KR20120016457A

KR20120016457A - 순차적 멀티 포커싱을 이용한 레이저 가공방법 및 레이저 가공장치

Info

Publication number: KR20120016457A
Application number: KR1020100078827A
Authority: KR
Inventors: 정영대; 성천야; 김형욱; 이감명; 김환
Original assignee: 주식회사 이오테크닉스
Priority date: 2010-08-16
Filing date: 2010-08-16
Publication date: 2012-02-24
Anticipated expiration: 2030-08-16
Also published as: KR101217698B1

Abstract

레이저 가공방법 및 레이저 가공장치가 개시된다. 개시된 레이저 가공방법은, 복수의 레이저광을 각각 가공 대상물 내부에 포커싱함으로써 가공 대상물의 표면으로부터 소정 깊이를 가지는 복수의 집광점을 제1 방향을 기준으로 순차적으로 형성하는 단계; 및 이 레이저광들을 상기 제1 방향으로 이동시켜 가공 대상물 내부에 상기 가공 대상물의 두께 방향을 따라 복수의 크랙열을 형성하는 단계;를 포함한다.

Description

순차적 멀티 포커싱을 이용한 레이저 가공방법 및 레이저 가공장치{Laser processing method and laser processing apparatus using sequential multi-focusing}

본 발명은 레이저 가공방법 및 레이저 가공장치에 관한 것으로, 구체적으로는 순차적 멀티 포커싱을 이용한 레이저 가공방법 및 레이저 가공장치에 관한 것이다.

종래에는 레이저를 이용하여 예를 들어 반도체 웨이퍼나 유리 기판 등과 같은 가공 대상물을 절단하는 경우, 가공 대상물이 흡수하는 파장의 레이저 광을 조사하여, 레이저 광의 흡수에 의해 절단하고자 하는 영역에서 가공 대상물의 표면으로부터 이면을 향하여 가열 용융을 진행시키서 가공 대상물을 절단한다. 그러나, 이러한 절단 방법에서는 가공 대상물의 표면 중 절단하고자 하는 영역의 주변도 용융된다. 따라서, 가공 대상물의 표면에 예를 들어 반도체 소자 등이 형성되어 있는 경우에는 가공 대상물의 절단시 이 절단 영역 주위에 있는 반도체 소자가 용융할 우려가 있다.

최근에는 가공 대상물의 표면이 손상되는 것을 방지하기 위하여, 높은 출력을 가지는 ps(pico second) 또는 fs(femto second)와 같은 초단 또는 극초단 펄스의 레이저 광을 이용하여 가공 대상물의 내부에 레이저 광의 초점을 맞춤으로써 내부 크랙을 형성하고, 이 내부 크랙이 형성된 가공 대상물을 기계적으로 브레이킹(breaking)함으로써 가공 대상물을 절단하는 방법이 개발되고 있다. 여기서, 상기 내부 크랙의 형성은 초단 또는 극초단 펄스의 레이저 광에 의한 다광자 흡수에 기인한다.

한편, 사파이어나 유리와 같은 투과형 물질로 이루어진 가공 대상물 내부에 레이저 광을 포커싱하여 크랙을 형성하는 경우에 가공 대상물의 두께가 두껍게 되면, 그 내부에는 가공 대상물의 두께 방향으로 내부 크랙열이 복수개로 형성되어야 절단이 용이해진다. 이러한 복수의 내부 크랙층 형성을 위해서 종래에는 포커스 조절 방식이나 복굴절 물질을 사용한 멀티 포커스 방식이 사용되었다.

도 1a 및 도 1b는 포커스 조절 방식을 이용하여 가공 대상물 내부에 복수의 크랙열을 형성하는 방법을 설명하는 도면이다. 먼저, 도 1a를 참조하면, 레이저 광원(미도시)로부터 출사된 초단 또는 극초단 펄스의 레이저 광(30)을 렌즈(20)를 이용하여 가공 대상물(10) 내의 하부에 초점을 맞추고, 상기 레이저 광(30)을 가공 대상물(10)의 절단 예정 라인을 따라 이동시키게 되면 가공 대상물(10) 내의 하부에 제1 크랙열(41)이 형성된다. 다음으로, 도 1b를 참조하면, 상기 레이저 광(30)을 렌즈(20)를 이용하여 가공 대상물의 상부에 초점을 맞춘 다음, 이 레이저 광(30)을 절단 예정 라인을 따라 이동시키면 제2 크랙열(42)이 제1 크랙열(41) 위에 형성된다. 그러나, 이와 같은 포커스 조절 방식은 내부 크랙열들(41,42)의 개수 만큼 레이저 가공장치를 반복적으로 이동시켜야 하는 문제점이 있다.

