KR20210157964A - Laser dicing apparatus - Google Patents

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KR20210157964A
KR20210157964A KR1020200076129A KR20200076129A KR20210157964A KR 20210157964 A KR20210157964 A KR 20210157964A KR 1020200076129 A KR1020200076129 A KR 1020200076129A KR 20200076129 A KR20200076129 A KR 20200076129A KR 20210157964 A KR20210157964 A KR 20210157964A
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focusing
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아키노리 오쿠보
이정철
장성호
권영철
한만희
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삼성전자주식회사
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Abstract

According to an embodiment of the present invention, a laser dicing apparatus comprises: an emitter for emitting a pulsed laser beam incident on the upper surface of a substrate; a phase modulation unit for modulating a phase distribution of the pulsed laser beam; a focusing lens unit disposed in a path where the modulated pulsed laser beam is incident on the substrate; and a substrate mounting unit on which the substrate is mounted. The modulated pulsed laser beam is incident on the substrate in a first direction perpendicular to the upper surface of the substrate. The substrate includes: a focusing area determined by a focal length of the focusing lens unit; and a defocusing area defined at a position different from the focusing area in the first direction. The modulated pulsed laser beam has a non-uniform intensity distribution in a second direction parallel to the upper surface of the substrate in at least a portion of the defocusing region, thereby suppressing scattering of the pulsed laser beam, and increasing the throughput of the laser dicing apparatus.

Description

레이저 절단 장치{LASER DICING APPARATUS}LASER DICING APPARATUS

본 발명은 레이저 절단 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a laser cutting device.

스텔스 절단(stealth dicing) 장치는 블레이드 절단(blade dicing) 장치, 및 레이저 어블레이션(laser ablation) 장치 등의 다른 장치들과 비교하여 향상된 절단 품질을 기대할 수 있다. 스텔스 절단 장치는 기판에 레이저 빔을 조사하여 크랙 및 변형 영역을 형성함으로써 기판을 개별적인 반도체 칩으로 절단할 수 있다. 다만, 기판에 입사하는 레이저 빔과 먼저 형성된 크랙 및 변형 영역이 중첩하는 영역에서 레이저 빔의 일부가 산란되어 기판에 광학적 손상을 야기할 수 있다. 한편, 산란을 방지하기 위해 레이저 출력을 감소시키는 경우에는 절단 장치에 불량을 유발할 수 있으므로, 레이저 출력을 감소시키지 않으면서 산란을 억제할 필요가 있다. The stealth dicing device can expect improved cutting quality compared to other devices such as a blade dicing device and a laser ablation device. The stealth cutting device can cut the substrate into individual semiconductor chips by irradiating a laser beam to the substrate to form cracks and deformation regions. However, a portion of the laser beam may be scattered in a region where the laser beam incident on the substrate and the previously formed cracks and deformation regions overlap, thereby causing optical damage to the substrate. On the other hand, if the laser power is reduced to prevent scattering, it may cause a defect in the cutting device, so it is necessary to suppress the scattering without reducing the laser power.

본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 과제 중 하나는, 레이저 출력을 감소시키지 않으면서 레이저 빔의 산란을 억제하기 위해, 기판에 입사하는 레이저 빔과 이전에 형성된 크랙 및 변형 영역이 중첩하는 영역을 최소화할 수 있는 레이저 절단 장치를 제공하고자 하는 데에 있다. One of the problems to be achieved by the technical idea of the present invention is to minimize the overlapping area between the laser beam incident on the substrate and the previously formed cracks and deformation regions in order to suppress the scattering of the laser beam without reducing the laser output. It is to provide a laser cutting device that can.

본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치는, 기판의 상면으로 입사하는 펄스 레이저 빔을 방출하는 이미터, 상기 펄스 레이저 빔의 위상 분포를 변조하는 위상 변조 유닛, 상기 변조된 펄스 레이저 빔이 상기 기판에 입사하는 경로에 배치되는 포커싱 렌즈 유닛, 및 상기 기판이 장착되는 기판 안착 유닛을 포함하고, 상기 변조된 펄스 레이저 빔은 상기 기판의 상면에 수직하는 제1 방향으로 상기 기판에 입사하고, 상기 기판은 상기 포커싱 렌즈 유닛의 초점 거리에 의해 결정되는 포커싱 영역, 및 상기 제1 방향에서 상기 포커싱 영역과 다른 위치에 정의되는 디포커싱 영역을 포함하며, 상기 변조된 펄스 레이저 빔은, 상기 디포커싱 영역 중 적어도 일부에서 상기 기판의 상면에 평행한 제2 방향을 따라 불균일한 세기 분포를 갖는다.A laser cutting apparatus according to an embodiment of the present invention includes an emitter emitting a pulsed laser beam incident on an upper surface of a substrate, a phase modulation unit for modulating a phase distribution of the pulsed laser beam, and the modulated pulsed laser beam a focusing lens unit disposed on a path incident on the substrate, and a substrate seating unit on which the substrate is mounted, wherein the modulated pulse laser beam is incident on the substrate in a first direction perpendicular to an upper surface of the substrate, and The substrate includes a focusing area determined by a focal length of the focusing lens unit, and a defocusing area defined at a position different from the focusing area in the first direction, wherein the modulated pulsed laser beam comprises: At least a portion of the substrate has a non-uniform intensity distribution along the second direction parallel to the upper surface of the substrate.

본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치는, 기판의 상면으로 입사하는 펄스 레이저 빔을 방출하는 이미터, 상기 펄스 레이저 빔의 위상 분포를 변조하는 위상 변조 유닛, 상기 변조된 펄스 레이저 빔이 상기 기판에 입사하는 경로에 배치되는 포커싱 렌즈 유닛, 및 상기 기판이 장착되는 기판 안착 유닛을 포함하고, 상기 변조된 펄스 레이저 빔은 상기 기판의 상면에 수직하는 제1 방향으로 상기 기판에 입사하며, 상기 기판은, 상기 포커싱 렌즈 유닛의 초점 거리에 의해 결정되며 상기 기판의 내부에 순차적으로 형성되는 제1 포커싱 영역과 제2 포커싱 영역, 상기 제1 포커싱 영역과 상기 기판의 상면 사이에 형성되는 제1 크랙 및 제1 변형 영역, 및 상기 제2 포커싱 영역과 상기 기판의 상면 사이에 형성되는 제2 크랙 및 제2 변형 영역을 포함하고, 상기 위상 변조 유닛은, 상기 제2 포커싱 영역으로 입사하는 상기 변조된 펄스 레이저 빔과, 상기 제1 크랙 및 상기 제1 변형 영역이 중첩되는 영역이 최소화되도록 상기 펄스 레이저 빔의 위상 분포를 변조한다.A laser cutting apparatus according to an embodiment of the present invention includes an emitter emitting a pulsed laser beam incident on an upper surface of a substrate, a phase modulation unit for modulating a phase distribution of the pulsed laser beam, and the modulated pulsed laser beam a focusing lens unit disposed on a path incident on a substrate, and a substrate seating unit on which the substrate is mounted, wherein the modulated pulsed laser beam is incident on the substrate in a first direction perpendicular to an upper surface of the substrate, The substrate is determined by the focal length of the focusing lens unit and includes a first focusing region and a second focusing region sequentially formed inside the substrate, and a first crack formed between the first focusing region and an upper surface of the substrate and a first deformation region, and a second crack and a second deformation region formed between the second focusing region and the upper surface of the substrate, wherein the phase modulation unit comprises: The phase distribution of the pulsed laser beam is modulated so that an overlapping region between the first crack and the first deformed region is minimized.

본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치는, 기판의 상면으로 입사하는 펄스 레이저 빔을 방출하는 이미터, 상기 펄스 레이저 빔의 위상 분포를 변조하는 위상 변조 유닛, 상기 변조된 펄스 레이저 빔이 상기 기판에 입사하는 경로에 배치되는 편광 필터, 상기 변조된 펄스 레이저 빔이 상기 편광 필터를 지나 상기 기판에 입사하는 경로에 배치되는 포커싱 렌즈 유닛 및 상기 기판이 장착되는 기판 안착 유닛을 포함하고, 상기 편광 필터는, 상기 변조된 펄스 레이저 빔에서 전기장 성분이 입사면에 평행한 방향으로 진동하는 p-편광 성분이 전기장 성분이 입사면에 수직한 방향으로 진동하는 s-편광 성분보다 큰 값을 갖도록 상기 변조된 펄스 레이저 빔을 편광시킨다.A laser cutting apparatus according to an embodiment of the present invention includes an emitter emitting a pulsed laser beam incident on an upper surface of a substrate, a phase modulation unit for modulating a phase distribution of the pulsed laser beam, and the modulated pulsed laser beam A polarizing filter disposed on a path incident on a substrate, a focusing lens unit disposed on a path through which the modulated pulsed laser beam passes through the polarization filter and incident on the substrate, and a substrate mounting unit on which the substrate is mounted, the polarization unit comprising: The filter modulates the modulated pulsed laser beam so that a p-polarized component in which an electric field component vibrates in a direction parallel to an incident surface has a greater value than an s-polarized component in which an electric field component vibrates in a direction perpendicular to the incident surface. polarized the pulsed laser beam.

본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치는, 위상 변조 유닛을 이용하여 펄스 레이저 빔의 위상 분포를 변조함으로써, 펄스 레이저 빔이 사전에 형성된 크랙 및 변형된 영역과 중첩되며 발생하는 문제를 최소화할 수 있다. 또한, 위상이 변조된 펄스 레이저 빔을 출력의 손실 없이 기판 내부에 포커싱할 수 있다. 따라서, 레이저 절단 장치를 이용하는 웨이퍼 절단 과정에서 산란을 억제하여 절단 품질을 개선하고, 공정 효율을 개선할 수 있다.Laser cutting apparatus according to an embodiment of the present invention, by modulating the phase distribution of the pulsed laser beam using a phase modulation unit, the pulsed laser beam overlaps with the cracks and deformed areas formed in advance to minimize the problem that occurs can In addition, the phase-modulated pulsed laser beam can be focused inside the substrate without loss of output. Therefore, it is possible to improve the cutting quality and process efficiency by suppressing scattering in the wafer cutting process using the laser cutting device.

본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.Various and advantageous advantages and effects of the present invention are not limited to the above, and will be more easily understood in the course of describing specific embodiments of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치를 포함하는 반도체 공정 장비의 개략적인 구성도이다.
도 2a, 도 2b, 및 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치에서, 방출된 펄스 레이저 빔이 크랙 및 변형 영역을 형성하는 과정을 설명하기 위한 기판의 측 단면도이다.
도 3a는 일반적인 레이저 절단 장치에서, 펄스 레이저 빔의 산란을 설명하기 위한 기판의 측 단면도이다.
도 3b는 일반적인 레이저 절단 장치에서, 펄스 레이저 빔의 산란을 설명하기 위한 기판의 평면도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치에서, 펄스 레이저 빔의 산란을 억제하기 위한 방법을 설명하기 위한 측 단면도이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치에서, 펄스 레이저 빔의 산란을 억제하기 위한 방법을 설명하기 위한 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치의 개략적인 구성도이다.
도 6은 일반적인 레이저 절단 장치에서, 위상 변조 유닛이 적용되지 않은 펄스 레이저 빔의 세기 분포를 설명하기 위한 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 개선된 레이저 절단 장치에서, 진폭 변조 유닛이 적용된 펄스 레이저 빔의 세기 분포를 설명하기 위한 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치에서, 위상 변조 유닛이 적용된 펄스 레이저 빔의 세기 분포를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치에서, 위상 변조 유닛에 포함된 위상 변조 패턴의 평면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치에서, 펄스 레이저 빔의 보정 및 가공을 위한 마스크 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치에서, 피드백을 위한 조명 및 이미지 센서가 더 포함된 경우의 구성도이다.
도 12은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치의 위상 변조 유닛이 펄스 레이저 빔을 반사하는 구성인 경우의 구성도이다.
도 13a, 도 13b, 및 도 13c는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치에 편광 필터가 더 포함된 경우의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
1 is a schematic configuration diagram of a semiconductor processing equipment including a laser cutting device according to an embodiment of the present invention.
2A, 2B, and 2C are side cross-sectional views of a substrate for explaining a process in which an emitted pulse laser beam forms cracks and deformation regions in a laser cutting apparatus according to an embodiment of the present invention.
3A is a side cross-sectional view of a substrate for explaining scattering of a pulsed laser beam in a general laser cutting apparatus.
3B is a plan view of a substrate for explaining scattering of a pulsed laser beam in a general laser cutting apparatus.
4A is a side cross-sectional view for explaining a method for suppressing scattering of a pulsed laser beam in a laser cutting device according to an embodiment of the present invention.
4B is a plan view for explaining a method for suppressing scattering of a pulsed laser beam in a laser cutting device according to an embodiment of the present invention.
5 is a schematic configuration diagram of a laser cutting device according to an embodiment of the present invention.
6 is a view for explaining the intensity distribution of a pulsed laser beam to which a phase modulation unit is not applied in a general laser cutting device.
7A and 7B are diagrams for explaining the intensity distribution of a pulsed laser beam to which an amplitude modulation unit is applied in the improved laser cutting apparatus.
8A and 8B are diagrams for explaining the intensity distribution of a pulsed laser beam to which a phase modulation unit is applied in a laser cutting device according to an embodiment of the present invention.
9 is a plan view of the phase modulation pattern included in the phase modulation unit in the laser cutting device according to an embodiment of the present invention.
10 is a view for explaining a mask pattern for correction and processing of a pulsed laser beam in a laser cutting apparatus according to an embodiment of the present invention.
11 is a configuration diagram of a case in which a light and an image sensor for feedback are further included in the laser cutting device according to an embodiment of the present invention.
12 is a configuration diagram when the phase modulation unit of the laser cutting device according to an embodiment of the present invention is configured to reflect a pulsed laser beam.
13a, 13b, and 13c are diagrams for explaining the effect when a polarizing filter is further included in the laser cutting device according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 다음과 같이 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치를 포함하는 반도체 공정 장비의 개략적인 구성도이다.1 is a schematic configuration diagram of a semiconductor processing equipment including a laser cutting device according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치(40)는 반도체 공정 장비(1)에 포함될 수 있다. 일례로, 반도체 공정 장비(1)는 절단할 웨이퍼(W)가 수납된 카세트 스테이션을 승하강시키는 카세트 엘리베이터(10), 웨이퍼(W)의 중심축을 맞추어 정렬하는 프리 얼라인먼트(pre-alignment) 스테이지(20), 및 이송 로봇(30)을 더 포함할 수 있다. 한편, 웨이퍼(W) 절단을 위한 반도체 공정 장비(1)의 구성은 이에 한정되지 않고, 절단에 요구되는 단계에 따라 상기 단계를 진행하는 복수의 테이블들 및/또는 웨이퍼(W) 스캐너 등을 더 포함할 수도 있다. Referring to FIG. 1 , a laser cutting apparatus 40 according to an embodiment of the present invention may be included in the semiconductor processing equipment 1 . As an example, the semiconductor processing equipment 1 includes a cassette elevator 10 for elevating and lowering a cassette station in which a wafer W to be cut is accommodated, a pre-alignment stage for aligning the central axis of the wafer W ( 20), and may further include a transfer robot 30 . On the other hand, the configuration of the semiconductor processing equipment 1 for cutting the wafer W is not limited thereto, and a plurality of tables and/or a wafer W scanner that proceeds the above steps according to the steps required for cutting are further added. may include

일례로 웨이퍼(W)는 반도체 물질을 포함하는 반도체 기판일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치는 절단 공정을 진행하여 목적하는 집적 회로들이 형성된 웨이퍼(W)를 복수의 반도체 소자들로 분할할 수 있고, 웨이퍼(W)로부터 복수의 반도체 칩들을 생산할 수 있다. 다만, 실시예들에 따라 공정 대상은 웨이퍼(W)로 한정되지 않을 수 있다. 일례로 웨이퍼(W)가 아닌 다른 다양한 기판들, 예를 들어 디스플레이용 모기판(mother substrate)이 공정 대상일 수도 있다. For example, the wafer W may be a semiconductor substrate including a semiconductor material. The laser cutting apparatus according to an embodiment of the present invention may divide the wafer W on which the desired integrated circuits are formed by performing a cutting process into a plurality of semiconductor devices, and produce a plurality of semiconductor chips from the wafer W can However, according to embodiments, the processing target may not be limited to the wafer W. For example, various substrates other than the wafer W, for example, a mother substrate for a display may be processed.

