CN103447687A - 激光加工系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光加工系统及方法。本发明涉及的激光加工系统，包括：工作台（100），用于安放基板（10）；激光部（200），用于生成激光束（L）；位置测量部（300），测量自基板（10）的z轴方向距离值；以及控制部（400），基于从位置测量部（300）接收的距离值，来生成基板（10）的表面凹凸数据，从而调节向基板（10）表面或内部照射的激光束（L）的聚焦点（P）的位置，在对基板（10）的进行激光加工时，由位置测量部（300）进行的距离值测量和由控制部（400）进行的激光束的聚焦点（P）位置调节是实时联动的。

Description

激光加工系统及方法

技术领域

本发明涉及一种激光加工系统及其方法。更详细地说，涉及一种可以实时联动进行位置测量部的基板表面凹凸数据测量和照射到基板表面或内部的激光束聚焦点的位置调节的同时，对基板进行激光加工的激光加工系统及方法。

背景技术

近来，随着显示器用基板、太阳能电池用基板、半导体用晶片等基板的大型化，而元件集成化的趋势，在提高生成安全性方面倾注更多努力。因此，快速加工大型化基板的同时进行精密加工的激光加工方法，在整个产业的应用领域正在迅速普及。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，在蚀刻或切割半导体晶片或玻璃等基板时得以应用。

激光加工工艺之前，检查基板缺陷并分析基板状态的过程是必须的。特别是，基板越大，基板的重量、材料、工艺环境等造成平整度在整个基板上不一致，因此，激光加工之前需要测量基板的表面凹凸状态。上述的测量基板表面凹凸状态的现有技术被韩国公开特许第10-2005-0111242号等公开。

现有的激光加工方法是，在进行测量基板表面凹凸状态的工艺之后，基于所测得的数据，单独进行激光加工工艺，从而存在延迟工艺时间的问题。此外，经测量基板表面凹凸状态的工艺之后，为了进行激光加工工艺而待机或移送基板的期间，基板的表面凹凸状态发生变化，从而存在难以基于所测得的数据进行激光加工的问题。

发明内容

因此，本发明是为了解决上述现有技术的各种问题而提出的，目的在于，提供一种激光加工系统，能够实时进行基板表面凹凸状态的测量和对基板的激光加工，从而能够缩短工艺时间。

另外，本发明目的在于，提供一种激光加工系统，测量基板表面凹凸状态，并将其进行数据化而利用，从而能够通过调节激光束的聚焦点位置来保持恒定的激光加工深度。

另外，本发明目的在于，提供一种激光加工系统，测量基板表面凹凸状态，并将其进行数据化而利用，从而能够在基板的所需位置进行精密加工。

本发明的所述目的通过激光加工系统实现，该激光加工系统，其特征在于，包括：工作台，用于安放基板；激光部，用于生成激光束；位置测量部，测量自所述基板的z轴方向距离值；以及控制部，基于从所述位置测量部接收的所述距离值，来生成所述基板的表面凹凸数据，并调节向所述基板内部照射的所述激光束的聚焦点位置；在对所述基板进行激光加工时，由所述位置测量部进行的所述距离值的测量和由所述控制部进行的所述激光束的聚焦点位置的调节是实时联动的。

