KR20120074508A

KR20120074508A - 레이저 가공 장치

Info

Publication number: KR20120074508A
Application number: KR1020100136368A
Authority: KR
Inventors: 유병소
Original assignee: (주)큐엠씨
Priority date: 2010-12-28
Filing date: 2010-12-28
Publication date: 2012-07-06
Anticipated expiration: 2030-12-28
Also published as: WO2012091316A2; KR101298019B1; TW201228762A; TWI466748B; WO2012091316A3

Abstract

본 발명은, 레이저 빔을 생성하는 레이저 광원, 및 상기 레이저 빔을 대상물의 내부로 유도하는 광학 유닛을 포함하는 레이저 가공 장치로서, 상기 광학 유닛은, 상기 레이저 빔의 발산각을 교정하는 빔 정형 모듈, 상기 레이저 빔을 회절시키는 회절격자, 및 상기 레이저 빔을 대상물의 내부로 집광하여 스폿을 형성시키는 집광렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치를 제공한다.

Description

레이저 가공 장치{LASER PROCESSING APPARATUS}

본 발명은 광학 유닛, 이를 포함하는 레이저 가공 장치, 레이저 가공 시스템, 및 레이저 가공 방법에 관한 것이다.

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

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

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

종래, 기판의 내부에 상변이 영역을 형성한 후에는 이 상변이 영역에 외력을 가하여 기판을 절단함으로써 칩 분할을 행하였다. 따라서, 이러한 절단 공정을 생략하거나 또는 적은 외력만으로도 절단 공정을 수행할 수 있도록, 스크라이빙에 의해 기판이 자가절단(self-breaking)되도록 할 필요가 있다.

또한, 사파이어와 같은 광투과성 기판의 경우 상변이 영역이 형성된 부분에서는 기판의 투과율이 낮아지게 된다. 예를 들어, 사파이어 기판을 이용하여 발광소자를 제조하는 경우, 상기와 같은 기판의 투과율 감소는 발광소자의 휘도를 낮추는 원인이 될 수 있다.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 가공속도가 저감되지 않으면서도 스폿의 위치와 형상을 정밀하게 제어할 수 있는 레이저 가공 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 특히, 본 발명은 스폿의 크기를 줄여서 상변이 영역을 최소화하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 레이저 빔의 발산각을 교정할 수 있는 레이저 가공 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 기판이 자가절단되도록 하는 레이저 가공 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 측면에 의하면, 레이저 빔을 생성하는 레이저 광원; 및 상기 레이저 빔을 대상물의 내부로 유도하는 광학 유닛을 포함하는 레이저 가공 장치로서, 상기 광학 유닛은, 상기 레이저 빔의 발산각(divergence angle)을 교정하는 빔 정형 모듈(beam shaping module); 상기 레이저 빔을 회절시키는 회절격자(diffraction grating); 및 상기 레이저 빔을 대상물의 내부로 집광하여 스폿(spot)을 형성시키는 집광렌즈(focusing lens)를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치를 제공한다.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 측면에 의하면, 레이저 빔을 대상물의 내부로 유도하여 스폿을 형성하는 레이저 가공 장치에 이용되는 광학 유닛으로서, 상기 레이저 빔의 발산각을 교정하는 빔 정형 모듈; 상기 레이저 빔을 회절시키는 회절격자; 및 상기 레이저 빔을 대상물의 내부로 집광하여 스폿을 형성시키는 집광렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 유닛을 제공한다.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제3 측면에 의하면, 레이저 빔을 대상물의 내부에 조사하여 대상물의 내부에 상변이 영역을 형성하는 레이저 가공 시스템으로서, 레이저 광원에서 생성된 레이저 빔을 빔 정형 모듈 및 회절격자에 통과시킴으로써, 상기 대상물의 내부에 형성되는 스폿의 형상, 크기, 또는 개수를 변화시키는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 시스템을 제공한다.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제4 측면에 의하면, 레이저를 이용하여 대상물을 자가절단(self-breaking)시키는 레이저 가공 시스템으로서, 레이저 광원에서 생성된 레이저 빔을 빔 정형 모듈 및 회절격자에 통과시킴으로써, 상기 대상물의 내부에 응력집중부를 가진 복수개의 상변이 영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 시스템을 제공한다.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제5 측면에 의하면, 레이저 빔을 생성하는 단계; 생성된 상기 레이저 빔의 발산각을 교정하는 단계; 발산각이 교정된 상기 레이저 빔을 회절시키는 단계; 및 회절된 상기 레이저 빔을 대상물의 내부로 집광하여 스폿을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 광학 유닛, 이를 포함하는 레이저 가공 장치, 레이저 가공 시스템, 및 레이저 가공 방법에 의하면, 가공속도가 저감되지 않으면서도 스폿의 위치와 형상을 정밀하게 제어할 수 있다. 특히, 본 발명에 따르면 상변이 영역을 감소시킴으로써 기판의 투과율을 높일 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 레이저 빔의 발산각을 교정할 수 있으며, 기판이 자가절단되도록 할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 레이저 가공 장치의 실시예를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 도 1의 레이저 가공 장치에서 광학 유닛의 일실시예를 나타낸 상세 구성도이다.
도 3은 도 2의 광학 유닛에서 빔 정형 모듈의 동작을 설명하기 위한 구성도이다.
도 4는 빔 정형 모듈의 동작에 따른 스폿의 형상 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 레이저 빔의 발산각에 따른 광경로 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 블레이즈 회절격자의 사시도이다.
도 7은 도 6의 블레이즈 회절격자를 통과하는 레이저 빔의 회절을 나타낸 도면이다.
도 8은 레이저 가공 장치에서 블레이즈 회절격자의 동작을 설명하기 위한 구성도이다.
도 9는 블레이즈 회절 격자의 동작에 따른 스폿의 형상 변화 및 광강도 프로파일의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 블레이즈 회절 격자의 동작에 따른 스폿의 형상 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 도 1의 레이저 가공 장치에서 광학 유닛의 다른 실시예를 나타낸 상세 구성도이다.
도 12는 도 11의 광학 유닛에서 빔 정형 모듈의 동작에 따른 스폿의 형상 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 도 1의 레이저 가공 장치에서 광학 유닛의 또 다른 실시예를 나타낸 상세 구성도이다.

