KR20080113876A - 피가공물의 홀 드릴링/다이싱 가공장치 및 가공방법 - Google Patents

피가공물의 홀 드릴링/다이싱 가공장치 및 가공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 피가공물의 홀 드릴링/다이싱 가공장치 및 가공방법에 관한 것으로, 본 발명에 의한 피가공물의 홀 드릴링/다이싱 가공장치 및 가공방법은 피가공물에 드릴링 또는 다이싱할 수 있도록 레이저를 공급하는 레이저 공급부; 상기 레이저 공급부에서 조사되는 레이저 빔의 조사 위치를 조절하는 스캔 구동부; 상기 스캔 구동부에서 출력된 레이저 빔을 1차 이미지 면에 초점이 맺히게 하는 결상 광학계; 1차 이미지 면의 크기를 조절하여 가공면인 2차 이미지 면의 크기를 조절하는 1차 이미지 면 상의 가공면 크기 조절부; 상기 가공면 크기 조절부와 상기 대물렌즈와의 사이에 1차 이미지 면을 지난 레이저 빔이 상기 대물렌즈로 전달되는 빔 전달 광학계; 및 상기 가공면 크기 조절부를 통한 레이저 빔을 가공면에 초점이 맺히게 하며 상기 스테이지와 간격을 조절하는 대물렌즈; 를 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따르면, 홀 드릴링과 다이싱 가공시 기존 대비 레이저 빔을 더욱 작게 집속시켜 펄스 에너지 밀도를 높일 수 있기 때문에 낮은 펄스 에너지를 가지는 극초단파 레이저를 사용하여도 가공이 가능하므로 이에 따라 극초단파 레이저 사용에 따른 적은 이물 발생에 따른 추가 공정 불필요로 인한 공정 비용 감소 및 미세 가공이 가능한 효과가 있다.
Figure P1020070062853
피가공물, 홀 드릴링, 다이싱, 집속, 극초단파

Description

피가공물의 홀 드릴링/다이싱 가공장치 및 가공방법{MANUFACTURING METHOD FOR WORKPIECE OF HOLE DRILLING/DICING AND WORKPIECE OF HOLE DRILLING/DICING MANUFACTURING APPARATUS}
도 1은 본 발명에 의한 피가공물의 홀 드릴링/다이싱 가공장치의 구성도이다.
도 2는 도 1에 의한 피가공물의 홀 드릴링/다이싱 가공장치에서 드릴링 공정이 수행되는 과정을 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에 의한 피가공물의 홀 드릴링/다이싱 가공장치에서 부분적으로 다이싱 공정을 수행하는 과정을 도시한 도면이다.
도 4는 도 1에 의한 피가공물의 홀 드릴링/다이싱 가공장치에서 전체적으로 다이싱 공정을 수행하는 과정을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 피가공물의 홀 드릴링/다이싱 가공방법의 공정 순서를 나타낸 순서도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100: 레이저 공급부 130: 스캔 구동부
140; 결상 광학계 150: 가공면 크기 조절부
160: 빔 전달 광학계 170: 자동초점 조절부
180: 모니터링부 190: 대물렌즈
200: 스테이지
본 발명은 피가공물의 홀 드릴링/다이싱 가공장치 및 가공방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 홀 드릴링과 다이싱 가공시 기존 대비 레이저 빔을 보다 작게 집속시키고 초점 심도를 작게 할 수 있기 때문에 정밀도 및 가공면의 품질이 우수하며 낮은 펄스 에너지를 가지는 극초단파 레이저를 사용하여도 가공이 가능하기 때문에 적은 이물 발생으로 추가 공정이 불필요하고 미세 가공이 가능한 피가공물의 홀 드릴링/다이싱 가공장치 및 가공방법에 관한 것이다.
일반적으로 드릴링(Drilling)은 반도체 소자 제조 공정을 거친 웨이퍼에 예컨대 수십 ㎛ 정도의 깊은 깊이를 가지는 비아홀(via hole)을 형성하기 위한 공정으로 이러한 비아홀은 물리적인 홀 형성 과정으로 형성될 수 있으며 웨이퍼 내부로 깊게 연장된 비아홀을 채우는 도전층을 형성하고 이러한 도전층을 패터닝한다. 이에 따라, 웨이퍼(100) 내부에 깊게 박힌 스터드 형태의 범프를 형성하기 위한 공정이다.
