KR101124347B1

KR101124347B1 - Method and apparatus for machining based on titled laser scanning

Info

Publication number: KR101124347B1
Application number: KR1020110007472A
Authority: KR
Inventors: 우정식; 김천민; 전상욱
Original assignee: 주식회사아톤
Priority date: 2011-01-25
Filing date: 2011-01-25
Publication date: 2012-03-23
Also published as: TW201231203A; TWI469841B; CN102615432A; JP2012152823A

Abstract

PURPOSE: A method and an apparatus for machining an object using titled laser scanning are provided to scribe an object efficiently by scanning a laser beam to the object at an angle by moving the laser beam using a scanner or polygon mirror. CONSTITUTION: A method for machining an object using titled laser scanning comprises the steps of: scanning a laser beam and irradiating an object with the laser beam at an angle by moving the object so that the corresponding surface of the object is reformed.

Description

Method for processing an object using a scanned laser beam irradiated in a rectangular direction and its device {Method and Apparatus for Machining based on Titled Laser Scanning}

본 발명은 레이저 가공 방법 및 장치에 관한 것으로, 수직 방향이 아닌 사각 방향에서 레이저 광원을 대상물에 조사하여 대상물을 효율적으로 스크라이빙 (scribing)하거나 절단할 수 있는 레이저 가공 방법 및 장치에 관한 것이다. 특히, 스캐너 또는 폴리곤 반사경 (polygon mirror) 등의 광학계를 사용하여 레이저 광원을 공간과 시간적으로 적절하게 분배되도록 스캔하여 가공 대상물이 레이저 빔에 의한 열변형이 최소화되도록 함으로써 고출력의 레이저 광원을 사용하여 효율적으로 대상물을 스크라이빙하거나 절단 혹은 내부 개질을 통해 절단 하는 레이저 가공 방법 및 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a laser processing method and apparatus, and to a laser processing method and apparatus capable of efficiently scribing or cutting an object by irradiating a laser light source to the object in a rectangular direction instead of the vertical direction. In particular, by using an optical system such as a scanner or a polygon mirror to scan the laser light source so as to be appropriately distributed in space and time, the object to be processed is minimized by using a high power laser light source. The present invention relates to a laser processing method and apparatus for scribing an object or cutting through cutting or internal modification.

레이저 광원을 이용한 가공은 광 에너지를 매우 작은 영역에 집속하기 쉬워 에너지 밀도를 높일 수 있고 직진성이 우수하며 비접촉 가공이 가능하기 때문에, 고경도의 대상물 또는 취성재료의 절단이나 스크라이빙 공정에 매우 유용한 방법이다. 또한, 레이저는 자유곡선 등의 복잡한 형상도 가공할 수 있으며, 가공범위도 작아 미세가공이 가능하며 타 가공방법에 비해 열에 의한 가공물의 변형 등의 영향도 적기 때문에 최근 산업계에서 널리 사용되고 있다. 레이저 가공에 이용되는 레이저는 발진되는 레이저 빔의 파형에 따라 펄스 레이저와 연속발진 레이저로 분류할 수 있으며, 특히 펄스 레이저는 나노 초(nanosecond), 피코 초(picosecond), 펨토 초(femtosecond) 급의 짧은 조사 시간을 갖는 레이저로서, 첨두 출력 (피크 파워)이 수십 킬로와트 이상으로 높은 특성을 지니고 있어 여러 물질의 가공에 적합하며, 연속 발진 레이저 보다 적은 열변형 효과를 일으킨다. 최근 이와 같은 레이저 가공은 실리콘 웨이퍼, 화합물 반도체 웨이퍼, 세라믹 반도체 기판, 사파이어 기판, 금속기판 및 유리 기판 등을 스크라이빙하거나 절단하기 위하여 널리 사용되고 있다.Processing using a laser light source is easy to focus light energy into a very small area, which can increase energy density, improve linearity, and allow non-contact processing, which is very useful for cutting or scribing hard objects or brittle materials. It is a way. In addition, lasers can process complex shapes such as free curves, have a small processing range, and can be microfabricated, and have been widely used in the industry since they are less affected by heat than other processing methods. Lasers used for laser processing can be classified into pulse lasers and continuous lasers according to the waveform of the laser beam being oscillated. Especially, pulse lasers are classified into nanosecond, picosecond and femtosecond grades. As a laser with a short irradiation time, its peak power (peak power) has a high characteristic of several tens of kilowatts or more, which is suitable for processing various materials, and produces less heat deformation effect than continuous oscillation laser. Recently, such laser processing is widely used for scribing or cutting silicon wafers, compound semiconductor wafers, ceramic semiconductor substrates, sapphire substrates, metal substrates and glass substrates.

그러나, 레이저를 이용한 가공 방법에서도 레이저 빔이 조사되는 대상물의 해당 부분에서 파티클(particle)이 발생하고, 외부로 배출되지 않은 파티클들은 도 1과 같이 개질 부위에 재침착(resolidification)되어 이로 인해 가공 대상물 표면이 매끈하지 않고 요철이 생기며, 더 깊은 가공형상을 생성하기 위하여 이 부분에 레이저 빔을 재차 조사하여 가공하게 되는 경우 레이저 빔이 대상물의 더 깊숙한 곳을 도달하는데 방해하는 역할을 하여 스크라이빙을 방해한다. 이러한 이유로 인하여 충분한 스크라이빙 깊이를 확보하지 못하는 경우에는 대상물의 브레이킹 시 대상물이 스크라이빙한 방향과 다른 방향으로 갈라지는 문제점이 생겨 그 응용에 제약이 생기게 된다.However, even in a processing method using a laser, particles are generated in a corresponding portion of the object to which the laser beam is irradiated, and particles that are not emitted to the outside are resolidified in the modified portion as shown in FIG. If the surface is not smooth and irregularities occur, and the laser beam is irradiated again to this part to produce a deeper processing shape, the laser beam plays a role in preventing the laser beam from reaching deeper than the object. Disturb. For this reason, if a sufficient scribing depth is not secured, a problem arises in that the application breaks in a direction different from the direction in which the object is scribed when breaking the object.