이하, 본 발명에 따른 광학 유닛, 이를 포함하는 레이저 가공 장치, 및 레이저 가공 시스템의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 레이저 가공 장치의 실시예를 개략적으로 나타낸 구성도이다. 도 2는 도 1의 레이저 가공 장치에서 광학 유닛의 일실시예를 나타낸 상세 구성도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 레이저 가공 장치(1)는 레이저 빔을 생성하는 레이저 광원(10), 레이저 빔을 대상물(S)의 내부로 유도하는 광학 유닛(20), 대상물(S)을 지지하는 적재대(30), 및 상기 레이저 광원(10), 광학 유닛(20), 및 적재대(30) 중 하나 이상을 제어하는 제어부(40)를 포함한다.

예를 들어, 대상물(S)은 칩 분할을 필요로 하는 기판 또는 가공, 절삭 등의 작업을 필요로 하는 금속, 비금속, 수지, 또는 유리일 수 있다. 특히 칩 분할을 필요로 하는 기판의 형태로는 실리콘 기판, 화합물 반도체 기판, 세라믹 반도체 기판, 사파이어 기판, 금속 기판 및 유리 기판 등이 있으나, 이러한 예로 한정되는 것은 아니다. 또한, 기판의 표면에는 기판과 다른 재질의 적층부가 형성되어 있을 수 있다.

레이저 광원(10)은 대상물(S)의 가공에 이용되는 레이저 빔을 생성한다. 생성된 레이저 빔은 레이저 광원(10)의 광축(optical axis; Lc)을 따라 배치된 미도시된 일련의 장치들을 통해 레이저 빔의 크기, 레이저 빔의 출력, 및 편광 방향 등이 조정될 수 있다. 도 1에서 도면부호 L은 레이저 빔의 광경로를 과장해서 나타낸 것이다. 도 1에서는 레이저 광원(10)으로부터 대상물(S)에 이르기까지 광경로가 광축(Lc)을 따라 일직선으로 형성되어 있으나, 미러(mirror) 등의 광학 요소를 이용하여 광경로를 임의의 다른 경로로 변경하는 것도 가능하다.

레이저 광원(10)은 CO₂ 레이저, 엑시머 레이저, DPSS 레이저 중 어느 하나의 레이저 광원일 수 있다. 레이저 광원(10)에서 생성된 레이저 빔은 가우시안 빔 프로파일(Gaussian beam profile)을 가질 수 있다.

또한, 레이저 빔은 펄스형 레이저 빔(pulse type laser beam), 특히 초단 펄스 레이저 빔일수 있다. 여기서 초단 펄스 레이저는 광 펄스의 주기가 나노 세컨드(nano second), 피코 세컨드(pico second), 또는 펨토 세컨드(femto second) 급의 레이저를 의미한다. 이러한 초단 펄스 레이저를 이용하면, 박형의 대상물(S) 내부에 스폿을 형성하여, 고속/고정밀도로 가공할 수 있다.

레이저 광원(10)에서 생성된 레이저 빔은 광학 유닛(20)으로 진입한다. 광학 유닛(20)은 레이저 빔을 통과시키며 레이저 빔의 특성 및 경로 등을 조절하는 구성요소이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 광학 유닛(20)은 레이저 빔의 발산각을 교정하는 빔 정형 모듈(beam shaping module)(210), 레이저 빔을 회절시키는 회절격자(diffraction grating)(220), 및 레이저 빔을 대상물(S)의 내부로 집광하여 스폿(spot)을 형성시키는 집광렌즈(focusing lens)(230)를 포함한다.

빔 정형 모듈(210)은 레이저 광원(10)에서 생성된 레이저 빔의 발산각을 교정한다.

일반적으로 레이저 빔은 다른 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. 예를 들어, Gas 레이저의 경우(CO₂ 레이저, He-Ne 레이저 등), 1 mrad(0.05°) 정도의 발산각을 가질 수 있다. 이러한 레이저 빔의 발산각을 교정하기 위하여, 빔 정형 모듈(210)은 오목렌즈 및 볼록렌즈의 쌍을 포함하게 된다. 이들 오목렌즈와 볼록렌즈 사이의 거리를 조절함으로써 레이저 빔의 발산각이 교정된다.

빔 정형 모듈(210)은 도 2에 도시된 바와 같이 레이저 빔을 발산시키는 실린더형 오목렌즈(211)와, 실린더형 오목렌즈(211)를 통과한 레이저 빔의 발산각을 교정시키는 실린더형 볼록렌즈(212)를 포함할 수 있다. 도 2에서 z축은 레이저 빔이 조사되는 방향이며, x축은 스크라이빙 방향, 즉 절단예정라인에 평행한 방향이다. 도 2의 (a) 및 (b)에서 알 수 있는 바와 같이, 실린더형 오목렌즈(211)의 표면은 y축 방향을 따라 만곡되어 있으며, x축 방향을 따라서는 변화가 없다. 마찬가지로, 실린더형 볼록렌즈(212)의 표면은 y축 방향을 따라 돌출되어 있으며, x축 방향을 따라서는 변화가 없다. 따라서, 도시된 바와 같은 실린더형 오목렌즈(211) 및 실린더형 볼록렌즈(212)를 이용하면, 레이저 빔의 y축 방향 성분에 대해서만 발산각 교정이 수행된다.