본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치(40)는 카세트 엘리베이터(10) 및 프리 얼라인먼트 스테이지(20) 상의 웨이퍼(W)를 전달받아 공정을 진행할 수 있다. 일례로 이송 로봇(30)은 웨이퍼(W) 등의 공정 대상을 카세트 엘리베이터(10)에서 꺼내어 프리 얼라인먼트 스테이지(20)에 전달하거나, 프리 얼라인먼트 스테이지(20)에서 정렬된 상기 공정 대상을 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치(40)로 이송할 수 있다. 일 실시예에서 이송 로봇(30)은 핸들러일 수 있고, 단계와 용도에 따라 복수의 핸들러들로 구성될 수 있다. 한편, 이송 로봇(30)은 공정 대상을 고정하기 위한 척(Chuck)을 포함할 수도 있으며, 척의 상부에는 공정 대상과 접촉하는 복수의 돌기들이 형성될 수 있다. 일례로, 이송 로봇(30)은 공정 대상을 이송하기 위한 리니어 스테이지를 더 포함할 수 있다.The laser cutting apparatus 40 according to an embodiment of the present invention may receive the wafer W on the cassette elevator 10 and the pre-alignment stage 20 and proceed with the process. As an example, the transfer robot 30 removes the process target such as the wafer W from the cassette elevator 10 and delivers it to the pre-alignment stage 20, or transfers the process target aligned in the pre-alignment stage 20 to the process target of the present invention. It can be transferred to the laser cutting device 40 according to an embodiment. In one embodiment, the transfer robot 30 may be a handler, and may consist of a plurality of handlers according to stages and uses. Meanwhile, the transfer robot 30 may include a chuck for fixing the process target, and a plurality of protrusions contacting the process target may be formed on the chuck. As an example, the transfer robot 30 may further include a linear stage for transferring the process target.

본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치(40)는 상부에 반도체 소자들이 형성된 기판을 절단하여 반도체 칩을 생산하는데 이용되는 공정 장치일 수 있다. 일례로, 레이저 절단 장치(40)는 스텔스 절단(Stealth Dicing, SD) 레이저 장치일 수 있다. 스텔스 절단 레이저 장치는 렌즈를 사용하여 기판을 투과할 수 있는 파장을 갖는 펄스 레이저 빔을 포커싱하고, 기판 내부에 펄스 레이저 빔을 수집할 수 있다. 스텔스 절단 레이저 장치를 사용하는 경우, 기판의 전면 및 후면을 손상시키지 않고 기판의 국부 지점들에 대하여만 선택적으로 공정을 진행할 수 있다.The laser cutting apparatus 40 according to an embodiment of the present invention may be a processing apparatus used to produce a semiconductor chip by cutting a substrate having semiconductor elements formed thereon. For example, the laser cutting device 40 may be a stealth dicing (SD) laser device. The stealth cutting laser device may use a lens to focus a pulsed laser beam having a wavelength that can penetrate the substrate, and collect the pulsed laser beam inside the substrate. When the stealth cutting laser device is used, the process can be selectively performed only on local points of the substrate without damaging the front and back surfaces of the substrate.

도 2a, 도 2b, 및 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치에서, 방출된 펄스 레이저 빔이 크랙 및 변형 영역을 형성하는 과정을 설명하기 위한 기판의 측 단면도이다. 2A, 2B, and 2C are side cross-sectional views of a substrate for explaining a process in which an emitted pulsed laser beam forms cracks and deformation regions in a laser cutting apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치로부터 방출된 펄스 레이저 빔(L1)은 렌즈를 통과하여 기판(S)에 입사할 수 있다. 한편, 펄스 레이저 빔(L1)은 소정의 주파수로 발진(oscillating)하는 펄스 신호일 수 있으며, 특정 레벨의 회절을 이용하여 펄스 레이저 빔(L1)이 포커싱되는 영역 부근에서 피크 전력 밀도를 고도로 응축시킬 수 있다. 일례로, 기판(S)에 수직한 제1 방향(z-방향)으로 기판(S)을 투과하여 기판(S) 내부로 입사하는 펄스 레이저 빔(L1)은 펄스 레이저 빔(L1)이 포커싱되는 영역 부근에 에너지를 응축시킬 수 있다. 고도로 응축된 피크 전력 밀도로 인해 펄스 레이저 빔(L1)이 포커싱되는 영역 부근에서 높은 빈도로 비선형 다중 광자 흡수 현상(nonlinear multi-photon absorption phenomenon)이 발생할 수 있다. 일례로, 펄스 레이저 빔(L1)이 포커싱되는 영역은, 펄스 레이저 빔(L1)이 통과하는 렌즈의 초점 거리 등에 의해 결정될 수 있다.Referring to Figure 2a, the pulsed laser beam (L1) emitted from the laser cutting device according to an embodiment of the present invention may pass through the lens to be incident on the substrate (S). On the other hand, the pulsed laser beam L1 may be a pulse signal oscillating at a predetermined frequency, and the peak power density can be highly condensed in the vicinity of the region where the pulsed laser beam L1 is focused by using a specific level of diffraction. have. For example, the pulsed laser beam L1 passing through the substrate S in the first direction (z-direction) perpendicular to the substrate S and incident into the substrate S is focused on the pulse laser beam L1. Energy can be condensed near the area. Due to the highly condensed peak power density, a nonlinear multi-photon absorption phenomenon may occur with high frequency near the region where the pulsed laser beam L1 is focused. For example, the region where the pulsed laser beam L1 is focused may be determined by a focal length of a lens through which the pulsed laser beam L1 passes.

이로 인해, 기판(S)의 입자들이 응축된 펄스 레이저 빔(L1)의 에너지를 흡수함에 따라 열 용융 현상이 발생할 수 있고, 절단의 시발점이 되는 변형 영역(P)과 크랙(C)이 기판(S) 내부에 형성될 수 있다. 일례로, 변형 영역(P)은 열 용융 현상에 의해 개질된 영역일 수 있고, 크랙(C)은 개질 영역의 상변화로 인해 발생하는 응력에 따른 균열일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치는, 펄스 레이저 빔(L1)이 포커싱되는 기판(S) 내부의 영역 부근에서 변형 영역(P) 및 크랙(C)을 형성할 수 있다. 일례로, 크랙(C)은 펄스 레이저 빔(L1)이 포커싱되는 영역 부근에서 펄스 레이저 빔(L1)이 입사한 제1 방향(z-방향)으로 연장된 형태로 형성될 수 있으며, 변형 영역(P)은 펄스 레이저 빔(L1)이 포커싱되는 영역 부근에 형성될 수 있다. 다만, 이러한 크랙(C) 및 변형 영역(P)의 형태는 실시예에 한정되지 않고, 펄스 레이저 빔(L1)과 기판(S)의 특성에 따라 다양한 형태로 형성될 수 있다. 일례로, 상기 특성은 펄스 레이저 빔(L1)의 세기, 형태, 및/또는 기판(S)의 재질 등 일 수 있다.Due to this, as the particles of the substrate S absorb the energy of the condensed pulsed laser beam L1, a thermal melting phenomenon may occur, and the deformation region P and the crack C, which are the starting point of cutting, form the substrate ( S) may be formed inside. As an example, the deformation region P may be a region modified by thermal melting, The crack C may be a crack according to stress generated due to a phase change in the modified region. The laser cutting apparatus according to an embodiment of the present invention may form a deformation region P and a crack C in the vicinity of an inner region of the substrate S on which the pulse laser beam L1 is focused. For example, the crack C may be formed to extend in the first direction (z-direction) into which the pulsed laser beam L1 is incident near the region where the pulsed laser beam L1 is focused, and the deformation region ( P) may be formed in the vicinity of the region where the pulsed laser beam L1 is focused. However, the shape of the crack C and the deformation region P is not limited to the embodiment, and may be formed in various shapes according to the characteristics of the pulsed laser beam L1 and the substrate S. For example, the characteristic may be the intensity, shape, and/or material of the substrate S of the pulsed laser beam L1.

도 2b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치는 복수의 변형 영역(P)과 크랙(C)을 형성함으로써 기판(S)의 분자간 힘의 균형을 깨뜨릴 수 있다. 일례로, 기판(S)에 외력이 가해질 때 기판(S)은 형성된 복수의 변형 영역(P)과 크랙(C)에 기초하여 절단될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치는 기판(S)의 특정 위치에 하나의 변형 영역(P)과 크랙(C)을 형성한 후, 스캔이 진행되는 제2 방향(x-방향)에 대해 순차적으로 복수의 변형 영역(P) 및 크랙(C)을 형성할 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐이고, 복수의 변형 영역(P) 및 크랙(C)은 필요에 따라 다양한 방향과 순서로 형성될 수도 있다.Referring to Figure 2b, the laser cutting apparatus according to an embodiment of the present invention can break the balance of intermolecular forces of the substrate (S) by forming a plurality of deformation regions (P) and cracks (C). For example, when an external force is applied to the substrate S, the substrate S may be cut based on the plurality of deformation regions P and cracks C formed. After the laser cutting device according to an embodiment of the present invention forms one deformation region P and a crack C at a specific position of the substrate S, the scan is performed in the second direction (x-direction) A plurality of deformation regions P and cracks C may be sequentially formed with respect to each other. However, this is only an example, and the plurality of deformable regions P and cracks C may be formed in various directions and sequences as needed.

 도 2c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치는 복수의 변형 영역(P) 및 크랙(C)을 기판(S) 내부에서 제1 방향(z-방향)으로 서로 다른 깊이에 위치하는 복수의 층으로 형성할 수 있다. 예컨대, 각각의 층이 형성된 깊이는 펄스 레이저 빔(L1)이 포커싱되는 위치를 조절하여 결정할 수 있다. 한편, 층간 간격, 및/또는 형성되는 크랙(C)의 개수 등은 실시예에 한정되지 아니하고, 절단 공정은 기판(S) 및 펄스 레이저 빔(L1)의 특징에 따라 다양한 형태로 진행될 수 있다. 복수의 변형 영역(P) 및 크랙(C)을 다층으로 형성함으로써, 기판(S) 절단 공정의 유연성을 향상시킬 수 있다. Referring to Figure 2c, the laser cutting apparatus according to an embodiment of the present invention is a plurality of deformation regions (P) and cracks (C) at different depths in the first direction (z-direction) inside the substrate (S) It can be formed in a plurality of layers positioned. For example, the depth at which each layer is formed may be determined by adjusting a focused position of the pulsed laser beam L1. Meanwhile, the interlayer spacing and/or the number of cracks C formed are not limited to the embodiment, and the cutting process may be performed in various forms according to the characteristics of the substrate S and the pulsed laser beam L1. By forming the plurality of deformation regions P and cracks C in multiple layers, flexibility of the substrate S cutting process can be improved.

도 3a 및 도 3b 는 각각 일반적인 레이저 절단 장치에서, 펄스 레이저 빔의 산란을 설명하기 위한 기판의 측 단면도 및 평면도이다.3A and 3B are a side cross-sectional view and a plan view of a substrate for explaining scattering of a pulsed laser beam, respectively, in a general laser cutting apparatus.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 일반적인 레이저 절단 장치로부터 방출된 펄스 레이저 빔(L2)은 기판(S)에 수직한 제1 방향(z-방향)으로 기판(S)의 상면에 입사하여 기판(S) 내부에 포커싱될 수 있다. 펄스 레이저 빔(L2) 및 기판(S) 중 적어도 하나는 기판에 평행한 제2 방향(x-방향)으로 이동할 수 있다. 이 때, 제2 방향(x-방향)은 레이저 절단 장치가 이동하는 방향이며, 스캔 방향으로 정의될 수 있다. 3A and 3B, the pulsed laser beam L2 emitted from a general laser cutting device is incident on the upper surface of the substrate S in the first direction (z-direction) perpendicular to the substrate S, and the substrate ( S) can be focused inside. At least one of the pulsed laser beam L2 and the substrate S may move in a second direction (x-direction) parallel to the substrate. At this time, the second direction (x-direction) is a direction in which the laser cutting device moves, and may be defined as a scan direction.

