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KR102654348B1 - 홈 형성 장치 및 홈 형성 방법 - Google Patents

홈 형성 장치 및 홈 형성 방법 Download PDF

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KR102654348B1
KR102654348B1 KR1020220043641A KR20220043641A KR102654348B1 KR 102654348 B1 KR102654348 B1 KR 102654348B1 KR 1020220043641 A KR1020220043641 A KR 1020220043641A KR 20220043641 A KR20220043641 A KR 20220043641A KR 102654348 B1 KR102654348 B1 KR 102654348B1
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KR
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laser beam
groove
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slb
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정웅희
이동준
이준영
박정래
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(주)이오테크닉스
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Abstract

홈 형성 장치가 개시된다. 개시된 홈 형성 장치는, 가우시안 형태의 레이저 빔을 방출하는 레이저 광원; 상기 레이저 빔의 빔 형태를 가우시안 형태에서 플랫 탑(flat top) 형태로 변환하는 회절 광학 소자; 및 플랫 탑 형태로 변환된 상기 레이저 빔을 가공 대상에 집광하는 포커싱 렌즈 유닛;을 포함하며, 상기 포커싱 렌즈 유닛은 초점 거리보다 먼 위치의 네거티브 이미지 면을 가지며, 상기 네거티브 이미지 면이 가공 대상의 표면에 위치하도록 상기 포커싱 렌즈 유닛이 배치된 상태에서, 상기 가공 대상에 플랫 탑 형태로 변환된 상기 레이저 빔을 조사함으로써 상기 가공 대상에 홈을 형성한다.

Description

홈 형성 장치 및 홈 형성 방법 {APPARATUS OF FORMING GROOVE AND METHOD FOR FORMING GROOVE}
본 발명은 홈 형성 장치 및 홈 형성 방법에 관한 것이다.
일반적으로 레이저 가공이란 포커싱 렌즈를 이용하여 레이저 빔을 하나의 초점 형태로 집광시키고 그 초점을 가공 대상의 표면 또는 내부에 조사하여 가공하는 방식을 말한다.
레이저 가공이 이용되는 일 예로, 가공 대상에 홈을 형성하기 위하여 레이저 빔이 사용될 수 있다. 가공 대상에 형성된 홈은 다양한 목적으로 이용될 수 있으며, 일 예로 커팅(cutting)을 위한 스크라이빙 라인(scribing line)으로 이용될 수 있다.
한편, 레이저 광원에서 형성된 레이저 빔은 빔 형태(빔 프로파일)가 가우시안 형태일 수 있다. 이러한 가우시안 형태의 레이저 빔을 가공 대상에 조사할 경우, 가공 대상에 형성된 홈은 최하부와 최상부의 폭 사이의 차이가 크게 나타날 수 있다.
홈의 최하부와 최상부의 폭을 줄이기 위하여, 가우시안 형태의 레이저 빔에 비해 빔 세기가 상대적으로 고르게 나타나는 플랫 탑 형태의 레이저 빔이 이용될 수 있다.
그러나, 플랫 탑 형태의 레이저 빔을 이용하더라도, 탑 부분에서의 빔 세기의 차이로 인해, 홈 주변의 가공 대상에 HAZ(Heat Affected Zone)가 발생될 수 있고, 홈 바닥면이 불균일 또는 과도하게 가공(Bottom Over 가공)될 수 있으며, 홈의 측벽이 과도하게 경사질 수 있다.
본 개시는 상술한 문제점을 해결하기 위한 홈 형성 장치 및 홈 형성 방법을 제공한다. 본 개시는 네거티브 이미지 면의 레이저 빔을 이용하여 가공 대상에 홈을 형성함으로써, 상대적으로 균일한 빔 세기 분포를 가지는 레이저 빔을 가공 대상에 조사할 수 있으며, 그에 따라 HAZ의 크기를 줄일 수 있으며, 홈의 최상부와 최하부의 폭 차이를 줄이도록 가공할 수 있는 홈 형성 장치 및 홈 형성 방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 홈 형성 장치는,
가우시안 형태의 레이저 빔을 방출하는 레이저 광원;
상기 레이저 빔의 빔 형태를 가우시안 형태에서 플랫 탑(flat top) 형태로 변환하는 회절 광학 소자; 및
플랫 탑 형태로 변환된 상기 레이저 빔을 가공 대상에 집광하는 포커싱 렌즈 유닛;을 포함하며,
상기 포커싱 렌즈 유닛은 초점 거리보다 먼 위치의 네거티브 이미지 면을 가지며,
상기 네거티브 이미지 면이 가공 대상의 표면에 위치하도록 상기 포커싱 렌즈 유닛이 배치된 상태에서, 상기 가공 대상에 플랫 탑 형태로 변환된 상기 레이저 빔을 조사함으로써 상기 가공 대상에 홈을 형성할 수 있다.
상기 네거티브 이미지 면에서의 레이저 빔의 빔 세기 분포는, 초점 거리보다 가까운 위치의 포지티브 이미지 면에서의 레이저 빔의 빔 세기 분포보다 균일도가 클 수 있다.
상기 네거티브 이미지 면에서의 레이저 빔의 최대 강도와 최소 강도의 차이는 상기 포지티브 이미지 면에서의 레이저 빔의 최대 강도와 최소 강도의 차이보다 작을 수 있다.
상기 네거티브 이미지 면에서의 레이저 빔의 최대 강도에 대한 최대 강도와 최소 강도의 차이의 비율은 상기 포지티브 이미지 면에서의 레이저 빔의 최대 강도에 대한 최대 강도와 최소 강도의 차이의 비율보다 작을 수 있다.
플랫 탑 형태의 상기 레이저 빔을 폭 방향으로 3등분 하여 중심 부분과 양 단부로 구분할 때, 상기 네거티브 이미지 면에서의 레이저 빔의 중심 부분의 최대 강도와 최소 강도의 차이는 상기 포지티브 이미지 면에서의 레이저 빔의 중심 부분의 최대 강도와 최소 강도의 차이보다 작을 수 있다.
플랫 탑 형태의 상기 레이저 빔을 폭 방향으로 3등분 하여 중심 부분과 양 단부로 구분할 때, 상기 네거티브 이미지 면에서의 레이저 빔의 양 단부의 최대 강도와 최소 강도의 차이는 상기 포지티브 이미지 면에서의 레이저 빔의 양 단부의 최대 강도와 최소 강도의 차이보다 작을 수 있다.
상기 네거티브 이미지 면에서의 레이저 빔의 상기 양 단부에서의 최대 강도에 대한 최대 강도와 최소 강도의 차이의 비율은 상기 포지티브 이미지 면에서의 레이저 빔의 양 단부에서의 최대 강도에 대한 최대 강도와 최소 강도의 차이의 비율보다 작을 수 있다.
상기 홈은 최하부의 폭이 최상부의 폭의 80% 이상일 수 있다.
상기 가공 대상에 상기 홈이 형성된 이후에 블레이드에 의한 커팅이 진행될 때, 상기 최하부의 폭과 상기 블레이드의 폭의 차이는 10 um 이상이며, 상기 최상부의 폭과 상기 블레이드의 폭의 차이는 20 um 이하일 수 있다.
상기 회절 광학 소자의 크기는 입사 빔의 직경의 1.7배 ~ 3배일 수 있다.
상기 회절 광학 소자는 입사된 레이저 빔을 복수의 서브 레이저 빔들로 분할할 수 있다.
상기 회절 광학 소자는 상기 가공 대상 상에서 상기 복수의 서브 레이저 빔들 사이의 간격이 50 마이크로미터(㎛) 이상이 되도록 상기 복수의 서브 레이저 빔들을 분할할 수 있다.
상기 포커싱 렌즈 유닛은 상기 회절 광학 소자로부터 최대 각도로 분할되는 상기 복수의 서브 레이저 빔들을 수용하도록 상기 회절 광학 소자로부터 이격될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 홈 형성 방법은,
가우시안 형태의 레이저 빔을 회절 광학 소자에 입사시키는 단계;
상기 회절 광학 소자에 의해, 상기 레이저 빔을 가우시안 형태에서 플랫 탑(flat top) 형태로 변환시키는 단계;
포커싱 렌즈 유닛에 의해, 상기 플랫 탑 형태로 변환된 레이저 빔을 가공 대상에 집광시켜 홈을 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 포커싱 렌즈 유닛은 초점 거리보다 먼 위치의 네거티브 이미지 면을 가지며,
상기 홈을 형성하는 단계에서는, 상기 네거티브 이미지 면이 가공 대상의 표면에 위치하도록 상기 포커싱 렌즈 유닛이 배치된 상태에서, 상기 가공 대상에 플랫 탑 형태로 변환된 상기 레이저 빔을 조사함으로써 상기 가공 대상에 홈을 형성할 수 있다.
상기 홈이 형성된 가공 대상을 블레이드에 의해 상기 홈을 따라 커팅하는 단계를 더 포함하며, 상기 블레이드에 의한 절단이 진행될 때, 상기 홈의 최하부의 폭과 상기 블레이드의 폭의 차이는 10 um 이상이며, 상기 홈의 최상부의 폭과 상기 블레이드의 폭의 차이는 20 um 이하일 수 있다.
본 개시에 따른 홈 형성 장치 및 홈 형성 방법은 네거티브 이미지 면의 레이저 빔을 이용하여 가공 대상에 홈을 형성함으로써, 상대적으로 균일한 빔 세기 분포를 가지는 레이저 빔을 가공 대상에 조사할 수 있으며, 그에 따라 HAZ의 크기를 줄일 수 있으며, 홈의 최상부와 최하부의 폭 차이를 줄이도록 가공할 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 홈 형성 장치의 개념도이다.
도 2는 도 1의 포커싱 렌즈 유닛의 개념도이다.
도 3은 회절 광학 소자와 포커싱 렌즈 유닛 사이에 다른 광학계가 배치된 실시예에 따른 홈 형성 장치의 개념도이다.
