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KR100984726B1 - 레이저를 이용한 대상물 가공 방법, 대상물 가공 장치, 및 대상물 가공 시스템 - Google Patents

레이저를 이용한 대상물 가공 방법, 대상물 가공 장치, 및 대상물 가공 시스템 Download PDF

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KR100984726B1
KR100984726B1 KR1020100039729A KR20100039729A KR100984726B1 KR 100984726 B1 KR100984726 B1 KR 100984726B1 KR 1020100039729 A KR1020100039729 A KR 1020100039729A KR 20100039729 A KR20100039729 A KR 20100039729A KR 100984726 B1 KR100984726 B1 KR 100984726B1
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KR
South Korea
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laser
spot
lens
convex lens
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유병소
이병식
장현삼
김범중
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유병소
(주)큐엠씨
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Abstract

본 발명은 레이저 빔을 이용하여 가공 대상물을 가공하기 위한 레이저 가공 방법, 레이저 가공 장치, 및 레이저 가공 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 레이저를 이용한 대상물 가공 방법으로서, 레이저 광원에서 레이저 빔을 생성시키는 단계; 생성된 상기 레이저 빔의 발산각(divergence angle)을 교정하는 단계; 및 교정된 상기 레이저 빔을 상기 대상물의 내부에 집광하여 스폿(spot)을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 스폿에 의해 상기 대상물의 내부에 상변이 영역이 형성되며, 상기 레이저 빔의 발산각 교정에 의하여 상기 스폿의 적어도 일축 방향 길이를 변화하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 대상물 가공 방법을 제공한다.