그리고 다이싱(Dicing)은 웨이퍼, MEMS UNIT 및 웨이퍼 레벨 패키지 센서와 같은 패키지된 소자들을 각각의 소자로 분할하기 위해 설정 사이즈를 갖도록 절단하는 공정이다.
이와 같은 종래의 드릴링 공정은 이물 및 오염으로부터 웨이퍼를 보호하기 위한 보호막 코팅을 형성한 후 드릴링하고 보호막 제거 및 세정으로 이루어지며, 드릴링 장치는 레이저 공급부에서 공급하는 레이저 빔을 X, Y축 방향으로 구동되는 스캐너에 의해 스테이지 상에 위치된 보호막이 코팅된 웨이퍼에 홀을 형성하였다.
또한, 종래의 다이싱 공정은 웨이퍼나 패키지된 소자에 보호막을 코팅하고 레이저로 다이싱한 후 보호막 제거 및 세정하고 절단 부분에 강도 강화 목적을 위해 에칭을 수행하여 이루어지며, 다이싱 장치는 레이저 공급부에서 공급하는 레이저 빔을 X, Y축 방향으로 구동되는 스캐너에 의해 스테이지 상에 위치된 보호막이 코팅된 피가공물에 다이싱 가공을 하였다.
그러나 드릴링/다이싱의 공정 수행시 상기 레이저는 나노초급 레이저로써 펄스 지속시간이 수~수십ns 수준으로 길기 때문에 가공 부위에 발생하는 열 손상(Thermal Damage) 등으로 인하여 가공시 이물질이 다량 발생하고 가공영역의 크기가 커져 미세 가공에는 적합하지 않다. 이물질에 의한 영향을 최소화하고자 피가공물 표면에 보호막 공정을 추가하였으나 이에 따른 생산 비용이 상승하고 택 타임(Tact time)이 증가하는 문제가 발생하였다.
따라서, 미세 홀 드릴링/다이싱 공정을 수행하기 위해서는 좀더 미세한 가공이 가능한 장치가 필요한데 그 해결책으로써 펄스 지속시간이 피코초 또는 펨토초 수준인 극초단파 레이저를 사용한 가공 장치를 생각해 볼 수 있다. 극초단파 레이저는 펄스 지속시간이 짧고 가공 시 가공부위에 열 손상을 주지 않으므로 이물발생이 적고 가공영역의 크기가 작아 미세 가공이 가능하다는 장점이 있으나, 수 회의 펄스 조사만으로도 원하는 가공이 가능할만큼의 높은 펄스에너지를 가지는 극초단파 레이저가 존재하지 않아 장치의 제작이 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 홀 드릴링과 다이싱 가공시 낮은 펄스 에너지를 가지는 극초단파 레이저를 사용하여도 가공이 가능하기 때문에 적은 이물 발생으로 추가 공정이 불필요하고 미세 가공이 가능한 피가공물의 홀 드릴링/다이싱 가공장치 및 가공방법을 제공함에 있다.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 피가공물에 드릴링 또는 다이싱할 수 있도록 레이저를 공급하는 레이저 공급부; 상기 레이저 공급부의 공급되는 레이저 빔의 변위 각을 수도 이내로 조사하면서 조사 위치를 X, Y축 방향으로 조절하는 스캔 구동부; 상기 스캔 구동부에서 출력된 레이저 빔의 초점을 1차 이미지 면에 맺히게 하는 결상 광학계; 1차 이미지 면의 크기를 조절하여 가공면인 2차 이미지 면의 크기를 조절하는 1차 이미지 면 상의 가공면 크기 조절부; 상기 가공면 크기 조절부의 하측에서 1차 이미지 면을 지난 레이저 빔의 조사 범위를 작게 하거나 동일하게 하면서 빔을 평행하게 출력하는 빔 전달 광학계; 및 상기 가공면 크기 조절부를 통한 레이저 빔을 가공면에 초점이 정밀하게 맺히도록 상기 스테이지와의 간격을 조절하는 대물렌즈; 를 포함하여 이루어짐으로써, 보다 작은 스폿 크기의 빔 집속 및 낮은 펄스에너지를 가지는 극초단파 레이저 사용 가능에 따른 이물 발 생 저하 및 미세 가공이 가능한 이점이 있으므로 바람직하다.
