CN103212786B - 激光加工装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种激光加工装置及其方法。本发明涉及的激光加工装置，其特征在于，包括：生成激光束（110）的激光部（100）；调节来自激光部（100）的激光束（110）的偏振方向的波片（200）；将经由波片（200）的激光束（110）分成第一激光束（111）和第二激光束（112）的偏光片（300）；反射第二激光束（112）的多个反射部（400）；放大第二激光束（112）的激光束放大部（500）；用于聚焦第一激光束（111）及通过多个反射部（400）和激光束放大部（500）的第二激光束（113）的聚焦透镜（600）；以及安放加工对象（700）的加工部；利用第一激光束（111）和被放大的第二激光束（113），分别对加工对象（700）的不同位置进行加工。

Description

激光加工装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种激光加工装置及其方法。尤其涉及一种利用第一激光束和通过激光束放大部而被放大的第二激光束，分别对加工对象内部的不同位置进行加工的激光加工装置及其方法。

背景技术

利用激光进行材料加工，在整个产业的应用领域正在迅速扩大。在精密性、工艺的灵活性、非接触加工性、对材料造成的热影响等方面具有优异特性的激光加工，正在取代现有的切割工艺，所谓现有的切割工艺是，通过钻石等生成切割线之后，施加机械应力来切割半导体晶片或玻璃等加工对象物。

图1是表示现有技术涉及的激光加工装置的结构的示意图。

参照图1，在激光部10生成的激光束11经反射部20反射之后，通过聚焦透镜30聚焦，之后对安放在加工部上的加工对象40进行加工。韩国授权专利公报第10-0395598号等公开了上述现有的激光加工装置。

聚焦透镜30的数值孔径(NA、numerical aperture)可根据生成于激光部10的激光束11的特性和聚焦距离等进行设定。另一方面，在进行激光加工时，可以通过调节聚焦透镜30的位置来调节激光束11在加工对象40内部聚焦的位置41。如果激光对象40是透明材料，则可以在加工对象40的内部聚焦激光束11来对加工对象40内部进行加工、切割工艺。

通常，激光束11的能量密度在激光束聚焦点41的正中央具有最大值，而以其为中心向外侧能量密度逐步减少。因此，以往当加工对象40的厚度比激光束11能量聚焦的领域厚度更厚时，存在为了切割加工对象40需要进行多次激光加工的问题。

另外，加工比激光束11能量聚焦的领域厚度更厚的加工对象40时，为了切割加工对象40，进行第一次激光加工之后，调节聚焦透镜30的位置，再进行第二次激光加工。因此，存在聚焦透镜30的位置调节误差所带来的加工对象40的加工不良率增加的问题。

发明内容

因此，本发明是为了解决上述现有技术中存在的各种问题而提出的，本发明的目的在于，提供一种可扩大加工对象内部的加工深度的激光加工装置及其方法。

另外，本发明的目的在于，提供一种可调节加工对象内部的加工位置的激光加工装置及其方法。

另外，本发明的目的在于，提供一种利用两个激光束，对加工对象内部进行加工，从而能够缩短激光加工时间的同时可靠进行激光加工的激光加工装置及其方法。

另外，本发明的目的在于，提供一种利用自一个激光部生成的激光束来形成两个激光束通道而进行激光加工，从而能够有效利用激光输出的激光加工装置及其方法。

本发明的上述目的通过激光加工装置来实现，该激光加工装置，其特征在于，包括：生成激光束的激光部；用于调节上述激光部照射的激光束的偏振方向的波片(wave plate)；将通过上述波片的上述激光束分成第一激光束和第二激光束的偏光片(polarizing plate)；反射上述第二激光束的多个反射部；放大上述第二激光束的激光束放大部；将上述第一激光束及通过上述多个反射部和上述激光束放大部的上述第二激光束进行聚焦的聚焦透镜(focusing lens)；以及安放加工对象的加工部；利用上述第一激光束和被放大的第二激光束，分别对上述加工对象的不同位置进行加工。