도 2는 복굴절 물질을 사용한 멀티 포커스 방식을 이용하여 가공 대상물 내부에 복수의 크랙열(61,62)을 형성하는 방법을 설명하는 도면이다. 도 2를 참조하면, 레이저 광원으로부터 출사된 레이저 광이 소정 복굴절 물질(50)을 통과하게 되면 서로 다른 초점 거리를 가지는 제1 및 제2 레이저 광(51,52)이 발생되어 가공 대상물(10) 내부에 초점을 형성하게 된다. 예를 들면, 상기 제1 레이저 광(51)은 가공 대상물(10) 내의 하부에 초점을 맺게 되고, 상기 제2 레이저 광(52)은 가공 대상물(10) 내의 상부에 초점을 맺게 된다. 여기서, 레이저 광들(51,52)을 가공 대상물(10)의 절단 예정라인을 따라 이동시키게 되면, 제1 및 제2 레이저 광(51,52)에 의해 가공 대상물(10) 내의 하부 및 상부에 제1 및 제2 내부 크랙열(61,62)이 동시에 형성된다. 그러나, 이러한 멀티 포커스 방식은 제1 및 제2 내부 크랙열(61,62)이 동시에 형성되기 때문에 상부 크랙인 제2 크랙열(62)이 제1 레이저 광(51)을 산란시킴으로써 하부 크랙인 제2 크랙열(61)의 형성에 방해를 주게 된다는 단점이 있다.

본 발명의 실시예는 순차적 멀티 포커싱을 이용한 레이저 가공방법 및 레이저 가공장치을 제공한다.

본 발명의 일 구현예에 따른 레이저 가공방법은,

복수의 레이저광을 각각 가공 대상물 내부에 포커싱함으로써, 상기 가공 대상물의 표면으로부터 소정 깊이들을 가지며 제1 방향을 기준으로 순차적으로 배열되는 복수의 집광점을 형성하는 단계; 및

상기 레이저광들 및 상기 가공대상물 중 어느 하나를 상기 제1 방향으로 이동시킴으로써 상기 가공 대상물 내부에 상기 집광점들에 대응하는 복수의 크랙열을 형성하는 단계;를 포함한다.

여기서, 상기 집광점들은 상기 레이저광들이 입사하는 상기 가공 대상물의 표면으로부터 더 깊은 깊이에 위치할수록 상기 제1 방향을 기준으로 더 앞쪽에 배열될 수 있다.

상기 크랙열들은 상기 집광점들에서의 다광자(multiple photon) 흡수에 의해 형성될 수 있다. 상기 레이저광들 각각은 그 펄스폭이 1ns(nano second) 이하가 될 수 있으며, 상기 집광점들에서의 피크 파워밀도는 1× 10⁸ W/cm² 이상이 될 수 있다.

상기 가공 대상물은 사파이어 기판 또는 유리 기판을 포함할 수 있다.

상기 크랙열들이 형성된 상기 가공 대상물의 표면에는 크랙이 형성되지 않을 수 있다. 한편, 상기 크랙열들이 형성된 상기 가공 대상물의 표면에는 상기 가공대상물의 표면으로부터 가장 가까운 상기 크랙열에 대응하는 표면 크랙이 형성될 수도 있다. 여기서, 상기 표면 크랙은 폭이 1㎛ 이하가 될 수 있다.

상기 크랙열들을 형성한 다음, 외부 응력에 의해 상기 가공 대상물을 절단하는 단계가 더 포함될 수 있다.

상기 레이저 가공방법은, 광원으로부터 출사된 레이저 광을 광분리기에 의해 상기 복수의 레이저광으로 분리시키는 단계; 상기 레이저광들을 집속 렌즈를 경유하여 회전가능하게 설치된 반사미러에 입사시키는 단계; 및 상기 반사미러로부터 반사되는 상기 복수의 레이저광을 상기 가공대상물 내부에 포커싱하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

상기 집속점들 사이의 간격은 상기 광분리기와 집속렌즈 사이의 거리 및 상기 반사미러의 회전각도 중 적어도 하나에 의해 조절될 수 있다.

