KR20160127461A - 레이저 가공 장치 및 그 가공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 레이저 가공장치는, 펄스 레이저 빔을 조사하는 레이저 광원과; 상기 레이저 광원으로부터 조사된 펄스 레이저 빔의 에너지량을 감소시키는 광 감쇄기와; 상기 광 감쇄기로부터 감쇄된 펄스 레이저 빔의 형상을 조절하는 공간 필터와; 상기 공간 필터를 통과한 펄스 레이저 빔을 가공대상물의 가공 스폿 위치에 조사되도록 조절하는 주사광학계; 상기 가공대상물의 가공 스폿 화상을 취득하는 촬영 수단과; 상기 촬영 수단에서 촬영된 가공 스폿의 상태를 검출하여 결함 수정 파라메터를 산출하고, 상기 레이저 광원 및 상기 주사 광학계를 제어하는 제어 수단을 포함하여 구성된다.

Description

레이저 가공 장치 및 그 가공방법{Laser apparatus and method of manufacturing the same}

레이저 가공 장치 및 그 가공방법에 관한 것이다.

레이저 가공은 고밀도의 에너지원인 레이저를 이용하여 대상물을 가공하는 공정을 말한다. 레이저 가공의 일례로서, 박형의 기판을 레이저로 스크라이빙(scribing)하거나 절단하여 기판을 칩 분할(chip separation)하는 방법이 알려져 있다. 여기서, 기판의 형태는 실리콘 웨이퍼(Si Wafer), 화합물 반도체 웨이퍼, 세라믹(ceramic) 반도체 기판, 사파이어 기판, 금속 기판 및 유리 기판 등과 같이 매우 다양하다.

종래, 레이저를 이용한 스크라이빙 또는 절단 방법의 하나로서, 레이저 빔을 기판의 내부에 조사하여 상변이 영역을 형성하는 방법이 알려져 있다. 그러나, 얇은 기판의 내부에 레이저를 조사하여 가공하기 위해서는, 기판의 내부에 형성되는 스폿(spot)의 위치와 형상을 정밀하게 제어할 필요가 있다.

또한, 이 과정에서 가공속도가 저감되지 않도록 해야 한다.한편, 레이저는 각각 고유의 발산각(divergence angle)을 갖고 있으며, 동일한 종류의 레이저 광원을 사용하는 경우에도 발산각에는 편차가 있다. 따라서, 기판의 내부 가공에 적합한 스폿을 형성하기 위해서 레이저 빔의 발산각을 교정할 필요가 있다.

미국 공개 특허 US 2008-0237204

일 측면(또는 관점)은 레이저를 이용하여 가공 대상물에 패턴 형성 시 발생한 결함 부분에 대한 파라메터를 산출하여 그에 대응하는 결함 수리를 함으로써 보다 정확한 수리가 가능한 레이저 가공장치를 제공하는 것이다.

다른 측면은 레이저를 이용하여 가공 대상물에 패턴 형성 시 발생한 결함 부분에 대한 파라메터를 산출하여 그에 대응하는 결함 수리를 함으로써 보다 정확한 수리가 가능한 레이저 가공방법을 제공하는 것이다.

일 실시 예에 따른 레이저 가공장치는, 펄스 레이저 빔을 조사하는 레이저 광원과; 상기 레이저 광원으로부터 조사된 펄스 레이저 빔의 에너지량을 감소시키는 광 감쇄기와; 상기 광 감쇄기로부터 감쇄된 펄스 레이저 빔의 형상을 조절하는 공간 필터와; 상기 공간 필터를 통과한 펄스 레이저 빔을 가공대상물의 가공 스폿 위치에 조사되도록 조절하는 주사광학계; 상기 가공대상물의 가공 스폿 화상을 취득하는 촬영 수단과; 상기 촬영 수단에서 촬영된 가공 스폿의 상태를 검출하여 결함 수정 파라메터를 산출하고, 상기 레이저 광원 및 상기 주사 광학계를 제어하는 제어 수단을 포함하여 구성된다.

