JP2015514018A - Apparatus and method for manufacturing minute notch at wheel tip using ultrafast laser - Google Patents

Apparatus and method for manufacturing minute notch at wheel tip using ultrafast laser Download PDF

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Abstract

脆性材料の切断に用いられる工具としてホイールの先端部に複数個の微小切欠が形成されているスクライビングホイールを製造する装置および方法であって、超高速レーザを用いて複数個の微小切欠を形成することで非接触式工程を実現する、超高速レーザを用いたホイールの先端部の微小切欠の製造装置および方法を提供する。【選択図】図２An apparatus and method for manufacturing a scribing wheel in which a plurality of minute notches are formed at the tip of a wheel as a tool used for cutting a brittle material, wherein the plurality of minute notches are formed using an ultrafast laser. An apparatus and a method for manufacturing a minute notch at the tip of a wheel using an ultrafast laser, which realizes a non-contact type process. [Selection] Figure 2

Description

本発明は、超高速レーザを用いたホイールの先端部(edge line portion)の微小切欠の製造装置および方法に関する。より詳細には、本発明は、脆性材料を切断するために脆性材料上にスクラッチを形成するツールであるスクライビングホイールが、脆性材料の表面に、より効率よくスクラッチを形成してスクライビングのための垂直クラック（crack）をより容易に発生させるようにする、超高速レーザを用いてダイヤモンドまたは超硬合金からなるホイールの先端部に微小切欠（notch）を製造する装置および方法に関する。   The present invention relates to an apparatus and a method for manufacturing a micro notch in an edge line portion of a wheel using an ultrafast laser. More specifically, the present invention relates to a scribing wheel, which is a tool for forming a scratch on a brittle material in order to cut the brittle material, to form a scratch on the surface of the brittle material more efficiently. The present invention relates to an apparatus and a method for manufacturing a micro notch at the tip of a wheel made of diamond or cemented carbide using an ultrafast laser so that cracks are more easily generated.

ＬＣＤ、ＴＦＴ‐ＬＣＤ、ＯＬＥＤをベースとするＦＰＤ（Flat Panel Display）、タッチパネル（touch panel）などを含む平面素子に対する需要が増加しつつあり、これに伴い、生産性向上のために素子自体を生産する際に大型化および軽薄化の傾向が強まっている。そのため、これらを用いた最終製品（end‐product）を生産するためには、既に生産された大型の平面素子を目的に応じて切断する過程が必須である。それだけでなく、通常、半導体生産工程において、ウェーハ上に集積回路を形成した後、スクライブ（scribe）工程によりそれぞれのダイに分離する過程が必ず行われる。   The demand for flat elements including LCD, TFT-LCD, FPD (Flat Panel Display) based on OLED, touch panel (touch panel), etc. is increasing, and along with this, the elements themselves are produced to improve productivity. In doing so, the trend toward larger and lighter weight is increasing. Therefore, in order to produce an end-product using these, a process of cutting a large planar element that has already been produced according to the purpose is essential. In addition, usually, in a semiconductor production process, after an integrated circuit is formed on a wafer, a process of separating each die by a scribe process is always performed.

スクライブ工程とは、素子基板、ウェーハなどの板状対象物にスクライビング線を形成し、このスクライビング線を中心として両側に力を加えてスクライビング線に沿って折れるようにすることで切断を行う工程である。通常、ウェーハは、ガラスなどの脆性材料からなっており、脆性材料は、外部の力が加えられたときにクラックの伝播が非常に迅速且つ容易に行われる特性を有するため、脆性材料の切断においてスクライブ工程は非常に有効に用いられる。特に、かかる脆性材料の場合、切断工具を用いて対象物全体を切断することに比べて、若干のクラックのみ形成した後、他はスクライビングを用いて切断することがはるかに容易であるという利点をも有する。かかるスクライビング装置または方法については、韓国特許公開第２０１１‐００７９９７７号（「チップ前処理装置を含むスクライビング装置およびスクライビング方法」、２０１１．０７．１２）、日本特許公開第２０１０‐１９４７８４号（「スクライブ装置およびスクライブ方法」、２０１０．０９．０９）、韓国特許公開第２０１０‐００５６２１６号（「スクライビング装置およびこれを用いたスクライビング方法」、２０１０．０５．２７）などに詳細に開示されている。   The scribing process is a process in which a scribing line is formed on a plate-like object such as an element substrate or a wafer, and cutting is performed by applying force on both sides around the scribing line so that the scribing line is bent along the scribing line. is there. In general, a wafer is made of a brittle material such as glass, and the brittle material has the property that the propagation of cracks is very quick and easy when an external force is applied. The scribing process is used very effectively. In particular, in the case of such a brittle material, the advantage is that it is much easier to cut using scribing after forming only a few cracks compared to cutting the entire object using a cutting tool. Also have. As for such scribing apparatus or method, Korean Patent Publication No. 2011-0079977 (“Scribing Apparatus and Scribing Method Including Chip Pre-Processing Device”, 2011.7.12), Japanese Patent Publication No. 2010-194784 (“Scribing Apparatus”). And scribing method ", 2010.09.09), Korean Patent Publication No. 2010-0056216 (" scribing apparatus and scribing method using the same ", 2011.05.27), and the like.

しかし、このようにスクライブ工程を用いる場合、切断工具で完全に切断するのではないため、切断方向を自在に制御することが困難であり、そのため、スクライブ工程中に不良が生じる恐れがある。スクライビングの際に切断方向は、つまりクラックの伝播方向となり、クラックが垂直方向に正確に形成されるようにすることで、かかる問題をある程度解消することができる。したがって、脆性材料からなる対象物上にスクライビング線をより正確で効率よく形成するための様々な技術が研究されてきた。   However, when the scribing process is used in this way, it is difficult to control the cutting direction freely because the cutting tool is not completely cut. Therefore, there is a possibility that a defect may occur during the scribing process. The cutting direction during scribing, that is, the propagation direction of cracks, can be solved to some extent by making the cracks accurately formed in the vertical direction. Therefore, various techniques for forming a scribing line on an object made of a brittle material more accurately and efficiently have been studied.

現在、対象物に比べて高い強度を有するスクライビングホイールを用いてスクライビング線を形成する方法が一般的に用いられている。国際特許公開第ＷＯ０９／０９９１３０号（「POLYCRYSTALLINE DIAMOND」，２００９．０８．１３）に、スクライビングホイールを製造するためにダイヤモンド多結晶体材料を用いることができると開示されているように、かかるスクライビングホイールは、通常、多結晶ダイヤモンドや超硬合金などの材質からなる。   Currently, a method of forming a scribing line using a scribing wheel having higher strength than an object is generally used. As disclosed in International Patent Publication No. WO 09/099130 ("POLYCRYSTALLINE DIAMOND", 2009.08.13), a polycrystalline diamond material can be used to produce a scribing wheel. Is usually made of a material such as polycrystalline diamond or cemented carbide.