通过上述多个反射部和上述激光束放大部的第二激光束可以经由上述偏光片之后，通过上述聚焦透镜进行聚焦。

上述波片可以包括第一波片和第二波片。

上述第一波片可置于上述激光部和上述偏光片之间，上述第二波片可置于上述偏光片和上述反射部之间。

在上述偏光片和上述聚焦透镜之间，还可包括聚光透镜(condensinglens)。

通过调节上述聚光透镜和上述聚焦透镜之间的距离，可以调节上述加工对象被加工的厚度。

上述激光束可以是皮秒(picosecond)激光束，也可以是飞秒(femtosecond)激光束。

上述激光束放大部可包括扩束望远镜(beam expanding telescope)。

此外，本发明的上述目的通过激光加工方法来实现，该激光加工方法，其特征在于，将激光束分成第一激光束和第二激光束，并将第一激光束和被放大的第二激光束通过聚焦透镜进行聚焦之后，分别对加工对象的不同位置进行加工。

发明的有益效果：

根据如上所述构成的本发明，可扩大加工对象内部的加工深度。

另外，可调节加工对象内部的加工位置。

另外，利用两个激光束，对加工对象内部进行加工，从而可缩短激光加工时间的同时能够可靠地进行激光加工。

另外，利用通过一个激光部生成的激光束来形成两个激光束通道，并进行激光加工，从而能够有效利用激光输出。

附图说明

图1是表示现有技术涉及的激光加工装置的结构的示意图。

图2是表示本发明的一实施例涉及的激光加工装置的结构的示意图。

图3是表示本发明的一实施例涉及的激光束放大部的不同结构的示意图。

图4和图5是表示本发明的一实施例涉及的包含聚光透镜的激光加工装置的结构的示意图。

附图标记说明

10、100：激光部

11、110：激光束

111：第一激光束

112:第二激光束

113:被放大的第二激光束

200:波片

300：偏光片

20，400:反射部

500:激光束放大部

30、600：聚焦透镜

610、620：激光束聚焦点

40、700：加工对象

800：聚光透镜

具体实施方式

下面，参照例示出能够实施本发明的特定实施例的附图，对本发明作以详细说明。为了使本领域的技术人员能够充分实施本发明，将对这些实施例作以详细说明。本发明的各种实施例虽有所不同，但相互之间并不排斥。例如，这里所记载的一实施例的特定形状、结构和特性，在不脱离本发明思想和范围的情况下，可以由其他实施例来实现。另外，应理解为，各自公开的实施例中的个别构成要素的位置或配置，在不脱离本发明思想和范围的情况下可以进行变更。因此，后述的详细说明并无限定之意，准确地说，本发明的保护范围仅以其权利要求所记载的内容为准，包含与其所主张的内容同等的所有范围。附图中类似的附图标记是指，在多方面具有相同或类似功能，且为方便起见，也有可能夸张地表现出长度、面积、厚度等其形态。

下面，为了使本发明所属技术领域的普通技术人员容易实施本发明，参照附图详细说明本发明的优选实施例。

在本发明中，激光加工可以理解为，激光照射对象而进行图案加工或进行切割对象的过程。

图2是表示本发明的一实施例涉及的激光加工装置的结构的示意图。

参照图2，本发明的一实施例涉及的激光加工装置，可以包括激光部100、波片(wave plate)200、偏光片(polarizing plate)300、多个反射部400，激光束放大部500、聚焦透镜(focusing lens)600和安放加工对象700的加工部(未图示)。