Description

레이저를 이용한 대상물 가공 방법, 대상물 가공 장치, 및 대상물 가공 시스템{Method, apparatus, and system for processing workpiece using laser}
본 발명은 레이저 빔을 이용하여 가공 대상물을 가공하기 위한 레이저 가공 방법, 레이저 가공 장치, 및 레이저 가공 시스템에 관한 것이다.
레이저 가공은 고밀도의 에너지원으로 레이저를 이용하여 대상물을 가공하는 방법을 말한다. 레이저 가공에 사용되는 레이저의 종류는 발진 물질의 종류에 따라 고체 레이저, 기체 레이저, 액체 레이저, 반도체 레이저 등으로 분류된다. 최근에는 레이저 기술의 발달에 따라 반도체나 사파이어(sapphire) 기판을 칩 분할(chip separation)하기 위해 기판을 레이저로 스크라이빙(scribing)하거나 절단하는 방법이 이용되고 있다. 기판의 형태는 실리콘 웨이퍼(Si Wafer), 화합물 반도체 웨이퍼, 세라믹(ceramic) 반도체 기판, 사파이어 기판, 금속 기판 및 유리 기판 등과 같이 매우 다양하다.
종래, 레이저를 이용한 스크라이빙 방법은 레이저 빔을 기판의 표면에 조사시켜서 기판의 절단 예정 라인을 따라서 스크라이빙 라인을 먼저 형성한 후 물리적이나 열적인 충격을 주어 브레이킹(breaking)하는 공정을 이용하는 것이 일반적이다.
종래의 방법에서는 절단 가공시 미세한 분진이 발생하여 소자 특성에 악영향을 끼치게 된다. 또한, 종래의 방법에서는 절단 영역이 비교적 넓게 형성됨으로써, 하나의 웨이퍼 상에 복수개의 적층부를 고밀도로 집적하는 데에 한계가 있다.
또한, 스크라이빙 라인(line)을 기판의 표면에 형성하는 과정에서 레이저 빔(laser beam)의 열에 의해 녹은 기판 입자들이 스크라이빙 라인 주변에 응착되는 현상이 발생하는데 이때 응착된 입자들은 냉각되면서 응고되어 제거가 쉽지 않은 현상이 발생하게 되고, 이로 인해 기판 표면이 매끈하지 않고 요철이 생기게 되어 브레이킹시 예상치 않은 방향으로 갈라질 우려가 있다.
또한 레이저 빔을 기판의 표면에 조사할 경우, 레이저 빔의 에너지 밀도가 가장 높은 부분이 표면에 존재하게 되므로, 표면에서의 비정질화 혹은 기화에 따른 부피 팽장으로 기판 표면에 불규칙적인 마이크로 크랙(micro crack)이 생기게 된다. 이로 인해 절단 단면이 거칠어 지고, 소자 자체의 특성도 저하되는 문제가 있다.
한편, 레이저를 이용한 스크라이빙 방법의 하나로서 기판의 내부에 레이저를 집광하는 공정이 알려져 있다. 그러나, 얇은 기판의 내부에 레이저를 조사하여 가공하기 위해서는 기판의 내부에 형성되는 스폿(spot)의 위치와 형상을 정밀하게 제어할 필요가 있다. 특히, 레이저는 각각 고유의 발산각(divergence angle)을 갖고 있는데 이는 동일한 종류의 레이저 광원을 사용하는 경우에도 편차가 있으므로, 종래의 레이저 빔 전달시스템을 이용해서는 기판의 내부 가공에 적합한 스폿을 형성하는 것이 곤란하였다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 소자 특성에 악영향을 미치는 미세 분진의 발생을 제거하고, 표면에서의 원하지 않는 비정질 영역의 생성을 방지하고, 하나의 웨이퍼 상에 복수개의 적층부를 고밀도로 집적시킬 수 있는 레이저를 이용한 대상물 가공 방법, 대상물 가공 장치, 및 대상물 가공 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 대상물의 소자특성, 예컨대 광휘도를 저하시키지 않고 대상물의 가공이 가능한 레이저를 이용한 대상물 가공 방법, 대상물 가공 장치, 및 대상물 가공 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 레이저 고유의 발산각을 제어하여 기판의 내부가공에 적합한 스폿 형상과 크기를 형성하는 레이저를 이용한 대상물 가공 방법, 대상물 가공 장치, 및 대상물 가공 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 레이저 고유의 발산각을 제어하여 가공하고자 하는 대상물 내부에서 레이저 빔 스폿의 형상과 크기 변화에 따른, 스폿의 광강도 프로파일(Beam Intensity Profile) 혹은 에너지밀도(Energy Density)를 제어하는 레이저를 이용한 대상물 가공 방법, 대상물 가공 장치, 및 대상물 가공 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 기판 내부에서 광강도 프로파일을 제어함으로써, 가공대상물을 특정 방향에 따라 효과적으로 절단하는 레이저를 이용한 대상물 가공 방법, 대상물 가공 장치, 및 대상물 가공 시스템을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 측면에 의하면, 레이저를 이용한 대상물 가공 방법으로서, 레이저 광원에서 레이저 빔을 생성시키는 단계; 생성된 상기 레이저 빔의 발산각(divergence angle)을 교정하는 단계; 및 교정된 상기 레이저 빔을 상기 대상물의 내부에 집광하여 스폿(spot)을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 스폿에 의해 상기 대상물의 내부에 상변이 영역이 형성되며, 상기 레이저 빔의 발산각 교정에 의하여 상기 스폿의 적어도 일축 방향 길이를 변화하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 대상물 가공 방법을 제공한다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 측면에 의하면, 레이저를 이용한 대상물 가공 장치로서, 레이저 빔을 생성시키는 레이저 광원; 상기 레이저 빔의 발산각을 교정하는 빔 정형 모듈(beam shaping module); 교정된 상기 레이저 빔을 상기 대상물의 내부에 집광하여 스폿을 형성하는 집광렌즈(focusing Lens); 상기 스폿에 의해 상기 대상물의 내부에 상변이 영역이 형성되며, 상기 레이저 빔의 발산각 교정에 의하여 상기 스폿의 적어도 일축 방향 길이가 변화하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 대상물 가공 장치를 제공한다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제3 측면에 의하면, 레이저 빔을 대상물의 내부에 조사하여 대상물의 내부에 상변이 영역을 형성하는 대상물 가공 시스템으로서, 레이저 광원에서 생성된 레이저 빔을 빔 정형 모듈에 통과시킴으로써, 상기 대상물의 내부에 형성되는 스폿의 형상 내지 크기를 변화시키는 것을 특징으로 하는 대상물 가공 시스템을 제공한다.
본 발명은 소자 특성에 악영향을 미치는 미세 분진의 발생을 제거하고, 하나의 웨이퍼 상에 복수개의 적층부를 고밀도로 집적시킬 수 있는 레이저를 이용한 대상물 가공 방법, 대상물 가공 장치, 및 대상물 가공 시스템을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은 대상물의 강도 또는 광휘도를 저하시키지 않고 대상물의 가공이 가능한 레이저를 이용한 대상물 가공 방법, 대상물 가공 장치, 및 대상물 가공 시스템을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은 레이저 고유의 발산각을 제어하여 기판의 내부 가공에 적합한 스폿을 형성하고, 스폿의 형상과 크기 변화에 따른 광강도 프로파일 또는 에너지밀도의 변화를 제어하는 레이저를 이용한 대상물 가공 방법, 대상물 가공 장치, 및 대상물 가공 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용한 대상물 가공 장치의 개략 구성도이다.
도 2는 도 1에 개시된 대상물 가공 장치의 광학부의 단면도이다.
도 3은 도 2에 개시된 광학부에 있어서 실린더형 오목렌즈(cylindrical concave lens)와 실린더형 볼록렌즈(cylindrical convex lens) 사이의 거리에 따른 스폿의 형상 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 대상물 가공 장치의 광학부의 단면도이다.
도 5은 도 4에 개시된 광학부에 있어서 구형 오목렌즈(spherical concave lens)와 제1 실린더형 볼록렌즈 사이의 거리에 따른 스폿의 형상 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 4에 개시된 광학부에 있어서 구형 오목렌즈와 제2 실린더형 볼록렌즈 사이의 거리에 따른 스폿의 형상 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 스폿의 형상 변화에 따른 광강도 프로파일(intensity profile)의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 레이저를 이용한 대상물 가공 장치의 집광점 위치제어 수단을 나타내는 개략 구성도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 레이저를 이용한 대상물 가공 장치의 집광점 위치제어 수단을 나타내는 또 다른 개략 구성도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 가공 대상물의 일례로서 웨이퍼를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 11은 상변이 영역이 형성된 대상물을 나타낸 평면도이다.
도 12는 교차하는 2개의 상변이 영역이 형성된 대상물을 나타낸 수평 단면도이다.
도 13은 상변이 영역이 형성된 대상물을 나타낸 수직 단면도이다.
도 14는 렌즈 통과시 레이저 빔의 발산각의 영향을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 상변이 영역의 형상에 의한 응력집중 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 스폿의 형상과 스크라이빙 방향의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 레이저 빔 스폿에 의해 형성되는 상변이 영역을 나타낸 도면이다.
도 18은 자가절단이 일어난 기판과 자가절단이 없이 다른 절단수단에 의해서 절단한 실제 사진을 비교하기 위한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 설명하기로 한다.
본 발명의 하기 실시예는 본 발명을 구체화 하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위를 제한하거나 한정하기 위함이 아님은 물론이다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 본 발명에 있어서 "웨이퍼"란 절단 이전의 기판 상태를 의미하고, "칩"은 웨이퍼를 절단한 후 패키지(package) 공정을 거치기 전의 상태를 의미하며, "패키지"는 패키지 공정을 거쳐 소자화된 것을 의미한다. 또한, 본 발명에 있어서 웨이퍼 또는 기판의 "표면"이란 적층부가 형성되는 기판의 상면을 의미하며, 웨이퍼 또는 기판의 "이면"이란 상기 표면의 반대측인 기판의 하면을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용한 대상물 가공 장치의 개략 구성도, 도 2는 도 1에 개시된 대상물 가공 장치의 광학부의 단면도이다.
본 발명의 일실시예에서, 레이저를 이용한 대상물 가공 장치(1)는 대상물(200)을 적재하는 적재대(100), 레이저 빔을 생성시키는 레이저 광원(300), 생성된 레이저 빔을 통과시키며 빔의 특성 및 경로 등을 조절하는 광학부(400), 각 구성요소들을 제어하는 제어부(500), 이동부(600) 및 대상물 이동부(700)를 포함한다.
대상물(200)은 웨이퍼(210) 및 웨이퍼(210)의 표면에 형성된 적층부(220)를 포함한다(도 1 참조). 대상물(200)의 예로서, 칩 분할을 필요로 하는 기판 또는 가공, 절삭 등의 작업을 필요로 하는 금속, 비금속, 플라스틱 및 유리 등이 있으며, 특히 칩 분할을 필요로 하는 기판의 형태는 실리콘 웨이퍼(silicon wafer), 화합물 반도체 웨이퍼, 세라믹 반도체 기판, 사파이어 기판, 금속 기판 및 유리 기판 등이 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 대상물(200)은 적층부(220)가 하측을 향한 상태, 즉 레이저 빔이 대상물(200)의 이면을 통해 입사되는 상태로 유지되어 있다. 그러나, 이와 달리 적층부(220)가 상측을 향한 상태, 즉 레이저 빔이 대상물(200)의 표면을 통해 입사되는 상태로 대상물(200)이 적재대(100)에 유지되어 있을 수도 있다.
적재대(100)는 상부에 대상물(200)을 적재하며, 상승, 하강 또는 전진, 후진 및 회전을 통해 상부의 대상물을 원하는 형태로 가공할 수 있다.
레이저 광원(300)은 대상물(200)의 가공에 이용되는 레이저 빔을 생성시키고, 생성된 레이저 빔은 레이저 광원(300)의 광축(optical axis)을 따라 배치된 미 도시된 일련의 장치들을 통해 레이저 빔의 사이즈의 확대, 축소 또는 출력, 편광 방향의 조정 등의 공정을 거쳐서 광학부(400)의 실린더형 오목렌즈(411)에 입사된다. 이 경우, 레이저 광원(300)의 광축과 광학부(400)의 광축은 서로 일치되도록 배치되어 있다.
레이저 광원(300)은 고체 레이저, 기체 레이저 또는 액체 레이저일 수 있으며, 바람직하게는 가우시안 빔 프로파일(Gaussian beam profile)을 가질 수 있다. 레이저 광원(300)은 CO2 레이저, 엑시머 레이저, DPSS 레이저 중 어느 하나의 레이저 광원이어도 좋다.
레이저 빔은 펄스형 레이저 빔(pulse type laser beam), 특히 초단 펄스 레이저 빔일수 있다. 여기서 초단 펄스 레이저는 광 펄스의 주기가 나노 세컨드(nano second), 피코 세컨드(pico second), 또는 펨토 세컨드(femto second)급의 레이저로서, 박형의 기판을 고정밀도로 가공할 수 있으며, 특히 기판의 내부에 스폿을 형성하는데 유리하다.
광학부(400)는 레이저 빔을 통과시키며 레이저 빔의 특성 및 경로 등을 조절하는 구성요소이다. 광학부(400)에는 빔 정형 모듈(beam shaping module)(410)와 집광렌즈(430)가 포함될 수 있다.
빔 정형 모듈(410)은 레이저 빔의 발산각을 교정하며, 도 2에 도시된 바와 같이 이동 가능한 실린더형 오목렌즈(411)와 실린더형 볼록렌즈(412)가 포함된다.
실린더형 오목렌즈(411)는 광학부(400)의 상부에 위치하며, 레이저 광원(300)으로부터 생성된 레이저 빔을 발산시킨다. 레이저 빔은 일반 광선에 비하여 단일 파장이며 직진성(collimation)을 가지므로 진행시 퍼지지 않고 광축에 평행하게 진행하는 성질을 가진다. 하지만 레이저 빔도 파동의 성질을 갖고 있기 때문에 회절의 영향을 받게 되어 어느 정도의 발산각을 가지게 된다. 예컨대, Gas 레이저의 경우(CO2 레이저, He-Ne 레이저 등)에서는 발산각이 1 mrad(0.05°)를 넘지 않는 것이 보통이다.
실린더형 오목렌즈(411)가 구형(spherical)인 경우에는 레이저 빔의 직교하는 X축 및 Y축 방향 성분 모두 발산된다. 하지만 오목렌즈(411)가 실린더형(cylindrical)인 경우에는 직교하는 X축 또는 Y축 중 일방의 방향 성분만 발산된다. 예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이 실린더형 오목렌즈(411)는 레이저 빔의 X축 방향 성분만 발산하는 것일 수 있다.
실린더형 오목렌즈(411)를 통해 발산된 레이저 빔은 실린더형 볼록렌즈(412)를 통과하게 되고, 이 과정에서 실린더형 볼록렌즈(412)를 이용하여 레이저 빔의 발산각을 원하는 각도로 교정할 수 있다.즉, 실린더형 오목렌즈(411) 및 실린더형 볼록렌즈(412)를 사용하면, 어느 일방의 방향 성분에 대한 발산각 교정이 수행되고, 이로 인해 스폿의 형상에 있어서도 어느 일측 방향의 길이만 변화하게 된다. 예컨대 대상물의 스크라이빙 가공에서 스폿의 장축이 스크라이빙 방향, 즉 절단예정라인을 따라 배열되도록 하면, 스폿의 장축 방향으로는 발산각 교정이 불필요할 수 있다. 다시 말해, 절단예정라인에 수직인 방향으로의 폭(스폿의 단축)을 감소시키는 것으로 원하는 효과를 달성할 수 있고, 절단예정라인을 따른 방향의 길이(스폿의 장축)는 감소되는 것이 오히려 불리하므로, 오목렌즈(411) 및 볼록렌즈(412)는 동일 방향으로 배열된 실린더형 렌즈로 하여, 어느 일방으로만 발산각 교정을 수행할 수 있다.
