KR20100023930A - 레이저 빔 분할을 이용한 레이저 가공 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

웨이퍼 상에 형성된 저유전(low-k) 물질을 효과적으로 제거하기 위한 레이저 가공 장치 및 방법을 제시한다.
본 발명의 레이저 가공 장치는 상부에 저유전 물질이 형성된 대상물을 가공하기 위한 레이저 가공 장치로서, 레이저 빔을 방출하는 레이저 발생 수단 및 레이저 발생 수단에서 출사되는 레이저 빔을 2분할하여 대상물로 주사하는 광학계를 포함하며, 광학계는 중심축과 평행하도록 지정된 거리 이격되어 절단된 절단면이 상호 접촉된 한 쌍의 집광렌즈로 구성되고, 2분할된 레이저 빔의 간격이 제거 대상 영역 저유전 물질의 두 에지 간의 간격이 되도록 분할한다.
본 발명에 의하면, 레이저 빔을 2분할 하여 제거 대상 저유전 물질의 에지 부분을 일차적으로 제거한 다음, 에지 사이에 잔존하는 저유전 물질을 제거함으로써, 가공 품질을 향상시킬 수 있다.

Description

레이저 빔 분할을 이용한 레이저 가공 장치 및 방법{Laser Processing Apparatus and Method Using Beam Split}
본 발명은 레이저 가공 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 웨이퍼 상에 형성된 저유전(low-k) 물질을 효과적으로 제거하기 위한 레이저 가공 장치 및 방법에 관한 것이다.
반도체 소자 제조 공정에서는 패턴 형성 또는 절연을 목적으로 저유전 물질을 사용하고 있다. 이러한 저유전 물질은 점성이 높은 특성이 있어, 후속 공정에서 기계적 방법으로 웨이퍼를 가공하는 경우 저유전 물질이 소우(saw)에 달라붙어 소우를 마모시킬 뿐 아니라, 가공 속도를 저하시키는 문제가 있다. 아울러, 가공시 저유전 물질이 덩어리째 떨어져 나가는 현상이 발생하여 가공면이 날카롭지 않고, 제거 대상 영역 이외의 저유전 물질까지 떨어져 나가게 되어 생산 특성이 저하되게 된다.
이러한 문제를 방지하기 위해 레이저를 이용하여 실제 웨이퍼 가공 전, 저유전 물질을 우선적으로 제거하는 방안이 연구되었다. 일반적인 레이저 가공시에는 보다 좁은 절단 폭을 구현하는 것이 목표이지만, 저유전 물질 제거시에는 실제 저유전 물질을 제거하기 위한 메인 커팅 너비, 예를 들어 기계적 소잉(Sawing)의 너비보다 넓은 절단폭으로 가공해야 한다.
저유전 물질을 제거하기 위해 제시된 레이저 가공 방법으로서는 적외선 이상의 파장대를 갖는 레이저를 이용하여 60㎛ 이상의 큰 스폿 사이즈로 저유전 물질을 제거하는 방법이 있다. 이 방법은 광학계 구성이 비교적 수월하여 쉽게 구현할 수 있으며, 적외선 파장 이상을 갖는 레이저의 출력 전력이 100W 이상으로 높기 때문에 가공 전력을 탄력적으로 적용할 수 있는 장점이 있다.
레이저 가공시 스폿 사이즈는 다음의 [수학식 1]과 같이 결정된다.
[수학식 1]
스폿 사이즈 = 4λF/πDM2
[수학식 1]에서 λ는 레이저의 파장, F는 집광렌즈의 초점거리, D는 집광렌즈에 입사되는 레이저 빔의 구경이다.
M2는 레이저 빔의 품질을 나타내는 인자로, M2=πw(z0)w(z)/zλ로 정의된다. 여기에서, w(z)는 레이저 빔이 진행한 후의 빔 웨이스트(waist), w(z0)는 빔 웨이스트의 최소값이다. 일반적인 광은 진행할수록 확산되지만, 레이저 빔은 진행하여도 확산되지 않는 직진성이 있다. 상기한 M2의 정의식에서 z를 무한대로 근사하여 M2를 유도하며, M2는 1.0에 가까운 값에서 30 이상의 값까지 다양한 값이 될 수 있다. 따라서, 대체로 파장이 길수록 M2의 값은 증가하고 M2의 값이 작은 레이저일수록 빔의 품질이 좋은 고가의 장비이다.
상기 수학식에서 알 수 있듯이 레이저의 파장과 집광렌즈의 초점거리가 레이저 빔의 스폿 사이즈를 결정한다. 집광렌즈의 초점거리는 장비 설계를 어떻게 하느냐에 따라 다양하게 만들 수 있으나, 가공시 발생하는 오염으로부터 렌즈를 보호하기 위한 최소의 초점거리는 20mm 정도이며, 양산품은 레이저의 파장대에 따라 다르지만 집광렌즈의 초점거리가 50 내지 300mm 정도가 된다. 적외선 이상의 파장을 갖는 레이저 빔의 스폿 사이즈는 이론적으로 약 1 내지 10㎛ 정도이며, 자외선이나 가시광선 파장을 갖는 레이저 빔의 스폿 사이즈는 대략 수백 nm 단위로, [수학식 1]에 대입해 보면 파장이 길수록 최소 스폿 사이즈가 증가하는 것을 알 수 있다.
아울러, 저유전 물질이나 패턴층을 제거하기 위해 사용되는 CO2 레이저의 경우 이론상으로 50㎛의 스폿 사이즈를 가질 수 있고, 이론적 한계치는 50±10㎛ 정도로 예상된다.
도 1은 CO2 레이저를 이용한 유전 물질 제거시의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도시한 것과 같이, CO2 레이저를 사용하여 저유전 물질을 제거한 경우 멜팅(melting) 현상으로 인하여 가공 에지(edge) 부분(A)이 날카롭지 않게 나타나는 것을 알 수 있다. 더욱이, 반도체 기판의 주 물질인 실리콘은 가시광선 영역보다 파장이 긴 CO2 레이저가 입사되는 경우 흡수율이 거의 0으로, 대부분의 빔이 실리콘을 가공하지 못하고 이송 장치에 손상을 유발하게 되는 문제가 있다.
아울러, 저유전 물질은 웨이퍼의 기판으로 사용되는 물질, 예를 들어 Si, Ge, GaAs 등과는 다른 기계적/광학적 성질을 가지므로, 레이저의 파장, 빔 사이즈, 가공 파라미터에 따라 다른 반응을 보일 수 있으며, 그 차이가 가공의 질을 현격히 낮추는 경우도 있다.
따라서, 레이저 빔을 이용하여 저유전 물질을 제거하는 경우, 웨이퍼의 종류가 변화되거나 가공 부위의 너비가 변화하게 되는 경우, 집광렌즈나 광학계를 새롭게 변경해야 하는 등의 번거로움이 있다.
이와 같이, 저유전 물질을 레이저 가공에 의해 제거하는 방법이 연구되고 있기는 하나, 상기와 같은 문제점들이 존재하기 때문에 기계적 가공에 의한 저유전 물질의 제거에 대한 연구 또한 계속되고 있다. 그 결과, 가공 너비를 줄이는 방법으로 기계적 가공을 수행하는 경우 저유전 물질을 보다 효과적으로 제거할 수 있다는 성과를 얻게 되었다. 그러나, 이 경우 가공물의 대부분인 실리콘과 같은 기판 재질을 가공하는 기계적 소우의 너비가 큰 경우 즉, 가공 대상 부위의 너비가 큰 경우 복수 회 가공을 반복하여야 하기 때문에 가공 속도가 저하되어 비효율적인 단점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 저유전 물질이 형성된 웨이퍼 가공시 제거 대상 영역 저유전 물질의 에지 부분을 레이저 빔에 의해 제거한 다음, 에지 부분 사이에 잔존하는 저유전 물질을 제거함으로써, 대상물의 가공 효율을 향상시킬 수 있는 빔 분할을 이용한 레이저 가공 장치 및 방법을 제공하는 데 그 기술적 과제가 있다.