또한, 일 실시 예에 따른 레이저 가공방법은, 촬영 수단으로부터 가공대상물의 가공 스폿을 촬영하는 단계; 상기 촬영된 가공 스폿의 상태의 파라메터 값을 검출하는 단계; 미리 설정된 기준 파라메터 값에서 상기 가공 스폿에서 검출된 파라메터 값의 차이를 계산하여 결함 수정 파라메터 값을 산출하는 단계; 및 상기 산출된 결함 수정 파라메터 값으로 상기 가공 스폿에 펄스 레이저 빔을 출력하는 단계를 포함한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 가공장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 상기 도 1의 제어 수단의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 가공방법에 대한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 가공된 스폿을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 가공 대상물의 가공 패턴에 대한 이상적인 트랜치 형상을 도시한 도면이다.
도 6은 일 예로 결함이 발생된 트랜치 형상을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 이상적인 트랜치 형상에서 결함이 발생된 트랜치 형상에 대한 차이 값을 도시한 도면이다.
도 8은 상기 도 7의 차이 값에 대한 레이저 펄스 입력을 계산한 도면이다.
도 9는 상기 도 8의 계산 값으로 결함 가공된 트랜치의 형상을 도시한 도면이다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서에서, 제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 첨부 도면에 있어서, 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

레이저 가공 장치

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 가공장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 상기 도 1의 제어 수단의 구성을 도시한 도면이다.

먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 레이저 가공장치는, 펄스 레이저 빔을 조사하는 레이저 광원(110)과; 상기 레이저 광원(110)으로부터 조사된 펄스 레이저 빔의 에너지량을 감소시키는 광 감쇄기(120)와; 상기 광 감쇄기(120)로부터 감쇄된 펄스 레이저 빔의 형상을 조절하는 공간 필터(140)와; 상기 공간 필터(140)를 통과한 펄스 레이저 빔을 가공대상물의 가공 스폿 위치에 조사되도록 조절하는 주사광학계(150, 160, 170); 상기 가공대상물의 가공 스폿 화상을 취득하는 촬영 수단과(130); 상기 촬영 수단(130)에서 촬영된 가공 스폿의 상태를 검출하여 결함 수정 파라메터를 산출하고, 상기 레이저 광원(110) 및 상기 주사 광학계(150, 160, 170)를 제어하는 제어 수단(190)을 포함하여 구성된다.

상기 레이저 광원(110)은 가공 대상물의 가공에 이용되는 레이저 빔을 생성한다. 생성된 레이저 빔은 레이저 광원의 광축(optical axis; Lc)을 따라 배치된 미도시된 일련의 장치들을 통해 레이저 빔의 크기, 레이저 빔의 출력, 및 편광 방향 등이 조정될 수 있다.

도 1에서는 레이저 광원(110)으로부터 가공 대상물에 이르기까지 광경로가 광축(Lc)을 따라 일직선으로 형성되어 있으나, 미러(mirror) 등의 광학 요소를 이용하여 광경로를 임의의 다른 경로로 변경하는 것도 가능하다.

상기 레이저 광원(110)에서 생성된 레이저 빔은 가우시안 빔 프로파일(Gaussian beam profile)을 가질 수 있다. 또한, 레이저 빔은 펄스형 레이저 빔(pulse type laser beam), 특히 초단 펄스 레이저 빔 일수 있다. 여기서, 초단 펄스 레이저는 광 펄스의 주기가 나노 세컨드(nano second), 피코 세컨드(pico second), 또는 펨토 세컨드(femto second) 급의 레이저를 의미한다. 이러한 초단 펄스 레이저를 이용하면, 박형의 대상물 내부에 스폿을 형성하여, 고속/고정밀도로 가공할 수 있다.

