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KR101247280B1 - 다중 빔 사이에서 발생되는 ｖ-형상의 미세-크랙을 이용한 레이저 백-랩핑 장치 및 방법 - Google Patents

다중 빔 사이에서 발생되는 ｖ-형상의 미세-크랙을 이용한 레이저 백-랩핑 장치 및 방법 Download PDF

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KR101247280B1
KR101247280B1 KR1020110069493A KR20110069493A KR101247280B1 KR 101247280 B1 KR101247280 B1 KR 101247280B1 KR 1020110069493 A KR1020110069493 A KR 1020110069493A KR 20110069493 A KR20110069493 A KR 20110069493A KR 101247280 B1 KR101247280 B1 KR 101247280B1
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김남성
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주식회사 이오테크닉스
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Abstract

개시된 레이저 백-랩핑 방법은, 복수의 레이저 빔을 가공 대상물의 내부의 동일한 평면 내에 서로 이격되게 집속하여 복수의 집광점을 형성하고, 이 복수의 집광점 사이에 V-형상의 미세 크랙을 발생시킨다. 복수의 레이저 빔과 가공 대상물 중 적어도 하나를 가공 방향으로 상대 이동시켜 가공 대상물의 내부에 V-형상의 미세 크랙에 의한 분리 면을 형성한다.

Description

다중 빔 사이에서 발생되는 Ｖ-형상의 미세-크랙을 이용한 레이저 백-랩핑 장치 및 방법{Laser back-lapping apparatus and method using intra-beam V-shaped micro-crack}
본 발명은 레이저를 이용한 백-랩핑 장치 및 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 가공 대상물의 내부에 조사되는 다중 빔 사이에서 발생되는 V-형상의 미세 크랙을 이용한 레이저 백-랩핑 장치 및 방법에 관한 것이다.
예를 들어 발광 다이오드(LED: light emitting diode)등의 반도체 소자는 웨이퍼 상에 반도체 물질층 및 전극물질층을 형성함으로써 제조된다. 제조된 반도체 소자는 패키징 공정을 거치게 되는데, 이 공정에는 기판으로 사용되는 웨이퍼의 두께를 줄이기 위하여 이면을 연마하는 연마 공정이 포함된다. 이 연마 공정을 백-랩(back lap) 공정 또는 백-그라인드(back-grind) 공정이라 한다.
연마 공정은 회전되는 다이아몬드 휠을 이용한 기계적 연마방식이 채용될 수 있다. 기계적 연마는 고속 회전되는 다이어몬드 휠과 웨이퍼와의 마찰열을 수반하며, 이 열에 의하여 웨이퍼가 휘어지거나 표면에 형성된 반도체 소자를 손상시킬 수 있다. 또한, 기계적 연마 과정에서 발생되는 파편은 반도체 소자의 전기적, 물리적 손상을 유발할 수 있다.
근래에는 이러한 기계적 연마의 문제점을 해결하기 위하여 레이저 빔을 웨이퍼의 내부에 집광시켜 분리면을 형성하여 웨이퍼를 두께 방향으로 분리하는 방안이 연구되고 있다.
본 발명은 백-랩핑 과정에서 데브리(debris)의 발생이 적고 분리 특성이 유수하며 고속 연마가 가능한 레이저 백-랩핑 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 레이저 백-랩핑 방법은, 복수의 레이저 빔을 가공 대상물의 내부의 동일한 평면 내에 서로 이격되게 집속하여 복수의 집광점을 형성하는 단계; 상기 복수의 집광점 사이에 V-형상의 미세 크랙을 발생시키는 단계; 및 상기 복수의 레이저 빔과 상기 가공 대상물 중 적어도 하나를 가공 방향으로 상대 이동시켜 상기 가공 대상물의 내부에 상기 V-형상의 미세 크랙에 의한 분리 면을 형성하는 단계;를 포함한다.
상기 V-형상의 미세 크랙은 분리 면에 대하여 수직한 방향으로 절개된 콘(corn) 형상일 수 있다.