한편, 레이저 절단 장치에 의해 스캔이 진행됨에 따라, 기판(S) 내부에는 복수의 변형 영역(P) 및 크랙(C)이 형성될 수 있다. 기판(S)의 상면으로 펄스 레이저 빔(L2)이 입사할 때, 기판(S) 내부에는 펄스 레이저 빔(L2)에 의해 먼저 형성된 적어도 하나의 변형 영역(P) 및 크랙(C)이 포함되어 있을 수 있다. 입사된 펄스 레이저 빔(L2)은 기판(S) 내부의 새로운 위치에 변형 영역(P) 및 크랙(C)을 형성할 수 있다. 다만, 기판(S) 내부에는, 상면으로 입사된 펄스 레이저 빔(L2)이 통과하는 영역과 이전에 형성된 변형 영역(P) 및/또는 크랙(C)이 중첩되는 중첩 영역(D)이 발생할 수 있다. 중첩 영역(D)에서는 펄스 레이저 빔(L2)의 적어도 일부가 산란될 수 있으며, 산란된 펄스 레이저 빔(L2’)은 기판(S)에 형성된 반도체 소자에 광학적 손상을 야기할 수 있다. Meanwhile, as the scan is performed by the laser cutting device, a plurality of deformation regions P and cracks C may be formed inside the substrate S. When the pulse laser beam L2 is incident on the upper surface of the substrate S, the inside of the substrate S includes at least one deformation region P and a crack C previously formed by the pulse laser beam L2. there may be The incident pulsed laser beam L2 may form a deformation region P and a crack C at a new position inside the substrate S. However, inside the substrate S, an overlapping region D in which the region through which the pulsed laser beam L2 incident on the upper surface passes and the previously formed deformation region P and/or the crack C overlap may occur. have. At least a portion of the pulsed laser beam L2 may be scattered in the overlapping region D, and the scattered pulsed laser beam L2' may cause optical damage to a semiconductor device formed on the substrate S.

한편, 일반적인 레이저 절단 장치에서 절단 출력을 향상시키기 위해 기판(S)의 상면에 근접하여 펄스 레이저 빔(L2)을 조사할 수 있다. 다만, 기판(S)에 근접한 영역에서 펄스 레이저 빔(L2)이 조사되는 경우, 중첩 영역(D)의 크기가 증가할 수 있다. 이 경우, 산란되는 펄스 레이저 빔(L2’)의 세기가 함께 증가하여 기판(S)에 대한 손상이 심해질 수 있다. 다시 말해, 펄스 레이저 빔(L2)의 산란 억제와 절단 출력 향상은 서로 트레이드 오프(trade-off) 관계에 있을 수 있다. On the other hand, in order to improve the cutting power in a general laser cutting device, it is possible to irradiate the pulsed laser beam L2 close to the upper surface of the substrate S. However, when the pulse laser beam L2 is irradiated from an area adjacent to the substrate S, the size of the overlapping area D may increase. In this case, the intensity of the scattered pulsed laser beam L2 ′ may increase together, thereby increasing damage to the substrate S. In other words, suppression of scattering of the pulsed laser beam L2 and improvement of cutting power may have a trade-off relationship with each other.

도 4a와 도 4b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치에서, 펄스 레이저 빔의 산란을 억제하기 위한 방법을 설명하기 위한 측 단면도 및 평면도이다.4A and 4B are a side cross-sectional view and a plan view, respectively, for explaining a method for suppressing scattering of a pulsed laser beam in a laser cutting apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 장치에서 방출된 펄스 레이저 빔(L3)은 기판(S)에 수직한 제1 방향(z-방향)으로 기판(S)의 상면에 입사하여 기판(S) 내부에 집중될 수 있다. 레이저 절단 장치의 스캔 방향은 펄스 레이저 빔(L3)과 기판(S) 중 적어도 하나의 이동으로 결정될 수 있다. 일례로, 스캔 방향은 기판에 평행한 제2 방향(x-방향)일 수 있다. 4A and 4B , the pulsed laser beam L3 emitted from the laser device according to an embodiment of the present invention is directed toward the substrate S in a first direction (z-direction) perpendicular to the substrate S. It may be incident on the upper surface and concentrated inside the substrate (S). The scanning direction of the laser cutting device may be determined by movement of at least one of the pulsed laser beam L3 and the substrate S. For example, the scan direction may be a second direction (x-direction) parallel to the substrate.

본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치에 의한 스캔이 진행되면서, 기판(S) 내부에는 복수의 변형 영역(P) 및 크랙(C)이 형성될 수 있다. 기판(S) 내부에서 펄스 레이저 빔(L3)의 진행 경로에 대응하는 영역과 먼저 형성된 변형 영역(P) 및/또는 크랙(C)이 중첩하는 중첩 영역(D)에서, 펄스 레이저 빔(L3)의 일부는 산란될 수 있다. 따라서, 산란을 억제하고, 기판(S) 상에 형성된 반도체 소자에 대한 광학적 손상을 방지하기 위해서 중첩 영역(D)을 최소화할 필요가 있다. As the scan by the laser cutting device according to an embodiment of the present invention proceeds, a plurality of deformable regions P and cracks C may be formed inside the substrate S. In the overlapping region D where the region corresponding to the traveling path of the pulsed laser beam L3 in the substrate S and the previously formed deformation region P and/or the crack C overlap, the pulsed laser beam L3 Some of it may be scattered. Accordingly, it is necessary to minimize the overlapping region D in order to suppress scattering and prevent optical damage to the semiconductor device formed on the substrate S.

일례로, 펄스 레이저 빔(L3)은 기판(S) 내부에서 진행할 때, 펄스 레이저 빔(L3)의 입사 방향인 제1 방향(z-방향)에 수직한 평면의 일부 영역에서 빔의 세기가 상대적으로 약한 비대칭 형태의 세기 분포를 가질 수 있다. 일례로, 상기 일부 영역은 중첩 영역(D)을 포함할 수 있다. 한편, 중첩 영역(D)을 지나는 펄스 레이저 빔(L3)의 세기가 감소하면, 중첩 영역(D)에서 산란되는 펄스 레이저 빔(L3)도 감소할 수 있다. For example, when the pulsed laser beam L3 travels inside the substrate S, the intensity of the beam is relative to a portion of a plane perpendicular to the first direction (z-direction), which is the incident direction of the pulsed laser beam L3. can have a weakly asymmetrical intensity distribution. For example, the partial region may include an overlapping region D. Meanwhile, when the intensity of the pulsed laser beam L3 passing through the overlapping area D is decreased, the pulsed laser beam L3 scattered from the overlapping area D may also be reduced.

본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치는 일부 영역에서 펄스 레이저 빔(L3)이 상대적으로 약한 세기를 갖도록 제어하여 펄스 레이저 빔(L3)의 적어도 하나의 단면이 비대칭 형태의 세기 분포를 갖도록 할 수 있다. 이를 통해, 중첩 영역(D)을 통과하는 펄스 레이저 빔(L3)의 세기를 감소시키거나 제거하여, 펄스 레이저 빔(L3)의 산란을 억제하고 기판(S) 상에 형성된 반도체 소자의 광학적 손상을 방지할 수 있다.The laser cutting apparatus according to an embodiment of the present invention controls the pulsed laser beam L3 to have a relatively weak intensity in some areas so that at least one cross section of the pulsed laser beam L3 has an asymmetrical intensity distribution. can Through this, by reducing or removing the intensity of the pulsed laser beam L3 passing through the overlapping region D, scattering of the pulsed laser beam L3 is suppressed and optical damage to the semiconductor device formed on the substrate S is reduced. can be prevented

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치는 기판(S)의 상면에 근접한 위치에서 펄스 레이저 빔(L3)을 조사할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치에서는, 펄스 레이저 빔(L3)이 기판(S)에 근접한 위치에서 조사되더라도, 펄스 레이저 빔(L3)이 비대칭의 세기를 갖도록 제어함으로써 중첩 영역(D)에 입사하는 펄스 레이저 빔(L3)의 세기를 최소화할 수 있다. 따라서, 산란되는 펄스 레이저 빔(L3’)을 최소화하고 기판(S)의 추가적인 손상 없이 절단 출력을 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치를 이용하면, 펄스 레이저 빔(L2)의 산란을 억제하면서 동시에 절단 성능을 개선할 수 있다. On the other hand, the laser cutting apparatus according to an embodiment of the present invention can irradiate the pulse laser beam (L3) at a position close to the upper surface of the substrate (S). In the laser cutting apparatus according to an embodiment of the present invention, even if the pulsed laser beam (L3) is irradiated at a position close to the substrate (S), the overlapping area (D) by controlling the pulsed laser beam (L3) to have an asymmetrical intensity It is possible to minimize the intensity of the pulsed laser beam L3 incident on the . Accordingly, it is possible to minimize the scattered pulsed laser beam L3 ′ and improve the cutting power without additional damage to the substrate S. Therefore, using the laser cutting apparatus according to an embodiment of the present invention, it is possible to improve the cutting performance while suppressing the scattering of the pulsed laser beam (L2).

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치의 개략적인 구성도이다. 5 is a schematic configuration diagram of a laser cutting device according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치(100)는 이미터(110), 위상 변조 유닛(120), 포커싱 렌즈 유닛(130), 및 기판 안착 유닛(140)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 5 , the laser cutting apparatus 100 according to an embodiment of the present invention includes an emitter 110 , a phase modulation unit 120 , a focusing lens unit 130 , and a substrate seating unit 140 . can do.

이미터(110)는 펄스 레이저 빔(L)을 방출할 수 있다. 펄스 레이저 빔(L)은 짧은 펄스 폭을 가질 수 있고, 짧은 시간 동안 큰 출력으로 방출될 수 있다. 펄스 레이저 빔(L)은 실시예에 따라 가우시안 빔일 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고 펄스 레이저 빔(L)은 구형파, 평면파 등 다양한 형태로 방출될 수도 있다. 방출된 펄스 레이저 빔(L)은 기판(S)의 상면에 입사되기 전까지 필요에 따라 복수의 렌즈들 및/또는 거울들을 포함하는 광학 모듈에 의해 굴절 및/또는 반사되어 기판(S)의 상면에 입사할 수 있다. 일례로, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치(100)는 펄스 레이저 빔(L)을 다양하게 변조할 수 있는 복수의 렌즈들 및/또는 거울들을 포함할 수 있다. 다만, 이는 도 5에 도시된 실시예에 한정되지 아니하고, 펄스 레이저 빔(L) 및 절단하고자 하는 기판(S)의 특성에 따라 레이저 절단 장치(100)의 추가적인 구성이 결정될 수 있다. The emitter 110 may emit a pulsed laser beam L. The pulsed laser beam L may have a short pulse width and may be emitted with a large output for a short time. The pulsed laser beam L may be a Gaussian beam according to an embodiment. However, the present invention is not limited thereto, and the pulsed laser beam L may be emitted in various forms, such as a square wave or a plane wave. The emitted pulsed laser beam L is refracted and/or reflected by an optical module including a plurality of lenses and/or mirrors as necessary until it is incident on the upper surface of the substrate S, and is then reflected on the upper surface of the substrate S. can get in For example, the laser cutting apparatus 100 according to an embodiment of the present invention may include a plurality of lenses and / or mirrors that can modulate the pulse laser beam (L) in various ways. However, this is not limited to the embodiment shown in FIG. 5 , and an additional configuration of the laser cutting apparatus 100 may be determined according to the characteristics of the pulsed laser beam L and the substrate S to be cut.

위상 변조 유닛(120)은 방출된 펄스 레이저 빔(L)의 위상 분포를 변조할 수 있다. 위상 변조 유닛(120)은 위상 분포가 변조된 펄스 레이저 빔(L)의 간섭 현상을 이용하여, 펄스 레이저 빔(L)과 이전에 형성된 변형 영역 및/또는 크랙이 중첩하는 영역을 최소화할 수 있다. The phase modulation unit 120 may modulate a phase distribution of the emitted pulsed laser beam L. The phase modulation unit 120 may use the interference phenomenon of the pulsed laser beam L whose phase distribution is modulated to minimize the overlapping area between the pulsed laser beam L and the previously formed deformation region and/or crack. .

위상 변조 유닛(120)은 투과 위상 시프트 플레이트일 수 있다. 투과 위상 시프트 플레이트는 맞춤형 위상 분포를 갖는 위상 변조 필터를 포함하는 투명한 기판일 수 있다. 또한, 투과 위상 시프트 플레이트는 석영유리(fused silica) 또는 BK-7 유리 등의 투명한 유리로 제조될 수 있으며, 에칭 공정 또는 투명한 재료의 증착 공정을 적용하여 작은 위상 단위로 위상 변조 패턴을 생성할 수 있다. The phase modulation unit 120 may be a transmissive phase shift plate. The transmissive phase shift plate may be a transparent substrate comprising a phase modulation filter with a tailored phase distribution. In addition, the transmission phase shift plate can be made of transparent glass such as fused silica or BK-7 glass, and an etching process or a deposition process of a transparent material can be applied to generate a phase modulation pattern in small phase units. have.

포커싱 렌즈 유닛(130)은 변조된 펄스 레이저 빔(L)이 기판(S)에 입사하는 경로에 배치되어, 변조된 펄스 레이저 빔(L)을 기판(S)에 포커싱할 수 있다. 일례로, 포커싱 렌즈 유닛(130)은 적어도 하나 이상의 볼록렌즈를 포함할 수 있다. 한편, 포커싱 렌즈 유닛(130)에 의해 기판(S) 내부에 포커싱된 펄스 레이저 빔(L)은, 빔이 포커싱되는 위치 부근에 절단의 시발점이 되는 크랙 및/또는 변형 영역을 형성할 수 있다.The focusing lens unit 130 may be disposed on a path where the modulated pulsed laser beam L is incident on the substrate S to focus the modulated pulsed laser beam L on the substrate S. For example, the focusing lens unit 130 may include at least one convex lens. On the other hand, the pulsed laser beam L focused inside the substrate S by the focusing lens unit 130 may form a crack and/or a deformation region that is a starting point of cutting in the vicinity of a position where the beam is focused.

기판 안착 유닛(140)은 절단하고자 하는 기판(S)을 정렬하여 장착할 수 있다. 한편, 기판 안착 유닛(140)에 장착된 기판(S) 및 펄스 레이저 빔(L) 중 적어도 하나는 절단 패턴에 따라 이동할 수 있다. 다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치(100)의 절단 패턴은 실시예에 한정되지 않으며, 다양한 패턴으로 절단 공정이 진행될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치(100)는 절단 패턴을 입력 받아 펄스 레이저 빔(L) 및 기판(S) 중 적어도 하나의 위치를 변경하여 기판(S)을 고속으로 절단하는 메커니즘을 적용할 수 있다. 예컨대, 레이저 절단 장치(100)는 상기 메커니즘을 적용하기 위한 알고리즘을 저장하는 메모리를 더 포함할 수 있다.The substrate mounting unit 140 may align and mount the substrate S to be cut. Meanwhile, at least one of the substrate S and the pulse laser beam L mounted on the substrate mounting unit 140 may move according to a cutting pattern. However, the cutting pattern of the laser cutting apparatus 100 according to an embodiment of the present invention is not limited to the embodiment, and the cutting process may be performed in various patterns. In addition, the laser cutting apparatus 100 according to an embodiment of the present invention receives a cutting pattern and changes the position of at least one of the pulse laser beam (L) and the substrate (S) to cut the substrate (S) at high speed mechanism can be applied. For example, the laser cutting apparatus 100 may further include a memory for storing an algorithm for applying the mechanism.