또한, 실린더형 오목렌즈(411)와 실린더형 볼록렌즈(412) 사이의 거리를 조절하여 레이저 빔의 발산각을 교정할 수 있으며, 후술할 이동부(600)를 이용해서 실린더형 오목렌즈(411) 또는 실린더형 볼록렌즈(412)의 위치를 이동시킨다.
빔 정형 모듈(410)은 빔스토퍼(beam stopper)(420)를 더 포함할 수 있다. 빔스토퍼(420)는 레이저 빔의 일부 영역이 투과하는 것을 막는 것으로, 그 중심부에 예컨대 슬릿 또는 개구가 형성되어 레이저 빔의 중심 영역은 투과시키고, 외측 영역을 차단한다. 가우시안 빔 프로파일을 가진 레이저 빔의 외측 영역은 충분한 세기를 갖고 있지 못하여 대상물(200)의 적층부(220)에 바람직하지 않은 영향을 줄 수 있다.
집광렌즈(430)는 교정된 레이저 빔을 대상물(200)의 내부에 집광하여 스폿(P)을 형성하며, 이때 형성된 스폿(P)에 의해 대상물(200)의 내부에 상변이 영역(T)이 형성되며, 전술한 바와 같이 레이저 빔의 발산각 교정에 의하여 스폿(P)의 적어도 일측 방향 길이를 변화시킬 수 있다.
제어부(500)는 레이저 광원(300)과 관련된 각종 처리를 수행함과 동시에, 이동부(600)를 제어하여 실린더형 오목렌즈(411)와 실린더형 볼록렌즈(412) 사이의 거리를 조절함으로써 레이저 빔의 발산각을 교정할 수 있고, 또한, 후술할 대상물 이동부(700)을 제어하여 광학부(400)의 집광렌즈(430)와 스폿(P) 간의 거리, 즉, 대상물(200) 내부의 스폿(P)의 깊이를 조절할 수 있다.
이 경우, 상기 제어부(500)는 스폿(P)이 대상물(200)의 내부에 있어서 수직방향으로 복수개 형성되도록 대상물 이동부(700)를 제어할 수 있다. 또한, 상기 제어부(500)는 스폿(P)이 대상물(200)의 내부에 있어서 수평방향으로 복수개 형성되도록 대상물 이동부(700)를 제어할 수도 있다.
이동부(600)는 광학부(400)의 실린더형 오목렌즈(411)와 실린더형 볼록렌즈(412) 사이의 거리를 조절함으로써, 실린더형 오목렌즈(411)로부터 발산된 레이저 빔의 발산각을 정밀하게 제어할 수 있다.
이하에서는 도 3을 참고하여 광학부(400)의 작용을 더 상세히 설명하기로 한다. 도 3은 도 2에 개시된 광학부에 있어서 실린더형 오목렌즈와 실린더형 볼록렌즈 사이의 거리에 따른 스폿의 형상 변화를 설명하기 위한 도면이다.
레이저 광원(300)으로부터 생성된 레이저 빔은 실린더형 오목렌즈(411)에 입사되고, 실린더형 오목렌즈(411)에 의해 발산된 레이저 빔은 실린더형 볼록렌즈(412)에 의해 발산각이 교정되게 된다. 그런데, 레이저 광원(300)으로부터 생성된 레이저 빔이 완벽한 평행광인 경우, 실린더형 오목렌즈(411)와 실린더형 볼록렌즈(412) 사이의 거리를 df1, 실린더형 오목렌즈(411)의 초점거리를 fc1, 실린더형 볼록렌즈(412)의 초점거리를 fv1이라 하면, 다음 조건을 만족할 경우 대상물의 내부에 형성되는 레이저 빔의 스폿의 크기가 최소가+ 된다.
Figure 112010028865970-pat00028
…(수식1)
그러나, 실제의 레이저 빔은 소정 크기의 발산각을 가지며, 이로 인해 레이저 빔의 스폿의 크기가 최소가 되는 지점은 다음 수식과 같이 변경된다.
Figure 112010028865970-pat00029
…(수식2)
여기서, α는 레이저 빔의 발산각에 의해 길어진 실린더형 오목렌즈(411)의 초점거리의 증가성분이며, β는 레이저 빔의 발산각에 의해 길어진 실린더형 볼록렌즈(412)의 초점거리의 증가성분이다.
도 14를 참고하여 위와 같은 수식의 변경 과정을 설명하면 다음과 같다. 먼저, 하나의 렌즈를 상정하고, 레이저 빔이 완벽한 평행광이라 가정하면, 렌즈(Cc)를 통과하는 레이저 빔은 렌즈(Cc)의 광축선 상에 있어서 렌즈(Cc)의 초점거리(f)에 대응하는 위치를 지나게 된다(도 14의 광경로 B 참조). 그러나, 레이저 빔의 발산각이 θ인 발산광의 경우 렌즈(Cc)를 통과하는 레이저 빔은 렌즈(Cc)의 광축선 상에 있어서 렌즈(Cc)의 초점거리(f)보다 더 먼 지점(S1)을 지나게 된다(도 14의 광경로 B1 참조). 여기서 초점거리의 증가성분, 즉 S1과 f사이의 거리는 θ의 함수가 된다.
따라서, 도 3에 도시된 바와 같이 빔 정형 모듈이 실린더형 오목렌즈(411)와 실린더형 볼록렌즈(412)의 쌍으로 구성되면 수식2는 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112010028865970-pat00001
…(수식3)
여기서,
Figure 112010027676621-pat00002
와
Figure 112010027676621-pat00003
는 각각 레이저 빔의 발산각에 의해 길어진 실린더형 오목렌즈(411)의 초점거리의 증가성분과, 실린더형 볼록렌즈(412)의 초점거리의 증가성분이며, 이들은 각각 레이저 빔의 발산각의 함수가 된다.
따라서, 각 레이저의 발산각에 따라 적절히 실린더형 오목렌즈와 실린더형 볼록렌즈의 거리를 조절함으로써 발산각을 교정한다.
한편, 스폿의 크기는 다음과 같이 표현될 수도 있다.
Figure 112010028865970-pat00004
…(수식4)
여기서, M2은 빔질인자(beam quality factor)로서, 다음과 같이 발산각의 함수로써 표현될 수 있다.
Figure 112010028865970-pat00005
…(수식5)
상기 수식4 및 수식5에서, f는 집광렌즈의 초점길이, D는 집광렌즈에 입사되는 레이저 빔의 직경이다. 위 수식5에서 알 수 있는 바와 같이 M2은 레이저 빔의 발산각(θ)에 비례하고, 위 수식4에서 알 수 있는 바와 같이, 스폿의 크기 d는 M2에 비례하므로, 결국 레이저 빔의 스폿의 크기(d)는 레이저 빔의 발산각(θ)에 비례하게 됨을 알 수 있다. 따라서, 레이저 빔의 발산각이 소정의 값으로 주어질 경우, 이 발산각을 교정함으로써 최소 스폿의 크기를 제어할 수 있다.
위와 같은 이론을 배경으로 하여, 다시 도 3을 참조하여, 실린더형 오목렌즈와 실린더형 볼록렌즈로 구성된 빔 정형 모듈에서 스폿의 형상을 조절하는 과정을 설명하기로 한다.
먼저, 도 3(a)와 같이 실린더형 볼록렌즈(412)가 화살표 방향으로 이동할 경우, 실린더형 오목렌즈(411)와 실린더형 볼록렌즈(412) 사이의 거리가 상기 수식3을 만족하는 d`f1에서 멀어진다고 가정한다. 이 경우, 집광렌즈(430)에 의해 집광한 빔 스폿의 폭이 커지게 된다. 반대로 도 3(b)와 같이 실린더형 볼록렌즈(412)가 화살표 방향으로 이동할 경우, 실린더형 오목렌즈(411)와 실린더형 볼록렌즈(412) 사이의 거리가 상기 수식3을 만족하는 d`f1에 가까워진다고 가정한다. 이 경우, 집광렌즈(430)에 의해 집광한 빔 스폿의 폭이 작아지게 된다. 이상적으로 실린더형 오목렌즈(411)와 실린더형 볼록렌즈(412) 사이의 거리가 상기 수식3을 만족하는 d`f1이 되면, 집광된 레이저 빔의 스폿의 폭은 최소가 될 수 있다.
이와 같이 실린더형 오목렌즈(411) 및 실린더형 볼록렌즈(412)의 위치를 조정함으로써 대상물(200)의 내부에서 스폿의 형상, 즉, 스폿의 폭을 제어할 수 있게 된다. 일반적으로 스폿의 형상은 입사빔의 크기, 발산각, 및 파장의 함수로 표현되는데, 상기와 같이 발산각의 교정만에 의해서도 원하는 스폿의 형상을 형성하는 것이 가능하게 되고, 이는 특히 대상물의 내부에 레이저 광을 집광하여 스크라이빙하는 경우에 매우 유용하다.
또한, 위와 같이 구형이 아닌 실린더형 오목렌즈(411)를 이용하면, 레이저 빔의 X축과 Y축 중 어느 한 방향 성분에 대해서만 발산이 되며, 예컨대 도 3 에서와 같이 X축 방향 성분에 대해서는 발산되지만 Y축 방향 성분은 아무런 변화없이 실린더형 오목렌즈(411)를 그대로 통과하게 된다. 즉, 레이저 빔의 Y축 방향 성분은 실린더형 오목렌즈(411)에 의한 영향을 전혀 받지 않게 된다.
도 7의 광강도 그래프를 보면, 스폿의 폭이 d1에서 d2로 좁아짐으로 인해 스폿 사이즈는 감소하는 반면 전체 광강도는 보전되므로 단위면적당 광강도는 오히려 높아지게 됨을 알 수 있다.
이와 같이 레이저 빔의 발산각에 따라 실린더형 오목렌즈(411)와 실린더형 볼록렌즈(412)의 위치를 조절함으로써, 스폿을 타원형 형상, 혹은 더 나아가 선형에 가까운 형상이 되도록 할 수 있다. 이러한 타원형 또는 선형 스폿의 장축이 대상물(200)의 스크라이빙 방향, 즉 절단예정라인 방향이 되도록 하면, 가공 속도가 현저히 향상되며, 또한 레이저 빔을 대상물(200)의 내부에 조사하는 것만으로 대상물(200)의 자가절단을 유도할 수 있게 된다. 이에 대한 상세는 후술하기로 한다.
다음으로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 대상물 가공 장치의 광학부의 구성을 도 4를 참조하여 설명하기로 한다.
이 실시예에 따른 광학부(400)의 빔 정형 모듈(410)은, 도 4에 도시된 바와 같이 이동 가능한 구형(spherical) 오목렌즈(413), 제1 실린더형 볼록렌즈(414), 및 제2 실린더형 볼록렌즈(415)를 포함한다.
구형 오목렌즈(413)는 광학부(400)의 상부에 위치하며, 레이저 광원(300)으로부터 생성된 레이저 빔을 발산시킨다. 구형 오목렌즈(413)는 레이저 빔의 직교하는 X축 및 Y축 방향 성분 모두에 대해 레이저 빔을 발산할 수 있다는 점에서 전술한 실린더형 오목렌즈(411)와 구별된다. 이와 같이 X축 및 Y축 모두에 대해 레이저 빔이 발산하게 되므로, 발산된 레이저 빔의 수렴을 통해 발산각 교정을 행하기 위해서는 X축 및 Y축 방향 성분에 대해 각각 발산각 교정이 가능한 2개의 실린더형 볼록렌즈가 필요하게 된다.
구형 오목렌즈(413)를 통해 발산된 레이저 빔은 차례로 제1 실린더형 볼록렌즈(414)와 제2 실린더형 볼록렌즈(415)를 통과하게 된다. 구형 오목렌즈(413), 제1 실린더형 볼록렌즈(414), 및 제2 실린더형 볼록렌즈(415)의 위치는 제어부(500)의 제어명령에 따라 이동부(600)에 의해 변화될 수 있고, 이로 인해 대상물의 내부에 형성되는 스폿의 형상이 변화하게 된다. 이에 대해서는 도 5 및 도 6을 참고하여 상세히 설명하기로 한다.
도 5는 도 4에 개시된 광학부에 있어서 구형 오목렌즈와 제1 실린더형 볼록렌즈 사이의 거리에 따른 스폿의 형상 변화를 설명하기 위한 도면, 도 6은 도 4에 개시된 광학부에 있어서 구형 오목렌즈와 제2 실린더형 볼록렌즈 사이의 거리에 따른 스폿의 형상 변화를 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 레이저 광원(300)으로부터 생성된 레이저 빔은 구형 오목렌즈(413)에 입사되고, 구형 오목렌즈(413)에 의해 발산된 레이저 빔의 X축 방향 성분은 제1 실린더형 볼록렌즈(414)에 의해 X축 방향 성분의 발산각이 교정된다. 이 때, 구형 오목렌즈(413)와 제1 실린더형 볼록렌즈(414) 사이의 거리가, 구형 오목렌즈(413)의 초점거리와 제1 실린더형 볼록렌즈(414)의 초점거리와 레이저 빔의 발산각에 따른 초점거리의 증가성분을 합한 수치에 가까워지는 경우에는, 집광렌즈(430)에 의해 집광한 스폿의 폭은 작아지게 된다(도 5(a) 참조). 반대로 구형 오목렌즈(413)와 제1 실린더형 볼록렌즈(414) 사이의 거리가, 구형 오목렌즈(413)의 초점거리와 제1 실린더형 볼록렌즈(414)의 초점거리와 레이저 빔의 발산각에 따른 초점거리의 증가성분을 합한 수치에서 멀어지는 경우에는, 집광렌즈(430)에 의해 집광한 스폿의 폭은 커지게 된다(도 5(b) 참조). 이상은 레이저 빔의 X축 방향 성분에 대한 발산각 교정만을 설명한 것으로, 도 3과 관련하여 앞의 실시예에서 설명한 것과 동일하므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
그러나, 구형 오목렌즈(413)는 실린더형 오목렌즈(411)와는 다르게 레이저 빔의 Y축 방향 성분도 발산시키므로, 제2 실린더형 볼록렌즈(415)가 추가적으로 필요하게 된다.
도 6에 나타낸 바와 같이 구형 오목렌즈(413)에 의해 발산된 레이저 빔의 Y축 방향 성분은 제1 실린더형 볼록렌즈(414)를 그대로 통과한 후 제2 실린더형 볼록렌즈(415)에 의해 Y축 방향성분의 발산각이 교정된다. 즉, 레이저 빔의 Y축 방향 성분에 대해서는 제1 실린더형 볼록렌즈(414)는 존재하지 않는 것처럼 취급할 수 있다. 따라서, 구형 오목렌즈(413)와 제2 실린더형 볼록렌즈(415) 사이의 거리가, 구형 오목렌즈(413)의 초점거리와 제2 실린더형 볼록렌즈(415)의 초점거리와 레이저 빔의 발산각에 따른 초점거리의 증가성분을 합한 수치에서 멀어지는 경우에는, 집광렌즈(430)에 의해 집광한 레이저 빔 스폿의 길이는 길어지게 된다(도 6(a) 참조). 반대로 구형 오목렌즈(413)와 제2 실린더형 볼록렌즈(415) 사이의 거리가, 구형 오목렌즈(413)의 초점거리와 제2 실린더형 볼록렌즈(415)의 초점거리와 레이저 빔의 발산각에 따른 초점거리의 증가성분을 합한 수치에 가까워지는 경우에는, 집광렌즈(430)에 의해 집광한 레이저 빔 스폿의 길이는 짧아지게 된다(도 6(b) 참조).
여기서 스폿의 폭은 스폿의 X축 방향 크기, 즉 도 3, 5, 6에 도시된 대상물(200)에 있어서 스폿 형상의 상하 방향 크기를 나타내며, 스폿의 길이는 스폿의 Y축 방향 크기, 즉 도 3, 5, 6에 도시된 대상물(200)에 있어서 스폿 형상의 좌우 방향 크기를 나타낸다.
스폿의 폭이 좁고 길이가 긴 경우 스폿의 단축은 X축 방향으로 형성되고 스폿의 장축은 Y축 방향으로 형성된다(도 3(b), 도 5(a) 참조). 이 스폿의 장축 방향이 스크라이빙 방향과 일치하도록 하면 가공 공정이 보다 효율적이고 신속하게 이루어지며, 또한 대상물(200)의 자가절단을 유도할 수 있게 된다. 이에 대해 도 15 내지 도 18을 참조하여 설명하기로 한다.
도 15는 상변이 영역의 형상에 의한 응력집중 현상을 설명하기 위한 도면, 도 16은 스폿의 형상과 스크라이빙 방향의 관계를 설명하기 위한 도면, 도 17은 레이저 빔 스폿에 의해 형성되는 상변이 영역을 나타낸 도면, 도 18(a), (b)는 자가절단이 일어난 실제 사파이어 기판의 사진이다. 도 18(c), (d)는 자가 절단현상이 없는 가공법에 대한 사진이다.
도 15(a)는 레이저 빔의 발산각에 대한 교정을 행하지 않아 스폿이 원형으로 형성된 경우를 나타낸다. 이 경우, 상변이 영역(T)을 대상물의 스크라이빙 방향(Y축 방향)에 수직하게 자른 단면(XZ평면)을 보면, 실질적으로 원형에 가까운 모습이 된다. 즉, 상변이 영역의 Z축 방향 길이와 X축 폭 길이가 같게 된다.
반면에, 도 15(b)는 레이저 빔의 발산각에 대한 교정을 행하여 스폿이 타원형으로 형성된 경우를 나타낸다. 이 경우, 상변이 영역(T)을 대상물의 스크라이빙 방향(Y축 방향)에 수직하게 자른 단면(XZ평면)을 보면, 스크라이빙 방향에 수직한 타원형이 된다. 즉, 도면에 도시된 바와 같이, 단면에 있어서 상변이 영역(T)의 X축 방향 폭이 짧고 Z축 방향 길이는 길다. 상변이 영역(T)의 형상을 3차원적으로 나타내면 도 17에 도시된 바와 같으며, 수직방향 단면(C1)과 수평방향 단면(C2)이 모두 타원형임을 알 수 있다.
한편, 도 15에서, 상변이 영역(T)의 수직방향 단부 지점에서의 곡률반경을 살펴보면, 원형 스폿인 경우의 곡률반경(R1)에 비해 타원형 스폿인 경우의 곡률반경(R2)이 더 작음을 알 수 있다.
일반적으로 상변이 영역(T)의 특정 지점에서 발생하는 응력의 정도는 다음과 같은 응력집중계수(stress concentration factor) S로 나타내어진다.
Figure 112010028865970-pat00006
…(수식6)
여기서, D는 상변이 영역(T)의 수직방향 크기, R은 해당 지점의 곡률반경이다.
원형 스폿인 경우 상변이 영역(T)의 수직방향 단부 지점에서의 응력집중계수를 S1이라 하고, 타원형 스폿인 경우 상변이 영역(T)의 수직방향 단부 지점에서의 응력집중계수를 S2라고 하면, 원형 스폿인 경우 상변이 영역(T)의 수직방향 크기(D1)와 타원형 스폿인 경우 상변이 영역(T)의 수직방향 크기(D2)는 비슷하고, 곡률반경은 R1≫R2 이므로, 결국 S1≪S2가 된다. 즉, 타원형 스폿인 경우 원형 스폿인 경우에 비해 상변이 영역(T)의 수직방향 단부 지점에서 응력이 집중됨을 알 수 있다.
이러한 응력의 집중 현상에 의해 타원형 스폿의 경우에는 그 장축 방향으로 크랙이 집중적으로 형성될 수 있다(도 16(b) 참조). 다시 말해, 타원형 스폿의 경우는 상변이 영역(T)에 있어서 타 지점에 비해 응력이 집중되는 응력집중부가 형성된다.