激光部100生成激光束110。作为一例，可以生成YAG激光、二极管激光、CO₂激光、准分子激光等，并向波片200照射。

另一方面，激光束110可以是皮秒(picosecond)激光束或飞秒(femtosecond)激光束。皮秒激光束具有数皮秒以上的脉冲幅度，利用皮秒激光束进行的加工，以非热反应的光化学反应为主，因此，具有可进行高精密加工的特性。飞秒激光束具有数飞秒以上的脉冲幅度，增幅时，可输出相当于10¹²太瓦，具有可以加工任何材料的特性。另外，飞秒激光利用多光子效应，能够获得即使激光未聚到一点上也使光子能量聚到一点上的效果，所以能够进行高精密加工。

波片200起到调节自激光部100照射的激光束100的偏振方向的作用。波片200可以包括第一波片210和第二波片220。作为一例，如图2所示，优选第一波片210配置在激光部100和偏光片300之间，第二波片220配置在偏光片300和反射部400(尤其是第一反射部410)之间。在本发明中可以不受限制地使用已公知的波片200，利用第一波片210和第二波片220来调节激光束110的偏振方向属于公知技术，对此不作以详细说明。

偏光片300可以将通过第一波片210的激光束110分成第一激光束111和第二激光束112。被入射到偏光片300的激光束110中，一部分经反射后可成为行进方向改变的第一激光束111，另一部分直接透射偏光片300后成为保持原来行进方向的第二激光束112。根据经第一波片210调节的激光束110的偏振方向，可调节被偏光片300反射的激光束110的比率。

可以与通过第一波片210照射的激光束110的方向形成45°角的设置偏光片300。因此，激光束110可以被分成，被偏光片300反射而与激光束110的方向形成90°角且被照射到聚焦透镜600上的第一激光束111，和通过偏光片300的第二激光束112。

多个反射部400对经由偏光片300的第二激光束112进行多次反射，第二激光束112在通过反射部400反射的过程中，可以使通过激光束放大部500而被放大的第二激光束113再次反射到偏光片300上。反射部400数量并不限定，只要多次反射第二激光束112之后，被放大的第二激光束113再次通过起振偏光片300而能够照射到聚焦透镜600上均可。但，在本说明书中，如图2所示，假定反射部400由第一反射部410、第二反射部420和第三反射部430构成来加以说明。

作为一例，再次参照图2，经由偏光片300和波片220的第二激光束112，通过与第二激光束112的方向形成45°角而设置的第一反射部410，路径发生90°角的改变之后向第二反射部420行进，再通过与第二激光束112的方向形成45°角而设置的第二反射部420，路径再次发生90°角的改变之后向第三反射部430行进，再通过与被放大的第二激光束113的方向形成45°角而设置的第三反射部430，路径再次发生90°角的改变之后射向偏光片300。

激光束放大部500起到放大通过其的激光束尺寸的作用。第二激光束112通过激光束放大部500之后，可以变成被放大的第二激光束113。优选激光束放大部500配置在第二反射部420和第三反射部430之间，但只要被放大的第二激光束113通过偏光片300之后照射到聚焦透镜600上，激光束放大部500即使配置在第一反射部410和第二反射部420之间或配置在第三反射部430和偏光片300之间也无妨。

优选激光束放大部500包括扩束望远镜(BET、beam expandingtelescope)。

图3是表示本发明的一实施例涉及的扩束望远镜的不同结构的示意图。

图3的(a)所示的扩束望远镜是包括依次配置的球面凹透镜(sphericalconcave lens)510和球面凸透镜(spherical convex lens)520而放大激光束的形式。

图3的(b)所示的扩束望远镜是依次配置有球面凹透镜530和两个柱面凸透镜540、550，两个柱面凸透镜540、550的弯曲(curvature)方向正交，从而使激光束放大的形式。

图3的(c)所示的扩束望远镜是依次配置有两个柱面凹透镜560、570和两个柱面凸透镜580、590，各透镜的弯曲方向与相邻透镜的弯曲方向正交，从而使激光束放大的形式。

聚焦透镜(focusing lens)600可以根据数值孔径(NA、numerical aperture)，使照射在聚焦透镜30上的第一激光束111和被放大的第二激光束113聚焦到安放在加工部上的加工对象700的内部。