이하, 본 발명의 피가공물의 홀 드릴링/다이싱 가공장치 및 가공방법을 첨부도면을 참조하여 일 실시 예를 들어 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 피가공물의 홀 드릴링/다이싱 가공장치는 도 1에 도시된 바와 같이 레이저 공급부(100), 스캔 구동부(130), 결상 광학계(140), 가공면 크기 조절부(150), 빔 전달 광학계(160), 자동초점 조절부(170), 모니터링부(180), 대물렌즈(190), 스테이지(200)로 이루어진다.
상기 레이저 공급부(100)는 피가공물(W)의 홀 드릴링/다이싱을 가공할 수 있도록 레이저를 공급하며, 레이저 발진기(110), 파장 선택기(112), 레이저 세기 조절기/레이저 출력 안정기(114), 셔터(116), 레이저 빔 형성기(118)로 이루어진다.
여기서, 상기 피가공물(W)은 웨이퍼 이외에 MEMS UNIT 및 웨이퍼 레벨 패키지 센서 등 이 중에서 어느 하나를 접목하여 공정을 진행할 수 있다.
상기 레이저 발진기(110)는 레이저 소스를 방출하되 단일 또는 복수개에 해당되는 파장의 빔을 출력하며 이때, 레이저 빔은 극초단파 펄스 레이저가 사용된다.
여기서 상기 레이저 발진기(110)는 200~2,000nm 중에서 단일 또는 복수 개의 파장의 빔을 출력하며 극초단파(펨토초, 또는 피코초) 펄스 레이저 등을 출력한다.
그리고 상기 레이저 발진기(110)는 네오늄 YAG(Nd:YAG), 네오늄 YLY(Nd:YLY), 네오늄YVO4(Nd:YVO4), 네오늄 YLF(Nd:YLF), 레이저 다이오드, 티타늄 사파이어(Ti:Sapphire), 화이버 오실레이터(Fiber-Oscillator), 이터븀(Yitterbium) 등 중에서 적어도 어느 하나를 이용하여 생성되며, 펄스 반복율(pulse repetition rate)이 1kHz 내지 120MHz이다.
상기 파장 선택기(112)는 상기 레이저 발진기(110)에서 출력되는 단일 또는 복수개의 빔 중 원하는 파장의 빔을 선택하여 출력하며, 출력 빔의 파장 및 세기에 맞도록 선택한다.
상기 레이저 세기 조절기/레이저 출력 안정기(114)는 상기 파장 선택기(112)를 거친 레이저 빔의 출력 세기를 조절하는 레이저 세기 조절기와 출력되는 레이저 빔 세기를 균일화시키는 레이저 출력 안정기로 구분된다.
여기서, 상기 레이저 출력 안정기는 레이저 펄스-펄스 간의 세기 불균일성이 사용 전에는 ~수 %(통상 ~3%)인 것을 사용 후에는 수십 분의 1~수백 분의 1% 수준으로 낮추는 역할을 한다.
상기 셔터(116)는 상기 레이저 세기 조절기/레이저 출력 안정기(114)를 거친 레이저 빔의 출력시 자동 또는 수동에 의해 ON/OFF하는 스위치 역할을 한다.
상기 레이저 빔 형성기(118)는 가우시안(Gaussian) 형태의 레이저 빔 크기를 수 배에서 수십 배 확장하는 빔 확장기(Beam Expander)와 레이저 빔을 평행하게 하여 평행 광을 생성하는 평행 광 생성기(Collimator)로 구성된다.
그리고 상기 레이저 빔 형성기(118)의 후방에는 레이저 빔의 조사 방향을 조절하는 제1, 2 반사미러(122, 124)가 각각 구비되며 상기 제1 반사미러(122)를 기 점으로 이 레이저 빔 형성기(118)와 대향되는 타측에 레이저 파워를 측정하여 빔의 세기가 설정 스팩(Spec)을 벗어나면 상기 레이저 세기 조절기/레이저 출력 안정기(114)로 피드백(Feedback)하여 설정 스팩으로 자동 조절할 수 있도록 하는 레이저 파워 측정기(122)가 더 구비된다.