본 발명의 다른 기술적 과제는 저유전 물질이 형성된 웨이퍼 가공시 제거 대상 영역 저유전 물질의 에지 부분을 레이저 빔에 의해 1차적으로 제거함과 동시에, 에지 부분 사이에 잔존하는 저유전 물질을 레이저를 이용하여 제거함으로써, 대상물의 가공 효율과 속도를 개선할 수 있도록 하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 기술적 과제는 저유전 물질이 형성된 웨이퍼 가공시, 레이저 빔을 적어도 4개로 분할하여 제거 대상 영역의 양측 에지 부분에 형성된 저유전 물질과, 에지 사이 부분의 저유전 물질을 동시에 제거하여, 후속 공정시 저유전 물질에 의해 가해지는 저항을 최소화할 수 있는 레이저 가공 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제 1 실시예에 의한 레이저 가공 장치는 상부에 저유전 물질이 형성된 대상물을 가공하기 위한 레이저 가공 장치로서, 레이저 빔을 방출하는 레이저 발생 수단; 및 상기 레이저 발생 수단에서 출사되는 레이저 빔을 2분할하여 상기 대상물로 주사하는 광학계;를 포함하며, 상기 광학계는, 중심축과 평행하도록 지정된 거리 이격되어 절단된 절단면이 상호 접촉된 한 쌍의 집광렌즈로 구성되고, 2분할된 레이저 빔의 간격이 제거 대상 영역 저유전 물질의 두 에지 간의 간격이 되도록 분할하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제 2 실시예에 의한 레이저 가공 장치는 상부에 저유전 물질이 형성된 대상물을 가공하기 위한 레이저 가공 장치로서, 레이저 빔을 방출하는 레이저 발생 수단; 상기 레이저 발생 수단에서 출사되는 레이저 빔을 2분할하는 빔 분할 수단; 상기 빔 분할 수단에서 분할된 제 1 레이저 빔을 2분할하되, 상기 2분할된 레이저 빔의 간격이 제거 대상 영역 저유전 물질의 두 에지 간의 간격이 되도록 분할하여 상기 대상물로 주사하는 광학계; 및 상기 빔 분할 수단에서 분할된 제 2 레이저 빔을 전달받아 상기 두 에지 사이의 저유전 물질로 조사되도록 하는 미러;를 포함하며, 상기 광학계는, 중심축과 평행하도록 지정된 거리 이격되어 절단된 절단면이 상호 접촉된 한 쌍의 집광렌즈로 구성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명의 제 3 실시예에 의한 레이저 가공 장치는 상부에 저유전 물질이 형성된 대상물을 가공하기 위한 레이저 가공 장치로서, 레이저 빔을 방출하는 제 1 레이저 발생 수단; 상기 제 1 레이저 발생 수단에서 출사되는 레이저 빔을 2분할하되, 상기 2분할된 레이저 빔의 간격이 제거 대상 영역 저유전 물질의 두 에지 간의 간격이 되도록 분할하여 상기 대상물로 입사시키는 광학계; 레이저 빔을 방출하는 제 2 레이저 발생 수단; 및 상기 제 2 레이저 발생 수단에서 출사되는 레이저 빔을 상기 두 에지 사이의 저유전 물질로 조사되도록 하는 미러;를 포함하고, 상기 광학계는 중심축과 평행하도록 지정된 거리 이격되어 절단된 절단면이 상호 접촉된 한 쌍의 집광렌즈로 구성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 제 4 실시예에 의한 레이저 가공 장치는 상부에 저유전 물질이 형성된 대상물을 가공하기 위한 레이저 가공 장치로서, 레이저 빔을 방출하는 레이저 발생 수단; 상기 레이저 발생 수단에서 출사되는 레이저 빔을 2분할하는 제 1 레이저 빔 분할 수단; 상기 제 1 레이저 빔 분할 수단으로부터 출사되는 제 1 레이저 빔을 2분할하여, 상기 저유전 물질 제거 대상 영역의 양측 에지로 조사하는 제 2 레이저 빔 분할 수단; 및 상기 제 1 레이저 빔 분할 수단으로부터 출사되는 제 2 레이저 빔을 적어도 2분할하여, 상기 제거 대상 영역의 에지 사이 영역에 조사하는 제 3 레이저 빔 분할 수단;을 포함한다.
또한, 본 발명의 제 5 실시예에 의한 레이저 가공 장치는 상부에 저유전 물질이 형성된 대상물을 가공하기 위한 레이저 가공 장치로서, 레이저 빔을 방출하는 제 1 레이저 발생 수단; 상기 제 1 레이저 발생 수단에서 출사되는 레이저 빔을 2분할하여, 상기 저유전 물질 제거 대상 영역의 양측 에지로 조사하는 제 1 레이저 빔 분할 수단; 레이저 빔을 방출하는 제 2 레이저 발생 수단; 및 상기 제 2 레이저 발생 수단으로부터 출사되는 제 2 레이저 빔을 적어도 2분할하여, 상기 제거 대상 영역의 에지 사이 영역에 조사하는 제 2 레이저 빔 분할 수단;을 포함한다.
한편, 본 발명의 제 1 실시예에 의한 레이저 가공 방법은 상부에 저유전 물질이 형성된 대상물을 가공하기 위한 레이저 가공 방법으로서, 중심축과 평행하도록 지정된 거리 이격되어 절단된 절단면이 상호 접촉된 한 쌍의 집광렌즈로 이루어지는 광학계를 제공하는 제 1 단계; 제거 대상 영역 저유전 물질의 에지 부분의 위치 및 에지 간의 간격, 레이저 빔의 출력 전력을 포함하는 가공 파라미터를 설정하는 제 2 단계; 레이저를 빔을 방출하는 제 3 단계; 상기 광학계를 이용하여 상기 레이저 빔을 2분할하는 제 4 단계; 및 상기 2분할된 레이저 빔을 상기 제거 대상 영역 저유전 물질의 두 에지 부분으로 각각 조사하는 제 5 단계;를 포함한다.
또한, 본 발명의 제 2 실시예에 의한 레이저 가공 방법은 상부에 저유전 물질이 형성된 대상물을 가공하기 위한 레이저 가공 방법으로서, 중심축과 평행하도록 지정된 거리 이격되어 절단된 절단면이 상호 접촉된 한 쌍의 집광렌즈로 이루어지는 광학계를 제공하는 제 1 단계; 제거 대상 영역 저유전 물질의 에지 부분의 위치 및 에지 간의 간격, 레이저 빔의 출력 전력을 포함하는 가공 파라미터를 설정하는 제 2 단계; 제 1 레이저를 방출하는 제 3 단계; 상기 제 3 단계에서 방출된 레이저 빔을 상기 광학계를 이용하여 2분할하는 제 4 단계; 및 상기 제 4 단계에서 2분할된 레이저 빔을 상기 제거 대상 영역 저유전 물질의 두 에지 부분으로 각각 조사하는 제 5 단계; 제 2 레이저를 방출하는 제 6 단계; 및 상기 제 6 단계에서 방출된 제 2 레이저 빔을 상기 두 에지 사이 영역에 조사하는 제 7 단계;를 포함한다.