도 6은 일반적인 레이저 절단 장치에서, 위상 변조 유닛이 적용되지 않은 펄스 레이저 빔의 세기 분포를 설명하기 위한 도면이다.6 is a view for explaining the intensity distribution of a pulsed laser beam to which a phase modulation unit is not applied in a general laser cutting device.

도 6을 참조하면, 일반적인 레이저 절단 장치(200)에서, 이미터로부터 방출된 펄스 레이저 빔(L2)은 위상 변조 유닛을 거치지 않고 포커싱 렌즈 유닛(230)을 통과할 수 있다. 포커싱 렌즈 유닛(230)을 통과한 펄스 레이저 빔(L2)은 제1 방향(z-방향)으로 기판(S)의 상면에 입사할 수 있다. 한편, 펄스 레이저 빔(L2)이 투과하는 기판(S) 내부의 영역은, 펄스 레이저 빔(L2)이 포커싱되는 포커싱 영역(250)과, 제1 방향(z-방향)에서 포커싱 영역(250)과 다른 위치에 존재하는 디포커싱 영역(255)을 포함할 수 있다. 일례로, 포커싱 영역(250)은 포커싱 렌즈 유닛(230)의 초점 거리에 위치할 수 있다. 한편, 포커싱 영역(250)은 기판(S)의 특정 깊이에 위치할 수 있고, 디포커싱 영역(255)은 포커싱 영역(250)보다 얕은 깊이에 위치할 수 있다. 일례로, 포커싱 영역(250)의 깊이는 포커스 렌즈 유닛(230)과 기판(S) 사이의 배치에 따라 결정될 수 있다.Referring to FIG. 6 , in a general laser cutting device 200 , the pulsed laser beam L2 emitted from the emitter may pass through the focusing lens unit 230 without going through the phase modulation unit. The pulsed laser beam L2 passing through the focusing lens unit 230 may be incident on the upper surface of the substrate S in the first direction (z-direction). On the other hand, the region inside the substrate S through which the pulsed laser beam L2 passes is a focusing region 250 on which the pulsed laser beam L2 is focused, and a focusing region 250 in the first direction (z-direction). It may include a defocusing area 255 existing at a position different from the . For example, the focusing area 250 may be located at a focal length of the focusing lens unit 230 . Meanwhile, the focusing region 250 may be located at a specific depth of the substrate S, and the defocusing region 255 may be located at a shallower depth than the focusing region 250 . For example, the depth of the focusing region 250 may be determined according to the arrangement between the focus lens unit 230 and the substrate S.

도 6에 도시된 일반적인 레이저 절단 장치(200)는, 펄스 레이저 빔(L2)을 이용하여 기판(S)의 포커싱 영역(250) 부근에 변형 영역(P)을 형성하고, 포커싱 영역(250)과 기판(S)의 상면 사이에 크랙(C)을 형성할 수 있다. 일례로, 크랙(C)은 기판(S) 내부에서 제1 방향(z-방향)으로 연장되는 형태로 형성될 수 있다. 다만, 도 6에 도시된 변형 영역(P)과 크랙(C)은 일 실시예에 불과할 뿐 이에 한정되지 않으며, 실시예와 상이한 위치에 다양한 형태로 형성될 수도 있다. The general laser cutting apparatus 200 shown in FIG. 6 uses a pulsed laser beam L2 to form a deformation region P in the vicinity of the focusing region 250 of the substrate S, and the focusing region 250 and A crack C may be formed between the upper surfaces of the substrate S. For example, the crack C may be formed to extend in the first direction (z-direction) inside the substrate S. However, the deformable region P and the crack C shown in FIG. 6 are merely exemplary and are not limited thereto, and may be formed in various shapes at positions different from those of the exemplary embodiment.

한편, 도 6에 도시된 레이저 절단 장치(200)에서, 절단 패턴에 따라 기판(S)과 펄스 레이저 빔(L2) 중 적어도 하나가 이동할 수 있다. 이에 따라, 기판(S)에는 복수의 포커싱 영역(250, 250’) 및 복수의 디포커싱 영역(255, 255’)이 정의될 수 있다. 또한, 기판(S) 내부에는 적어도 하나 이상의 변형 영역(P)과 크랙(C)이 형성될 수 있다. On the other hand, in the laser cutting apparatus 200 shown in Figure 6, at least one of the substrate (S) and the pulse laser beam (L2) may move according to the cutting pattern. Accordingly, a plurality of focusing regions 250 and 250 ′ and a plurality of defocusing regions 255 and 255 ′ may be defined on the substrate S. In addition, at least one deformation region P and a crack C may be formed inside the substrate S.

일례로, 기판(S)은 펄스 레이저 빔(L2)이 순차적으로 형성되는 제1 포커싱 영역(250’) 및 제2 포커싱 영역(250)을 포함할 수 있다. 제1 포커싱 영역(250’)과 제2 포커싱 영역(250)은 포커싱 렌즈 유닛(230)의 초점 거리에 위치할 수 있고, 각각 서로 다른 제1 깊이와 제2 깊이에 위치할 수 있다. 다만, 이는 실시예에 불과할 뿐, 제1 포커싱 영역(250’)과 제2 포커싱 영역(250)이 위치한 제1 깊이와 제2 깊이는 서로 동일할 수도 있다. For example, the substrate S may include a first focusing region 250 ′ and a second focusing region 250 in which the pulsed laser beam L2 is sequentially formed. The first focusing area 250 ′ and the second focusing area 250 may be located at a focal length of the focusing lens unit 230 , and may be located at different first and second depths, respectively. However, this is only an exemplary embodiment, and the first depth and the second depth at which the first focusing area 250 ′ and the second focusing area 250 are located may be the same as each other.

또한, 제1 방향(z-방향)에서 제1 포커싱 영역(250') 및 제2 포커싱 영역(250)과 다른 위치의 특정 영역에는 제1 디포커싱 영역(255’) 및 제2 디포커싱 영역(255)이 각각 정의될 수 있다. 한편, 제1 포커싱 영역(250’) 부근에는 제1 변형 영역이 형성될 수 있고, 제1 포커싱 영역(250')과 기판(S)의 상면 사이에는 제1 크랙이 형성될 수 있다. 마찬가지로, 제2 포커싱 영역(250) 부근에는 제2 변형 영역이 형성될 수 있고, 제2 포커싱 영역(250)과 기판(S)의 상면 사이에는 제2 크랙이 형성될 수 있다. 예컨대, 제2 디포커싱 영역(255)의 적어도 일부는 이전에 형성된 제1 크랙 및/또는 제1 변형 영역의 적어도 일부와 중첩될 수 있다. 펄스 레이저 빔(L2)은 상기 중첩되는 영역에서 산란될 수 있다. In addition, in a specific area at a position different from the first focusing area 250 ′ and the second focusing area 250 in the first direction (z-direction), the first defocusing area 255' and the second defocusing area ( 255) can be defined respectively. Meanwhile, a first deformation region may be formed near the first focusing region 250 ′, and a first crack may be formed between the first focusing region 250 ′ and the upper surface of the substrate S. Similarly, a second deformation region may be formed near the second focusing region 250 , and a second crack may be formed between the second focusing region 250 and the upper surface of the substrate S. For example, at least a portion of the second defocusing region 255 may overlap at least a portion of the previously formed first crack and/or the first deformable region. The pulsed laser beam L2 may be scattered in the overlapping area.

도 6에 도시된 일반적인 레이저 절단 장치(200)에서, 제2 포커싱 영역(250)으로 입사하는 변조된 펄스 레이저 빔(L2)은 제2 디포커싱 영역(255)을 지날 수 있다. 한편, 제2 디포커싱 영역(255)을 지나는 변조된 펄스 레이저 빔(L2)은 기판(S)의 상면에 평행한 제1 단면(251) 및 제2 단면(252)을 포함할 수 있다. 한편, 펄스 레이저 빔(L2)은 제2 포커싱 영역(250), 제1 단면(251), 및 제2 단면에서 각각 I250, I251, 및 I252과 같은 세기 분포를 가질 수 있다. In the general laser cutting apparatus 200 shown in FIG. 6 , the modulated pulsed laser beam L2 incident on the second focusing area 250 may pass through the second defocusing area 255 . Meanwhile, the modulated pulsed laser beam L2 passing through the second defocusing region 255 may include a first end surface 251 and a second end surface 252 parallel to the upper surface of the substrate S. Meanwhile, the pulsed laser beam L2 may have intensity distributions such as I250, I251, and I252 in the second focusing region 250 , the first cross-section 251 , and the second cross-section, respectively.

I251 및 I252를 참조하면, 펄스 레이저 빔(L2)은 제1, 2 단면(251, 252)의 중점을 기준으로 각도방향에 대하여 균일한 세기 분포를 가질 수 있다. 한편, 제2 포커싱 영역(250)으로 입사하는 펄스 레이저 빔(L2)은 제1 크랙(C)의 적어도 일부를 지날 수 있다. 제1 크랙(C)의 적어도 일부를 지나는 펄스 레이저 빔(L2)은 산란되어 주변 반도체 기판에 광학적 손상을 일으킬 수 있다.Referring to I251 and I252, the pulsed laser beam L2 may have a uniform intensity distribution in the angular direction with respect to the midpoint of the first and second cross-sections 251 and 252. Meanwhile, the pulsed laser beam L2 incident to the second focusing region 250 may pass through at least a portion of the first crack C. As shown in FIG. The pulsed laser beam L2 passing through at least a portion of the first crack C may be scattered to cause optical damage to the surrounding semiconductor substrate.

도 7a 및 도 7b는 개선된 레이저 절단 장치에서, 진폭 변조 유닛이 적용된 펄스 레이저 빔의 세기 분포를 설명하기 위한 도면이다.7A and 7B are diagrams for explaining the intensity distribution of a pulsed laser beam to which an amplitude modulation unit is applied in the improved laser cutting apparatus.

도 7a을 참조하면, 개선된 레이저 절단 장치(400)에서, 이미터로부터 방출된 펄스 레이저 빔(L4)은 진폭 변조 유닛(420)을 통과할 수 있다. 진폭 변조 유닛(420)을 이용하여 빔의 진폭 분포가 변조된 펄스 레이저 빔(L4)은 포커싱 렌즈 유닛(430)을 지나 제1 방향(z-방향)으로 기판(S)의 상면에 입사할 수 있다. 한편, 개선된 레이저 절단 장치(400)에서, 포커싱 영역(450) 및 디포커싱 영역(455)은 상술한 도 6에 도시된 일반적인 레이저 절단 장치(200)와 유사하게 정의될 수 있다. 일례로, 포커싱 영역(450)은 펄스 레이저 빔(L4)이 포커싱되는 기판(S) 내부의 영역일 수 있고, 디포커싱 영역(455)은 제1 방향(z-방향)에서 포커싱 영역(450)과 다른 위치에 존재하는 기판(S) 내부의 영역일 수 있다.Referring to FIG. 7A , in the improved laser cutting apparatus 400 , the pulsed laser beam L4 emitted from the emitter may pass through the amplitude modulation unit 420 . The pulsed laser beam L4 in which the amplitude distribution of the beam is modulated using the amplitude modulation unit 420 passes through the focusing lens unit 430 and is incident on the upper surface of the substrate S in the first direction (z-direction). have. On the other hand, in the improved laser cutting apparatus 400, the focusing area 450 and the defocusing area 455 may be defined similarly to the general laser cutting apparatus 200 shown in Fig. 6 described above. For example, the focusing area 450 may be an area inside the substrate S on which the pulsed laser beam L4 is focused, and the defocusing area 455 may be a focusing area 450 in the first direction (z-direction). It may be a region inside the substrate S that is present at a different position from the .

도 7a에 도시된 개선된 레이저 절단 장치(400)는, 펄스 레이저 빔(L4)을 이용하여 기판(S)의 포커싱 영역(450) 부근에 변형 영역(P)을 형성하고, 포커싱 영역(450)과 기판(S)의 상면 사이에 크랙(C)을 형성할 수 있다. 한편, 절단 패턴에 따라 기판(S)과 펄스 레이저 빔(L4) 중 적어도 하나는 이동할 수 있고, 이에 따라 기판(S) 내부에는 적어도 하나 이상의 변형 영역(P)과 크랙(C)이 형성될 수 있다. 예컨대, 도 7a에 도시된 개선된 레이저 절단 장치(400)에 의해 절단 공정이 진행되면서 적어도 하나 이상의 변형 영역(P)과 크랙(C)이 순차적으로 형성되는 과정은 도 6에 도시된 일반적인 레이저 장치(200)에서 변형 영역(P)과 크랙(C)을 형성하는 과정과 유사할 수 있다. 일례로, 디포커싱 영역(455)의 적어도 일부는 이전에 형성된 크랙(C) 및/또는 변형 영역(P)의 적어도 일부와 중첩될 수 있다. 펄스 레이저 빔(L4)은 상기 중첩되는 영역에서 산란될 수 있다. The improved laser cutting apparatus 400 shown in FIG. 7A uses a pulsed laser beam L4 to form a deformation region P in the vicinity of a focusing region 450 of a substrate S, and a focusing region 450 . A crack C may be formed between the upper surface of the substrate S and the substrate S. Meanwhile, at least one of the substrate S and the pulsed laser beam L4 may move according to the cutting pattern, and accordingly, at least one deformation region P and a crack C may be formed inside the substrate S. have. For example, the process in which at least one deformation region P and crack C are sequentially formed while the cutting process is performed by the improved laser cutting device 400 shown in FIG. 7A is a general laser device shown in FIG. It may be similar to the process of forming the deformation region P and the crack C in 200 . For example, at least a portion of the defocusing region 455 may overlap at least a portion of the previously formed crack C and/or the deformation region P. The pulsed laser beam L4 may be scattered in the overlapping area.