도 4는 예시적인 실시예에 따른 가공 대상에 조사되는 서브 레이저 빔들을 설명하기 위한 가공 대상의 평면도이다.
도 5는 예시적인 실시예에 따른 가공 대상에 조사되는 서브 레이저 빔들을 설명하기 위한 가공 대상의 평면도이다.
도 6은 예시적인 실시예에 따른 서브 레이저 빔들의 상대적인 세기를 나타내는 그래프이다.
도 7은 예시적인 실시예에 따른 서브 레이저 빔들의 상대적인 세기를 나타내는 그래프이다.
도 8은 실시예에 따른 포커싱 렌즈 유닛을 통과한 서브 레이저 빔의 광 경로를 나타낸 도면이다.
도 9는 실시예에 따른 홈 형성 장치에서 가공 대상과 포커싱 렌즈 유닛의 위치 관계를 설명하기 위한 개념도이다.
도 10은 비교예에 따른 홈 형성 장치에서 가공 대상과 포커싱 렌즈 유닛의 위치 관계를 설명하기 위한 개념도이다.
도 11은 도 9에 따른 포커싱 유닛에 의해 가공 대상에 조사된 서브 레이저 빔의 빔 프로파일을 설명하기 위한 그래프이다.
도 12은 도 10에 따른 포커싱 유닛에 의해 가공 대상에 조사된 서브 레이저 빔의 빔 프로파일을 설명하기 위한 그래프이다.
도 13은 도 11의 서브 레이저 빔의 폭 방향 프로파일을 확대한 도면이다.
도 14은 도 12의 서브 레이저 빔의 폭 방향 프로파일을 확대한 도면이다.
도 15 및 도 16은 실시예에 따른 홈에서 최상부의 폭과 최하부의 폭의 기준을 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 네거티브 이미지 면에서의 서브 레이저 빔을 이용하여 가공된 홈의 단면 모습을 나타낸 도면이다.
도 18은 포지티브 이미지 면에서의 서브 레이저 빔을 이용하여 가공된 홈의 단면 모습을 나타낸 도면이다.
도 19는 네거티브 이미지 면에서의 서브 레이저 빔을 이용하여 가공된 홈을 나타낸 도면이다.
도 20는 포지티브 이미지 면에서의 서브 레이저 빔을 이용하여 가공된 홈을 나타낸 도면이다.
도 21은 네거티브 이미지 면의 서브 레이저 빔이 가공 대상의 표면에 위치한 상태에서 초점 위치를 전후 방향으로 이동시켰을 때 나타나는 홈의 가공 상태를 나타낸 도면이다.
도 22는 포지티브 이미지 면의 서브 레이저 빔이 가공 대상의 표면에 위치한 상태에서 초점 위치를 전후 방향으로 이동시켰을 때 나타나는 홈의 가공 상태를 나타낸 도면이다.
도 23은 실시예에 따른 홈 형성 장치에 의한 홈 형성 이후의 단계를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다.
“제1", "제2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 항목들 중의 어느 하나의 항목을 포함한다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 홈 형성 장치의 개념도이다. 도 2는 도 1의 포커싱 렌즈 유닛의 개념도이다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 홈 형성 장치(10)는 레이저 광원(110), 회절 광학 소자(140), 포커싱 렌즈 유닛(150)를 포함할 수 있다. 홈 형성 장치(10)는 콜리메이터(120), 빔 확장기(130) 및 스테이지(400)를 더 포함할 수 있다.
레이저 광원(110)은 레이저 빔(LB)을 방출할 수 있다. 예를 들어, 레이저 빔(LB)은 펄스 레이저일 수 있다. 예를 들어, 레이저 빔(LB)은 가우시안(gaussian) 형태의 레이저 빔일 수 있다. 레이저 광원(110)은 레이저 빔(LB)을 콜리메이터(120)에 제공할 수 있다. 레이저 광원(110)으로부터 방출된 레이저 빔(LB)은 발산 광일 수 있다. 예를 들어, 레이저 빔(LB)은 콜리메이터(120)에 도달하기 전까지 진행 방향을 따라 넓어지는 폭을 가질 수 있다.
콜리메이터(120)는 레이저 빔(LB)을 평행 광으로 변환할 수 있다. 콜리메이터(120)는 레이저 광원(110)과 회절 광학 소자(140) 사이에 배치된다. 레이저 빔(LB)은 콜리메이터(120)를 통과한 후 실질적으로 일정한 폭을 가질 수 있다. 레이저 빔(LB)의 폭은 레이저 빔(LB)의 진행 방향에 실질적으로 수직한 방향을 따르는 레이저 빔(LB)의 크기일 수 있다. 콜리메이터(120)는 단일 렌즈 또는 복수의 렌즈들의 조합을 포함할 수 있다. 콜리메이터(120)는 평행 광인 레이저 빔(LB)을 빔 확장기(130)에 제공할 수 있다.
빔 확장기(130)는 레이저 빔(LB)의 폭을 확장할 수 있다. 빔 확장기(130)는 복수의 렌즈들을 포함하는 광학계일 수 있다. 빔 확장기(130)는 콜리메이터(120)와 회절 광학 소자(140) 사이에 배치될 수 있다. 빔 확장기(130)는 확장된 폭을 갖는 레이저 빔(LB)을 회절 광학 소자(140)에 제공할 수 있다. 빔 확장기(130)는 발산각을 조정함으로써, 회절 광학 소자(140)에 최적화된 가우시안 형태의 레이저 빔을 제공할 수 있다.
회절 광학 소자(140)는 가우시안 형태의 레이저 빔을 적어도 하나의 플랫 탑(flat top) 형태의 레이저 빔으로 변환할 수 있다. 회절 광학 소자(140)는 가공 대상(300)에 조사되는 플랫 탑 형태의 레이저 빔의 형상을 결정할 수 있다. 회절 광학 소자(140)는 빔 확장기(130)에서 출사된 가우시안 형태의 레이저 빔(LB)을 회절 광학 소자(140)의 표면에 형성된 회절 위상차에 따라 미세한 각도로 중첩시켜 플랫 탑 형태의 레이저 빔을 형성할 수 있다.
회절 광학 소자(140)는 빔 확장기(130)에서 출사된 가우시안 형태의 레이저 빔(LB)을 서브 레이저 빔들(SLB)로 분할할 수 있다. 즉, 회절 광학 소자(140)는 멀티 빔 생성기로 기능할 수 있다. 도면에서는 3개의 서브 레이저 빔들(SLB)이 도시되었으나, 이는 예시적인 것이다. 다른 예에서, 3개 이상의 서브 레이저 빔들(SLB)이 제공될 수 있다.
분할된 서브 레이저 빔들(SLB)은 레이저 빔(LB)이 회절 광학 소자(140)에 의해 회절된 것일 수 있다. 일 예에서, 서브 레이저 빔들(SLB)은 대칭을 가질 수 있다. 예를 들어, 중앙에 위치하는 서브 레이저 빔(SLB)은 0차 회절 빔일 수 있다. 중앙에 위치하는 서브 레이저 빔(SLB)으로부터 멀어지는 방향을 따라 배열되는 서브 레이저 빔들(SLB)은 ±1차 회절 빔, ±2차 회절 빔, ... , ±n차 회절 빔일 수 있다. +와 -는 중앙의 서브 레이저 빔(SLB)으로부터 멀어지는 방향을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 중앙의 서브 레이저 빔(SLB)의 일측에 +1차, +2차, ... , +n차 회절 빔들이 차례로 배열될 수 있고, 타측에 -1차 회절 빔, -2차 회절 빔, ... , -n차 회절 빔들이 차례로 배열될 수 있다. 일 예에서, 회절 광학 소자(140)로부터 방출되는 서브 레이저 빔들(SLB)이 모두 홈 형성 공정에 이용될 수 있다. 다른 예에서, 회절 광학 소자(140)로부터 방출되는 서브 레이저 빔들(SLB) 중 저차 회절 빔들이 홈 형성 공정에 이용될 수 있다.
홈 형성 공정에 이용되는 서브 레이저 빔들(SLB)이 회절 광학 소자(140)에 의해 분할되는 분할 각도(142)의 최대값(이하, 최대 각도)은 약 ±3도(°)일 수 있다. 최대 각도는 0차 회절 빔의 주광선과 최고 차수를 갖는 빔들의 주광선들 사이의 각도일 수 있다. 예를 들어, 최고 차수가 ±3인 경우, ±3차 회절 빔들의 주광선들과 0차 회절 빔의 주광선 사이의 각도들이 각각 ±3 도(°)일 수 있다. 서로 인접한 서브 레이저 빔들(SLB) 사이의 각도는 필요에 따라 정해질 수 있다. 회절 광학 소자에 형성된 패턴들에 대한 조건(예를 들어, 패턴들 사이의 거리, 패턴들의 배치 형태, 패턴들의 크기 등)은 서브 레이저 빔들(SLB)이 요구되는 각도로 분할되도록 결정될 수 있다. 서브 레이저 빔들(SLB)의 각각은 일정한 폭을 갖는 평행 광일 수 있다.
회절 광학 소자(140)로 입사된 레이저 빔(LB)은, 회절 광학 소자(140)에 의해 서로 이격된 복수의 서브 레이저 빔(SLB)으로 분할되며, 이 과정에서 빔의 형태가 가우시안 형태에서 플랫 탑 형태로 변환될 수 있다.
회절 광학 소자(140)는 입사된 레이저 빔(LB)의 직경보다 클 수 있다. 예를 들어, 회절 광학 소자(140)의 크기는 입사된 레이저 빔(LB)의 직경의 1.7배 ~ 3배일 수 있다.