아울러, 본 발명의 제 3 실시예에 의한 레이저 가공 방법은 상부에 저유전 물질이 형성된 대상물을 가공하기 위한 레이저 가공 방법으로서, 제거 대상 영역 저유전 물질의 에지 부분의 위치 및 에지 간의 간격, 레이저 빔의 출력 전력을 포함하는 가공 파라미터를 설정하는 제 1 단계; 레이저를 빔을 방출하는 제 2 단계;
상기 레이저 빔을 2분할하는 제 3 단계; 상기 제 3 단계에서 2분할된 레이저 빔 중 제 1 레이저 빔을 2분할하여, 상기 제거 대상 영역 저유전 물질의 양측 에지 부분으로 조사하는 제 4 단계; 및 상기 제 3 단계에서 2분할된 레이저 빔 중 제 2 레이저 빔을 적어도 2분할하여, 상기 제거 대상 영역 저유전 물질의 에지 사이 부분으로 조사하는 제 5 단계;를 포함한다.
그리고, 본 발명의 제 4 실시예에 의한 레이저 가공 방법은 상부에 저유전 물질이 형성된 대상물을 가공하기 위한 레이저 가공 방법으로서, 제거 대상 영역 저유전 물질의 에지 부분의 위치 및 에지 간의 간격, 레이저 빔의 출력 전력을 포함하는 가공 파라미터를 설정하는 제 1 단계; 제 1 레이저 빔을 방출하는 제 2 단계; 상기 제 2 단계에서 방출된 제 1 레이저 빔을 2분할하여 상기 제거 대상 영역 저유전 물질의 양측 에지 부분으로 각각 조사하는 제 3 단계; 제 2 레이저 빔을 방출하는 제 4 단계; 및 상기 제 4 단계에서 방출된 제 2 레이저 빔을 상기 제거 대상 영역 저유전 물질의 두 에지 사이 부분에 조사하는 제 5 단계;를 포함한다.
본 발명에 의하면, 저유전 물질을 제거하는 데 있어서, 레이저 빔을 2분할 하여 제거 대상 저유전 물질의 에지 부분을 일차적으로 제거한 다음, 에지 사이에 잔존하는 저유전 물질을 제거함으로써, 가공 품질을 향상시킬 수 있다.
아울러, 제거 대상 영역 저유전 물질의 에지 부분을 둘로 분할된 레이저 빔으로 제거함과 동시에, 에지 사이에 잔존하는 저유전 물질을 함께 제거하는 경우, 가공 속도를 향상시킬 수 있어, 가공 효율을 극대화할 수 있다.
한편, 레이저 빔을 적어도 4분할하여, 그 중 두 개의 빔은 제거 대상 부분의 에지 부분에 조사하고, 나머지 빔은 제거 대상 부분의 에지 사이 영역에 조사하는 경우, 잔류하는 저유전 물질을 완전히 제거하기 위한 후속 공정시 저유전 물질에 의한 물리점 힘 저항을 최소화할 수 있어, 우수한 가공 특성 및 가공 속도를 얻을 수 있는 이점이 있다.
도 1은 CO2 레이저를 이용한 저유전 물질 제거시의 문제점을 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 레이저 가공 장치의 구성도,
도 3a 및 3b는 본 발명에 적용되는 광학계에서 레이저 빔의 분할 원리를 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명에 적용되는 광학계의 일 예시도,
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 레이저 가공 방법을 설명하기 위한 흐름도,
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 의한 레이저 가공 장치의 구성도,
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 의한 레이저 가공 방법을 설명하기 위한 흐름도,
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 의한 레이저 가공 장치의 구성도,
도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 의한 레이저 가공 방법을 설명하기 위한 흐름도,
도 10은 본 발명의 레이저 가공 장치를 이용하여 저유전 물질을 제거한 결과를 설명하기 위한 도면,
도 11a 및 11b는 복수의 레이저 빔을 이용하여 저유전 물질을 제거하는 개념을 설명하기 위한 도면,
도 12는 본 발명의 제 4 실시예에 의한 레이저 가공 장치의 구성도,
도 13 내지 도 16은 도 12에 적용되는 빔 분할 수단의 일 예시도,
도 17 내지 도 19는 프리즘을 이용한 빔 분할 수단의 빔 분할 개념을 설명하기 위한 도면,
도 20은 본 발명의 제 4 실시예에 의한 레이저 가공 방법을 설명하기 위한 흐름도,
도 21은 본 발명의 제 5 실시예에 의한 레이저 가공 장치의 구성도,
도 22는 본 발명의 제 5 실시예에 의한 레이저 가공 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
110 : 제어부 120, 122 : 레이저 발생 수단
130, 132 : 미러 구동부 140 : 입력부
150 : 출력부 160 : 저장부
170, 172, 174, 176 : 빔 분할 수단
10, 11 : 미러 12 : 광학계
14 : 대상물 16 : 스테이지
18 : 스테이지 이송수단 170 : 빔 분할 수단
202, 223, 231 : 프리즘 모듈 301, 303 : 프리즘
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 레이저 가공 장치의 구성도이다.
도시한 것과 같이, 본 발명에 의한 레이저 가공 장치는 전체적인 동작을 제어하기 위한 제어부(110), 지정된 구경의 레이저 빔을 출력하기 위한 레이저 발생 수단(120), 미러(10)를 구동하기 위한 미러 구동부(130), 제어 파라미터 및 제어 명령을 입력하기 위한 입력부(140), 작동 상태 등의 정보를 표시하기 위한 출력부(150), 데이터 저장을 위한 저장부(160), 레이저 발생 수단(120)으로부터 출사되는 레이저 빔의 진행 방향을 변경하는 미러(10) 및 미러(10)에서 반사된 레이저 빔을 집광 및 분할하여 제거 대상 영역 저유전 물질의 에지 부분으로 분할된 레이저 빔을 조사하는 광학계(12)를 포함한다.
아울러, 상부에 저유전 물질이 형성된 대상물(14)은 스테이지(16)에 안착되고, 스테이지(16)는 이송수단(18)에 의해 지정된 방향으로 움직인다.
여기에서, 미러(10)는 반사 미러 또는 폴리곤 미러로 구현할 수 있으며, 폴리곤 미러로 구현하는 경우 레이저 빔의 구경이 폴리곤 미러의 복수개의 반사면을 커버리지하도록 반사면의 수가 제어되어 제작되는 폴리곤 미러를 이용하는 것이 바람직하다. 한편, 폴리곤 미러를 이용한 레이저 가공 장치에 대해서는 본 출원인에 의해 2004년 3월 31일자로 대한민국에 출원된 바 있고(출원번호 : 10-2004-0022270), 반사면의 수가 제어되어 제작되는 폴리곤 미러를 이용한 레이저 가공 장치에 대해서는 본 출원인에 의해 2004년 8월 18일자로 대한민국에 출원된 바 있으며(출원번호 : 10-2004-0065066), 상세한 설명은 생략하기로 한다.
또한, 레이저 빔을 집광 및 분할하기 위한 광학계(12)는 두 개의 집광렌즈를 접촉시켜 사용할 수 있으며, 도 3 및 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 3a 및 3b는 본 발명에 적용되는 광학계에서 레이저 빔의 분할 원리를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명에 적용되는 광학계의 일 예시도이다.
먼저, 도 3a는 집광렌즈(20)에 레이저 빔(22)을 입사시키되, 레이저 빔(22)의 중심이 집광렌즈(20)의 중심(C1)으로부터 우측으로 치우치도록 입사시킨 경우를 나타낸다. 한편, 도 3b는 레이저 빔(22)의 중심이 집광렌즈(22)의 중심(C1)으로부터 좌측으로 치우치도록 입사시킨 경우의 집광 결과를 나타낸다.
도 3a 및 3b에서 알 수 있는 바와 같이, 렌즈의 중심(C1)과 빔의 중심을 일치시키지 않게 되면 집광렌즈(22)를 통과한 레이저 빔의 집광 위치가 변화되는 것을 알 수 있으며, 본 발명에서는 이러한 원리를 이용하여, 하나의 레이저 빔을 둘로 분할한다.
