CN101298118B - 激光加工设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种激光加工设备，其包括：发射激光束的激光振荡器；第一分离装置，自激光振荡器发射的激光束入射在其上以便被选择性地分离从而沿着一对第一路径的至少一条行进；第二分离装置，沿着第一路径中的一条路径行进的激光束入射在其上以便被选择性地分离从而沿着一对第二路径的至少一条行进；第三分离装置，沿着第一路径的另一条行进的激光束入射在其上以便被选择性地分离从而沿着一对第三路径的至少一条行进；四对扫描器，通过第一至第三分离装置的激光束入射在扫描器上以便每一条被偏转到将被加工的基片的期望位置上；扫描透镜，通过四对扫描器的激光束入射在扫描透镜上以便被会聚在具有预定直径的光斑上并被照射在基片上；以及四个扩束器，所述四个扩束器设置在所述四对扫描器的上游侧，用于调节每一条激光束的直径，其中所述四个扩束器分别与所述每一条激光束相对应。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求的是在2007年5月2日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2007-0042752的权利，其全文内容通过引用在此结合到本文中。
技术领域
本发明涉及一种激光加工设备，更特别的是，涉及一种激光加工设备，其能够将单条激光束分成四条激光束并利用单个扫描透镜在其上会聚四条激光束中的每一条。
背景技术
激光加工设备通常利用激光束传输装置传输从激光振荡器发射的激光束，并且通过将激光束照射到将被最终加工的基片之上来执行例如打孔和打标的任务。
图1是传统激光加工设备的示意图。
参照图1，传统激光加工设备包括激光振荡器10，射束分裂器(beamsplitter)20，两对扫描器41和42，以及扫描透镜50。
自激光振荡器10发射的激光束的50％入射在射束分裂器20上并穿透射束分裂器20，并且剩余激光束的50％被射束分裂器20反射。被射束分裂器20反射的激光束经过第一路径1a，行进通过第一对扫描器41和扫描透镜50，并照射到基片2上。穿透射束分裂器20的激光束经过第二路径1b，行进通过反射镜30、第二对扫描器42和扫描透镜50，并照射到基片2上。
如此，在传统激光加工设备中，自单个激光振荡器10发射的激光束被分成二条激光束，每条激光束具有由射束分裂器20决定的比例，并且二条分离的激光束经过彼此不同的路径以被两对扫描器41和42分别偏转到基片2上期望的位置。然后，二条分离的激光束中的每一条被单个扫描透镜50会聚并照射到基片2上。
当采用半导体的电器和电子装置的费用由于半导体的大量生产而最近已经下降时，在单个加工设备中实现的每小时单位(Unit per Hour，UPH)是在制造半导体加工设备的当前领域中的重要因素。然而由于将单条激光束分成二条激光束从而存在对UPH的限制，传统激光加工设备因此对改进作为单个加工设备的传统激光加工设备是有限的。
此外，如果激光束可以完全根据使用者的选择而被分离或使用，加工过程能够以很好地应付各种情况(例如，在包含在用于传输两条分离的激光束的任何一条激光束的激光束传输装置中的任何一个构件存在问题的情况下)的方式执行。然而，传统激光加工设备总是将单条激光束分成二个激光束，从而即使形成激光束传输装置的多个构件中的任何一个构件存在问题，也不能使用整个传统激光加工设备。
发明内容
本发明提供了一种激光加工设备，所述激光加工设备具有改良的结构，能够将单条激光束分成四条激光束并选择是否使用激光束分离。