도 7a에 도시된 개선된 레이저 절단 장치(400)에서, 진폭 변조 유닛(420)은 펄스 레이저 빔(L4)의 진폭 분포를 변조하는 진폭 변조 패턴(425)을 포함할 수 있다. 예컨대, 진폭 변조 패턴(425)은 펄스 레이저 빔(L4)의 적어도 일부를 차단하고, 다른 일부만을 통과시키는 비대칭적인 패턴을 가지도록 설계될 수 있다. 진폭 변조 유닛(420)에 의해 빔이 차단되는 영역은 이전에 형성된 크랙(C) 및/또는 변형 영역(P)과 중첩되는 영역을 포함할 수 있다. 일례로, 진폭 변조 패턴(425)은 이전에 형성된 크랙(C) 및/또는 변형 영역(P)을 포함하는 부채꼴 형태의 영역에 대해 펄스 레이저 빔(L4)을 차단하는 형태일 수 있다. In the improved laser cutting apparatus 400 shown in FIG. 7A , the amplitude modulation unit 420 may include an amplitude modulation pattern 425 for modulating the amplitude distribution of the pulsed laser beam L4 . For example, the amplitude modulation pattern 425 may be designed to have an asymmetric pattern that blocks at least a portion of the pulsed laser beam L4 and allows only another portion to pass therethrough. The region where the beam is blocked by the amplitude modulation unit 420 may include a region overlapping the previously formed crack C and/or the deformation region P. As an example, the amplitude modulation pattern 425 may have a shape that blocks the pulsed laser beam L4 with respect to a sector-shaped region including the previously formed crack C and/or the deformation region P.

도 7a에 도시된 개선된 레이저 절단 장치(400)에서, 포커싱 영역(450)으로 입사하는 변조된 펄스 레이저 빔(L4)은 디포커싱 영역(455)을 지날 수 있다. 한편, 디포커싱 영역(455)을 지나는 변조된 펄스 레이저 빔(L4)은 기판(S)의 상면에 평행한 제1 단면(451) 및 제2 단면(452)을 포함할 수 있다. 한편, 펄스 레이저 빔(L4)은 포커싱 영역(450), 제1 단면(451), 및 제2 단면(452)에서 각각 I450, I451, 및 I452와 같은 세기 분포를 가질 수 있다. In the improved laser cutting apparatus 400 shown in FIG. 7A , the modulated pulsed laser beam L4 incident on the focusing area 450 may pass through the defocusing area 455 . Meanwhile, the modulated pulsed laser beam L4 passing through the defocusing region 455 may include a first end surface 451 and a second end surface 452 parallel to the upper surface of the substrate S. Meanwhile, the pulsed laser beam L4 may have the same intensity distribution as I450, I451, and I452 in the focusing region 450 , the first end surface 451 , and the second end surface 452 , respectively.

도 7a에 도시된 개선된 레이저 절단 장치(400)에서, I451 및 I452를 참조하면, 펄스 레이저 빔(L4)은 디포커싱 영역(455) 중 적어도 일부에서 기판(S)의 상면에 평행한 제2 방향을 따라 불균일한 세기 분포를 가질 수 있다. 일례로, 상기 제2 방향은 변조된 펄스 레이저 빔(L4)의 광축을 기준으로 한 각도 방향일 수 있다. 즉, 변조된 펄스 레이저 빔(L4)은 제1, 2 단면(451, 452)의 중점을 기준으로 각도방향에 대하여 불균일한 세기 분포를 가질 수 있다. In the improved laser cutting apparatus 400 shown in FIG. 7A , referring to I451 and I452 , the pulsed laser beam L4 is a second parallel to the upper surface of the substrate S in at least a portion of the defocusing area 455 . It may have a non-uniform intensity distribution along the direction. For example, the second direction may be an angular direction with respect to the optical axis of the modulated pulsed laser beam L4. That is, the modulated pulsed laser beam L4 may have a non-uniform intensity distribution with respect to the angular direction based on the midpoints of the first and second end surfaces 451 and 452 .

예컨대, 크랙(C)의 적어도 일부를 지나는 펄스 레이저 빔(L4)은 산란되어 주변 반도체 기판에 광학적 손상을 일으킬 수 있다. 다만, 상술한 바와 같이 진폭 변조 유닛(420)은 펄스 레이저 빔(L4) 중 크랙(C)과 중첩되는 영역에서의 빔의 세기를 감소시킬 수 있다. 따라서 도 7a의 레이저 절단 장치(400)를 이용하여 절단 공정을 진행하는 경우, 반도체 기판의 광학적 손상을 억제할 수 있다.For example, the pulsed laser beam L4 passing through at least a portion of the crack C may be scattered to cause optical damage to the surrounding semiconductor substrate. However, as described above, the amplitude modulation unit 420 may reduce the intensity of the beam in a region overlapping the crack C among the pulsed laser beam L4 . Therefore, when the cutting process is performed using the laser cutting device 400 of FIG. 7A , optical damage to the semiconductor substrate can be suppressed.

도 7b는 상술한 레이저 절단 장치들(200, 400)에서 시뮬레이션한 포커싱 영역(250, 450)에서의 펄스 레이저 빔(L2, L4)의 세기 분포를 x, y 단면에 대하여 각각 나타낸 그래프(G250, G250’, G450, G450’)이다. 도 7b를 참조하면, 도 7a에 도시된 레이저 절단 장치(400)에서 펄스 레이저 빔(L4)의 세기 분포 그래프(G450, G450’)와, 도 6에 도시된 레이저 절단 장치(200)에서 펄스 레이저 빔(L2)의 세기 분포 그래프(G250, G250’)를 비교할 수 있다. Figure 7b is a graph (G250, G250, respectively) showing the intensity distribution of the pulse laser beams (L2, L4) in the focusing regions (250, 450) simulated by the above-described laser cutting devices (200, 400) with respect to the x, y section, respectively. G250', G450, G450'). Referring to Figure 7b, the intensity distribution graph (G450, G450') of the pulse laser beam (L4) in the laser cutting device 400 shown in Figure 7a, and the pulse laser in the laser cutting device 200 shown in Figure 6 The intensity distribution graphs G250 and G250' of the beam L2 may be compared.

도 7b를 참조하면, 진폭 변조 유닛(420)을 적용하는 경우에 포커싱된 펄스 레이저 빔(L4)의 세기는 진폭 변조 유닛(420)을 적용하지 않은 경우보다 상당히 감소할 수 있다. 일례로, 시뮬레이션 결과에 따르면 진폭 변조 유닛(420)을 적용하는 경우, 그렇지 않은 경우보다 20% 이상 펄스 레이저 빔(L4)의 세기가 감소할 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않으며, 진폭 변조 유닛(420)의 형태 등에 따라 빔 세기의 감소율은 20% 이하일 수도 있다. Referring to FIG. 7B , when the amplitude modulation unit 420 is applied, the intensity of the focused pulsed laser beam L4 may be significantly reduced compared to the case where the amplitude modulation unit 420 is not applied. For example, according to the simulation result, when the amplitude modulation unit 420 is applied, the intensity of the pulsed laser beam L4 may be reduced by 20% or more compared to the case where the amplitude modulation unit 420 is not applied. However, this is only an exemplary embodiment and is not limited thereto, and the reduction rate of the beam intensity may be 20% or less depending on the shape of the amplitude and the modulation unit 420 .

또한, 포커싱된 펄스 레이저 빔(L4)의 중심이 아닌 지점에서 빛의 세기가 두드러지는 극대점이 나타날 수 있다. 일례로, 시뮬레이션 결과에 따르면 빔의 중심으로부터 수 μm만큼 이격된 지점에서 빔의 세기가 있는 극대점이 나타날 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않으며, 중심에서 극대점까지의 이격거리 및 극대점에서의 빔의 세기는 상이할 수 있다. 따라서, 진폭 변조 유닛(420)을 적용하는 경우, 펄스 레이저 빔(L4)의 산란을 억제할 수는 있으나, 빔의 세기가 감소하고 노이즈가 발생하기 쉬워 절단 효율이 감소할 수 있다. Also, a maximum point in which the intensity of light is conspicuous may appear at a point other than the center of the focused pulsed laser beam L4. For example, according to the simulation result, a maximum point having the intensity of the beam may appear at a point separated by several μm from the center of the beam. However, this is only an embodiment and is not limited thereto, and the separation distance from the center to the maximum point and the intensity of the beam at the maximum point may be different. Accordingly, when the amplitude modulation unit 420 is applied, scattering of the pulsed laser beam L4 may be suppressed, but the intensity of the beam may be reduced and noise may be easily generated, thereby reducing cutting efficiency.

도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치에서, 위상 변조 유닛이 적용된 펄스 레이저 빔의 세기 분포를 설명하기 위한 도면이다.8A and 8B are diagrams for explaining the intensity distribution of a pulsed laser beam to which a phase modulation unit is applied in a laser cutting device according to an embodiment of the present invention.

도 8a을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치(300)에서, 이미터로부터 방출된 펄스 레이저 빔(L3)은 위상 변조 유닛(320)을 통과할 수 있다. 위상 변조 유닛(320)을 이용하여 빔의 위상 분포가 변조된 펄스 레이저 빔(L3)은 포커싱 렌즈 유닛(330)을 지나 제1 방향(z-방향)으로 기판(S)의 상면에 입사할 수 있다. 한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치(300)에서, 포커싱 영역(350) 및 디포커싱 영역(355)은 상술한 도 6에 도시된 일반적인 레이저 절단 장치(200)와 유사하게 정의될 수 있다. 일례로, 포커싱 영역(350)은 펄스 레이저 빔(L3)이 포커싱되는 기판(S) 내부의 영역일 수 있고, 디포커싱 영역(355)은 제1 방향(z-방향)에서 포커싱 영역(350)과 다른 위치에 존재하는 기판(S) 내부의 영역일 수 있다.Referring to FIG. 8A , in the laser cutting apparatus 300 according to an embodiment of the present invention, the pulsed laser beam L3 emitted from the emitter may pass through the phase modulation unit 320 . The pulsed laser beam L3 of which the phase distribution of the beam is modulated using the phase modulation unit 320 passes through the focusing lens unit 330 and is incident on the upper surface of the substrate S in the first direction (z-direction). have. On the other hand, in the laser cutting apparatus 300 according to an embodiment of the present invention, the focusing area 350 and the defocusing area 355 are defined similarly to the general laser cutting apparatus 200 shown in FIG. 6 described above. can For example, the focusing area 350 may be an area inside the substrate S on which the pulsed laser beam L3 is focused, and the defocusing area 355 may be a focusing area 350 in the first direction (z-direction). It may be a region inside the substrate S that is present at a different position from the .

본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치(300)는, 펄스 레이저 빔(L3)을 이용하여 기판(S)의 포커싱 영역(350) 부근에 변형 영역(P)을 형성하고, 포커싱 영역(350)과 기판(S)의 상면 사이에 크랙(C)을 형성할 수 있다. 한편, 절단 패턴에 따라 기판(S)과 펄스 레이저 빔(L4) 중 적어도 하나는 이동할 수 있고, 이에 따라 기판(S) 내부에는 적어도 하나 이상의 변형 영역(P)과 크랙(C)이 형성될 수 있다. 예컨대, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치(300)에 의해 절단 공정이 진행되면서 적어도 하나 이상의 변형 영역(P)과 크랙(C)이 순차적으로 형성되는 과정은 도 6에 도시된 일반적인 레이저 장치(200)에서 변형 영역(P)과 크랙(C)을 형성하는 과정과 유사할 수 있다. 일례로, 디포커싱 영역(355)의 적어도 일부는 이전에 형성된 크랙(C) 및/또는 변형 영역(P)의 적어도 일부와 중첩될 수 있다. 펄스 레이저 빔(L3)은 상기 중첩되는 영역에서 산란될 수 있다. Laser cutting apparatus 300 according to an embodiment of the present invention, using a pulsed laser beam (L3) to form a deformation region (P) in the vicinity of the focusing region 350 of the substrate (S), the focusing region (350) ) and a crack C may be formed between the upper surface of the substrate S. Meanwhile, at least one of the substrate S and the pulsed laser beam L4 may move according to the cutting pattern, and accordingly, at least one deformation region P and a crack C may be formed inside the substrate S. have. For example, the process in which at least one deformation region (P) and crack (C) are sequentially formed while the cutting process is performed by the laser cutting device 300 according to an embodiment of the present invention is a general laser shown in FIG. The process of forming the deformation region P and the crack C in the device 200 may be similar. For example, at least a portion of the defocusing region 355 may overlap with at least a portion of the previously formed crack C and/or the deformation region P. The pulsed laser beam L3 may be scattered in the overlapping area.

본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치(300)에서, 위상 변조 유닛(320)은 펄스 레이저 빔(L3)의 위상 분포를 변조하는 위상 변조 패턴(325)을 포함할 수 있다. 예컨대, 위상 변조 패턴(325)은 복수의 영역으로 분할되어, 상기 복수의 영역들 중 적어도 일부 영역은 펄스 레이저 빔(L3)의 위상을 서로 다르게 변조할 수 있다. 펄스 레이저 빔(L3)의 위상 분포를 변조하는 위상 변조 패턴(325)의 특징 및 설계 방법에 대하여는 후술한다.In the laser cutting apparatus 300 according to an embodiment of the present invention, the phase modulation unit 320 may include a phase modulation pattern 325 for modulating the phase distribution of the pulsed laser beam (L3). For example, the phase modulation pattern 325 may be divided into a plurality of regions, and at least some of the plurality of regions may modulate the phase of the pulsed laser beam L3 differently from each other. The characteristics and design method of the phase modulation pattern 325 for modulating the phase distribution of the pulsed laser beam L3 will be described later.

본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치(300)에서, 포커싱 영역(350)으로 입사하는 변조된 펄스 레이저 빔(L3)은 디포커싱 영역(355)을 지날 수 있다. 한편, 디포커싱 영역(355)을 지나는 변조된 펄스 레이저 빔(L3)은 기판(S)의 상면에 평행한 제1 단면(351) 및 제2 단면(352)을 포함할 수 있다. 한편, 펄스 레이저 빔(L3)은 포커싱 영역(350), 제1 단면(351), 및 제2 단면(352)에서 각각 I350, I351, 및 I352와 같은 세기 분포를 가질 수 있다. In the laser cutting apparatus 300 according to an embodiment of the present invention, the modulated pulsed laser beam L3 incident to the focusing area 350 may pass through the defocusing area 355 . Meanwhile, the modulated pulsed laser beam L3 passing through the defocusing region 355 may include a first end surface 351 and a second end surface 352 parallel to the upper surface of the substrate S. Meanwhile, the pulsed laser beam L3 may have intensity distributions such as I350 , I351 , and I352 in the focusing region 350 , the first end surface 351 , and the second end surface 352 , respectively.

I351 및 I352를 참조하면, 펄스 레이저 빔(L3)은 디포커싱 영역(355) 중 적어도 일부에서 기판(S)의 상면에 평행한 제2 방향을 따라 불균일한 세기 분포를 가질 수 있다. 일례로, 상기 제2 방향은 변조된 펄스 레이저 빔(L3)의 광축을 기준으로 한 각도 방향일 수 있다. 즉, 변조된 펄스 레이저 빔(L3)은 제1, 2 단면(351, 352)의 중점을 기준으로 각도방향에 대하여 불균일한 세기 분포를 가질 수 있다. Referring to I351 and I352 , the pulsed laser beam L3 may have a non-uniform intensity distribution in at least a portion of the defocusing area 355 in a second direction parallel to the top surface of the substrate S. For example, the second direction may be an angular direction with respect to the optical axis of the modulated pulsed laser beam L3. That is, the modulated pulsed laser beam L3 may have a non-uniform intensity distribution with respect to the angular direction based on the midpoints of the first and second end surfaces 351 and 352 .