상기 광분리기는 회절광학계(DOE; diffractive optical element)를 포함할 수 있으며, 상기 집속렌즈는 텔레센트릭 렌즈(telecentric lens)를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 구현예에 따른 레이저 가공방법은,

광원으로부터 출사된 레이저광을 광분리기를 통해 복수의 레이저광으로 분리시키는 단계;

상기 레이저광들을 집속 렌즈를 경유하여 회전가능하게 설치된 반사미러에 입사시키는 단계;

상기 반사미러로부터 반사된 상기 레이저광들을 가공대상물의 내부에 포커싱함으로써 상기 가공 대상물의 표면으로부터 소정 깊이를 가지며 제1 방향을 기준으로 순차적으로 배열되는 복수의 집광점을 형성하는 단계; 및

상기 레이저광들 및 상기 가공대상물 중 어느 하나를 상기 제1 방향으로 이동시켜 상기 가공 대상물 내부에 상기 집광점들에 대응하는 복수의 크랙열을 형성하는 단계;를 포함한다.

본 발명의 또 다른 구현예에 따른 레이저 가공장치는,

레이저광을 출사하는 광원;

상기 광원으로부터 출사된 레이저광을 복수의 레이저광으로 분리시키는 광분리기;

상기 광분리기로부터 출사되는 레이저광들을 집속하는 집속 렌즈;

회전가능하게 설치되는 것으로, 상기 집속 렌즈를 통과한 레이저광들을 반사시켜 가공 대상물의 내부에 포커싱시키는 반사미러;를 포함하고,

상기 가공 대상물의 표면으로부터 소정 깊이를 가지며 제1 방향을 기준으로 순차적으로 배열되는 복수의 집광점을 형성한다.

상기 레이저 가공 장치 및 상기 가공대상물 중 어느 하나가 상기 제1 방향으로 이동함으로써 상기 가공 대상물 내부에 상기 집광점들에 대응하는 복수의 크랙열을 형성할 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면, 가공 대상물 내부에서 하부 크랙열이 상부 크랙열보다 먼저 형성됨으로써 상부 크랙열에 의한 레이저 광의 산란을 방지할 수 있다. 또한, 레이저 가공장치가 한번 이동하면서 가공 대상물 내부에 복수의 크랙열이 형성되므로 가공 시간을 크게 단축할 수 있다.

도 1a 및 도 1b는 포커스 조절 방식을 이용하여 가공 대상물 내부에 복수의 크랙열을 형성하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 2는 복굴절 물질을 사용한 멀티 포커스 방식을 이용하여 가공 대상물 내부에 복수의 크랙열을 형성하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공장치를 도시한 것이다.
도 4는 도 3에 도시된 레이저 가공장치에서, 광분리기와 집속 렌즈 사이의 거리를 변경한 경우를 도시한 것이다.
도 5는 도 3에 도시된 레이저 가공장치에서, 반사미러의 회전각도를 변경한 경우를 도시한 것이다.
도 6은 도 3에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공장치를 이용하여 가공 대상물 내부에 복수의 크랙열을 형성하는 과정을 설명하는 도면이다.
도 7은 도 6에 의해 가공 대상물 내부에 형성된 크랙열들을 레이저 가공장치의 이동방향에서 본 단면도이다.
도 8a 및 도 8b는 도 7에 도시된 내부에 크랙열들이 형성된 가공 대상물을 외부 응력에 의해 절단하는 과정을 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 가공방법을 도시한 것이다.
도 10은 도 9에 의해 가공 대상물의 내부에 형성된 크랙열 및 가공 대상물의 표면에 형성된 크랙을 보여주는 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공장치를 도시한 것이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공장치(100)는 레이저광(L)를 출사하는 광원(110), 광분리기(120), 집속 렌즈(130) 및 반사미러(140)를 포함한다. 상기 광분리기(120)는 광원(110)으로부터 전방으로 이격되게 배치되어 상기 광원(110)으로부터 출사된 레이저광(L)을 제1, 제2 및 제3 레이저광(L1,L2,L3)으로 분리하게 된다. 한편, 상기 광분리기(120)는 다양한 개수의 레이저광, 예를 들면 2개 또는 4개 이상의 레이저광으로 분리할 수도 있다. 이러한 광분리기(120)는 회절광학계(DOE; diffractive optical element)를 포함할 수 있다. 상기 광분리기(120)에 의해 분리된 제1, 제2 및 제3 레이저광(L1,L2,L3)은 각각 펄스폭이 대략 1ns(nano second) 이하가 될 수 있으며, 집광점들(S1,S2,S3)에서의 피크 파워밀도는 대략 1×10⁸ W/cm² 이상이 될 수 있다. 이러한 레이저광들(L1,L2,L3)의 펄프폭 및 피크 파워밀도는 가공 대상물(10) 내부에서 후술하는 다광자(multiple photon) 흡수가 일어나기 위한 조건이 될 수 있다.