도 4는 두 개의 집광렌즈(30a, 30b)의 일부를 각각 커팅한 후 접촉시킨 상태에서, 접촉된 집광렌즈(30a, 30b)의 접촉면과 레이저 빔(32)이 일치하도록 레이저 빔(32)을 입사시킴에 따라, 하나의 레이저 빔(32)이 둘로 분할되는 경우를 나타낸다.
보다 구체적으로, 집광렌즈(30a, 30b) 각각의 중심축(C2, C3)으로부터 지정된 거리 이격된 부분을 중심축(C2, C3)과 평행하도록 절단하고, 절단 후 중심축(C2,C3)이 포함되어 있는 집광렌즈(30a, 30b)의 각 절단면을 접촉시킨다. 이때, 각 집광렌즈(30a, 30b)가 접촉면을 중심으로 대칭 관계를 갖도록 접촉시켜야 함은 물론이다.
이러한 상태에서, 두 집광렌즈(30a, 30b)의 접촉면과 레이저 빔(32)의 중심(Cb)이 일치하도록 레이저 빔을 입사시키게 되면, 각 집광렌즈(30a, 30b)의 중심축(C2, C3)에서 각각 레이저 빔을 집광하게 되어, 하나의 레이저 빔(32)이 둘로 분할되는 효과를 얻게 되는 것이다.
이때, 집광렌즈(30a, 30b)의 커팅 위치를 조절함에 따라, 또는 입사되는 레이저 빔(32)의 직경을 조절함에 따라 분할 레이저 빔 간의 간격을 변경할 수 있다.
아울러, 입사되는 레이저 빔(32)의 직경은 접촉된 두 집광렌즈(30a, 30b)의 두 중심축(C2, C3) 간의 거리 이상이 되어야 함은 물론이다.
한편, 광학계(12)로부터 출사되는 각각의 레이저 빔을 대상물(14)로 조사하기 전 실린더리컬(Cylindrical) 렌즈(미도시)를 이용하여 레이저 빔의 단면 형상을 타원으로 성형하고, 타원의 장축이 가공 방향과 일치하도록 제어하면 더욱 우수한 가공 효율을 얻을 수 있다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 레이저 가공 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2에 도시한 레이저 가공 장치를 이용하여 대상물(14)을 가공하는 경우, 먼저 입력부(140)를 통해 제어 파라미터를 설정하는데(S101), 이러한 설정 과정은 가공 대상물의 종류 및 가공 형태에 따라 기 설정된 메뉴로 등록하여 저장부(160)에 저장하여 두고 메뉴를 호출하여 용이하게 수행할 수 있다. 이때, 예를 들어 제거 대상 저유전 물질의 에지 부분의 위치, 에지 간의 간격, 레이저 빔의 출력 전력 등의 파라미터로 설정된다.
제어 파라미터 설정이 완료되면, 미러 구동부(130)에 의해 미러(10)의 위치를 조정하고, 레이저 빔을 방출하는데(S103), 미러(10)가 폴리곤 미러인 경우 기 설정한 회전 속도에 따라 미러(10)를 정속 회전하게 된다. 그리고, 제어부(110)는 스테이지 이송수단(18)을 동작시켜 대상물(14)을 지정된 방향(예를 들어, 레이저 빔이 대상물에 조사되는 가공 방향과 반대 방향)으로 이송하고(S105), 레이저 발생 수단(120)을 제어함에 따라 출사되는 레이저 빔은 미러(10)를 통해 광학계(12)로 입사되게 된다.
대상물 이송은 필수적인 과정은 아니며, 대상물을 가공 방향과 반대 방향으로 이송하는 경우 가공 속도를 향상시킬 수 있다.
이때, 레이저 빔의 중심이 광학계(12)를 구성하는 두 렌즈의 접촉면과 일치하도록 하고, 레이저 빔의 직경은 두 렌즈의 중심축 간 거리보다 크도록 제어하는 것이 바람직하다. 또한, 광학계(12)로 입사된 레이저 빔은 광학계(12)를 구성하는 두 렌즈의 각 초점 위치에 따라 집광되어 둘로 분할되고, 대상물(14) 표면에 형성된 저유전 물질의 제거 대상 영역의 두 에지 부분에 수직 조사된다(S107). 여기에서, 광학계(12)를 통과한 빔은 둘로 분할된 빔이므로, 제거 대상 영역의 두 에지 부분을 동시에 가공할 수 있다.
이와 같이 하여 제거 대상 영역 저유전 물질의 에지 부분이 제거되고 난 후에는 기계적 방법 또는 레이저 가공 방법을 이용하여 두 에지 사이에 잔존하는 저유전 물질을 제거한다(S109).
본 실시예에서, 제거 대상 영역 저유전 물질의 에지 부분에 대한 가공과, 두 에지 사이에 잔존하는 저유전 물질의 가공은 독립적으로 수행되므로, 두 과정을 동시에 진행한다면 가공 속도를 더욱 향상시킬 수 있을 것으로 예상된다. 이에 대해서 도 6 내지 도 9를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 의한 레이저 가공 장치의 구성도이다.
본 실시예에 의한 레이저 가공 장치는 도 2에 도시한 레이저 가공 장치에 더하여, 레이저 발생 수단(120)에서 출사되는 레이저 빔을 분할하는 빔 분할 수단(170), 빔 분할 수단(170)에서 분할된 어느 하나의 레이저 빔이 입사되는 제 2 미러(11) 및 제 2 미러(11)의 동작을 제어하는 제 2 미러 구동부(132)를 더 포함한다.
보다 구체적으로, 빔 분할 수단(170)은 레이저 발생 수단(120)으로부터 출사되는 레이저 빔을 제 1 및 제 2 빔의 두 빔으로 분할하여, 각각 제 1 미러(10) 및 제 2 미러(11)로 입사시키는 역할을 하며, 제 1 미러(10)로 입사된 제 1 레이저 빔은 도 2에서 설명한 것과 유사하게 광학계(12)에서 다시 둘로 분할되어, 제거 대상 저유전 물질의 에지 부분을 가공하게 된다.
한편, 제 2 미러(11)로 입사된 제 2 레이저 빔은 제거 대상 저유전 물질의 에지 사이에 존재하는 저유전 물질을 제거하는 데 사용된다.
본 실시예에서, 빔 분할 수단(170)은 한 쌍의 프리즘, 빔 분할기 등 하나의 레이저 빔을 둘로 분할할 수 있는 수단 중 어느 하나를 이용하여 구현할 수 있다. 아울러, 제 2 미러(11)에서 출사되는 레이저 빔의 스폿 사이즈는 제거 대상 영역의 폭에서, 광학계(12)로부터 출사된 분할 레이저 빔에 의해 제거되는 두 에지의 폭을 차감한 값으로 설정하는 것이 바람직하다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 의한 레이저 가공 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
상부에 저유전 물질이 형성된 대상물의 제거 대상 영역 에지와 에지 사이의 잔존물을 동시에 가공하기 위해, 먼저 가공 대상물의 종류 및 가공 형태에 따라 가공 파라미터를 설정한다(S201). 예를 들어, 제거 대상 영역 저유전 물질의 에지 부분의 위치 및 에지 간의 간격, 제 1 및 제 2 레이저 빔의 출력 전력 등이 파라미터로 설정된다.
이후, 레이저 발생 수단(120)으로부터 레이저 빔을 방출하고(S203), 이어서 스테이지 이송수단(18)에 의해 스테이지를 움직여, 대상물(14)을 가공 방향과 반대 방향으로 이송시킨다(S205). 대상물 이송은 필수적인 과정은 아니며, 대상물을 가공 방향과 반대 방향으로 이송하는 경우 가공 속도를 향상시킬 수 있다.