为了实现本发明的目的，提供了一种激光加工设备，包括：发射激光束的激光振荡器；第一分离装置，自激光振荡器发射的激光束入射在所述第一分离装置上以便被选择性地分离从而沿着一对第一路径中的至少一条路径行进；第二分离装置，沿着第一路径中的一条路径行进的激光束入射在所述第二分离装置上以便被选择性地分离从而沿着一对第二路径中的至少一条路径行进；第三分离装置，沿着第一路径的另一条路径行进的激光束入射在所述第三分离装置上以便被选择性地分离从而沿着一对第三路径中的至少一条路径行进；四对扫描器，通过第一、第二和第三分离装置的激光束入射在所述扫描器上以便每一条将被偏转到由此将被加工的基片的期望位置上；扫描透镜，通过四对扫描器的激光束入射在所述扫描透镜上以便被会聚在具有预定直径的光斑上并被照射在基片上；以及四个扩束器，所述四个扩束器设置在所述四对扫描器的上游侧，用于调节每一条激光束的直径，其中所述四个扩束器分别与所述每一条激光束相对应。
所述第一、第二和第三分离装置中的至少一个可以是包括射束分离单元、射束穿透单元和转移装置的往复运动单元，所述射束分离单元反射一部分入射激光束并且允许入射激光束的剩余部分穿透，所述射束穿透单元允许全部入射激光束穿透，并且所述转移装置改变射束分离单元或射束穿透单元位置以便激光束入射在射束分离单元和射束穿透单元中的任一个上。
所述射束分离单元可以是射束分裂器，所述射束分裂器反射入射激光束的50％并允许入射激光束剩余的50％穿透。
射束穿透单元可以是穿透镜，所述穿透镜允许99％以上的入射激光束穿透。
所述转移装置可以包括支撑支架、驱动源以及动力传输单元，所述支撑支架支撑射束分离单元和射束穿透单元并且所述动力传输单元传输驱动源的驱动动力到支撑支架从而在左右方向上来回移动支撑支架。
所述第一、第二和第三分离装置中的至少一个可以是在使用声波调制激光束后发射入射激光束的声光调制器(AOM)，所述声光调制器通过将激光束分成沿着彼此不同路径行进的二条射束或通过调节入射激光束的光量从而使激光束沿单一路径行进来发射激光束。
所述第一、第二和第三分离装置中的至少一个可以是在使用电场调制激光后发射入射激光束的电光调制器(EOM)，所述电光调制器调节入射激光束的光量并发射激光束从而使激光束沿单一路径行进。
附图说明
通过参照附图详细描述根据本发明的几个实施例，本发明的上述和其他优点将变得更加明显，其中：
图1是传统激光加工设备的示意图；
图2是根据本发明实施例的激光加工设备的示意图；
图3是示意性图示包括在图2中激光加工设备中的四对扫描器和单个扫描透镜的透视图；
图4是对入射在图3中单个扫描透镜上的各条激光束的入射区域的示意图；
图5是图3中激光加工设备的往复运动单元的透视图；
图6是图5中往复运动单元的前视图；
图7是根据本发明另一实施例的激光加工设备的透射图；
图8是图7中激光加工设备的上基部的平面视图；和
图9是图7中激光加工设备的下基部的平面视图。
具体实施方式
下面将参照附图更加详细地描述本发明，在附图中示出了本发明的示范性实施例。
图2是根据本发明实施例的激光加工设备100的示意图，图3是示意性图示包括在图2中激光加工设备100中的四对扫描器140和单个扫描透镜150的透视图，图4是对入射在图3中单个扫描透镜150上各条激光束的入射区域103的示意图，图5是图3中激光加工设备100的往复运动单元120之一的透视图，以及图6是图5中往复运动单元的前视图。
参照图2至6，激光加工设备100构造成通过利用单个扫描透镜150会聚自单条激光束分出的四条激光束。激光加工设备100包括激光振荡器101，分别作为第一、第二、和第三分离装置的往复运动单元120，四对扫描器140，以及单个扫描透镜150。
激光振荡器101产生作为激光加工过程能量源的激光束。根据将被加工的基片2的类型或加工方法，选择能够产生具有从各种波长中选择的、最适合希望的加工的波长的激光束(例如紫外线，可见光和红外线)的激光振荡器101。
第一、第二、和第三分离装置选择性地将入射激光束分离以沿着一对路径中至少一条路径行进(或传播)。自激光振荡器101发射的激光束入射在第一分离装置上以在第一分离装置上被反射和/或穿过第一分离装置。