かかるスクライビングホイール自体に対してもまた、スクライビング線をより容易に形成するために、その形状や製造方法に関する様々な研究が行われている。スクライビングホイールの形状や製造方法の改善に関する技術として、韓国特許公開第２０１１‐０１２９０５０号（「スクライビングホイールおよびその製造方法」、２０１１．１２．０１）、米国特許登録第７９７５５８９号（「Scribing wheel for brittle material and manufacturing method for same，as well as scribing method，scribing apparatus and scribing tool using the same」，２０１１．０７．１２）などが開示されている。簡単に説明すると、スクライビングホイールは、同じ円錐台状の二つの広い底面側が接している形状を有するが、この二つの円錐台が接している先端部に複数個の微小切欠が形成されて丸鋸刃のような形態になる。このような微小切欠の大きさ、形状、配置形態などが、スクライビングの質に直接影響を及ぼすため、前記で例示した先行文献などでも、このような部分に着目して研究が行われている。   For such a scribing wheel itself, various studies on its shape and manufacturing method have been conducted in order to form a scribing line more easily. As technologies for improving the shape and manufacturing method of the scribing wheel, Korean Patent Publication No. 2011-0129050 (“Scribing Wheel and Manufacturing Method”, 2011.1.001), US Patent Registration No. 7975589 (“Scribing wheel for brittle” material and manufacturing method for same, as well as scribing method, scribing apparatus and scribing tool using the same ", 2011.7.12), and the like. Briefly, the scribing wheel has a shape in which two wide bottom surfaces of the same truncated cone shape are in contact with each other, and a plurality of minute notches are formed at a tip portion where the two truncated cones are in contact with each other to form a circular saw. It looks like a blade. Since the size, shape, arrangement form, and the like of such minute notches directly affect the quality of scribing, research has been conducted by paying attention to such a portion even in the prior art cited above.

このようにスクライビングホイールの形状をどのように形成するかに関する研究が様々に開示されている一方、スクライビングホイールに微小切欠を形成する方法自体については、単に（スクライビングホイールより強い素材からなる工具を用いた）研削加工などの接触式方法を用いる程度である。しかし、上述のように、かかるスクライビングホイールは、多結晶ダイヤモンドや超硬合金などの非常に高い強度を有する材質からなるため、研削加工などを行う際に（スクライビングホイールより強い素材からなる工具を用いても）工具の消耗が速いなどの問題が生じる恐れが高い。また、このような接触式工程は、熱損傷を起こすため、所望の形態の微小切欠を正確且つ均一に形成するにも困難があるという問題がある。   While various studies on how to form the shape of the scribing wheel have been disclosed, the method itself for forming the micro notch in the scribing wheel is simply (using a tool made of a material stronger than the scribing wheel). To the extent that a contact-type method such as grinding is used. However, as described above, since such a scribing wheel is made of a material having a very high strength such as polycrystalline diamond or cemented carbide, a tool made of a material stronger than the scribing wheel is used when performing a grinding process or the like. There is a high risk of problems such as fast tool wear. In addition, such a contact-type process causes thermal damage, so that there is a problem that it is difficult to accurately and uniformly form a micro cutout in a desired form.

そのほかにも、集束イオンビーム（ＦＩＢ、Focused Ion Beam）のような高エネルギー荷電粒子を用いて微小切欠を形成する工程も導入されている。しかし、この場合には、製造工程環境として高真空を必須とし、これはまた工程コスト上昇および工程複雑化などの問題を避けることができない。   In addition, a process of forming a minute notch using high energy charged particles such as a focused ion beam (FIB) has been introduced. However, in this case, a high vacuum is indispensable as a manufacturing process environment, which cannot avoid problems such as an increase in process cost and process complexity.

また、このような従来の様々な工程の場合、その特性上、同時に複数個のホイールの先端部に切欠を製造することができないという技術的な制限点がある。   Further, in the case of such various conventional processes, there is a technical limitation in that notches cannot be manufactured at the tip portions of a plurality of wheels at the same time due to their characteristics.

韓国特許公開第２０１１‐００７９９７７号（「チップ前処理装置を含むスクライビング装置およびスクライビング方法」、２０１１．０７．１２）Korean Patent Publication No. 2011-0079977 ("Scribing device and scribing method including chip pretreatment device", 2011.7.12) 日本特許公開第２０１０‐１９４７８４号（「スクライブ装置およびスクライブ方法」、２０１０．０９．０９）Japanese Patent Publication No. 2010-194784 ("scribe device and scribe method", 2010.09.09) 韓国特許公開第２０１０‐００５６２１６号（「スクライビング装置およびこれを用いたスクライビング方法」、２０１０．０５．２７）Korean Patent Publication No. 2010-0056216 ("Scribing device and scribing method using the same", 2011.05.27) 国際特許公開第ＷＯ０９／０９９１３０号（「POLYCRYSTALLINE DIAMOND」，２００９．０８．１３）International Patent Publication No. WO09 / 099130 ("POLYCRYSTALLINE DIAMOND", 2009.08.13) 韓国特許公開第２０１１‐０１２９０５０号（「スクライビングホイールおよびその製造方法」、２０１１．１２．０１）Korean Patent Publication No. 2011-0129050 (“Scribbing Wheel and Manufacturing Method”, 2011.01.01) 米国特許登録第７９７５５８９号（「Scribing wheel for brittle material and manufacturing method for same，as well as scribing method，scribing apparatus and scribing tool using the same」，２０１１．０７．１２）US Patent No. 7975589 ("Scribing wheel for brittle material and manufacturing method for same, as well as scribing method, scribing apparatus and scribing tool using the same", 2011.07.12.)

したがって、本発明は、上述のような従来技術の問題点を解決するために導き出されたものであり、本発明の目的は、脆性材料の切断に用いられる工具としてホイールの先端部に複数個の微小切欠が形成されているスクライビングホイールを製造する装置および方法として、レーザを用いて切欠を形成することで非接触式工程を実現する、超高速レーザを用いたホイールの先端部の微小切欠の製造装置および方法を提供することにある。   Therefore, the present invention has been derived in order to solve the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a plurality of tools at the tip of a wheel as a tool used for cutting brittle materials. As a device and method for manufacturing a scribing wheel in which a minute notch is formed, a non-contact type process is realized by forming a notch using a laser. It is to provide an apparatus and method.

上述のような目的を達成するための本発明の超高速レーザを用いたホイールの先端部の微小切欠の製造装置は、ホイール５００の先端部５１０に複数個の微小切欠５２０を製造する装置１０００であって、超高速レーザを照射するレーザ照射部１００と、前記レーザ照射部１００で照射されるレーザビームの光路上に前記ホイール５００の先端部５１０が配置されるように、前記ホイール５００を水平移動、垂直移動または回転移動させるホイール移動部２００と、を含み、前記レーザ照射部１００で照射されるレーザビームによって前記ホイール５００の先端部５１０に前記微小切欠５２０が形成されることを特徴とする。   In order to achieve the above-mentioned object, a manufacturing apparatus for minute notches at the tip of a wheel using the ultrafast laser of the present invention is an apparatus 1000 for manufacturing a plurality of minute notches 520 at the distal end 510 of a wheel 500. The wheel 500 is moved horizontally so that the laser irradiation unit 100 for irradiating an ultrafast laser and the tip portion 510 of the wheel 500 is arranged on the optical path of the laser beam irradiated by the laser irradiation unit 100. And a wheel moving unit 200 that moves vertically or rotationally, and the minute notch 520 is formed at the tip 510 of the wheel 500 by the laser beam irradiated by the laser irradiation unit 100.