还可以包括激光部驱动部，该激光部驱动部通过移动所述激光部来调节照射到所述基板上的所述激光束的聚焦点位置。

所述激光部驱动部可以通过调节所述激光部以在z轴方向进行上下移动，来调节所述激光束的聚焦点位置。

还可以包括工作台移送部，该工作台移送部调节所述工作台，使所述工作台在x轴、y轴或z轴方向移动。

在所述工作台向x轴或z轴方向移动的同时，所述位置测量部可以测量所述距离值。

可以包括两个所述位置测量部，其中一个设置成与所述激光部沿x轴方向平行，其余一个设置成与所述激光部沿y轴方向平行。

可以将从所述基板上部表面的第一点到所述基板上部表面的第二点的所述表面凹凸数据存储在所述控制部。

可基于从所述第一点到所述第二点的所述表面凹凸数据，沿z轴方向从所述基板的下部到上部分阶段地进行多次激光加工。

基于所述表面凹凸数据，可以从所述第一点到所述第二点的方向，或从所述第二点到所述第一点的方向，进行所述基板的激光加工。

此外，本发明的所述目的通过激光加工方法实现，该激光加工方法，其特征在于，由位置测量部测量自基板的z轴方向距离值，并基于所述距离值生成所述基板的表面凹凸数据，从而调节照射到所述基板表面或内部的激光束的聚焦点位置，在对所述基板进行激光加工时，所述距离值的测量和所述激光束的聚焦点位置的调节是实时联动的。

根据如上所述的构成的本发明，基板表面凹凸状态的测量和对基板的激光加工实时进行，从而能够缩短工艺时间。

另外，测量基板表面凹凸状态，并将其进行数据化而利用，从而能够通过调节激光束的聚焦点位置来保持恒定的激光加工深度。

另外，测量基板表面凹凸状态，并将其进行数据化而利用，从而能够在基板的所需位置进行精密加工。

附图说明

图1是表示本发明的一实施例涉及的激光加工系统的整个结构的图。

图2是表示调节本发明的一实施例涉及的聚焦点位置的放大图。

图3至图5是表示本发明的一实施例涉及的从第一点到第二点进行激光加工过程的图。

图6及图7是表示本发明的一实施例涉及的激光加工系统基于表面凹凸数据对基板内部进行多次激光加工的图。

附图标记：

1：第一点

2：第二点

11、12、13、14：加工区域

10：基板

100：工作台

110：工作台移送部

200：激光部

210：加工透镜

220：激光部驱动部

300：位置测量部

L：第一激光束

P、P′、P〞：聚焦点

具体实施方式

下面，参照附图和能够实施本发明的具体实施例详细说明本发明。为了使本领域的技术人员能够充分实施，详细说明这些实施例。应理解为，本发明的各种实施例彼此不同，但相互并不排斥。例如，这里所记载的一实施例的具体形状、具体结构和特性，在不脱离本发明精神和范围的情况下，也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，在不脱离本发明精神和范围的情况下也可进行变更。因此，后述的详细说明并无限定之意，准确地说明，本发明的保护范围仅以权利要求书所记载的内容为准，包含与其权利要求所主张的内容等同的所有范围。在附图中，类似附图标记表示在各方面具有相同或类似功能，为方便起见，也有可能夸张地表现出长度、面积、厚度等和其形态。

下面，参照附图详细说明本发明的优选实施例，以使本发明所属技术领域的普通技术人员易于实施。

在本说明书中，激光加工可以理解为，激光束照射到基板表面或内部而形成线、槽、图案等的进行蚀刻或划线工艺，或进行基板切割。

激光加工系统的构成

图1是表示本发明的一实施例涉及的激光加工系统的整个结构的图。

参照图1，本发明的一实施例涉及的激光加工系统可以包括工作台100、激光部200、位置测量部300及控制部400。

在工作台100可以安放基板10而进行基板10的激光加工。基板10可以是用于显示器、太阳能电池等的玻璃、半导体晶片等。特别是，优选基板10的材料为透明的，以便激光束L在基板10内部聚焦而形成聚焦点P。此外，基板10可以是应用于显示装置等的薄型基板，厚度为2mm以下。此外，基板10可以是应用于显示装置等的大面积基板，其一边长度为0.5m至3.5m。