그러나, 원형 스폿의 경우는 응력이 특별히 집중되는 부분이 없어서 크랙이 형성되지 않거나, 크랙이 형성되더라도 특별한 방향성 없이 무작위적으로 형성된다(도 16(a) 참조). 이와 같이 원형 스폿의 경우 크랙의 형성을 제어할 수 없어서, 자가절단이 이루어지지 않거나, 또는 크랙이 형성되더라도 원하지 않는 방향으로 형성됨으로써 절단면의 방향이 불량해지는 문제가 생길 수 있다.
타원형 스폿의 경우 스폿의 장축이 대상물의 절단예정라인(L1)에 일치하게 되도록 광학부(400)와 대상물(200)을 배치하면, 절단예정라인(L1)을 따른 방향으로 스폿이 길게 형성된다. 이에 의해, 절단예정라인(L1)에 위치하는 스폿의 양끝단에 형성되는 상변이 영역에서 응력이 집중되고, 절단예정라인(L1)을 따르는 방향으로 크랙이 형성된다. 따라서, 스폿의 간격을 크게 할 수 있어서 가공속도가 현저히 향상된다. 이러한 크랙이 대상물의 표면 혹은 이면에 이르게 되면 대상물이 자가절단될 수 있다. 이 경우 레이저 빔을 대상물(200)의 내부에 조사하는 것만으로 별도의 후속되는 절단 공정 없이도 웨이퍼를 칩으로 개편화할 수 있게 되어, 공정수 감소, 공정시간 감소, 비용 절감 등의 효과를 얻을 수 있다.
이와 같이, 레이저 빔의 발산각을 교정한 후 교정된 레이저 빔을 대상물의 내부에 집광하여 스폿을 형성함으로써, 스크라이빙 방향(타원형 또는 선형 스폿의 장축 방향)으로 크랙이 생성되도록 유도할 수 있다.
한편, 대상물이 두꺼운 경우에는 대상물의 수직방향(두께방향)으로 복수개의 스폿을 형성하는 것도 가능하다. 이 경우, 원형 스폿의 경우에는 전술한 바와 같이 각각의 스폿에서 무작위적으로 크랙(마이크로 크랙)이 형성되므로, 어느 하나의 스폿에서 형성된 크랙은 인접한 스폿에서 형성된 크랙과 만남으로써 크랙의 진행(propagation)이 증폭된다. 이러한 방향성이 없는 긴 크랙으로 인해 단일 스폿인 경우(대상물의 두께 방향으로 하나의 스폿을 형성하는 경우)에 비해 오히려 크랙이 무작위적으로 형성된다고 하는 악영향이 배가된다.
그러나, 타원형 스폿의 경우는 어느 하나의 스폿에서 형성된 크랙은 스크라이빙 방향, 즉 절단면이 형성되는 방향을 따라 진행되고, 이러한 스폿 및 여기서 형성된 크랙이 대상물의 두께방향으로 복수개의 지점에서 형성되므로 자가절단의 효과가 증폭된다.
이와 같이 대상물에 자가절단이 이루어지게 되면 종래의 경우에 비해 작은 외력만으로도 대상물의 분리 또는 절단이 가능하게 되고, 이상적으로는 외력의 인가 없이도 대상물이 분리될 수 있다. 실제로 대상물의 내부에 원형 스폿에 의한 상변이 영역을 형성하는 경우(자가절단이 이루어지지 않은 경우)에는, 대상물의 표면 또는 이면에 레이저 빔을 조사하여 절단예정라인을 형성하는 것과 거의 같은 정도의 절단 외력(F1)이 필요하지만, 대상물의 내부에 타원형 스폿을 형성하여 자가절단이 이루어지도록 하면 원형 스폿인 경우와 비교해 수십분의 일 이하의 작은 외력(F2)으로도 절단이 가능하게 된다.
특히, 이러한 절단을 위한 외력(F1)이 대상물의 내부에 원형 스폿에 의해서 특별한 방향성 없이 형성된 마이크로 크랙에도 동일하게 가해지게 되므로, 원하지 않는 방향으로의 크랙이 진행을 증폭시켜 절단면의 방향이 불량해 지는 문제가 생길 수 있다. 그러나, 레이저 빔의 발산각 교정에 의해 대상물의 내부에 타원형 스폿을 형성하는 경우는 크랙의 방향을 절단방향으로 제어할 수 있고, 절단방향이 외의 방향으로 진행된 크랙이 있다하더라도 매우 작은 외력(F2)이 가해지므로 절단면의 방향에는 영향이 거의 없게 된다.
도 18은 상기에 서술한 효과를 보여주는 실제 사진이다.
도 18(a), (b)에는 실제 사파이어 기판의 내부에 본 발명의 일 실시예에 따라 발산각을 교정한 레이저 빔을 조사하여 상변이 영역을 형성함으로써, 크랙의 전파에 의한 자가절단이 일어난 사진이 도시되어 있다. 도18(a)는 자가절단이 일어난 단면을 나타내고 있다. 도시된 바와 같이, 절단예정라인을 따라 수직방향(도면에서 하측 방향)으로 많은 크랙이 형성되어 있음을 알 수 있다. 또한 도 18(b)는 본 발명의 일실시예에 따라 발산각을 교정한 레이저 빔으로 조사하여 실제로 사파이어 기판을 스크라이빙 한 후 절단공정을 진행하기 전에, 레이저 빔이 조사되는 이면에서 찍은 사진이다. 도 18(b)에서 볼 수 있듯이 스크라이빙이 진행되는 방향(Y축방향)으로 깨끗한 자가절단 선을 볼 수 있다.
한편 도 18(c), (d)에는 레이저 빔의 발산각이 교정되지 않은 종래의 방법에 따라 내부 가공을 실시한 실제 사파이어 기판의 단면 및 평면사진이다. 도 18(c)은 종래의 방법으로 스크라이빙한 후 절단공정을 거처 분리된 단면사진이다.(Y-Z축 평면) 을 형성한 사진이 도시되어 있다. 도 18(d)는 레이저 빔의 발산각이 교정되지 않은 종래의 방법에 따라 내부 가공을 실시한 후 절단공정을 진행하기 전에, 레이저 빔이 조사되는 이면에서 찍은 사진이다.
도 18(d)에서는 도 18(b)에서 볼 수 있었던 스크라이빙이 진행되는 방향(Y축방향)으로의 절단 선을 볼 수 있다. 즉, 별도 공정단계를 통해 절단을 위한 물리적 혹인 열적인 충격을 주어야 한다.
한편, 도시되어 있지는 않으나 레이저 빔은 특정 방향으로 편광되어 있을 수 있다. 레이저 빔의 편광 방향이 스크라이빙 방향과 일치하도록 하면, 대상물의 절단면이 깨끗하게 형성되며, 또한 절단폭이 작아지게 된다. 따라서 절단품질이 향상됨은 물론, 동일크기의 웨이퍼로 보다 많은 수의 칩을 얻을 수 있다. 반면에, 레이저 빔의 편광 방향이 스크라이빙 방향과 직교하면 대상물의 절단면이 거칠어지고 절단폭도 커지게 된다.
이상 설명한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 의한 대상물 가공 장치(1)는 상기 집광렌즈(430)에 대한 대상물(200)의 상대적 위치를 변경시키는 대상물 이동부(700)를 더 포함할 수 있다. 대상물 이동부(700)는 대상물(200)의 내부의 집광점, 즉 스폿(P)의 깊이를 조절할 수 있다.
본 발명에서는, 레이저 빔의 스폿(P)을 대상물(200)의 표면에 생성하지 않고 대상물(200)의 내부에 생성함으로써 대상물(200)의 내부에만 상변이 영역(T)을 생성할 수 있고, 따라서 대상물(200)의 표면에서 레이저 빔이 흡수되어 용융하는 일은 발생하지 않는다. 이에 따라, 대상물(200)의 표면에 불규칙한 요철이 발생하지 않아서 브레이킹 시 예상치 않은 방향으로의 갈라짐이 줄어들고, 대상물(200)의 표면에 불규칙한 마이크로 크랙의 발생으로 인한 대상물(200)의 강도 및 특성 저하가 일어나지 않는다.
또한, 대상물(200)의 표면이 아닌 내부에 상변이 영역(T)을 형성하게 되므로, 대상물(200)의 가공시에 발생하는 미세한 분진이 현저히 줄어든다.
대상물(200) 내부에 형성되는 스폿(P)의 깊이를 조절하는 방법에 대해, 도 8 및 도 9를 참조하여 설명한다.
대상물(200)의 내부에 있어서 이면 측보다 표면 측에 가까운 위치에 상변이 영역(T)를 형성하면, 표면 측에서의 절단 정밀도를 향상시킬 수 있다. 하지만, 대상물(200)의 두께가 얇은 경우 스폿(P) 주위에 형성되는 상변이 영역(T)이 대상물(200)의 표면까지 형성되어 외부에 노출되는 경우가 발생할 가능성이 있다. 따라서, 스폿(P)의 깊이를 정밀하게 조절하여야 할 필요가 있다.
스폿(P)의 깊이를 조절하기 위한 방법으로서, 집광렌즈(430)에 대한 대상물(200)의 상대적 위치를 변경시켜서 조절할 수 있다. 미도시된 집광점 위치 검출 수단을 통해 집광렌즈(430)와 대상물(200)의 표면과의 거리를 측정하고, 제어부(500)는 이 정보를 이용하여 대상물 이동부(700)를 제어하여 스폿(P)이 원하는 깊이에 위치하도록 광학부(400)를 상하로 이동시킨다(도 8 참조). 이 때, 대상물 이동부(700)의 일예로서 피에조 소자 등을 사용한 액추에이터(actuators)를 사용할 수 있다. 피에조 액추에이터(piezo actuators)는 압전 소자를 사용한 액추에이터의 일종으로 수 나노 해상도의 움직임을 갖도록 만들 때 쓰는 소자이다.
또 다른 방법으로서, 광학부(400)를 상하로 이동시키는 대신 대상물(200)이 적재된 적재대(100) 하부에 대상물 이동부(700)를 설치하고, 미도시된 집광점 위치 검출 수단을 통해 측정한 집광렌즈(430)와 대상물(200) 표면과의 거리 정보를 이용하여 적재대(100)를 상하로 이동시킬 수 있다(도 9 참조).
이와 같이, 레이저 빔을 대상물(200)의 내부에 조사하여 대상물(200)의 내부에 상변이 영역(T)을 형성하는 대상물 가공 시스템으로서, 레이저 광원(300)에서 생성된 레이저 빔을 광학부(400)에 통과시킴으로써, 상기 대상물(200)의 내부에 형성되는 스폿(P)의 형상 또는 크기를 변화시키는 대상물 가공 시스템을 구현하는 것이 가능하다.
또한, 광학부 내의 각 구성요소 사이의 거리를 변경하여 스폿(P)의 적어도 일측 방향 길이가 변화되도록 할 수 있다. 이 때, 스폿(P)의 장축은 실질적으로 대상물(200)의 절단예정라인(L)을 따라 형성된다.
다음으로, 레이저를 이용한 대상물 가공 방법을 설명하기로 한다.
레이저를 이용한 대상물 가공 방법은, 레이저 광원(300)에서 레이저 빔을 생성시키는 단계, 생성된 레이저 빔의 발산각을 교정하는 단계, 교정된 레이저 빔을 대상물(200)의 내부에 집광하여 스폿(P)을 형성하는 단계를 포함한다. 여기서, 스폿(P)에 의해 대상물(200)의 내부에 상변이 영역(T)이 형성되며, 레이저 빔의 발산각 교정에 의하여 스폿(P)의 적어도 일측 방향 길이가 변화할 수 있다.
한편, 상기 레이저 빔의 발산각을 교정하는 단계는, 상기 레이저 빔을 실린더형 오목렌즈(411)에 통과시키는 단계, 및 상기 실린더형 오목렌즈(411)를 통과한 레이저 빔을 실린더형 볼록렌즈(412)에 통과시키는 단계를 포함할 수 있다(도 2 참조). 여기서, 상기 실린더형 오목렌즈(411) 및 상기 실린더형 볼록렌즈(412)는 실질적으로 동일한 방향으로 레이저 빔을 교정할 수 있다. 또한, 상기 실린더형 오목렌즈(411)와 상기 실린더형 볼록렌즈 사이의 거리를 변경하여 상기 스폿의 폭이 변화될 수 있다.
한편, 상기 레이저 빔의 발산각을 교정하는 단계는, 상기 레이저 빔을 구형 오목렌즈(413)에 통과시키는 단계, 상기 구형 오목렌즈(413)를 통과한 레이저 빔을 제1 실린더형 볼록렌즈(414)에 통과시키는 단계, 및 상기 제1 실린더형 볼록렌즈(414)를 통과한 레이저 빔을 제2 실린더형 볼록렌즈(415)에 통과시키는 단계를 포함할 수 있다(도 4 참조).
상기 제1 실린더형 볼록렌즈(414)는 레이저 빔의 제1 방향 발산각을 교정하고, 상기 제2 실린더형 볼록렌즈(415)는 상기 제1 방향과 실질적으로 직교하는 레이저 빔의 제2 방향 발산각을 교정할 수 있다. 여기서, 제1 방향은 스폿의 장축에 직교하는 방향(즉, X축 방향)일 수 있으며, 제2 방향은 스폿의 장축에 평행하는 방향(즉, Y축 방향)일 수 있다. 또한, 스폿의 장축에 평행한 방향은 대상물의 절단예정라인이 형성되는 방향, 즉 스크라이빙 방향일 수 있다.
한편, 상기 구형 오목렌즈(413)와 상기 제2 실린더형 볼록렌즈(415) 사이에서 상기 제 1 실린더형 볼록렌즈(414)의 위치를 변경하여 상기 스폿의 폭이 변화될 수 있다. 또한, 상기 제1 실린더형 볼록렌즈(414)와 집광렌즈(430) 사이에서 상기 제 2 실린더형 볼록렌즈(415)의 위치를 변경하여 상기 스폿의 길이가 변화될 수 있다.
레이저를 이용한 대상물 가공 방법은, 상기 레이저 빔의 발산각을 교정한 후, 교정된 레이저 빔을 빔스토퍼(420)에 통과시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 레이저 빔을 상기 대상물(200)의 내부에 집광하여 스폿을 형성하는 단계는, 상기 레이저 빔을 집광렌즈(430)에 통과시키는 단계를 포함할 수 있다.
한편, 상기 집광렌즈(430)와 상기 대상물(200) 사이의 거리를 변경하여, 상기 스폿이 상기 대상물(200)의 내부에 있어서 수직방향으로 복수개 형성될 수 있다. 또한, 상기 스폿에 대한 상기 대상물(200)의 상대적 위치를 절단예정라인을 따른 수평방향으로 변경하여, 상기 스폿이 상기 대상물(200)의 내부에 있어서 수평방향으로 복수개 형성될 수 있다. 또한, 상기 수평방향을 따라 상기 대상물(200)의 절단예정라인이 형성되며, 상기 스폿의 장축 방향이 실질적으로 상기 수평방향과 일치할 수 있다.
레이저를 이용한 대상물 가공 방법은, 상기 절단예정라인을 따라 상기 대상물(200)을 절단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
레이저를 이용한 대상물 가공 방법을 도면을 참조하여 더 상세히 설명하기로 한다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 가공 대상물의 일례로서 웨이퍼를 개략적으로 나타낸 평면도, 도 11은 상변이 영역이 형성된 대상물을 나타낸 평면도, 도 12는 교차하는 2개의 상변이 영역이 형성된 대상물을 나타낸 수평 단면도, 도 13은 상변이 영역이 형성된 대상물을 나타낸 수직 단면도이다.
먼저 도 10에 도시된 바와 같이, 표면에 서로 직교하는 일정한 간격의 절단예정라인(L1, L2)을 가진 스크라이빙할 대상물(200)을 적재대(100)에 위치시킨다.
다음으로, 레이저 광원(300)에서 레이저 빔을 생성하여 출력시키고, 출력된 레이저 빔을 발산시키고, 발산각을 교정한 후에, 교정된 레이저 빔을 대상물(200)의 내부에 집광하여 스폿(P)을 형성한다.
대상물(200)의 표면에 형성된 적층부(220)를 회피하여 절단예정라인(L1)에 수직한 내부에 스폿(P1)을 형성하면 스폿(P1)의 주위로 상변이 영역(T)이 형성된다(도 11(a) 참조). 그 후, 적재대(100)를 이동하여 집광렌즈(430)에 대한 대상물(200)의 상대적 위치를 변경하여, 스폿(P2, P3)이 대상물(200)의 내부에 있어서 절단예정라인(L1)을 따라 수평방향으로 스폿(P1)과 인접하여 형성한다(도 11(b) 및 도 11(c) 참조).
이 경우, 상기 수평방향을 따라 대상물(200)의 절단예정라인(L)이 형성되며, 상기 스폿(P)의 장축 방향이 실질적으로 상기 수평방향과 일치하게 된다.
이와 같은 과정으로 절단예정라인(L1, L2) 상에 필요한 모든 스폿(P)를 형성한 경우가 도 12에 도시되어 있다. 상변이 영역(T)는 대상물(200)의 내부의 스폿(P) 주위에 연결되도록 형성된다. 도 13은 상변이 영역(T)이 형성된 대상물(200)을 나타낸 수직 단면도이다.
대상물(200)의 내부에 상변이 영역(T)을 형성한 후에는, 이 상변이 영역(T)을 기점으로 하여 절단예정라인(L)을 따라 대상물(200)을 분리한다.
구체적으로는, 상기 상변이 영역(T)에 외부로부터 외력(F2)을 가하여 상기 상변이 영역(T)으로부터 대상물(200)의 표면 및 이면을 향한 방향으로 크랙이 형성되도록 하여 대상물(200)을 절단한다.
예컨대, 절단예정라인(L)을 중심으로 대상물(200)의 양측을 지그 등으로 고정하고, 상기 절단예정라인(L)을 중심으로 대상물(200)의 양측을 구부리거나, 또는 팁을 가진 가압부재를 절단예정라인(L)을 따라서 대상물(200)의 이면 측에서 상방으로 이동시킴으로써, 대상물(200)의 이면으로부터 상측을 향하여 외력(F2)을 가하게 된다. 이 경우, 상변이 영역(T)으로부터 대상물(200)의 표면을 향한 방향으로 크랙이 형성되어 대상물(200)이 절단된다.
다른 방법으로, 대상물(200)의 표면으로부터 하측을 향하여 외력(F2)을 가하여 절단하거나, 대상물(200)의 이면에 확장 필름을 부착한 후 이를 평면 방향으로 확장시켜 대상물(200)에 인장력을 가하여 절단시키는 방법도 있다.
본 발명의 일실시예에서는 스폿(P)의 깊이를 정밀하게 조절함으로써, 상변이 영역(T)로부터 대상물(200)의 표면과 이면방향으로 크랙을 생성시키고, 그 크랙이 대상물(200)의 표면 또는 이면에 도달함으로써 결과적으로 자가 절단(self breaking)될 수 있다. 이 때, 대상물(200)의 두께가 두꺼운 경우에는, 집광렌즈와 대상물(200) 사이의 거리를 변경하여, 스폿(P)이 대상물(200)의 내부에 있어서 수직방향으로 복수개(P1, P2) 형성되도록 할 수도 있다. 그 후, 외력(F2)을 가하거나 또는 자가 절단에 의해 대상물(200)이 절단된다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (34)