상기 복수의 집광점은 상기 가공 방향과 상기 가공 방향과 교차되는 방향 중 적어도 한 방향으로 배열될 수 있다.
상기 레이저 빔은 펄스 레이저 빔일 수 있다. 상기 펄스 레이저 빔의 펄스 폭은 1 마이크로 초 이내일 수 있다.
상기 가공 대상물은 결정성 재료이며, 상기 펄스 레이저 빔의 펄스 강도는 상기 결정을 용융시켜 그레뉼러 형태로 변형시킬 수 있는 강도를 갖도록 결정될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 레이저 백-랩핑 장치는, 가공 대상물이 탑재되는 테이블; 적어도 두 개의 레이저 빔을 방출하는 광원 유닛; 상기 적어도 두 개의 레이저 빔을 상기 가공 대상물의 내부의 동일한 평면 내의 서로 이격된 위치에 집광시키는 집속 렌즈;를 포함하여, 상기 적어도 두 개의 레이저 빔에 의한 상기 가공 대상물 내부의 집광점들 사이에 V-형상의 미세 크랙을 형성하고, 상기 레이저 빔과 상기 가공 대상물 중 적어도 하나를 가공 방향으로 상대 이동시켜 상기 가공 대상물의 내부에 상기 V-형상의 미세 크랙에 의한 분리 면을 형성한다.
상기 V-형상의 미세 크랙은 분리 면에 대하여 수직한 방향으로 절개된 콘(corn) 형상일 수 있다.,
상기 집광점들은 상기 가공 방향과 상기 가공 방향과 교차되는 방향 중 적어도 한 방향으로 배열될 수 있다.
상기 광원 유닛은, 레이저 빔을 방출하는 광원; 상기 레이저 빔을 복수의 레이저 빔으로 분리하는 광분리기;를 포함할 수 있다.
상기 레이저 빔은 펄스 레이저 빔일 수 있다. 상기 펄스 레이저 빔의 펄스 폭은 1 마이크로 초 이내일 수 있다.
상기 가공 대상물은 결정성 재료이며, 상기 펄스 레이저 빔의 펄스 강도는 상기 결정을 용융시켜 그레뉼러 형태로 변형시킬 수 있는 강도를 갖도록 결정될 수 있다.
본 발명에 따른 레이저 백-랩핑 장치 및 방법에 의하면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 다중 레이저 빔을 이용하여 수평 방향의 응력이 존재하는 다중 빔에 의한 V-자 형상의 미세 크랙에 의한 분리 면을 형성함으로써 열 영향이 거의 없는 백-랩핑이 가능하다.
둘째, 단일 빔에 의한 수직 크랙을 형성하는 종래의 방법에 비하여 우수한 품질의 분리 면면을 형성할 수 있다.
셋째, 미세 크랙 간의 간격을 종래의 방법에 비하여 넓게 할 수 있으므로 빠른 가공 속도의 실현이 가능하다.
넷째, 수평 응력에 의하여 용이하게 크랙이 수평방향으로 전파되므로 용이한 분리가 가능하다.
다섯째, 외력에 의하여 쉽게 분리되므로 분리과정에서 데브리(debris)의 발생이 적은 백-랩 가공이 가능하다.
여섯째, 데브리가 적게 발생되므로, 가공 대상물로서 반도체 소자가 형성된 기판을 분리는 경우에 분리 시에 발생되는 미세 파편 등의 이물질에 의한 반도체 소자의 불량을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 레이저 백-랩핑 방법의 일 실시예를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 레이저 백-랩핑 방법의 일 실시예로서 한 쌍의 집광점의 배치 예를 도시한 사시도.
도 3은 한 쌍의 집광점의 용융, 팽창, 수축 과정을 통하여 V-자 형상의 미세크랙이 형성되는 과정을 도시한 도면.
도 4는 한 쌍의 집광점의 수축 과정에서 크랙이 형성되기 시작하는 과정을 도시한 도면.