另一方面，本发明的激光加工系统还可以在工作台100包括工作台移送部110，以调节工作台100使其向x轴、y轴或z轴移动。此时，可以将激光部200、位置测量部300等配置成固定状态，而通过工作台移送部110进行调节使工作台100移动，来进行基板的激光加工。此外，也可以固定工作台100，而向x轴、y轴或z轴移动激光部200、位置测量部300等，来进行基板10的激光加工。当然，也可以进行调节使工作台100、激光部200、位置测量部300等均向x轴、y轴或z轴移动。下面，为了便于说明，假设如图3至5所示的工作台100仅向x轴方向移动而对基板10进行激光加工的情况进行说明。

激光部200生成激光束L。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，并向基板10照射。在激光部200的端部配置有加工透镜210，以便能够将激光束L聚焦到基板10的表面或内部。加工透镜210是能够聚焦激光束L的聚焦透镜（focusing lens），可以在基板10的表面或内部形成激光束L的聚焦点P来进行激光加工。

激光束L的脉冲幅度可以为飞秒（femtosecond）至纳秒（nanosecond）。其中，具有数皮秒以上脉冲幅度的皮秒激光束，以非热反应的光化学反应为主，因此，具有可以进行高精密加工的特性。具有数飞秒以上脉冲幅度的飞秒激光束，增幅时可输出相当于10¹²的太瓦级功率，具有可以加工任何材料的特性。另外，飞秒激光束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。

另一方面，为了提高玻璃或半导体晶片等基板10的激光束L吸收率，激光束L的波长可以为100nm至1100nm。

激光部驱动部220可以使激光部200在z轴方向上下移动地进行调节，从而调节激光束L的聚焦点P位置。优选激光部驱动部220可以调节激光部200向上下移动微米（micrometer）至纳米（nanometer）级，以便测量基板10的表面状态并根据表面凹凸数据细微地调节聚焦点P位置。另一方面，激光部驱动部220也可以通过在z轴方向上下移动加工透镜210而调节加工透镜210与基板10之间的距离，来调节激光束L的聚焦点P位置。

位置测量部300可以测量基板10与位置测量部300在z轴方向上的距离值。在基板10通过工作台移送部110沿x轴或y轴方向移动的期间，位置测量部300可以测量基板10与位置测量部300之间的距离，并将该距离值传送给控制部400。应用于位置测量部300的位置测量传感器（未图示），可以无限制的使用公知技术。只是，考虑到基板10的表面状态，优选位置测量部300可以测量微米（micrometer）至纳米（nanometer）级的距离。

另一方面，也可以设置两个位置测量部300。其中一个位置测量部300可以设置成与激光部200在x轴方向上平行，其余一个位置测量部300设置成与激光部200在y轴方向上平行。此时，可以更顺利地进行x轴及y轴方向的加工。

控制部400可以控制工作台100通过工作台移送部110沿x轴或y轴方向移动的速度，或激光部200、位置测量部300沿x轴或y轴方向移动的速度。控制部400可以根据用户的输入值来控制工作台100、激光部200、位置测量部300等的移动速度（例如，1mm/s的低速至1500mm/s的高速）。

此外，控制部400可以基于从位置测量部300接收的距离值生成并存储基板10的表面凹凸数据。作为一例，若位置测量部300实时测量的自基板10的距离值变大时，可以生成基板10表面呈向下突出形状的表面凹凸数据，相反，若距离值变小时，可以生成基板10表面呈向上突出形状的表面凹凸数据。

此外，控制部400可以根据表面凹凸数据来控制激光部驱动部220，以调节激光束L照射到基板10表面或内部的聚焦点P位置。因激光部200和位置测量部300隔着规定间距被固定，所以对于基板10的特定点，先由位置测量部300测量z轴方向距离值，并根据基板10的移动速度（即，工作台100的移动速度），当激光部200到达特定点的z轴方向位置时，基于位置测量部300测量的距离值，调节激光束L的聚焦点P位置。

