KR20140066864A - 레이저 가공 방법 및 이를 적용하는 장치 - Google Patents

레이저 가공 방법 및 이를 적용하는 장치 Download PDF

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Abstract

레이저 가공 방법 및 장치에 관해 기술된다. 레이저 가공 방법은 임의 진행 축 상을 진행하는 레이저-빔을 형성하는 단계; 상기 레이저-빔의 단면 형상을 제어하여, 레이저-빔 단면의 제1방향과 이와 다른 제2방향으로의 폭이 다른 횡장형 단면을 가지는 횡장형 레이저-빔을 형성하는 단계; 상기 횡장형 레이저-빔을 피가공물에 집중시켜 임의 크기의 빔 스팟을 형성하여 상기 피가공물을 가공하는 단계; 를 포함한다.

Description

레이저 가공 방법 및 이를 적용하는 장치{method of laser machining and apparatus adopting the method}
본 발명은 레이저 가공 방법 및 이를 적용하는 장치에 관련한 것으로 상세하게 웨이퍼 등과 같은 기판을 안전하게 절단하는 방법 및 이를 적용하는 장치에 관련한다.
레이저 가공 장치는 미세 패턴의 형성 및 가공이 요구되는 반도체 소자 제조 공정에 다양한 형태로 응용된다. 예를 들어, 반도체 소자 제조 공정에서 피가공물인 웨이퍼의 액티브 영역들을 커팅(분리)하여 개별 반도체 칩으로서 분리하는 공정에 레이저 가공 장치가 이용된다.
일반적으로 웨이퍼 표면에는 저유전(low-k) 물질 등을 포함하는 다양한 물질로 된 절연막이 형성되어 있다. 절연막 상에 액티브 영역이 완성된 웨이퍼는 소잉 또는 커팅에 의한 칩 분리 과정을 거치게 된다.
칩을 분리하기 위하여 수행되는 웨이퍼 커팅의 고전적인 방법은 기계적 절단 장치인 소우 장치가 전적으로 이용되었다. 그러나, 이러한 기계적인 소우 장치는 웨이퍼에 대한 진동과 충격을 수반할 뿐 아니라 이에 따른 가공 불량으로 제품 수율(yield)을 크게 떨어뜨렸다.
이러한 문제를 가지는 기계적 절단 방법의 대안으로 본 출원인은 한국특허등록 0969946(2010.07.06)를 통해 레이저 가공을 응용한 웨이퍼 절단 방법 및 장치를 제안하였다.
위의 방법은 커팅 예정 라인인 소우레인(Saw Lane)을 따라 웨이퍼를 절단함에 있어서, 먼저 웨이퍼 표면의 절연막을 레이저 등에 의해 1차 제거한 후, 웨이퍼 본체를 소우(saw) 등에 의해 커팅한다. 웨이퍼 상의 절연막을 커팅 예정 라인을 따라 제거하는 과정에서는, 상기 소우레인의 길이 방향 양측 가장자리 즉, 에지 부분을 따라 절연막을 제거하고, 이에 이어 에지-사이 부분, 소우레인 상의 절연막을 제거한다. 이러한 절연막 제거 과정에서, 상기 소우레인의 에지 부분은 두 개의 레이저-빔을 이용해 선 제거하고, 에지-사이에 소우레인 부분은 두 개의 이상, 예를 들어 4개 또는 그 이상의 빔을 이용하여 가공(제거)되며, 이때에 예를 들어 적어도 4분할된 레이저-빔이 이용된다.
상기와 같은 에지 가공의 목적은 소우 가공 시 진동 및 충격, 그리고 레이저로 에지-사이 가공 시 발생하여 재료 내부로 전달되는 충격파를 물리적으로 격리(isolation) 시킴으로써 칩 패턴(active area)쪽 층간 박리(Delamination) 현상을 방지하기 위함이다. 그리고, 에지 가공 후, 에지-사이의 가공의 목적은 소우 가공 시, 에지-사이에 남아 있는 절연막에 의해 발생하여 소우에 전달되는 저항력을 최소화함으로써 생산속도를 높이고 칩의 커팅 품질향상을 하기 위함이다. 특히, 에지-사이 가공은 저항력 최소화를 위해 가능한 많은 양(부피)의 절연물질을 제거하는 것이 후속 소우 공정에 유리하다. 그러나, 상기 웨이퍼 절단 방법 및 장치는 다중빔(multi-beam)에 의한 절연막 가공방식은 생산성 향상에 한계가 있다. 일 례로 60um너비로 절연막을 제거할 때, 빔 스팟 직경이 5um라고 한다면, 1개의 빔으로 가공했을 때 12회, 2개 빔인 경우 6회, 4개 빔인 경우 3회를 반복해야만 한다. 결국 이러한 반복가공은 반복 횟수만큼 생산성을 떨어뜨리게 된다. 또한, 산술적으로 빔 갯수를 늘림으로써 넓은 너비의 가공 폭을 가공 할 수도 있겠으나, 빔 갯수를 늘리기 위한 광학계구성을 위해서는 다량의 광학요소들이 추가로 필요하기 때문에 빔 갯수를 늘림에 있어서 공간적 한계를 가질 수 있다.