이와 같이 레이저 빔의 일축 방향에 대해서만 발산각 교정이 수행됨으로써, 대상물(S)의 내부에 형성되는 레이저 빔의 스폿의 형상이 일측 방향으로만 변화하게 된다. 예를 들어, 대상물(S)의 스크라이빙 가공시 유리한 타원형 또는 라인형(선형)의 스폿을 형성하는 것이 가능하게 된다.

더 나아가, 스폿의 장축(x축 방향)이 스크라이빙 방향, 즉 절단예정라인을 따라 배열되도록 할 수도 있다. 이 경우 스폿의 장축 방향으로는 발산각 교정이 이루어지지 않는다. 다시 말해, 절단예정라인에 수직인 방향으로의 스폿의 크기(스폿의 단축, 또는 스폿의 폭)를 감소시키면, 에너지를 작은 영역에 밀집시켜 정밀한 가공이 가능하게 되지만, 절단예정라인에 평행한 방향으로의 스폿의 크기(스폿의 장축, 또는 스폿의 길이)를 감소시키면, 가공속도가 줄어들게 되므로 공정시 불리하게 된다. 따라서, 실린더형 오목렌즈(211) 및 실린더형 볼록렌즈(212)를 동일 방향으로 배열함으로써, 어느 하나의 방향으로 발산각 교정이 수행되도록 한다.

한편, 레이저 광원(10)에 따라 레이저 빔의 발산각이 상이하므로, 실린더형 오목렌즈(211)와 실린더형 볼록렌즈(212)는 상대거리가 변경가능하도록 구성된다. 이를 위해, 레이저 가공 장치(1)는 실린더형 오목렌즈(211)와 실린더형 볼록렌즈(212) 중 하나 이상을 이동시키는 미도시된 렌즈이동부를 더 포함할 수 있다. 렌즈이동부는 나사 또는 액추에이터 등에 의해 실린더형 오목렌즈(211)와 실린더형 볼록렌즈(212) 사이의 거리를 미세조정할 수 있다.

회절격자(220)는 레이저 빔을 회절시키는 광학요소로서, 빔 정형 모듈(210)과 집광렌즈(230)의 사이에 배치될 수 있다. 회절격자(220)는 레이저 빔의 진행 방향에 대해 수직한 면에 있어서, 이 수직한 면 상의 어느 한 방향에 대해서만 레이저 빔을 회절시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 2(a) 및 2(b)에 도시된 바와 같이, 레이저 빔이 z축과 평행한 방향으로 진행할 경우, 회절격자(220)가 x축 방향으로는 레이저 빔을 회절시키고 y축 방향으로는 레이저 빔을 그대로 통과시키도록 구성될 수 있다. 이를 위해 회절격자(220)는 블레이즈 회절격자(blazed diffraction grating)일 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 실린더형 오목렌즈(211) 및 실린더형 볼록렌즈(212)가 레이저 빔의 y축 방향 성분에 대해서 발산각 교정이 수행되도록 배치되면, 회절격자(220)는 발산각 교정이 수행되는 방향과 수직한 방향, 즉 x축 방향으로만 레이저 빔을 회절시키도록 배치될 수 있다. 이와 같이 실린더형 오목렌즈(211), 실린더형 볼록렌즈(212), 및 회절격자(220)를 배열하면 절단예정라인에 수직한 방향으로의 스폿의 크기를 감소시키면서, 절단예정라인에 평행한 방향으로 복수개의 미세스폿을 형성할 수 있게 된다. 이렇게 되면, 가공속도는 유지하면서도 대상물(S)의 자가절단에 유리한 응력집중부를 가진 상변이 영역을 형성하는 것이 가능하게 된다. 또한, 미세스폿이 형성됨으로 인해 상변이 영역의 전체 크기가 줄어들게 되어, 기판의 투과율 저하가 억제될 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.

집광렌즈(230)는 레이저 빔을 대상물(S) 내부의 집광점(P)으로 집광하여, 스크라이빙 또는 절단 등의 가공 공정을 수행한다. 스폿에 의해 대상물(S)의 내부에 상변이 영역이 형성되며, 전술한 바와 같이 레이저 빔의 발산각 교정에 의하여 스폿의 적어도 일축 방향 크기를 변화시킬 수 있다. 집광렌즈(230)는 대물렌즈로도 불린다.

적재대(30)는 상부에 대상물(S)을 적재한다. 적재대(30)는 미도시된 액추에이터 또는 모터 등의 대상물이동부에 의하여 이동 및 회전할 수 있으며, 이로써 적재대(30)와 집광렌즈(230) 사이의 상대적 위치가 변경될 수 있다. 한편, 적재대(30)와 집광렌즈(230) 사이의 상대적 위치를 변경시키기 위해, 적재대(30)가 아닌 집광렌즈(230)를 이동시키는 대상물이동부를 마련하는 것도 가능하며, 적재대(30)와 집광렌즈(230)를 모두 이동시키는 것도 가능하다.