일례로, 포커싱 영역(350)으로 입사하는 변조된 펄스 레이저 빔(L3)의 단면 중 적어도 하나는 제1 영역(352a) 및 제2 영역(352b)을 포함할 수 있다. 제1 영역(352a)은 제2 영역(352b)보다 크랙(C) 및 변형 영역(P)에 가까운 영역일 수 있다. 또한, 제1 영역(352a)에서 변조된 펄스 레이저 빔(L3)의 세기는 제2 영역(352b)에서 변조된 펄스 레이저 빔(L3)의 세기보다 약할 수 있다. 제1 영역(352a) 및 제2 영역(352b)으로부터 변조된 펄스 레이저 빔(L3)의 세기 분포는 분균일할 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과하고, 변조된 펄스 레이저 빔(L3)의 단면은 세 개 이상의 영역을 포함하거나, 불연속적인 세기 분포를 가질 수 있다. For example, at least one of the cross-sections of the modulated pulsed laser beam L3 incident on the focusing region 350 may include a first region 352a and a second region 352b. The first region 352a may be a region closer to the crack C and the deformation region P than the second region 352b. Also, the intensity of the pulsed laser beam L3 modulated in the first region 352a may be weaker than the intensity of the pulsed laser beam L3 modulated in the second region 352b. The intensity distribution of the pulsed laser beam L3 modulated from the first region 352a and the second region 352b may be uniform. However, this is only an exemplary embodiment, and the cross-section of the modulated pulsed laser beam L3 may include three or more regions or may have a discontinuous intensity distribution.

크랙(C)의 적어도 일부를 지나는 펄스 레이저 빔(L3)은 산란되어 주변 반도체 기판에 광학적 손상을 일으킬 수 있다. 다만, 상술한 바와 같이 위상 변조 유닛(320)은 펄스 레이저 빔(L3)의 위상 분포를 변조하여 빛의 간섭 현상을 이용함으로써, 특정 영역에서의 빛의 세기를 감소시킬 수 있다. 일례로, 상기 특정 영역은 이전에 형성된 크랙(C) 및/또는 변형 영역(P)과 중첩되는 영역을 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치(300)를 이용하여 절단 공정을 진행하는 경우, 반도체 기판의 광학적 손상을 억제할 수 있다. The pulsed laser beam L3 passing through at least a portion of the crack C may be scattered to cause optical damage to the surrounding semiconductor substrate. However, as described above, the phase modulation unit 320 modulates the phase distribution of the pulsed laser beam L3 to use the light interference phenomenon, thereby reducing the intensity of light in a specific region. For example, the specific region may include a region overlapping the previously formed crack C and/or the deformation region P. Therefore, when the cutting process is performed using the laser cutting apparatus 300 according to an embodiment of the present invention, optical damage to the semiconductor substrate can be suppressed.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치(300)의 구성은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고, 필요에 따라 펄스 레이저 빔(L3)의 진폭 분포를 추가적으로 변조하기 위해 도 7a에 도시된 진폭 변조 유닛(420)을 더 포함할 수도 있다. 다만, 진폭 변조 패턴(425)의 형태는 이에 한정되지 않고, 절단 패턴과 크랙(C) 및 변형 영역(P)의 형태에 따라 다양하게 설계될 수 있다. 예컨대, 진폭 변조 패턴(425)을 복수의 영역으로 분할하여 복수의 영역 각각에서 진폭을 변조하는 정도가 상이하도록 설계될 수도 있다. On the other hand, the configuration of the laser cutting apparatus 300 according to an embodiment of the present invention is not limited to the above embodiment, and is shown in FIG. 7a to additionally modulate the amplitude distribution of the pulsed laser beam L3 as necessary. It may further include an amplitude modulation unit 420 . However, the shape of the amplitude modulation pattern 425 is not limited thereto, and may be designed in various ways according to the cut pattern and the shape of the crack C and the deformation region P. For example, by dividing the amplitude modulation pattern 425 into a plurality of regions, the amplitude modulation degree in each of the plurality of regions may be designed to be different.

도 8b는 상술한 레이저 절단 장치들(200, 300, 400)에서 시뮬레이션한 포커싱 영역(250, 350, 450)에서의 펄스 레이저 빔(L2, L3, L4)의 세기 분포를 x, y 단면에 대하여 각각 나타낸 그래프(G250, G250’, G350, G350', G450, G450’)이다. 도 8b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치(300)를 기존의 레이저 절단 장치(200, 400)들과 비교할 수 있다. FIG. 8B shows the intensity distribution of the pulsed laser beams L2, L3, and L4 in the focusing regions 250, 350, and 450 simulated by the laser cutting devices 200, 300, and 400 described above with respect to the x and y cross-sections. It is a graph (G250, G250', G350, G350', G450, G450') respectively shown. Referring to Figure 8b, the laser cutting apparatus 300 according to an embodiment of the present invention can be compared with the existing laser cutting apparatus (200, 400).

도 8b를 참조하면, 위상 변조 유닛(320)을 적용하는 경우에는 간섭 현상에 의해 특정 영역에서 빔의 세기가 감소된 것일 뿐, 실제로 펄스 레이저 빔(L3)이 차단되는 것은 아닐 수 있다. 따라서, 포커싱 영역(350)에서 펄스 레이저 빔(L3)의 세기는 진폭 변조 유닛(420)을 적용한 경우보다 클 수 있다. Referring to FIG. 8B , when the phase modulation unit 320 is applied, the intensity of the beam is only reduced in a specific region due to the interference phenomenon, and the pulse laser beam L3 may not be actually blocked. Accordingly, the intensity of the pulsed laser beam L3 in the focusing area 350 may be greater than that in which the amplitude modulation unit 420 is applied.

또한, 진폭 변조 유닛(420)을 적용한 경우와는 달리, 포커싱된 펄스 레이저 빔(L3)은 중심이 아닌 지점에서 극대점이 두드러지지 않을 수 있다.  다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않으며, 극대점에서의 빔의 세기는 상이할 수 있다. 따라서, 위상 변조 유닛(320)을 적용하는 경우, 펄스 레이저 빔(L3)의 빛의 세기를 크게 감소시키지 않으면서 산란을 억제하여 절단 품질을 개선하고, 공정 효율을 개선할 수 있다. Also, unlike the case where the amplitude modulation unit 420 is applied, the maximum point of the focused pulsed laser beam L3 may not be conspicuous at a point other than the center. However, this is only an exemplary embodiment and is not limited thereto, and the intensity of the beam at the maximum point may be different. Accordingly, when the phase modulation unit 320 is applied, scattering is suppressed without significantly reducing the intensity of the light of the pulsed laser beam L3 , thereby improving cutting quality and process efficiency.

일례로, 도 6에 도시된 일반적인 레이저 절단 장치(200)를 이용하여 기판(S)을 절단하는 경우, 산란되는 빔의 출력이 전체 빔 출력의 10% 이상일 수 있다. 한편, 도 7a에 도시된 개선된 레이저 절단 장치(400)를 이용하여 기판(S)을 절단하는 경우에는 산란되는 빔의 출력이 전체 빔 출력의 1% 이상 및 2% 이하로 개선될 수 있으나, 진폭 변조 필터(420)에 의해 손실되는 빔의 출력이 10% 이상일 수 있다. 반면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치(300)를 이용하여 기판(S)을 절단하는 경우에는 손실되는 빔의 출력은 거의 없으면서 산란되는 빔의 출력이 전체 빔 출력의 0.01% 이상 및 1% 이하로 크게 개선될 수 있다. For example, when the substrate S is cut using the general laser cutting apparatus 200 shown in FIG. 6 , the output of the scattered beam may be 10% or more of the total beam output. On the other hand, when the substrate S is cut using the improved laser cutting device 400 shown in FIG. 7A, the output of the scattered beam may be improved to 1% or more and 2% or less of the total beam output, The output of the beam lost by the amplitude modulation filter 420 may be 10% or more. On the other hand, in the case of cutting the substrate S using the laser cutting device 300 according to an embodiment of the present invention, the output of the scattered beam while almost no output of the lost beam is 0.01% or more of the total beam output and It can be greatly improved to 1% or less.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치에서, 위상 변조 유닛에 포함된 위상 변조 패턴의 평면도이다.9 is a plan view of the phase modulation pattern included in the phase modulation unit in the laser cutting device according to an embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 위상 변조 유닛은 복수의 영역들로 구성된 위상 변조 패턴(325)을 포함할 수 있다. 위상 변조 유닛은 위상 변조 패턴(325)을 구성하는 복수의 영역들 중 적어도 일부를 지나는 펄스 레이저 빔의 위상을 서로 다르게 변조할 수 있다. 일례로, 제1 영역(326)을 지나는 펄스 레이저 빔의 위상은 제2 영역(327)을 지나는 펄스 레이저 빔의 위상보다 더 많이 변조될 수 있다. Referring to FIG. 9 , the phase modulation unit may include a phase modulation pattern 325 including a plurality of regions. The phase modulation unit may modulate the phases of the pulsed laser beams passing through at least some of the plurality of regions constituting the phase modulation pattern 325 differently from each other. For example, the phase of the pulsed laser beam passing through the first region 326 may be modulated more than the phase of the pulsed laser beam passing through the second region 327 .

또한 복수의 영역들 중 일부에서, 펄스 레이저 빔의 위상은 동일하게 변조될 수도 있다. 일례로, 제1 영역(326)을 통과한 펄스 레이저 빔의 위상은, 제1 영역(326)과 다른 위치에 배치되는 제3 영역(328)을 통과한 펄스 레이저 빔의 위상과 같을 수 있다.Also, in some of the plurality of regions, the phase of the pulsed laser beam may be equally modulated. For example, the phase of the pulse laser beam passing through the first region 326 may be the same as the phase of the pulse laser beam passing through the third region 328 disposed at a different position from the first region 326 .

복수의 영역들은, 위상 변조 패턴(325)의 중점을 기준으로 하는 거리 방향과 각도 방향을 따라 배치될 수 있다. 일례로, 제1 영역(326)과 제2 영역(327)은 위상 변조 패턴(325)의 중점을 기준으로 각도 방향에서 동일한 위치에 배치되고, 거리 방향에서 서로 다른 위치에 배치될 수 있다. 또한, 제1 영역(326)과 제3 영역(328)은 거리 방향에서 같은 위치에 배치되고 각도 방향에서 서로 다른 위치에 배치될 수 있다. The plurality of regions may be disposed along a distance direction and an angular direction with respect to the midpoint of the phase modulation pattern 325 . For example, the first region 326 and the second region 327 may be disposed at the same position in the angular direction based on the midpoint of the phase modulation pattern 325 and may be disposed at different positions in the distance direction. Also, the first region 326 and the third region 328 may be disposed at the same position in the distance direction and may be disposed at different positions in the angular direction.

일례로, 복수의 영역들은 거리 방향에서 3개의 위치들에 분할 배치되고, 각도 방향에서 8개의 위치들에 분할 배치될 수 있다. 따라서 도 9에 도시한 일 실시예에서, 위상 변조 패턴(325)은 24개의 영역들을 포함할 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과하고, 위상 변조 패턴(325)은 과정의 단순화를 위해 24개보다 적은 개수의 영역으로 분할되거나, 절단 효율 향상을 위해 24개보다 많은 개수의 영역으로 분할될 수도 있다. For example, the plurality of regions may be dividedly arranged at three positions in the distance direction, and dividedly arranged at eight positions in the angular direction. Accordingly, in the embodiment shown in FIG. 9 , the phase modulation pattern 325 may include 24 regions. However, this is only an exemplary embodiment, and the phase modulation pattern 325 may be divided into a number of regions less than 24 for simplifying the process, or into more than 24 regions for improving cutting efficiency. .

본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치에서, 위상 변조 패턴(325)은 이전에 형성된 크랙(C) 및 변형 영역(P)을 지나는 펄스 레이저 빔의 세기를 감소시키도록 설계될 수 있다. 일례로, 간섭을 이용하여 빔의 세기를 조절하기 위해, 위상 변조 패턴(325)은 위상 변조 패턴(325)의 중점을 지나고 기판과 평행한 방향으로 연장된 적어도 하나의 축을 기준으로 비대칭인 패턴으로 설계될 수 있다. 한편, 위상 변조 패턴(325)은 위상 변조 패턴(325)의 중점을 지나고, 기판의 스캔 방향(x-방향)으로 연장된 축을 기준으로 대칭일 수 있다. 다만, 위상 변조 패턴(325)의 형태는 이에 한정되지 않고, 절단 패턴과 크랙(C) 및 변형 영역(P)의 형태에 따라 다양하게 설계될 수 있다. 예컨대, 위상 변조 패턴(325)의 영역에 따라 위상을 변조하는 정도가 완전히 불규칙하게 설계될 수도 있다. In the laser cutting apparatus according to an embodiment of the present invention, the phase modulation pattern 325 may be designed to reduce the intensity of the pulsed laser beam passing through the previously formed crack (C) and the deformation region (P). For example, in order to adjust the intensity of a beam using interference, the phase modulation pattern 325 is asymmetrical with respect to at least one axis extending in a direction parallel to the substrate through the midpoint of the phase modulation pattern 325 . can be designed Meanwhile, the phase modulation pattern 325 may be symmetric with respect to an axis that passes through the midpoint of the phase modulation pattern 325 and extends in the scan direction (x-direction) of the substrate. However, the shape of the phase modulation pattern 325 is not limited thereto, and may be designed in various ways according to the cut pattern and the shape of the crack C and the deformation region P. For example, the degree of modulating the phase according to the region of the phase modulation pattern 325 may be designed to be completely irregular.