또한, 레이저 제조 기술의 발달로 평균 출력이 매우 높은 고출력의 피코 초나 펨토 초 레이저가 개발되어 있으나, 이러한 레이저가 절단 및 스크라이빙을 위해 사용되는 경우에는 가공 표면에서의 열영향에 의한 비정질화 혹은 기화에 따른 부피 팽창으로 기판 표면에 불규칙적인 마이크로 크랙(microcrack)이 생기고, 이로 인해 절단 단면이 거칠어 지고, 가공 대상의 표면에 생성되어 있는 소자 자체의 특성도 저하시키는 등 응용에 많은 제한을 받고 있는 실정이다.In addition, high power picosecond or femtosecond lasers with very high average power have been developed due to the development of laser manufacturing technology. However, when such lasers are used for cutting and scribing, amorphousness due to thermal effects on the processed surface or Due to the volume expansion caused by vaporization, irregular microcracks occur on the surface of the substrate, which results in rough cuts and deterioration of the characteristics of the device itself formed on the surface of the object. It is true.

이러한 영향을 최소화 하기 위하여 최근 비교적 약한 펄스 레이저 출력을 대상물 표면에 반복적으로 조사하는 방법이 알려져 있으나, 위와 같이 재침착(resolidification)에 의한 표면 요철이나 마이크로 크랙(microcrack) 등의 문제를 해결하는 데 한계가 있으며, 고출력 레이저의 성능을 이용한 효율적인 빠른 속도의 가공이 불가능하다. 또한, 레이저를 이용한 스크라이빙 방법의 하나로서 대상물 내부에 레이저를 집광하여 대상물 내부 조직을 개질하는 방식이 알려져 있으나, 대상물 표면의 수직 방향에서 레이저를 조사하여 내부에 절단 예정 포인트나 라인을 만드는 기존 방식으로는 두꺼운 대상물에 적용하기 어려운 문제가 있고, 적용 시에도 레이저를 반복적으로 조사하는 방식을 취하여야 하므로 가공 속도가 느려지는 문제점이 있다.
In order to minimize these effects, a method of repeatedly irradiating a relatively weak pulse laser output onto an object surface is known, but it is limited in solving problems such as surface irregularities or microcrack caused by resolidification. In addition, efficient high speed machining using high power laser performance is impossible. In addition, as a scribing method using a laser, a method of modifying the internal structure of the object by condensing a laser inside the object is known, but the existing method of making a cutting point or line therein by irradiating a laser in the vertical direction of the object surface As a method, there is a problem that is difficult to apply to a thick object, there is a problem that the processing speed is slowed because it should take a method of repeatedly irradiating a laser even when applied.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 스캐너 또는 폴리곤 미러(polygon mirror) 등을 이용해 레이저 빔을 공간상의 일정 구간을 반복적으로 움직이도록 스캔한 후, 대상물 표면에 대해 수직인 방향이 아닌 사각(tilted angle) 방향에서 대상물에 조사함으로써 고출력의 레이저 광원을 이용한 가공임에도 열변형이 적고, 가공 중인 부위에서 생성된 파티클이 빠져나가는 통로를 확보하여 재침착(resolidification)을 최대한 방지함으로써 가공 품질을 높이고 깊게 가공을 할 수 있는 레이저 가공 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to scan a laser beam repeatedly by moving a predetermined section in space using a scanner or a polygon mirror, and then, By irradiating the object in the direction of the tilted angle rather than the direction perpendicular to the direction, there is little heat deformation even in the process using a high-power laser light source, and secures a passage through which particles generated at the part being processed escapes to resolidification. It is to provide a laser processing method and apparatus that can improve the processing quality and deep processing by preventing as much as possible.

그리고, 사각(tilted angle) 방향에서 스캔된 레이저 빔을 대상물의 내부에 집광시켜 개질면을 만들어 줌으로써 빠른 속도로 대상물 내부에 절단 예정 면을 형성하여 두꺼운 대상물에서도 보다 향상된 절단 품질을 얻을 수 있는 레이저 가공 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
In addition, by focusing the laser beam scanned in the tilted angle to the inside of the object to create a modified surface to form a surface to be cut inside the object at a high speed laser processing that can obtain improved cutting quality even in thick objects A method and apparatus are provided.

먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 레이저 가공 방법은, (A) 레이저 빔을 스캔 시키는 단계; 및 (B) 대상물을 움직이면서 스캔 되는 상기 레이저 빔을 상기 대상물에 조사하는 단계를 포함하고, (B) 단계에서, 상기 대상물의 표면과 수직한 방향으로부터 일정 경사각을 갖는 사각(tilted angle) 방향에서 상기 레이저 빔을 상기 대상물에 조사하되, 상기 대상물의 깊이 방향으로 스캔되는 상기 레이저 빔이 상기 대상물을 지나는 상기 대상물의 깊이 방향의 해당 면을 가공하는 것을 특징으로 하는 방법1과, 상기 대상물의 표면과 평행한 방향으로 스캔되는 상기 레이저 빔이 상기 대상물을 지나는 상기 대상물의 표면과 평행한 방향의 해당 면을 가공하는 것을 특징으로 하는 방법2로 나눌 수 있다.First, to summarize the features of the present invention, a laser processing method according to an aspect of the present invention for achieving the above object of the present invention, (A) scanning a laser beam; And (B) irradiating the object with the laser beam scanned while moving the object, and in step (B), in the tilted angle direction having a predetermined inclination angle from a direction perpendicular to the surface of the object. And irradiating a laser beam to the object, wherein the laser beam scanned in the depth direction of the object processes a corresponding surface in the depth direction of the object passing through the object, and parallel to the surface of the object. The laser beam scanned in one direction can be divided into Method 2, characterized in that processing the corresponding surface in a direction parallel to the surface of the object passing through the object.