레이저 발생 수단(120)으로부터 방출된 레이저 빔은 빔 분할 수단(170)에서 제 1 레이저 빔 및 제 2 레이저 빔의 두 빔으로 분할되어, 제 1 레이저 빔은 제 1 미러(10) 및 광학계(12)를 통해 제거 대상 영역 저유전 물질의 두 에지로 입사되게 되며, 이에 따라 에지 부분이 제거되게 된다. 이와 동시에, 제 2 레이저 빔은 제 2 미러(40)를 통해 제거 대상 영역 저유전 물질의 두 에지 사이로 주사되어 두 에지 사이에 잔존하는 저유전 물질 제거하게 된다(S207).
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 의한 레이저 가공 장치의 구성도이다.
본 실시예에 의한 레이저 가공 장치는 도 2에 도시한 레이저 가공 장치에 더하여, 제 2 레이저 발생 수단(122), 제 2 미러(11) 및 제 2 미러 구동부(132)를 더 포함한다.
도 2에서 설명한 것과 유사하게, 제 1 레이저 발생 수단(120)으로부터 방출되는 제 1 레이저 빔은 제 1 미러(10)를 통해 광학계(12)로 입사된다. 광학계(12)는 중심축으로부터 지정된 거리 이격된 부분을 중심축과 평행하도록 절단한 두 개의 집광렌즈의 절단면을 접촉시켜 구성할 수 있으며, 레이저 빔의 중심을 집광렌즈의 접촉면과 일치시키는 경우 하나의 레이저 빔이 둘로 분할된다. 광학계(12)에서 분할된 레이저 빔은 제거 대상 영역 저유전 물질의 두 에지 부분으로 조사되어, 두 에지 부분의 저유전 물질을 제거한다.
한편, 제 2 레이저 발생 수단(122)으로부터 방출되는 제 2 레이저 빔은 제 2 미러(11)에 의해 반사되어 대상물(14)로 조사된다. 이때, 제 2 레이저 빔은 제거 대상 영역 저유전 물질의 두 에지 사이로 조사되어, 분할된 제 1 레이저 빔에 의해 두 에지가 제거되고 난 후 에지 사이에 잔존하는 저유전 물질을 제거한다.
여기에서, 제 2 레이저 발생 수단(122)은 제 1 레이저 발생 수단(120)이 구동되고 난 후 지정된 시간이 경과한 후에 구동되는 것이 바람직하며, 제 2 레이저 발생 수단(122)으로부터 방출되는 레이저 빔의 스폿 사이즈는 제거 대상 영역의 폭에서 분할된 제 1 레이저 빔에 의해 제거되는 두 에지의 폭을 차감한 값으로 설정하는 것이 바람직하다.
한편, 제 2 레이저 발생 수단(122)에서 방출되는 레이저는 UV ViS(Ultra Violet Visible), IR(Intra Red), CO2 레이저 중 어느 하나가 될 수 있다.
도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 의한 레이저 가공 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
상부에 저유전 물질이 형성된 대상물의 제거 대상 영역 에지와 에지 사이의 잔존물을 동시에 가공하기 위해, 먼저 가공 대상물의 종류 및 가공 형태에 따라 가공 파라미터를 설정한다(S301). 예를 들어, 제거 대상 영역 저유전 물질의 에지 부분의 위치 및 에지 간의 간격, 제 1 및 제 2 레이저 빔의 출력 전력 등이 파라미터로 설정된다.
이후, 제 1 레이저 발생 수단(120)으로부터 제 1 레이저를 방출하고(S303), 이어서 스테이지 이송수단(18)에 의해 스테이지를 움직여, 대상물(14)을 가공 방향과 반대 방향으로 이송시킨다(S305). 대상물 이송은 필수적인 과정은 아니며, 대상물을 가공 방향과 반대 방향으로 이송하는 경우 가공 속도를 향상시킬 수 있다.
제 1 레이저 발생 수단(120)으로부터 방출된 레이저 빔은 제 1 미러(10) 및 광학계(12)를 통해 제거 대상 영역 저유전 물질의 두 에지로 입사되게 되며, 이에 따라 에지 부분이 제거되게 된다(S307).
이후, 제 2 레이저 발생 수단(122)으로부터 제 2 레이저를 방출하며(S309), 제 2 레이저 빔은 제 2 미러(11)를 통해 제거 대상 영역 저유전 물질의 두 에지 사이로 주사되어 두 에지 사이에 잔존하는 저유전 물질 제거하게 된다(S311).
이와 같이, 제거 대상 영역 저유전 물질의 에지 부분을 제거함과 동시에 두 에지 사이에 잔존하는 저유전 물질을 제거함으로써, 고속 동작을 유지하면서 우수한 가공 특성으로 대상물을 가공할 수 있다.
도 10은 본 발명의 레이저 가공 장치를 이용하여 저유전 물질을 제거한 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 전체 소우 레인(B) 상의 저유전 물질 중 제거 대상 저유전 물질이 형성된 영역(K)의 두 에지(D1, D2)를 도 3에 도시한 레이저 가공 장치를 이용하여 제거하고, 나머지 저유전 물질(E)은 후속되는 기계적 가공 또는 레이저 가공 방법에 의해 제거한다.
도시한 것과 같이, 제거 대상 영역 저유전 물질의 에지 부분(D1, D2)이 제거되어, 하부 기판이 노출된 것을 알 수 있다. 두 에지 부분(D1, D2) 사이에는 저유전 물질이 잔존하고 있으며, 이는 후속되는 기계적 가공 또는 레이저 가공 방법에 의해 제거될 수 있다.
일단, 에지 부분의 저유전 물질이 둘로 분할된 레이저 빔에 의해 동시에 제거되어, 제거 대상 영역을 정의해 두기 때문에, 후속 공정에서 저유전 물질을 제거할 때 제거 대상 영역 이외의 저유전 물질이 떨어져 나가는 것을 방지할 수 있고, 도 10에서 볼 수 있는 바와 같이, 에지 부분이 정확하고 예리하게 가공되어, 제조 특성을 향상시킬 수 있다.
이상에서는 저유전 물질이 형성된 대상물을 가공하기 위하여, 레이저 빔을 2분할하여 제거 대상 영역의 에지 부분을 제거하는 것과, 에지 부분을 제거함과 동시에(또는 후속하여) 에지 사이 부분의 저유전 물질을 제거하는 것에 대하여 설명하였다.
그런데, 레이저 빔을 2분할하여 에지 부분의 저유전 물질을 제거함과 동시에(또는 후속하여), 레이저 빔을 이용하여 에지 사이 부분의 저유전 물질을 제거할 때, 에지 사이 부분의 간격에 따라 레이저 빔의 구경을 조절하여야 한다. 즉, 도 6 및 도 8에서 제 2 미러(11)로부터 출사되는 레이저 빔의 구경은 제거 대상 영역의 폭에서 2분할된 레이저 빔에 의해 제거되는 양측 에지의 폭을 차감한 크기를 가져야 한다.
이때, 에지 사이 부분의 간격이 넓은 경우 레이저 빔의 구경 또한 증가하여 레이저 빔의 강도가 약해지고, 따라서 에지 부분의 제어유전 물질을 제거하고 난 후에도 에지 사이 부분에는 여전히 저유전 물질이 남아 있을 수 있다.
따라서, 에지 부분의 저유전 물질을 제거하고 난 후 잔존하는 저유전 물질을 제거할 때, 저유전 물질에 의해 블레이드에 가해지는 물리적 힘 저항에 의해 블레이드의 진행 속도를 일정 수준 이상으로 보장할 수 없다.