제어부(40)는 레이저 광원(10), 광학 유닛(20), 및 적재대(30) 중 하나 이상과 연결되어 이들을 제어한다. 예를 들어, 제어부(40)는 적재대(30)의 위치를 제어하여 집광렌즈(230)와 대상물(S) 사이의 거리를 조절할 수 있다. 또한, 제어부(40)는 스폿이 대상물(S)의 내부에 있어서 수직방향으로 복수개 형성되도록 적재대(30)를 제어할 수 있다. 또한, 제어부(40)는 스폿이 대상물(S)의 내부에 있어서 수평방향으로 복수개 형성되도록 적재대(30)를 제어할 수도 있다.

이하에서는, 도 3 내지 도 7을 참조하여 레이저 빔의 발산각 교정 동작을 더 상세히 살펴보기로 한다.

도 3은 도 2의 광학 유닛에서 빔 정형 모듈의 동작을 설명하기 위한 구성도이다. 도 4는 빔 정형 모듈의 동작에 따른 스폿의 형상 변화를 설명하기 위한 도면이다. 도 5는 레이저 빔의 발산각에 따른 광경로 변화를 설명하기 위한 도면이다.

설명의 편의를 위해, 도 3에 도시된 바와 같이, 레이저 빔이 실린더형 오목렌즈(211), 실린더형 볼록렌즈(212), 및 집광렌즈(230)를 거쳐 대상물(S) 의 내부에 위치한 집광점(P)에 집광된다고 가정한다. 즉, 회절격자의 동작에 대해서는 별도로 후술하기로 한다.

레이저 광원(10)으로부터 생성된 레이저 빔은 실린더형 오목렌즈(211)에 입사되고, 실린더형 오목렌즈(211)에 의해 발산된 레이저 빔은 실린더형 볼록렌즈(212)에 의해 발산각이 교정된다. 여기서, 레이저 광원(10)으로부터 생성된 레이저 빔이 완벽한 평행광인 경우, 실린더형 오목렌즈(211)와 실린더형 볼록렌즈(212) 사이의 거리를 d_f1, 실린더형 오목렌즈(211)의 초점거리를 f_c1, 실린더형 볼록렌즈(212)의 초점거리를 f_v1이라 하면, 다음 조건을 만족할 경우 대상물(S)의 내부에 형성되는 레이저 빔의 스폿의 크기가 최소가 된다.

…(수식1)

그러나, 실제의 레이저 빔은 소정 크기의 발산각을 가지며, 이로 인해 레이저 빔의 스폿의 크기가 최소가 되는 지점은 다음 수식과 같이 변경된다.

…(수식2)

여기서, α는 레이저 빔의 발산각에 의해 길어진 실린더형 오목렌즈(211)의 초점거리의 증가성분이며, β는 레이저 빔의 발산각에 의해 길어진 실린더형 볼록렌즈(212)의 초점거리의 증가성분이다.

도 5를 참고하여 위와 같은 수식의 변경 과정을 설명하면 다음과 같다. 먼저, 레이저 빔이 완벽한 평행광이라 가정하면, 볼록 렌즈(C_c)를 통과하는 레이저 빔은 렌즈(C_c)의 광축선 상에 있어서 렌즈(C_c)의 초점거리(f₁)에 대응하는 위치를 지나게 된다(도 5의 광경로 B1 참조). 그러나, 레이저 빔의 발산각이 θ인 발산광의 경우 렌즈(C_c)를 통과하는 레이저 빔은 렌즈(C_c)의 광축선 상에 있어서 렌즈(C_c)의 초점거리(f₁)보다 더 먼 지점(f₂)을 지나게 된다(도 5의 광경로 B2 참조). 여기서 초점거리의 증가성분, 즉 f₁과 f₂사이의 거리는 θ의 함수가 된다.

따라서, 도 3에 도시된 바와 같이 빔 정형 모듈(210)이 실린더형 오목렌즈(211)와 실린더형 볼록렌즈(212)의 쌍으로 구성되면 수식2는 다음과 같이 표현될 수 있다.

…(수식3)

여기서,

와

는 각각 레이저 빔의 발산각에 의해 길어진 실린더형 오목렌즈(211)의 초점거리의 증가성분과, 실린더형 볼록렌즈(212)의 초점거리의 증가성분이며, 이들은 각각 레이저 빔의 발산각의 함수가 된다. 따라서, 각 레이저의 발산각에 따라 실린더형 오목렌즈(211)와 실린더형 볼록렌즈(212)의 위치를 적절히 조절함으로써 발산각을 교정할 수 있다.

한편, 집광점(P)에 형성되는 레이저 빔의 스폿의 크기는 다음과 같이 표현된다.

…(수식4)

여기서, M²은 빔질인자(beam quality factor)로서, 다음과 같이 발산각의 함수로서 표현된다.

…(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 스폿의 크기를 제어할 수 있다.

위와 같은 이론을 배경으로 하여, 다시 도 3을 참조하여, 실린더형 오목렌즈(211)와 실린더형 볼록렌즈(212)로 구성된 빔 정형 모듈(210)에서 스폿의 형상을 조절하는 과정을 설명하기로 한다.

먼저, 도 3(a)와 같이 실린더형 볼록렌즈(212)가 화살표 방향으로 이동할 경우, 실린더형 오목렌즈(211)와 실린더형 볼록렌즈(212) 사이의 거리가 상기 수식3을 만족하는 d`_f1에서 멀어진다고 가정한다. 이 경우, 도 4(a)에 도시된 바와 같이, 집광렌즈(230)에 의해 집광된 레이저 빔의 스폿(Sp)의 폭은 커지게 된다.