본 발명은 단일 또는 소수의 레이저-빔에 의해서도 피가공물에 대한 넓은 폭의 레이저 가공이 가능한 레이저 가공 방법 및 이를 적용하는 레이저 가공 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 복잡하지 않은 광학 구조에 의해서도 피가공물에 대한 가공 폭을 용이하게 제어할 수 있는 레이저 가공 방법 및 이를 적용하는 레이저 가공 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 레이저 가공 방법: 은
레이저-빔을 형성하는 단계;
상기 레이저-빔의 단면 형상을 제어하여, 레이저-빔 단면의 제1방향과 이와 다른 제2방향으로의 폭이 다른 횡장형 단면을 가지는 레이저-빔을 형성하는 단계;
상기 레이저-빔을 피가공물에 집중시켜 임의 크기의 빔 스팟을 형성하여 상기 피가공물을 가공하는 단계; 를 포함한다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면,
상기 횡장형 단면을 가지는 레이저-빔을, 레이저-빔의 진행 축을 중심으로 피 가공물에 대해 상대적으로 회전시켜 임의 방향에서의 레이저-빔 스팟의 폭을 변화시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예 따르면,
상기 임의 방향에서의 빔 스팟의 폭은 상기 피가공물에 대한 가공 폭에 대응할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 에에 따르면,
상기 레이저-빔의 단면 형상은 직사각형, 타원형 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면,
상기 레이저-빔의 단면 형상의 제어는 상기 레이저-빔의 진행 경로 상에 마련되어 상기 레이저-빔의 단면 형상을 제어하는 빔 조형기를 이용할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면,
상기 빔 조형기는 상기 진행 축을 중심으로 회전 가능하게 설치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면,
상기 빔 조형기는 굴절 및 회절 중 어느 하나에 의한 광학 렌즈의 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면,
상기 광학 렌즈의 구조를 가지는 빔 조형기는 상기 레이저-빔을 상기 피가공물에 집속 시키는 집속 렌즈의 기능을 더 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면,
상기 빔 조형기는 상기 횡장형 단면에 대응하는 빔 통과 윈도우를 가지는 마스크를 적용할 수 있다.
본 발명에 따른 레이저 가공 장치:는
레이저-빔을 발생하는 광원;
상기 레이저-빔의 진행 축 상에 위치하는 것으로, 상기 광원으로부터의 레이저-빔을 제1방향의 폭과 이와 다른 제2방향의 폭이 서로 다른 횡장형 단면을 가지는 레이저-빔을 형성하는 빔 조형기;
상기 레이저-빔을 피가공물에 집속 시켜 임의 크기의 빔 스팟을 형성하는 집속 렌즈;를 구비한다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면,
상기 빔 조형기는 상기 진행 축을 중심으로 회전 가능하게 설치되어, 상기 가공물에 형성되는 빔 스팟의 임의 방향에서의 폭을 변화시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예 따르면,
상기 임의 방향에서의 빔 스팟의 폭은 상기 피가공물에 대한 가공 폭에 대응할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 에에 따르면,
상기 레이저-빔의 단면 형상은 직사각형, 타원형 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면,
상기 빔 조형기는 굴절 및 회절 중 어느 하나에 의한 광학 렌즈의 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면,
상기 광학 렌즈의 구조를 가지는 빔 조형기는 상기 레이저-빔을 상기 피가공물에 집속 시키는 집속 렌즈의 기능을 더 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면,
상기 빔 조형기는 상기 횡장형 단면에 대응하는 빔 통과 윈도우를 가지는 마스크를 적용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 에지 가공 라인 사이의 저유전 물질 가공 시, 가공 폭 전체에 대해 공간적으로 원하는 에너지 분포를 가지도록 폭 조절이 가능한 횡장형 빔 스팟을 얻을 수 있다. 횡장형 빔 스팟을 형성하는 광학계 또는 피가공물을 지지하는 스테이지의 회전에 의해 가공방향에 대한 가공 폭을 용이하게 조절할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면 가공 폭의 변화를 위해 이들 광학계의 회전각 변화만 하면 되므로 가공 폭에 따른 광학계 교체 등이 필요 없다.