상기 스캔 구동부(130)는 상기 레이저 공급부(100)에서 조사되는 레이저 빔의 조사 위치를 XY축 방향으로 조절하여 드릴링/다이싱 공정을 수행시 X, Y 축 방향으로 레이저 빔을 드릴링/다이싱 공정을 수행할 피가공물(W)에 조사한다.
더욱이, 상기 스캔 구동부(130)의 최종 단 미러에는 스캔 위치의 정확도 향상을 위해 고속조향미러(도면에 미도시)를 장착할 수도 있다. 그리고 상기 스캔 구동부(130)의 스캔시 변위각은 수 도(˚) 이내와 같이 매우 작다.
상기 결상 광학계(140)는 상기 스캔 구동부(130)에서 출력된 레이저 빔을 임의의 1차 이미지 면 위치에 초점이 맺히도록 한다. 즉, 상기 스캔 구동부(130)에서 변위각 이내로 출력된 레이저 빔이 초점거리(ℓ1)가 동일한 1차 이미지 면에 초점이 맺히도록 한다.
상기 가공면 크기 조절부(150)는 상기 스캔 구동부(130)의 변위각에 의한 가공면의 크기를 이격된 조명(142)을 통해 확인하면서 조절한다.
여기서, 상기 가공면 크기 조절부(150)는 사이즈가 조절된 1차 이미지 면에 의해 2차 이미지 면의 크기를 조절하는 기능을 하되 그 표면이 1차 이미지 면인 가공면 크기 조절부재(152)와 구동부(154)로 구성된다.
그리고 상기 가공면 크기 조절부재(152)는 가공면의 크기에 따라 가변되는 슬릿 타입 또는 크기가 확정된 마스크 타입 중 어느 하나로 구비되며, 상기 구동부(154)는 상기 가공면 크기 조절부재(152)가 슬릿 타입일 경우 크기 조절 및 위치 이동을 위해 구동시키고, 마스크 타입일 경우 위치 이동을 위해 구동시킨다.
그리고 상기 조명(142)은 상기 결상 광학계(140)와 가공면 크기 조절부(150)의 사이에 구비된 제3 반사미러(144)에 의해 반사된 빛이 상기 가공면 크기 조절부재(152)의 크기를 빛으로 용이하게 확인하기 위해 조사되며, 일반 램프 또는 LED 램프 중 어느 하나를 접목시킨다.
상기 빔 전달 광학계(160)는 상기 가공면 크기 조절부재(152)의 1차 이미지 면을 지난 레이저 빔을 후술할 대물렌즈(190)로 전달하는 역할을 한다. 상기 역할을 수행하고자 상기 1차 이미지 면에서 상기 빔 전달 광학계(160)의 입력단까지의 거리(ℓ2)는 상기 결상 광학계(140)의 레이저 빔 출력단에서 상기 가공면 크기 조절부(150)인 1차 이미지 면까지의 거리(ℓ1)와 동일하도록 구성한다.
상기 대물렌즈(190)로 입사한 빔은 대물렌즈(190)를 지나 2차 이미지 면인 가공면에서 빔 스폿 크기가 1차 이미지 면의 빔 스폿 크기 대비 대물렌즈(190) 배율의 제곱 분의 일로 감소하게 되고, 따라서 펄스 에너지 밀도는 대물렌즈(190) 배율의 제곱배만큼 상승하게 된다. 결국, 기존 장치 대비 가공 빔의 스폿의 크기는 감소되어 정밀 가공이 가능하고, 펄스 에너지 밀도가 높아짐으로 낮은 파워를 가지는 극초단파 레이저를 사용하여도 원하는 가공이 가능할만큼의 에너지 밀도를 얻을 수 있게 된다.
한편, 상기 빔 전달 광학계(160)에서 출력된 레이저 빔은 입력된 레이저 빔과 평행하고 모두 상기 대물렌즈(190)에 입사될 수 있도록 하는 설정 범위(B) 내에 출력되도록 한다.
상기 자동초점 조절부(Auto Focus Unit: 170)는 가공면에 자동으로 초점을 맞추기 위해 대물렌즈(190)를 Z축 방향으로 이동시키거나 후술할 모니터링부(180)에 의한 모니터링 및 가공면에 포커싱을 하기 위해서 구비된다.