회절 광학 소자(140)는 서브 레이저 빔들(SLB)을 적어도 하나의 포커싱 렌즈 유닛(150)에 제공할 수 있다. 서브 레이저 빔들(SLB)은 회절 광학 소자(140)로부터 방출되어 포커싱 렌즈 유닛(150)에 바로 제공될 수 있다. 포커싱 렌즈 유닛(150)이 수용할 수 있는 서브 레이저 빔들(SLB)의 최대 분할 각도는 포커싱 렌즈 유닛(150)과 회절 광학 소자(140) 사이의 이격 거리에 따라 달라질 수 있다. 포커싱 렌즈 유닛(150)이 회절 광학 소자(140)로부터 멀리 떨어질수록 포커싱 렌즈 유닛(150)이 수용할 수 있는 서브 레이저 빔들(SLB)의 최대 분할 각도가 작을 수 있다. 포커싱 렌즈 유닛(150)은 회절 광학 소자(140)에서 최대 각도(예를 들어, ±3도(°))로 분할되는 서브 레이저 빔들(SLB)을 전부 수용할 수 있도록 회절 광학 소자(140)에 인접하게 배치될 수 있다. 예를 들어, 포커싱 렌즈 유닛(150)이 초점 거리가 50 mm이고 입사동 직경(Entrance Pupil Diameter, EPD)이 24 mm인 f50 텔레센트릭 렌즈를 포함하는 경우, 포커싱 렌즈 유닛(150)과 회절 광학 소자(140) 사이의 이격 거리는 100 밀리미터(mm) 이하일 수 있다.
포커싱 렌즈 유닛(150)은 서브 레이저 빔들(SLB)을 가공 대상(300)에 집속할 수 있다. 포커싱 렌즈 유닛(150)은 단일 렌즈 또는 복합 렌즈를 포함할 수 있다. 예를 들어, 포커싱 렌즈 유닛(150)은 초점 거리가 50 mm인 f50 텔레센트릭 렌즈를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 것과 같이, 포커싱 렌즈 유닛(150)은 스캔 헤드(152) 내에 배치될 수 있다. 스캔 헤드(152)는 포커싱 렌즈 유닛(150) 외의 다른 구성들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 스캔 헤드(152)는 서브 레이저 빔들(SLB)을 포커싱 렌즈 유닛(150)으로 전달하기 위한 거울들 및/또는 서브 레이저 빔들(SLB)이 조사되는 가공 대상(300) 상의 위치를 조정하는 갈바닉 스캐너를 더 포함할 수 있다. 가공 대상(300) 상에서 서브 레이저 빔들(SLB) 사이의 간격은 빔 간격으로 지칭될 수 있다. 빔 간격은 50 마이크로미터(㎛) 이상일 수 있다. 예를 들어, 빔 간격은 50 마이크로미터(㎛) 내지 1000 마이크로미터(㎛)일 수 있다.
스테이지(400)는 포커싱 렌즈 유닛(150)과 마주할 수 있다. 스테이지(400)는 가공 대상(300)을 지지하고, 가공 대상(300)의 위치를 조절할 수 있다. 스테이지(400)는 수평 방향 및 수직 방향을 따라 가공 대상(300)을 이동시킬 수 있다. 예를 들어, 수평 방향은 스테이지(400)의 상면에 평행한 방향이고, 수직 방향은 스테이지(400)의 상면에 수직한 방향일 수 있다. 스테이지(400)가 가공 대상(300)을 이동하는 동안 서브 레이저 빔들(SLB)이 가공 대상(300)에 조사되어, 홈 형성 공정이 수행될 수 있다.
필요에 따라, 위에서 설명된 광학 요소들 사이에 광 경로를 변경하는 광학 요소들(예를 들어, 거울)이 배치될 수 있다.
회절 광학 소자(140)에 의해 최대 각도로 분할되는 서브 레이저 빔들(SLB)이 홈 형성 공정에 사용되는 경우, 홈 형성 공정의 효율 및 속도가 높을 수 있다. 예를 들어, 서브 레이저 빔들(SLB)이 최대 각도(예를 들어, ±3 도(°))로 분할되고, 가공 대상(300) 상에서 가장 바깥 쪽에 위치한 한 쌍의 서브 레이저 빔들(SLB) 사이의 간격이 최대 4000 마이크로미터(㎛)일 수 있으며, 빔 간격은 500 마이크로미터(㎛) 이상일 것이 요구되는 경우, 최대 9개의 서브 레이저 빔들(SLB)이 홈 형성 공정에 이용될 수 있다. 이때 회절 광학 소자(140)에서 방출되는 서브 레이저 빔들(SLB)을 수용하는 광학 요소가 회절 광학 소자(140)로부터 방출되는 서브 레이저 빔들(SLB)을 모두 수용하지 못한다면 9개보다 적은 수의 서브 레이저 빔들(SLB)인 홈 형성 공정에 이용될 수 있다. 이 경우, 홈 형성 공정의 효율 및 속도가 낮을 수 있다.
본 개시의 홈 형성 장치(10)는 회절 광학 소자(140)에 의해 최대 각도로 분할되는 서브 레이저 빔들(SLB)을 홈 형성 공정에 이용하므로, 홈 형성 공정의 효율 및 속도를 높일 수 있다.
한편, 상술한 실시예에서는, 회절 광학 소자(140)로부터 출사된 서브 레이저 빔(SLB)이 바로 포커싱 렌즈 유닛(150)에 입사되는 구조를 예시하였다. 그러나, 본 개시는 이에 한정되지 아니하며, 회절 광학 소자(140)와 포커싱 렌즈 유닛(150) 사이에 다른 광학계가 배치될 수 있다.
도 3은 회절 광학 소자와 포커싱 렌즈 유닛 사이에 다른 광학계가 배치된 실시예에 따른 홈 형성 장치의 개념도이다. 설명의 간결함을 위해, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 것과의 차이점이 설명된다.
도 3을 참조하면, 실시예에 따른 홈 형성 장치(11)에서는 포커싱 렌즈 유닛(150)이 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 홈 형성 장치(10)의 포커싱 렌즈 유닛(150)과 달리, 회절 광학 소자(140)와 포커싱 렌즈 유닛(150) 사이에 텔레센트릭 렌즈 유닛(200)이 배치될 수 있다.
텔레센트릭 렌즈 유닛(200)은 서브 레이저 빔들(SLB)을 포커싱 렌즈 유닛(150)으로 전달할 수 있다. 텔레센트릭 렌즈 유닛(200)은 광학계의 길이를 증가시키는 릴레이 렌즈(Relay Lens)의 역할을 할 수 있다. 텔레센트릭 렌즈 유닛(200)은 서브 레이저 빔들(SLB)의 광 경로를 따라 회절 광학 소자(140)로부터 멀어지는 방향으로 배열되는 제1 텔레센트릭 렌즈(210) 및 제2 텔레센트릭 렌즈(220)를 포함할 수 있다.
제1 텔레센트릭 렌즈(210)는 회절 광학 소자(140) 측으로 무한대의 초점 거리를 가질 수 있고, 제2 텔레센트릭 렌즈(220) 측으로 제1 초점 거리(214)를 가질 수 있다. 다시 말해, 제1 텔레센트릭 렌즈(210)의 전방 초점 거리는 무한대이고, 후방 초점 거리는 제1 초점 거리(214)일 수 있다. 제1 텔레센트릭 렌즈(210)의 중심으로부터 제2 텔레센트릭 렌즈(220) 측으로 제1 초점 거리(214) 만큼 이격된 위치에 제1 초점 면(212)이 위치할 수 있다. 제1 텔레센트릭 렌즈(210)는 서브 레이저 빔들(SLB)을 제1 초점 면(212)에 집속할 수 있다. 일 예에서, 제1 텔레센트릭 렌즈(210)를 지난 서브 레이저 빔들(SLB)의 주광선(chief ray)은 실질적으로 서로 평행할 수 있다.
제2 텔레센트릭 렌즈(220)는 제1 텔레센트릭 렌즈(210) 측으로 제2 초점 거리(224)를 가질 수 있고, 후술되는 포커싱 렌즈 유닛(150) 측으로 무한대의 초점 거리를 가질 수 있다. 다시 말해, 제2 텔레센트릭 렌즈(220)의 전방 초점 거리는 제2 초점 거리(224)일 수 있고, 후방 초점 거리는 무한대일 수 있다. 제2 텔레센트릭 렌즈(220)의 중심으로부터 제1 텔레센트릭 렌즈(210) 측으로 제2 초점 거리(224) 만큼 이격된 위치에 제2 초점 면(222)이 위치할 수 있다. 제2 초점 면(222)은 제1 초점 면(212)과 실질적으로 중첩할 수 있다. 제1 텔레센트릭 렌즈(210)에 의해 제1 초점 면(212)(즉, 제2 초점 면(222))에 집속된 서브 레이저 빔들(SLB)은 제1 초점 면(212)을 지난 후 발산할 수 있다. 다시 말해, 서브 레이저 빔들(SLB)의 폭은 제1 텔레센트릭 렌즈(210)를 지나 제1 초점 면(212)에 가까워질수록 작아지고, 제1 초점 면(212)을 지나 제2 텔레센트릭 렌즈(220)에 가까워질수록 커질 수 있다. 서브 레이저 빔들(SLB)은 제2 텔레센트릭 렌즈(220)에 의해 일정한 폭을 갖는 평행 광으로 변환될 수 있다. 제2 텔레센트릭 렌즈(220)는 서브 레이저 빔들(SLB)을 포커싱 렌즈 유닛(150)에 제공할 수 있다.
일 예에서, 제1 텔레센트릭 렌즈(210)와 제2 텔레센트릭 렌즈(220)는 실질적으로 서로 동일할 수 있다. 예를 들어, 제1 초점 거리(214)와 제2 초점 거리(224)는 실질적으로 동일할 수 있다. 일 예에서, 제1 텔레센트릭 렌즈(210)와 제2 텔레센트릭 렌즈(220)는 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 제1 초점 거리(214)와 제2 초점 거리(224)는 다를 수 있다. 제1 텔레센트릭 렌즈(210) 및 제2 텔레센트릭 렌즈(220)는 단일 렌즈 또는 복합 렌즈를 포함할 수 있다.
일 예에서, 저차 회절 빔들(예를 들어, 0차 회절 빔, ±1차 회절 빔, ±2차 회절 빔, ±3차 회절 빔)이 홈 형성 공정에 선택적으로 이용될 수 있다. 다시 말해, 고차 회절 빔들(예를 들어, 4차 이상의 회절 빔들)은 홈 형성 공정에 이용되지 않을 수 있다.
