격(d)으로 이격된 소정 위치에 집광시킨다. 상기 집광 렌즈(300)로는 예를 들어, 텔레센트릭 렌즈를 구비할 수 있다. 이와 같이 집광 렌즈(300)로 텔레센트릭 렌즈를 구비하는 경우, 소정 각도 범위 이내로 입사되는 제1 및 제2레이저 빔(L1,L2)을 가공 대상물(W)에 수직으로 입사시킬 수 있다. 여기서, 상기 집광 렌즈(300)를 입사 각도에 따라 집광점의 위치가 선형적으로 결정되는 에프-세타 텔레센트릭 렌즈일 수도 있다.The
상기 가공 대상물(W)에 조사되는 제1 및 제2레이저 빔(L1,L2)의 간격은 집광 렌즈(300)로 들어가는 제1 및 제2레이저 빔(L1,L2)의 각도에 의해 결정된다. 즉, 집광 렌즈(300)의 초점거리를 f, 제1 및 제2레이저 빔(L1,L2)이 이루는 각도를 θ라 할 때, 가공 대상물(W)에 조사되는 제1 및 제2레이저 빔(L1,L2)의 집광점 사이의 거리(Δh)는, Δh = f * θ에 의해 얻어질 수 있다.The distance between the first and second laser beams L1 and L2 irradiated on the object W is determined by the angles of the first and second laser beams L1 and L2 entering the
본 실시예에 있어서, 상기 레이저 광원(10)은 단일 광원으로서 레이저 빔(L)을 출사한다. 상기 레이저 광원(10)으로부터 출사되고 빔 분할기(110)에 의해 분기된 제1 및 제2레이저 빔(L1,L2)은, 가공 대상물(W)에 대하여 투과성을 갖는 파장 대역을 가질 수 있다. 또한, 상기 레이저 빔(L1, L2)은 그 펄스폭이 1 ㎲ 이하, 바람직하게는 피코초 오더 또는 펨토초 오더의 펄스폭을 가지는 초단 펄스 레이저 빔일 수 있다. 레이저 빔(L1,L2)의 피크 파워 밀도는 1ㅧ108 (W/㎠) 이상일 수 있다. 이러한 레이저 빔(L1,L2)은 매우 높은 집광성을 가지며, 회절 한계에까지 집광이 가능하다.In this embodiment, the
상기 빔 분할기(110)는 단일 광원인 레이저 광원(10)으로부터 입사되는 레이저 빔(L)을 제1레이저 빔(L1)과 제2레이저 빔(L2)으로 분기한다. The
상기 빔 분할기(110)는 입사되는 레이저 빔(L)을 편광에 따라 제1레이저 빔(L1)과 제2레이저 빔(L2)으로 분기하는 편광 빔 분할기일 수 있다. 또한, 상기 빔 분할기(110)는 입사되는 레이저 빔(L)을 일부는 투과시키고 일부는 반사시키도록 마련될 수도 있다.The
빔 분할기(110)로 편광 빔 분할기를 구비하며, 빔 결합기(150)로 편광의존성 빔 결합기를 구비하는 경우, 빔 결합 유닛(100)을 거쳐 가공 대상물(W)쪽으로 향하는 제1레이저 빔(L1)과 제2레이저 빔(L2)의 상대적인 광량 조절을 위해, 빔 분할기(110)와 빔 결합기(150) 사이의 제1레이저 빔(L1)의 경로 또는 제2레이저 빔(L2)의 경로 상에 통과하는 레이저 빔의 편광을 바꾸어주는 파장판(140) 예컨대, 반파장판을 더 구비할 수 있다. 도 1 및 도 2에서는 제2레이저 빔(L2)의 경로 상에 파장판(140)을 구비하는 예를 보여준다.When the