상기 모니터링부(180)는 홀 드릴링/다이싱의 가공 부위를 실시간으로 출력할 수 있도록 CCD 카메라 등을 적용한다.
그리고 상기 모니터링부(180)의 후방에는 상기 피가공물(W)의 영상에 대해 취득 방향을 이 모니터링부(180)로 향하도록 조절하는 제6 반사미러(182)가 구비되고 홀 드릴링/다이싱의 가공면 확인하기 위해 빛을 조사하는 반사 조명(184)이 더 구비되며, 상기 반사 조명(184)의 빛에 대한 조사 방향을 조절하는 제7 반사미러(186)가 구비된다.
즉, 상기 반사 조명(184)의 빛이 제7 반사미러(186)와 제4 반사미러(162)에 의해 상기 피가공물(W)에 조사된다.
그리고 상기 자동초점 조절부(170)에도 상기 피가공물(W)의 영상에 대해 취득 방향을 이 자동초점 조절부(170)로 향하도록 조절하는 제5 반사미러(172)가 구비되며, 상기 모니터링부(180)에도 홀 드릴링/다이싱의 가공면에 대한 영상의 취득 방향을 이 모니터링부(180)로 향하도록 조절하는 제7 반사미러(186)가 구비된다.
상기 대물렌즈(190)는 상기 빔 전달 광학계(160)를 지난 입사 레이저 빔의 초점이 2차 이미지 면 상에 맺히도록 하며, 상기 자동초점 조절부(170)에 의해 Z축 방향으로 이동하여 피가공물(W)에 포커싱되도록 한다.
그리고 상기 대물렌즈(190)는 사용배율이 2x~100x로 가공면에서의 빔의 초점심도는 수 ㎛이하 수준이고 레이저 빔의 스폿 크기는 사양에 따라 수~수십㎛ 수준이 되며 가공면의 크기는 (1차 이미지 면의 크기)÷(배율)2으로써 사용자가 원하는 크기가 되도록 사용 배율 및 상기 가공면 크기 조절부재(152)에 의해 크기를 조절한다.
상기 스테이지(200)는 그 상면에 홀 드릴링/다이싱 공정을 수행할 피가공물(W)이 로딩/언로딩되어 안착되고 클램프(도면에 미도시)에 의해 고정되며 이웃한 피가공물(W) 상에 홀 드릴링/다이싱 공정을 재차 수행하기 위하여 X축 방향과 Y축 방향으로 이동된다.
더욱이, 상기 스테이지(200)는 다수의 피가공물(W)에 홀 드릴링/다이싱 공정을 수행하여 생산성을 향상시키기 위해 하나 이상을 채용할 수도 있다.
본 발명에 의한 피가공물의 홀 드릴링/다이싱 가공방법은 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이 피가공물 로딩 단계(S300), 드릴링/다이싱 가공 단계(S310) 및 피가공물 언로딩 단계(S330)로 이루어진다.
상기 피가공물 로딩 단계(S300)는 상기 스테이지(200) 상에 상기 피가공 물(W)을 컨베이어(도면에 미도시 ) 또는 이송로봇(도면에 미도시)에 의해 로딩시키는 단계로, 로딩 후 클램프(도면에 미도시)에 의해 고정한다.
여기서, 상기 피가공물은 웨이퍼 이외에 MEMS UNIT 및 웨이퍼 레벨 패키지 센서 중 어느 하나를 접목하여 공정을 진행할 수 있다.
상기 드릴링/다이싱 가공 단계(S310)는 상기 피가공물(W)이 로딩된 스테이지(200)를 X, Y 축 방향으로 이동시키면서 상기 스캔 구동부(130)의 수직선상 하측에 드릴링/다이싱 가공할 위치에 대기하며, 상기 스캔 구동부(130)는 정지상태이다.
그리고 상기 스테이지(200)는 정지된 상태로 상기 스캔 구동부(130)가 레이저 빔을 X축, Y축으로 이동하면서 상기 피가공물(W)에 드릴링/다이싱 공정을 수행한다.