상기 집속 렌즈(130)는 상기 광분리기(120)의 전방에 이격되게 배치되어 상광분리기(120)로부터 출사되는 복수의 레이저광(L1,L2,L3)을 각각 집속한다. 상기 집속 렌즈(130)는 예를 들면 텔레센트릭 렌즈(telecentric lens)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 광분리기(120)와 집속렌즈(130)는 광분리기(120)와 집속렌즈(130) 사이의 거리(A)를 조절할 수 있도록 이동가능하게 설치되어 있다. 상기 반사미러(140)는 상기 집속 렌즈(130)의 전방에 설치되어 집속 렌즈(130)를 통과한 레이저광들(L1,L2,L3)을 각각 반사시켜 가공 대상물(10) 내부에 집속시킨다. 여기서, 상기 레이저 가공장치(100)에 의해 가공되는 가공 대상물(10)은 투명한 재질의 기판이 될 수 있다. 예를 들면, 상기 가공대상물(10)은 사파이어 기판 또는 유리 기판 등이 될 수 있으며, 이외에도 다양한 재질의 기판이 될 수 있다.

상기 반사미러(140)에 의해 반사된 레이저광들(L1,L2,L3)은 상기 가공대상물 (10)내부에 집속되어 복수의 집광점들(S1,S2,S3)을 형성한다. 본 실시예에서, 상기 집광점들(S1,S2,S3)은 레이저광들(L1,L2,L3)이 입사하는 가공 대상물 표면(10a)으로부터 소정 깊이들을 가지며, 제1 방향(도 6의 101)을 기준으로 순차적으로 배열된다. 여기서, 상기 제1 방향은 가공 방향으로서, 상기 레이저 가공장치(100)의 이동방향 또는 가공대상물(10)의 이동방향을 의미한다. 구체적으로, 상기 가공 대상물(10) 내부에는 제1, 제2, 제3 레이저광(L1,L2,L3)에 대응하여 상기 가공대상물(10)의 깊이 방향으로 제1, 제2 및 제3 집광점(S1,S2,S3)이 순차적으로 형성된다. 여기서, 상기 가공대상물의 표면(10a)으로부터 가장 깊은 깊이에 위치하는 상기 제3 집광점(S3)은 제1 방향(도 6의 101)을 기준으로 가장 앞쪽에 배열되며, 상기 가공대상물의 표면(10a)으로부터 가장 낮은 깊이에 위치하는 상기 제1 집광점(S1)은 제1 방향(101)을 기준으로 가장 뒤쪽에 배열된다.

이와 같이, 가공 대상물(10) 내부에 제1, 제2 및 제3 레이저광(L1,L2,L3)이 포커싱되는 제1,제2 및 제3 집광점(S1,S2,S3)이 형성되고, 이러한 집광점들(S1,S2,S3)에서 다광자 흡수가 발생하여 크랙이 형성될 수 있다. 다광자 흡수는 레이저광의 강도가 대단히 큰 경우에 발생하는 현상이다. 즉, 재료가 투명하여도 레이저광의 강도를 대단히 크게 하면 재료가 흡수를 일으키는데 이러한 현상을 다광자 흡수라 한다. 본 실시예에서는, 상기 제1, 제2 및 제3 레이저광(L1,L2,L3)이 각각 펄스폭이 대략 1ns 이하이고, 집광점들(S1,S2,S3)에서의 피크 파워밀도가 대략 1×10⁸ W/cm² 이상의 조건에서 다광자 흡수가 일어날 수 있다.