この際、前記レーザ照射部１００は、レーザ光源１１０と、前記レーザ光源１１０で照射されるレーザビームを前記ホイール５００の先端部５１０に集束させる対物レンズ１２０と、前記レーザ光源１１０と前記対物レンズ１２０との間の光路上に配置され、前記レーザ光源１１０で照射されるレーザビームの波長範囲の光を全反射し、それ以外の波長範囲の光を透過させるダイクロイックミラー１３０（dichroic mirror）と、前記ダイクロイックミラー１３０を透過した光を用いて前記ホイール５００の先端部５１０を撮影する撮影部１４０と、を含むことを特徴とする。   At this time, the laser irradiation unit 100 includes a laser light source 110, an objective lens 120 that focuses the laser beam irradiated by the laser light source 110 on the tip 510 of the wheel 500, and the laser light source 110 and the objective lens 120. And a dichroic mirror 130 that totally reflects the light in the wavelength range of the laser beam irradiated by the laser light source 110 and transmits the light in the other wavelength range; And a photographing unit 140 that photographs the front end portion 510 of the wheel 500 using the light transmitted through the dichroic mirror 130.

また、この際、前記レーザ照射部１００は、フェムト秒またはピコ秒のパルス幅を有するレーザ光を照射することが好ましい。   At this time, it is preferable that the laser irradiation unit 100 irradiates a laser beam having a femtosecond or picosecond pulse width.

また、前記ホイール移動部２００は、ステージ２１０と、前記ホイール５００の中心孔５３０に嵌合する回転軸２２０と、前記ステージ２１０上に配置され、前記回転軸２２０の一側先端に設けられて前記回転軸２２０を回転させることで前記ホイール５００を回転移動させるステップモータ２３０と、前記ステージ２１０と結合し、前記回転軸２２０の他側先端に設けられて前記ホイール５００を水平移動または垂直移動させるトランスレータ２４０（translator）と、を含むことを特徴とする。   In addition, the wheel moving unit 200 is disposed on the stage 210, the rotating shaft 220 that fits in the center hole 530 of the wheel 500, and the stage 210. A step motor 230 that rotates the wheel 500 by rotating the rotating shaft 220 and a translator that is coupled to the stage 210 and is provided at the other end of the rotating shaft 220 to move the wheel 500 horizontally or vertically. 240 (translator).

この際、前記ホイール移動部２００は、前記ステップモータ２３０および前記回転軸２２０の連結部に設けられ、前記ステップモータ２３０の軸の歳差運動を含むノイズ動きの伝達を除去するカプラ２５０をさらに含むことが好ましい。   At this time, the wheel moving unit 200 further includes a coupler 250 that is provided at a connecting portion of the step motor 230 and the rotating shaft 220 and removes transmission of noise motion including precession of the shaft of the step motor 230. It is preferable.

また、前記ホイール移動部２００は、前記ステージ２１０上に配置され、前記回転軸２２０を貫通させつつ前記回転軸２２０を支持し、前記回転軸２２０が貫通し支持される部分に軸受２６５が設けられた少なくとも一つ以上のサポータ２６０をさらに含むことが好ましい。   The wheel moving unit 200 is disposed on the stage 210, supports the rotating shaft 220 while penetrating the rotating shaft 220, and a bearing 265 is provided at a portion through which the rotating shaft 220 is supported. It is preferable to further include at least one supporter 260.

また、前記ホイール移動部２００は、前記レーザ照射部１００で照射されるレーザビームの光路の延長線と前記ホイール５００のレーザビームが照射される地点での接線とが鋭角または直角をなすように、前記ホイール５００を水平移動させることを特徴とする。   Further, the wheel moving unit 200 is configured such that an extension line of the optical path of the laser beam irradiated by the laser irradiation unit 100 and a tangent line at a point where the laser beam of the wheel 500 is irradiated form an acute angle or a right angle. The wheel 500 is moved horizontally.

また、前記ホイール移動部２００は、前記撮影部１４０によって撮影されたイメージまたは別に設けられた高さ測定センサ２７０によって測定された高さ値を用いて、前記ホイール５００を垂直移動させることを特徴とする。   Further, the wheel moving unit 200 vertically moves the wheel 500 using an image taken by the photographing unit 140 or a height value measured by a height measurement sensor 270 provided separately. To do.

また、前記微小切欠の製造装置１０００は、複数個の前記ホイール５００が同軸上に積層配列されてなる積層体に複数個の前記微小切欠５２０を形成することを特徴とする。   Further, the minute notch manufacturing apparatus 1000 is characterized in that a plurality of the minute notches 520 are formed in a laminated body in which a plurality of the wheels 500 are coaxially laminated.

この際、前記微小切欠の製造装置１０００は、複数個の前記ホイール５００が同軸上に積層配列されてなる積層体と、前記積層体の両側先端に設けられる一対の支持板３１０と、前記ホイール５００の間に充填される充填材３２０と、を含むホイールカートリッジ３００をさらに含み、前記ホイールカートリッジ３００に複数個の前記微小切欠５２０を形成することを特徴とする。   At this time, the minute notch manufacturing apparatus 1000 includes a laminated body in which a plurality of the wheels 500 are coaxially laminated, a pair of support plates 310 provided at both ends of the laminated body, and the wheel 500. The wheel cartridge 300 further includes a filler 320 filled between them, and the wheel cartridge 300 is formed with a plurality of the minute notches 520.

この際、前記充填材３２０は、前記ホイール５００に物理的および化学的損傷を与えない溶媒に可溶な材料であることを特徴とする。   At this time, the filler 320 is a material that is soluble in a solvent that does not physically and chemically damage the wheel 500.

また、本発明の製造方法は、ホイール５００の先端部５１０に複数個の微小切欠５２０を製造する方法であって、前記ホイール５００の先端部５１０にレーザを照射して複数個の微小切欠５２０を形成するレーザ照射段階と、前記ホイール５００を所定の角度で回転させるホイール回転段階と、前記レーザ照射段階および前記ホイール回転段階を順に繰り返して行う段階と、を含むことを特徴とする。   In addition, the manufacturing method of the present invention is a method of manufacturing a plurality of minute notches 520 at the tip portion 510 of the wheel 500, and the plurality of minute notches 520 are formed by irradiating the tip portion 510 of the wheel 500 with a laser. A laser irradiation step to be formed; a wheel rotation step of rotating the wheel 500 at a predetermined angle; and a step of sequentially repeating the laser irradiation step and the wheel rotation step.

この際、前記レーザは、フェムト秒またはピコ秒のパルス幅を有することを特徴とする。   In this case, the laser has a femtosecond or picosecond pulse width.