  1. 삭제
  2. 레이저를 이용한 대상물 가공 방법으로서,
    레이저 광원에서 레이저 빔을 생성시키는 단계;
    생성된 상기 레이저 빔의 발산각(divergence angle)을 교정하는 단계; 및
    교정된 상기 레이저 빔을 상기 대상물의 내부에 집광하여 스폿(spot)을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 스폿에 의해 상기 대상물의 내부에 상변이 영역이 형성되고, 상기 레이저 빔의 발산각 교정에 의하여 상기 스폿의 적어도 일축 방향 길이가 변화하며,
    상기 레이저 빔의 발산각을 교정하는 단계는,
    상기 레이저 빔을 실린더형 오목렌즈에 통과시키는 단계; 및
    상기 실린더형 오목렌즈를 통과한 레이저 빔을 실린더형 볼록렌즈에 통과시키는 단계를 포함하며,
    상기 실린더형 오목렌즈의 초점거리를 fc1, 상기 실린더형 볼록렌즈의 초점거리를 fv1, 상기 레이저 빔의 발산각을 θ, 상기 레이저 빔의 발산각에 의해 길어진 상기 실린더형 오목렌즈의 초점거리의 증가성분을 a(θ), 상기 레이저 빔의 발산각에 의해 길어진 상기 실린더형 볼록렌즈의 초점거리의 증가성분을 b(θ)라 하면, 상기 스폿의 크기가 최소가 되는 상기 실린더형 오목렌즈와 상기 실린더형 볼록렌즈 사이의 거리(d`f1)는,
    Figure 112010052826604-pat00030