방법 1에서는 상기 대상물의 표면으로부터 반대 면까지 혹은 그 사이 임의의 지점까지 대상물을 제거 혹은 개질시켜 스크라이빙하거나 절단할 수도 있고, 상기 대상물의 표면으로부터 깊이 방향으로 일정 거리 떨어진 대상물 표면과 수직인 제1면을 개질시켜 추후 절단에 이용할 수 있으며, (A) 및 (B) 단계를 더 수행하여 상기 제1면으로부터 깊이 방향으로 일정 거리 떨어진 상기 대상물의 다른 하나 이상의 평행한 면을 더 개질시킬 수도 있다.In method 1, the object may be scribed or cut by removing or modifying the object from the surface of the object to the opposite side or any point therebetween, and being perpendicular to the surface of the object at a distance in the depth direction from the surface of the object. One surface may be modified to be used for later cutting, and steps (A) and (B) may be further performed to further modify one or more other parallel surfaces of the object away from the first surface by a predetermined distance. .

방법 2에서는 상기 대상물의 표면부터 일정 깊이까지의 대상물을 대상물 표면과 평행한 방향으로 제거하여 스크라이빙할 수도 있고, 상기 대상물의 표면으로부터 깊이 방향으로 일정 거리 떨어진 대상물 표면과 수평인 제 1면을 개질시킬 수 있으며, (A) 및 (B) 단계를 더 수행하여 상기 제1면으로부터 깊이 방향으로 일정 거리 떨어진 상기 대상물의 다른 하나 이상의 평행한 면을 더 개질시킬 수도 있다.In Method 2, the object from the surface to the predetermined depth may be removed and scribed in a direction parallel to the surface of the object, and the first surface parallel to the surface of the object spaced a predetermined distance from the surface of the object in a depth direction may be used. Modification may be performed, and steps (A) and (B) may be further performed to further modify one or more other parallel surfaces of the object spaced apart from the first surface by a predetermined distance.

또한, 본 발명의 다른 일면에 따른 레이저 가공 장치는, 레이저 빔을 발생시키는 레이저 발생 수단; 상기 레이저 발생 수단에서 발생된 레이저 빔을 스캔시키며 경로 변경을 위한 제1광학계; 및 상기 제1광학계에서 출사되는 레이저 빔을 집광하는 제2 광학계; 및 대상물을 고정하기 위한 스테이지를 포함하고, 상기 스테이지를 이송하여 상기 대상물을 움직이면서 상기 제2 광학계를 통해 스캔 되어 출사되는 상기 레이저 빔을 상기 대상물에 조사하되, 상기 대상물의 표면과 수직한 방향으로부터 일정 경사각을 갖는 사각(tilted angle) 방향에서 상기 레이저 빔을 상기 대상물에 조사하고, 상기 대상물의 깊이 방향 및 대상물의 표면과 수평인 방향으로 스캔 되는 상기 레이저 빔이 상기 대상물을 지나는 상기 대상물의 깊이 방향 및 대상물의 표면과 수평인 방향의 해당 면을 개질 시키는 것을 특징으로 한다.
In addition, the laser processing apparatus according to another aspect of the present invention, the laser generating means for generating a laser beam; A first optical system for scanning a laser beam generated by the laser generating means and changing a path; And a second optical system for condensing a laser beam emitted from the first optical system. And a stage for fixing an object, and irradiating the object with the laser beam scanned and output through the second optical system while moving the object by moving the stage, the target being fixed from a direction perpendicular to the surface of the object. The laser beam is irradiated to the object in a tilted angle with a tilted angle, and the laser beam scanned in the depth direction of the object and in a direction parallel to the surface of the object is in a depth direction of the object passing through the object, and It characterized by modifying the corresponding surface in the direction parallel to the surface of the object.

본 발명에 따른 레이저 가공 방법 및 장치에 따르면, 사각(tilted angle) 방향에서 스캔 되는 레이저 빔을 대상물에 조사함으로써 가공 시 생성되는 파티클이 빠져나가는 통로를 확보하여 재침착(resolidification)을 방지함으로써 가공 부위의 대상물을 효율적으로 제거할 수 있으므로 해서 절단 및 스크라이빙 가공 품질을 높일 수 있다.According to the laser processing method and apparatus according to the present invention, by irradiating an object with a laser beam scanned in a tilted angle direction to ensure the passage of the particles generated during processing to prevent resolidification (processing site) It is possible to efficiently remove the object, so that the quality of cutting and scribing can be improved.

그리고, 사각(tilted angle) 방향에서 스캔된 레이저 빔을 대상물의 내부에 집광시켜 개질면을 만들어 줌으로써 두꺼운 대상물도 쉽게 절단 할 수 있는 절단 예정 면을 형성하여 절단에 응용할 수 있다.
In addition, by condensing the laser beam scanned in a tilted angle to the inside of the object to create a modified surface, it is possible to form a cutting plan surface that can easily cut a thick object and apply it to cutting.

도 1은 종래의 가공물의 표면에 수직방향으로 레이저 광원을 입사시킨 가공의 결과를 나타내는 사진이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 가공 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 폴리곤 미러 사용 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 표면부터 깊이 방향으로의 레이저 가공 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 깊이 방향으로의 대상물 내부 개질을 통한 절단 예정 면의 형성을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 깊이 방향으로의 대상물 내부에 개질을 통한 다층의 절단 예정 면 형성을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 다층의 절단 예정 면 형성시 스크라이빙 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따라 대상물 내부에 형성되는 개질면의 사이즈를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 대상물 표면과 평행한 방향으로의 레이저 가공 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 대상물 표면과 평행한 방향으로의 대상물 내부 개질을 통한 절단 예정 면의 형성을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 가공 방식의 다른 사용 예를 설명하기 위한 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a photograph which shows the result of the process which made the laser light source inject in the perpendicular direction to the surface of the conventional workpiece.
2 is a view for explaining a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining a polygon mirror using method according to an embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining a laser processing method from the surface to the depth direction according to an embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining the formation of the cutting plan surface by modifying the inside of the object in the depth direction according to an embodiment of the present invention.
6 is a view for explaining the formation of a multi-layered cutting plan surface through the modification inside the object in the depth direction according to an embodiment of the present invention.
7 is a view for explaining a scribing result when forming a multi-layered cutting plan surface according to an embodiment of the present invention.
8 is a view for explaining the size of the modified surface formed in the object according to an embodiment of the present invention.
9 is a view for explaining a laser processing method in a direction parallel to the surface of the object according to an embodiment of the present invention.
10 is a view for explaining the formation of the cutting plan surface through the internal modification of the object in a direction parallel to the surface of the object according to an embodiment of the present invention.
11 is a view for explaining another use example of the laser processing method according to an embodiment of the present invention.