일 예에서, 요구되지 않는 고차 회절 빔들에 해당하는 서브 레이저 빔들(SLB)이 홈 형성 공정에 이용되는 것을 방지하기 위해, 홈 형성 장치(10)는 고차 회절 빔들을 차단하는 제1 마스크(미도시) 및 제2 마스크(미도시) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
제1 마스크는 회절 광학 소자(140)와 제1 텔레센트릭 렌즈(210) 사이의 광 경로 상에 제공될 수 있다. 제1 마스크는 회절 광학 소자(140)에서 형성되는 서브 레이저 빔들(SLB) 중 홈 형성 공정에 이용되지 않는 고차 회절 빔들이 제1 텔레센트릭 렌즈(210)에 제공되는 것을 차단할 수 있다. 예를 들어, 제1 마스크는 조리개 일 수 있다.
제2 마스크는 제1 텔레센트릭 렌즈(210)와 제2 텔레센트릭 렌즈(220) 사이의 광 경로 상에 제공될 수 있다. 예를 들어, 제2 마스크는 제1 후방 초점 면(또는 제2 전방 초점 면)에 위치할 수 있다. 제2 마스크는 제1 텔레센트릭 렌즈(210)를 통과한 서브 레이저 빔들 중 홈 형성 공정에 이용되지 않는 고차 회절 빔들이 제2 텔레센트릭 렌즈(220)에 제공되는 것을 차단할 수 있다. 예를 들어, 제2 마스크는 공간 필터(spatial filter)일 수 있다.
제1 마스크와 제2 마스크가 동시에 제공되는 경우, 홈 형성 공정에 이용되지 않는 고차 회절 빔들을 99% 이상 차단할 수 있다.
이하에서, 서브 레이저 빔들(SLB)을 이용하는 홈 형성 방법이 설명된다.
도 4는 예시적인 실시예에 따른 가공 대상에 조사되는 서브 레이저 빔들을 설명하기 위한 가공 대상의 평면도이다.
도 4를 참조하면, 가공 대상(300)에 7개의 서브 레이저 빔들(SLB)이 조사될 수 있다. 일 예에서, 서브 레이저 빔들(SLB)이 조사되는 동안 스테이지(400)가 가공 대상(300)을 이동시킬 수 있다. 예를 들어, 스테이지(400)는 가공 대상(300)을 제1 방향(DR1)으로 이동시킬 수 있다. 이에 따라, 가공 대상(300)에 홈(GR)이 형성될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 서브 레이저 빔들(SLB)의 개수는 필요에 따라 정해질 수 있다. 7개의 서브 레이저 빔들(SLB)은 0차, ±1차, ±2차, ±3차 회절 빔들일 수 있다. 예를 들어, 중앙의 서브 레이저 빔(SLB)은 0차 회절 빔이고, 중앙의 서브 레이저 빔(SLB)으로부터 제1 방향(DR1)을 따라 +1차 회절 빔, +2차 회절 빔, 및 +3차 회절 빔에 해당하는 서브 레이저 빔들(SLB)이 차례로 배열될 수 있으며, 중앙의 서브 레이저 빔(SLB)으로부터 제1 방향(DR1)에 반대되는 제2 방향(DR2)을 따라 -1차 회절 빔, -2차 회절 빔, 및 -3차 회절 빔에 해당하는 서브 레이저 빔들(SLB)이 차례로 배열될 수 있다. 일 예에서, 서브 레이저 빔들(SLB) 중 가장 바깥쪽에 위치하는 한 쌍의 서브 레이저 빔들(SLB)(즉, ±3차 회절 빔들) 사이의 거리(DT)는 100 마이크로미터(㎛) 내지 4000 마이크로미터(㎛)일 수 있다. 서브 레이저 빔들(SLB)의 각각은 제1 방향(DR1) 및 제2 방향(DR2)과 교차하는 제3 방향(DR3)을 따라 연장할 수 있다. 예를 들어, 서브 레이저 빔들(SLB)의 제3 방향(DR3)을 따르는 길이(DL)는 30 내지 200 마이크로미터(㎛)일 수 있다. 서브 레이저 빔들(SLB)의 폭(DW)은 5 내지 20 마이크로미터(㎛)일 수 있다. 서브 레이저 빔들(SLB)의 폭(DW)은 제1 방향(DR1) 또는 제2 방향(DR2)을 따르는 서브 레이저 빔들(SLB)의 크기일 수 있다.
서브 레이저 빔들(SLB)은 실질적으로 동일한 간격(Db)으로 배열될 수 있다. 이하에서, 서브 레이저 빔들(SLB) 사이의 간격은 빔 간격(Db)으로 지칭될 수 있다. 빔 간격(Db)이 50 마이크로미터(㎛) 미만인 경우, 홈(GR)은 요구되는 형상을 갖지 못할 수 있다. 예를 들어, 서브 레이저 빔들(SLB)에 의한 잠열이 누적되어 홈(GR) 주변의 가공 대상(300)이 변형되는 HAZ(Heat Affected Zone)가 과도하게 발생할 수 있고, 이에 따라 홈(GR)의 바닥면이 불균일 또는 과도하게 가공되거나, 홈(GR)의 최하부 폭이 최상부 폭의 75 % 이하가 되어 테이퍼 비(taper ratio, steepness)가 낮을 수 있다. 또한, 서브 레이저 빔들(SLB)이 지나치게 짧은 간격으로 가공 대상(300)을 가공함에 따라 발생하는 분진이 홈(GR)의 상부 주변에 쌓일 수 있다. 즉, 홈(GR) 가공의 가공성이 낮아질 수 있다.
본 개시의 홈 형성 장치(10, 11)는 50 마이크로미터(㎛) 이상의 빔 간격(Db)을 갖는 서브 레이저 빔들(SLB)로 홈(GR)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 빔 간격(Db)은 50 마이크로미터(㎛) 내지 1000 마이크로미터(㎛)일 수 있다. 서브 레이저 빔들(SLB) 사이의 빔 간격(Db)이 넓으므로, 빔 간격(Db)이 50 마이크로미터(㎛) 미만인 경우와 달리, 서브 레이저 빔들(SLB)에 의한 잠열의 누적이 감소되어, HAZ 발생이 최소화될 수 있다. 이에 따라, 홈(GR)의 바닥면이 과도하지 않고 균일하게 가공될 수 있고, 홈(GR)의 최하부 폭이 최상부 폭의 75 % 이상이 되어 테이퍼 비가 증가할 수 있다.
가공 대상(300)이 열에 대한 반응성이 서로 다른 복수의 재질들을 포함하는 경우, 일 재질에 대해 요구되는 품질의 가공을 수행될 수 있는 빔 간격을 갖는 서브 레이저 빔들(SLB)로 다른 재질에 대해선 요구되는 품질의 가공이 수행되지 못 할 수 있다. 즉, 상기 다른 재질을 가공함에 따라 HAZ가 과도하게 발생하고, 홈(GR)의 측벽은 낮은 테이퍼 비를 갖고, 바닥부는 불균일하고 과도하게 가공될 수 있다. 본 개시의 홈 형성 장치(10)는 50 마이크로미터(㎛) 이상의 빔 간격(Db)을 갖는 서브 레이저 빔들(SLB)로 가공을 수행하므로, 열에 대한 반응성이 서로 다른 복수의 재질에 대해 요구되는 품질의 가공이 수행될 수 있다. 다시 말해, 본 개시의 홈 형성 장치(10)는 서로 다른 복수의 재질들에 대해 균질한 가공성을 가질 수 있다.
도 5는 예시적인 실시예에 따른 가공 대상에 조사되는 서브 레이저 빔들을 설명하기 위한 가공 대상의 평면도이다. 설명의 간결함을 위해, 도 4를 참조하여 설명된 것과 실질적으로 동일한 내용은 설명되지 않을 수 있다.
도 5를 참조하면, 7개의 서브 레이저 빔들(SLB)이 제공될 수 있다. 빔 간격에 관한 것을 제외하면 서브 레이저 빔들(SLB)은 도 4를 참조하여 설명된 서브 레이저 빔(SLB)과 실질적으로 동일할 수 있다.
도 4를 참조하여 설명된 것과 달리, 서브 레이저 빔들(SLB)은 다른 간격으로 배열될 수 있다. 서브 레이저 빔들(SLB) 사이의 빔 간격들을 각각 +1 빔 간격(+Db1), +2 빔 간격(+Db2), +3 빔 간격(+Db3), -1 빔 간격(-Db1), -2 빔 간격(-Db2), 및 -3 빔 간격(-Db3)으로 지칭된다. ±1차, ±2차, ±3차 회절 빔들에 해당하는 서브 레이저 빔들(SLB)은 0차 회절 빔에 해당하는 중앙의 서브 레이저 빔(SLB)을 중심으로 대칭적으로 배치될 수 있다. +1 빔 간격(+Db1), +2 빔 간격(+Db2), 및 +3 빔 간격(+Db3)은 각각 -1 빔 간격(-Db1), -2 빔 간격(-Db2), 및 -3 빔 간격(-Db3)과 실질적으로 동일할 수 있다. +1 빔 간격(+Db1), +2 빔 간격(+Db2), 및 +3 빔 간격(+Db3)(또는 -1 빔 간격(-Db1), -2 빔 간격(-Db2), 및 -3 빔 간격(-Db3)) 중 적어도 둘은 다를 수 있다. +1 빔 간격(+Db1), +2 빔 간격(+Db2), +3 빔 간격(+Db3), -1 빔 간격(-Db1), -2 빔 간격(-Db2), 및 -3 빔 간격(-Db3)의 각각은 50 마이크로미터(㎛) 이상일 수 있다. 예를 들어, +1 빔 간격(+Db1), +2 빔 간격(+Db2), +3 빔 간격(+Db3), -1 빔 간격(-Db1), -2 빔 간격(-Db2), 및 -3 빔 간격(-Db3)의 각각은 50 마이크로미터(㎛) 내지 1000 마이크로미터(㎛)일 수 있다. +1 빔 간격(+Db1), +2 빔 간격(+Db2), 및 +3 빔 간격(+Db3)(또는 -1 빔 간격(-Db1), -2 빔 간격(-Db2), 및 -3 빔 간격(-Db3))은 필요에 따라 결정될 수 있다.
