KR20140065547A

KR20140065547A - 레이저 가공 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20140065547A
Application number: KR1020120129761A
Authority: KR
Inventors: 성진우; 박상영
Original assignee: 주식회사 이오테크닉스
Priority date: 2012-11-15
Filing date: 2012-11-15
Publication date: 2014-05-30
Also published as: KR101425492B1

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.

Description

레이저 가공 장치 및 방법{Laser machining apparatus and method thereof}

레이저 가공 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 2빔을 이용하여 동시에 가공할 수 있는 레이저 가공 장치 및 방법에 관한 것이다.

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.

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.

간격이 좁은 동일 패턴 기판 가공시 적용할 수 있는 2빔 가공(2-beam machining)이 가능한 레이저 가공 장치 및 방법을 제공한다.

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.

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.

상기 빔 결합 유닛은, 입사되는 레이저 빔을 분기하여 상기 제1레이저 빔과 제2레이저 빔을 형성하는 빔 분할기;를 더 포함할 수 있다.

상기 빔 분할기는 단일 광원으로부터 입사되는 레이저 빔을 제1레이저 빔과 제2레이저 빔으로 분기할 수 있다.

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.

상기 파장판은 반파장판일 수 있다.

상기 빔 결합기는 입사되는 제1레이저 빔과 제2레이저 빔을 편광에 따라 반사 및 투과하여 결합시키는 편광의존성 빔 결합기일 수 있다.

상기 제1레이저 빔을 제공하는 제1광원과; 상기 제2레이저 빔을 제공하는 제2광원;을 포함할 수 있다.

상기 집광 렌즈는 텔레센트릭 렌즈일 수 있다.

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.

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.

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.

빔 분할기에 의해 입사되는 레이저 빔을 제1레이저 빔과 제2레이저 빔으로 분기하여 상기 제1 및 제2반사 미러로 제공하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

상기 빔 분할기에 입사되는 레이저 빔은 단일 광원으로부터 출사된 레이저 빔일 수 있다.

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.

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.

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.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공 장치를 개략적으로 보여준다. 도 2는 도 1의 결합 유닛에서의 광경로를 보여준다.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

상기 스캐너(200)는 입사되는 제1 및 제2레이저 빔(L1,L2)을 편향시켜, 가공 대상물(W)의 원하는 위치에 조사할 수 있다.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

이상에서는 복수의 레이저 빔 제공부의 몇몇 변형 예를 설명하였는데, 이외에도 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다.

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.

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.

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.

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.

도 5 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공 장치를 이용하여 가공 대상물(W)을 절단하는 과정을 보여준다.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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 대상물

Claims

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 포함하는 레이저 가공 장치.
제1항에 있어서, 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.
제2항에 있어서, 상기 빔 결합 유닛은,
입사되는 레이저 빔을 분기하여 상기 제1레이저 빔과 제2레이저 빔을 형성하는 빔 분할기;를 더 포함하는 레이저 가공 장치.
제3항에 있어서, 상기 빔 분할기는 단일 광원으로부터 입사되는 레이저 빔을 제1레이저 빔과 제2레이저 빔으로 분기하는 레이저 가공 장치.
제4항에 있어서, 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 구비하는 레이저 가공 장치.
제5항에 있어서, 상기 파장판은 반파장판인 레이저 가공 장치.
제5항에 있어서, 상기 빔 결합기는 입사되는 제1레이저 빔과 제2레이저 빔을 편광에 따라 반사 및 투과하여 결합시키는 편광의존성 빔 결합기인 레이저 가공 장치.
제2항에 있어서, 상기 제1레이저 빔을 제공하는 제1광원과;
상기 제2레이저 빔을 제공하는 제2광원;을 포함하는 레이저 가공 장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 집광 렌즈는 텔레센트릭 렌즈인 레이저 가공 장치.
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 포함하는 레이저 가공 방법.
제10항에 있어서, 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 포함하는 레이저 가공 방법.
제11항에 있어서, 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.
제12항에 있어서, 빔 분할기에 의해 입사되는 레이저 빔을 제1레이저 빔과 제2레이저 빔으로 분기하여 상기 제1 및 제2반사 미러로 제공하는 단계;를 더 포함하는 레이저 가공 방법.
제13항에 있어서, 상기 빔 분할기에 입사되는 레이저 빔은 단일 광원으로부터 출사된 레이저 빔인 레이저 가공 방법.