이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to the like elements throughout.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 가공 장치(100)를 설명하기 위한 도면이다.2 is a view for explaining the laser processing apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 가공 장치(100)는, 레이저 장치(110)와, 제1미러(120a), 제2미러(120b), 및 제3미러(120c)를 포함한 제1 광학계(120)와, 제2 광학계(130), 및 제어장치(140)를 포함한다. 이외에도 레이저 가공 장치(100)는, 가공 대상물(10)을 고정시키기 위한 스테이지를 포함하며, 제어장치(140)의 제어 신호에 따라 스테이지를 이송시켜 대상물(10)이 가공될 위치로 움직이도록 할 수 있다. 도면에는 도시하지 않았지만, 레이저 가공 장치(100)는 가공중 발생하는 파티클을 블로윙하기 위한 에어 블로워(air blower)나 파티클을 수집하기 위한 석션(suction) 장치 등 가공의 품질과 속도를 높이기 위한 부가적인 기능을 수행하는 장치들을 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the laser processing apparatus 100 according to the exemplary embodiment of the present invention may include a laser device 110, a first mirror 120a, a second mirror 120b, and a third mirror 120c. It includes a first optical system 120, a second optical system 130, and a control device 140 including. In addition, the laser processing apparatus 100 may include a stage for fixing the object 10, and may move the stage according to a control signal of the controller 140 to move the object 10 to a position to be processed. have. Although not shown in the drawings, the laser processing apparatus 100 may additionally increase the quality and speed of processing, such as an air blower for blowing particles generated during processing or a suction device for collecting particles. The apparatus may further include a device performing a function.

가공 대상물(10)은 실리콘 웨이퍼, 화합물 반도체 웨이퍼, 세라믹 반도체 기판, 사파이어 기판, 금속 및 유리 기판, 및 각종 유기물을 포함한 모든 고형상의 재료가 가공 대상물(10)일 수 있다.The object to be processed 10 may be any object of the solid material including a silicon wafer, a compound semiconductor wafer, a ceramic semiconductor substrate, a sapphire substrate, a metal and a glass substrate, and various organic materials.

레이저 장치(110)는 연속으로 발진하는 레이저 빔을 발생시키거나 피크 파워가 수십 킬로와트 이상의 나노 세컨드(nanosecond), 피코 세컨드(pico second), 또는 펨토 세컨드(femto second) 급의 짧은 조사 시간을 갖는 펄스 빔을 발생시킬 수 있는 장치로, 가공자는 제어장치(140)를 조절하여 레이저 장치(110)가 적절한 파워 및 파장의 레이저 빔을 발생하도록 할 수 있다.The laser device 110 generates a laser beam that oscillates continuously or has a pulse with a short irradiation time of nanosecond, pico second, or femto second of peak power of several tens of kilowatts or more. As a device capable of generating a beam, a processor may adjust the controller 140 to cause the laser device 110 to generate a laser beam of appropriate power and wavelength.

레이저 빔을 왕복 스캔 하는 구동부(예, 스캐너)는 레이저 가공 장치 (100)의 어느 부분에 장치할 수 있으나, 도 2에서의 제 1미러 (120a), 제 2 미러 (120b) 혹은 제 3 미러 (120c)를 스캐너로 구성하거나, 하기하는 바와 같이(도 3 참조), 제 1미러 (120a), 제 2 미러 (120b) 혹은 제3미러(120c)를 액츄에이터(120f) 혹은 모터에 의해 구동되는 폴리곤(polygon) 미러(120e)로 구성할 수 있다. 여기서, 스캐너에 필요한 미러와 폴리곤 미러는 광학 렌즈나 프리즘 등으로 다른 광학계로 대체될 수 있으며, 필요에 따라 레이저 빔의 경로를 바꿔주기 위한 다른 광학 수단으로 대체될 수도 있다.A driver (eg, a scanner) for reciprocating scanning of the laser beam may be installed in any part of the laser processing apparatus 100, but the first mirror 120a, the second mirror 120b or the third mirror ( The polygon which drives the first mirror 120a, the second mirror 120b or the third mirror 120c by the actuator 120f or the motor as shown in FIG. (polygon) mirror 120e. Here, the mirror and the polygon mirror required for the scanner may be replaced by another optical system, such as an optical lens or a prism, and may be replaced by other optical means for changing the path of the laser beam as needed.

제어장치(140)는 제어 신호를 발생시켜 스테이지를 이송시킴으로써 대상물(10)이 가공될 위치로 움직이도록 할 수 있을 뿐만 아니라, 대상물(10) 위의 지지대에 장착된 광학계 스테이지에서 제1 광학계(120) 또는 제2 광학계(130)가 움직여 대상물(10) 가공 위치로 이동하도록 제어할 수 있다. 또한, 제어장치(140)는 제1 광학계(120)의 각 미러들의 각도 조절이나 제2 광학계(130)의 각도 또는 포커싱(focusing) 위치 등을 조절할 수 있다.The control device 140 may not only move the object 10 to the position to be processed by generating a control signal and transferring the stage, but also the first optical system 120 in the optical system stage mounted on the support on the object 10. Alternatively, the second optical system 130 may be moved to move to the processing position of the object 10. In addition, the controller 140 may adjust the angle of each mirror of the first optical system 120, the angle of the second optical system 130, or a focusing position.