본 발명은 종래와 같이 일정한 폭의 에지 사이 가공을 위해 레이저-빔을 다수 반복하여 조사하던 종래 방법이 가지고 있는 낮은 생산성의 문제를 크게 개선한다. 또한, 산술적으로 빔 갯수를 늘리기 위하여 고비용의 복잡한 광학계를 요구하지 않는다.
도1은 본 발명에 따른 레이저 가공 방법에서 피가공물에 대한 횡장형 빔 스팟의 회전에 의해 가공 폭을 제어하는 방법을 예시한다.
도2는 본 발명에 따른 레이저 가공 방법에서 피가공물에 대한 횡장형 빔 스팟의 회전에 의해 가공 폭의 변화를 예시한다.
도3은 본 발명에 따른 빔 조형기의 실시 예인 빔-조형 마스크를 예시한다.
도4는 본 발명에 따른 빔 조형기의 실시 예인 빔-조형 렌즈를 예시한다.
도5는 본 발명에 따른 레이저 가공 방법을 적용하는 레이저 가공장치에서, 빔-조형 렌즈를 포함하는 레이저-빔 집속 광학계를 예시한다.
도6및 도7은 본 발명에 따른 레이저 가공 방법을 설명하는 것으로서 빔 조형기의 회전에 따른 가공 폭의 조절을 설명한다.
도8 및 도9는 본 발명에 따른 레이저 가공 방법을 적용하는 웨이퍼 절단용 레이저 가공 장치의 실시 예들을 도시한다.
도10a 내지 도10d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 가공 방법에서, 웨이퍼과 같은 피가공물에 대한 레이저 가공 과정을 예시한다.
도11a 내지 도11d는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 레이저 가공 방법에서, 웨이퍼과 같은 피가공물에 대한 레이저 가공 과정을 예시한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서, 본 발명에 따른 레이저 가공 방법 및 이를 적용하는 레이저 가공 장치의 실시 예를 설명한다.
도1은 본 발명에 따른 레이저 가공 방법에서 피가공물에 대한 횡장형 빔 스팟의 회전에 의해 가공 폭을 제어하는 방법을 예시한다.
도1에서, 참조번호 1은 피가공물, 예를 들어 웨이퍼의 피가공면 또는 그 표면에 형성된 절연막을 나타내며, 2는 피가공물의 커팅 예상 라인, 그리고 3은 피가공물의 커팅 예상 라인을 가공하기 위한 횡장형 빔 스팟이다. 상기 횡장형 빔 스팟은 제1방향(레이저-빔의 단면에서 장축 방향)과 이와 다른 제2방향(레이저-빔의 단면에서 단축 방향)으로의 폭이 다른 단면 형상을 가진다.
도1에 도시된 바와 같이, 피가공물(1, 또는 절연막)에 대한 가공 방향(4)에 나란한 방향으로 커팅 예상 라인인 소우레인(Saw Lane, 2)이 마련되어 있다. 이때에 소우레인(2)에는 횡장형 빔 스팟(3)이 형성되어 있다. 따라서, 횡장형 빔 스팟(3)에 의해 소우레인(2)에 대한 레이저-빔 가공이 수행된다. 여기에서 횡장형 빔 스팟(3)의 장축이 소우레인(2)에 나란한 가공 방향인 Y-Y 방향 및 이에 직교하는 X-X 방향에 대해 소정 각도 기울어져 있다. 결과적으로 상기 횡장형 빔 스팟(3)의 기울기는 상기 소우레인(2)의 가공 폭(2a)을 결정한다. 이것은 하나의 빔 스팟으로 레이저 가공 폭을 조절할 수 있다는 점을 의미하다.
즉, 도2에 도시된 바와 같이, 횡장형 빔 스팟(3)의 기울기 변화 또는 각도 변화에 따라 Y-Y 방향으로 연장되는 레이저 가공 라인의 가공 폭(2a, 2b, 2c)이 다양하게 변화된다.
이때에, 횡장형 빔 스팟(3)이 X-X 방향에 나란하게 되면, 최대의 가공폭(2b)이 결정되며, 그리고 횡장형 빔 스팟(3)이 X-X 방향에 수직, 즉 Y-Y 방향에 나란하게 되면 최소의 가공 폭(2c)이 결정된다. 그리고, 상기 횡장형 빔 스팟(3)이 X-X 방향과 Y-Y 방향에 기울어 져 있게 되며, 상기 값들의 중간 값의 가공 폭(2a)를 얻게 된다.