상기 빔 분할기(110)는 편광의존성 빔 분할기로서, 예를 들어, 레이저 광원(10)으로부터 입사되는 레이저 빔(L)을 편광에 따라 투과 및 반사시켜, P 편광 성분은 투과시켜 제2레이저 빔(L2)이 되도록 하고, S 편광 성분은 반사시켜 제1레이저 빔(L1)이 되도록 마련된 경우를 고려해보자. 이 경우, 빔 결합 유닛(100)의 빔 결합기(150)는 P 편광 성분의 제2레이저 빔(L2)은 투과시키고, S 편광 성분의 제1레이저 빔(L1)은 반사시켜 제1 및 제2레이저 빔(L1,L2)을 같은 방향으로 진행시키도록 마련될 수 있다. 도 1 및 도 2에서와 같이, 파장판(140)을 P 편광 성분의 제2레이저 빔(L2)의 경로 상에 배치하여 제2레이저 빔(L2)의 편광을 일부 S 편광 성분을 포함하도록 변화시키는 경우, 빔 결합기(150)를 투과하는 제2레이저 빔(L2)의 P 편광성분의 광량이 줄어들게 되어, 빔 결합기(150)에 의해 같은 방향으로 진행하는 제1레이저 빔(L1)과 제2레이저 빔(L2)의 상대적인 광량을 조절할 수 있게 된다. 다른 예로서, 상기 파장판(140)을 P 편광 성분의 제2레이저 빔(L2)의 경로 상에 배치하는 대신에 S 편광 성분의 제1레이저 빔(L1)의 경로 상에 배치하는 경우에는, 빔 결합기(150)에서 반사되는 제1레이저 빔(L1)의 S편광 성분의 광량이 줄어들게 되어, 빔 결합기(150)에 의해 같은 방향으로 진행하는 제1레이저 빔(L1)과 제2레이저 빔(L2)의 상대적인 광량을 조절할 수 있게 된다. 여기서, 레이저 가공 장치는, 파장판(140)을 회동시킬 수 있도록 마련될 수 있다. 이 경우, 파장판(140)의 광학축과 입사되는 레이저 빔(L1 또는 L2)의 편광 방향이루는 각도를 상대적으로 조정하면, 파장판(140)을 통과하는 레이저 빔의 편광 변화량을 변화시킬 수 있으므로, 빔 결합기(150)에 의해 같은 방향으로 진행하는 제1레이저 빔(L1)과 제2레이저 빔(L2)의 상대적인 광량을 원하는 바대로 조절할 수 있게 된다. The
도 1 및 도 2에서는 레이저 광원(10)에서 출사된 레이저 빔(L)이 빔 분할기(110)의 일면(110a)을 통하여 빔 분할기(110)로 입사되는 경우를 예를 들어 보여주는데, 레이저 광원(10)은 그로부터 출사된 레이저 빔(L)이 빔 분할기(110)의 다른면(110b)을 통하여 빔 분할기(110)로 입사되도록 배치될 수도 있다. 이 경우, 빔 분할기(110)를 투과한 레이저 빔은 도 1 및 도 2에서의 L1의 광경로를 따르며, 빔 분할기(110)에서 반사된 레이저 빔은 도 1 및 도 2에서의 L2의 광경로를 따르며, L1의 광경로를 따르는 레이저 빔은 빔 결합기(150)를 투과하며 L2의 광경로를 따르는 레이저 빔은 빔 결합기(150)에서 반사되어 두 레이저 빔이 같은 방향으로 진행하게 된다.1 and 2 show an example in which the laser beam L emitted from the
상기에서는 빔 분할기(110) 및 빔 결합기(150)가 입사되는 레이저 빔의 S 편광성분은 반사시키고 P 편광 성분은 투과시키도록 마련된 경우를 예를 들어 설명하였으나, 본 발명의 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 빔 분할기(110) 및 빔 결합기(150)는 입사되는 레이저 빔의 P 편광성분은 반사시키고 S 편광 성분은 투과시키도록 마련될 수도 있다. 또한, 빔 분할기(110)는 입사되는 레이저 빔의 S 편광성분은 반사시키고 P 편광 성분은 투과시키도록 마련되고, 빔 결합기(150)는 입사되는 레이저 빔의 P 편광성분은 반사시키고 S 편광 성분은 투과시키도록 마련될 수도 있다. 또한, 빔 분할기(110)는 입사되는 레이저 빔의 P 편광성분은 반사시키고 S 편광 성분은 투과시키도록 마련되고, 빔 결합기(150)는 입사되는 레이저 빔의 S 편광성분은 반사시키고 P 편광 성분은 투과시키도록 마련될 수도 있다. 이러한 다양한 경우의 레이저 빔의 진행 경로에 대해서는 상기의 설명으로부터 충분히 유추 가능하므로, 여기서는 그 다양한 변형예의 도시 및 보다 자세한 설명을 생략한다. In the above description, the