제1미러(120a), 제2미러(120b), 및 제3미러(120c)는 위와 같이 레이저 빔의 경로를 변경하여 제2 광학계(130)로 출사시킨다. 제2 광학계(130)는 입사되는 레이저 빔을 집광하여 대상물(10)로 조사한다.The first mirror 120a, the second mirror 120b, and the third mirror 120c change the path of the laser beam as described above and emit the light to the second optical system 130. The second optical system 130 collects the incident laser beam and irradiates the object 10.

제어장치(140)는 스캐너를 제어하여 스캐너 미러가 일정한 주기 및 각도로 왕복 운동하도록 제어할 수 있고, 액츄에이터(120f) 또는 모터를 제어하여 복수의 반사면을 갖는 폴리곤 미러(120e)가 일정 속도로 회전하도록 제어할 수 있다. 이에 따라 제 1광학계 (120)를 통해 입사된 레이저 빔을 반사시켜 일정 폭 내에서 레이저 빔이 반복적으로 왕복 스캔되어 출사되도록 할 수 있다. 제2 광학계(130)는 폴리곤 미러(120e)로부터 입사되는 스캔된 레이저 빔을 집광하여 대상물(10)로 조사할 수 있다. 여기서, 폴리곤 미러(120e)는 수개 혹은 수십 수백 개의 옆면을 갖는 다각 기둥 형태일 수 있고, 스캔 폭에 따라 적절한 면수를 갖는 미러가 사용될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며 폴리곤 미러(120e) 대신에 액츄에이터(120f) 또는 모터에 의해 상하로 움직이는 다른 미러링 수단 등 다른 광학계가 사용될 수도 있다.The controller 140 may control the scanner to control the scanner mirror to reciprocate at a constant period and angle, and the actuator 120f or the motor to control the polygon mirror 120e having a plurality of reflective surfaces at a constant speed. It can be controlled to rotate. Accordingly, the laser beam incident through the first optical system 120 may be reflected so that the laser beam may be repeatedly reciprocally scanned and output within a predetermined width. The second optical system 130 may focus the scanned laser beam incident from the polygon mirror 120e and irradiate the object 10. Here, the polygon mirror 120e may be in the form of a polygonal column having several or tens or hundreds of side surfaces, and a mirror having an appropriate surface number may be used according to the scan width. However, the present invention is not limited thereto, and instead of the polygon mirror 120e, other optical systems such as the actuator 120f or other mirroring means moving up and down by a motor may be used.

이와 같이, 본 발명에서는 스캐너 또는 폴리곤 미러(120e)를 이용해 레이저 빔을 왕복 스캔(흔들어 줌)하면서, 스테이지 상에서 움직이는 대상물(10)에 조사하여 대상물(10)을 스크라이빙하거나 절단할 수 있다. As described above, according to the present invention, the object 10 may be scribed or cut by irradiating the object 10 moving on the stage while reciprocating scanning (shaking) the laser beam using the scanner or the polygon mirror 120e.

예를 들어, 도 4의 (A)와 같이 대상물(10)을 좌에서 우로 절단하려는 경우에, 도 4의 (B)와 같이 스테이지를 이송하여 대상물(10)이 좌에서 우로 움직이도록 하며, 스캔된 레이저 빔이 제2 광학계(130)를 통해 대상물(10)에 집광되어 조사되도록 한다. 특히, 제2 광학계(130)의 각도가 제어장치(140)에 의해 적절히 설정되어, 제2 광학계(130)에서 출사되는 레이저 빔은 대상물(10)의 표면과 수직한 방향으로부터 일정 경사각을 갖는 사각(tilted angle) 방향에서 대상물(10)에 조사되며, 이에 따라 대상물(10)의 깊이 방향으로 스캔되는 제2 광학계(130)로부터의 레이저 빔이 대상물(10)을 지나는 대상물(10)의 깊이 방향의 해당 면(표면으로부터 반대 면까지 혹은 그 사이 임의의 지점까지)을 개질시켜서 스크라이빙하거나 절단할 수 있다. 대상물(10)의 깊이 방향으로 스캔되는 제2 광학계(130)로부터의 레이저 빔이 대상물(10)의 표면으로부터 깊이 방향으로 반대면까지 개질시켜 스크라이빙함으로써 후속 브레이킹 공정에서 절단될 수 있으며, 좀 더 높은 파워의 레이저를 사용하거나 개질 폭을 넓혀서 후속 브레이킹 공정 없이 바로 대상물(10)의 표면으로부터 깊이 방향으로 반대면까지 개질시켜 대상물(10)이 절단되도록 할 수도 있다. 이와 같이 대상물(10)의 표면으로부터 깊이 방향으로 반대면까지 개질시키는 경우는, 실리콘 웨이퍼, 화합물 반도체 웨이퍼 등 비교적 얇은 두께, 예를 들어, 수백 마이크로미터 이내의 대상물을 가공하는 경우에 적합하다.For example, when the object 10 is to be cut from left to right as shown in FIG. 4A, the object is moved from left to right by moving the stage as shown in FIG. 4B, and scanning is performed. The laser beam is focused on and irradiated to the object 10 through the second optical system 130. In particular, the angle of the second optical system 130 is appropriately set by the controller 140, so that the laser beam emitted from the second optical system 130 has a square angle having a predetermined inclination angle from the direction perpendicular to the surface of the object 10. The laser beam from the second optical system 130 that is irradiated onto the object 10 in the tilted angle direction and thus scanned in the depth direction of the object 10 passes through the object 10 in the depth direction of the object 10. The corresponding side of the surface (from the surface to the opposite side or to any point in between) can be modified to scribe or cut. The laser beam from the second optical system 130 scanned in the depth direction of the object 10 may be cut in a subsequent braking process by modifying and scribing from the surface of the object 10 to the opposite surface in the depth direction. A higher power laser may be used or the modification width may be widened to modify the object 10 directly from the surface of the object 10 to the opposite side in the depth direction without a subsequent braking process. As described above, the case where the object 10 is modified from the surface of the object to the opposite surface in the depth direction is suitable for processing an object having a relatively thin thickness such as a silicon wafer or a compound semiconductor wafer, for example, several hundred micrometers.