상기 광 감쇄기(120)는 상기 레이저 광원(110)으로부터 발진된 빔을 입력받아 레이저 빔의 에너지량을 감소시킨다. 여기서, 레이저 빔은 어블레이션(ablation) 시키고자 하는 가공물의 표면에 입사될 때, 어블레이션 임계치보다 약간의 우위를 값을 갖도록 조절 할 수 있다. 즉, 상기 광 감쇄기(120)에서는 최초 레이저 빔 조사에 의해 트렌치 가공이 되는 것과는 달리 가공 스폿의 결함을 수정하는 것으로, 레이저 빔의 세기를 조절하여 조사하는 것이 바람직하다.

상기 광 감쇄기(120)를 통과한 레이저 빔은 편광 빔 분배기(182)를 거쳐 투과 및 반사시켜 공간 필터(140)를 지나게 된다.

상기 공간 필터(140)는 초첨 렌즈(141)와 핀홀(142) 광학계로 구성되어 있고, 가공물의 적절한 가공을 위한 공간 필터의 초점 렌즈(141)는 유효 초점거리를 확보하기 위해 약 50 mm 이내인 것이 바람직하다.

또한, 상기 핀홀(142) 광학계의 구멍 직경이 25 micron 이내인 것으로 레이저 빔을 원형의 형상으로 투과시키게 된다. 이러한, 상기 핀홀(142) 광학계는 몰리브덴, 알루미나 세라믹 재료로 구성된 핀홀을 이용하는 경우에 공간 필터의 성능을 유지하는데 적절하고, 레이저 빔의 세기, 즉 열적 손상이 발생되는 임계 파워가 존재하기 때문에 핀홀의 홀 크기 직경을 25 micron 이하로 사용하게 된다.

이러한 공간 필터(140)를 거쳐 시료에 전달 될 때, 전달된 레이저 빔의 형상은 원형으로 유지되어 가공 품질을 향상시킬 수 있게 된다.

상기 주사 광학계(150, 160, 170)는 상기 공간 필터를 통과한 펄스 레이저 빔이 평행하도록 투과시키는 콜리메이팅 렌즈(150), 상기 콜리메이팅 렌즈(150)를 투과한 펄스 레이저 빔을 2축 이상의 틸트를 조절하여 펄스 레이저 빔의 위치를 조절하는 스테이지(160) 및 상기 스테이지(160)의 하면에 부착되어 가공물에 초점 거리를 확보하는 포커싱 렌즈(170)를 포함한다.

여기서, 상기 공간 필터(140)를 투과한 펄스 레이저 빔을 복수의 반사경(183, 184, 185)을 구비하여 빔의 경로를 변경하여 상기 주사 광학계의 콜리메이터 렌즈(150)에 입사하도록 한다. 여기서, 상기 콜리메이터 렌즈(150)는 입사된 레이저 빔을 평행광으로 균일하게 투사시킨다. 이때, 상기 콜리메이팅 렌즈(150)의 유효 조첨거리는 200 mm 정도가 적절하다.

상기 콜리메이팅 렌즈(150)를 통과하고 이후 2축 이상의 틸트 조절이 가능한 스테이지(160)에 부착된 미러부(161, 162)에 입력된다. 이러한 2축 이상의 틸트 조절이 가능한 스테이지(160)와 미러부(161, 162)는 2개 이상이 있어 레이저 빔을 적절한 위치로 진행 하도록 조절하게 된다.

상기 미러부(161,162)에 의해 위치가 적절히 조절된 레이저 빔은 다시 주 대물 렌즈인 포커싱 렌즈(170)에 입력된다. 상기 포커싱 렌즈(170)의 유효 초점 거리는 약 36 mm 정도가 적절하고, 상기 포커싱 렌즈(170)에 입력되는 빔의 직경은 약 7 mm 정도를 가지는 것이 바람직하다. 단, 본 발명에서 빔의 직경을 나타낼 때 일반적인 측정 표준에서 사용되는 1/e²를 기준으로 하였다.