また、前記レーザ照射段階は、前記レーザが前記ホイール５００の軸方向に相対移動しながら少なくとも１回以上照射される工程からなることを特徴とする。   The laser irradiation step may include a step of irradiating the laser at least once while relatively moving in the axial direction of the wheel 500.

この際、前記微小切欠の製造方法は、前記微小切欠５２０の幅、前記微小切欠５２０の深さ、レーザのエネルギー、レーザのパルス繰り返し数、レーザの相対移動速度、レーザの照射繰り返し回数が、前記ホイール５００に応じて決定されることを特徴とする。   At this time, the manufacturing method of the minute notch includes the width of the minute notch 520, the depth of the minute notch 520, the laser energy, the laser pulse repetition number, the laser relative movement speed, and the laser irradiation repetition number. It is determined according to the wheel 500.

また、前記微小切欠の製造方法は、複数個の前記ホイール５００が同軸上に積層配列されてなる積層体に複数個の前記微小切欠５２０を形成することを特徴とする。   In addition, the method of manufacturing the minute notch is characterized in that a plurality of the minute notches 520 are formed in a laminated body in which a plurality of the wheels 500 are coaxially laminated.

本発明によれば、スクライビングホイールを製造するにあたり、ホイールの先端部の微小切欠を超高速レーザを用いた非接触式工程により形成することで、従来、研削加工を用いた接触式工程により微小切欠を形成していたことに比べて、はるかに正確且つ容易に微小切欠を形成することができる。   According to the present invention, in manufacturing a scribing wheel, a minute notch at the tip of the wheel is formed by a non-contact process using an ultrahigh-speed laser. As compared with the case of forming, a minute notch can be formed much more accurately and easily.

また、本発明によれば、スクライビングホイールを製造する際に、一つずつ製造することなく、複数個のスクライビングホイールを集めてカートリッジ状にし、同時に微小切欠を形成する作業を行うことで、従来に比べて生産性が著しく向上することができる。さらに、ホイールカートリッジを製造する際に、ホイールの先端と先端との間を高分子のような充填材で塗布または充填することで、レーザ工程の際に生じうるホイールの先端部以外の部分に対する部分的なアブレーションを防止することができ、あるいは塗布の程度を変えることでアブレーションの程度を制御して、製造された切欠の３次元的な構造を人為的に制御することができる。   Further, according to the present invention, when manufacturing a scribing wheel, a plurality of scribing wheels are gathered into a cartridge shape and manufactured at the same time, without manufacturing one by one, so Compared with this, productivity can be remarkably improved. Furthermore, when manufacturing the wheel cartridge, a portion with respect to a portion other than the tip of the wheel that may occur during the laser process by applying or filling a space between the tip of the wheel with a filler such as a polymer. Ablation can be prevented, or the degree of ablation can be controlled by changing the degree of application to artificially control the three-dimensional structure of the manufactured notches.

さらに、本発明のスクライビングホイールの製造方法は、上述のように、超高速レーザを用いた非接触式工程からなることで、従来、真空環境などの特殊な環境を形成する必要があったこととは異なり、工程環境に対する制限がなく、工程をはるかに容易且つ経済的に実現することができる。   Furthermore, the scribing wheel manufacturing method of the present invention, as described above, has conventionally required the formation of a special environment such as a vacuum environment by comprising a non-contact process using an ultrafast laser. In contrast, there is no restriction on the process environment and the process can be realized much more easily and economically.

ホイールの先端部に微小切欠が均一に製造されている超硬合金または多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ、polycrystalline diamond）ホイールの模式図である。It is a schematic diagram of a cemented carbide or polycrystalline diamond (PCD) wheel in which minute notches are uniformly manufactured at the tip of the wheel. 超硬合金または多結晶ダイヤモンドホイールの先端部上に微小切欠を製造するための本発明の超高速レーザ工程装置の概路図である。1 is a schematic diagram of an ultra-high speed laser processing apparatus of the present invention for manufacturing a micro notch on a tip of a cemented carbide or polycrystalline diamond wheel. 超硬合金または多結晶ダイヤモンドホイールの先端部に微小切欠を製造する装置の模式図である。It is a schematic diagram of the apparatus which manufactures a micro notch in the front-end | tip part of a cemented carbide alloy or a polycrystalline diamond wheel. 本発明のホイールカートリッジの典型的な模式図である。It is a typical schematic diagram of the wheel cartridge of this invention. 本発明による切欠の中心軸からの角度制御方法の原理を示す図である。It is a figure which shows the principle of the angle control method from the central axis of the notch by this invention.

以下、上述のような構成を有する本発明による超高速レーザを用いたホイールの先端部の微小切欠の製造装置および方法について添付の図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, an apparatus and a method for manufacturing a minute notch at the tip of a wheel using an ultrafast laser according to the present invention having the above-described configuration will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

上述のように、ディスプレイや半導体製造工程における基板を切断するためには、スクライビング線を形成してから折ることで切断する方式が用いられており、この切断工程における不良発生率を低減するためには、スクライビング線をよく形成することが重要であるという点はよく知られている。また、このために、スクライビング線をよく形成するためにどのようにスクライビングホイールをよく製造するかに関する様々な観点での研究が行われている。   As described above, in order to cut a substrate in a display or semiconductor manufacturing process, a method of cutting by folding after forming a scribing line is used, and in order to reduce the defect occurrence rate in this cutting process It is well known that it is important to form scribing lines well. For this reason, research from various viewpoints on how to manufacture a scribing wheel well in order to form a scribing line is being conducted.

図１は本発明により製造しようとするスクライビングホイールの模式図である。図１に示すように、スクライビングホイール５００は、ホイール５００の先端部５１０に微小切欠５２０が放射状に均一に形成されている形態を有しており、上述のように、通常、その材質は、超硬合金または多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ、polycrystalline diamond）のように非常に強度の高いものである。より詳細には、前記ホイール５００の先端部５１０は、特定の角度で両方向に均一に刃を立てた形状を有しており、前記ホイール５００の中央には高い精度および所定の直径を有する中心孔５３０が形成されている。前記中心孔５３０は、前記ホイール５００を用いて脆性材料の表面にスクラッチ（すなわち、スクライビング線）を形成する際に工程軸を挿入して用いるために形成されているものである。この際、使用上の目的に応じて、前記切欠５２０の幅は、１ミクロン〜２０ミクロン程度の範囲で変えてもよく、深さは、０．３ミクロン〜１０ミクロン程度の範囲で変えてもよい。また、前記ホイール５００の先端部５１０に製造される前記切欠５２０の個数もまた、１個〜１，０８０個程度の範囲でその使用材料および目的に応じて様々に変えてもよい。   FIG. 1 is a schematic view of a scribing wheel to be manufactured according to the present invention. As shown in FIG. 1, the scribing wheel 500 has a form in which minute notches 520 are uniformly formed radially at the tip portion 510 of the wheel 500, and as described above, the material is usually super- It is very strong such as hard alloy or polycrystalline diamond (PCD). More specifically, the tip portion 510 of the wheel 500 has a shape in which blades are uniformly raised in both directions at a specific angle, and a central hole having high accuracy and a predetermined diameter is provided at the center of the wheel 500. 530 is formed. The center hole 530 is formed to insert and use a process axis when forming a scratch (that is, a scribing line) on the surface of a brittle material using the wheel 500. At this time, according to the purpose of use, the width of the notch 520 may be changed within a range of about 1 to 20 microns, and the depth may be changed within a range of about 0.3 to 10 microns. Good. Further, the number of the cutouts 520 manufactured in the tip portion 510 of the wheel 500 may be variously changed in the range of about 1 to 1,080 according to the material used and the purpose.