作为一例，参照图2，若在特定点由位置测量部300测量的自基板10的距离值减少了相当于a的长度时，在该点上，激光束L相应地向基板10的上部侧调节相当于a的长度的位置而形成聚焦点P′，相反，若由位置测量部300测量的与基板10的距离值增加了相当于b的长度时，在该点上，激光束L的聚焦点P相应地向基板10的下部侧调节相当于b的长度的位置而形成聚焦点P〞。聚焦点P′由激光部驱动部220将激光部200向z轴方向上部移动相当于a的长度来形成，而聚焦点P〞由激光部驱动部220将激光部200向z轴方向下部移动相当于b的长度来形成。另一方面，由激光部驱动部220向z轴方向上下移动加工透镜210时，也可以适用上述方法。如此，观察图2的连接聚焦点P-P′-P-P〞的虚拟虚线，可知其模样与基板10表面的凹凸一致。因此，本发明能够与基板10表面的凹凸状态无关地保持恒定的激光加工深度。

激光加工过程

下面，描述在本发明的一实施例涉及的激光加工系统中对基板10进行激光加工的过程。

图3至图5是表示从本发明的一实施例涉及的第一点1到第二点2进行激光加工过程的图。

第一点1和第二点2可以理解为，为了对基板10进行激光加工的基板表面上的点，或从内部的一点的垂直轴和基板10上部表面相接触的点。此外，第一点1和第二点2可以理解为，进行激光加工的起点1和终点2。

参照图3，随着控制部400向工作台移送部110传递信号使工作台100与x轴平行地从右侧向左侧移动，激光部200和位置测量部300相对地从左侧向右侧移动。当位置测量部300位于第一点1的上部时，位置测量部300可以实时测量向左侧方向移动的基板10之间的z轴方向距离值，并传送给控制部400，从而控制部400生成从第一点1到第二点2的表面凹凸数据。

接着，参照图4，当激光部200和位置测量部300从左侧进一步向右侧相对移动而使激光部200位于第一点1上部时，激光束L在基板10内部或表面形成聚焦点P来进行激光加工，从而可以形成加工区域11。此时，控制部400基于表面凹凸数据校正位置测量部300和激光部200的误差来调节激光部驱动部220，从而能够使激光束L的聚焦点P在z轴方向上下微微移动。

接着，参照图5，在位置测量部300到达第二点2的过程中，实时地测量自基板10的z轴方向距离值并传送给控制部400，而激光部200到达第二点2为止进行激光加工。由此，可以形成与沿基板10的上部表面连接第一点1和第二点的虚拟线平行的加工区域11。

图6及图7是表示本发明的一实施例涉及的激光加工系统基于表面凹凸数据对基板内部进行多次激光加工的图。

参照图6，可以利用本发明的一实施例涉及的激光加工系统进行基板10的切割。首先，如图3至图5所示，先由位置测量部300实时测量自基板10的距离值，同时由激光部200进行形成加工区域11的工艺，之后，基于存储在控制部400的表面凹凸数据，沿z轴方向从基板10的下部到上部分阶段进行多次激光加工。先在基板10的下部形成加工区域11之后，向加工区域11的上部方向依次形成加工区域12至加工区域14，这样才能避免激光束L和加工区域之间的干涉。在图6中示出了进行加工区域11至加工区域14的四次激光加工，但根据基板10厚度或材料可以任意调节激光加工次数。

另一方面，由于已存储有表面凹凸数据，所以不一定必须从第一点1到第二点2的方向进行激光加工，也可以从第二点2到第一点1的方向进行激光加工。即，位置测量部300可以利用一次测得的表面凹凸数据进行多次正向及反向加工，从而能够显著缩短激光加工时间。

参照图7可知，由于基板10的重量，发生了向下的凹凸，但是利用本发明的激光加工系统，与基板10的表面凹凸形状平行地形成加工区域11至加工区域14。

如此，本发明可以实时地进行基板表面凹凸状态的测量和对基板的激光加工，从而能够缩短工艺时间，而且，可以利用一次测得的表面凹凸数据进行多次激光加工，从而具有能够进一步缩短工艺时间的优点。