그러므로, 본 발명의 다른 실시예에서는 2분할된 제 1 레이저 빔을 이용하여 에지 부분의 저유전 물질을 제거함과 동시에, 적어도 2분할된 제 2 레이저 빔을 이용하여 에지 사이 부분의 저유전 물질의 체적을 감소시킨다. 이에 따라 블레이드를 이용한 후속 공정에서 라인 가공 후 남아 있는 저유전 물질이 블레이드에 가하는 물리적 힘 저항을 최소화할 수 있도록 한다.
도 11a 및 11b는 복수의 레이저 빔을 이용하여 저유전 물질을 제거하는 개념을 설명하기 위한 도면이다.
먼저 도 11a은 반도체 기판(101) 상에 저유전 물질(103)이 형성되고, 지정된 영역에 칩(105)이 형성된 상태를 나타낸다.
칩(105) 간 분리를 위해 저유전 물질을 제거하는 경우, 도 1b에 도시한 것과 같이, 제거 대상 영역 에지 부분(107)의 저유전 물질을 제거하고, 이와 동시에 에지 사이 영역(109)의 저유전 물질의 적어도 일부를 라인 가공한다.
이와 같이 하는 경우, 블레이드를 이용한 후속 공정시 저유전 물질에 의한 저항을 최소화할 수 있다.
도 12는 본 발명의 제 4 실시예에 의한 레이저 가공 장치의 구성도이다.
본 실시예에 의한 레이저 가공 장치는 레이저 발생 수단(120)으로부터 출사되는 레이저 빔을 2분할하는 제 1 빔 분할 수단(172), 제 1 빔 분할 수단으로부터 출사되는 제 1 레이저 빔을 2분할하여 제거 대상 영역의 에지 부분으로 조사되도록 하기 위한 제 2 빔 분할 수단(174) 및 제 1 빔 분할 수단(172)으로부터 출사되는 제 2 레이저 빔을 적어도 2분할하여 제거 대상 영역의 에지 사이 부분으로 조사되도록 하기 위한 제 3 빔 분할 수단(176)을 포함한다.
이에 따라, 제 2 빔 분할 수단(174)에서 2분할된 레이저 빔은 제 1 미러(10)를 통해 집광 렌즈로서의 광학계(13)를 통하여 대상물(14)의 에지 부분으로 조사된다. 이와 동시에. 제 3 빔 분할 수단(176)에서 적어도 2분할된 레이저 빔은 제 2 미러(11)를 통해 광학계(13)를 통하여 대상물(14)의 에지 사이 부분으로 조사되며, 분할된 각각의 레이저 빔들은 가공 방향과 수직하는 방향으로 나열된다.
이를 위하여, 제 2 빔 분할 수단(174)에서 분할되는 빔의 간격은 제거 대상 영역의 간격이 되도록 제어한다. 또한, 제 3 빔 분할 수단(176)에서 출사되는 적어도 둘 이상의 레이저 빔은 제 2 빔 분할 수단(174)에서 출사되는 두 레이저 빔의 사이에 위치하도록 제어된다.
레이저 발생 수단(120)으로부터 출사되는 레이저 빔을 2분할하기 위한 제 1 빔 분할 수단(172), 또는 제 1 빔 분할 수단(172)으로부터 출사되는 제 1 레이저 빔을 2분할하기 위한 제 2 빔 분할 수단(174)은 도 4에 도시한 광학계(12) 또는 도 13 및 도 14에 도시한 빔 분할 수단 중 어느 하나를 이용하여 구성할 수 있다.
아울러, 제 1 빔 분할 수단(172)으로부터 출사되는 제 2 레이저 빔을 적어도 2분할하기 위한 제 3 빔 분할 수단(176)은, 레이저 빔의 분할 개수에 따라 도 4, 도 13 내지 도 16에 도시한 빔 분할 수단 중 어느 하나를 이용하여 구성할 수 있다.
이하에서는 레이저 빔을 2분할, 3분할 또는 4분할하기 위한 빔 분할 수단의 구성 예를 설명한다.
먼저, 도 13a 및 13b는 프리즘을 이용하여 레이저 빔을 2분할하기 위한 것으로, 레이저 빔을 반사시키는 미러#1(201), 미러#1(201)에서 반사된 레이저 빔을 2분할하는 프리즘 모듈(202) 및 프리즘 모듈(202)에서 2분할된 빔을 반사시키는 미러#2(203)를 포함한다.
여기에서, 미러#1(201)는 프리즘 모듈(202)로 레이저 빔을 입사키기는 역할을 하고, 프리즘 모듈(202)은 그 배치에 따라 분할된 2개의 빔이 대칭이 되도록 한다. 미러#2(203)는 프리즘 모듈(202)로부터 출사된 빔의 광축이 미러#1(201)로 입사되는 레이저 빔의 광축과 수평이 되도록 광축을 제어하며, 미러#2(203)에서 반사된 레이저 빔은 또 다른 빔 분할 수단 또는 미러(10, 11)로 입사된다.
이와 같은 빔 분할 수단에 의해 분할된 레이저 빔 단면의 일 예는 도 13b에 도시한 것과 같다. 반원 형상의 두 레이저 빔 간의 간격은 프리즘 모듈(202)의 빔 굴절 정도에 따라 변경할 수 있다.
한편, 도 14a 및 14b는 빔 분할기를 이용하여 레이저 빔을 2분할하는 경우를 나타내며, 이를 위한 빔 분할 수단은 입사되는 레이저 빔을 2분할하는 빔 분할기(211), 빔 분할기(211)에서 반사되는 제 1 레이저 빔의 편광 특성을 변환하기 위한 편광기(212), 빔 분할기(211)를 투과한 제 2 레이저 빔을 반사시키기 위한 미러#1(214), 미러#1(214)에서 반사된 제 2 레이저 빔을 반사시키기 위한 미러#2(215) 및 편광기(212)에서 편광 특성이 전환된 제 1 레이저 빔을 반사시키고, 미러#2(215)에서 반사된 제 2 레이저 빔을 투과시키기 위한 편광 빔 분할기(213)를 포함한다.
이러한 빔 분할 수단에서 제 1 및 제 2 레이저 빔의 단면의 일 예는 도 14b와 같고, 두 레이저 빔 간의 간격은 미러#2(215)의 위치를 변경함에 따라 자유롭게 제어할 수 있다.
아울러, 편광 빔 분할기(213)에서 출사되는 레이저 빔의 광축은 빔 분할기(211)로 입사되는 레이저 빔의 광축과 평행이 되도록 제어하여야 함은 물론이다.
또한, 편광기(212)는 수평 선편광(P편광)를 수직 선편광(S편광)로 변환하는 편광기를 사용할 수 있고, 편광 빔 분할기(213)는 P편광은 투과시키고 S편광은 반사시키는 편광 빔 분할기를 사용할 수 있다.
도 15a 및 15b는 레이저 빔을 3분할하기 위한 빔 분할 수단의 일 예시도이다.
본 실시예에 의한 빔 분할 수단은 빔 분할기를 통해 레이저 빔을 2분할한 후, 2분할된 레이저 빔 중 어느 하나를 프리즘을 이용하여 다시 2분할하여, 결국 레이저 빔을 3분할한다.
도 15a를 참조하면, 입사되는 레이저 빔을 2분할하는 빔 분할기(221), 빔 분할기(221)에서 반사된 레이저 빔의 편광 특성을 변환하기 위한 편광기(222), 편광기(222)에서 편광 변환된 레이저 빔을 제 1 및 제 2 레이저 빔으로 2분할하기 위한 프리즘 모듈(223), 빔 분할기(221)를 투과한 제 3 레이저 빔을 반사시키기 위한 미러#1(225), 미러#1(225)에서 반사된 제 3 레이저 빔을 반사시키기 위한 미러#2(226), 프리즘 모듈(223)에서 출사되는 제 1 및 제 2 레이저 빔을 반사시키고, 미러#2(226)를 통해 입사되는 제 3 레이저 빔을 투과시키기 위한 편광 빔 분할기(224)를 포함하여 구성된다.