加工部上安放有加工对象700，激光束111、113对加工对象700进行加工。加工对象700可以是半导体晶片、玻璃等。尤其是，为使激光束111、113聚焦到加工对象700的内部，优选加工对象为透明材料。

另一方面，因经由聚焦透镜600的第一激光束111和被放大的第二激光束113的尺寸不同，所以聚焦到加工对象700内部的激光束的聚焦点610、620也会形成在不同位置。如图2所示，第一激光束111与经放大后相对大的第二激光束113相比，其聚焦的角度更小，所以第一激光束的聚焦点610可以聚焦在加工对象700的更深领域。因此，可以对加工对象700内部的不同位置进行激光加工，即对第一激光束的聚焦点610和第二激光束的聚焦点620进行激光加工。换言之，激光束能量密度在激光束聚焦点610、620的正中央具有最大值，能量密度以其为中心越向外侧越减少，因此，能够对从第一激光束的聚焦点610到第二激光束的聚焦点620的连接部分进行激光加工。

如上所述的，通过将自一个激光部100生成的激光束110分成两个激光束111、113来进行激光加工，从而可扩大加工对象700内部的加工深度。

另外，可以通过调节第一波片210和第二波片220，或调节激光束放大部500的扩束望远镜，来调节被放大的第二激光束113的尺寸，从而能够控制形成第二激光束聚焦点620的位置。例如，第二激光束113放大得越大，第二激光束聚焦点620越难以深入加工对象700内部形成，而第一激光束放大得越小，第二激光束聚焦点620越能深入加工对象700内部，靠近第一激光束的聚焦点610。因此，本发明的激光加工装置可以调节加工对象700内部的加工位置。

图4和图5是表示本发明的一实施例涉及的包括聚光透镜的激光加工装置的结构的示意图。为了方便说明，在图4和图5中仅放大示出聚焦透镜600、加工对象700和聚光透镜800的结构。

本发明的激光加工装置还可以包括聚光透镜800。优选聚光透镜800配置在偏光片300和聚焦透镜600之间。聚光透镜800起到使被偏光片300反射的第一激光束111和通过偏光片300而被放大的第二激光束113的路径发生弯曲之后照射到聚焦透镜600上的作用。

例如，参照图4，经由聚光透镜800的激光束分别以不同弯曲度照射到聚焦透镜600上，并通过聚焦透镜600，在加工对象700内部分别形成不同的激光束聚焦点621、622、623。为方便起见，在图4中示出了，分为不连续的三个激光束在经由聚光透镜800时路径发生弯曲，但实际上，应该理解为激光束的路径连续弯曲。因此，由于还包括聚光透镜800，可以对激光束聚焦点621、622、623的相连接部分进行激光加工，从而进一步扩大了加工对象700内部的加工深度。

另一方面，可以通过调节聚光透镜800和聚焦透镜600之间的距离d,来调节加工对象700内部的被加工厚度。比较图4和图5，聚光透镜800和聚焦透镜600之间的距离d，图5的情况更短，因此，加工对象700内部的被加工厚度更浅，即，激光束聚焦点621、622、623被连接的距离更短。这是因为聚光透镜800和聚焦透镜600越近，经由聚光透镜800的激光束弯曲后行进的路径会越短，从而难以在加工对象700内部深处形成焦点。

下面，参照附图，说明利用本发明涉及的激光加工装置进行的激光加工的过程。

首先，在激光部100生成激光束110之后，向第一波片210照射。

通过第一波片210之后，偏振方向被调节的激光束110入射到偏光片300上，而分成第一激光束111和第二激光束112。偏光片300被设置成与激光束110的入射方向形成45°角，因此第一激光束111与激光束110的入射方向垂直地向聚焦透镜600照射，而第二激光束112通过偏光片300。