한편, 도 1 및 도 2에서는 빔 분할기(110)는 큐빅형이고, 빔 결합기(150)는 플레이트형인 경우를 보여주는데, 이는 예시적으로 보인 것으로, 본 발명의 실시예가 이러한 형상에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 빔 분할기(110)는 플레이트형이고, 빔 결합기(150)는 큐빅형일 수도 있으며, 빔 분할기(110) 및 빔 결합기(150) 모두 플레이트형이거나 큐빅형일 수도 있다. 1 and 2, the
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 가공 장치를 개략적으로 보여주는 것으로, 도 1 및 도 2와 비교할 때, 복수의 레이저 빔 제공부에 단일 레이저 광원(10)을 사용하는 대신에 복수의 레이저 광원 예컨대, 제1 및 제2레이저 광원(50a)(50b)을 구비한 점에 차이가 있다. 즉, 본 실시예의 레이저 가공 장치는, 제1레이저 빔(L1)을 제공하는 제1레이저 광원(50a)과 제2레이저 빔(L2)을 제공하는 제2레이저 광원(50b)을 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 및 제2레이저 광원(50a)(50b)은 각각 제1반사 미러(120) 및 제2반사 미러(130)를 향하여 제1 및 제2레이저 빔(L1,L2)을 출사하도록 배치될 수 있다. 이때, 도 1 및 도 2에서와 같은 빔 분할기(110)는 생략될 수 있다. 여기서, 제1 및 제2레이저 광원(50a)(50b)은 나란히 배치되고, 제1 및 제2레이저 광원(50a)(50b) 중 어느 하나로부터 출사된 레이저 빔의 진행 경로를 직각으로 꺾어 주도록 적어도 하나의 반사 미러(미도시)를 사용하여, 제1 및 제2레이저 광원(50a)(50b)으로부터 출사된 제1레이저 빔(L1)과 제2레이저 빔(L2)이 제1반사 미러(120) 및 제2반사 미러(130)를 향하여 진행하도록 마련될 수도 있다. 또한, 제1 및 제2레이저 광원(50a)(50b)을 서로 직교하는 방향으로 레이저 빔을 출사하도록 배치하고, 그 출사되는 레이저 빔이 크로스되는 위치에 입사되는 레이저 빔 중 일부는 투과시키고 일부는 반사시키는 빔 분할기를 배치할 수도 있다. 이 경우, 빔 분할기(110)를 거쳐 제1반사 미러(120)로 향하는 빔이 제1레이저 빔(L1), 제2반사 미러(130)로 향하는 빔이 제2레이저 빔(L2)이 된다.FIG. 3 is a schematic view of a laser processing apparatus according to another embodiment of the present invention. As compared with FIGS. 1 and 2, in place of using a single
이상에서는 복수의 레이저 빔 제공부의 몇몇 변형 예를 설명하였는데, 이외에도 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다.Although a few modified examples of the plurality of laser beam providing units have been described above, various modifications and other equivalent embodiments are possible.