반대로 도 3(b)와 같이 실린더형 볼록렌즈(212)가 화살표 방향으로 이동할 경우, 실린더형 오목렌즈(211)와 실린더형 볼록렌즈(212) 사이의 거리가 상기 수식3을 만족하는 d`_f1에 가까워진다고 가정한다. 이 경우, 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 집광렌즈(230)에 의해 집광된 레이저 빔의 스폿(Sp)의 폭은 작아지게 된다. 이상적으로 실린더형 오목렌즈(211)와 실린더형 볼록렌즈(212) 사이의 거리가 상기 수식3을 만족하는 d`_f1이 되면, 집광된 레이저 빔의 스폿의 폭은 최소가 될 수 있다.

이와 같이 실린더형 오목렌즈(211) 및 실린더형 볼록렌즈(212)의 위치를 조정함으로써 대상물(S)의 내부에서 스폿(Sp)의 형상, 즉, 스폿의 폭(도면에서 스폿의 y축 방향 크기)을 제어할 수 있게 된다. 일반적으로 스폿의 형상은 입사빔의 크기, 발산각, 및 파장의 함수로 표현되는데, 상기와 같이 발산각의 교정만에 의해서도 원하는 형상과 크기를 갖는 스폿(Sp)을 형성하는 것이 가능하게 되고, 이는 특히 대상물(S)의 내부에 레이저 빔을 집광하여 스크라이빙하는 경우에 매우 유용하다.

또한, 레이저 빔의 발산각에 따라 실린더형 오목렌즈(211)와 실린더형 볼록렌즈(212)의 위치를 조절함으로써, 스폿(Sp)을 타원형 형상, 혹은 더 나아가 선형에 가까운 형상이 되도록 할 수 있다. 이러한 타원형 또는 선형 스폿(Sp)의 장축이 대상물(S)의 스크라이빙 방향, 즉 절단예정라인 방향이 되도록 하면, 가공 속도가 현저히 향상되며, 또한 레이저 빔을 대상물(S)의 내부에 조사하는 것만으로 대상물(S)의 자가절단을 유도할 수 있게 된다.

일반적으로 상변이 영역에 힘이 가해질 경우 특정 지점에 응력이 어느 정도 가해지는지는 다음과 같은 응력집중계수(stress concentration factor) S로 나타내어진다.

…(수식6)

여기서, D는 상변이 영역의 법선방향 크기, R은 해당 지점의 곡률반경이다.

원형 스폿인 경우 상변이 영역의 수직방향 단부 지점에서의 응력집중계수를 S1이라 하고, 타원형 스폿인 경우 상변이 영역의 수직방향 단부 지점에서의 응력집중계수를 S2라고 하면, 원형 스폿에 있어서 상변이 영역(T)의 수직방향 크기(D1)와 타원형 스폿에 있어서 상변이 영역의 수직방향 크기(D2)는 대략 D1<D2 이고, 곡률반경은 R1>R2 이므로, 결국 수직방향 단부 지점에서의 응력집중계수의 크기는 S1<S2가 된다. 즉, 타원형 스폿인 경우 원형 스폿인 경우에 비해 상변이 영역의 수직방향 단부 지점에서 응력이 집중됨을 알 수 있다.

이러한 응력의 집중 현상에 의해 타원형 스폿의 경우에는 그 장축 방향 단부 지점에 크랙이 집중적으로 형성될 수 있다. 다시 말해, 타원형 스폿의 경우는 상변이 영역에 있어서 타 지점에 비해 응력이 집중되는 응력집중부가 형성된다. 응력집중부는 상변이 영역에 있어서 대상물(S)의 상면이나 하면과 가까운 단부 지점에 형성된다. 상변이 영역의 곡률반경은 응력집중부에서 최소가 되며, 따라서 응력집중부에서 크랙의 생성이 다른 지점보다 활발하게 된다.

이러한 크랙(C)이 대상물(S)의 상면 또는 하면에 이르게 되면 대상물(S)이 자가절단(self-breaking)될 수 있다. 이 경우 레이저 빔을 대상물(S)의 내부에 조사하는 것만으로도 별도의 후속되는 절단 공정 없이 웨이퍼를 칩으로 개편화할 수 있게 되어, 공정수 감소, 공정시간 감소, 비용 절감 등의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 대상물(S)의 스크라이빙 이후 절단 공정을 거치는 경우에도, 작은 외력만으로도 절단 공정을 수행할 수 있어 공정 효율성이 높아진다.

이와 달리, 원형 스폿의 경우는 응력이 특별히 집중되는 부분이 없어서 크랙이 형성되지 않거나, 크랙이 형성되더라도 특별한 방향성 없이 무작위적으로 형성된다. 이와 같이 원형 스폿의 경우 크랙의 형성 방향을 제어할 수 없어서, 자가절단이 이루어지지 않거나, 또는 크랙이 형성되더라도 원하지 않는 방향으로 형성됨으로써 절단면의 방향이 불량해지는 문제가 생기게 된다.

한편, 대상물(S)이 두꺼운 경우에는 대상물(S)의 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.

이하에서는, 도 6 내지 도 10을 참조하여 레이저 빔의 회절 동작을 더 상세히 살펴보기로 한다.

도 6은 블레이즈 회절격자의 사시도이다. 도 7은 도 6의 블레이즈 회절격자를 통과하는 레이저 빔의 회절을 나타낸 도면이다. 도 8은 레이저 가공 장치에서 블레이즈 회절격자의 동작을 설명하기 위한 구성도이다. 도 9는 블레이즈 회절 격자의 동작에 따른 스폿의 형상 변화 및 광강도 프로파일의 변화를 설명하기 위한 도면이다. 도 10은 블레이즈 회절 격자의 동작에 따른 스폿의 형상 변화를 설명하기 위한 도면이다.