상기 포커싱 렌즈(170)는 상기 스테이지(160)의 하면에 부착되도록 구성하여 포커싱 렌즈(170)를 X축과 Y축 (가공면과 수평하고 서로 직각을 이루는 두 축)으로 움직이게 된다. 이러한, X 축과 Y축의 움직이는 거리는 약 ±200 micron 정도로 구성하게 되며, 빔의 직경이 7mm 임을 감안할 때, 약 ± 3 % 정도가 되어 z 축 (가공면에 수직한 축)에 대해 포커싱 렌즈와 샘플 표면의 거리가 포커싱 렌즈의 유효 초점 거리 정도일 때, 샘플 표면에서의 레이저 빔의 크기와 가공 품질에 변화가 거의 없게 만들 수 있게 된다. 이때, 레이저 빔의 세기를 포커싱 렌즈의 앞단에서 측정한 결과 약 1 mW, 1 kHz 의 조건으로 확인되었고, 최적 스캐닝 속도는 약 1 ~ 3 mm/s 로 측정되었다.

상기 촬영 수단(130)은 상기 가공대상물(S)에 조사된 레이저 빔을 모니터링 하기 위한 것으로, 상기 주사 광학계(150,160,170)를 통과한 레이저 빔을 이미지로 촬영할 수 있다. 여기서, 상기 촬영 수단(130)의 앞단에는 초점 거리를 조절하는 광학 렌즈(131)가 더 구비되어 있다. 그리고, 상기 촬영 수단(130)으로는 CCD(Charge Coupled Device camera) 카메라를 이용할 수 있으며, 상기 촬영 된 이미지는 상기 제어 수단(190)의 저장부(201)에 전송된다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제어 수단(190)은, 상기 가공대상물의 가공 위치, 펄스 레이저 빔의 세기, 펄스 주파수 상태를 포함하는 파라메터 정보를 저장하는 저장부(201); 상기 저장부(201)에 저장된 기준 파라메터 값에서 상기 가공 스폿에서 검출된 파라메터 값의 차이를 계산하여 결함 수정 파라메터 값을 산출하는 연산부(202); 및 상기 연산부(202)에서 산출된 수정 파라메터 값에 대응하는 펄스 레이저 빔이 출력되도록 제어하는 출력 제어부(203)를 포함하여 구성된다.

상기 저장부(201)는 가공 대상물의 정보를 저장하고, 상기 촬영 수단에서 촬영된 이미지를 저장하게 된다. 이때, 상기 저장부에는 가공대상물에 대한 각 쇼트번호, 레이저 빔의 파장, 진폭 등에 대한 패턴 정보를 저장하고 있다.

상기 연산부(202)는 상기 저장부(201)로부터 상기 촬영 수단에서 촬영된 가공 스폿에 대한 정보와 가공대상물에 대한 기준 스폿 정보를 입력받게 된다. 즉, 가공 대상물의 이상적인 스폿을 가공하기 위한 펄스 레이저 빔의 파장, 진폭, 균일성 등의 프로파일 및 파라메터 정보와 상기 촬영 수단(130)에서 검출된 결함 스폿의 상태에 대한 빔의 파장, 진폭, 균일성 등을 포함하는 파라메터 정보를 얻어 이에 대한 차이값을 계산하여 이상적인 스폿을 가공하기 위한 결함 수정 파라메터를 산출하게 된다.

또한, 상기 연산부(202)는 가공대상물(S)의 가공 스폿과 가공 스폿 사이의 스캐닝 속도와 상기 펄스 레이저 빔의 펄스 주파수를 계산하여 수정 파라메터 값을 산출하게 된다.

보다 구체적으로, 상기 펄스 레이빔을 가공대상물에 조사할 때, 레이저 빔의 펄스의 주파수가 매우 빨라 지거나, 스캐닝 속도가 감소하면 가공된 스폿과 스폿 간의 간격이 스폿의 직경보다 작아지게 되고 결과적으로 서로 중첩되는 현상이 발생된다.

이렇게 중첩이 되는 경우에 대한 특정된 가공 지점에서의 레이저 영향 플루언스의 총합을 계산하기 위해서는 이웃한 전후 레이저 펄스들이 특정된 가공 지점에 얼마나 영향을 주었는지를 확인하여 그에 대한 보상을 계산하게 된다.