이상과 같이, 본 실시예에서는 복수의 레이저광(L1,L2,L3)에 의해 가공대상물(10) 내부에 복수의 집광점(S1,S2,S3)을 형성하고, 상기 집광점들(S1,S2,S3)이 가공대상물의 표면(10a)으로부터 깊이 위치할수록 제1 방향(도 6의 101)을 기준으로 더 앞쪽에 배열됨으로써 후술하는 바와 같이 상부 크랙열에 의한 레이저광의 산란을 방지할 수 있게 된다.

한편, 상기 광분리기(120)와 집속 렌즈(130) 사이의 거리(A)를 변화시키거나 또는 상기 반사미러(140)의 회전각도(B)를 변화시키게 되면, 상기 가공대상물(10) 내부에 형성되는 집광점들(S1,S2,S3) 사이의 거리, 구체적으로 가공대상물(10)의 두께 방향에 따른 집광점들(S1,S2,S3) 사이의 거리 및 제1 방향(도 6의 101)에 따른 집광점들(S1,S2,S3) 사이의 거리를 원하는 간격으로 조절할 수 있다.

도 4는 도 3에 도시된 레이저 가공장치(100)에서 광분리기(120)와 집속 렌즈(130) 사이의 거리를 변경한 경우를 도시한 것이다. 도 4에는 광분리기(120)와 집속 렌즈(130) 사이의 거리를 A에서 A1으로 감소시킨 경우가 예시적으로 도시되어 있다. 도 4에 도시된 바와 같이 광분리기(120)와 집속 렌즈(130) 사이의 거리를 A에서 A1으로 감소시키게 되면, 가공 대상물(10)의 두께 방향에 따른 제1 및 제2 집광점(S1,S2) 사이의 거리와 제2 및 제3 집광점(S2,S3) 사이의 거리는 각각 h1 및 h2에서 h'1 및 h'2 로 줄어들게 된다. 그리고, 가공방향인 제1 방향(도 6의 101)에 따른 제1 및 제2 집광점(S1,S2) 사이의 거리와 제2 및 제3 집광점(S2,S3) 사이의 거리는 각각 d1 및 d2에서 d'1 및 d'2 로 줄어들게 된다.

도 5는 도 3에 도시된 레이저 가공장치(100)에서 반사미러(140)의 회전각도를 변경한 경우를 도시한 것이다. 도 5에는 반사미러(140)의 회전각도를 B에서 B1으로 증가시킨 경우가 도시되어 있다. 도 5에 도시된 바와 같이 반사미러(140)의 회전각도를 B에서 B1으로 증가시키게 되면, 가공 대상물(10)의 두께 방향에 따른 제1 및 제2 집광점(S1,S2) 사이의 거리와 제2 및 제3 집광점(S2,S3) 사이의 거리는 각각 h1 및 h2에서 h"1 및 h"2 로 줄어들게 된다. 그리고, 상기 제1 방향(도 6의 101)에 따른 제1 및 제2 집광점(S1,S2) 사이의 거리와 제2 및 제3 집광점(S2,S3) 사이의 거리는 각각 d1 및 d2에서 d"1 및 d"2 로 증가하게 된다.

이상과 같이, 상기 광분리기(120)와 집속 렌즈(130) 사이의 거리(A) 및 상기 반사미러(140)의 회전각도(B) 중 적어도 하나를 변화시키게 되면 가공대상물(10)의 두께 방향에 따른 집광점들(S1,S2,S3) 사이의 거리 및 제1 방향(도 6의 101)에 따른 집광점들(S1,S2,S3) 사이의 거리를 원하는 거리로 조절할 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공장치(100)를 이용하여 가공 대상물(10) 내부에 복수의 크랙열(151,152,153)을 형성하는 과정을 설명하는 도면이다.