본 개시의 홈 형성 장치(10, 11)는 50 마이크로미터(㎛) 이상의 값을 갖는 +1 빔 간격(+Db1), +2 빔 간격(+Db2), +3 빔 간격(+Db3), -1 빔 간격(-Db1), -2 빔 간격(-Db2), 및 -3 빔 간격(-Db3)을 갖는 서브 레이저 빔들(SLB)로 홈(GR)을 형성하므로, 먼저 가공을 수행한 서브 레이저 빔(SLB)에 의한 잠열은 바로 다음 서브 레이저 빔(SLB)이 가공을 수행할 때 충분히 작아질 수 있다. 이에 따라, 본 개시의 홈 형성 장치(10, 11)는 요구되는 형상(예를 들어, HAZ 발생이 최소화되고, 바닥면이 과도하지 않고 균일하게 가공되고, 홈(GR)의 최하부 폭이 최상부 폭의 75 % 이상인 형상)을 갖는 홈(GR)을 형성할 수 있다.
일 예에서, 홈(GR)은 가공 대상(300)을 커팅하기 위해 형성될 수 있다. 홈(GR)의 측면은 수직에 가까울수록 이상적이며, 홈(GR)의 상부 폭과 하부 폭의 차가 커질수록 홈(GR)의 측면이 완만한 경사를 가진다. 레이저를 이용한 홈 형성(Grooving 가공) 후 홈(GR)을 따라 블레이드로 가공 대상물을 커팅하는데, 홈(GR)의 측면 기울기가 완만할수록 회전하는 블레이드가 홈의 하부까지 삽입되는 도중 홈의 측벽에 닿아 크랙이 발생할 가능성이 높다. 따라서, 홈(GR)은 홈(GR)의 상부 폭 대비 하부 폭이 75% 이상이 되도록 가공될 수 있다. 또는, 홈(GR)의 깊이를 고려하여 홈(GR)의 양 측벽의 기울기의 평균이 2 이상이 되도록 가공할 수 있다. 양 측벽의 기울기의 평균은 '홈의 깊이/(홈의 상부 폭-홈의 하부 폭)/2'인 것으로 할 수 있다.
본 개시의 홈 형성 장치(10, 11)에 의해 형성된 홈(GR)을 이용한 가공 대상(300)의 커팅 공정이 수행되었다. 본 실험에 사용된 블레이드는 폭이 30㎛이며, 블레이드의 가공 공차 ±5㎛를 감안하여 홈(GR)의 하부 폭은 40㎛, 상부 폭은 52㎛ 이하인 것을 규격으로 하였다. 그리고, 실험에 사용된 각 빔의 에너지는 5W였다.
비금속 패턴 웨이퍼의 가공에서 빔 간격(Db, +Db1, +Db2, +Db3, -Db1, -Db2, -Db3)이 50㎛ 이상인 경우 홈(GR)의 상부 폭과 하부 폭의 차가 12㎛ 이하이며, 빔 간격(Db, +Db1, +Db2, +Db3, -Db1, -Db2, -Db3)이 40㎛ 이상인 경우 양 측벽의 기울기 평균이 2 이상이다.
또한, 금속 패턴 웨이퍼의 가공에서 빔 간격(Db, +Db1, +Db2, +Db3, -Db1, -Db2, -Db3)이 40㎛ 이상인 경우 홈(GR)의 상부 폭과 하부 폭의 차가 12㎛ 이하이며, 빔 간격(Db, +Db1, +Db2, +Db3, -Db1, -Db2, -Db3)이 20㎛ 이상인 경우 양 측벽의 기울기 평균이 2 이상이다.
즉, 빔 간격(Db, +Db1, +Db2, +Db3, -Db1, -Db2, -Db3)이 50㎛ 이상인 경우 비금속 패턴 웨이퍼와 금속 패턴 웨이퍼의 가공에서 모두 홈(GR)의 상부 폭 대비 하부 폭의 비율과 양 측벽의 기울기 평균 값을 만족할 수 있다.
한편, HAZ는 가공 대상물의 강도를 저하시키는 동시에, HAZ의 양이 많아지고 HAZ의 높이가 높아지면 홈(GR)의 상부 폭과 하부 폭의 차가 커지게 된다. 따라서, HAZ의 높이는 낮을수록 좋다. 실험 결과 빔 간격(Db, +Db1, +Db2, +Db3, -Db1, -Db2, -Db3)이 넓어질수록 HAZ의 높이가 낮아지는 것을 확인하였다. 즉, 빔 간격(Db, +Db1, +Db2, +Db3, -Db1, -Db2, -Db3)이 넓을수록 HAZ 발생 방지에 있어서 유리할 수 있다. 다만, 빔 간격(Db, +Db1, +Db2, +Db3, -Db1, -Db2, -Db3)이 40㎛보다 좁으면 HAZ의 너비 급격히 증가하였다. 또한, 금속 패턴 웨이퍼에서도 빔 간격(Db, +Db1, +Db2, +Db3, -Db1, -Db2, -Db3)이 40㎛보다 큰 경우 HAZ의 높이가 감소하지만, 비금속 패턴 웨이퍼에서는 빔 간격(Db, +Db1, +Db2, +Db3, -Db1, -Db2, -Db3)이 40㎛보다 큰 경우 HAZ의 높이가 급격히 감소했다. 따라서, 빔 간격(Db, +Db1, +Db2, +Db3, -Db1, -Db2, -Db3)이 40㎛ 이상인 경우 비금속 패턴 웨이퍼와 금속 패턴 웨이퍼에서 모두 HAZ의 높이와 너비에 있어서 유리한 가공 결과를 얻을 수 있다.
도 6은 예시적인 실시예에 따른 서브 레이저 빔들의 상대적인 세기를 나타내는 그래프이다.
도 6을 참조하면, 서브 레이저 빔들(SLB)은 실질적으로 동일한 세기를 가질 수 있다. 도 4 및 도 5에 도시된 0차, ±1차, ±2차, ±3차 회절 빔들에 해당하는 서브 레이저 빔들(SLB)은 각각 0, ±1, ±2, ±3으로 표시되었다. 서브 레이저 빔들(SLB)의 절대적인 세기는 필요에 따라 정해질 수 있다. 예를 들어, 서브 레이저 빔들(SLB)의 절대적인 세기는 가공 대상(300)의 종류 및/또는 서브 레이저 빔들(SLB) 사이의 빔 간격들에 따라 결정될 수 있다.
본 개시의 홈 형성 장치(10, 11)는 50 마이크로미터(㎛) 이상의 빔 간격(Db)을 갖는 서브 레이저 빔들(SLB)로 홈(GR)을 형성하므로, 요구되는 형상(예를 들어, HAZ 발생이 최소화되고, 바닥면이 과도하지 않고 균일하게 가공되고, 홈의 최하부 폭이 최상부 폭의 75 % 이상인 형상)을 갖는 홈(GR)이 형성될 수 있다.
도 7은 예시적인 실시예에 따른 서브 레이저 빔들의 상대적인 세기를 나타내는 그래프이다.
도 7을 참조하면, 서브 레이저 빔들(SLB)은 서로 다른 세기를 가질 수 있다. 도 4 및 도 5에 도시된 0차, ±1차, ±2차, ±3차 회절 빔들에 해당하는 서브 레이저 빔들(SLB)은 각각 0, ±1, ±2, ±3으로 표시되었다. 0차 및 ±2차 회절 빔들에 해당하는 서브 레이저 빔들(SLB)의 세기는 ±1차 및 ±3차 회절 빔들에 해당하는 서브 레이저 빔들(SLB)의 세기의 절반일 수 있다. 다만, 서브 레이저 빔들(SLB)의 상대적인 세기는 도시된 것에 한정되지 않으며, 필요에 따라 정해질 수 있다. 서브 레이저 빔들(SLB)의 절대적인 세기는 필요에 따라 정해질 수 있다. 예를 들어, 서브 레이저 빔들(SLB)의 절대적인 세기는 가공 대상(300)의 종류 및/또는 서브 레이저 빔들(SLB) 사이의 빔 간격들에 따라 결정될 수 있다.
본 개시의 홈 형성 장치(10, 11)는 50 마이크로미터(㎛) 이상의 빔 간격(Db)을 갖는 서브 레이저 빔들(SLB)로 홈(GR)을 형성하므로, 요구되는 형상(예를 들어, HAZ 발생이 최소화되고, 바닥면이 과도하지 않고 균일하게 가공되고, 홈의 최하부의 폭이 최상부의 폭의 75 % 이상인 형상)을 갖는 홈(GR)이 형성될 수 있다.
다만, 상기와 같이, 빔 간격(Db, +Db1, +Db2, +Db3, -Db1, -Db2, -Db3)을 조정하는 것만으로는, HAZ의 크기를 줄이는 데 한계가 있었으며, 홈의 테이퍼 비(Taper Ratio) 개선에 한계가 있었다. 또한, 홈 가공 과정에서 홈의 하부면의 불균일한 가공이 나타날 수 있으며, 이를 극복하기 위해 에너지를 과투입하게 될 경우 홈의 과도한 가공이 나타날 수 있었다.
이러한 점을 고려하여, 본 개시에 따른 홈 형성 장치(10, 11)에서는, 회절 광학 소자(140) 및 포커싱 렌즈 유닛(150)에 의해 형성된 서브 레이저 빔(SLB)의 가공 높이를 조정한 구조를 제공한다.