상기 출력 제어부(203)는 상기 가공대상물(S)의 결함 수정 가공스폿에 상기 펄스 레이저 빔의 프로파일 정보인 레이저 빔의 파장, 진폭, 균일성에 맞도록 제어하여 출력하게 된다.

이러한, 상기 출력 제어부(203)는 상기 펄스 레이저 빔의 직경 크기가 상기 가공대상물의 가공 스폿과 가공 스폿 사이 간격의 절반 이내로 출력하도록 제어하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 출력 제어부(203)는 상기 촬영 수단(190)이 이미지를 촬영할 수 있도록 제어하고, 상기 스테이지(160)의 이동을 제어하여 가공 스폿에 레이저 빔이 위치할 수 있도록 제어하게 된다.

레이저 가공방법

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 가공방법에 대한 순서도이고, 도 4는 본 발명의 가공된 스폿을 도시한 도면이다. 도 5는 본 발명의 가공 대상물의 가공 패턴에 대한 이상적인 트랜치 형상을 도시한 도면, 도 6은 일 예로 결함이 발생된 트랜치 형상을 도시한 도면, 도 7은 본 발명의 이상적인 트랜치 형상에서 결함이 발생된 트랜치 형상에 대한 차이 값을 도시한 도면, 도 8은 상기 도 7의 차이 값에 대한 레이저 펄스 입력을 계산한 도면, 도 9는 상기 도 8의 계산 값으로 결함 가공된 트랜치의 형상을 도시한 도면이다.

먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 레이저 광원(110)으로부터 가공대상물의 가공 스폿에 레이저 빔을 조사하여 패턴을 형성한 후, 상기 가공된 가공 스폿 상태를 촬영 수단으로부터 가공대상물의 가공 스폿을 촬영하는 단계가 수행된다(S301).

보다 구체적으로, 상기 레이저 광원(110)에서 생성된 레이저 빔은 가우시안 빔 프로파일(Gaussian beam profile)을 가질 수 있다. 또한, 레이저 빔은 펄스형 레이저 빔(pulse type laser beam), 특히 초단 펄스 레이저 빔 일수 있다. 여기서, 초단 펄스 레이저는 광 펄스의 주기가 나노 세컨드(nano second), 피코 세컨드(pico second), 또는 펨토 세컨드(femto second) 급의 레이저를 의미한다. 이러한 초단 펄스 레이저를 이용하면, 박형의 대상물 내부에 스폿을 형성하여, 고속/고정밀도로 가공할 수 있다.

그리고, 상기 촬영된 가공 스폿의 상태의 파라메터 값을 검출하는 단계가 수행된다(S302).

보다 구체적으로, 상기 촬영 수단으로부터 상기 가공대상물의 가공 스폿 상태를 촬영하게 되고, 그에 대한 가공 스폿 상태를 분석하여 파라메터를 검출하게 된다. 즉, 가공대상물의 가공 스폿에 대한 각 쇼트번호, 레이저 빔의 파장, 진폭 등에 대한 레이저 빔의 프로파일 정보 및 가공된 스폿의 이미지 상태에 대한 파라메터를 검출하게 된다.

이어서, 미리 설정된 기준 파라메터 값에서 상기 가공 스폿에서 검출된 파라메터 값의 차이를 계산하여 결함 수정 파라메터 값을 산출하는 단계가 수행된다(S303).

상기 미리 설정된 기준 파라메터 값 및 상기 결함 수정 파라메터 값을 산출하기 위해 가공 스폿과 가공 스폿 사이의 스캐닝 속도와 상기 펄스 레이저 빔의 펄스 주파수를 계산하게 된다.

먼저, 상기 펄스 레이저 빔에 대한 프로파일을 산출하기 위해 하기 수식을 참조하기로 한다.