이와 같이 사각(tilted angle) 방향에서 레이저 빔을 대상물(10)에 조사하여 가공할 경우 파티클이 빠져나가는 통로를 확보하여 재침착(resolidification)을 방지함으로써 표면 요철이나 마이크로 크랙(microcrack) 등 없이 가공 품질이 우수한 대상물을 확보할 수 있다. 즉, 도 4의 (B)와 같이 대상물(10)의 좌측 끝에서부터 대상물(10)의 깊이 방향으로 레이저 빔을 조사해 나갈 때, 모서리 부분의 하나의 층이 먼저 개질 또는 절삭되고, 레이저 빔이 만드는 다음 개질층이 순차로 개질 또는 절삭되면서, 이전에 만들어진 개질 또는 절삭 부분의 공간이 파티클이 빠져나가는 통로로 작용하여 파티클이 재침착(resolidification)됨을 저하시킬 수 있다. 이때, 대상물(10)을 가공하는 동안 위에서 언급한 에어 블로워나 석션 장치를 이용하여 대상물(10)에서 발생하는 파티클을 블로윙하거나 흡입하여 재침착(resolidification)을 더욱 방지할 수 있다.When the laser beam is irradiated to the object 10 in the tilted angle direction as described above, the passage of the particles is secured to prevent resolidification so that the quality of the process is eliminated without surface irregularities or microcracks. This excellent object can be secured. That is, when irradiating a laser beam in the depth direction of the object 10 from the left end of the object 10 as shown in FIG. 4B, one layer of the corner portion is first modified or cut, and the laser beam As the next reformed layer is subsequently modified or cut, the space of the previously modified or cut portion can act as a passage through which the particles exit, reducing the resolidification of the particles. At this time, while processing the object 10 it is possible to further prevent resolidification by blowing or suctioning particles generated in the object 10 by using the above-mentioned air blower or suction device.

다른 가공의 예로서, 도 5를 참조하면, 절단 예정인 표면상의 위치에서 수직으로 일정부분 가공 대상물의 내부에 위치한 부분에 레이저 빔을 집속시키는 경우, 대상물의 표면에는 집속되지 않은 레이저 빔으로 인하여 개질 되지 않으나, 레이저 빔이 집속되는 지점에 개질이 일어나게 되며, 스캔되는 레이저 빔의 경우에는 표면상의 절단 위치와 평행인 절단 예정 면을 형성할 수 있다. 이러한 절단 예정면의 형성은 절단 예정 선이나 점의 형태로 가공하는 기존의 가공법에 비하여 가공 후 브레이킹 공정으로 절단 시, 의도된 방향으로의 절단이 잘되도록 하여 가공 품질을 향상시킬 수 있다. 특히 이러한 방법은 가공 대상물의 두께가 두꺼워질수록 효과적이며, 레이저 빔이 스캔되어지는 구간의 길이를 변화시키면서 가공 대상물의 두께에 따른 최적의 개질면 폭을 적용할 수 있으며, 가공물의 두께가 매우 두꺼운 경우에는 도 6에서 나타낸 것과 같이 평행한 복수개의 절단 예정면을 구성하는 것도 가능하다.As another example of processing, referring to FIG. 5, when the laser beam is focused on a portion located inside the object vertically at a position on the surface to be cut, the laser beam is not modified on the surface of the object due to unfocused laser beam. However, the modification occurs at the point where the laser beam is focused, and in the case of the laser beam to be scanned, it is possible to form a cutting plan surface parallel to the cutting position on the surface. The formation of the cutting plan surface may improve the processing quality by cutting in the intended direction when cutting by the breaking process after the processing compared to the conventional machining method in the form of cutting lines or points. In particular, this method is more effective when the thickness of the workpiece is thicker, and the optimum modified surface width according to the thickness of the workpiece can be applied while changing the length of the section where the laser beam is scanned, and the thickness of the workpiece is very thick. In this case, as shown in FIG. 6, it is also possible to comprise a plurality of parallel cutting plan surfaces.

예를 들어, 제2 광학계(130)의 포커싱이 제어장치(140)에 의해 적절히 설정되어, 제2 광학계(130)에서 출사되는 레이저 빔은 대상물(10)의 표면으로부터 깊이 방향으로 일정 거리 떨어진 면을 개질시킬 수 있다. 도 7과 같이 대상물(10)의 내부에 서로 일정 거리 떨어진 개질면을 2개, 3개 등 그 두께에 따라 복수회 형성하는 것도 가능하다. 예를 들어, 1000마이크로미터 두께의 대상물(10) 내부에 200마이크로미터 등 떨어진 2개의 개질면을 형성할 수 있으며 각각의 개질면은 높이가 200 마이크로미터 등일 수 있다.For example, the focusing of the second optical system 130 is appropriately set by the controller 140 so that the laser beam emitted from the second optical system 130 is spaced a predetermined distance away from the surface of the object 10 in the depth direction. Can be modified. As shown in FIG. 7, two or three modified surfaces spaced apart from each other by a predetermined distance may be formed in the object 10 in a plurality of times. For example, two modified surfaces, such as 200 micrometers apart, may be formed inside the object 10 having a thickness of 1000 micrometers, and each modified surface may have a height of 200 micrometers or the like.