이러한 본 발명에 따르면, 하나의 빔 스팟으로 폭이 넓은 가공 영역을 처리할 수 있으며, 이러한 가공 폭의 최대 값은 횡장형 빔 스팟의 장축 방향의 길이에 의존함을 알 수 있다. 본 발명에서 이용하는 횡장형 빔의 단면 형상은 도1, 2에 도시된 바와 같이 직사각형이 바람직하나, 다른 실시 예에 따르면 좁고 긴 타원형 또는 다각형의 형상을 가질 수 있다.
상기와 같은 횡장형 빔 스팟은 광원으로부터 직접 얻기 어려우므로, 본 발명에 따라 빔 조형기(beam shaper)에 의해 얻는다. 빔 조형기는 일반적인 원형 또는 약간의 타원형 단면의 레이저-빔을 좁고 긴 횡단면을 가지는 레이저-빔(이하 횡장형 레이저-빔)으로 변형 또는 조형한다. 이러한 빔 조형기는 단순히 타원형 윈도우를 가지는 빔-조형 마스크, 또는 빔 속의 굴절 등을 이용하는 이미지광학계나 회절(diffraction)을 이용한 회절광학소자(DOE, Diffraction Optical Element) 등에 의한 렌즈형 빔-조형기를 적용할 수 있다. 그러나, 본 발명은 상기와 같은 빔-조형 마스크 또는 렌즈형 빔-조형기에 의해 그 기술적 범위가 제한되지 않는다.
도 3은 마스크형 빔 조형기로서 빔-조형 마스크의 일 실시 예를 도시한다.
도3에 도시된 바와 같이 빔-조형 마스크(61)에는 슬릿형 또는 사각형의 레이저-빔 통과 윈도우(61a)가 형성되어 있다. 이러한 빔-조형 마스크(61)에 의하면 입사하는 레이저-빔(B1)의 단면 형상에 관계없이 목적하는 횡장형 레이저-빔(B2)을 형성할 수 있다. 도3에는 윈도우(61a)가 직사각형으로 예시되어 있으나, 다른 실시 예에 따르면 타원형, 또는 좁고 긴 다각형으로 형성될 수도 있다. 이 방법은 입사하는 레이저-빔의 일부를 사용할 수 없어 광 손실을 피할 수 없으며, 특히 입사하는 레이저-빔에 견딜 수 있는 마스크 재료가 선택되어야 한다. 한편, 이러한 빔-조형 마스크(61)는 다른 실시 예에 따라 상기 윈도우(61a)는 광을 투과하는 영역이고, 그 주위의 부분은 차단 또는 산란하는 광학적 필터 구조를 가질 수 있다.
도4는 입사하는 레이저-빔(B1)을 손실 없이 횡장형 레이저-빔(B3)으로 성형 또는 조형하는 전술한 빔-조형 렌즈(62)를 예시한다. 빔-조형 렌즈를 굴절 또는 회절 구조에 의해 원형 레이저-빔을 횡장형 레이저-빔으로 성형하는 것이므로, 그 자체가 집속력(focusing power)을 가질 수 있고 따라서 별도의 집속 렌즈의 도움이 없이 피 가공물에 직접 횡장형 빔 스팟을 형성할 수 도 있다.
도5는 상기 빔-조형 렌즈(62)를 포함하는 레이저-빔 집속 광학계를 예시한다. 도5에 도시된 바와 같이, 빔-조형 렌즈(62)는 입사 레이저-빔(B1)을 좁고 긴 횡장형 단면(3a)을 가지는 횡장형 레이저-빔(B3)을 형성한다. 이러한 빔-조형 렌즈(62)는 전술한 바와 같이 이미지광학소자 또는 회절광학소자(DOE)등의 구조를 가질 수 있으며, 도5에서는 이러한 렌즈(62)가 단순하게 표시되어 있다. 상기 횡장형 레이저-빔(B3)을 집속 렌즈(7)를 통해 피가공물(1)의 표면에 횡장형 빔 스팟(3)을 형성한다. 상기 집속 렌즈(7)는 선택적인 요소로서 상기 빔-조형 렌즈(62)가 상기 집속 렌즈(7)가 가지는 정도의 집속 파워를 가지는 경우, 상기 집속 렌즈(7)는 배제될 수 있다. 이러한 집속 렌즈(7)는 도3에 도시된 바와 같이 입사하는 레이저-빔(B1)을 단순히 필터링하는 구조의 경우 횡장형 레이저-빔(B2)을 피가공물에 집속하기 위한 집속 렌즈가 필요할 것이다. 이와 같이 집속 렌즈는 시스템의 구조에 따라 선택적으로 채용될 수 있으며, 따라서 본 발명은 집속 렌즈(7)의 유무에 따라서 그 기술적 범위가 제한되지 않는다.