도 5는 복수의 V-자 형상의 미세 크랙에 의하여 형성된 분리 면을 도시한 측면도.
도 6은 복수의 V-자 형상의 미세 크랙에 의하여 형성된 분리 면을 도시한 사시도.
도 7은 단일 빔에 의한 수직 크랙의 형성과정을 도시한 도면.
도 8은 복수의 수직 크랙에 의하여 형성된 분리 면을 도시한 도면.
도 9는 본 발명에 따른 백-랩핑 방법의 일 예로서, 가공 방향으로 배열된 한 쌍의 집광점을 가공 방향에 직각인 방향으로 복수 쌍 배치하는 방법을 도시한 사시도.
도 10은 본 발명에 따른 백-랩핑 방법의 일 예로서, 가공 방향으로 배열된 복수의 집광점을 이용하는 방법을 도시한 평면도.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 백-랩핑 장치를 도시한 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 레이저 백-랩핑 방법 및 장치의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다.
본 발명에 따른 레이저 백-랩핑 장치 및 방법은 다중 레이저 빔을 가공 대상물의 내부에 집광시키고, 다중 레이저 빔 사이(inter-beam)에 V-형상의 미세 크랙(inter-beam V-shaped micro-crack)을 발생시켜 가공 대상물을 두께 방향으로 분리하기 위한 내부 분리 면을 형성하는 것을 특징으로 한다. 내부 분리 면을 형성한 후에 가공 대상물에 외부로부터 물리적, 열적 응력을 가함으로써 내부 분리 면을 따라 가공 대상물을 분리하여, 가공 대상물의 두께를 줄이는 연마의 효과를 얻을 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 가공 대상물(10)의 내부에 초점을 맞추어 두 개의 레이저 빔(11)(12)을 조사한다. 레이저 빔(11)(12)에 의한 집광점(21)(22)은 가공 대상물(10) 내부의 동일한 평면 내에 위치된다. 예를 들어 집광점(21)(22)은 도 1에 도시된 바와 같이 가공 방향으로 배열될 수 있다. 또한, 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이 가공 방향과 교차되는 방향으로 집광점(21')(22')을 형성되도록 레이저 빔(11')(12')을 조사할 수도 있다. 이 외에도 특별히 집광점(21)(22)의 배열 방향은 한정되는 것은 아니며, 동일한 평면 내에서 서로 이격되게 위치된다면 족하다. 레이저 빔(11)(12)에 의하여 형성된 두 집광점(21)(22) 사이에서 V-형상의 미세 크랙이 형성된다. 가공 대상물(10) 또는 레이저 빔(11)(12)을 가공 방향 및 그에 직교하는 방향으로 평면 내에서 상대이동시키면 가공 대상물(10)의 내부에 내부 분리 면(30)이 형성된다. 이하에서, V-형상의 미세 크랙의 발생 과정을 설명한다.
레이저 빔(11)(12)이 조사되면, 도 3의 (a), (b), (c)에 도시된 바와 같이 가공 대상물(10)의 내부의 집광점(21)(22)에서는 레이저 빔(11)(12)의 에너지가 가공 대상물(10)에 흡수되어 순간적으로 용융이 일어난다. 이 과정에서 집광점(21)(22) 부근에서는 팽창이 일어나며 레이저 빔(11)(12)이 통과되면 냉각되면서 수축 및 응고가 일어난다. 실험에 따르면, 융융영역, 팽창영역, 수축영역의 크기는 융융영역 < 수축영역 < 팽창 영역의 순서가 된다. 수축 과정에서 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이 집광점(21)(22) 사이에서 V-형상의 미세 크랙(40)이 발생된다. 이하에서, V-형상의 미세 크랙(40)의 발생 과정을 더 상세하게 설명한다.