在此实施例中，往复运动单元120用作第一、第二、和第三分离装置中的每一个并且每个往复运动单元120都包括射束分离单元121，射束穿透单元122，以及转移装置。
所述射束分离单元121将入射激光束分成二条激光束。因此射束分离单元121将一条激光束反射到激光束入射的一侧，而另一条激光束穿透到与激光束入射相反的一侧。在此实施例中，射束分裂器用作射束分离单元121，所述射束分裂器将入射激光束分成二条激光束，每条具有入射激光束总能量的50％。在射束分裂器中，具有大约50％反射率的反射膜涂在激光束入射的一个表面上，并且具有大约99.9％穿透率的减反射膜(antireflection film)涂在分裂的激光束穿过其的另一表面上。
射束穿透单元122允许入射的激光束穿透到激光束入射到其上的相反侧。在此实施例中，在中间形成穿透孔的部件用作射束穿透单元122。其间，超过99％的入射激光束穿过其的穿透镜(penetration mirror)可以用作射束穿透单元122，并且具有大约99.9％穿透率的减反射膜涂在穿透镜的两面上。
转移装置改变射束分离单元121或射束穿透单元122的位置以便入射在传输单元120一侧的激光束入射在射束分离单元121和射束穿透单元122至少之一上，并且转移装置包括支撑支架123，基部127，驱动源，以及动力传输单元。
支撑支架123支撑射束分离单元121和射束穿透单元122。驱动源提供能量以在左右方向上来回移动支撑支架，并且马达124主要用作驱动源。支撑支架123构造成相对于基部127在右左方向上移动，马达124固定在所述基部127上。动力传输单元可以包括小齿轮部件125和齿条部件126。小齿轮部件125同轴连接到马达124的旋转轴上，并且与固定在支撑支架123上的齿条部件126啮合。当马达124和小齿轮部件125向前或反向旋转时，与小齿轮部件125啮合的齿条部件126在左右方向上直线移动，并且齿条部件126固定其上的支撑支架123与齿条部件126一起移动，并且因此，可以改变射束分离单元121和射束穿透单元122的位置。
由于可以改变射束分离单元121或射束穿透单元122的位置，所以可以控制激光束的行进路径。即，当射束分离单元121位于激光束的行进路径上时，部分入射激光束自射束分离单元121的入射表面反射到激光束入射的一侧，并且剩余激光束穿透到激光束入射的相反侧。同时，当射束穿透单元122位于激光束的行进路径上时，整个入射激光束穿透到激光束入射的相反侧。
穿过往复运动单元120并自反射镜102反射的激光束入射在扩束器130上。如果利用扩束器130调节激光束的直径，通过扫描透镜150可以改变激光束会聚其上的调焦距离和会聚的光斑的大小，并且因此可以使用基片2的各种加工方法和类型。扩束器130布置在四对扫描器140的上游侧。存在分别对应于四条激光束的四个扩束器130。
四对扫描器140偏转入射激光束到在基片2上期望的位置并且通常包括用来控制到X轴的方向的入射激光束的X轴振镜扫描器(Galvanometer scanner)，以及用来控制到Y轴的方向的入射激光束的Y轴振镜扫描器。每一对扫描器140意味着包括X轴振镜扫描器和Y轴振镜扫描器的一对扫描器。在此实施例中，存在分别对应于四条激光束的四对扫描器140。
单个扫描透镜150将入射在四对扫描器140上的激光束会聚到具有预定直径的光斑上并将会聚的激光束照射在将被加工的基片2上。在此实施例中，四条激光束入射在单个扫描透镜150的入射表面151上。如图4中显示的，每条通过四对扫描器140的激光束入射在单个扫描透镜150的一侧从而在扫描透镜150的入射表面151上分别形成入射区域103之一。通常，f-θ透镜可以主要用作扫描透镜150。
下面将参照图2-6描述在根据本发明实施例的激光加工设备100中的激光束行进路径。首先，描述了以下情况：调节往复运动单元120以便射束分离单元121位于激光束的行进路径上。