도 6을 참조하면, 가공 대상물(10)의 내부에 복수의 집광점(도 3의 S1,S2,S3)이 형성된 상태에서 제1 방향(101)으로 레이저 가공장치(100)를 이동시킨다. 이와 같이, 가공 대상물(10) 내부에 복수의 집광점(S1,S2,S3)이 형성된 상태에서 절단예정라인을 따라 레이저 가공장치(100)를 이동시키게 되면, 상기 가공 대상물(10) 내에는 상기 제1, 제2 및 제3 집광점들(S1,S2,S3)에 대응하는 제1, 제2 및 제3 크랙열(151,152,153)이 가공 대상물(10)의 두께 방향을 따라 형성된다. 여기서, 상기 제1 크랙열(151)은 상기 가공 대상물(10)의 표면(10a)으로부터 가장 낮은 깊이에 형성되고, 상기 제3 크랙열(153)은 상기 가공대상물(10)의 표면(10a)으로부터 가장 깊은 위치에 형성된다. 그리고, 본 실시예에서는 상기 제3 집광점(S3)이 레이저 가공장치(100)의 이동방향인 제1 방향(101)을 기준으로 가장 앞쪽에 배열되어 있으므로, 상기 제3 크랙열(153)이 가장 먼저 형성되고, 이어서 제2 및 제1 크랙열(152,151)이 순차적으로 형성된다. 따라서, 제3 크랙열(153) 형성을 위한 상기 제3 레이저광(L3)은 상기 제2 및 제1 크랙열(152,151)에 의해 산란됨이 없이 가공 대상물(10) 내부의 원하는 위치에 정확하게 제3 집광점(S3)을 형성할 수 있게 된다. 그리고, 본 실시예에서는 레이저 가공 장치(100)가 한번만 이동함으로써 제1, 제2 및 제3 크랙열(151,152,153)을 동시에 형성할 수 있으므로 가공 시간을 크게 줄일 수 있다. 한편, 이상의 실시예에서는 레이저 가공장치(100)가 제1 방향(101)으로 이동하면서 가공 대상물(10) 내부에 제1, 제2 및 제3 크랙열(151,152,153)을 형성하는 경우가 설명되었다. 그러나 상기 레이저 가공장치(100)가 정지된 상태에서 상기 가공대상물(10)이 상기 제1 방향(101)으로 이동함으로써 가공 대상물(10) 내부에 제1, 제2 및 제3 크랙열(151,152,153)을 형성하는 것도 가능하다.

도 7에는 도 6에 도시된 방법에 의해 가공 대상물(10) 내부에 형성된 크랙열들(151,152,153)을 레이저 가공장치의 이동방향(101)에서 본 단면이 도시되어 있다. 그리고, 도 8a 및 도 8b는 도 7에 도시된 제1, 제2 및 제3 크랙열들(151,152,153)이 형성된 가공 대상물(10)을 외부 응력에 의해 절단하는 과정을 도시한 것이다. 도 6a 및 도 6b는 내부 크랙열 및 스크라이빙 라인이 형성된 가공대상물에 외부 응력을 가하여 가공대상물을 절단하는 과정을 도시한 것이다. 한편, 이상의 실시예에서는 가공 대상물(10) 내부에만 복수의 크랙열(151,152,153)이 형성되고, 가공 대상물(10)의 표면(10a)도 6a 및 도 6b는 내부 크랙열 및 스크라이빙 라인이 형성된 가공대상물에 외부 응력을 가하여 가공대상물을 절단하는 과정을 도시한 것이다. 도 8a 및 도 8b를 참조하면, 가공 대상물(10) 내부에 제1, 제2 및 제3 크랙열(151,152,153)을 형성한 후, 가공 대상물(10)에 외부 응력을 가하게 되면, 도 8a를 도시된 바와 같이 제1, 제2 및 제3 크랙열(151,152,153)을 연결하는 균열이 생기게 되고, 이어서 외부 응력이 지속되면 8b에 도시된 바와 같이 균열을 중심으로 가공 대상물(10)이 절단되게 된다. 한편, 이상의 실시예에서는 가공대상물(10) 내부에만 복수의 크랙열(151,152,153)이 형성되고, 가공대상물(10)의 표면(10a)에는 크랙이 형성되지 않는 경우가 설명되었다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 가공방법을 도시한 것이다. 도 10은 도 9에 도시된 방법에 의해 가공된 가공 대상물의 내부를 도시한 단면도이다. 이하에서는 전술한 실시예와 다른 점을 중심으로 설명하기로 한다.