    인 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 대상물 가공 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 실린더형 오목렌즈 및 상기 실린더형 볼록렌즈는 실질적으로 레이저 빔의 동일한 방향의 발산각을 교정하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 대상물 가공 방법.
  4. 제 2항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 실린더형 오목렌즈와 상기 실린더형 볼록렌즈 사이의 거리를 변경하여 상기 스폿의 폭이 변화되는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 대상물 가공 방법.
  5. 레이저를 이용한 대상물 가공 방법으로서,
    레이저 광원에서 레이저 빔을 생성시키는 단계;
    생성된 상기 레이저 빔의 발산각(divergence angle)을 교정하는 단계; 및
    교정된 상기 레이저 빔을 상기 대상물의 내부에 집광하여 스폿(spot)을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 스폿에 의해 상기 대상물의 내부에 상변이 영역이 형성되고, 상기 레이저 빔의 발산각 교정에 의하여 상기 스폿의 적어도 일축 방향 길이가 변화하며,
    상기 레이저 빔의 발산각을 교정하는 단계는,
    상기 레이저 빔을 구형 오목렌즈에 통과시키는 단계;
    상기 구형 오목렌즈를 통과한 레이저 빔을 제1 실린더형 볼록렌즈에 통과시키는 단계; 및
    상기 제1 실린더형 볼록렌즈를 통과한 레이저 빔을 제2 실린더형 볼록렌즈에 통과시키는 단계를 포함하며,
    상기 상변이 영역의 수직방향 크기를 D, 상기 상변이 영역의 특정 지점의 곡률반경을 R이라 하면, 상기 상변이 영역의 특정 지점에서 발생하는 응력의 정도인 응력집중계수(S)는,
    Figure 112010052826604-pat00031