본 실시예에 의한 빔 분할 수단에 의해 분할된 레이저 빔의 단면의 일 예는 도 15b와 같이 나타나며, 프리즘 모듈(223)의 굴절도를 제어하여 제 1 및 제 2 레이저 빔 간의 간격을 조절하는 한편, 프리즘 모듈(223)의 배열을 제어하여 두 레이저 빔이 대칭이 되도록 할 수 있으며, 미러#2(226)의 위치를 제어하여 제 3 레이저 빔의 위치를 조절할 수 있다.
여기에서, 편광기(222)는 수평 선편광(P편광)를 수직 선편광(S편광)로 변환하는 편광기를 사용할 수 있고, 편광 빔 분할기(223)는 P편광은 투과시키고 S편광은 반사시키는 편광 빔 분할기를 사용할 수 있다.
*도 16a 및 16b는 레이저 빔을 4분할하기 위한 빔 분할 수단의 일 예시도이다.
본 실시예는 하나의 레이저 빔을 프리즘을 이용하여 2분할한 후, 2분할된 레이저 빔을 빔 분할기에 의해 각각 2분할하여, 총 4개의 레이저 빔으로 분할한다.
도 16a를 참조하면, 입사되는 레이저 빔을 2분할하기 위한 프리즘 모듈(231), 프리즘 모듈(231)에서 2분할된 빔을 각각 2분할하여 반사 및 투과시키기 위한 빔 분할기(232), 빔 분할기(232)에서 반사된 제 1 및 제 2 레이저 빔의 편광 특성을 변환하기 위한 편광기(233), 빔 분할기(232)에서 투과된 제 3 및 제 4 레이저 빔을 반사시키기 위한 미러#1(235), 미러#1(235)에서 반사된 레이저 빔을 반사시키기 위한 미러#2(236), 편광기(233)에서 편광 특성이 변화된 제 1 및 제 2 레이저 빔을 반사시키고, 미러#2(236)를 통해 입사된 제 3 및 제 4 레이저 빔을 투과시키기 위한 편광 빔 분할기(234)로 이루어진다.
본 실시예에 의한 레이저 빔 분할 수단에 의해 분할된 레이저 빔의 단면의 일 예는 도 16b와 같고, 제 1 내지 제 4 레이저 빔의 간격은 프리즘 모듈(231)의 굴절도 또는 미러#2(236)의 배치를 제어함으로써 변경 가능하다. 다만, 미러#2(236)에서 반사되는 레이저 빔의 광축은 프리즘(231)으로 입사되는 레이저 빔의 광축과 평행을 이루어야 함은 물론이다.
이와 같이, 본 발명에서는 제 2 빔 분할 수단(174)에서 2분할된 레이저 빔을 가공 대상 영역의 에지 부분(도 11b의 107)에 조사하고, 제 3 빔 분할 수단(176)에서 2~4분할된 레이저 빔 각각을 가공 대상 영역의 에지 사이 부분(도 11b의 109)에 조사한다. 이에 따라, 레이저 빔에 의해 저유전 물질을 일차적으로 제거하여 레이저 빔의 체적을 감소시킨 상태에서, 블레이드를 이용하여 나머지 저유전 물질을 용이하게 제거할 수 있다.
도 13, 도 15 및 도 16에 도시한 빔 분할 수단에 사용된 프리즘 모듈(202, 223, 231)은 한 쌍의 삼각 프리즘으로 구성할 수 있으며, 그 일 예를 도 17에 도시하였다.
도 17 내지 도 19는 프리즘을 이용한 빔 분할 수단의 빔 분할 개념을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 17은 프리즘 모듈(202, 223, 231)의 일 예시도로서, 입사되는 레이저 빔을 둘로 분할하는 제 1 프리즘(301) 및 제 1 프리즘에서 분할된 레이저 빔이 상호 평행하도록 빔의 방향을 변경하는 제 2 프리즘(303)으로 이루어진다.
제 1 및 제 2 프리즘(301, 303)의 접힘(folding) 각도는 각각 120ㅀ로 하는 것이 바람직하다.
이러한 프리즘 모듈에서, 제 1 프리즘(301)과 제 2 프리즘(303) 간의 간격(D)을 제어하는 것에 의해 분할된 두 레이저 빔의 크기를 조절할 수 있다. 아울러, 제 2 프리즘(303)의 광축(X)을 조정하는 것에 의해 분할된 두 레이저 빔 간의 간격을 변경할 수 있다.
도 18 및 도 19는 프리즘 간의 간격에 따른 분할 빔의 이격 정도를 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 18은 제 2 프리즘(303)을 시계 방향으로 5ㅀ및 10ㅀ회전시킨 경우를 나타낸다.
제 1 및 제 2 프리즘(301, 303)의 광축이 동일한 경우, 프리즘 모듈에 의해 분할된 레이저 빔은 나란한 상태로 집광렌즈로 입사되어, 하나의 빔으로 집속된다. 이에 따라, 빔 분할의 효과를 얻을 수 없으므로 본 발명에서는 분할된 두 빔의 발산 각도를 변경시킴으로써, 분할 빔의 간격을 조절한다.
도 19는 제 2 프리즘을 반시계 방향으로 5ㅀ및 10ㅀ회전시킨 경우를 나타낸다.
도 18 및 도 19에서 알 수 있는 바와 같이, 제 2 프리즘(303)을 광축(X)에 따라 미세 조정함으로써, 분할된 두 레이저 빔의 간격을 변경할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 제 4 실시예에 의한 레이저 가공 장치를 이용한 레이저 가공 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 20은 본 발명의 제 4 실시예에 의한 레이저 가공 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
먼저 입력부(140)를 통해 제어 파라미터를 설정하며(S401), 이러한 설정 과정은 가공 대상물의 종류 및 가공 형태에 따라 기 설정된 메뉴로 등록하여 저장부(160)에 저장하여 두고 메뉴를 호출하여 용이하게 수행할 수 있다. 이때, 예를 들어 제거 대상 저유전 물질의 에지 부분의 위치, 에지 간의 간격, 레이저 빔의 출력 전력 등의 파라미터로 설정된다.
제어 파라미터 설정이 완료되면, 제 1 미러 구동부(130)에 의해 제 1 미러(10)의 위치를 조정하고, 레이저 빔을 방출하는데(S403), 제 1 미러(10)가 폴리곤 미러인 경우 기 설정한 회전 속도에 따라 제 1 미러(10)는 정속 회전하게 된다. 그리고, 제어부(110)는 스테이지 이송수단(18)을 동작시켜 대상물(14)을 지정된 방향(예를 들어, 레이저 빔이 대상물에 조사되는 가공 방향과 반대 방향)으로 이송한다(S405).
이때, 대상물 이송은 필수적인 과정은 아니며, 대상물을 가공 방향과 반대 방향으로 이송하는 경우 가공 속도를 향상시킬 수 있다.
이후, 레이저 발생 수단(120)을 제어함에 따라 출사되는 레이저 빔은 제 1 빔 분할 수단(172)에서 1차 분할되어, 각각 제 2 레이저 빔 분할 수단(174) 및 제 3 레이저 빔 분할 수단(176)으로 입사된다(S407).