図２はホイールの先端部上に微小切欠を製造するための本発明の超高速レーザ工程装置の概路図であり、図３は本発明の装置の模式図である。   FIG. 2 is a schematic diagram of an ultrafast laser processing apparatus of the present invention for manufacturing a micro notch on the tip of a wheel, and FIG. 3 is a schematic diagram of the apparatus of the present invention.

本発明の微小切欠の製造装置１０００は、基本的にレーザ照射部１００およびホイール移動部２００の二つの部分を含む。上述のように、本発明の微小切欠の製造装置１０００は、従来、スクライビングホイールを製造する際に研削加工などの熱変形を伴う接触式工程を用いることとは異なり、レーザを用いた非接触式工程とともに、超高速レーザを用いて熱変形を最小化する非熱工程を実現している。簡単に説明すると、本発明において、前記レーザ照射部１００では超高速レーザを照射し、前記ホイール移動部２００は、前記レーザ照射部１００で照射されるレーザビームの光路上に前記ホイール５００の先端部５１０が配置されるように、前記ホイール５００を水平移動、垂直移動または回転移動させるように形成されて、前記レーザ照射部１００で照射されるレーザビームにより前記ホイール５００の先端部１０に前記切欠５２０が形成されるようにする。以下、各部についてより詳細に説明する。   The micro notch manufacturing apparatus 1000 of the present invention basically includes two parts, a laser irradiation unit 100 and a wheel moving unit 200. As described above, the micro-notch manufacturing apparatus 1000 of the present invention is different from the conventional method using a contact-type process that involves thermal deformation such as grinding when manufacturing a scribing wheel, and is a non-contact type using a laser. Together with the process, a non-thermal process that minimizes thermal deformation using an ultrafast laser is realized. Briefly, in the present invention, the laser irradiating unit 100 irradiates an ultrafast laser, and the wheel moving unit 200 is arranged on the optical path of the laser beam irradiated by the laser irradiating unit 100. The notch 520 is formed in the tip portion 10 of the wheel 500 by a laser beam that is formed so that the wheel 500 is moved horizontally, vertically, or rotationally. To be formed. Hereinafter, each part will be described in more detail.

前記レーザ照射部１００は、図３に示すように、レーザ光源１１０と、対物レンズ１２０と、ダイクロイックミラー１３０（dichroic mirror）と、撮影部１４０と、を含むことができる。   As shown in FIG. 3, the laser irradiation unit 100 may include a laser light source 110, an objective lens 120, a dichroic mirror 130, and a photographing unit 140.

前記レーザ光源１１０は、上述のように、非接触式工程および非熱工程を実現するために、熱変形を最小化する超高速レーザであることが好ましい。より具体的には、前記レーザ照射部１００は、フェムト秒またはピコ秒のパルス幅を有するレーザ光を照射することが好ましい。   As described above, the laser light source 110 is preferably an ultrafast laser that minimizes thermal deformation in order to realize a non-contact process and a non-thermal process. More specifically, the laser irradiation unit 100 preferably irradiates laser light having a femtosecond or picosecond pulse width.

前記対物レンズ１２０は、前記レーザ光源１１０で照射されるレーザビームを前記ホイール５００の先端部５１０に集束させる役割をする。このような光集束の役割をする光学装置は、単一個のレンズからなる形態、複数個のレンズからなる形態、レンズとともに別の他の光学部品をさらに含む形態など、様々な形態が開示されている。すなわち、本発明の前記対物レンズ１２０の構成として、公知の対物レンズに該当する装置構成のうちレーザ加工に適する構成を採用してもよく、これにより前記対物レンズ１２０の詳細な構成に関する説明は省略する。   The objective lens 120 serves to focus the laser beam emitted from the laser light source 110 on the tip 510 of the wheel 500. Various forms of such an optical device that plays the role of light focusing are disclosed, such as a form composed of a single lens, a form composed of a plurality of lenses, and a form further including another optical component together with the lens. Yes. That is, as the configuration of the objective lens 120 of the present invention, a configuration suitable for laser processing may be adopted among apparatus configurations corresponding to known objective lenses, and thus a detailed description of the configuration of the objective lens 120 is omitted. To do.

前記ダイクロイックミラー１３０（dichroic mirror）は、前記レーザ光源１１０と前記対物レンズ１２０との間の光路上に配置され、前記レーザ光源１１０で照射されるレーザビームの波長範囲の光を全反射し、それ以外の波長範囲の光を透過させる役割をする。一方、上述のように特定の波長範囲の光は全反射し、それ以外の波長範囲の光は透過させる機能をする光学部品としてビームスプリッタなどもある。すなわち、前記ダイクロイックミラー１３０の役割をする装置として、（明確にダイクロイックミラーではなくても）上述のような機能が可能なものであれば、他のいかなる光学部品を用いてもよい。   The dichroic mirror 130 is disposed on the optical path between the laser light source 110 and the objective lens 120, and totally reflects light in the wavelength range of the laser beam irradiated by the laser light source 110. It plays a role of transmitting light in a wavelength range other than. On the other hand, as described above, there is a beam splitter or the like as an optical component that functions to totally reflect light in a specific wavelength range and transmit light in other wavelength ranges. In other words, any other optical component may be used as the device serving as the dichroic mirror 130 as long as the above-described function is possible (not clearly a dichroic mirror).

前記撮影部１４０は、前記ダイクロイックミラー１３０を透過した光を用いて前記ホイール５００の先端部５１０を撮影する役割をする。具体的に、このような機能をする部品として、ＣＣＤ（charge coupled device）カメラなどが広く用いられており、前記撮影部１４０は、ＣＣＤカメラなどからなってもよい。   The photographing unit 140 serves to photograph the front end portion 510 of the wheel 500 using light transmitted through the dichroic mirror 130. Specifically, a CCD (charge coupled device) camera or the like is widely used as a component having such a function, and the photographing unit 140 may be a CCD camera or the like.

前記ホイール移動部２００は、図３に示すように、ステージ２１０と、回転軸２２０と、ステップモータ２３０と、トランスレータ２４０（t ranslator）と、を含むことができる。   As shown in FIG. 3, the wheel moving unit 200 may include a stage 210, a rotating shaft 220, a step motor 230, and a translator 240 (translator).