상기한 바와 같은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 레이저 가공 장치에 따르면, 복수의 레이저 빔을 소정 각도를 가지고 같은 방향으로 진행되도록 하여, 가공 대상물(W)에 일정 간격으로 서로 이격된 복수의 집광점을 형성하고, 가공 대상물(W)과 복수의 집광점을 가상의 절단 예정 라인을 따라 상대 이동시키며, 가공 대상물(W)의 내부에 복수의 개질영역을 형성된다. 이 개질영역에 의해 절단의 기준이 되는 복수의 절단선을 형성하게 된다.According to the laser machining apparatus according to various embodiments of the present invention as described above, a plurality of laser beams are caused to travel in the same direction with a predetermined angle, and a plurality of light-converging points And a plurality of modified regions are formed inside the object W by relatively moving the object W and the plurality of light-converging points along a virtual line along which the object is intended to be cut. This modified region forms a plurality of cutting lines serving as a reference for cutting.
가공 대상물(W)에 일정 간격으로 복수의 집광점 형성은, 복수의 레이저 빔을 소정 각도를 가지고 같은 방향으로 진행되도록 빔을 결합시키고, 스캐너(200)로 편향시키며, 가공 대상물(W)에 집광시킴으로써 이루어질 수 있다.The plurality of light-converging points are formed at predetermined intervals on the object W by combining the beams so that the plurality of laser beams travel in the same direction with a predetermined angle, deflecting the laser beams to the
상기 빔 결합은, 예를 들어, 제1 및 제2반사 미러(120)(130)로 각각 제1 및 제2레이저 빔(L1,L2)을 반사시키고, 상기 제1반사 미러(120)에서 반사된 제1레이저 빔(L1)과 상기 제2반사 미러(130)에서 반사된 제2레이저 빔(L2) 중 하나는 반사시키고 나머지 하나는 투과시키며, 상기 제1 및 제2반사 미러(120)(130) 중 어느 하나와는 평행하며 나머지 반사 미러와는 서로 평행하지 않도록 배치된 빔 결합기(150)에 의해 제1레이저 빔(L1)과 제2레이저 빔(L2)을 결합한다. 이에 의해, 제1레이저 빔(L1)과 제2레이저 빔(L2)이 서로 소정 각도를 가지고 같은 방향으로 진행될 수 있다.The beam combining is performed by, for example, reflecting the first and second laser beams L1 and L2 to the first and second reflecting
상기한 바와 같은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 레이저 가공 장치에 따르면, 빔 결합기(150)와 평행한 반사 미러 예컨대, 제1반사 미러(120)에서 반사되는 제1레이저 빔(L1)을 기준 빔으로 사용할 때, 빔 결합기(150)와 평행하지 않은 반사 미러 예컨대, 제2반사 미러(130)에서 반사되는 제2레이저 빔(L2)은 기준빔에 대해 틸트되어, 가공 대상물(W) 상에서 제1 및 제2레이저 빔(L1,L2)의 집광점(F1)(F2)은 가공 대상물(W)의 표면 또는 소정 깊이에 도 4에서와 같이, 일정 간격(d)으로 포커싱된다. 그리고, 스캐너(200)에 의해 제1 및 제2레이저 빔(L1,L2)을 편향시킴에 따라, 예를 들어, 가공 대상물(W)에 복수의 가상 절단 예정 라인을 따라 제1 및 제2레이저 빔(L1,L2)의 집광점(F1,F2)이 도 5에서와 같이 이동하게 된다.According to the laser processing apparatus according to various embodiments of the present invention as described above, a reflection mirror parallel to the
도 5 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공 장치를 이용하여 가공 대상물(W)을 절단하는 과정을 보여준다. 5 to 8 show a process of cutting the object W using the laser processing apparatus according to the embodiment of the present invention.