회절격자(220)는 레이저 빔을 회절시키는 구성요소이다. 회절격자(diffraction grating)에는 개구나 돌출부와 같은 회절요소가 복수개 반복적으로 형성되어, 입사광의 위상이나 진폭 등을 변화시킨다. 회절격자(220)는, 예를 들어 도 6에 도시된 바와 같이, 일면은 평면이고 다른 일면은 긴 삼각기둥 형상의 회절요소가 연속적으로 붙어 있는 형상의 블레이즈 회절격자일 수 있다.

도 7에는 블레이즈 회절격자의 단면이 확대 도시되어 있다. 블레이즈 회절격자(220)에서 인접한 회절요소 사이의 거리를 a라 하고, 회절요소가 이루는 각도를 γ라고 한다. 회절격자에 광이 입사되면, 각각의 회절요소에서는 여러 각도로 회절된 광이 나오게 되며, 인접한 회절요소로부터 같은 방향으로 회절된 광은 양쪽 광경로차(optical path difference)가 광의 파장(λ)의 정수배가 될 때 서로 강화된다. 이와 같이 광경로차가 광의 파장의 정수배가 되는 회절각(θ_m)의 위치를 주극대(principal maxima)라 하며, 이러한 주극대는 다음 식으로 얻어진다.

…(수식7)

여기서, m은 임의의 정수이다. 예를 들어, m=0인 경우,

이며, 이는 도 7에서 m0의 위치에서 주극대가 형성됨을 의미한다. 다음으로, 광경로차가 광의 파장의 정수배가 되는 위치는 m=1인 경우이며, 이는 도 7에서 m1의 위치에서 두번째 주극대가 형성됨을 의미한다.

m=0, m=1, 및 m=-1인 경우만을 고려하면, 회절격자(220)를 통과한 레이저 빔이 집광렌즈(230)를 거쳐 대상물(S)에 집광되기까지의 광경로는 도 8과 같이 표현될 수 있다.

회절격자(220)에 의한 레이저 빔의 스폿의 형상 변화 및 광강도 프로파일의 변화는 도 9에 도시되어 있다. 도 9(a)는 빔 정형 모듈(210)을 통과한 레이저 빔이 회절격자(220)를 통과하지 않고 그대로 집광렌즈(230)를 거쳐 대상물(S)에 조사된 경우를 나타내며, 도 6(b)와 동일한 경우를 나타낸다. 다만, 도 6(b)는 레이저 빔의 y축 방향 광강도 프로파일을 나타낸 것인데 반하여, 도 9(a)는 동일한 레이저 빔의 x축 방향 광강도 프로파일을 나타내고 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, 회절격자(220)에 입사된 레이저 빔은 x축 방향으로 회절되어, 주극대를 형성하게 된다. 도 9(b)의 하단에 표시된 광강도 프로파일에서 알 수 있는 바와 같이, 회절의 영향으로 광경로차가 광의 파장의 정수배가 되는 위치(..., P_-2, P_-1, P₀, P₁, P₂, ...)에서는 광강도(I)가 피크값을 나타내며, 이 위치가 곧 주극대가 형성되는 위치를 의미한다. 도 9(b)에서는 상변이 영역을 형성할 수 있는 기준강도(Ic) 이상의 광강도가 3곳, 즉 P_-1, P₀, P₁ 근방에서 형성되며, 이는 실제로 스폿(Sp)이 3곳에서 형성됨을 의미한다.

따라서, 도 9(b)의 하단에서와 같은 광강도(I) 프로파일이 형성될 경우, 스폿(Sp)은 3개의 미소 스폿을 포함하게 된다. 그러나, 기준강도(Ic) 이상의 광강도 피크값이 예를 들어 5곳에서 형성될 수 있으며, 이 경우는 도 10에 표시된 것과 같이 스폿(Sp)이 5개의 미소 스폿을 포함하게 된다. 미소 스폿이 1개 혹은 5개 이상 형성되는 것도 가능하다. 한편, 도 9(b) 및 도 10에서는 미소 스폿이 대략 타원형으로 도시되어 있으나, 스폿(Sp)의 폭(y축 방향 크기)이 충분히 작은 경우에는 각각의 미소 스폿도 대략 선형으로 형성될 수 있다.

이와 같이, 광학 유닛(20)에 회절격자(220)를 도입함으로써, 스폿(Sp)이 복수개의 미소 스폿을 포함되도록 할 수 있다. 또한, 스폿(Sp)의 장축이 절단예정라인을 따라 배치되도록 대상물(S)을 스크라이빙할 수도 있다.

이 경우, 하나의 스폿이 형성되는 경우(도 9(a) 참조)와 비교하여, 복수개의 미소 스폿이 형성되는 경우에(도 9(b) 참조), 스폿의 장축 방향 길이는 실질적으로 유지되면서도 더 미소한(작은) 상변이 영역을 얻을 수 있다. 따라서, 대상물(S)의 가공속도는 저감시키지 않으면서도, 대상물(S)의 자가절단은 더욱 용이하게 발생한다. 그 이유는, 복수개의 미소 스폿이 형성된다는 것은, 수식6에서 곡률반경(R)이 더 작은 상변이 영역이 형성된다는 것을 의미하므로, 상변이 영역의 수직 방향 단부 지점에서 응력이 더욱 크게 집중되어 크랙이 쉽게 발생하기 때문이다. 또한, 하나의 스폿이 형성되는 경우에 비해, 복수개의 미소 스폿의 형성되는 경우에 상변이 영역의 전체 크기가 작아지게 된다. 따라서, 예를 들어 사파이어 기판과 같은 광투과성 기판에 레이저 빔을 조사하는 가공을 실시하는 경우, 기판의 투과율 저하량이 작아지게 된다. 사파이어 기판을 이용하여 발광소자를 제조하는 경우, 기판의 투과율 저하량이 작아지면 발광소자의 휘도저하도 작아지게 된다.