도 9 및 도 10을 참조하면, 레이저 가공장치(도 3의 100)나 가공 대상물(10)이 제1 방향(도 6의 101)으로 이동함으로써 가공 대상물(10) 내부에 제1, 제2 및 제3 레이저광(L1,L2,L3)에 의하여 제1, 제2 및 제3 크랙열(151,152,153)이 형성된다. 여기서, 상기 제1 방향(도 6의 101)을 기준으로 제3, 제2 및 제1 크랙열(163,162,161)이 순차적으로 형성되며, 가공 대상물(10)의 깊이 방향으로 제1, 제2 및 제3 크랙열(161,162,163)이 순차적으로 형성된다. 그리고, 본 실시예에서는 상기 가공 대상물(10)의 표면(10a)으로부터 가장 낮은 깊이에 형성되는 제1 크랙열(161)에 대응하여 표면 크랙(164)이 형성될 수 있다. 이러한 표면 크랙(164)은 제1 크랙열(161)과 가공 대상물(10)의 표면(10a) 사이의 거리, 제1 레이저광(161)의 펄스 폭 등을 변경함으로써 형성될 수 있다. 이러한 표면 크랙(164)은 그 폭이 대략 1㎛ 이하가 될 수 있다.

이러한 표면 크랙(164)에 의해 상기 가공 대상물(10)은 보다 용이하게 절단될 수 있다. 한편, 1㎛ 이하의 폭을 가지는 표면 크랙(164)은 가공 대상물(10) 상에 적층되는 반도체 소자 등에는 영향을 미치지 않게 된다.

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.

10... 가공 대상물 10a... 가공 대상물의 표면
S1,S2,S3... 제1, 제2, 제3 집광점
L... 레이저 광 L1,L2,L3... 제1, 제2, 제3 레이저광
A... 광분리기와 집속렌즈 사이의 거리
B... 반사미러의 회전각도
100... 레이저 가공장치 110... 광원
120... 광분리기 130... 집속렌즈
140... 반사미러
151,161.. 제1 크랙열 152,162... 제2 크랙열
153,163... 제3 크랙열 164... 표면 크랙