    인 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 대상물 가공 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1 실린더형 볼록렌즈는 레이저 빔의 제1 방향 발산각을 교정하고, 상기 제2 실린더형 볼록렌즈는 상기 제1 방향과 실질적으로 직교하는 레이저 빔의 제2 방향 발산각을 교정하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 대상물 가공 방법.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 구형 오목렌즈와 상기 제2 실린더형 볼록렌즈 사이에서 상기 제 1 실린더형 볼록렌즈의 위치를 변경하여 상기 스폿의 폭이 변화되는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 대상물 가공 방법.
  8. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 실린더형 볼록렌즈와 집광렌즈 사이에서 상기 제 2 실린더형 볼록렌즈의 위치를 변경하여 상기 스폿의 길이가 변화되는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 대상물 가공 방법.
  9. 제 2 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 레이저 빔의 발산각을 교정한 후, 교정된 레이저 빔을 빔스토퍼(beam stopper)에 통과시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 대상물 가공 방법.
  10. 제 2 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 레이저 빔을 상기 대상물의 내부에 집광하여 스폿을 형성하는 단계는, 상기 레이저 빔을 집광렌즈에 통과시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 대상물 가공 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 집광렌즈와 상기 대상물 사이의 거리를 변경하여, 상기 스폿이 상기 대상물의 내부에 있어서 수직방향으로 복수개 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 대상물 가공 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 스폿에 대한 상기 대상물의 상대적 위치를 절단예정라인을 따른 수평방향으로 변경하여, 상기 스폿이 상기 대상물의 내부에 있어서 수평방향으로 복수개 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 대상물 가공 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 수평방향을 따라 상기 대상물의 절단예정라인이 형성되며, 상기 스폿의 장축 방향이 실질적으로 상기 수평방향과 일치하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 대상물 가공 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 절단예정라인을 따라 상기 대상물을 절단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 대상물 가공 방법.
  15. 삭제
  16. 레이저를 이용한 대상물 가공 장치로서,
    레이저 빔을 생성시키는 레이저 광원;
    상기 레이저 빔의 발산각을 교정하는 빔 정형 모듈(beam shaping module);
    교정된 상기 레이저 빔을 상기 대상물의 내부에 집광하여 스폿을 형성하는 집광렌즈(focusing Lens); 및
    상기 레이저 광원, 상기 빔 정형 모듈 및 상기 집광렌즈와 연결되어 이들을 제어하는 제어부를 포함하며,
    상기 스폿에 의해 상기 대상물의 내부에 상변이 영역이 형성되며, 상기 레이저 빔의 발산각 교정에 의하여 상기 스폿의 적어도 일측 방향 길이가 변화하며,
    상기 빔 정형 모듈은,
    생성된 레이저 빔을 발산시키는 실린더형 오목렌즈; 및
    상기 실린더형 오목렌즈를 통과한 레이저 빔의 발산각을 교정시키는 실린더 형 볼록렌즈를 포함하며,
    상기 실린더형 오목렌즈의 초점거리를 fc1, 상기 실린더형 볼록렌즈의 초점거리를 fv1, 상기 레이저 빔의 발산각을 θ, 상기 레이저 빔의 발산각에 의해 길어진 상기 실린더형 오목렌즈의 초점거리의 증가성분을 a(θ), 상기 레이저 빔의 발산각에 의해 길어진 상기 실린더형 볼록렌즈의 초점거리의 증가성분을 b(θ)라 하면, 상기 스폿의 크기가 최소가 되는 상기 실린더형 오목렌즈와 상기 실린더형 볼록렌즈 사이의 거리(d`f1)는,
    Figure 112010052826604-pat00032