도 4를 보면, 최대로 팽창된 집광점(21)(22)의 주변부(점선으로 도시된 영역) 역시 열 영향에 의하여 어느 정도 연화된 상태가 된다. 냉각이 시작되면 집광점(21)(22)의 주변부로부터 집광점(21)(22)의 중심으로 향하는 응력이 발생된다. 냉각은 집광점(21)(22)으로부터 멀리 떨어진 영역에서 더 빨리 일어난다. 특히 광입사방향의 영역보다는 그 반대쪽 영역에서 더 빨리 냉각이 일어난다. 두 집광점(21)(22)을 향하는 응력에 의하여 두 집광점(21)(22) 사이의 광입사방향의 반대쪽 영역에 미세한 크랙(41)이 생성되기 시작한다. 냉각이 진행됨에 따라 크랙(41)은 두 집광점(21)(22)을 향하는 응력에 의하여 점파 벌어지는 V-자 형상이 된다. 수축이 진행되어 집광점(21)(22)의 크기가 줄어들면서 크랙(41)은 점차 더 벌어지며, 수축 및 응고가 종료되면 도 3의 (c)에 도시된 바와 같이 두 집광점(21)(22) 사이에 V-형상의 미세 크랙(40)이 형성된다.
상기한 과정을 통하여 가공 대상물(10)과 레이저 빔(11)(12)을 가공방향 및 그에 직교하는 평면 내에서 상대 이동시키면서 단속적으로 조사하면, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 가공 대상물(10)의 내부에 복수의 V-형상의 미세 크랙(40)에 의한 내부 분리 면(30)이 형성된다. 이 내부 분리 면(30)을 기준으로 하여 가공 대상물(10)을 상하방향으로 분리함으로써 연마와 같은 효과를 얻을 수 있다.
레이저 빔으로서는 펄스 레이저 빔이 채용될 수 있다. 펄스 레이저 빔은 1 마이크로 초 이하의 펄스 폭을 가질 수 있다. 펄스 레이저 빔의 펄스 에너지는 10 마이크로-주울(micro-joule:μJ) 오더 이상, 피크 펄스 파워(peak pulse power)는 102 와트(watt: W) 오더 이상, 펄스 강도(intensity)는 1 GW/㎠ 오더 이상일 수 있으나, 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
펄스 레이저 빔의 조건은 가공 대상물(10)의 내부에서 에너지 흡수가 일어날 수 있도록 결정될 수 있다. 에너지 흡수는 예를 들어 다광자 흡수 또는 이에 준하는 과정에 의하여 일어나는 것으로 예상되나, 에너지의 흡수 메카니즘 자체에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
펄스 레이저 빔의 조건은 가공 대상물(10)의 재료 특성과 가공 속도 등의 조건에 맞추어 적절히 선정될 수 있다. 가공 대상물(10)은 투명한 재질의 기판일 수 있다. 가공대상물(10)은 사파이어 기판, 유리 기판, 결정질 또는 비정질 실리콘 기판 등일 수 있으며, 이외에도 다양한 재질의 기판이 될 수 있다. 또한, 가공 대상물(10)은 상술한 기판 상에 반도체 소자(도 5의 1)가 형성된 웨이퍼일 수 있다.
일 예로서, 가공 대상물(10)의 재료가 결정성 재료인 경우에는 결정을 붕괴시킬 정도, 다시 말하면 용융, 팽창, 응고 과정에 의하여 결정질이 그레뉼러(granular) 형태로 전환될 수 있을 정도의 펄스 강도를 갖도록 펄스 레이저 빔의 조건이 결정될 수 있다. 집광점(21)(22) 사이의 간격(도 1: A)은 특별히 제한되지는 않으며, 수 마이크로 미터 내지 수백 마이크로 미터 범위 이내에서 적절히 선정될 수 있다.
예를 들어, 다음과 같은 조건을 갖는 레이저 빔을 이용하여 결정성 실리콘 기판의 내부에 V-형상의 미세 크랙에 의한 내부 분리 면을 형성할 수 있었다.