前記ステージ２１０は、言葉通り作業台であり、前記ホイール５００が載置されて切欠の製造工程が行われるようにする空間を形成する。前記ステージ２１０は、水平方向、すなわち、図２または図３においてＸＹ方向で表された方向に、移動自在に形成されることができる。   The stage 210 is literally a workbench and forms a space on which the wheel 500 is placed so that a notch manufacturing process is performed. The stage 210 can be formed to be movable in the horizontal direction, that is, in the direction represented by the XY direction in FIG. 2 or FIG.

前記回転軸２２０は、前記ホイール５００の中心孔５３０に嵌合し、（以下でより詳細に説明するが）その両側先端にステップモータ２３０およびトランスレータ２４０が結合する。前記回転軸２２０が前記ホイール５００に嵌合した状態で前記回転軸２２０を水平移動、垂直移動、回転移動させることでレーザが照射される部位を調節することができ、これにより、レーザ加工によって前記ホイール５００の先端部５１０上の所望の部位に所望の大きさの切欠５２０を形成することができる。前記回転軸２２０を水平移動、垂直移動、回転移動させる装置が、後述するステップモータ２３０およびトランスレータ２４０である。それぞれについて詳細に説明すると、次のとおりである。   The rotating shaft 220 is fitted in the center hole 530 of the wheel 500, and a step motor 230 and a translator 240 are coupled to the front ends of both sides (which will be described in more detail below). The portion irradiated with the laser can be adjusted by moving the rotary shaft 220 horizontally, vertically, and rotationally with the rotary shaft 220 fitted to the wheel 500. A notch 520 having a desired size can be formed at a desired site on the tip 510 of the wheel 500. A device for horizontally moving, vertically moving, and rotating the rotating shaft 220 is a step motor 230 and a translator 240 described later. Each will be described in detail as follows.

前記ステップモータ２３０は、前記ホイール５００の回転移動を担当する。すなわち、前記ステップモータ２３０は、前記ステージ２１０上に配置され、前記回転軸２２０の一側先端に設けられて前記回転軸２２０を回転させることで前記ホイール５００を回転移動させる機能をする。この際、前記ホイール移動部２００には、前記ステップモータ２３０の軸の歳差運動を含むノイズ動きの伝達を除去するように、前記ステップモータ２３０および前記回転軸２２０の連結部に設けられるカプラ２５０をさらに含むことが好ましい。また、前記ホイール移動部２００には、前記回転軸２２０の回転時の精度を保障し、また、前記回転軸２２０が安定して支持されるように、前記ステージ２１０上に配置され、前記回転軸２２０を貫通させつつ前記回転軸２２０を支持し、前記回転軸２２０が貫通し支持される部分に軸受２６５が設けられた少なくとも一つ以上のサポータ２６０をさらに含むことが好ましい。   The step motor 230 is in charge of rotational movement of the wheel 500. That is, the step motor 230 is disposed on the stage 210 and is provided at one end of the rotary shaft 220 to rotate the wheel 500 by rotating the rotary shaft 220. At this time, the wheel moving unit 200 is coupled to the step motor 230 and the rotary shaft 220 by a coupler 250 so as to eliminate transmission of noise motion including precession of the shaft of the step motor 230. It is preferable that it is further included. In addition, the wheel moving unit 200 is arranged on the stage 210 so as to ensure the accuracy of the rotation of the rotating shaft 220 and to support the rotating shaft 220 stably. It is preferable to further include at least one supporter 260 that supports the rotating shaft 220 while penetrating 220, and is provided with a bearing 265 at a portion through which the rotating shaft 220 is penetrated and supported.

前記トランスレータ２４０（translator）は、前記ホイール５００の水平（すなわち、図２、図３におけるＸＹ方向）移動または垂直（すなわち、図２、図３におけるＺ方向）移動を担当する。すなわち、前記トランスレータ２４０は、前記ステージ２１０と結合し、前記回転軸２２０の他側先端に設けられて前記ホイール５００を水平移動または垂直移動させる機能をする。前記トランスレータ２４０は、工程開始の前に前記ホイール５００を所望の位置に整列する際に用いられ、工程過程中にも位置を調整するために用いられることができる。特に、レーザ照射の際に形成される切欠５２０の深さを調節するために、前記ホイール５００の垂直方向の高さを調節するために用いられてもよい。このような精密操作のためには、前記ホイール移動部２００は、前記撮影部１４０によって撮影されたイメージ、または別に設けられた高さ測定センサ２７０によって測定された高さ値を用いて、前記ホイール５００を垂直移動させるように形成されることが好ましい。   The translator 240 is responsible for horizontal (ie, XY direction in FIGS. 2 and 3) movement or vertical (ie, Z direction in FIGS. 2 and 3) movement of the wheel 500. That is, the translator 240 is coupled to the stage 210 and is provided at the other end of the rotating shaft 220 to function to move the wheel 500 horizontally or vertically. The translator 240 is used when aligning the wheel 500 to a desired position before starting the process, and can be used to adjust the position during the process. In particular, it may be used to adjust the vertical height of the wheel 500 in order to adjust the depth of the notch 520 formed during laser irradiation. For such precise operation, the wheel moving unit 200 uses the image taken by the photographing unit 140 or a height value measured by a height measurement sensor 270 provided separately, to use the wheel. Preferably, 500 is formed to move vertically.

この際、本発明は、特に、前記ホイール５００一つずつに対して前記切欠５２０の製造工程を行うことなく、複数個の前記ホイール５００に対して同時に前記切欠５２０を製造することが大きい特徴である。すなわち、前記微小切欠の製造装置１０００は、複数個の前記ホイール５００が同軸上に積層配列されてなる積層体に前記切欠５２０を形成するものである。複数個の前記ホイール５００を安定して固定するために、本発明では、ホイールカートリッジ３００構造を導入する。より詳細に説明すると、次のとおりである。   At this time, the present invention is particularly characterized in that the notches 520 are manufactured simultaneously for a plurality of the wheels 500 without performing the manufacturing process of the notches 520 for each of the wheels 500. is there. In other words, the minute notch manufacturing apparatus 1000 forms the notches 520 in a laminated body in which a plurality of the wheels 500 are coaxially laminated. In order to stably fix the plurality of wheels 500, the present invention introduces a wheel cartridge 300 structure. This will be described in more detail as follows.

図４は本発明のホイールカートリッジの典型的な模式図である。前記ホイールカートリッジ３００は、複数個の前記ホイール５００が同軸上に積層配列されてなる積層体と、前記積層体の両側先端に設けられる一対の支持板３１０と、前記ホイール５００の間に充填される充填材３２０と、を含むことができる。前記ホイールカートリッジ３００には前記ホイール５００を一つだけ入れてもよく、数十個〜数百個入れてもよい。このように複数個の前記ホイール５００が積層されている状態で前記レーザ照射部１００を用いて同時に前記切欠５２０を形成することで、一つ一つのホイールに微小切欠を形成することに比べて生産性を著しく向上させることができる。   FIG. 4 is a typical schematic view of the wheel cartridge of the present invention. The wheel cartridge 300 is filled between the wheel 500, a laminated body in which a plurality of the wheels 500 are coaxially laminated, a pair of support plates 310 provided at both ends of the laminated body, and the wheel 500. And a filler 320. The wheel cartridge 300 may contain only one wheel 500 or several tens to several hundreds. In this state, a plurality of the wheels 500 are stacked, and the laser irradiation unit 100 is used to form the notches 520 at the same time, thereby producing a small notch on each wheel. Property can be remarkably improved.