自激光振荡器101发射的激光束入射在往复运动单元120的射束分离单元121的一侧并且单条激光束被射束分离单元121分离成二条激光束。被射束分离单元121反射的激光束沿着在激光入射侧的第一路径161a行进，同时穿透射束分离单元121的激光束沿着在激光束入射的相反侧的第一路径161b行进。
沿着在激光入射侧的第一路径161a行进的激光束再次入射在往复运动单元120的射束分离单元121的一侧，被射束分离单元121反射的激光束沿着在激光入射侧的第二路径162a行进，并且穿透射束分离单元121的激光束沿着在激光束入射的相反侧的第二路径162b行进。
沿着在激光束入射的相反侧的第一路径161b行进的激光束也入射在往复运动单元120的射束分离单元121的一侧，被射束分离单元121反射的激光束沿着在激光入射侧的第三路径163a行进，并且穿透射束分离单元121的激光束沿着在激光束入射的相反侧的第三路径163b行进。
如此，通过反射镜102调节四条激光束的路径从而入射在四对扫描器140上，并且穿过四对扫描器140的四条激光束入射在单个扫描透镜150上从而照射在基片2上。
其间，根据各种情况的组合，例如，三个往复运动单元120中的任何一个将射束分离单元121定位在激光束行进路径上并且三个往复运动单元120中的其它二个往复运动单元120将射束穿透单元122定位在激光束行进路径上，单条激光束可以被分离成四条或三条或二条来完成加工过程或单条激光束用自身(as it as)来完成加工过程。
根据本发明实施例的激光加工设备构造成将自单条激光束分离的四条激光束照射在基片上以便加工并且因此可以减少每个基片加工的消耗时间并且可以最大化在单个加工设备中实现的UPH。此外四对扫描器和单个扫描透镜组合成彼此对应来构造一个激光加工设备，从而与构造成一对扫描器和单个扫描透镜彼此对应的传统激光加工设备相比，可以减少单个激光加工设备的制造成本。
此外，由于根据本发明实施例的激光加工设备可以利用包括射束分离单元和射束穿透单元的往复运动单元调节激光束的行进路径，即使形成整个激光加工设备的构件中任何构件有问题，激光加工设备仍然可以工作。因此改进了生产的稳定性并且减少了替换损坏构件的另外的购买费用。
同时，图7是描述根据本发明另一实施例的激光加工设备200的透射图，图8是图7中激光加工设备200的上基部201的平面视图，以及图9是图7中激光加工设备200的下基部202的平面视图。
参照图7至9，根据此实施例的激光加工设备200将单条激光束分成最多八条激光束以便对将被加工的基片2执行激光加工过程，并且包括光学构件分布其上的上基部201和下基部202。在图7至9中，在图2至6中图示的同样的附图标记表示相同的构件，因此这里省略对其的详细描述。
在激光加工设备200中，自激光振荡器101发射的激光束入射到第一分离装置上，即往复运动单元120的射束分离单元121上并且单条激光束被射束分离单元121分成二条激光束。通过射束分离单元121反射的激光束沿着在激光入射侧的第一路径221a行进并且穿透射束分离单元121的激光束沿着在激光束入射的相反侧的第一路径221b行进。
沿着在激光入射侧的第一路径221a行进的激光束再次入射在第二分离装置上，即往复运动单元120的射束分离单元121上，并且因此被射束分离单元121反射的激光束沿着在激光入射侧的第二路径222a行进，并且穿透射束分离单元121的激光束沿着在激光束入射的相反侧的第二路径222b行进。
沿着在相对激光入射侧的第一路径221b行进的激光束还入射在第三分离装置上，即往复运动单元120的射束分离单元121上，并且因此被射束分离单元121反射的激光束沿着在激光入射侧的第三路径223a行进，并且穿透射束分离单元121的激光束沿着在激光束入射的相反侧的第三路径223b行进。