도 8은 실시예에 따른 포커싱 렌즈 유닛(150)을 통과한 서브 레이저 빔(SLB)의 광 경로를 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 포커싱 렌즈 유닛(150)을 통과한 서브 레이저 빔(SLB)은 초점이 형성된 초점면(z0)를 기준으로 +z축 구간에서는 수렴하며, 초점면을 기준으로 -z축 구간에서서는 발산할 수 있다. 포커싱 렌즈 유닛(150)을 통과한 서브 레이저 빔(SLB)은 플랫 탑 형태의 레이저 빔을 형성할 수 있다. +z축 구간에 형성된 빔 이미지를 포지티브 이미지 면(PIS)으로 정의할 수 있으며, -z축 구간에 형성된 빔 이미지를 네거티브 이미지 면(NIS)이라 정의할 수 있다. 포지티브 이미지 면(PIS)은 포커싱 렌즈 유닛(150)으로부터 초점 거리(f)보다 가까운 위치에 있으며, 네거티브 이미지 면(NIS)은 포커싱 렌즈 유닛(150)으로부터 초점 거리(f)보다 먼 위치에 있다.
실시예에 따른 회절 광학 소자(140) 및 포커싱 렌즈 유닛(150)은 초점 거리보다 먼 위치의 네거티브 이미지 면(NIS)을 가지도록 구성될 수 있다.
회절 광학 소자(140)는 네거티브 이미지 면(NIS)에 플랫 탑 형태의 서브 레이저 빔(SLB)이 형성되도록 구성될 수 있다. 홈(GR) 가공시에 네거티브 이미지 면(NIS)의 서브 레이저 빔(SLB)을 이용하기 위한 회절 광학 소자(140)의 표면 형상은 홈(GR) 가공시에 포지티브 이미지 면(PIS)의 서브 레이저 빔(SLB)을 이용하기 위한 회절 광학 소자(140)의 표면 형상과 달라질 수 있다.
포커싱 렌즈 유닛(150)은 표면 형상이 달라진 회절 광학 소자(140)로부터 출사된 네거티브 이미지 면(NIS)의 서브 레이저 빔(SLB)이 가공 대상(300)에 위치하도록 집광하도록 구성될 수 있다.
포커싱 렌즈 유닛(150)에 입사된 서브 레이저 빔(SLB)의 광폭은 BW, 집속된　서브 레이저 빔(SLB)의 스폿의 최소 반지름은 W0, 포커싱 렌즈 유닛(150)의　초점 거리를 f라고 하였을 때, 집속된　서브 레이저 빔(SLB)의　스폿의 반지름이 W0인 두 지점 사이의 거리를　초점심도(DOF, Depth of Focus)라 한다.　 초점심도 내의　서브 레이저 빔(SLB)인　초점　스폿 내에 가공 대상(300)이 위치해야만 충분한 에너지로 가공이 진행될 수 있다. 초점　스폿을 벗어나게 되면　서브 레이저 빔(SLB)의 에너지량이 현저하게 하락하기 때문에 가공 대상(300)이 불완전하게 가공되거나 가공 품질이 불량하게 될 수 있다.
실시예에 따른 홈 형성 장치(10, 11)는 초점심도 내의 서브 레이저 빔(SLB)에서 네거티브 이미지 면(NIS)이 가공 대상(300)의 표면에 위치하도록 포커싱 렌즈 유닛(150)이 배치된 상태에서, 가공 대상(300)에 플랫 탑 형태의 서브 레이저 빔(SLB)을 조사함으로써, 가공 대상(300)에 홈(GR)을 형성할 수 있다.
홈 형성 장치(10, 11)는 포지티브 이미지 면(PIS)이 아닌 네거티브 이미지 면(NIS)이 가공 대상(300)의 표면에 위치하도록 포커싱 렌즈 유닛(150)을 배치함으로써, 서브 레이저 빔(SLB)의 빔 세기 분포의 균일도가 커질 수 있다.
도 9는 실시예에 따른 홈 형성 장치(10, 11)에서 가공 대상(300)과 포커싱 렌즈 유닛(150)의 위치 관계를 설명하기 위한 개념도이다. 도 10은 비교예에 따른 홈 형성 장치(10, 11)에서 가공 대상(300)과 포커싱 렌즈 유닛(150)의 위치 관계를 설명하기 위한 개념도이다. 도 11은 도 9에 따른 포커싱 렌즈 유닛(150)에 의해 가공 대상(300)에 조사된 서브 레이저 빔(SLB)의 빔 프로파일을 설명하기 위한 그래프이며, 도 12은 도 10에 따른 포커싱 렌즈 유닛(150)에 의해 가공 대상(300)에 조사된 서브 레이저 빔(SLB)의 빔 프로파일을 설명하기 위한 그래프이다. 도 13은 도 11의 서브 레이저 빔(SLB)의 폭 방향 프로파일을 확대한 도면이며, 도 14은 도 12의 서브 레이저 빔(SLB)의 폭 방향 프로파일을 확대한 도면이다. 설명의 간결함을 위해 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 것 및 도 3을 참조하여 설명된 것과 실질적으로 동일한 내용은 설명되지 않을 수 있다.
도 9를 참조하면, 실시예에 따른 홈 형성 장치(10, 11)에서는, 포커싱 렌즈 유닛(150)이 네거티브 이미지 면(NIS)이 가공 대상(300)의 표면에 위치하도록 배치된 상태에서, 가공 대상(300)에 서브 레이저 빔(SLB)이 조사되어 홈(GR)이 형성될 수 있다. 반면, 도 10을 참조하면, 비교예에 따른 홈 형성 장치(10, 11)에서는, 포커싱 렌즈 유닛(150)이 포지티브 이미지 면(PIS)이 가공 대상(300)의 표면에 위치하도록 배치된 상태에서, 가공 대상(300)에 서브 레이저 빔(SLB)이 조사되어 홈(GR1)이 형성될 수 있다.
실시예에 따른 홈 형성 장치(10, 11)는 가공 대상(300)에 홈(GR)을 형성하기 위하여, 빔 세기 분포가 보다 균일한 네거티브 이미지 면(NIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)을 이용함으로써, 홈(GR) 형성 과정에서 나타날 수 있는 HAZ를 줄이고, 홈(GR)의 형태를 보다 균일한 가공을 수행할 수 있다.
이하에서는, 네거티브 이미지 면(NIS)의 서브 레이저 빔(SLB)의 빔 프로파일과 포지티브 이미지 면(PIS)의 서브 레이저 빔(SLB)의 빔 프로파일의 차이를 중심으로 설명한다.
도 11 내지 도 14를 참조하면, 네거티브 이미지 면(NIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)의 빔 세기 분포(도 11 및 도 13 참조)는 포지티브 이미지 면(PIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)의 빔 세기 분포(도 12 및 도 14 참조)보다 균일도가 크게 나타난다.
네거티브 이미지 면(NIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)의 최대 강도와 최소 강도의 차이는 포지티브 이미지 면(PIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)의 최대 강도와 최소 강도의 차이보다 작을 수 있다. 예를 들어, 도 13을 참조하면, 네거티브 이미지 면(NIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)의 최대 강도는 0.93으로 나타나며, 최소 강도는 0.83로 나타난다. 그에 따라, 네거티브 이미지 면(NIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)의 최대 강도와 최소 강도의 차이는 0.1 임을 알 수 있다. 반면, 도 14를 참조하면, 포지티브 이미지 면(PIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)의 최대 강도는 1.0로 나타나며, 최소 강도인 0.85로 나타나며, 그에 따라 최대 강도와 최소 강도의 차이는 0.15임을 알 수 있으며, 이는 네거티브 이미지 면(NIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)의 최대 강도와 최소 강도의 차이인 0.1보다 크다. 즉, 네거티브 이미지 면(NIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)의 최대 강도와 최소 강도의 차이가 포지티브 이미지 면(PIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)의 최대 강도와 최소 강도의 차이보다 작다는 점을 알 수 있다.
또한, 네거티브 이미지 면(NIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)의 최대 강도에 대한 최대 강도와 최소 강도의 차이의 비율은 포지티브 이미지 면(PIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)의 최대 강도에 대한 최대 강도와 최소 강도의 차이의 비율보다 작을 수 있다. 예를 들어, 도 13 및 도 14를 참조하면, 네거티브 이미지 면(NIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)의 최대 강도(0.93)에 대한 최대 강도와 최소 강도의 차이(0.1)의 비율이 10.7% 임을 알 수 있으며, 이는 포지티브 이미지 면(PIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)의 최대 강도(1.0)에 대한 최대 강도와 최소 강도의 차이(0.15)의 비율인 15%보다 작다. 네거티브 이미지 면(NIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)의 최대 강도에 대한 최대 강도와 최소 강도의 차이의 비율은 포지티브 이미지 면(PIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)의 최대 강도에 대한 최대 강도와 최소 강도의 차이의 비율의 0.8배보다 작을 수 있다.
다시 도 13 및 도 14를 참조하면, 플랫 탑 형태의 상기 레이저 빔을 폭 방향으로 3등분 하여 중심 부분(CP)과 양 단부(EP1, EP2)로 구분할 때, 네거티브 이미지 면(NIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)의 빔 세기 분포는 중심 부분(CP) 및 양 단부(EP1, EP2) 모두 포지티브 이미지 면(PIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)의 빔 세기 분포보다 균일하다.
네거티브 이미지 면(NIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)의 중심 부분(CP)의 최대 강도와 최소 강도의 차이는 포지티브 이미지 면(PIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)의 중심 부분(CP)의 최대 강도와 최소 강도의 차이보다 작을 수 있다. 예를 들어, 네거티브 이미지 면(NIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)의 중심 부분(CP)의 최대 강도와 최소 강도의 차이는 포지티브 이미지 면(PIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)의 중심 부분(CP)의 최대 강도와 최소 강도의 차이의 0.5배 보다 작을 수 있다. 네거티브 이미지 면(NIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)의 중심 부분(CP)의 최대 강도인 0.9와 최소 강도인 0.88 사이의 차이인 0.02는 포지티브 이미지 면(PIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)의 중심 부분(CP)의 최대 강도인 0.96과 최소 강도인 0.90의 차이인 0.06의 0.5배 보다 작다.