前記支持板３１０は、前記ホイール５００間の間隔が離れることなく積層体の形態をよく維持できればどのように形成されてもよく、材質もまたガラスなどのいかなるものであってもよい。ホイール５００とホイール５００との間には前記充填材３２０が充填されるが、前記充填材３２０は、前記ホイール５００に物理的および化学的損傷を与えない溶媒（水などであってもよい）に可溶な材料（高分子材料などであってもよい）であってもよい。前記充填材３２０は、ホイール５００とホイール５００との間およびホイール５００と支持板３１０との間の接着能力を向上し、超高速レーザを用いて切欠を製造する際にレーザ誘発プラム（plum）などによって発生しうる必要工程面以外のホイール表面の損傷を防止する役割をする。この際、前記ホイール５００の先端部５１０上には高分子材料などからなる前記充填材３２０の厚さが数十ナノメートル以下になるようにして、超高速レーザを用いて切欠を製造する際に前記充填材３２０の厚さが工程精度に影響を及ぼさないようにする。   The support plate 310 may be formed in any manner as long as the shape of the laminated body can be well maintained without the spacing between the wheels 500 being separated, and the material may be any material such as glass. The filler 320 is filled between the wheel 500 and the wheel 500, and the filler 320 is used as a solvent (which may be water or the like) that does not cause physical and chemical damage to the wheel 500. It may be a soluble material (may be a polymer material or the like). The filler 320 improves the adhesion capability between the wheel 500 and the wheel 500 and between the wheel 500 and the support plate 310, and a laser-induced plum or the like when manufacturing a notch using an ultrafast laser. It serves to prevent damage to the wheel surface other than the necessary process surface that may occur due to the above. At this time, when the notch is manufactured using the ultrahigh-speed laser so that the thickness of the filler 320 made of a polymer material or the like is several tens of nanometers or less on the tip portion 510 of the wheel 500. The thickness of the filler 320 does not affect the process accuracy.

このようにホイール５００の先端と先端との間を高分子のような充填材３２０で塗布または充填することで、レーザ工程の際に発生しうるホイール５００の先端部５１０以外の部分に対する部分的なアブレーションを防止することができる。あるいは、塗布の程度を変えることでアブレーションの程度を制御して、製造された微小切欠５２０の３次元的な構造を人為的に制御することもできる。   In this way, by applying or filling the space between the tip of the wheel 500 with the filler 320 such as a polymer, a part of the wheel 500 other than the tip 510 that may be generated during the laser process is partially applied. Ablation can be prevented. Alternatively, the degree of ablation can be controlled by changing the degree of application, and the three-dimensional structure of the manufactured micro cutout 520 can be artificially controlled.

このような前記微小切欠の製造装置１０００を用いた微小切欠の製造方法について概略的に説明すると、次のとおりである。本発明の微小切欠の製造方法は、ホイール５００の先端部５１０に複数個の微小切欠５２０を製造する方法であって、前記ホイール５００の先端部５１０にレーザを照射して切欠５２０を形成するレーザ照射段階と、前記ホイール５００を所定の角度で回転させるホイール回転段階と、前記レーザ照射段階および前記ホイール回転段階を順に繰り返して行う段階と、を含む。   A method of manufacturing a micro notch using the micro notch manufacturing apparatus 1000 will be described schematically as follows. The manufacturing method of the micro notch of the present invention is a method of manufacturing a plurality of micro notches 520 in the tip portion 510 of the wheel 500, and the laser that irradiates the tip portion 510 of the wheel 500 with a laser to form the notches 520. An irradiation step, a wheel rotation step of rotating the wheel 500 at a predetermined angle, and a step of sequentially repeating the laser irradiation step and the wheel rotation step.

この際、前記レーザ照射段階は、前記レーザが前記ホイール５００の軸方向に相対移動しながら少なくとも１回以上照射される工程からなる。すなわち、前記レーザ照射部１００が前記ホイール５００の軸方向に直接移動してもよく、あるいは前記レーザ照射部１００は固定した状態で前記ホイール移動部２００を用いて前記ホイール５００を直接移動させてもよいなど、その実現はどのようになされてもよい。上述のように、複数個の前記ホイール５００が同軸上に積層配列されてなる積層体に前記切欠５２０を形成する場合（すなわち、ホイールカートリッジ３００を用いる場合）、前記レーザ照射部１００が前記ホイール５００の軸方向に長く往復しながら切欠５２０を形成してもよい。   At this time, the laser irradiation step includes a step in which the laser is irradiated at least once while relatively moving in the axial direction of the wheel 500. That is, the laser irradiation unit 100 may move directly in the axial direction of the wheel 500, or the laser irradiation unit 100 may move the wheel 500 directly using the wheel moving unit 200 in a fixed state. The realization may be done in any way. As described above, when the notch 520 is formed in a stacked body in which a plurality of the wheels 500 are coaxially stacked (that is, when the wheel cartridge 300 is used), the laser irradiation unit 100 is configured to have the wheel 500. The notch 520 may be formed while reciprocating long in the axial direction.

すなわち、全体的な駆動をまとめて説明すると、次のとおりである。先ず、図２、図３に示すように、前記ホイール５００が水平面（すなわち、ＸＹ面）上に対して垂直になるとともに、前記ホイール５００の面方向が工程動作の駆動軸方向に対して垂直になるように配置する。この際、前記ホイール５００の軸方向がＸ軸またはＹ軸のいずれか一つと平行に配置されるようにすることが好ましい（前記ホイールカートリッジ３００を用いる場合にも同様である。）。このような整列配置作業は、手動で行われてもよく、または、前記撮影部（２４０）を介して取得したイメージを用いて自動で行われてもよい。   That is, the overall drive will be described as follows. First, as shown in FIGS. 2 and 3, the wheel 500 is perpendicular to a horizontal plane (that is, the XY plane), and the surface direction of the wheel 500 is perpendicular to the drive axis direction of the process operation. Arrange so that At this time, it is preferable that the axial direction of the wheel 500 is arranged in parallel with any one of the X axis and the Y axis (the same applies when the wheel cartridge 300 is used). Such alignment work may be performed manually or automatically using an image acquired via the photographing unit (240).

前記ホイール５００（または前記ホイールカートリッジ３００）を作業台、すなわち、ステージ２１０上に整列配置した後、前記対物レンズ１２０の高さを調節するか、または前記トランスレータ２４０を用いて前記ホイール５００の高さを調節することで、前記レーザ照射部１００で照射されるレーザビームの焦点を前記ホイール５００の先端部５１０に集中させる。このような焦点整列作業もまた、前記撮影部２４０を介して取得したイメージを用いて行われてもよく、あるいは、このような焦点整列作業は、上述のように、前記ホイール移動部２００に別に設けられた前記高さ測定センサ２７０を用いて測定された高さ値を用いて行われてもよい。   After the wheel 500 (or the wheel cartridge 300) is aligned on a work table, that is, the stage 210, the height of the objective lens 120 is adjusted, or the height of the wheel 500 is adjusted using the translator 240. Is adjusted so that the focal point of the laser beam irradiated by the laser irradiation unit 100 is concentrated on the tip portion 510 of the wheel 500. Such a focus alignment operation may also be performed using an image acquired via the photographing unit 240. Alternatively, the focus alignment operation may be performed separately from the wheel moving unit 200 as described above. You may perform using the height value measured using the said height measurement sensor 270 provided.