즉, 도 5와 같이 제2 광학계(130)에서 출사되는 레이저 빔은 대상물(10) 표면과 수직한 방향으로부터 일정 경사각을 갖는 사각(tilted angle) 방향에서 대상물(10)에 조사되며, 이에 따라 대상물(10)의 깊이 방향으로 스캔되는 제2 광학계(130)로부터의 레이저 빔이 대상물(10)을 지나는 대상물(10)의 표면으로부터 깊이 방향으로 일정 거리 떨어진 면을 개질시켜 나간다. 이때, 펄스 레이저를 이용할 경우 하나의 레이저 펄스가 개질시키는 개질점의 크기는 내부에 조사된 펄스 레이저의 집광 크기에 의해 결정될 수 있으며, 대상물(10)이 움직이고 펄스 레이저가 흔들림에 따라 각 개질점이 우상(right up) 방향, 우하(right down) 방향으로 반복되어 형성되며, 레이저 펄스의 스캔 방식에 따라 우상(right up) 방향, 우하(right down) 방향에서 각각 형성되는 개질점들의 개수는 2개 이상 복수개이고 이에 따라 하나의 개질점이 갖는 높이 보다 큰 높이를 갖는 개질면이 대상물(10) 내부에 형성될 수 있다 (도 8). 이와 같이 후막 대상물(10)에 대하여 내부에 빠른 속도로 개질면을 형성할 수 있으며, 충분한 레이저 파워로 형성된 개질면에 의해 브레이킹 공정에서 크랙 등의 발생없이 우수한 가공 품질을 얻을 수 있다.That is, as shown in FIG. 5, the laser beam emitted from the second optical system 130 is irradiated onto the object 10 in a tilted angle direction having a predetermined inclination angle from the direction perpendicular to the surface of the object 10. The laser beam from the second optical system 130 scanned in the depth direction of (10) modifies the surface away from the surface of the object 10 passing through the object 10 by a predetermined distance in the depth direction. In this case, when the pulse laser is used, the size of the reforming point modified by one laser pulse may be determined by the condensing size of the pulse laser irradiated therein. As the object 10 moves and the pulse laser is shaken, each modification point may have an idol. (right up), it is formed repeatedly in the right (down) direction, depending on the laser pulse scanning method of the number of reforming points formed in the right up (right down) direction, right down (right down), respectively two or more Thus, a plurality of modified surfaces having a height greater than a height having one modification point may be formed inside the object 10 (FIG. 8). Thus, the modified surface can be formed inside the thick film object 10 at a high speed. The modified surface formed with sufficient laser power can provide excellent processing quality without generation of cracks in the braking process.

가공 대상물(10)의 표면에 수직한 방향으로의 면 가공 뿐 아니라, 가공 대상물(10) 표면과 평행한 방향의 면을 가공하는 방법이 가능하며 이와 같은 가공 방법의 한 예가 도 9 및 도 10에 나타나 있다. 레이저 빔 스캔의 방향을 가공 대상물(10) 표면과 평행한 방향으로 한 후, 레이저 빔을 가공 대상물(10) 표면 혹은 표면으로부터 일정 깊이의 내부에 초점이 맺히도록 집속시키면, 가공 대상물(10)의 표면과 평행한 일정폭(레이저 스캔 폭)의 가공면 혹은 개질면이 형성될 수 있다. 세라믹 반도체 기판, 사파이어 기판, 금속기판 및 유리 기판 등 비교적 두꺼운 두께, 예를 들어, 1000 마이크로미터 이상의 후막 대상물의 경우에는 이러한 공정을 사용하여 이를 전 가공 대상물 표면에 확대할 경우 반도체나 LED 제조 공정에서 쓰이는 백그라인딩(Back grinding) 공정을 대치할 수 있는 가공 대상물의 두께를 조절할 수 있는 가공이 가능하다. 도 9 또는 도 10과 같은 방법이 백그라인딩 공정에 이용될 수 있는 예를 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 경우에 따라서는 도 9 또는 도 10과 같이 가공 대상물(10) 표면이나 표면으로부터 일정 깊이의 내부에 하나 또는 복수로 표면과 평행한 개질면을 형성하여 가공 대상물(10)을 스크라이빙 또는 절단을 할 수도 있을 것이다. In addition to the surface processing in the direction perpendicular to the surface of the object 10, a method of processing the surface in a direction parallel to the surface of the object 10 is possible, and one example of such a processing method is illustrated in FIGS. 9 and 10. Is shown. After the direction of the laser beam scan is set in a direction parallel to the surface of the object 10, the laser beam is focused so as to focus on the surface of the object 10 or the inside of the object 10 at a predetermined depth. A machined or modified surface of constant width (laser scan width) parallel to the surface can be formed. In the case of thick film objects such as ceramic semiconductor substrates, sapphire substrates, metal substrates and glass substrates, for example, 1000 micrometers or more thick films, such processes may be used to expand the surface of a pre-processed object in a semiconductor or LED manufacturing process. It is possible to control the thickness of the object to be replaced to replace the back grinding process. An example in which the method of FIG. 9 or FIG. 10 may be used in the backgrinding process has been described, but is not limited thereto. In some cases, as shown in FIG. 9 or FIG. 10, a predetermined depth from the surface or surface of the object 10 may be used. It is also possible to scribe or cut the object to be processed 10 by forming a modified surface parallel to the surface in one or a plurality of inside.