沿着该对第二路径222a和222b以及该对第三路径223a和223b行进的激光束的行进路径再次被第四、第五、第六、和第七分离装置每一个的往复运动单元120分离以分别沿着一对第四路径224a和224b、一对第五路径225a和225b、一对第六路径226a和226b、以及一对第七路径227a和227b行进。因此激光束最终被分成八条射束。激光束的行进路径分别由反射镜102a、102b、102c、102d、102e、102f、102g和102h调节以指向下基部202的一侧。
八条激光束一通过安装在下基部202上的八个扩束器130就分别入射在八对扫描器140上。八条激光束中的四条激光束入射在第一扫描透镜250(一对扫描透镜之一)上，并且剩余的四条激光束入射在第二扫描透镜251(一对扫描透镜中的另一个)上，从而入射激光束照射在将被加工的基片2上。
根据本发明另一个实施例的激光加工设备可以利用最多分成八条激光束的激光束执行激光加工处理，从而最大化在单个加工设备中可以实现的UPH。
在本发明的此实施例中，机械快门型往复运动单元120用作分离装置，每个机械快门型往复运动单元120包括由射束分裂器形成的射束分离单元121和由穿透孔形成的射束穿透单元122。然而，在用声波调制激光束后发射入射激光束的过程中，声光调制器(AOM)可以用作分离装置，其中所述声光调制器(AOM)通过将激光束分成沿着彼此不同的路径行进的二条激光束发射激光束或通过调节入射激光束的光量从而使入射光沿着单条路径行进来发射激光束。
被AOM分离的激光束可以调节成各自具有相同的能量额度或具有预定比例的能量额度(例如，一条是入射激光束光量的30％，另一条是入射激光束光量的70％)以适应工作条件。所述AOM是本发明所属领域公知的并且因此省略了对其的详细描述。
此外，在本发明的此实施例中，在使用电场调制激光束后发射入射激光束的过程中，电光调制器(EOM)可以用作分离装置，其中所述电光调制器(EOM)调节入射激光束的光量并发射激光束从而使激光束沿着单条路径行进。所述EOM可以调节成发射具有按固定比例(例如，入射激光束光量的70％)减少光量的激光束，与入射激光束的光量比较。所述EOM是本发明所属领域公知的并且因此省略对其的详细描述。
此外，在参照图2至7描述的根据本发明实施例中，分离装置仅仅分别形成有往复运动单元；然而，往复运动单元的数目、AOM和EOM可以适当的组合，从而可以在单个激光加工设备上安装多种类型的分离装置。
在根据本发明实施例中，分别经过四对扫描器140的激光束分别入射在四个入射区域103上，如在图4中所示，所述四个入射区域103实际上在单个扫描透镜150的入射表面151上划分。然而，分别对应四对扫描器140的四个入射区域103可以扩展到覆盖单个扫描透镜150的入射表面151的整个表面，从而即使四对扫描器140中的三对有问题并因此不能工作，四对扫描器140中的一对也可以覆盖单个扫描透镜150的入射表面151的整个表面。
以上所述是本发明的实施例，然而，根据本发明实施例的激光加工设备不局限于此。根据实施例的改动或组合，可以实现具有本发明的保护范围并因此没有偏离本发明的技术精神的多种类型的激光加工设备。
尽管参考它的示范性实施例详尽示出和描述了本发明，但本领域普通技术人员将会意识到：在不离开由以下权利要求限定的本发明的精神和保护范围的情况下，可以对这些实施例做一些形式与细节的变动。
Claims (8)
1.一种激光加工设备，包括：
发射激光束的激光振荡器；
第一分离装置，自激光振荡器发射的激光束入射在所述第一分离装置上以便被选择性地分离从而沿着一对第一路径中的至少一条路径行进；
第二分离装置，沿着第一路径中的一条路径行进的激光束入射在所述第二分离装置上以便被选择性地分离从而沿着一对第二路径中的至少一条路径行进；
第三分离装置，沿着第一路径的另一条路径行进的激光束入射在所述第三分离装置上以便被选择性地分离从而沿着一对第三路径中的至少一条路径行进；
四对扫描器，通过第一、第二和第三分离装置的激光束入射在所述扫描器上以便每一条将被偏转到由此将被加工的基片的期望位置上；