第二激光束112经由第二波片220之后，被第一反射部410反射而路径发生90°的改变，再被第二反射部420反射之后，路径发生90°的改变。

之后，第二激光束112经由激光束放大部500的扩束望远镜时可以被放大。被放大的第二激光束113被第三反射部430反射之后，路径发生90°的改变，且经由偏光片300之后射向聚焦透镜600。

经由聚焦透镜600的第一激光束111在透明加工对象700内部的第一激光束聚焦点610处聚焦地进行照射，被放大的第二激光束113在第二激光束聚焦点620处聚焦地进行照射。因此，可以对透明加工对象700内部的第一激光束聚焦点610和第二激光束聚焦点620的连接部分进行激光加工。

另一方面，可以通过调节聚光透镜800和聚焦透镜600的距离d来改变激光束聚焦点621、622、623的连接距离，从而还可以进一步调节加工对象700内部的被加工厚度。例如，若缩短聚光透镜800和聚焦透镜600的距离d,则激光束聚焦点621、622、623的连接距离变短，从而加工对象700内部的被加工厚度减少，而若拉大聚光透镜800和聚焦透镜600的距离，则激光束聚焦点621、622、623的连接距离变长，从而加工对象700内部的被加工厚度增加。

本发明利用两个激光束来进行加工，因此能够扩大加工对象内部的加工深度，还可以通过调节激光束被放大的程度来调节加工对象内部的加工位置。此外，利用两个激光束来对加工对象内部进行加工，从而可节省加工时间的同时减少加工不良率，能够可靠地进行激光加工，可有效地利用激光输出。

如上所述，本发明图示出优选实施例进行了详细说明，但并不限定于此，本发明所属技术领域的普通技术人员，均可以在不脱离本发明思想的范围内，进行各种变形和变更。这些变形例和变更例均包含于本发明及权利要求书的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种激光加工装置，其特征在于，包括：

激光部，生成激光束；

波片，用于调节来自所述激光部的激光束的偏振方向；

偏光片，将经由所述波片的激光束分成第一激光束和第二激光束；

多个反射部，反射所述第二激光束；

激光束放大部，放大所述第二激光束；

聚焦透镜，用于聚焦所述第一激光束及通过所述多个反射部和所述激光束放大部的所述第二激光束；

聚光透镜，配置在所述偏光片和所述聚焦透镜之间；以及

加工部，用于安放加工对象；

经由所述聚光透镜的所述第一激光束和被放大的所述第二激光束在所述加工对象的不同位置分别形成激光束聚焦点，

利用所述第一激光束和被放大的所述第二激光束，分别对加工对象的不同位置进行加工，

调节所述第二激光束被放大的尺寸的同时，通过调节所述聚光透镜和所述聚焦透镜之间的距离，调节所述激光束聚焦点被连接的距离，从而能够调节所述加工对象的被加工厚度。

2.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，

经由所述多个反射部和所述激光束放大部的所述第二激光束，经由所述偏光片之后，被聚焦透镜聚焦。

3.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，

所述波片包括第一波片和第二波片。

4.根据权利要求3所述的激光加工装置，其特征在于，

所述第一波片配置在所述激光部和所述偏光片之间，所述第二波片配置在所述偏光片和所述反射部之间。

5.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，

所述激光束是皮秒激光束或飞秒激光束。

6.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，

所述激光束放大部包括扩束望远镜。

7.一种激光加工方法，其特征在于，

调节所述第二激光束被放大的尺寸的同时，利用偏光片将激光束分成第一激光束和第二激光束，经由聚光透镜的所述第一激光束和被放大的所述第二激光束在加工对象的不同位置分别形成激光束聚焦点，通过聚焦透镜聚焦所述第一激光束和被放大的所述第二激光束，从而分别对加工对象的不同位置进行加工，

通过调节配置在所述偏光片和所述聚焦透镜之间的所述聚光透镜和所述聚焦透镜之间的距离，调节所述激光束聚焦点被连接的距离，从而能够调节所述加工对象的被加工厚度。