此外，本发明具有如下优点，即，测量基板表面凹凸状态并将其进行数据化而利用，从而能够通过调节激光束的聚焦点位置来保持恒定的激光加工深度。

此外，本发明有如下优点，即，能够将激光束对需要加工区域之外的其它区域的影响最小化，从而能够减少基板损伤。

此外，本发明具有如下优点，即，在测量基板表面凹凸状态的同时基于它实时地进行激光加工，从而能够进行更加精密的加工。

如上所述，本发明通过优选实施例和附图进行了说明，但并不限定于所述实施例，在不脱离本发明主旨的范围内，具有本发明所属技术领域的一般知识的技术人员可以进行多种变形和变更。应当认为这种变形例及变更例属于本发明和所附的权利要求书的范围内。

Claims (12)

1.一种激光加工系统，其特征在于，包括：

工作台，用于安放基板；

激光部，用于生成激光束；

位置测量部，测量自所述基板的z轴方向距离值；以及

控制部，基于从所述位置测量部接收的所述距离值，生成所述基板的表面凹凸数据，以调节照射至所述基板表面或内部的所述激光束的聚焦点位置；

在对所述基板进行激光加工时，由所述位置测量部进行的所述距离值的测量和由所述控制部进行的所述激光束的聚焦点位置的调节是实时联动的。

2.如权利要求1所述的激光加工系统，其特征在于，还包括：

激光部驱动部，该激光部驱动部通过移动所述激光部来调节照射到所述基板上的所述激光束的聚焦点位置。

3.如权利要求2所述的激光加工系统，其特征在于，

所述激光部驱动部通过调节所述激光部以在z轴方向上进行上下移动，从而调节所述激光束的聚焦点位置。

4.如权利要求1所述的激光加工系统，其特征在于，还包括：

工作台移送部，该工作台移送部调节工作台使所述工作台沿x轴、y轴或z轴方向移动。

5.如权利要求4所述的激光加工系统，其特征在于，

在所述工作台沿x轴或y轴方向移动的同时，所述位置测量部测量所述距离值。

6.如权利要求1所述的激光加工系统，其特征在于，

包括两个所述位置测量部，其中一个位置测量部设置成沿x轴方向与所述激光部平行，另一个位置测量部设置成沿y轴方向与所述激光部平行。

7.如权利要求1所述的激光加工系统，其特征在于，

将从所述基板上部表面的第一点到所述基板上部表面的第二点之间的所述表面凹凸数据存储在所述控制部。

8.如权利要求7所述的激光加工系统，其特征在于，

基于从所述第一点到所述第二点之间的所述表面凹凸数据，沿z轴方向从所述基板的下部到上部分阶段地进行多次激光加工。

9.如权利要求7所述的激光加工系统，其特征在于，

基于所述表面凹凸数据，沿着从所述第一点到所述第二点的方向或从所述第二点到所述第一点的方向，进行所述基板的激光加工。

10.一种激光加工方法，其特征在于，

由位置测量部测量自基板的z轴方向距离值，并基于所述距离值生成所述基板的表面凹凸数据，从而调节照射到所述基板表面或内部的激光束的聚焦点位置，

在对所述基板进行激光加工时，所述距离值的测量和所述激光束的聚焦点的位置调节是实时联动的。

11.如权利要求10所述的激光加工方法，其特征在于，

存储从所述基板上部表面的第一点到所述基板上部表面的第二点之间的所述表面凹凸数据，

基于从所述第一点到所述第二点之间的所述表面凹凸数据，沿z轴方向从所述基板的下部到上部分阶段地进行多次激光加工。

12.如权利要求10所述的激光加工方法，其特征在于，

存储从所述基板上部表面的第一点到所述基板上部表面的第二点之间的所述表面凹凸数据，

基于所述表面凹凸数据，沿着从所述第一点到所述第二点的方向或从所述第二点到所述第一点的方向，对所述基板进行激光加工。

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