이하에서는, 도 11 및 도 12를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 대해 살펴보기로 한다. 이전의 실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하였으며, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 도 11에 도시된 바와 같이 빔 정형 모듈(210)이 레이저 빔을 발산시키는 구형 오목렌즈(213), 구형 오목렌즈(213)를 통과한 레이저 빔의 발산각을 교정시키는 제1 실린더형 볼록렌즈(214), 및 제1 실린더형 볼록렌즈(214)를 통과한 레이저 빔의 발산각을 교정시키는 제2 실린더형 볼록렌즈(215)를 포함할 수 있다.

구형 오목렌즈(213)는 레이저 빔의 직교하는 x축 및 y축 방향 성분 모두에 대해 레이저 빔을 발산할 수 있다는 점에서 전술한 실린더형 오목렌즈(211)와 구별된다. 이와 같이 x축 및 y축 모두에 대해 레이저 빔이 발산하게 되므로, 발산된 레이저 빔의 발산각 교정을 행하기 위해서는 x축 및 y축 방향 성분에 대해 각각 발산각 교정이 가능한 2개의 실린더형 볼록렌즈가 필요하게 된다.

구형 오목렌즈(213)를 통해 발산된 레이저 빔은 차례로 제1 실린더형 볼록렌즈(214)와 제2 실린더형 볼록렌즈(215)를 통과하게 된다. 한편, 레이저 광원(10)에 따라 레이저 빔의 발산각이 상이하므로, 구형 오목렌즈(213), 제1 실린더형 볼록렌즈(214), 및 제2 실린더형 볼록렌즈(215)는 각각 상대거리가 변경가능하도록 구성된다. 이를 위해, 레이저 가공 장치(1)는 구형 오목렌즈(213), 제1 실린더형 볼록렌즈(214), 및 제2 실린더형 볼록렌즈(215) 중 하나 이상을 이동시키는 미도시된 렌즈이동부를 더 포함할 수 있다. 렌즈이동부는 나사 또는 액추에이터 등에 의해 구형 오목렌즈(213), 제1 실린더형 볼록렌즈(214), 및 제2 실린더형 볼록렌즈(215) 사이의 거리를 미세조정할 수 있다.

다시 도 11(a)을 참조하면, 레이저 광원(10)으로부터 생성된 레이저 빔은 구형 오목렌즈(213)에 입사되고, 구형 오목렌즈(213)에 의해 발산된 레이저 빔의 x축 방향 성분은 제1 실린더형 볼록렌즈(214)를 그대로 통과한 후 제2 실린더형 볼록렌즈(215)에 의해 발산각이 교정된다. 즉, 레이저 빔의 x축 방향 성분에 대해서는 제1 실린더형 볼록렌즈(214)는 존재하지 않는 것처럼 취급할 수 있다. 따라서, 구형 오목렌즈(213)와 제2 실린더형 볼록렌즈(215) 사이의 거리가, 구형 오목렌즈(213)의 초점거리와 제2 실린더형 볼록렌즈(215)의 초점거리와 레이저 빔의 발산각에 따른 초점거리의 증가성분을 합한 수치에서 멀어지는 경우에는, 집광렌즈(230)에 의해 집광된 레이저 빔의 스폿(Sp)의 길이(x축 방향 크기)는 커지게 된다(도 12(b) 참조). 반대로 구형 오목렌즈(213)와 제2 실린더형 볼록렌즈(215) 사이의 거리가, 구형 오목렌즈(213)의 초점거리와 제2 실린더형 볼록렌즈(215)의 초점거리와 레이저 빔의 발산각에 따른 초점거리의 증가성분을 합한 수치에 가까워지는 경우에는, 집광렌즈(230)에 의해 집광된 레이저 빔의 스폿(Sp)의 길이는 작아지게 된다(도 12(c) 참조).

한편, 도 11(b)를 참고하면, 구형 오목렌즈(213)에 의해 발산된 레이저 빔의 y축 방향 성분은 제1 실린더형 볼록렌즈(214)에 의해 발산각이 교정된 후, 제2 실린더형 볼록렌즈(215)를 그대로 통과하게 된다. 즉, 레이저 빔의 y축 방향 성분에 대해서는 제2 실린더형 볼록렌즈(215)는 존재하지 않는 것처럼 취급할 수 있다. 따라서, 구형 오목렌즈(213)와 제1 실린더형 볼록렌즈(214) 사이의 거리가, 구형 오목렌즈(213)의 초점거리와 제1 실린더형 볼록렌즈(214)의 초점거리와 레이저 빔의 발산각에 따른 초점거리의 증가성분을 합한 수치에 가까워지는 경우에는, 집광렌즈(230)에 의해 집광된 레이저 빔의 스폿의 폭(y축 방향 크기)은 작아지게 된다(도 12(b) 참조). 반대로 구형 오목렌즈(213)와 제1 실린더형 볼록렌즈(214) 사이의 거리가, 구형 오목렌즈(213)의 초점거리와 제1 실린더형 볼록렌즈(214)의 초점거리와 레이저 빔의 발산각에 따른 초점거리의 증가성분을 합한 수치에서 멀어지는 경우에는, 집광렌즈(230)에 의해 집광된 레이저 빔의 스폿의 폭은 커지게 된다(도 12(a) 참조).