- 레이저 파워: 0.5 ~ 3 W의 범위 내에서 변화시킴
- 펄스 폭: 250 ns
- 펄스 반복 주파수: 80 kHz
- 집광점의 스폿 직경: 2 ㎛
도 7에는 비교예로서 단일 빔을 이용한 내부 분리 면을 형성하는 과정이 도시되어 있다. 도 7을 보면, 하나의 레이저 빔(101)을 가공 대상물의 내부에 집광시키면 집광점(102)에서 가공 대상물이 국부적으로 용융되고, 팽창, 수축, 응고과정이 일어난다. 수축 과정에서 집광점(102)의 좌우영역이 먼저 수축되므로 집광점(102)의 중앙부에서 균열(103)이 생성되고, 수축이 완료되면 균열(103)이 상하방향으로 성장하여 수직 크랙(104)이 형성된다. 상기한 과정을 통하여 가공 대상물과 레이저 빔(101)을 가공방향으로 상대 이동시키면서 단속적으로 조사하면, 도 8에 도시된 바와 같이 가공 대상물(10)의 내부에 수직 크랙(104)에 의한 내부 분리 면(130)이 형성된다.
이제, 본 발명에 따른 다중 빔에 의한 집광점 사이에 V-형상의 내부 미세 크랙(inter-beam v-shape micro-crack)을 이용한 가공 방법의 효과를 단일 빔에 의한 집광점 내부에 형성되는 수직 크랙(intra-beam vertical micro-crack)을 이용한 가공 방법과 비교하여 설명한다.
첫째, 본 발명에 따른 가공 방법에 따르면 비교예에 비하여 우수한 품질의 크랙을 형성할 수 있다. 소위 백-랩핑을 위한 크랙의 품질은 분리과정이 얼마나 쉽게 수행될 수 있는지에 의하여 결정될 수 있다. 본 발명에 따른 가공 방법에 따르면, 미세 크랙(40)이 다중 빔 사이(inter-beam)에 형성되며, 그 형상은 V-형상이며, 입체적으로 본다면, 광입사방향으로 연장된 콘(cone)형상에 가깝다. 따라서, V-형상의 미세 크랙(40)에는 수평 방향, 분리 면(30) 방향으로 응력이 존재하여 수평 방향으로 크랙이 쉽게 성장될 수 있는 형태로서 용이한 분리가 가능하다. 이에 대하여, 단일 빔 내부(intra-beam)에 형성되는 비교예의 수직 크랙(104)은 수직 방향으로 형성된다. 따라서, 크랙의 수평방향으로의 성장은 본 발명에 따른 V-형상의 미세 크랙(40)에 비하여 용이하지 않다. 따라서, 본 발명에 따른 가공 방법에 의한 V-형상의 미세 크랙(40)은 비교예의 수직 크랙(104)에 비하여 품질이 우수하다고 볼 수 있다.
둘째, 본 발명에 따른 가공 방법에 따르면 비교예에 비하여 빠른 가공 속도의 실현이 가능하다. 도 5를 참조하면, 복수의 V-형상의 미세 크랙(40)은 분리 면(30) 방향으로 균열된 형태이며, 외력이 작용되는 경우에 분리 면(30) 방향으로 쉽게 균열이 더 진행되어 인접하는 다른 미세 크랙(40)과 연결될 수 있다. 이는 쉽게 분리 면(30)을 따라 분리될 수 있다는 것을 의미한다. 그러나, 도 8을 참조하면 비교예의 수직 크랙(104)은 분리 면(130)과 직교되는 방향으로 균열된 형태이며, 분리 면(130)을 따른 분리가 본 발명에 따른 V-형상의 미세 크랙(40)에 비하여 상대적으로 어려운 형태이다. 이는 본 발명에 따른 가공 방법에 의하여 형성되는 도 5의 분리 면(30)의 형상과 비교예에 의하여 형성되는 도 8의 분리 면(130)을 대비하여 보면 쉽게 이해될 수 있다. 가공 방향으로의 균열의 용이한 전파는 크랙 간의 간격을 크게 할 수 있다는 것을 의미한다. 즉, 도 5에 도시된 V-형상의 미세 크랙(40) 사이의 간격(A1)을 도 8에 도시된 수직 크랙(104) 사이의 간격(A2)보다 넓게 할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 가공 방법에 따르면, 가공 대상물(10)에 분리 면(30)을 형성하기 위하여 비교예에 비하여 더 적은 수의 크랙을 형성할 수 있어 가공 속도를 증가시킬 수 있다.