    인 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 대상물 가공 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 실린더형 오목렌즈 및 상기 실린더형 볼록렌즈는 실질적으로 레이저 빔의 동일한 방향의 발산각을 교정하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 대상물 가공 장치
  18. 제 16항 또는 17항에 있어서,
    상기 실린더형 오목렌즈와 상기 실린더형 볼록렌즈 사이의 거리가 변경되도록 상기 실린더형 오목렌즈 또는 상기 실린더형 볼록렌즈를 이동시키는 이동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 대상물 가공 장치.
  19. 레이저를 이용한 대상물 가공 장치로서,
    레이저 빔을 생성시키는 레이저 광원;
    상기 레이저 빔의 발산각을 교정하는 빔 정형 모듈(beam shaping module);
    교정된 상기 레이저 빔을 상기 대상물의 내부에 집광하여 스폿을 형성하는 집광렌즈(focusing Lens); 및
    상기 레이저 광원, 상기 빔 정형 모듈 및 상기 집광렌즈와 연결되어 이들을 제어하는 제어부를 포함하며,
    상기 스폿에 의해 상기 대상물의 내부에 상변이 영역이 형성되며, 상기 레이저 빔의 발산각 교정에 의하여 상기 스폿의 적어도 일측 방향 길이가 변화하며,
    상기 빔 정형 모듈은,
    생성된 레이저 빔을 발산시키는 구형 오목렌즈;
    상기 구형 오목렌즈를 통과한 레이저 빔의 발산각을 교정시키는 제1 실린더형 볼록렌즈; 및
    상기 제1 실린더형 볼록렌즈를 통과한 레이저 빔의 발산각을 교정시키는 제2 실린더형 볼록렌즈를 포함하며,
    상기 상변이 영역의 수직방향 크기를 D, 상기 상변이 영역의 특정 지점의 곡률반경을 R이라 하면, 상기 상변이 영역의 특정 지점에서 발생하는 응력의 정도인 응력집중계수(S)는,
    Figure 112010052826604-pat00033

    인 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 대상물 가공 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 제1 실린더형 볼록렌즈는 레이저 빔의 제1 방향 발산각을 교정하고, 상기 제2 실린더형 볼록렌즈는 상기 제1 방향과 실질적으로 직교하는 레이저 빔의 제2 방향 발산각을 교정하도록, 상기 제1 실린더형 볼록렌즈 및 상기 제2 실린더형 볼록렌즈가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 대상물 가공 장치.
  21. 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,
    상기 구형 오목렌즈, 상기 제1 실린더형 볼록렌즈, 및 상기 제2 실린더형 볼록렌즈 사이의 상대 거리가 변경되도록, 상기 구형 오목렌즈, 상기 제1 실린더형 볼록렌즈, 또는 상기 제2 실린더형 볼록렌즈를 이동시키는 이동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 대상물 가공 장치.
  22. 제 16 항 또는 제 19 항에 있어서,
    상기 빔 정형 모듈과 상기 집광렌즈 사이에 배치되는 빔스토퍼(Beam Stopper)에 통과시키는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 대상물 가공 장치.
  23. 제 16 항 또는 제 19 항에 있어서,
    상기 레이저 광원은 CO2 레이저, 엑시머 레이저, DPSS 레이저 중 어느 하나의 레이저 광원인 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 대상물 가공 장치.
  24. 제 16 항 또는 제 19 항에 있어서,
    상기 레이저 빔은 펄스형 레이저 빔인 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 대상물 가공 장치.
  25. 제 16 항 또는 제 19 항에 있어서,
    상기 집광렌즈에 대한 상기 대상물의 상대적 위치를 변경시키는 대상물 이동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 대상물 가공 장치.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 스폿이 상기 대상물의 내부에 있어서 수직방향으로 복수개 형성되도록 상기 대상물 이동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 대상물 가공 장치.
  27. 제 25 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 스폿이 상기 대상물의 내부에 있어서 수평방향으로 복수개 형성되도록 상기 대상물 이동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 대상물 가공 장치.
  28. 삭제
  29. 레이저 빔을 대상물의 내부에 조사하여 대상물의 내부에 상변이 영역을 형성하는 대상물 가공 시스템으로서,
    레이저 광원에서 생성된 레이저 빔을 빔 정형 모듈에 통과시킴으로써, 상기 대상물의 내부에 형성되는 스폿의 형상 내지 크기를 변화시키며,
    상기 빔 정형 모듈은, 생성된 레이저 빔을 발산시키는 실린더형 오목렌즈, 및 상기 실린더형 오목렌즈를 통과한 레이저 빔의 발산각을 교정시키는 실린더형 볼록렌즈를 포함하며,
    상기 실린더형 오목렌즈의 초점거리를 fc1, 상기 실린더형 볼록렌즈의 초점거리를 fv1, 상기 레이저 빔의 발산각을 θ, 상기 레이저 빔의 발산각에 의해 길어진 상기 실린더형 오목렌즈의 초점거리의 증가성분을 a(θ), 상기 레이저 빔의 발산각에 의해 길어진 상기 실린더형 볼록렌즈의 초점거리의 증가성분을 b(θ)라 하면, 상기 스폿의 크기가 최소가 되는 상기 실린더형 오목렌즈와 상기 실린더형 볼록렌즈 사이의 거리(d`f1)는,
    Figure 112010052826604-pat00034

    인 것을 특징으로 하는 대상물 가공 시스템.
  30. 레이저 빔을 대상물의 내부에 조사하여 대상물의 내부에 상변이 영역을 형성하는 대상물 가공 시스템으로서,
    레이저 광원에서 생성된 레이저 빔을 빔 정형 모듈에 통과시킴으로써, 상기 대상물의 내부에 형성되는 스폿의 형상 내지 크기를 변화시키며,
    상기 빔 정형 모듈은, 생성된 레이저 빔을 발산시키는 구형 오목렌즈, 상기 구형 오목렌즈를 통과한 레이저 빔의 발산각을 교정시키는 제1 실린더형 볼록렌즈, 및 상기 제1 실린더형 볼록렌즈를 통과한 레이저 빔의 발산각을 교정시키는 제2 실린더형 볼록렌즈를 포함하며,
    상기 상변이 영역의 수직방향 크기를 D, 상기 상변이 영역의 특정 지점의 곡률반경을 R이라 하면, 상기 상변이 영역의 특정 지점에서 발생하는 응력의 정도인 응력집중계수(S)는,
    Figure 112010052826604-pat00035

    인 것을 특징으로 하는 대상물 가공 시스템.
  31. 제 29항 또는 제 30 항에 있어서,
    상기 스폿의 장축은 실질적으로 상기 대상물의 절단예정라인을 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 대상물 가공 시스템.
  32. 제 10 항에 있어서,
    상기 집광렌즈의 초점길이를 f, 상기 집광렌즈에 입사되는 레이저 빔의 직경을 D, 상기 레이저 빔의 파장을 λ, 빔질인자(beam quality factor)를 M2이라 하면, 상기 스폿의 크기(d)는,
    Figure 112010052826604-pat00036

    이며,
    상기 레이저 빔의 발산각을 θ라 하면, 상기 빔질인자(M2)는,
    Figure 112010052826604-pat00037

    인 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 대상물 가공 방법.

  33. 제 16 항 또는 제 19 항에 있어서,
    상기 집광렌즈의 초점길이를 f, 상기 집광렌즈에 입사되는 레이저 빔의 직경을 D, 상기 레이저 빔의 파장을 λ, 빔질인자(beam quality factor)를 M2이라 하면, 상기 스폿의 크기(d)는,
    Figure 112010052826604-pat00038

    이며,
    상기 레이저 빔의 발산각을 θ라 하면, 상기 빔질인자(M2)는,
    Figure 112010052826604-pat00039

    인 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 대상물 가공 장치.
  34. 제 29항 또는 제 30 항에 있어서,
    상기 집광렌즈의 초점길이를 f, 상기 집광렌즈에 입사되는 레이저 빔의 직경을 D, 상기 레이저 빔의 파장을 λ, 빔질인자(beam quality factor)를 M2이라 하면, 상기 스폿의 크기(d)는,
    Figure 112010052826604-pat00040

    이며,
    상기 레이저 빔의 발산각을 θ라 하면, 상기 빔질인자(M2)는,
    Figure 112010052826604-pat00041

    인 것을 특징으로 하는 대상물 가공 시스템.
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