한편, 지금까지는 모두 회절격자(220)가 레이저 빔의 광경로 상에서 빔 정형 모듈(210)의 후단에 위치하는 경우만을 설명하였으나, 본 발명이 이러한 실시예로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 13에 도시된 바와 같이, 회절격자(220)가 빔 정형 모듈(210)의 선단, 즉 레이저 광원(10)과 빔 정형 모듈(210)의 사이에 배치되는 것도 가능하다. 또한, 도 13에서는 빔 정형 모듈(210)이 실린더형 오목렌즈(211) 및 실린더형 볼록렌즈(212)를 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 이와 달리 빔 정형 모듈(210)이 구형 오목렌즈(213), 제1 실린더형 볼록렌즈(214), 및 제2 실린더형 볼록렌즈(215)를 포함할 수도 있다.

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.

Claims

레이저 빔을 생성하는 레이저 광원; 및
상기 레이저 빔을 대상물의 내부로 유도하는 광학 유닛
을 포함하는 레이저 가공 장치로서,
상기 광학 유닛은,
상기 레이저 빔의 발산각(divergence angle)을 교정하는 빔 정형 모듈(beam shaping module);
상기 레이저 빔을 회절시키는 회절격자(diffraction grating); 및
상기 레이저 빔을 대상물의 내부로 집광하여 스폿(spot)을 형성시키는 집광렌즈(focusing lens)를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
제1항에 있어서,
상기 회절격자는, 상기 레이저 빔의 진행 방향에 대해 수직한 면에 있어서, 어느 일축 방향에 대해서만 레이저 빔을 회절시키는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
제1항에 있어서,
상기 회절격자는 블레이즈 회절격자(blazed diffraction grating)인 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
제1항에 있어서,
상기 회절격자는, 상기 레이저 광원과 상기 빔 정형 모듈의 사이, 또는 상기 빔 정형 모듈과 상기 집광렌즈의 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
제1항에 있어서,
상기 스폿은 3개 이상의 미소 스폿을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 빔 정형 모듈은,
상기 레이저 빔을 발산시키는 실린더형 오목렌즈, 및
상기 실린더형 오목렌즈를 통과한 레이저 빔의 발산각을 교정시키는 실린더형 볼록렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
제6항에 있어서,
상기 실린더형 오목렌즈와 상기 실린더형 볼록렌즈 사이의 거리가 변경되도록, 상기 실린더형 오목렌즈 또는 상기 실린더형 볼록렌즈를 이동시키는 렌즈이동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 빔 정형 모듈은,
상기 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 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
제8항에 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 렌즈이동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 대상물을 지지하는 적재대를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
제10항에 있어서,
상기 적재대와 상기 집광렌즈의 상대적 위치가 변경되도록 상기 적재대 또는 상기 집광렌즈를 이동시키는 대상물이동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저 광원은 CO₂ 레이저, 엑시머 레이저, DPSS 레이저 중 어느 하나의 레이저 광원인 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저 빔은 펄스형 레이저 빔인 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스폿으로부터 상기 대상물의 상면 또는 하면을 향하여 크랙이 발생하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
레이저 빔을 대상물의 내부로 유도하여 스폿을 형성하는 레이저 가공 장치에 이용되는 광학 유닛으로서,
상기 레이저 빔의 발산각을 교정하는 빔 정형 모듈;
상기 레이저 빔을 회절시키는 회절격자; 및
상기 레이저 빔을 대상물의 내부로 집광하여 스폿을 형성시키는 집광렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 유닛.
제15항에 있어서,
상기 회절격자는 블레이즈 회절격자인 것을 특징으로 하는 광학 유닛.
제15항 또는 제16항에 있어서,
상기 빔 정형 모듈은,
상기 레이저 빔을 발산시키는 실린더형 오목렌즈, 및
상기 실린더형 오목렌즈를 통과한 레이저 빔의 발산각을 교정시키는 실린더형 볼록렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 유닛.
제15항 또는 제16항에 있어서,
상기 빔 정형 모듈은,
상기 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 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 유닛.
레이저 빔을 대상물의 내부에 조사하여 대상물의 내부에 상변이 영역을 형성하는 레이저 가공 시스템으로서, 레이저 광원에서 생성된 레이저 빔을 빔 정형 모듈 및 회절격자에 통과시킴으로써, 상기 대상물의 내부에 형성되는 스폿의 형상, 크기, 또는 개수를 변화시키는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 시스템.
레이저를 이용하여 대상물을 자가절단(self-breaking)시키는 레이저 가공 시스템으로서, 레이저 광원에서 생성된 레이저 빔을 빔 정형 모듈 및 회절격자에 통과시킴으로써, 상기 대상물의 내부에 응력집중부를 가진 복수개의 상변이 영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 시스템.
레이저 빔을 생성하는 단계;
생성된 상기 레이저 빔의 발산각을 교정하는 단계;
발산각이 교정된 상기 레이저 빔을 회절시키는 단계; 및
회절된 상기 레이저 빔을 대상물의 내부로 집광하여 스폿을 형성하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
제21항에 있어서,
상기 레이저 빔의 발산각을 교정하는 단계는,
생성된 상기 레이저 빔을 실린더형 오목렌즈에 통과시키는 단계; 및
상기 실린더형 오목렌즈를 통과한 레이저 빔을 실린더형 볼록렌즈에 통과시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
제21항에 있어서,
상기 레이저 빔의 발산각을 교정하는 단계는,
생성된 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 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.