셋째, 본 발명에 따른 가공 방법에 따르면 수평 응력에 의하여 용이하게 크랙이 수평방향으로 전파되므로 용이한 절단이 가능하며, 절단 후의 가공 대상물의 단면 품질이 비교예에 비하여 매우 우수하여 수율을 높일 수 있다.
넷째, 본 발명에 따른 가공 방법에 따르면 외력에 의하여 쉽게 분리되므로 분리과정에서 데브리(debris)의 발생 가능성이나 양 또한 비교예에 비하여 적다. 따라서, 가공 대상물로서 반도체 소자가 형성된 기판을 절단하는 경우에 절단 시에 발생되는 미세 조각 등의 이물질에 의한 반도체 소자의 불량을 줄일 수 있다.
상술한 실시예에서는 한 쌍의 레이저 빔(11)(12)을 이용하여 가공 대상물(10)의 내부에 분리 면(30)을 형성하는 경우에 대하여 설명하였으나, 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 제1레이저 빔(11)(12)에 의하여 제1집광점(21)(22)을 가공 대상물(10)의 내부에 형성하고, 한 쌍의 제2레이저 빔(13)(14)을 이용하여 가공 대상물(10)의 내부의 제1집광점(21)(22)으로부터 가공 방향에 직교되는 방향으로 이격된 위치에 제2집광점(23)(24)을 형성할 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 분리 면(30)을 형성하기 위한 왕복 가공 횟수를 줄일 수 있어 가공 속도를 향상시킬 수 있다. 상술한 실시예에서는 두 쌍의 집광점(21)(22)(23)(24)을 형성하는 경우에 대하여 설명하였으나, 필요에 따라서는 복수의 레이저 빔 쌍을 이용하는 것도 가능하다는 것을 본 명세서를 참조한 당업자라면 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
상기한 바와 같이 두 쌍의 집광점(21)(22)(23)(24)을 동시에 형성하는 경우에, 인접되는 집광점(21)(23) 사이 및 집광점(22)(24) 사이에도 V-자 형상의 미세 크랙(42)이 생길 수 있다. V-자 형상의 미세 크랙(42)의 발생 과정은 집광점(21)(22) 사이와 집광점(23)(24) 사이에서의 V-자 형상의 미세 크랙(40)의 발생 과정과 동일하다. 이 경우에, 제1집광점(21)(22)와 제2집광점(23)(24) 사이의 간격을 넓게 할 수 있어, 가공 속도가 향상될 수 있음을 당업자라면 알 수 있을 것이다. 이와 같은 효과는 도 10에 도시된 바와 같이, 제1집광점(21)(22)과 제2집광점(23)(24) 각각을 가공 방향과 직각인 방향으로 배열하는 경우에도 마찬가지이다. 이 경우에 제1집광점(21)(22)과 제2집광점(23)(24) 각각의 사이에는 V-자 형상의 미세 크랙(40)이 형성되며, 서로 인접되는 집광점(22)(23) 사이에는 V-자 형상의 미세 크랙(42)이 형성될 수 있다.