도6및 도7은 본 발명에 따른 레이저 가공 방법을 설명하는 것으로서 빔 조형기의 회전에 따른 가공 폭의 조절을 설명한다.
먼저, 도6의 (a) 부분에 도시된 바와 같이, 빔-조형 렌즈(62)는 입사하는 레이저-빔(B1)을 횡장형 레이저-빔(B3)로 성형한 후, 피가공물(1)의 표면에 횡장형 빔 스팟(3)을 형성한다. 횡장형 빔 스팟(3)은 빔-조형 렌즈(62)의 방향에 따라 횡장형 빔 스팟(3)의 장축 방향(3a)이 결정된다. 즉, 빔-조형 렌즈(62)는 방향성을 가지며, 도6의 (b)에 도시된 바와 같이 빔-조형 렌즈(62)의 기준선(62a)이 가공 방향인 Y-Y방향에 수직이고 Y-Y 방향에 직교하는 X-X방향에 나란하면, 횡장형 빔 스팟(3)의 장축(3a)은 가공 방향(Y-Y)에 수직을 이룬다. 그리고, 상기 기준선(62a)이 X-X방향에 대해 소정 각도(θ) 기울어 지면 가공 방향으로의 레이저 가공 폭이 변화된다. 도6은 결론적으로 방향성을 가지는 빔-조형 렌즈의 회전 방향을 조절에 의해 레이저 가공 폭의 조절이 가능함으로 보여준다. 이와 같은 빔-조형 렌즈의 회전에 의한 레이저 가공 폭의 조절은 전술한 빔-조형 마스크(61)의 회전에 의해서도 가능하다.
도7의 (a) 부분에 도시된 바와 같이, 횡장형 윈도우(61a)를 가지는 빔-조형 마스크(61)는, 입사하는 레이저-빔(B1)을 필터링하여 횡장형 레이저-빔(B2)으로 성형 또는 조형하고, 집속 렌즈(7)는 상기 횡장형 레이저-빔(B2)을 소정 크기로 집속하여 횡장형 빔 스팟(3)을 형성한다. 상기 횡장형 빔 스팟(3)은 빔-조형 마스크(61)의 방향에 따라 횡장형 빔 스팟(3)의 장축 방향(3a)이 결정된다. 따라서, 도7의 (b)에 도시된 바와 같이 빔-조형 마스크(61)에 형성된 횡장형 윈도우(61a)의 장축 방향으로 연장되는 기준선(61b)이 가공 방향인 Y-Y방향에 수직이고, Y-Y 방향에 직교하는 X-X방향에 대해 나란하게 되면, 횡장형 빔 스팟(3)의 장축(3a)은 소우레인의 연장방향인 가공 방향(Y-Y)에 수직을 이룬다. 또한, 도7의 (c) 부분에 도시된 바와 같이, 상기 기준선(61b)이 X-X 방향에 대해 소정 각도(θ) 기울어 지면 횡장형 빔 스팟(3)의 장축 방향(3a)이 X-X 방향에 기울어지며, 따라서 가공 방향(Y-Y)으로의 레이저 가공 폭이 변화된다.
도6과 도7에서 레이저 가공 폭을 조절하기 위하여 빔-조형 렌즈(62)나 빔-조형 마스크(61)를 회전시키는 것으로 설명되었으나, 본 발명의 다른 실시 예들에 따라며, 상기 빔-조형 렌즈(62)나 빔-조형 마스크(61)는 회전하지 않고, 상대적으로 피 가공물(1)이 회전할 수 있다. 피 가공물(1)의 회전은 이를 지지하는 턴테이블을 회전시키는 것에 의해 가능하며, 따라서, 턴테이블이 회전 가능한 로터리 턴테이블을 구조를 가질 수 있다.
한편, 도7의 (a) 부분에 도시된 바와 같이, 횡장형 빔 스팟(3)은 집속 렌즈(7)의 초점 위치로부터 임의 거리 벗어난(오프셋) 위치에 형성된다. 여기에서 오프셋 거리는 횡장형 스팟의 크기, 특히 최대 레이저 가공 폭을 결정하는 장축 방향의 길이에 연관되며 따라서 오프셋 거리의 적절한 조절에 의해 횡장형 빔 스팟에 의한 최대 가공 폭을 조절할 수 도 있다.
도8 및 도9는 본 발명에 따른 레이저 가공 방법을 적용하는 웨이퍼 절단용 레이저 가공 장치의 실시 예들을 도시한다.