위와 같이 대상물(10)의 깊이 방향으로 스캔되는 제2 광학계(130)로부터의 레이저 빔이 대상물(10)의 표면으로부터 깊이 방향이나 표면과 평행한 방향으로 개질시킬 수도 있지만(도 4, 도 5, 도 6, 도 9, 도 10), 대상물(10)의 일부 영역에 관통홀을 형성하거나(도 11의 (A)), 대상물(10)의 일부 영역에 표면으로부터 일정 깊이까지 트렌치(trench)를 형성하는 것도 가능하다(도 11의 (B)). 레이저의 특성상 관통홀이나 트렌치의 최소 직경이나 폭은 수 마이크로미터 내지 수십 마이크로미터 이내로도 가공이 가능하다. 이때에도 사각(tilted angle) 방향에서 레이저 빔을 대상물(10)에 조사하여 파티클이 빠져나가는 통로를 확보하여 재침착(resolidification)을 방지함으로써 표면 요철이나 마이크로 크랙(microcrack) 등 없이 가공 품질이 우수한 대상물을 확보할 수 있다.Although the laser beam from the second optical system 130 scanned in the depth direction of the object 10 as described above may be modified from the surface of the object 10 in a depth direction or in a direction parallel to the surface (FIGS. 4 and 5, 6, 9, and 10), through-holes are formed in some regions of the object 10 (FIG. 11A), or trenches are formed in some regions of the object 10 from a surface to a predetermined depth. It is also possible to form (FIG. 11B). Due to the nature of lasers, the minimum diameter and width of through-holes and trenches can be processed to within a few micrometers to tens of micrometers. In this case, the laser beam is irradiated to the object 10 in a tilted angle to secure a passage through which the particles escape, thereby preventing resolidification, thereby preventing the surface from having irregularities or microcracks. Can be secured.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.As described above, the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, but the present invention is not limited to the above embodiments, and those skilled in the art to which the present invention pertains various modifications and variations from such descriptions. This is possible. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined not only by the claims below but also by the equivalents of the claims.

100: 레이저 가공 장치
110: 레이저 장치
120a, 120b, 120c: 제1 광학계
130: 제2 광학계
140: 제어장치
120e: 폴리곤 미러
120f: 액츄에이터 100: laser processing device
110: laser device
120a, 120b, 120c: first optical system
130: second optical system
140: controller
120e: polygon mirror
120f: actuator

Claims

(A) scanning a laser beam; And
(B) irradiating the object with the laser beam scanned while moving the object,
In step (B), the laser beam is irradiated to the object in a tilted direction having a predetermined inclination angle from a direction perpendicular to the surface of the object, wherein the laser beam scanned in the depth direction of the object is the object Laser processing method characterized in that to modify the corresponding surface in the depth direction of the object passing through.

(A) scanning a laser beam; And
(B) irradiating the object with the laser beam scanned while moving the object,
In step (B), the laser beam is irradiated to the object in a tilted direction having a predetermined inclination angle from a direction perpendicular to the surface of the object, the laser beam is scanned in a direction parallel to the surface of the object Laser processing method characterized in that to modify the surface in the direction parallel to the surface of the object passing through the object.

The method of claim 1,
And cutting the object by removing the object from the surface to the opposite surface of the object.

The method of claim 1,
And scribe to remove the object from the surface of the object to any point between the surface and the opposite surface.

The method according to claim 1 or 2,
A method for laser processing, characterized in that for scribing by modifying the first surface separated from the surface of the object in a depth direction.

The method of claim 5,
And further performing steps (A) and (B) to further modify at least one other surface of the object spaced apart from the first surface in a depth direction.

The method according to claim 1 or 2,
The laser processing method of claim 1, wherein the laser beam generated by the laser device is scanned by using a scanning means or a mirroring means and emitted, and the laser beam is collected by an optical system and irradiated onto the object.

The method of claim 7, wherein
And said scanning means or mirroring means is a polygon mirror.

Laser generating means for generating a laser beam; Scanning means for scanning a laser beam generated by said laser generating means; A first optical system for changing a path of the scanned laser beam; And a second optical system for condensing a laser beam emitted from the first optical system. And a stage for fixing the object,
While irradiating the laser beam emitted and scanned through the second optical system while moving the object by moving the stage, the object in a tilted angle direction having a predetermined inclination angle from a direction perpendicular to the surface of the object And a laser beam irradiated to the object, and the laser beam scanned in the depth direction of the object modifies a corresponding surface in the depth direction of the object passing through the object.

Laser generating means for generating a laser beam; A first optical system for changing a path of the laser beam; Mirroring means for scanning a laser beam emitted from said first optical system; And a second optical system for condensing the laser beam emitted from the mirroring means. And a stage for fixing the object,
While irradiating the laser beam emitted and scanned through the second optical system while moving the object by moving the stage, the object in a tilted angle direction having a predetermined inclination angle from a direction perpendicular to the surface of the object And a laser beam irradiated to the object, and the laser beam scanned in the depth direction of the object modifies a corresponding surface in the depth direction of the object passing through the object.

The method of claim 9 or 10,
Laser processing apparatus for cutting by removing the object from the surface of the object to the opposite surface.

The method of claim 9 or 10,
And scribe to remove and scribe the object from the surface of the object to any point between the surface and the opposite surface.

The method of claim 9 or 10,
Laser processing apparatus for scribing by modifying the surface away from the surface of the target by a predetermined distance in the depth direction.

The method of claim 13,
And at least one other surface located at a different depth from the surface in addition to the modified one surface at a predetermined distance away from the surface of the object in a depth direction.

Laser generating means for generating a laser beam; Scanning means for scanning a laser beam generated by said laser generating means; A first optical system for changing a path of the scanned laser beam; And a second optical system for condensing a laser beam emitted from the first optical system. And a stage for fixing the object,
While irradiating the laser beam emitted and scanned through the second optical system while moving the object by moving the stage, the object in a tilted angle direction having a predetermined inclination angle from a direction perpendicular to the surface of the object And a laser beam irradiated to the object, and the laser beam scanned in a direction parallel to the surface of the object modifies a corresponding surface in a direction parallel to the surface of the object passing through the object.

Laser generating means for generating a laser beam; A first optical system for changing a path of the laser beam; Mirroring means for scanning a laser beam emitted from said first optical system; And a second optical system for condensing the laser beam emitted from the mirroring means. And a stage for fixing the object,
While irradiating the laser beam emitted and scanned through the second optical system while moving the object by moving the stage, the object in a tilted angle direction having a predetermined inclination angle from a direction perpendicular to the surface of the object And a laser beam irradiated to the object, and the laser beam scanned in a direction parallel to the surface of the object modifies a corresponding surface in a direction parallel to the surface of the object passing through the object.

The method according to claim 10 or 16,
And said mirroring means is a polygon mirror for scanning a laser beam through a plurality of rotating reflecting surfaces.