네거티브 이미지 면(NIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)의 양 단부(EP1, EP2)의 최대 강도와 최소 강도의 차이는 포지티브 이미지 면(PIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)의 양 단부(EP1, EP2)의 최대 강도와 최소 강도의 차이보다 작을 수 있다. 예를 들어, 네거티브 이미지 면(NIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)의 양 단부(EP1, EP2)의 최대 강도와 최소 강도의 차이는 포지티브 이미지 면(PIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)의 양 단부(EP1, EP2)의 최대 강도와 최소 강도의 차이의 0.7배보다 작을 수 있다. 네거티브 이미지 면(NIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)의 양 단부(EP1, EP2)의 최대 강도인 0.93와 최소 강도인 0.83 사이의 차이인 0.1은 포지티브 이미지 면(PIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)의 양 단부(EP1, EP2)의 최대 강도인 1.0과 최소 강도인 0.85의 차이인 0.15의 0.7배보다 작다.
네거티브 이미지 면(NIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)의 양 단부(EP1, EP2)에서의 최대 강도에 대한 최대 강도와 최소 강도의 차이의 비율은 포지티브 이미지 면(PIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)의 양 단부(EP1, EP2)에서의 최대 강도에 대한 최대 강도와 최소 강도의 차이의 비율보다 작을 수 있다. 예를 들어, 네거티브 이미지 면(NIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)의 양 단부(EP1, EP2)에서의 최대 강도(0.93)에 대한 최대 강도와 최소 강도의 차이(0.1)의 비율인 10.7%는 포지티브 이미지 면(PIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)의 양 단부(EP1, EP2)에서의 최대 강도(1.0)에 대한 최대 강도와 최소 강도의 차이(0.15)의 비율인 15%보다 작을 수 있다. 네거티브 이미지 면(NIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)의 양 단부(EP1, EP2)에서의 최대 강도에 대한 최대 강도와 최소 강도의 차이의 비율은 포지티브 이미지 면(PIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)의 양 단부(EP1, EP2)에서의 최대 강도에 대한 최대 강도와 최소 강도의 차이의 비율의 0.8배보다 작을 수 있다.
네거티브 이미지 면(NIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)의 빔 세기는 대부분 일정 강도 내에 존재한다. 예를 들어, 도 13과 같이, 실시예에 따른 네거티브 이미지 면(NIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)은 폭 방향으로 대부분 위치에서 빔 세기가 0.83~ 0.93 사이에 존재할 수 있다. 예를 들어, 네거티브 이미지 면(NIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)의 빔 세기 분포는 상대 강도 0.83 ~ 0.93 분포에 따른 균일도가 94% 이상일 수 있다.
한편, 네거티브 이미지 면(NIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)은 빔 세기가 최대 값인 지점(M1)이 양 단부(EP1, EP2)에서 각각 1회 나타난 반면, 포지티브 이미지 면(PIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)은 빔 세기가 최대 값인 지점(M1, M2)이 양 단부(EP1, EP2)에서 2회 나타났다. 즉, 네거티브 이미지 면(NIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)은 빔 세기가 불규칙적으로 최대 값에 도달하는 피크 지점이 포지티브 이미지 면(PIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)에 비해 절반이나 줄어드는 것을 확인할 수 있다.
이와 같이, 포지티브 이미지 면(PIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)과 다른 빔 세기 분포를 가지는 네거티브 이미지 면(NIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)을 이용함에 따라, 가공 대상(300)에 조사된 서브 레이저 빔(SLB)은 탑 부분에서 양 단부(EP1, EP2)의 에너지 밀도와 중심 부분(CP)의 빔 세기 분포가 소정 범위 내에서 고르게 나타난다. 이는, 포지티브 이미지 면(PIS)에서 서브 레이저 빔(SLB)이 수렴하는 형태인 반면 네거티브 이미지 면(NIS)에서는 서브 레이저 빔(SLB)이 발산하는 형태이기 때문에, 포지티브 이미지 면(PIS)보다, 양 단부(EP1, EP2)와 중심 부분(CP)의 빔 세기 분포가 고르게 나타나는 것으로 추측된다.
그에 따라, 실시예에 따른 홈 형성 장치(10, 11)에 의해 가공된 홈(GR)에서는, 하부면이 평탄하게 나타나며 측면 경사 각도가 크게 나타날 수 있다. 그리하여, 홈(GR)의 최상부의 폭(W1)과 최하부의 폭(W2)의 변화를 더욱 줄일 수 있다. 예를 들어, 가공 대상(300)에 형성된 홈(GR)은 최하부의 폭(W2)이 최상부의 폭(W1)의 80% 이상일 수 있다. 예를 들어, 가공 대상(300)에 형성된 홈(GR)에서 최상부의 폭(W1)이 50 ㎛일 때, 최하부의 폭(W2)은 40 ㎛ 이하일 수 있다. 최상부의 폭(W1)과 최하부의 폭(W2)의 차이는 10 ㎛ 이하일 수 있다.
도 15 및 도 16은 실시예에 따른 홈(GR)에서 최상부의 폭과 최하부의 폭의 기준을 설명하기 위한 도면이다. 도 15를 참조하면, 홈(GR)에서 최상부의 폭(W1)은 가공 대상(300)의 표면에 형성된 홈(GR)의 최대 폭으로 정의하며, 홈(GR)에서 최하부의 폭(W2)은 홈(GR)의 측정 기준면에서의 폭으로 정의할 수 있다. 도 16을 참조하면, 홈(GR)의 깊이가 일정하지 않을 경우, 홈(GR)의 측정 기준면(RP)은 홈(GR)에서 하부면의 최하단부의 깊이(D2)와 하부면의 최상단부의 깊이(D1)의 가운데 깊이(D0)에서의 가상의 면일 수 있다.
도 17은 네거티브 이미지 면(NIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)을 이용하여 가공된 홈(GR)의 단면 모습을 나타낸 도면이며, 도 18은 포지티브 이미지 면(PIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)을 이용하여 가공된 홈(GR1)의 단면 모습을 나타낸 도면이다. 도 19는 네거티브 이미지 면(NIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)을 이용하여 가공된 홈(GR)을 나타낸 도면이며, 도 20는 포지티브 이미지 면(PIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)을 이용하여 가공된 홈(GR1)을 나타낸 도면이다.
도 17 및 도 18을 참조하면, 네거티브 이미지 면(NIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)을 이용하여 가공된 홈(GR)의 단면 모습과 포지티브 이미지 면(PIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)을 이용하여 가공된 홈(GR)의 단면 모습이 확연히 다르게 나타남을 쉽게 확인할 수 있다. 예를 들어, 네거티브 이미지 면(NIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)을 이용하여 가공된 홈(GR)은, 포지티브 이미지 면(PIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)을 이용하여 가공된 홈(GR1)에 비해, 최하부의 폭(W2)과 최상부의 폭(W1)의 차이가 작게 나타났으며, 홈(GR)의 측면 경사가 크게 나타난 것을 확인할 수 있다.
도 19 및 도 20을 참조하면, 네거티브 이미지 면(NIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)을 이용하여 가공된 홈(GR)은, 포지티브 이미지 면(PIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)을 이용하여 가공된 홈(GR1)에 비해, 홈(GR)과 그 주변 사이의 경계(B)가 상대적으로 얇게 나타났으며, HAZ의 높이와 폭이 상대적으로 작게 나타난 점을 확인할 수 있다. 또한, 네거티브 이미지 면(NIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)을 이용하여 가공된 홈(GR)은, 포지티브 이미지 면(PIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)을 이용하여 가공된 홈(GR1)에 비해, 홈(GR)의 하부면이 상대적으로 평평하게 형성된 점을 확인할 수 있다.
도 21은 네거티브 이미지 면(NIS)의 서브 레이저 빔(SLB)이 가공 대상(300)의 표면에 위치한 상태에서 초점 위치를 전후 방향으로 이동시켰을 때 나타나는 홈(GR)의 가공 상태를 나타낸 도면이며, 도 22는 포지티브 이미지 면(PIS)의 서브 레이저 빔(SLB)이 가공 대상(300)의 표면에 위치한 상태에서 초점 위치를 전후 방향으로 이동시켰을 때 나타나는 홈(GR1)의 가공 상태를 나타낸 도면이다. 도 21 및 도 22에서 기준이 되는 위치(Just Focus)는, 서브 레이저 빔(SLB)의 이미지 면이 가장 명확하게 보이는 위치로 정의한다.
도 21을 참조하면, 네거티브 이미지 면(NIS)의 서브 레이저 빔(SLB)이 가장 명확히 나타나도록 포커싱 렌즈 유닛(150)과 가공 대상(300) 사이의 거리를 설정한 상태에서, 포커싱 렌즈 유닛(150)과 가공 대상(300) 사이의 거리를 소정 구간 내, 예를 들어 -20 ㎛~ +20 ㎛에서 변경시키더라도, 홈(GR)의 가공 형상이 상대적으로 유사하게 나타남을 알 수 있다.
반면, 도 22를 참조하면, 포지티브 이미지 면(PIS)의 서브 레이저 빔(SLB)이 가장 명확히 나타나도록 포커싱 렌즈 유닛(150)과 가공 대상(300) 사이의 거리를 설정한 상태에서, 포커싱 렌즈 유닛(150)과 가공 대상(300) 사이의 거리를 소정 구간 내, 예를 들어 -20 ㎛~ +20 ㎛에서 변경시킬 경우, 홈(GR1)의 가공 형상이 상대적으로 크게 변화됨을 알 수 있다.
상기와 같이, 네거티브 이미지 면(NIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)을 이용하는 것이, 포지티브 이미지 면(PIS)에서의 서브 레이저 빔(SLB)을 이용하는 것에 비해, 가공 대상(300)에 홈(GR) 형성이 가능한 빔 모드 유지 구간을 더 확보할 수 있다. 이와 같이, 실시예에 따른 홈 형성 장치(10, 11)는 네거티브 이미지 면(NIS)의 서브 레이저 빔(SLB)을 이용함으로써, 빔 모드 유지 구간을 길게 확보할 수 있으며, 그에 따라 가공 품질을 일정하게 유지할 수 있다.