Claims

복수의 레이저광을 가공 대상물의 내부에 포커싱함으로써, 상기 가공 대상물의 표면으로부터 소정 깊이들을 가지며 제1 방향을 기준으로 순차적으로 배열되는 복수의 집광점을 형성하는 단계; 및
상기 레이저광들 및 상기 가공대상물 중 어느 하나를 상기 제1 방향으로 이동시킴으로써 상기 가공 대상물 내부에 상기 집광점들에 대응하는 복수의 크랙열을 형성하는 단계;를 포함하는 레이저 가공방법.
제 1 항에 있어서,
상기 집광점들은 상기 레이저광들이 입사하는 상기 가공 대상물의 표면으로부터 더 깊은 깊이에 위치할수록 상기 제1 방향을 기준으로 더 앞쪽에 배열되는 레이저 가공방법.
제 1 항에 있어서,
상기 크랙열들은 상기 집광점들에서 발생되는 다광자(multiple photon) 흡수에 의해 형성되는 레이저 가공방법.
제 1 항에 있어서,
상기 레이저광들 각각은 그 펄스폭이 1ns(nano second) 이하인 레이저 가공방법.
제 4 항에 있어서,
상기 집광점들에서의 피크 파워밀도는 1× 10⁸ W/cm² 이상인 레이저 가공방법.
제 1 항에 있어서,
상기 가공 대상물은 사파이어 기판 또는 유리 기판을 포함하는 레이저 가공방법.
제 1 항에 있어서,
상기 크랙열들이 형성된 상기 가공 대상물의 표면에는 크랙이 형성되지 않은 레이저 가공방법.
제 1 항에 있어서,
상기 크랙열들이 형성된 상기 가공 대상물의 표면에는 상기 가공대상물의 표면으로부터 가장 가까운 상기 크랙열에 대응하는 표면 크랙이 형성되어 있는 레이저 가공방법.
제 1 항에 있어서,
상기 표면 크랙은 폭이 1㎛ 이하인 레이저 가공방법.
제 1 항에 있어서,
상기 크랙열들을 형성한 다음, 외부 응력에 의해 상기 가공 대상물을 절단하는 단계를 더 포함하는 레이저 가공방법.
제 1 항에 있어서,
광원으로부터 출사된 레이저광을 광분리기에 의해 상기 복수의 레이저광으로 분리시키는 단계;
상기 레이저광들을 집속 렌즈를 경유하여 회전가능하게 설치된 반사미러에 입사시키는 단계; 및
상기 반사미러로부터 반사된 상기 복수의 레이저광을 상기 가공대상물의 내부에 포커싱하는 단계;를 더 포함하는 레이저 가공방법.
제 11 항에 있어서,
상기 집속점들 사이의 간격은 상기 광분리기와 집속렌즈 사이의 거리 및 상기 반사미러의 회전각도 중 적어도 하나에 의해 조절되는 레이저 가공방법.
제 11 항에 있어서,
상기 광분리기는 회절광학계(DOE; diffractive optical element)를 포함하는 레이저 가공방법.
제 11 항에 있어서,
상기 집속렌즈는 텔레센트릭 렌즈(telecentric lens)를 포함하는 레이저 가공방법.
광원으로부터 출사된 레이저광을 광분리기를 통해 복수의 레이저광으로 분리시키는 단계;
상기 레이저광들을 집속 렌즈를 경유하여 회전가능하게 설치된 반사미러에 입사시키는 단계;
상기 반사미러로부터 반사된 상기 레이저광들을 가공대상물의 내부에 포커싱함으로써 상기 가공 대상물의 표면으로부터 소정 깊이를 가지며 제1 방향을 기준으로 순차적으로 배열되는 복수의 집광점을 형성하는 단계; 및
상기 레이저광들 및 상기 가공대상물 중 어느 하나를 상기 제1 방향으로 이동시킴으로써 상기 가공 대상물 내부에 상기 집광점들에 대응하는 복수의 크랙열을 형성하는 단계;를 포함하는 레이저 가공방법.
제 15 항에 있어서,
상기 집광점들은 상기 레이저광들이 입사하는 상기 가공 대상물의 표면으로부터 더 깊은 깊이에 위치할수록 상기 제1 방향을 기준으로 더 앞쪽에 배열되는 레이저 가공방법.
제 15 항에 있어서,
상기 레이저광들 각각은 그 펄스폭이 1ns(nano second) 이하이고, 상기 집광점들에서의 피크 파워밀도는 1× 10⁸ W/cm² 이상인 레이저 가공방법.
제 15 항에 있어서,
상기 크랙열들을 형성한 다음, 외부 응력에 의해 상기 가공 대상물을 절단하는 단계를 더 포함하는 레이저 가공방법.
레이저광을 출사하는 광원;
상기 광원으로부터 출사된 레이저광을 복수의 레이저광으로 분리시키는 광분리기;
상기 광분리기로부터 출사되는 레이저광들을 집속하는 집속 렌즈;
회전가능하게 설치되는 것으로, 상기 집속 렌즈를 통과한 레이저광들을 반사시켜 가공 대상물의 내부에 포커싱시키는 반사미러;를 포함하고,
상기 가공 대상물의 표면으로부터 소정 깊이를 가지며 제1 방향을 기준으로 순차적으로 배열되는 복수의 집광점을 형성하는 레이저 가공장치.
제 19 항에 있어서,
상기 레이저 가공 장치 및 상기 가공대상물 중 어느 하나가 상기 제1 방향으로 이동함으로써 상기 가공 대상물 내부에 상기 집광점들에 대응하는 복수의 크랙열을 형성하는 레이저 가공장치.
제 19 항에 있어서,
상기 집광점들은 상기 레이저광들이 입사하는 상기 가공 대상물의 표면으로부터 더 깊은 깊이에 위치할수록 상기 제1 방향을 기준으로 더 앞쪽에 배열되는 레이저 가공장치.
제 19 항에 있어서,
상기 레이저광들 각각은 그 펄스폭이 1ns(nano second) 이하이고, 상기 집광점들에서의 피크 파워밀도는 1× 10⁸ W/cm² 이상인 레이저 가공장치.
제 19 항에 있어서,
상기 집속점들 사이의 간격은 상기 광분리기와 집속렌즈 사이의 거리 및 상기 반사미러의 회전각도 중 적어도 하나에 의해 조절되는 레이저 가공방법.
제 19 항에 있어서,
상기 광분리기는 회절광학계(DOE)를 포함하는 레이저 가공방법.
제 19 항에 있어서,
상기 집속렌즈는 텔레센트릭 렌즈(telecentric lens)를 포함하는 레이저 가공방법.