도8에 도시된 레이저 가공 장치는 하나의 광원 또는 레이저 출사부(101)를 이용해 에지 가공 및 에지-사이의 가공을 수행하는 구조를 가진다. 구체적으로 살펴보면, 레이저 가공 장치는, 피가공물(1) 장착되는 스테이지(110), 상기 상기 스테이지(110)에 마련되는 이송부의 제어를 포함하여 피가공물(1)에 대한 레이저 가공 과정 및 이를 위한 모든 요소를 제어하는 제어부(105), 상기 피가공물의 가공을 위한 레이저-빔을 발생하는 레이저 광원 또는 레이저 출사부(101), 레이저-빔을 상기 피가공물(1)의 커팅 예정 라인을 따라 소우레인의 양측 가장자리(에지) 부분의 제거하는 에지 가공부(103) 및 에지-사이 부분을 가공하는 에지-사이 가공부(104)를 포함한다.
상기 레이저 출사부(101)와 가공부(103, 104) 들 사이에는 레이저 출사부(101)부터의 레이저 진행 경로를 에지 가공부(103)로 향하는 제1광경로(102a) 또는 에지-사이 가공부(104)로 향하는 제2광경로(102b)로 스위칭하는 광로 변경부(102)가 마련된다. 상가 에지 가공부(103)는 하나의 레이저 빔을 두 개의 레이저 빔으로 분할하는 편광 빔 스플리터(PBS, 미도시)과 같은 빔 분할 수단, 분할된 각 레이저 빔을 피가공물(1)로 진행시키는 미러1및 구동부(103a) 및 미러2및 구동부(103b) 그리고 피가공물로 진행하는 두 개의 빔을 상기 피가공물(1)에 집속하는 빔집속렌즈(103c)를 구비하는 공지의 구조를 가지며, 그 예로서는 대한한국 등록 특허10-0969946에 제시된 구조를 참고할 수 있다. 그리고 본 발명에 따른 에지-사이 가공부(104)에는, 상기 제어부(105)에 의해 전술한 빔-조형기의 작동, 특히 회전을 제어하는 빔-조형기 구동부(106)가 연결된다. 여기에서 빔 조형기 구동부(106)는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 피 가공물(1)이 장착되는 스테이지(110)를 제어하는 구조로 대체될 수 있다. 이 경우 스테이지(110)는 로터리형으로 구성하고, 로터리형 스테이지의 회전 제어에 의해 레이저 가공 폭을 제어한다. 즉, 빔-조형 렌즈 또는 마스크 등의 빔 조형기와 피 가공물 간의 상대적 회전을 통해 피 가공물의 소우레인에 대한 횡장형 빔 스팟의 회전 각도를 제어하고, 이를 통해 레이저 가공 폭을 제어한다. 그리고, 상기 제어부(105)에는 상기 제어부(105)로 전술한 레이저 출사부(101), 스테이지(110), 광로 변경부(102)등과 같은 요소들의 파라미터를 입력하기 위한 입력부(107), 그 결과를 포함하는 다양한 데이터의 출력을 위한 출력부(108), 상기 파라미터 및 데이터 등을 저장하기 위한 저장부(109)를 포함한다. 한편, 도시되지 않았지만, 기존의 레이저 가공 장치에서 와 같이, 상기 제1광경로(102a) 및 제 2광경로(102b)에는 미러 및 빔-확장기(Beam Expanding Telescope)등의 광학요소가 포함될 수 있다.
도9에 도시된 레이저 가공 장치는 별도의 두 레이저 출사부(101a, 101b)를 이용해 에지 가공 및 에지-사이의 가공을 각각 수행하는 구조를 가진다. 구체적으로 살펴보면, 상기 피가공물(1)의 소우레인의 양측 가장자리(에지) 부분의 제거하는 전술한 구조의 에지 가공부(103)와 소우레인의 안쪽 부분 즉, 에지-사이 부분을 가공하는 에지-사이 가공부(104) 각각에 상기 제1광경로(101a’) 및 제 2광경로(101b’)를 통하여 레이저-빔을 제공하는 제1레이저 출사부(101a) 및 제2레이저 출사부(101b)가 연결된다.