한편, 위상 변조 패턴(325)은 비선형 최적화 알고리즘을 사용하여 설계될 수 있다. 위상 변조 패턴(325)을 최적화하기 위해, 최적화할 파라미터 세트, 적절한 비용함수, 적절한 최적화 알고리즘이 선택될 수 있다. 예컨대, 위상 변조 패턴(325)을 최적화하기 위한 알고리즘으로 넬더-미드 방법(Nelder-Mead method)이 사용될 수 있다. 일례로, 넬더-미드 방법은 계속해서 새로운 해를 찾는 시도를 반복하는 최적화 방법일 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과하고 위상 변조 패턴(325)의 최적화 및 설계는 다양한 알고리즘들 중 적어도 하나를 이용하여 이루어질 수 있다.Meanwhile, the phase modulation pattern 325 may be designed using a nonlinear optimization algorithm. To optimize the phase modulation pattern 325, a set of parameters to optimize, an appropriate cost function, and an appropriate optimization algorithm may be selected. For example, the Nelder-Mead method may be used as an algorithm for optimizing the phase modulation pattern 325 . For example, the Nelder-Mead method may be an optimization method that iteratively attempts to find new solutions over and over again. However, this is only an example, and optimization and design of the phase modulation pattern 325 may be performed using at least one of various algorithms.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치에서, 펄스 레이저 빔의 보정 및 가공을 위한 마스크 패턴을 설명하기 위한 도면이다.10 is a view for explaining a mask pattern for correction and processing of a pulsed laser beam in a laser cutting apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치에서, 위상 변조 패턴은 펄스 레이저 빔의 보정 및 가공을 위한 마스크 패턴을 혼합하여 구현될 수 있다. 일례로, 마스크 패턴은 펄스 레이저 빔에 나타나는 와동(vortex), 수차(aberration), 또는 디포커싱(defocusing)을 보정할 수 있다. 펄스 레이저 빔을 보정하여 기판 내부에 형성되는 포커싱 영역의 체적을 최소화할 수 있다. 또한, 마스크 패턴은 펄스 레이저 빔이 집중되는 포커싱 영역을 동시에 복수 개 형성하도록 가공할 수 있다. Referring to FIG. 10 , in the laser cutting device according to an embodiment of the present invention, the phase modulation pattern may be implemented by mixing a mask pattern for correction and processing of a pulsed laser beam. For example, the mask pattern may correct vortex, aberration, or defocusing appearing in the pulsed laser beam. By correcting the pulsed laser beam, the volume of the focusing region formed inside the substrate may be minimized. In addition, the mask pattern may be processed to simultaneously form a plurality of focusing regions where the pulsed laser beam is concentrated.

일례로, 펄스 레이저 빔의 보정을 위해 위상 변조 패턴에 혼합되어 구현되는 마스크 패턴은 제1 마스크 패턴(a)일 수 있다. 제1 마스크 패턴(a)은 마스크 패턴의 중심을 기준으로 각도에 따라 위상을 다르게 변조할 수 있다. 펄스 레이저 빔은 와동(vortex)에 의해 정확한 초점에 집중되지 않을 수 있으므로, 제1 마스크 패턴(a)을 이용하여 펄스 레이저 빔의 와동(vortex)에 의한 노이즈를 감소시키고 초점을 명확히 할 수 있다. For example, the mask pattern implemented by being mixed with the phase modulation pattern for correction of the pulsed laser beam may be the first mask pattern (a). The phase of the first mask pattern (a) may be modulated differently according to an angle with respect to the center of the mask pattern. Since the pulsed laser beam may not be focused on an accurate focus due to a vortex, it is possible to reduce noise due to a vortex of the pulsed laser beam and clarify the focus by using the first mask pattern (a).

또한, 펄스 레이저 빔의 보정을 위해 위상 변조 패턴에 혼합되는 마스크 패턴은 제2 마스크 패턴(b) 또는 제3 마스크 패턴(c)일 수도 있다. 특히, 제3 마스크 패턴(c)은 마스크 패턴의 중심을 기준으로 거리에 따라 위상을 다르게 변조할 수 있다. 제2 마스크 패턴(b) 및 제3 마스크 패턴(c)이 적용된 펄스 레이저 빔은, 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치에서 사용되는 광학계에 의한 의도치 않은 수차와 포커싱 렌즈 유닛에 의한 구면수차를 보정하여 상을 명확하게 만들 수 있다.In addition, the mask pattern mixed with the phase modulation pattern for correction of the pulsed laser beam may be the second mask pattern (b) or the third mask pattern (c). In particular, the phase of the third mask pattern (c) may be modulated differently according to a distance from the center of the mask pattern. The pulse laser beam to which the second mask pattern (b) and the third mask pattern (c) are applied, respectively, is caused by unintentional aberration by the optical system used in the laser cutting device according to an embodiment of the present invention and the focusing lens unit The image can be made clear by correcting the spherical aberration.

펄스 레이저 빔의 가공을 위해 위상 변조 패턴에 혼합되는 마스크 패턴은 제4 마스크 패턴(d)일 수도 있다. 제4 마스크 패턴(d)은 마스크 패턴 상의 하나의 축을 기준으로 축 방향으로는 위상을 동일하게 변조하고, 축에 수직한 방향으로는 위상을 다르게 변조할 수 있다. 제4 마스크 패턴(d)을 이용하여 펄스 레이저 빔이 집중되는 포커싱 영역을 동시에 복수 개 형성함으로써, 절단 효율을 향상시킬 수 있다. The mask pattern mixed with the phase modulation pattern for processing the pulsed laser beam may be the fourth mask pattern (d). The fourth mask pattern (d) may modulate the phase to be the same in the axial direction with respect to one axis on the mask pattern and to modulate the phase differently in the direction perpendicular to the axis. Cutting efficiency may be improved by simultaneously forming a plurality of focusing regions where the pulsed laser beam is concentrated using the fourth mask pattern d.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치에서, 위상 변조 패턴에 혼합되는 마스크 패턴은 상기 마스크 패턴들 중 적어도 어느 하나일 수 있고, 상기 마스크 패턴들이 모두 혼합될 수도 있다. 다만, 혼합되는 마스크 패턴은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치를 이용하여 기판을 절단할 때, 절단 품질 또는 절단 효율을 향상시킬 수 있도록 펄스 레이저 빔을 변조하는 다른 패턴일 수도 있다.On the other hand, in the laser cutting apparatus according to an embodiment of the present invention, the mask pattern mixed with the phase modulation pattern may be at least any one of the mask patterns, the mask patterns may be all mixed. However, the mixed mask pattern is not limited thereto, and when a substrate is cut using the laser cutting apparatus according to an embodiment of the present invention, another pattern for modulating a pulsed laser beam to improve cutting quality or cutting efficiency it may be

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치에서, 피드백을 위한 조명 및 이미지 센서가 더 포함된 경우의 구성도이다.11 is a configuration diagram of a case in which a light and an image sensor for feedback are further included in the laser cutting device according to an embodiment of the present invention.

도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치(500)는 조명(560) 및 이미지 센서(570)를 더 포함할 수 있다. 이미지 센서(570)는 조명(560)으로부터 방출되어 기판(S)으로 입사하는 빛을 이용하여 변조된 펄스 레이저 빔(L)이 포커싱되는 위치를 검출할 수 있다. 예컨대, 조명(560)으로부터 방출된 빛은 기판(S)에 수직한 제1 방향(z-방향)으로 입사되어 반사된 후, 이미지 센서(570)에 의해 검출될 수 있다. 다만 실시예의 조명(560) 및 이미지 센서(570) 배치에 한정되는 것은 아니고, 필요에 따라 본 발명의 레이저 절단 장치(500) 외부에 설치되는 등 다른 방법으로 배치되어 동작할 수도 있다.Referring to FIG. 11 , the laser cutting device 500 according to an embodiment of the present invention may further include an illumination 560 and an image sensor 570 . The image sensor 570 may detect a focused position of the modulated pulsed laser beam L using light emitted from the illumination 560 and incident on the substrate S. For example, the light emitted from the illumination 560 may be incident and reflected in a first direction (z-direction) perpendicular to the substrate S, and then may be detected by the image sensor 570 . However, the embodiment is not limited to the arrangement of the lighting 560 and the image sensor 570, and may be arranged and operated in other ways, such as being installed outside the laser cutting device 500 of the present invention, if necessary.

한편, 조명(560) 및 이미지 센서(570)에 의해 검출된 펄스 레이저 빔(L)이 포커싱되는 위치를 이용하여 필요에 따라 피드백 동작이 진행될 수 있다. 일례로, 크랙 및 변형영역을 형성하고자 하는 위치와 검출된 펄스 레이저 빔(L)이 포커싱되는 위치가 상이할 경우, 두 위치가 대응되도록 본 발명의 레이저 절단 장치(500)를 조정할 수 있다. 예컨대, 펄스 레이저 빔(L)이 포커싱되는 위치는 기판(S)의 상면과 포커싱 렌즈 유닛(530) 사이의 거리에 의해 조정될 수 있다. 다만 이는 일 실시예에 불과하고, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치(500)에서 피드백 동작은 이와 상이한 방법으로 진행될 수도 있다.On the other hand, a feedback operation may be performed as needed by using the position at which the pulse laser beam L detected by the illumination 560 and the image sensor 570 is focused. For example, when the position at which the crack and deformation region are to be formed and the position at which the detected pulsed laser beam L is focused are different, the laser cutting apparatus 500 of the present invention may be adjusted so that the two positions correspond. For example, a position at which the pulsed laser beam L is focused may be adjusted by a distance between the upper surface of the substrate S and the focusing lens unit 530 . However, this is only an embodiment, and the feedback operation in the laser cutting device 500 according to an embodiment of the present invention may be performed in a different way.

도 12은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치의 위상 변조 유닛이 펄스 레이저 빔을 반사하는 구성인 경우의 구성도이다. 12 is a configuration diagram when the phase modulation unit of the laser cutting device according to an embodiment of the present invention is configured to reflect a pulsed laser beam.

도 12을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치(600)에서 위상 변조 유닛(620’)은 상술한 투과 위상 시프트 플레이트에 한정되지 않고, 펄스 레이저 빔(L)을 반사함으로써 위상 분포를 변조하는 반사 위상 시프트 플레이트, 또는 공간 광 변조기(Spatial Light Modulator, SLM) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일례로, 위상 변조 유닛(620’)에 의해 위상 분포가 변조된 펄스 레이저 빔(L)은 포커싱 렌즈 유닛(630)으로 입사할 수 있다. 위상 변조 유닛(620’)은 펄스 레이저 빔(L)이 반사되는 일면에 위상 변조 패턴을 투영할 수 있다. 한편, 위상 변조 유닛(620’)으로 반사 위상 시프트 플레이트 또는 공간 광 변조기를 사용하여 위상을 변조한 펄스 레이저 빔(L)의 특징은, 투과 위상 시프트 플레이트를 사용하여 위상을 변조한 펄스 레이저 빔(L)과 유사할 수 있다. 일례로, 위상 변조 유닛(620’)에 반사되어 위상 분포가 변조된 펄스 레이저 빔(L)은, 빛의 간섭 현상을 이용하여 펄스 레이저 빔(L)이 기판(S)을 투과하는 영역과 이전에 형성된 변형 영역 및/또는 크랙이 중첩되는 영역을 최소화할 수 있다. 12, the phase modulation unit 620' in the laser cutting device 600 according to an embodiment of the present invention is not limited to the above-described transmission phase shift plate, and by reflecting the pulse laser beam (L), the phase It may include at least one of a reflective phase shift plate that modulates the distribution, and a spatial light modulator (SLM). For example, the pulsed laser beam L whose phase distribution is modulated by the phase modulation unit 620 ′ may be incident on the focusing lens unit 630 . The phase modulation unit 620 ′ may project the phase modulation pattern on one surface on which the pulse laser beam L is reflected. On the other hand, the characteristics of the pulsed laser beam L in which the phase is modulated using a reflective phase shift plate or a spatial light modulator as the phase modulation unit 620' is a pulsed laser beam (L) whose phase is modulated using a transmission phase shift plate ( L) may be similar. For example, the pulsed laser beam L, which is reflected by the phase modulation unit 620 ′ and whose phase distribution is modulated, is moved to the region where the pulsed laser beam L passes through the substrate S by using an interference phenomenon of light. It is possible to minimize the deformation region and/or the region where cracks overlap.

다만, 공간 광 변조기를 이용하는 경우, 필요에 따라 다양한 위상 변조 패턴을 변경하여 적용할 수 있다. 일례로, 기판(S)의 특성이 기존에 공정에서 사용하던 기판(S)과 상이하거나, 크랙 및/또는 변형 영역의 위치가 상이한 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치(600)는 각기 다른 위상 변조 패턴을 적용하여 절단 공정을 진행할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치(600)에서 위상 변조 유닛(620’)으로 공간 광 변조기를 이용하는 경우, 상기 공간 광 변조기는 절단 공정이 진행되는 과정 또는 절단 공정이 진행되기 전에 주변 환경을 고려하여 캘리브레이션 될 수 있다. 일례로, 상기 주변 환경은 공정 스테이지의 내부 온도 등일 수 있다.However, when a spatial light modulator is used, various phase modulation patterns may be changed and applied as needed. For example, when the characteristics of the substrate (S) are different from the substrate (S) used in the existing process, or the location of cracks and/or deformation regions is different, laser cutting apparatus 600 according to an embodiment of the present invention can proceed with the cutting process by applying different phase modulation patterns. In addition, when using the spatial light modulator as the phase modulation unit 620' in the laser cutting device 600 according to an embodiment of the present invention, the spatial light modulator is used before the cutting process or the cutting process. It can be calibrated considering the surrounding environment. For example, the ambient environment may be an internal temperature of a process stage, or the like.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치(600)는 이미터(610)와 위상 변조 유닛(620’) 사이에 배치되는 프리즘 거울(680)을 더 포함할 수 있다. 일례로, 프리즘 거울(680)은 펄스 레이저 빔(L)이 특정 기울기를 가지고 진행하더라도 원하는 방향으로 위상 변조 유닛(620’)에 입사시킬 수 있다. 다만, 이러한 구성은 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않고, 추가적인 구성은 필요에 따라 다양하게 적용될 수 있다.On the other hand, the laser cutting device 600 according to an embodiment of the present invention may further include a prism mirror 680 disposed between the emitter 610 and the phase modulation unit 620'. For example, the prism mirror 680 may make the pulsed laser beam L incident on the phase modulation unit 620 ′ in a desired direction even if it proceeds with a specific inclination. However, such a configuration is merely an embodiment and is not limited thereto, and additional configurations may be variously applied as needed.

도 13a, 도 13b, 및 도 13c는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치에 편광 필터가 더 포함된 경우의 효과를 설명하기 위한 도면이다.13A, 13B, and 13C are diagrams for explaining the effect of a case in which a polarizing filter is further included in the laser cutting device according to an embodiment of the present invention.

도 13a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치(700)는 편광 필터(790)를 더 포함할 수 있다. 편광 필터(790)는 위상 변조 유닛(720’)과 포커싱 렌즈 유닛(730) 사이의 펄스 레이저 빔이 진행하는 경로 상에 배치될 수 있다. 다만, 이는 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않고, 편광 필터(790)는 다양한 방법으로 배치될 수 있다. Referring to FIG. 13A , the laser cutting apparatus 700 according to an embodiment of the present invention may further include a polarizing filter 790 . The polarization filter 790 may be disposed on a path in which a pulsed laser beam travels between the phase modulation unit 720 ′ and the focusing lens unit 730 . However, this is only an embodiment, and is not limited thereto, and the polarization filter 790 may be disposed in various ways.