单个扫描透镜，通过四对扫描器的激光束入射在所述扫描透镜上以便被会聚在具有预定直径的光斑上并被照射在基片上；以及
四个扩束器，所述四个扩束器设置在所述四对扫描器的上游侧，用于调节每一条激光束的直径，其中所述四个扩束器分别与所述每一条激光束相对应，
其中，所述四对扫描器中的每一对都包括用于控制到X轴方向的入射激光束的X轴振镜扫描器和控制到Y轴方向的入射激光束的Y轴振镜扫描器。
2.如权利要求1所述的激光加工设备，其中所述第一、第二和第三分离装置中的至少一个是包括射束分离单元、射束穿透单元和转移装置的往复运动单元，所述射束分离单元反射一部分入射激光束并且允许入射激光束的剩余部分穿透，所述射束穿透单元允许全部入射激光束穿透，并且所述转移装置改变射束分离单元或射束穿透单元位置以便激光束入射在射束分离单元和射束穿透单元中的任一个上。
3.如权利要求2所述的激光加工设备，其中所述射束分离单元是射束分裂器，所述射束分裂器反射入射激光束的50％并允许入射激光束剩余的50％穿透。
4.如权利要求2所述的激光加工设备，其中所述射束穿透单元是穿透镜，所述穿透镜允许99％以上的入射激光束穿透。
5.如权利要求2所述的激光加工设备，其中所述转移装置包括支撑支架、驱动源以及动力传输单元，所述支撑支架支撑射束分离单元和射束穿透单元并且所述动力传输单元传输驱动源的驱动动力到支撑支架从而在左右方向上来回移动支撑支架。
6.如权利要求1所述的激光加工设备，其中所述第一、第二和第三分离装置中的至少一个是在使用声波调制激光束后发射入射激光束的声光调制器(AOM)，所述声光调制器通过将激光束分成沿着彼此不同路径行进的两条射束或通过调节入射激光束的光量从而使激光束沿单一路径行进来发射激光束。
7.如权利要求1所述的激光加工设备，其中所述第一、第二和第三分离装置中的至少一个是在使用电场调制激光束后发射入射激光束的电光调制器(EOM)，所述电光调制器调节入射激光束的光量并发射激光束从而使激光束沿单一路径行进。
8.一种激光加工设备，包括：
发射激光束的激光振荡器；
第一分离装置，自激光振荡器发射的激光束入射在所述第一分离装置上以便被选择性地分离从而沿着一对第一路径中的至少一条路径行进；
第二分离装置，沿着第一路径中的任一条路径行进的激光束入射在所述第二分离装置上以便被选择性地分离从而沿着一对第二路径中的至少一条路径行进；
第三分离装置，沿着第一路径的另一条路径行进的激光束入射在所述第三分离装置上以便被选择性地分离从而沿着一对第三路径中的至少一条路径行进；
第四分离装置，沿着第二路径的任意一条路径行进的激光束入射在所述第四分离装置上以便被选择性地分离从而沿着一对第四路径中的至少一条路径行进；
第五分离装置，沿着第二路径的另外一条路径行进的激光束入射在所述第五分离装置上以便被选择性地分离从而沿着一对第五路径中的至少一条路径行进；
第六分离装置，沿着第三路径的任意一条路径行进的激光束入射在所述第六分离装置上以便被选择性地分离从而沿着一对第六路径中的至少一条路径前进；
第七分离装置，沿着第三路径的另一条路径行进的激光束入射在所述第七分离装置上以便被选择性地分离从而沿着一对第七路径中的至少一条路径前进；
八对扫描器，通过第一至第七分离装置的激光束入射在所述扫描器上以便每一条将被偏转到由此将被加工的基片的期望位置上；和
对应于所述八对扫描器中的四对扫描器的第一扫描透镜；对应于所述八对扫描器中剩余的四对扫描器的第二扫描透镜；以及
八个扩束器，所述八个扩束器设置在所述八对扫描器的上游侧，用于调节每一条激光束的直径，其中所述八个扩束器分别与所述每一条激光束相对应，
其中，所述八对扫描器中的每一对都包括用于控制到X轴方向的入射激光束的X轴振镜扫描器和控制到Y轴方向的入射激光束的Y轴振镜扫描器。
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