상술한 실시예에서는 짝수 개의 집광점들이 쌍을 이루는 경우에 대하여 설명하였으나, 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 세 개의 집광점을 형성하는 경우 집광점들 사이에 두 개의 V-자 형상의 미세 크랙이 형성될 수 있다. 즉, 복수의 레이저 빔을 가공 대상물 내부의 동일한 평면 내의 서로 소정 간격 이격된 위치에 집광시켜 복수의 집광점을 형성함으로써 복수의 집광점 사이에 복수의 V-자 형상의 미세 크랙을 발생시켜, 복수의 V-자 형상의 미세 크랙에 의한 분리 면을 형성할 수 있다. 후에, 분리 면을 기준으로 하여 가공 대상물(10)을 상하방향으로 분리함으로써 기계적 백-랩핑과는 달리 데브리에 의한 반도체 소자의 손상이 거의 없이 가공 대상물(10)의 두께를 조절할 수 있다. 또한, 매우 짧은 펄스 폭을 가지는 레이저 빔을 이용하므로 레이저 빔의 에너지는 가공 대상물(10)의 내부에서만 국부적으로 흡수되어, 열적 영향이 거의 없는 백-랩핑이 가능하다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 백-렙핑 장치를 도시한 것이다. 도 11을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 백-랩핑 장치는 두 개의 레이저 빔(11)(12)을 출사하는 광원유닛(200)과, 두 개의 레이저 빔(11)(12)을 가공 대상물(10)의 내부에 집광시키는 집속 렌즈(240)를 포함할 수 있다.
광원 유닛(200)은 레이저 빔(1)을 출사하는 광원(210), 광분리기(220), 반사미러(230)를 포함할 수 있다. 광분리기(220)는 광원(210)으로부터 출사된 레이저 빔(1)을 두 개의 레이저 빔(11)(12)으로 분할한다. 광분리기(220)는 예를 들어 하프 미러일 수 있다. 또한 광분리기(220)는 회절광학계(DOE; diffractive optical element)일 수 있다. 이 외에도 광을 분리할 수 있는 다른 적절한 광학소자가 광분리기(220)로서 채용될 수 있다. 광분리기(220)에 의하여 분할된 레이저 빔(11)(12)은 서로 다른 광경로로 진행되며, 반사미러(230)에 의하여 반사되어 집속 렌즈(240)로 입사된다. 집속 렌즈(240)은 각각 레이저 빔(11)(12)을 가공 대상물(10)의 내부의 동일한 평면 내에서 서로 이격된 위치에 집광시킨다. 즉, 집속 렌즈(240)에 의하여 형성되는 집광점(21)(22)은 가공 대상물(10) 내부에 가공 방향 또는 그와 교차되는 방향으로 배열된다. 집속 렌즈(240)의 사양 및 위치는 집광점(21)(22)이 가공 대상물(10)의 내부의 동일한 평면내에 위치되도록 적절히 선정 및 조절될 수 있다. 집광점(21)(22)의 형성위치는 집속 렌즈(240)를 광축방향으로 이동시킴으로써 조절될 수 있다. 도 11에는 레이저 빔(11)(12)이 하나의 집속 렌즈(240)에 의하여 집광되는 광학적 구성이 도시되어 있으나, 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 레이저 빔(11)(12) 각각을 가공 대상물(10)의 내부의 소정 위치에 집광시키는 두 개의 집속 렌즈가 마련될 수도 있다. 광원유닛(200)과 집속 렌즈(240)은 하나의 유닛으로서 가공 방향으로 이동될 수 있다. 또한, 가공 대상물(10)은 가공 방향으로 이동가능한 테이블(300)에 적재될 수 있다.
도 11에서는 하나의 레이저 빔(1)을 두 개로 분할하는 구조의 광원유닛(200)을 구비하는 레이저가공 장치에 관하여 설명하였으나, 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도면으로 도시되지는 않았지만, 각각 레이저 빔(11)(12)을 출사하는 두 개의 광원을 구비하는 광원유닛이 채용될 수도 있다. 또한, 광분리기(220)로서 예를 들어 복수의 반투과미러를 채용하고 반투과미러의 투과율을 적절히 선정하거나, 또는 3차 이상의 회절 오더를 갖는 회절광학소자를 채용함으로써 레이저 빔(1)을 세 개 이상으로 분리하여 하나 또는 복수의 집속 렌즈(240)를 이용하여 가공 대상물(10)의 내부의 동일한 평면 내에 서로 이격되게 집광시킬 수도 있다. 또한, 필요에 따라 도 11에 도시된 광원 유닛(200)이 복수 개 구비하는 것도 가능하다는 것을 본 명세서를 참조하는 당업자라면 알 수 있을 것이다.