도 5 내지 도 8을 참조하면, 일정 간격(d)으로 이격된 복수의 레이저 빔(L1)(L2)을 복수의 가상의 절단 예정라인(A1)(A2)을 따라 가공 대상물(W)의 내부에 조사하여, 가공 대상물(W)의 내부에 집광시키면, 그 집광점(F1)(F2) 부근에서 일어나는 다광자 흡수 또는 이에 준하는 물리광학적 현상에 의하여 가공 대상물(W)의 내부에 물성이 변화된 개질영역(C1)(C2)이 형성된다. 이 개질 영역(C1)(C2)에 의해 가공 대상물(W) 내부에 두께 방향으로의 절단의 기준이 되는 복수의 절단선(B1)(B2)을 형성하게 된다. 5 to 8, a plurality of laser beams L1 and L2 spaced apart from each other by a predetermined distance d are formed along a plurality of imaginary lines along which the material is to be divided A1 and A2, And is condensed on the inside of the object W to be processed, the multiphoton absorption which occurs near the light-converging point F1 (F2) or the physical and optical phenomenon equivalent thereto, Regions C1 and C2 are formed. The modified regions C1 and C2 form a plurality of cutting lines B1 and B2 for cutting in the thickness direction inside the object W to be processed.
상기 레이저 빔(L1)(L2)을 가공 대상물(W)의 내부에 집광시키면 집광점(F1)(F2) 부근에서 시간적, 공간적으로 압축되어 국소적으로 매우 높은 피크 파워가 밀집된 상태를 형성한다. 그러면, 가공 대상물(W)에 대하여 투과성을 가진 레이저 빔(L1)(L2)이 다광자 흡수 또는 이에 준하는 비선형 흡수 효과에 의하여 국소적으로 매우 높은 흡수 특성을 나타낸다. 이에 의해 가공 대상물(W)의 내부에는 재료의 물성이 변화된 개질영역(C1)(C2)이 형성되며, 이 개질영역(C1)(C2)에 의해 가공 대상물(W)의 내부에 절단선(B1)(B2)을 형성할 수 있다. 절단선(B1)(B2)을 형성한 후에 가공 대상물(W)에 외부로부터 물리적 충격, 예를 들어 기계적, 열적 응력을 가하거나 또는 자연스런 분열에 의해 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 절단선(B1)(B2)을 따라 가공 대상물(W)을 절단할 수 있다. 가공 대상물(W) 내부의 집광점(F1)(F2) 부근에서만 국소적인 비선형 흡수 효과를 보이기 때문에 가공 대상물(W)의 표면 또는 이면으로의 열영향을 줄일 수 있다.When the laser beams L1 and L2 are condensed in the object W, the laser beams L1 and L2 are temporally and spatially compressed in the vicinity of the light-converging point F1 and F2, thereby locally forming extremely dense peak powers. Then, the laser beams L1 (L2) having transmittance with respect to the object W exhibit very high absorption characteristics locally due to multiphoton absorption or a nonlinear absorption effect equivalent thereto. The modified regions C1 and C2 in which the physical properties of the material are changed are formed inside the object W and the cutting lines B1 and C2 are formed in the object W by the modified regions C1 and C2, ) (B2) can be formed. After the cutting lines B1 and B2 are formed, a physical impact such as mechanical or thermal stress is exerted from the outside on the object to be processed W, or by a natural fracture, as shown in Figs. 7 and 8, The object W can be cut along the lines B1, B2. Since the local nonlinear absorption effect is exhibited only in the vicinity of the light-converging point F1 (F2) in the object W, the heat influence on the surface or the back surface of the object W can be reduced.
상기한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공 장치를 이용하면, 복수의 레이저 빔(L1)(L2)을 이용하여 일 회의 가공에 의하여 복수의 절단선(B1)(B2)을 형성할 수 있으므로, 가공 속도를 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 복수의 회로소자(11)가 형성된 웨이퍼 형태의 가공 대상물(W)을 절단하고자 하는 경우에, 복수의 회로소자(11) 사이의 복수의 절단 예정라인을 따라 절단선을 형성함으로써 하나의 웨이퍼를 가공하는데 소요되는 공정 시간을 줄일 수 있다. As described above, by using the laser processing apparatus according to the embodiment of the present invention, it is possible to form a plurality of cutting lines B1 and B2 by one machining using a plurality of laser beams L1 and L2 Therefore, the machining speed can be improved. For example, as shown in Fig. 9, when it is desired to cut the object W in the form of a wafer on which a plurality of
이상에서는, 두 개의 레이저 빔(L1)(L2)을 이용하는 방법에 관하여 설명하였으나, 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니며, 3개 또는 그 이상의 레이저 빔을 서로 소정 각도를 가지고 같은 방향으로 진행되도록 하여 일정 간격으로 가공 대상물(W)에 집광점을 형성하도록 함으로써 3개 또는 그 이상의 절단선을 동시에 형성하는 것도 가능하다.Although the method of using the two laser beams L1 and L2 has been described above, the scope of the present invention is not limited thereto, and three or more laser beams may be moved in the same direction It is possible to simultaneously form three or more cutting lines by forming light-converging points on the object W at regular intervals.