상기 레이저 가공 장치에서, 스테이지(110)에 장착된 상기 피가공물(1)을 가공하기 위하여 제어부(105)는 제1레이저 출사부(101a) 및 제2레이저 출사부(101b)를 별도로 제어하여, 소우레인의 가장자리 부분에 대한 에지 가공 및 소우레인 안쪽 부분에 대한 에지-사이 가공을 수행한다. 상기 제어부(105)는 전술한 실시 예에서와 같이 레이저 가공 과정 및 이를 위한 모든 요소를 제어하며, 여기에는 요소 제어를 위한 다양한 파라미터 등을 입력하기 위한 입력부(107), 그 결과를 포함하는 다양한 데이터의 출력을 위한 출력부(108), 상기 파라미터 및 데이터 등을 저장하기 위한 저장부(109)가 연결된다. 그리고 에지-사이 가공부(104)에는, 상기 제어부(105)에 의해 전술한 빔-조형기의 작동, 특히 회전을 제어하는 빔-조형기 구동부(106)가 연결된다. 이때에 전술한 바와 같이 상기 빔-조형기 구동부(106)는, 전술한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에 따라 피 가공물(1)이 장착되는 스테이지(110)를 제어하는 구조로 대체될 수 있다. 이 경우 스테이지(110)는 로터리형으로 구성하고, 로터리형 스테이지의 회전 제어에 의해 레이저 가공 폭을 제어한다. 즉, 빔-조형 렌즈 또는 마스크 등의 빔 조형기와 피 가공물 간의 상대적 회전을 통해 피 가공물의 소우레인에 대한 횡장형 빔 스팟의 회전 각도를 제어하고, 이를 통해 레이저 가공 폭을 제어한다. 한편, 전술한 실시 예에서와 마찬가지로 기존의 레이저 가공 장치에서 와 같이, 상기 제1광경로(101a’) 및 제 2광경로(101b’)에는 미러 및 빔-확장기(Beam Expanding Telescope)등의 광학요소가 포함될 수 있다.
도10a 내지 도10d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 가공 방법에서, 웨이퍼과 같은 피 가공물(1)에 대한 레이저 가공 과정을 예시한다.
도10a에 도시된 바와 같이, 피가공물(1)의 표면에 에지 가공부(103)로부터의 두 레이저-빔(B0, B0)을 일정한 간격(a1)을 두고 집속 시켜, 도10b에 도시된 바와 같이 피 가공물(1)에 소정 깊이의 에지 채널(1a, 1b)를 형성한다. 그리고, 도10c에 도시된 바와 같이 에지-사이 가공부(104)로부터의 횡장형 레이저-빔(B2을 집중시켜 상기 에지 채널(1a, 1b) 사이의 부분을 제거하여, 상기 에지 채널(1a, 1b)이 포함되는 소잉예정 채널(1c)를 형성한다. 상기 에지 가공부(103)부터의 두 레이저-빔(B0,B0)의 간격은 일반적인 구조에서와 같이 내장된 갈바노미터(미도시)의 미러와 같은 두 빔의 경로 조절 장치에 의해 조절된다. 그리고, 에지-사이 가공부(104)로부터의 레이저-빔(B2)의 폭(b1)은 전술한 바와 같은 횡장형 빔 스팟과 피가공물의 상대적인 회전에 의해 조절된다. 여기에서, 빔 스팟(B0, B0)의 간격 또는 너비(a1)는 후속 소잉 공정에서 사용되는 소우 폭보다는 넓게, 웨이퍼 가공 예정 라인인 소우레인의 폭보다는 좁게 되도록 조절할 수 있다.
도11a 내지 도11d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 가공 방법에서, 웨이퍼과 같은 피 가공물(1)에 대해 도10a 내지 도10d와는 좁은 폭을 가지는 소잉예정 채널(1c’)의 형성 과정을 예시한다.
도11a에 도시된 바와 같이, 피 가공물(1)의 표면에 에지 가공부(103)로부터의 두 레이저-빔(B0, B0)을 일정한 간격(a2)을 두고 집속 시켜, 도11b에 도시된 바와 같이 피가공물(1)에 소정 깊이의 가공 채널 또는 에지 채널(1a’, 1b’)를 형성한다. 그리고, 도11c에 도시된 바와 같이 에지-사이 가공부(104)로부터의 횡장형 레이저-빔(B2’)을 집중시켜 상기 에지 채널(1a’, 1b’) 사이의 부분을 제거하여, 상기 에지 채널(1a’, 1b’)이 포함되는 소잉 예정 채널(1c)를 형성한다. 상기 소잉 예정 채널(1c)을 향후 소우에 의해 절단될 부분이며, 따라서 전술한 소우레인에 대응한다. 전술한 실시 예에서와 마찬가지로 상기 에지 가공부(103)부터의 두 레이저-빔(B0, B0)의 간격은 일반적인 구조에서와 같이 내장된 미러 장치(미도시)등에 포함된 두 빔의 경로 조절 장치에 의해 조절되며, 또한 에지-사이 가공부(104)로부터의 레이저-빔(B2)의 폭(b1)은 전술한 바와 같은 횡장형 빔 스팟과 피가공물의 상대적인 회전에 의해 조절된다. 여기에서 횡장형 빔 스폿의 폭, 즉 레이저 가공 폭이 연속적으로 변화되게 할 수 있다.