도 23은 실시예에 따른 홈 형성 장치(10, 11)에 의한 홈(GR) 형성 이후의 단계를 설명하기 위한 도면이다. 도 23을 참조하면, 가공 대상(300)에 홈(GR)이 형성된 이후에 블레이드(BL)에 의한 커팅이 진행될 수 있다. 이를 위해, 홈(GR)을 따라 블레이드(BL)가 홈(GR)의 최하부까지 삽입될 수 있으며, 삽입된 이후에 블레이드(BL)는 홈(GR)이 형성된 라인을 따라 이동할 수 있다.
홈(GR)의 측면 기울기가 완만한 경사를 가지거나 홈(GR)의 최하부 폭이 작을 경우, 블레이드(BL)가 삽입되거나 이동하는 과정에서 블레이드(BL)가 홈(GR)의 측면에 닿아 크랙이 발생할 수 있다.
이러한 점을 고려하여, 블레이드(BL)의 삽입 과정에서 블레이드(BL)의 흔들림 또는 블레이드(BL)의 이동 과정에서 블레이드(BL)의 흔들림을 고려하여, 홈(GR)의 최하부의 폭(W2)은 블레이드(BL)의 폭(W3)보다 클 수 있다. 예를 들어, 홈(GR)의 최하부의 폭(W2)은 블레이드(BL)의 폭(W3)보다 10 ㎛ 이상 클 수 있다. 즉, 홈(GR)의 최하부의 폭(W2)과 블레이드(BL)의 폭(W3) 사이의 차이는 10 ㎛ 이상일 수 있다.
다만, 블레이드(BL)의 삽입을 고려하여, 홈(GR)의 폭을 증가시킬 경우, 가공 대상(300)에서 차지하는 홈(GR)의 면적이 커질 수 있으며, 이는 가공 효율에 불리할 수 있다.
그러나, 실시예에 따른 홈 형성 장치(10, 11)에 의해 형성된 홈(GR)은 상술한 것처럼, 최하부의 폭(W2)이 최상부의 폭(W1)의 80% 이상일 만큼, 최하부의 폭(W2)과 최상부의 폭(W1)의 차이가 상당히 작은 편이다. 그에 따라, 블레이드(BL)의 폭(W3)과 홈(GR)의 폭의 차이를 줄일 수 있다. 블레이드(BL)의 폭(W3)과 홈(GR)의 최하부의 폭(W2) 사이에 소정의 간격을 유지하면서도, 블레이드(BL)의 폭(W3)과 홈(GR)의 최상부의 폭(W1)의 차이는 20 ㎛ 이하일 수 있다. 예를 들어, 블레이드(BL)의 폭(W3)과 홈(GR)의 최하부의 폭(W2)의 차이가 10 ㎛ 이상이며, 블레이드(BL)의 폭(W3)과 홈(GR)의 최상부의 폭(W1)의 차이는 20 ㎛ 이하일 수 있다. 이와 같이, 홈 형성 장치(10, 11)에 따라 홈(GR)을 형성함으로써, 이후 커팅 단계에서 블레이드(BL)에 의한 가공 대상(300)의 파손을 방지하면서도, 가공 대상(300)에서 차지하는 홈(GR)의 면적을 줄일 수 있다.
한편, 상술한 실시예들에서는 가공 대상(300)에 홈(GR)을 형성하기 위하여 회절 광학 소자(140)에 의해 분할된 복수의 서브 레이저 빔(SLB)이 사용된 예를 중심으로 설명하였다. 그러나, 본 개시는 반드시 이에 한정되지는 아니하며, 가공 대상(300)에 홈(GR)을 형성하기 위하여, 분할되지 않은 레이저 빔(LB)이 사용될 수도 있다.
본 발명의 기술적 사상의 실시예들에 대한 이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상의 설명을 위한 예시를 제공한다. 따라서 본 발명의 기술적 사상은 이상의 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 상기 실시예들을 조합하여 실시하는 등 여러 가지 많은 수정 및 변경이 가능함은 명백하다.
10, 11: 홈 형성 장치 110: 레이저 광원
120: 콜리메이터 130: 빔 확장기
140: 회절 광학 소자 150: 포커싱 렌즈 유닛
200: 텔레센트릭 렌즈 유닛 300: 가공 대상
400: 스테이지 NIS : 네거티브 이미지 면

Claims (15)

  1. 가우시안 형태의 레이저 빔을 방출하는 레이저 광원;
    상기 레이저 빔의 빔 형태를 가우시안 형태에서 플랫 탑(flat top) 형태로 변환하는 회절 광학 소자; 및
    플랫 탑 형태로 변환된 상기 레이저 빔을 가공 대상에 집광하는 포커싱 렌즈 유닛;을 포함하며,
    상기 포커싱 렌즈 유닛은 초점 거리보다 먼 위치의 네거티브 이미지 면을 가지며,
    상기 네거티브 이미지 면이 가공 대상의 표면에 위치하도록 상기 포커싱 렌즈 유닛이 배치된 상태에서, 상기 가공 대상에 플랫 탑 형태로 변환된 상기 레이저 빔을 조사함으로써 상기 가공 대상에 홈을 형성하며,
    상기 네거티브 이미지 면에서의 레이저 빔의 빔 세기 분포는, 초점 거리보다 가까운 위치의 포지티브 이미지 면에서의 레이저 빔의 빔 세기 분포보다 균일도가 큰, 홈 형성 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 네거티브 이미지 면에서의 레이저 빔의 최대 강도와 최소 강도의 차이는 상기 포지티브 이미지 면에서의 레이저 빔의 최대 강도와 최소 강도의 차이보다 작은, 홈 형성 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 네거티브 이미지 면에서의 레이저 빔의 최대 강도에 대한 최대 강도와 최소 강도의 차이의 비율은 상기 포지티브 이미지 면에서의 레이저 빔의 최대 강도에 대한 최대 강도와 최소 강도의 차이의 비율보다 작은, 홈 형성 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    플랫 탑 형태의 상기 레이저 빔을 폭 방향으로 3등분 하여 중심 부분과 양 단부로 구분할 때, 상기 네거티브 이미지 면에서의 레이저 빔의 중심 부분의 최대 강도와 최소 강도의 차이는 상기 포지티브 이미지 면에서의 레이저 빔의 중심 부분의 최대 강도와 최소 강도의 차이보다 작은, 홈 형성 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    플랫 탑 형태의 상기 레이저 빔을 폭 방향으로 3등분 하여 중심 부분과 양 단부로 구분할 때, 상기 네거티브 이미지 면에서의 레이저 빔의 양 단부의 최대 강도와 최소 강도의 차이는 상기 포지티브 이미지 면에서의 레이저 빔의 양 단부의 최대 강도와 최소 강도의 차이보다 작은, 홈 형성 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 네거티브 이미지 면에서의 레이저 빔의 상기 양 단부에서의 최대 강도에 대한 최대 강도와 최소 강도의 차이의 비율은 상기 포지티브 이미지 면에서의 레이저 빔의 양 단부에서의 최대 강도에 대한 최대 강도와 최소 강도의 차이의 비율보다 작은, 홈 형성 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 홈은 최하부의 폭이 최상부의 폭의 80% 이상인, 홈 형성 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 가공 대상에 상기 홈이 형성된 이후에 블레이드에 의한 커팅이 진행될 때, 상기 최하부의 폭과 상기 블레이드의 폭의 차이는 10 um 이상이며, 상기 최상부의 폭과 상기 블레이드의 폭의 차이는 20 um 이하인, 홈 형성 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 회절 광학 소자의 크기는 입사 빔의 직경의 1.7배 ~ 3배인, 홈 형성 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 회절 광학 소자는 입사된 레이저 빔을 복수의 서브 레이저 빔들로 분할하는, 홈 형성 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 회절 광학 소자는 상기 가공 대상 상에서 상기 복수의 서브 레이저 빔들 사이의 간격이 50 마이크로미터(㎛) 이상이 되도록 상기 복수의 서브 레이저 빔들을 분할하는, 홈 형성 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 포커싱 렌즈 유닛은 상기 회절 광학 소자로부터 최대 각도로 분할되는 상기 복수의 서브 레이저 빔들을 수용하도록 상기 회절 광학 소자로부터 이격되는 홈 형성 장치.
  14. 가우시안 형태의 레이저 빔을 회절 광학 소자에 입사시키는 단계;
    상기 회절 광학 소자에 의해, 상기 레이저 빔을 가우시안 형태에서 플랫 탑(flat top) 형태로 변환시키는 단계;
    포커싱 렌즈 유닛에 의해, 상기 플랫 탑 형태로 변환된 레이저 빔을 가공 대상에 집광시켜 홈을 형성하는 단계;를 포함하며,
    상기 포커싱 렌즈 유닛은 초점 거리보다 먼 위치의 네거티브 이미지 면을 가지며,
    상기 네거티브 이미지 면에서의 레이저 빔의 빔 세기 분포는, 초점 거리보다 가까운 위치의 포지티브 이미지 면에서의 레이저 빔의 빔 세기 분포보다 균일도가 크며,
    상기 홈을 형성하는 단계에서는, 상기 네거티브 이미지 면이 가공 대상의 표면에 위치하도록 상기 포커싱 렌즈 유닛이 배치된 상태에서, 상기 가공 대상에 플랫 탑 형태로 변환된 상기 레이저 빔을 조사함으로써 상기 가공 대상에 홈을 형성하는, 홈 형성 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 홈이 형성된 가공 대상을 블레이드에 의해 상기 홈을 따라 커팅하는단계를 더 포함하며,
    상기 블레이드에 의한 절단이 진행될 때, 상기 홈의 최하부의 폭과 상기 블레이드의 폭의 차이는 10 um 이상이며, 상기 홈의 최상부의 폭과 상기 블레이드의 폭의 차이는 20 um 이하인, 홈 형성 방법.
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