상기한 바와 같은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 레이저 가공 장치에 따르면, 간단한 광학계 구성으로 복수 빔 예컨대, 2빔 시스템 구현이 가능하며, 별도의 보정 및 제어장치 없이 사용될 수 있다.According to the laser processing apparatus according to various embodiments of the present invention as described above, it is possible to realize a multiple beam, for example, a two beam system in a simple optical system configuration, and can be used without a separate correction and control device.
상기한 바와 같은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 레이저 가공 장치는, 동일 패턴의 간격이 좁은 기판 가공에 사용시, 제어가 쉽고 반복 가공의 정밀성을 확보할 수 있다.As described above, the laser processing apparatus according to various embodiments of the present invention can easily control and secure the precision of repeated processing when used for processing a substrate having a narrow interval of the same pattern.
10,50a,50b...레이저 광원 100...빔 결합 유닛
110...빔 분할기 120,130...제1 및 제2반사 미러
140...파장판 150...빔 결합기
200...스캐너 300...집광 렌즈
W...가공 대상물10a, 50a, 50b, ..., a
110 ...
140 ...
200 ...
W ... object to be processed
Claims (14)
상기 빔 결합 유닛으로부터 입사되는 상기 복수의 레이저 빔을 편향시키는 스캐너와;
상기 스캐너에 의해 편향되는 복수의 레이저 빔을 가공 대상물에 집광시키는 집광 렌즈;를 포함하며,
상기 빔 결합 유닛은,
제1레이저 빔을 반사시키는 제1반사 미러와;
제2레이저 빔을 반사시키는 제2반사 미러와;
상기 제1반사 미러에서 반사된 제1레이저 빔과 상기 제2반사 미러에서 반사된 제2레이저 빔 중 하나는 반사시키고, 나머지 하나는 투과시켜 제1레이저 빔과 제2레이저 빔이 같은 방향으로 진행시키는 빔 결합기;를 포함하며,
상기 제1 및 제2반사 미러 중 어느 하나와 빔 결합기는 평행하며, 나머지 반사 미러와 빔 결합기는 서로 평행하지 않도록 배치되어, 상기 빔 결합기에서 결합된 제1 및 제2레이저 빔이 서로 소정 각도를 가지고 같은 방향으로 진행하도록 된 레이저 가공 장치.A beam combining unit for causing a plurality of laser beams to travel in the same direction with a predetermined angle so that a plurality of light converging points spaced from each other at a predetermined interval can be formed on the object to be processed;
A scanner for deflecting the plurality of laser beams incident from the beam combining unit;
And a condensing lens for condensing a plurality of laser beams deflected by the scanner onto an object to be processed,
The beam combining unit includes:
A first reflection mirror for reflecting the first laser beam;
A second reflection mirror for reflecting the second laser beam;
One of the first laser beam reflected by the first reflecting mirror and the second laser beam reflected by the second reflecting mirror is reflected and the other is transmitted so that the first laser beam and the second laser beam travel in the same direction And a beam combiner,
Wherein the first and second reflecting mirrors and the beam combiner are parallel and the remaining reflecting mirror and the beam combiner are disposed so as not to be parallel to each other so that the first and second laser beams coupled by the beam combiner And a laser processing device which moves in the same direction.