한편, 편광의 방향에 따라, p-편광된 펄스 레이저 빔은 전기장 성분이 입사면에 평행한 방향으로 진동할 수 있는 반면, s-편광된 펄스 레이저 빔은 전기장 성분이 입사면에 수직한 방향으로 진동할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치(700)에서, 편광 필터(790)를 통과한 펄스 레이저 빔은 p-편광된 빔일 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고, 편광 필터(790)를 통과한 펄스 레이저 빔은 p-편광된 성분과 s-편광된 성분을 모두 포함하되, p-편광된 성분의 크기가 s-편광된 성분의 크기보다 클 수 있다. On the other hand, depending on the direction of polarization, a p-polarized pulsed laser beam may have an electric field component oscillating in a direction parallel to the incident plane, whereas an s-polarized pulsed laser beam has an electric field component in a direction perpendicular to the incident plane. can vibrate In the laser cutting apparatus 700 according to an embodiment of the present invention, the pulsed laser beam passing through the polarization filter 790 may be a p-polarized beam. However, the present invention is not limited thereto, and the pulsed laser beam passing through the polarization filter 790 includes both a p-polarized component and an s-polarized component, but the size of the p-polarized component is the size of the s-polarized component. can be larger

도 13b를 참조하면, p-편광된 빔은 s-편광된 빔과 비교하였을 때 비스듬한 입사광에서 반사율이 적을 수 있다. 즉, p-편광된 펄스 레이저 빔을 비스듬하게 입사하는 경우, 기판(S)에 대한 투과율이 높을 수 있다. 일례로, 펄스 레이저 빔을 회전 대칭(rotational symmetric)인 방사형(radial)으로 편광시키는 경우, 기판(S)에 대한 투과율은 증가할 수 있다.Referring to FIG. 13B , the p-polarized beam may have less reflectance in oblique incident light compared to the s-polarized beam. That is, when the p-polarized pulsed laser beam is incident at an angle, transmittance to the substrate S may be high. For example, when the pulsed laser beam is radially polarized to be rotational symmetric, transmittance for the substrate S may be increased.

도 13c를 참조하면, 1/4 파장판(Quarter-Wave Plate, QWP)을 적용하는 경우 선 편광된 빛이 파장판의 축을 45도로 통과하면 원형 편광된 회전 대칭 방사상 편광된 빛이 생성될 수 있다. 즉, 편광 필터(790)를 사용하여 기판(S)에 대한 투과율을 증가시킴으로써 레이저 절단 장치(700)의 처리량을 향상시킬 수 있고, 나아가 펄스 레이저 빔의 효율을 개선할 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않고, 다양한 편광 필터(790)를 이용하여 펄스 레이저 빔을 편광시킴으로써 동일한 효과를 얻을 수도 있다. Referring to FIG. 13C , when a quarter-wave plate (QWP) is applied, circularly polarized rotationally symmetric radially polarized light can be generated when linearly polarized light passes through the axis of the wave plate at 45 degrees. . That is, by using the polarizing filter 790 to increase the transmittance for the substrate S, the throughput of the laser cutting apparatus 700 can be improved, and further, the efficiency of the pulsed laser beam can be improved. However, this is only an embodiment and is not limited thereto, and the same effect may be obtained by polarizing the pulsed laser beam using various polarization filters 790 .

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.The present invention is not limited by the above-described embodiments and the accompanying drawings, but is intended to be limited by the appended claims. Therefore, various types of substitution, modification and change will be possible by those skilled in the art within the scope not departing from the technical spirit of the present invention described in the claims, and it is also said that it falls within the scope of the present invention. something to do.

1: 반도체 공정 장비
40, 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700: 레이저 절단 장치
110,510, 610: 이미터
120,320, 520, 620’, 720’: 위상 변조 유닛
325: 위상 변조 패턴
130, 230, 330, 430, 530, 630, 730: 포커싱 렌즈 유닛
140, 540, 640: 기판 안착 유닛
560, 660: 조명; 570, 670: 이미지 센서
680: 프리즘 거울
790: 편광 필터
S: 기판; L: 펄스 레이저 빔; C: 크랙; P: 변형 영역; D: 중첩 영역
1: Semiconductor processing equipment
40, 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700: laser cutting device
110,510, 610: emitter
120,320, 520, 620', 720': phase modulation unit
325: phase modulation pattern
130, 230, 330, 430, 530, 630, 730: focusing lens unit
140, 540, 640: substrate mounting unit
560, 660: lighting; 570, 670: image sensor
680: prism mirror
790: polarizing filter
S: substrate; L: pulsed laser beam; C: crack; P: deformation region; D: overlapping area

Claims (10)

기판의 상면으로 입사하는 펄스 레이저 빔을 방출하는 이미터;
상기 펄스 레이저 빔의 위상 분포를 변조하는 위상 변조 유닛;
상기 변조된 펄스 레이저 빔이 상기 기판에 입사하는 경로에 배치되는 포커싱 렌즈 유닛; 및
상기 기판이 장착되는 기판 안착 유닛; 을 포함하고,
상기 위상 변조 유닛은 복수의 영역들로 구성된 위상 변조 패턴을 포함하며, 상기 복수의 영역들은 상기 위상 변조 패턴의 중점을 기준으로 하는 거리 방향과 각도 방향을 따라 배치되고, 상기 복수의 영역들 중 적어도 일부는 상기 펄스 레이저 빔의 위상을 서로 다르게 변조하는 레이저 절단 장치.
an emitter emitting a pulsed laser beam incident on the upper surface of the substrate;
a phase modulation unit for modulating a phase distribution of the pulsed laser beam;
a focusing lens unit disposed in a path through which the modulated pulsed laser beam is incident on the substrate; and
a substrate mounting unit on which the substrate is mounted; including,
The phase modulation unit includes a phase modulation pattern including a plurality of regions, the plurality of regions being disposed along a distance direction and an angular direction with respect to a midpoint of the phase modulation pattern, and at least one of the plurality of regions Some are laser cutting devices that modulate the phase of the pulsed laser beam differently.
제1항에 있어서,
상기 변조된 펄스 레이저 빔은 상기 기판의 상면에 수직하는 제1 방향으로 상기 기판에 입사하고,
상기 기판은 상기 포커싱 렌즈 유닛의 초점 거리에 위치하는 포커싱 영역, 및 상기 제1 방향에서 상기 포커싱 영역과 다른 위치에 정의되는 디포커싱 영역을 포함하며,
상기 변조된 펄스 레이저 빔은, 상기 디포커싱 영역 중 적어도 일부에서 상기 기판의 상면에 평행한 제2 방향을 따라 불균일한 세기 분포를 갖는 레이저 절단 장치.
According to claim 1,
The modulated pulsed laser beam is incident on the substrate in a first direction perpendicular to the upper surface of the substrate,
The substrate includes a focusing area located at a focal length of the focusing lens unit, and a defocusing area defined at a position different from the focusing area in the first direction,
The modulated pulsed laser beam has a non-uniform intensity distribution along a second direction parallel to the upper surface of the substrate in at least a portion of the defocusing area.
제2항에 있어서,
상기 제2 방향은, 상기 변조된 펄스 레이저 빔의 광축을 기준으로 한 각도 방향인 레이저 절단 장치.
3. The method of claim 2,
The second direction is an angular direction with respect to the optical axis of the modulated pulsed laser beam.
제1항에 있어서,
상기 복수의 영역들은 서로 다른 위치에 정의되는 제1 영역 및 제2 영역을 포함하며, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역은 상기 펄스 레이저 빔의 위상을 서로 같게 변조하는 레이저 절단 장치.
According to claim 1,
The plurality of regions includes a first region and a second region defined at different positions, wherein the first region and the second region modulate the phase of the pulsed laser beam to be equal to each other.
제1항에 있어서,
상기 위상 변조 패턴은 상기 기판이 스캔되는 방향으로 연장되고 상기 위상 변조 패턴의 중점을 지나는 축을 기준으로 대칭인 레이저 절단 장치.
According to claim 1,
The phase modulation pattern extends in a direction in which the substrate is scanned and is symmetrical with respect to an axis passing through the midpoint of the phase modulation pattern.
제 1항에 있어서,
상기 위상 변조 패턴은 상기 펄스 레이저 빔의 보정 및 가공을 위한 마스크 패턴이 혼합된 패턴으로 구성되고,
상기 마스크 패턴은 상기 펄스 레이저 빔에 나타나는 와동(vortex), 수차(aberration), 또는 디포커싱(defocusing)을 보정하거나, 상기 펄스 레이저 빔이 집중되는 포커싱 영역을 동시에 복수 개 형성하도록 가공하는 것 중 적어도 하나의 변조를 수행하는 레이저 절단 장치.
The method of claim 1,
The phase modulation pattern is composed of a pattern in which a mask pattern for correction and processing of the pulsed laser beam is mixed,
The mask pattern corrects vortex, aberration, or defocusing appearing in the pulsed laser beam, or is processed to simultaneously form a plurality of focusing areas where the pulsed laser beam is focused. A laser cutting device that performs one modulation.
제1항에 있어서,
상기 위상 변조 유닛은 공간 광 변조기(Spatial Light Modulator, SLM), 투과 위상 시프트 플레이트, 반사 위상 시프트 플레이트 중 적어도 하나를 포함하는 레이저 절단 장치.
According to claim 1,
The phase modulation unit is a spatial light modulator (Spatial Light Modulator, SLM), a laser cutting device comprising at least one of a transmission phase shift plate, a reflective phase shift plate.
기판의 상면으로 입사하는 펄스 레이저 빔을 방출하는 이미터;
상기 펄스 레이저 빔의 위상 분포를 변조하는 위상 변조 유닛;
상기 변조된 펄스 레이저 빔이 상기 기판에 입사하는 경로에 배치되는 포커싱 렌즈 유닛; 및
상기 기판이 장착되는 기판 안착 유닛; 을 포함하고,
상기 변조된 펄스 레이저 빔은 상기 기판의 상면에 수직하는 제1 방향으로 상기 기판에 입사하며, 상기 기판은,
상기 포커싱 렌즈 유닛의 초점 거리에 위치하며, 상기 기판의 내부에 순차적으로 형성되는 제1 포커싱 영역과 제2 포커싱 영역;
상기 제1 포커싱 영역 부근에 형성되는 제1 변형 영역;
상기 제1 포커싱 영역과 상기 기판의 상면 사이에 형성되는 제1 크랙;
상기 제2 포커싱 영역 부근에 형성되는 제2변형 영역; 및
상기 제2 포커싱 영역과 상기 기판의 상면 사이에 형성되는 제2 크랙; 을 포함하고,
상기 위상 변조 유닛은, 상기 제2 포커싱 영역으로 입사하는 상기 변조된 펄스 레이저 빔과, 상기 제1 크랙 및 상기 제1 변형 영역이 중첩되는 영역이 최소화되도록 상기 펄스 레이저 빔의 위상 분포를 변조하는 레이저 절단 장치.
an emitter emitting a pulsed laser beam incident on the upper surface of the substrate;
a phase modulation unit for modulating a phase distribution of the pulsed laser beam;
a focusing lens unit disposed in a path through which the modulated pulsed laser beam is incident on the substrate; and
a substrate mounting unit on which the substrate is mounted; including,
The modulated pulsed laser beam is incident on the substrate in a first direction perpendicular to an upper surface of the substrate, the substrate comprising:
a first focusing area and a second focusing area positioned at a focal length of the focusing lens unit and sequentially formed inside the substrate;
a first deformable region formed near the first focusing region;
a first crack formed between the first focusing region and an upper surface of the substrate;
a second deformation region formed near the second focusing region; and
a second crack formed between the second focusing region and an upper surface of the substrate; including,
The phase modulating unit is configured to modulate a phase distribution of the pulsed laser beam such that an overlapping region between the modulated pulsed laser beam incident to the second focusing region and the first crack and the first deformed region is minimized. cutting device.
제8항에 있어서,
상기 제2 포커싱 영역으로 입사하는 상기 변조된 펄스 레이저 빔의 적어도 하나의 단면은 제1 영역 및 제2 영역을 포함하고,
상기 제1 영역은 상기 제2 영역보다 상기 제1 크랙 및 제1 변형 영역에 가까우며,
상기 제1 영역에서 상기 변조된 펄스 레이저 빔의 세기는 상기 제2 영역에서 상기 변조된 펄스 레이저 빔의 세기보다 약한 레이저 절단 장치.
9. The method of claim 8,
at least one cross-section of the modulated pulsed laser beam incident on the second focusing region comprises a first region and a second region;
The first region is closer to the first crack and the first deformation region than the second region,
The intensity of the modulated pulse laser beam in the first region is weaker than the intensity of the modulated pulse laser beam in the second region.
기판의 상면으로 입사하는 펄스 레이저 빔을 방출하는 이미터;
상기 펄스 레이저 빔의 위상 분포를 변조하는 위상 변조 유닛;
상기 변조된 펄스 레이저 빔이 상기 기판에 입사하는 경로에 배치되는 편광 필터;
상기 변조된 펄스 레이저 빔이 상기 편광 필터를 지나 상기 기판에 입사하는 경로에 배치되는 포커싱 렌즈 유닛; 및
상기 기판이 장착되는 기판 안착 유닛; 을 포함하고,
상기 편광 필터는, 상기 변조된 펄스 레이저 빔에서 전기장 성분이 입사면에 평행한 방향으로 진동하는 p-편광 성분이 전기장 성분이, 상기 입사면에 수직한 방향으로 진동하는 s-편광 성분보다 큰 값을 갖도록 상기 변조된 펄스 레이저 빔을 편광시키는 레이저 절단 장치.

an emitter emitting a pulsed laser beam incident on the upper surface of the substrate;
a phase modulation unit for modulating a phase distribution of the pulsed laser beam;
a polarization filter disposed in a path through which the modulated pulsed laser beam is incident on the substrate;
a focusing lens unit disposed in a path through which the modulated pulsed laser beam passes through the polarization filter and is incident on the substrate; and
a substrate mounting unit on which the substrate is mounted; including,
In the polarization filter, in the modulated pulsed laser beam, a p-polarization component in which an electric field component vibrates in a direction parallel to an incident surface is greater than an s-polarization component in which an electric field component vibrates in a direction perpendicular to the incident surface. A laser cutting device for polarizing the modulated pulsed laser beam to have a.

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