이때, 드릴링/다이싱 공정은 동일 높이에서 수행되므로 상기 자동초점 조절부(170)는 최초 레이저 빔의 초점을 상기 대물렌즈(190)를 Z 축 방향으로 하강시켜 맞춘 상태이다.
더욱 상세하게는 상기 레이저 공급부(100)를 통해 레이저 빔이 공급되되 상기 레이저 발진기(110)에서 레이저 소스를 방출하면 복수개의 빔 중 상기 파장 선택기(112)에서 원하는 파장의 빔만을 선택하고 상기 레이저 세기 조절기/레이저 출력 안정기(114)에서 레이저 빔의 출력 세기를 균일화하며 상기 레이저 빔 형성기(118)에서 레이저 빔의 크기 확장과 평행 광을 형성한다. 이때, 상기 셔터(116)에 의해 레이저 빔의 출력을 ON/OFF할 수 있다.
이때, 상기 레이저 파워 측정기(122)에 의해 레이저의 파워를 측정하여 빔의 세기가 설정 스팩을 벗어나면 상기 레이저 세기 조절기/레이저 출력 안정기(114)로 피드 백(Feedback)하여 설정 스팩으로 자동 조절할 수 있다.
다음으로, 상기 스캔 구동부(130)에서 출력된 레이저 빔이 상기 결상 광학계(140)를 통해 1차 이미지 면에 초점이 맺히도록 하고 상기 결상 광학계(140)를 통해 상기 가공면 크기 조절부재(152)인 1차 이미지 면의 사이즈를 조절하며 그 후 2차 이미지 면의 크기를 상기 가공면 크기 조절부(150)에 의해 조절하게 된다.
이때, 상기 조명(142)의 빛에 의해 상기 가공면 크기 조절부재(152)의 조절 크기를 용이하게 확인한다.
다음으로, 상기 빔 전달 광학계(160)에서 1차 이미지 면을 지난 레이저 빔을 상기 대물렌즈(190)로 전달하고 상기 대물렌즈(190)에서 입사된 레이저 빔을 상기 스테이지(200)의 2차 이미지 면 상에 초점이 맺히도록 한다.
그 후, 상기 피가공물(W)에 드릴링/다이싱 공정을 상기 스캔 구동부(130)에서 출력된 레이저 빔으로 스캔하면서 수행한다.
한편, 가공면에서의 빔 스폿 크기는 1차 이미지 면에서의 빔 스폿 크기 대비 대물렌즈(190) 배율의 제곱배 만큼 작아지고, 펄스 에너지 밀도는 1차 이미지 면 대비 대물렌즈(190) 배율의 제곱배 만큼 커진다. 따라서, 기존 장치 대비 스폿의 크기를 감소시킬 수 있어 정밀 가공이 가능하고, 펄스 에너지 밀도가 높아짐으로 낮은 파워를 가지는 극초단파 레이저를 사용하여도 원하는 가공이 가능할만큼의 에너지 밀도를 얻을 수 있게 된다.
그리고 드릴링/다이싱 공정을 수행시 가공면을 상기 모니터링부(180)에서 실시간으로 확인할 수 있다.
그 후, 이웃한 위치에 드릴링/다이싱 공정을 수행하기 위해서는 상기 스테이지(200)가 X축, Y축 방향으로 이동되면서 앞선 방법과 동일한 방법으로 다수회 이상 실시하여 드릴링/다이싱 공정을 모두 수행한다.
한편, 상기 드릴링/다이싱 가공 단계(S310)는 상기 피가공물(W)을 여러 구역으로 나눈 후 각 구역마다 수행할 수 있다. (도 2 및 도 3 참조)
다르게는, 스캔 구동부(130)를 이용하여 레이저 빔을 움직이지 않고 레이저 빔은 정지한 상태에서 스테이지(200)를 이동하여 상기 피가공물(W)을 X, Y방향으로 움직여 피가공물(W) 전 영역에 대해 상기 드릴링/다이싱 가공 단계(S310)를 수행할 수도 있다. (도 4 참조)
상기 피가공물 언로딩 단계(S320)는 드릴링/다이싱 공정이 완료되면, 후공정을 위해 컨베이어 또는 이송로봇에 의해 상기 스테이지(200)에서 언로딩시키는 단계이다.
한편, 상기 피가공물 언로딩 단계(S320) 수행 후에 상기 피가공물 세정 단계(S330)가 더 수행될 수 있다.