보다 구체적으로, 상기 펄스 레이저 빔은 가우시안 빔 프로파일(Gaussian beam profile)을 가지고 빔의 최대 영향 플루언스(fluence) 는 다음의 수식 1과 같이 표현할 수 있다.

------ 수식 1

여기서, F는 주파수, E 는 펄스의 에너지이고, d 는 빔의 직경 (1/e²) 이다.

따라서 단일 레이저 펄스 영향 플루언스에 대한 공간 함수는 다음의 수식 2와 같이 표현이 가능하다.

------- 수식 2

그리고, 펄스 레이저 빔의 스캐닝 시스템이 등속도로 움직이고 그 속도를 v 라고 할 때, r 을 시간의 함수로 다음의 수식 3과 같이 표현이 가능하다.

------- .수식 3

따라서, 등속도로 스캐닝하면서 가공된 스폿은 도 4에 도시된 바와 같다.

도 4의, 상기 가공된 스폿과 스폿 간의 간격은 펄스 주파수와 스캐닝 시스템의 이동 속도에 의해 결정되고, 다음의 수식 4와 같이 나타난다.

------- 수식 4

이때, 펄스의 주파수가 매우 빨라 지거나, 스캐닝 속도가 감소하면 가공된 스폿과 스폿 간의 간격이 스폿의 직경보다 작아지게 되고 결과적으로 서로 중첩되는 현상이 발생된다.

이렇게 중첩이 되는 경우에 대한 특정 가공 지점에서의 레이저 영향 플루언스의 총합을 계산하기 위해서는 이웃한 전후 레이저 펄스들이 특정 가공 지점에 얼마나 영향을 주었는지 확인하여 계산하게 된다.

그 예로 임의의 최대 영향 플루언스 지점에 대해 전 후 펄스들을 고려하여 계산을 해볼 수 있다.

다음의 수식 5는 최대 영향 플루언스 지점에 대한 전 후 펄스들이 고려된 경우의 레이저 영향 플루언스의 총합에 대해 수식적으로 표현한 것이다.

------ 수식 5

상기 수식 5에 적분식을 활용하면, 다음의 수식 6을 유도할 수 있다.

------ 수식 6

그리고, 좌변의 적분 값은 이미 잘 알려진 적분테이블로부터 구할 수 있다.

.

------- 수식 7

다음의 조건을 만족하는 경우, 즉 주파수가 매우 빠르거나, 이송 속도가 매우느리거나, 혹은 빔의 크기가 매우 큰 경우 상기 수식들이 유효할 것이다.

실제로는 정확한 수열과 점근식 사이의 오차가 1.5% 를 넘지 않고, 이는 결국 다음의 수식 8의 조건을 만족시킬 수 있는 근거가 된다.

------ 수식 8

수식 8의 의미는 레이저 빔이 빔 사이즈 혹은 가공 스폿의 크기 직경의 절반 이내로 가공 스폿과 가공 스폿의 간격을 유지하는 조건에서 유효하다

따라서, 상기 수식들로부터 도출된 상기 펄스 레이저 빔의 스폿 간격을 고려하고 레이저 빔의 크기에 대한 기본적인 조건을 근거로 가공대상물의 가공 위치, 펄스 레이저 빔의 세기, 펄스 주파수 상태를 포함하여 파라메터 값을 산출하게 된다. 따라서 결함 수정 공정에서는 수정하고자 하는 결함 부위의 실제 형상에 따라 복잡한 과정을 거칠 수 밖에 없다.

또한, 상기에서 언급된 결과를 바탕으로 일반적으로 결함 수정의 목적이 특정한 결함 부위를 원하는 특별한 형상으로 가공하는 것이므로, 이에 대해 본 특허에서 이루고자 하는 결함 수정 방법에 있어 일 예로 트렌치의 폭과 깊이와 길이에 대해 살펴보기로 한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 가공대상물에 점선으로 표시된 영역 내에 특정 오차범위(±2 um)를 가진 이상적인 트랜치에 대한 마스크 영역을 보여주고 있다. 즉, 기준이 되는 가공 스폿에 해당하는 것으로 이에 대한 파라메터 정보를 가지고 있다.