입사되는 레이저 빔을 분기하여 상기 제1레이저 빔과 제2레이저 빔을 형성하는 빔 분할기;를 더 포함하는 레이저 가공 장치.The apparatus of claim 1, wherein the beam combining unit comprises:
And a beam splitter for branching the incident laser beam to form the first laser beam and the second laser beam.
상기 빔 분할기와 상기 빔 결합기 사이의 제1레이저 빔의 경로 및 제2레이저 빔의 경우 중 어느 하나 상에 통과하는 레이저 빔의 편광을 바꾸어 주는 파장판;을 더 구비하는 레이저 가공 장치.5. The apparatus of claim 4, wherein the beam splitter is a polarization beam splitter for splitting an incident laser beam into a first laser beam and a second laser beam according to a polarization,
And a wave plate for changing the polarization of the laser beam passing on any one of the path of the first laser beam between the beam splitter and the beam combiner and the case of the second laser beam.
상기 제2레이저 빔을 제공하는 제2광원;을 포함하는 레이저 가공 장치.2. The apparatus of claim 1, further comprising: a first light source for providing the first laser beam;
And a second light source for providing the second laser beam.
상기 가공 대상물과 복수의 집광점을 가상의 절단 예정 라인을 따라 상대 이동시키는 단계와;
상기 절단 예정 라인을 따라 복수의 레이저 빔의 집광점과 가공 대상물을 상대 이동시켜, 상기 가공 대상물의 내부에 복수의 개질영역을 형성하고, 상기 복수의 개질영역에 의해 절단의 기준이 되는 복수의 절단선을 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 일정 간격으로 복수의 집광점을 형성하는 단계는,
복수의 레이저 빔을 소정 각도를 가지고 같은 방향으로 진행되도록 하는 빔 결합 단계와;
상기 복수의 레이저 빔을 스캐너로 편향시키는 단계와;
상기 스캐너에 의해 편향되는 복수의 레이저 빔을 가공 대상물에 집광시키는 단계;를 포함하고,
상기 빔 결합 단계는,
제1 및 제2반사 미러로 각각 제1 및 제2레이저 빔을 반사시키는 단계와;
상기 제1반사 미러에서 반사된 제1레이저 빔과 상기 제2반사 미러에서 반사된 제2레이저 빔 중 하나는 반사시키고 나머지 하나는 투과시키며, 상기 제1 및 제2반사 미러 중 어느 하나와는 평행하며 나머지 반사 미러와는 서로 평행하지 않도록 배치된 빔 결합기에 의해 제1레이저 빔과 제2레이저 빔을 결합하여 서로 소정 각도를 가지고 같은 방향으로 진행시키는 단계;를 포함하는 레이저 가공 방법.A step of forming a plurality of light-converging points spaced apart from each other at a predetermined interval on the object to be processed so that the plurality of laser beams proceed in the same direction with a predetermined angle;
A step of relatively moving the object and a plurality of light-converging points along a virtual line along which the object is to be cut;
Wherein a plurality of modified regions are formed in the object to be processed by relatively moving the light-converging point of the plurality of laser beams and the object along the line along which the object is intended to be cut, And forming a line,
Wherein forming the plurality of light-converging points at the predetermined intervals comprises:
A beam combining step of causing a plurality of laser beams to travel in the same direction with a predetermined angle;
Deflecting the plurality of laser beams to a scanner;
And converging a plurality of laser beams deflected by the scanner onto an object to be processed,
The beam combining step includes:
Reflecting the first and second laser beams to the first and second reflection mirrors, respectively;
Wherein one of the first laser beam reflected by the first reflecting mirror and the second laser beam reflected by the second reflecting mirror is reflected and the other is transmitted through the first reflecting mirror and the second reflecting mirror is parallel to any one of the first and second reflecting mirrors And combining the first laser beam and the second laser beam by a beam combiner arranged so as not to be parallel to the other reflecting mirror, and advancing the first laser beam and the second laser beam in the same direction at a predetermined angle with each other.
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---|---|---|---|
KR1020120129761A KR101425492B1 (en) | 2012-11-15 | 2012-11-15 | Laser machining apparatus and method thereof |
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