이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시 예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.
이와 같은 본 발명의 피가공물의 홀 드릴링/다이싱 가공장치 및 가공방법은 홀 드릴링과 다이싱 가공시 기존 대비 레이저 빔을 더욱 작게 집속시켜 펄스 에너지 밀도를 높일 수 있기 때문에 낮은 펄스 에너지를 가지는 극초단파 레이저를 사용하여도 가공이 가능하므로 이에 따라 극초단파 레이저 사용에 따른 적은 이물 발생에 따른 추가 공정 불필요로 인한 공정 비용 감소 및 미세 가공이 가능한 효과가 있다.

Claims (24)

  1. 피가공물에 드릴링 또는 다이싱할 수 있도록 레이저를 공급하는 레이저 공급부;
    상기 레이저 공급부의 공급되는 레이저 빔의 변위 각을 수 도(°) 이내로 조사하면서 조사 위치를 X, Y축 방향으로 조절하는 스캔 구동부;
    상기 스캔 구동부에서 출력된 레이저 빔의 초점을 1차 이미지 면에 맺히게 하는 결상 광학계;
    1차 이미지 면의 크기를 조절하여 가공면인 2차 이미지 면의 크기를 조절하는 1차 이미지 면 상의 가공면 크기 조절부;
    상기 가공면 크기 조절부의 하측에서 1차 이미지 면을 지난 레이저 빔의 조사 범위를 적게 하거나 동일하게 하면서 출력하는 빔 전달 광학계; 및
    상기 가공면 크기 조절부를 통한 레이저 빔을 가공면에 초점이 정밀하게 맺히도록 상기 스테이지와의 간격을 조절하는 대물렌즈; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 피가공물의 홀 드릴링/다이싱 가공장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 레이저 공급부는,
    레이저 소스를 방출하는 레이저 발진기;
    상기 레이저 발진기에서 출력되는 복수개의 빔 중 원하는 파장의 빔만 선택 하는 파장 선택기;
    상기 파장 선택기에서 출력되는 레이저 빔의 세기를 조절하고 레이저 빔을 균일하게 하는 레이저 세기 조절기/레이저 출력 안정기;
    상기 레이저 세기 조절기/레이저 출력 안정기를 거친 레이저 빔의 출력을 ON/OFF하는 셔터; 및
    상기 레이저 세기 조절기/레이저 출력 안정기를 거친 레이저 빔을 가우시안 형태의 빔 크기로 확장하고 평행 광을 생성시키는 레이저 빔 형성기; 으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 피가공물의 홀 드릴링/다이싱 가공장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 레이저 발진기는 200~2,000nm 중에서 단일, 또는 복수 개의 파장의 빔을 출력하며 펨토초 또는 피코초와 같은 극초단파 펄스 레이저인 것을 특징으로 하는 피가공물의 홀 드릴링/다이싱 가공장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 레이저 발진기는 네오늄 YAG(Nd:YAG), 네오늄 YLY(Nd:YLY), 네오늄YVO4(Nd:YVO4), 네오늄 YLF(Nd:YLF), 레이저 다이오드, 티타늄 사파이어(Ti:Sapphire), 화이버 오실레이터(Fiber-Oscillator), 이터븀(Yitterbium) 중 적어도 어느 하나를 이용하여 생성되는 것을 특징으로 하는 피가공물의 홀 드릴링/다이싱 가공장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 레이저 발진기는 펄스 반복율(pulse repetition rate)이 1kHz 내지 120MHz인 것을 특징으로 하는 피가공물의 홀 드릴링/다이싱 가공장치.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 레이저 세기 조절기/레이저 출력 안정기에서 레이저 출력 안정기는 레이저 펄스-펄스 간의 세기 불균일성을 ~수% 수준에서 수십 분의 1% 내지 수백 분의 1% 수준으로 낮추는 역할을 하는 것을 특징으로 하는 피가공물의 홀 드릴링/다이싱 가공장치.