단계 S407에서 분할된 제 1 레이저 빔은 제 2 레이저 빔 분할 수단(174)에서 두 개의 레이저 빔으로 재분할되어(S409-1) 제거 대상 영역의 두 에지 부분으로 입사되고(S411-1), 단계 S407에서 분할된 제 2 레이저 빔은 제 3 레이저 빔 분할 수단(176)에서 적어도 두 개의 레이저 빔으로 재분할되어(S409-2) 제거 대상 영역의 에지 사이 부분으로 입사된다(S411-2).
이에 따라, 분할된 레이저 빔들에 의해 제거 대상 영역의 에지 부분 및 에지 사이 부분에 형성된 저유전 물질이 동시에 제거된다(S413).
이상에서는 레이저 빔을 1차 분할하고, 이를 각각 2차 분할함으로써 저유전 물질을 제거하는 것에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
즉, 레이저 빔을 1차 분할하는 대신 두 개의 레이저 발생 장치를 사용하는 등 다양한 변형이 가능하다.
도 21은 본 발명의 제 5 실시예에 의한 레이저 가공 장치의 구성도이다.
본 실시예에 의한 레이저 가공 장치는 제 1 레이저 발생 수단(120)으로부터 출사되는 레이저 빔을 2분할하여 제거 대상 영역의 에지 부분으로 조사되도록 하기 위한 제 1 빔 분할 수단(180), 제 2 레이저 발생 수단(122)으로부터 출사되는 레이저 빔을 적어도 2분할하여 제거 대상 영역의 에지 사이 부분으로 조사되도록 하기 위한 제 2 빔 분할 수단(182)을 포함한다.
이에 따라, 제 1 빔 분할 수단(180)에서 2분할된 레이저 빔은 제 1 미러(10)를 통해 집광 렌즈로서의 광학계(13)를 통하여 대상물(14)의 에지 부분으로 조사된다. 이와 동시에. 제 2 빔 분할 수단(182)에서 적어도 2분할된 레이저 빔은 제 2 미러(11)를 통해 광학계(13)를 통하여 대상물(14)의 에지 사이 부분으로 조사되며, 분할된 각각의 레이저 빔들은 가공 방향과 수직하는 방향으로 나열된다.
레이저 빔을 2분할, 3분할 또는 4분할하는 원리는 상술한 도 4, 도 13 내지 도 16과 유사하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 22는 본 발명의 제 5 실시예에 의한 레이저 가공 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 21에 도시한 레이저 가공 장치를 이용하여 대상물을 가공하기 위해, 먼저 입력부(140)를 통해 제어 파라미터를 설정하며(S501), 이러한 설정 과정은 가공 대상물의 종류 및 가공 형태에 따라 기 설정된 메뉴로 등록하여 저장부(160)에 저장하여 두고 메뉴를 호출하여 용이하게 수행할 수 있다.
제어 파라미터 설정이 완료되면, 제 1 및 제 2 미러 구동부(130, 132)에 의해 각각 제 1 및 제 2 미러(10, 11)의 위치를 조정하고, 제 1 및 제 2 레이저 빔을 방출하는데(S503-1, S503-2), 제 1 및 제 2 미러(10, 11)가 폴리곤 미러인 경우 기 설정한 회전 속도에 따라 정속 회전하게 된다. 그리고, 제어부(110)는 스테이지 이송수단(18)을 동작시켜 대상물(14)을 지정된 방향(예를 들어, 레이저 빔이 대상물에 조사되는 가공 방향과 반대 방향)으로 이송한다(S505).
이때, 대상물 이송은 필수적인 과정은 아니며, 대상물을 가공 방향과 반대 방향으로 이송하는 경우 가공 속도를 향상시킬 수 있다.
이후, 제 1 레이저 발생 수단(120)에서 출사되는 레이저 빔은 제 1 빔 분할 수단(180)에서 2분할되어(S507-1), 제거 대상 영역의 두 에지 부분으로 입사되고(S509-1), 제 2 레이저 발생 수단(122)에서 출사되는 레이저 빔은 제 2 빔 분할 수단(182)에서 적어도 2분할되어(S507-2), 제거 대상 영역의 에지 사이 부분으로 입사된다(S509-2).
이에 따라, 분할된 레이저 빔들에 의해 제거 대상 영역의 에지 부분 및 에지 사이 부분에 형성된 저유전 물질이 동시에 제거된다(S511).
본 실시예에서는 제 1 및 제 2 레이저 빔을 동시에 방출하는 것에 대하여 설명하였으나, 제 1 레이저 빔을 우선적으로 방출하여 에지 부분의 저유전 물질을 제거하고, 이어서 제 2 레이저 빔을 방출하여 에지 사이 부분의 저유전 물질을 제거하는 것 또한 가능함은 물론이다.
한편, 본 발명의 제 4 및 제 5 실시예에서, 제 1 및 제 2 미러(10, 11)는 폴리곤 미러를 이용하여 구성할 수 있으며 특히, 레이저 빔의 구경이 폴리곤 미러의 복수개의 반사면을 커버리지하도록 반사면의 수를 제어하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명에 의하면, 레이저 빔을 이용하여 저유전 물질을 제거할 때, 광학계의 구성을 크게 변경하지 않고도, 제거 대상 저유전 물질의 에지 부분을 제거한 후 잔여하는 저유전 물질을 제거함으로써, 가공 속도와 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 레이저 빔을 둘 이상으로 분할하여 저유전 물질의 에지 부분을 제거함과 동시에 에지 사이 부분의 저유전 물질을 복수의 레이저 빔을 통해 제거함으로써, 대상물의 가공 효율을 더욱 개선할 수 있다.

Claims (8)

  1. 유전 물질이 형성된 대상물을 가공하기 위한 레이저 가공 장치로서,
    레이저 빔을 방출하는 레이저 발생 수단; 및
    상기 레이저 발생 수단에서 방출되는 레이저 빔을 적어도 둘 이상의 빔으로 분할하기 위한 렌즈부;를 포함하며,
    상기 렌즈부는 렌즈의 중심축과 평행하도록 절단된 절단면이 상호 접촉된 적어도 둘 이상의 렌즈로 구성되는 레이저 가공 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 분할된 적어도 두 개의 레이저 빔의 간격은 상기 유전 물질의 에지 사이의 간격인 레이저 가공 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈부에 의해 분할된 레이저 빔을 재분할하는 프리즘 모듈을 더 포함하는 레이저 가공 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈부에 의해 분할된 빔 중 적어도 하나의 빔은 상기 유전 물질로 조사되는 레이저 가공 장치.
  5. 유전 물질이 형성된 대상물을 가공하기 위한 레이저 가공 방법으로서,
    레이저 빔을 방출하는 단계;
    상기 유전 물질의 에지 사이의 간격을 구하는 단계; 및
    상기 레이저 빔을 적어도 둘 이상의 빔으로 분할하는 단계를 포함하며,
    상기 레이저 빔을 둘 이상의 빔으로 분할하는 단계는 상기 빔 중 적어도 두 개의 빔을 상기 에지 사이의 간격이 되도록 분할하는 레이저 가공 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 레이저 빔을 둘 이상의 빔으로 분할하는 단계는,
    상기 방출된 레이저 빔을 렌즈부를 통과하도록 하되, 상기 렌즈부는 렌즈의 중심축과 평행하도록 절단된 절단면이 상호 접촉된 적어도 둘 이상의 렌즈로 구성되는 레이저 가공 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 분할된 레이저 빔중 적어도 하나의 빔은 상기 유전 물질로 조사되는 레이저 가공 방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 분할된 레이저 빔중 적어도 두개의 빔은 상기 유전 물질의 상기 에지로 조사되고, 상기 분할된 적어도 하나의 빔은 상기 유전 물질의 상기 에지 사이의 부분에 조사되어, 상기 유전 물질을 제거하하는 레이저 가공 방법.
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