그리고, 도 6에 도시된 바와 같이, 실선으로 표시된 부분은 실제 가공된 부분이라고 하고, 이는 점선으로 된 마스크 영역을 벗어 났으므로 수정이 필요한 경우라고 판단 할 수 있다.

따라서, 도 7에 도시된 바와 같이, 수정을 통해 단면 프로파일을 마스크 (점선) 영역으로 포함되도록 만들기 위해 조사할 빔의 위치, 입력되는 빔의 세기와 펄스 개수를 포함하는 파라메터를 알아내기 위해서는 먼저 이상적인 경우의 구조와, 실제 측정된 트랜치 프로파일에 대하여 위치에 대한 차이 값을 구하게 된다.

이때, 상기에 언급된 위치에 대한 차이 값을 통해 펄스의 형태, 위치, 위치의 개수, 각 위치에서의 세기(또는 펄스 조사 회수)를 일반적으로 이미 잘 알려진 수학적 방법을 통해 알 수 있다.

그리고, 도 8에 도시된 바와 같이, 만약 어블레이션이 펄스 개수와 세기에 대해 선형적인 관계를 가지고 있다고 가정한다면 적어도 리스트 스퀘어 핏(Least Square Fit) 방법으로 통해 각 위치에서 조사해야 할 펄스의 개수를 구할 수 있다. 예를 들어, 가우시언 빔을 가정하고, 2군데의 레이저 조사 위치를 가정하고 펄스의 개수를 구하게 된다.

그 다음, 상기 산출된 결함 수정 파라메터 값으로 상기 가공 스폿에 펄스 레이저 빔을 출력하는 단계가 수행된다(S304).

여기서, 도 8의 산출된 차이값으로 펄스 레이저 빔을 출력하게 되고, 도 9에 도시된 바와 같이, 실제 트랜치 패턴 수정에 적용한 경우를 가정하여 계산된 결과와 같다. 이러한 방법에 있어서 중요한 파라메터는 수정해야 할 프로파일의 크기인데, 수정을 위한 광원의 빔 사이즈는 최소한 수정해야 할 프로파일의 크기보다 최소한 같거나 작아야 한다. 또한, 상기 펄스 레이저 빔의 형상은 원형의 형상으로 가공하여 출력하도록 한다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

110 --- 레이저 광원
120 --- 광 감쇄기
130 --- 촬영수단
140 --- 공간 필터
150 --- 콜리메이터 렌즈
160 --- 스테이지
170 --- 포커싱 렌즈

Claims (15)

1. 펄스 레이저 빔을 조사하는 레이저 광원과;
   상기 레이저 광원으로부터 조사된 펄스 레이저 빔의 에너지량을 감소시키는 광 감쇄기와;
   상기 광 감쇄기로부터 감쇄된 펄스 레이저 빔의 형상을 조절하는 공간 필터와;
   상기 공간 필터를 통과한 펄스 레이저 빔을 가공대상물의 가공 스폿 위치에 조사되도록 조절하는 주사광학계;
   상기 가공대상물의 가공 스폿 화상을 취득하는 촬영 수단과;
   상기 촬영 수단에서 촬영된 가공 스폿의 상태를 검출하여 결함 수정 파라메터를 산출하고, 상기 레이저 광원 및 상기 주사 광학계를 제어하는 제어 수단을 포함하는 레이저 가공장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어 수단은,
   상기 가공대상물의 가공 위치, 펄스 레이저 빔의 세기, 펄스 주파수 상태를 포함하는 파라메터 정보를 저장하는 저장부; 및
   상기 저장부에 저장된 기준 파라메터 값에서 상기 가공 스폿에서 검출된 파라메터 값의 차이를 계산하여 결함 수정 파라메터 값을 산출하는 연산부; 및
   상기 연산부에서 산출된 수정 파라메터 값에 대응하는 펄스 레이저 빔이 출력되도록 제어하는 출력 제어부를 포함하는 레이저 가공장치.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 연산부는 가공 스폿과 가공 스폿 사이의 스캐닝 속도와 상기 펄스 레이저 빔의 펄스 주파수를 계산하여 수정 파라메터 값을 산출하는 레이저 가공장치.
   