이상에서 본 발명의 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
1, 11, 12, 13, 14, 101...레이저 빔 10...가공 대상물
19...광입사면 21, 22, 23, 24, 102...집광점
30, 130...분리 면 40, 41...미세 크랙
104...수직 크랙 200...광원유닛
210...광원 220...광분리기
230...반사미러 240...집속 렌즈
300...테이블

Claims (13)

  1. 복수의 레이저 빔을 가공 대상물의 내부의 동일한 평면 내에 서로 이격되게 집속하여 복수의 집광점을 형성하는 단계;
    상기 복수의 집광점 사이에 V-형상의 미세 크랙을 발생시키는 단계; 및
    상기 복수의 레이저 빔과 상기 가공 대상물 중 적어도 하나를 가공 방향으로 상대 이동시켜 상기 가공 대상물의 내부에 상기 V-형상의 미세 크랙에 의한 분리 면을 형성하는 단계;를 포함하는 레이저 백-랩핑 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 V-형상의 미세 크랙은 분리 면에 대하여 수직한 방향으로 절개된 콘(corn) 형상인 것을 특징으로 하는 레이저 백-랩핑 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 집광점은 상기 가공 방향과 상기 가공 방향과 교차되는 방향 중 적어도 한 방향으로 배열되는 것을 특징으로 하는 레이저 백-랩핑 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저 빔은 펄스 레이저 빔인 레이저 백-랩핑 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 펄스 레이저 빔의 펄스 폭은 1 마이크로 초 이내인 레이저 백-랩핑 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 가공 대상물은 결정성 재료이며,
    상기 펄스 레이저 빔의 펄스 강도는 상기 결정을 용융시켜 그레뉼러 형태로 변형시킬 수 있는 강도를 갖도록 결정되는 것을 특징으로 하는 레이저 백-랩핑 방법.
  7. 가공 대상물이 탑재되는 테이블;
    적어도 두 개의 레이저 빔을 방출하는 광원 유닛;
    상기 적어도 두 개의 레이저 빔을 상기 가공 대상물의 내부의 동일한 평면 내의 서로 이격된 위치에 집광시키는 집속 렌즈;를 포함하여,
    상기 적어도 두 개의 레이저 빔에 의한 상기 가공 대상물 내부의 집광점들 사이에 V-형상의 미세 크랙을 형성하고, 상기 레이저 빔과 상기 가공 대상물 중 적어도 하나를 가공 방향으로 상대 이동시켜 상기 가공 대상물의 내부에 상기 V-형상의 미세 크랙에 의한 분리 면을 형성하는 것을 특징으로 하는 레이저 백-랩핑 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 V-형상의 미세 크랙은 분리 면에 대하여 수직한 방향으로 절개된 콘(corn) 형상인 것을 특징으로 하는 레이저 백-랩핑 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 집광점들은 상기 가공 방향과 상기 가공 방향과 교차되는 방향 중 적어도 한 방향으로 배열되는 것을 특징으로 하는 레이저 백-랩핑 장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 광원 유닛은,
    레이저 빔을 방출하는 광원;
    상기 레이저 빔을 복수의 레이저 빔으로 분리하는 광분리기;를 포함하는 레이저 백-랩핑 장치.
  11. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저 빔은 펄스 레이저 빔인 레이저 백-랩핑 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 펄스 레이저 빔의 펄스 폭은 1 마이크로 초 이내인 레이저 백-랩핑 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 가공 대상물은 결정성 재료이며,
    상기 펄스 레이저 빔의 펄스 강도는 상기 결정을 용융시켜 그레뉼러 형태로 변형시킬 수 있는 강도를 갖도록 결정되는 것을 특징으로 하는 레이저 백-랩핑 장치.
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