  7. 제 2항에 있어서, 상기 레이저 빔 형성기는,
    상기 빔 사이즈를 수~수십 배 확장하는 빔 확장기(Beam Expander)와, 상기 빔을 평행하게 만들어 주는 평행광 생성기(Collimator)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 피가공물의 홀 드릴링/다이싱 가공장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 스캔 구동부는 수십~수백 mm/s의 속도로 X, Y방향으로 레이저 빔을 스캔하는 것을 특징으로 하는 피가공물의 홀 드릴링/다이싱 가공장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 스캔 구동부의 최종 단 미러에 스캔 위치의 정확도 향상을 위해 고속조향미러가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 피가공물의 홀 드릴링/다이싱 가공장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 스캔 구동부는 스캔시 변위각이 수 도(˚) 이내인 것을 특징으로 하는 피가공물의 홀 드릴링/다이싱 가공장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 결상 광학계는 1차 이미지 면에서의 초점 심도가 수십~수백um이고, 1차 이미지 면에서의 빔 스폿 크기는 수십~수백um인 것을 특징으로 하는 피가공물의 홀 드릴링/다이싱 가공장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 가공면 크기 조절부는 가공면의 크기에 따라 가변되는 슬릿 타입 또는 크기가 확정된 마스크 타입 중 어느 하나로 구비되는 것을 특징으로 하는 피가공물의 홀 드릴링/다이싱 가공장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 가공면 크기 조절부를 기점으로 상기 결상 광학계와 상기 빔 전달 광학계가 동일 간격으로 구비되는 것을 특징으로 하는 피가공물의 홀 드릴링/다이싱 가공장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 가공면 크기 조절부의 상부에는 가공면의 크기 확인시 조명하는 조명이 구비되며, 상기 조명은 할로겐과 같은 일반 램프 또는 LED 조명인 것을 특징으로 하는 피가공물의 홀 드릴링/다이싱 가공장치.
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 빔 전달 광학계는 출력 빔은 평행하고, 상기 대물렌즈에 빔을 모두 입사시킬 수 있도록 하는 설정 범위 내에서 출력되는 것을 특징으로 하는 피가공물의 홀 드릴링/다이싱 가공장치.
  16. 제 1항에 있어서,
    상기 대물렌즈는 사용 배율이 2x~100x이고 가공면에서 빔의 초점심도는 ~수 um이며 빔 스폿 크기는 수~수십um 수준이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 피가공물의 홀 드릴링/다이싱 가공장치.
  17. 제 1항에 있어서,
    상기 스테이지는 하나 이상 구비되는 것을 특징으로 하는 피가공물의 홀 드릴링/다이싱 가공장치.
  18. 제 1항에 있어서,
    상기 피가공물은 웨이퍼, MEMS UNIT 및 웨이퍼 레벨 패키지 센서 중 어느 하 나인 것을 특징으로 하는 피가공물의 홀 드릴링/다이싱 가공장치.
  19. 1) 피가공물을 가공위치로 이동하는 단계; 및
    2) 가공위치에서 정지한 후 레이저 빔에 의해 상기 피가공물에 드릴링/다이싱 가공하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 피가공물의 홀 드릴링/다이싱 가공방법.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 2) 단계는 스캔 구동부를 이용하여 레이저 빔을 X, Y 축 방향으로 이동시키면서 수행되는 것을 특징으로 하는 피가공물의 홀 드릴링/다이싱 가공방법.
  21. 제 19항에 있어서,
    상기 2) 단계는 상기 피가공물을 여러 구역으로 나눈 후 각 구역마다 수행되는 것을 특징으로 하는 피가공물의 홀 드릴링/다이싱 가공방법.
  22. 제 19항에 있어서,
    상기 2) 단계는 레이저 빔은 정지된 상태에서 스테이지에 안착된 피가공물을 X, Y축 방향으로 이동시켜 피가공물의 전 구역에 공정이 수행되는 것을 특징으로 하는 피가공물의 홀 드릴링/다이싱 가공방법.
  23. 제 19항에 있어서,
    상기 피가공물은 웨이퍼, MEMS UNIT 및 웨이퍼 레벨 패키지 센서 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 피가공물의 홀 드릴링/다이싱 가공방법.
  24. 제 19항에 있어서,
    상기 2) 단계 이후 3) 가공 완료된 상기 피가공물을 세정하는 단계가 더 수행되는 것을 특징으로 하는 피가공물의 홀 드릴링/다이싱 가공방법.
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