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 출력 제어부는 상기 펄스 레이저 빔의 직경 크기가 상기 가공대상물의 가공 스폿과 가공 스폿 사이 간격의 절반 이내로 출력하도록 제어하는 레이저 가공장치.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 광 감쇄기에서 감소된 펄스 레이저 빔의 에너지량은 가공 스폿의 표면에 입사될 때 어블레이션(ablation) 임계치 보다 크도록 조절하는 레이저 가공장치.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 공간 필터는,
   상기 광 감쇄기를 통과한 상기 펄스 레이저 빔의 유효 초점 거리를 확보하는 초점 렌즈; 및
   상기 초점 거리가 확보된 펄스 레이저 빔을 원형의 형상으로 투과시키는 핀 홀을 포함하는 레이저 가공장치.
   
7. 청구항 6항에 있어서,
   상기 핀 홀의 직경은 25 micron 이내로 형성하는 레이저 가공장치.
   
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 주사 광학계는,
   상기 공간 필터를 통과한 펄스 레이저 빔이 평행하도록 투과시키는 콜리메이팅 렌즈;
   상기 콜리메이팅 렌즈를 투과한 펄스 레이저 빔을 2축 이상의 틸트를 조절하여 펄스 레이저 빔의 위치를 조절하는 스테이지; 및
   상기 스테이지의 하면에 부착되어 가공물에 초점 거리를 확보하는 포커싱 렌즈를 포함하는 레이저 가공장치.
   
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 광 감쇄기에서 출사된 펄스 레이저 빔의 경로를 상기 공간 필터로 반사시키고, 상기 촬영 수단으로 투과시키는 빔 분배기를 더 포함하는 레이저 가공장치.
   
10. 청구항 1에 있어서,
    상기 공간 필터를 투과한 펄스 레이저 빔을 상기 콜리메이터 렌즈에 입사하도록 빔의 경로를 변경하는 복수의 반사경을 더 포함하는 레이저 가공장치.
    
11. 촬영 수단으로부터 가공대상물의 가공 스폿을 촬영하는 단계;
    상기 촬영된 가공 스폿의 상태의 파라메터 값을 검출하는 단계;
    미리 설정된 기준 파라메터 값에서 상기 가공 스폿에서 검출된 파라메터 값의 차이를 계산하여 결함 수정 파라메터 값을 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 결함 수정 파라메터 값으로 상기 가공 스폿에 펄스 레이저 빔을 출력하는 단계를 포함하는 레이저 가공방법.
    
12. 청구항 11에 있어서,
    상기 결함 수정 파라메터 값을 산출하는 단계에서,
    가공 스폿과 가공 스폿 사이의 스캐닝 속도와 상기 펄스 레이저 빔의 펄스 주파수를 계산하여 수정 파라메터 값을 산출하는 레이저 가공방법.
    
13. 청구항 12에 있어서,
    상기 산출된 수정 파라메터 값은 가공대상물의 가공 위치, 펄스 레이저 빔의 세기, 펄스 주파수 상태를 포함하는 레이저 가공방법.
    
14. 청구항 11에 있어서,
    상기 가공 스폿에 펄스 레이저 빔을 출력하는 단계에서,
    상기 펄스 레이저 빔의 직경 크기를 상기 가공대상물의 가공 스폿과 가공 스폿 사이 간격의 절반 이내로 출력하는 레이저 가공방법.
    
15. 청구항 11에 있어서,
    상기 가공 스폿에 펄스 레이저 빔을 출력하는 단계에서,
    상기 펄스 레이저 빔의 형상은 원형의 형상으로 가공하여 출력하는 레이저 가공방법.
    

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