도10a~10d 및 도11a~11d는 서로 다른 폭을 가지는 소잉예정 채널(1c, 1c’)을 가공 폭의 조절이 가능한 하나의 횡장형 빔 스팟에 의해 형성할 수 있음을 보여 준다. 위의 실시 예에서는 하나의 횡장형 빔 스팟에 의해 에지-사이 부분을 가공하는 것으로 설명되었으나, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 하나의 횡장형 빔 스팟에 의해 가공할 수 없는 매우 넓은 폭의 소잉예정 채널은 횡장형 빔 스팟을 폭 방향으로 복수 회 조사하여 목적하는 폭의 소잉예정 채널을 형성할 수 도 있다. 전술한 바와 같이 상기 소잉예정 채널의 폭은 기설정된 소우 예정 라인의 폭에 비해 좁고, 소잉 시 사용될 소우에 폭(두께)에 비해 넓게 설정될 수 있다.
지금까지, 본원 다양한 모범적 실시 예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시 예는 단지 다양한 실시 예들의 일부임이 이해되어야 할 것이다. 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.

Claims (20)

  1. 임의 진행 축 상을 진행하는 레이저-빔을 형성하는 단계;
    상기 레이저-빔의 단면 형상을 제어하여, 레이저-빔 단면의 제1방향과 이와 다른 제2방향으로의 폭이 다른 횡장형 단면을 가지는 횡장형 레이저-빔을 형성하는 단계;
    상기 횡장형 레이저-빔을 피가공물에 집중시켜 임의 크기의 빔 스팟을 형성하여 상기 피가공물을 가공하는 단계; 를 포함하는 레이저 가공 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 횡장형 레이저-빔을, 레이저-빔의 진행 축을 중심으로 피 가공물에 대해 상대적으로 회전시켜 임의 방향에서의 레이저-빔 스팟의 폭을 변화시키는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 임의 방향에서의 빔 스팟의 폭은 상기 피가공물에 대한 레이저 가공 폭에 대응하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 피가공물에 대해, 상기 레이저-빔의 진행 축을 중심으로 상기 레이저-빔을 회전시키는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 횡장형 레이저-빔에 대해, 상기 레이저-빔의 진행 축을 중심으로 상기 피 가공물을 회전시키는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법
  6. 제1항 내지 제3 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저-빔의 진행 축 상에 레이저-빔의 단면 형상을 제어하는 빔 조형기를 마련하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 빔 조형기는 빔-조형 마스크와 빔-조형 렌즈 중 어느 하나를 적용하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 빔-조형 렌즈는 굴절 및 회절 중의 어느 하나에 의해 상기 횡장형 레이저-빔을 형성하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 레이저-빔의 단면 형상은 직사각형, 타원형 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
  10. 제1항 내지 제3 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저-빔의 단면 형상은 직사각형, 타원형 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
  11. 피가공물의 가공에 이용되는 레이저-빔을 발생하는 레이저 출사부;
    상기 레이저-빔의 진행 축 상에 위치하는 것으로, 상기 광원으로부터의 레이저-빔을 제1방향의 폭과 이와 다른 제2방향의 폭이 서로 다른 횡장형 단면을 가지는 횡장형 레이저-빔을 형성하는 빔 조형기;
    상기 횡장형 레이저-빔을 피가공물에 집속 시켜 횡장형 빔 스팟을 형성하는 집속 렌즈;를 구비하는 레이저 가공 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 빔 조형기를 회전시켜 피가공물에 대한 임의 방향에서의 레이저-빔 스팟의 폭을 변화시키는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 임의 방향에서의 빔 스팟의 폭은 상기 피가공물에 대한 레이저 가공 폭에 대응하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 피가공물이 탑재되는 스테이지를 더 포함하고, 상기 스테이지는 피가공물을 회전시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  15. 제11항 내지 제14항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 빔 조형기는 빔-조형 마스크와 빔-조형 렌즈 중 어느 하나를 적용하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 빔-조형 렌즈는 상기 집속렌즈의 기능을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  17. 제15 항에 있어서,
    상기 빔-조형 렌즈는 굴절 및 회절 중의 어느 하나에 의해 상기 횡장형 레이저-빔을 형성하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 레이저-빔의 단면 형상은 직사각형, 타원형 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  19. 제17 항에 있어서,
    상기 레이저-빔의 단면 형상은 직사각형, 타원형 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  20. 제11항 내지 제14 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저-빔의 단면 형상은 직사각형, 타원형 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113275736A (zh) * 2021-05-11 2021-08-20 苏州科韵激光科技有限公司 一种可变线宽的激光加工方法以及装置

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