このように３次元（ＸＹＺ）空間上で前記ホイール５００（または前記ホイールカートリッジ３００）の整列配置作業が完了した後には、前記レーザ照射部１００で照射される超高速レーザが前記ホイール５００の先端部５１０に集束して照射されるようにして切欠５２０を製造する。この際、前記切欠５２０の幅、前記切欠５２０の深さ、レーザのエネルギー、レーザのパルス繰り返し数、レーザの相対移動速度、レーザの照射繰り返し回数が、前記ホイール５００に応じて決定されることができる。具体的な実施例は、次のとおりである。   In this way, after the alignment operation of the wheel 500 (or the wheel cartridge 300) is completed in a three-dimensional (XYZ) space, the ultrafast laser irradiated by the laser irradiation unit 100 is applied to the tip of the wheel 500. The notch 520 is manufactured so as to be focused and irradiated at 510. At this time, the width of the notch 520, the depth of the notch 520, the laser energy, the laser pulse repetition number, the laser relative movement speed, and the laser irradiation repetition number may be determined according to the wheel 500. it can. Specific examples are as follows.

特定の材質での超高速レーザパルス当たりアブレーションの深さｄおよび幅ｗは、レーザフルエンス（Ｆ、Ｊ／ｃｍ２）に関して次のような関係式を有する。 The depth d and width w of ablation per ultrafast laser pulse for a particular material have the following relationship with respect to laser fluence (F, J / cm 2 ):

ｄ＝ａ−１×ｌｎ（Ｆ／Ｆ０）
ｗ２＝２×ｗ０ ２×ｌｎ（Ｆ／Ｆ０） d = a −1 × ln (F / F 0 )
w 2 = 2 × w 0 2 × ln (F / F 0 )

ａは材料の用いられたレーザ波長での吸光係数であり、ａ−１は光学的にレーザビームが材料のなかに浸透できる深さを意味する（参照：JOSK Vol. 7 2003, PP150-155, Transition of femtosecond laser ablation mechanism for sodalime glass caused by photoinduced defects）。この際、レーザエネルギーフルエンスは、材料に熱変形を誘発しない領域に該当し、Ｆ０はアブレーションが起こる最小フルエンスであるアブレーション閾値フルエンス（ablation threshold fluence）である。また、ｗ０は波長がｌであるレーザビームを所定の開口数（ＮＡ、Numerical Aperture）を有する対物レンズを介して集束する場合のビームサイズであり、２ｌ／ＮＡの関係式によって決定される。 a is the extinction coefficient at the used laser wavelength of the material, and a −1 means the depth at which the laser beam can penetrate optically into the material (see: JOSK Vol. 7 2003, PP150-155, Transition of femtosecond laser ablation mechanism for sodalime glass caused by photoinduced defects). At this time, the laser energy fluence corresponds to a region that does not induce thermal deformation in the material, and F 0 is an ablation threshold fluence that is a minimum fluence at which ablation occurs. Further, w 0 is a beam size when a laser beam having a wavelength of l is focused through an objective lens having a predetermined numerical aperture (NA), and is determined by a relational expression of 2l / NA.

一方、パルス繰り返し数が増加すると、パルスとパルスとの時定数（ｔ）が減少する。材料の熱拡散速度に対する時定数（ｔ）がパルス間の間隔（ｔ）に比べて長いということは、最初のパルスによって増加した熱エネルギーが完全に拡散する前に次のパルスによって結果的に熱エネルギーが継続して累積することを意味する。したがって、工程対象ホイールの先端部の単位面積当たり平均レーザパルスの数が増加すると、熱が継続して累積し、結果、温度が増加しレーザパルスが終了した部分で温度が急激に減少する（参照：韓国特許公開第２０１２‐００２２１６９号、「ウェーハ加工およびその装置」、２０１２．０３．１２、Jeoung Sae Chae、その他）。これによる対象材料の機械的ストレス増加とこれによる強度減少を解消するためには、レーザの平均照射パルスの数（Ｎｐ）を最大１以下にしなければならない。一方、レーザの平均照射パルスの数（Ｎｐ）は、与えられたレーザ繰り返し数ＰＲＲ（pulse repetition rate、Ｈｚ）、工程軸の移動速度ｖ（stage speed、ｍ／ｓｅｃ）、レーザビームサイズｗ０に応じて決定される。 On the other hand, when the number of pulse repetitions increases, the time constant (t) between pulses decreases. The time constant (t) for the thermal diffusion rate of the material is long compared to the interval (t) between the pulses, which means that the thermal energy increased by the first pulse is eventually increased by the next pulse before it is completely diffused. It means that energy is continuously accumulated. Therefore, as the number of average laser pulses per unit area at the tip of the process target wheel increases, heat continues to accumulate, and as a result, the temperature increases and the temperature rapidly decreases at the end of the laser pulse (see : Korean Patent Publication No. 2012-0022169, “Wafer Processing and Equipment”, 2012.12.12, Jeoung Sae Chae, et al.). In order to eliminate the increase in mechanical stress of the target material and the decrease in intensity due to this, the average number of laser irradiation pulses (N p ) must be 1 or less at maximum. On the other hand, the average number of laser irradiation pulses (N p ) is the given laser repetition number PRR (pulse repetition rate, Hz), the movement speed v (stage speed, m / sec) of the process axis, and the laser beam size w 0. It is decided according to.

Ｎｐ＝ＰＲＲ×ｗ０／ｖ N p = PRR × w 0 / v

前記実施例で用いられたレーザ繰り返し数ＰＲＲおよびビームサイズｗ０がそれぞれ１００ｋＨｚおよび３μｍの場合、ステージの最小移動速度（stage speed）ｖを０．３ｍ／ｓｅｃにしたときに平均照射パルスの数は１になる。 When the laser repetition rate PRR and the beam size w 0 used in the above example are 100 kHz and 3 μm, respectively, the average number of irradiation pulses when the minimum stage speed v is 0.3 m / sec is 1

一方、所定のレーザフルエンス（Laser Fluence）でパルス当たりアブレーションの深さが７５ｎｍである場合、計３０回の工程繰り返しを行うことで、１．５ミクロンの深さを有する切欠をホイールの先端部に形成することができる。   On the other hand, when the ablation depth per pulse is 75 nm with a predetermined laser fluence (Laser Fluence), a notch having a depth of 1.5 microns is formed at the tip of the wheel by repeating the process 30 times in total. Can be formed.

結果、以上の過程によりホイール５００の先端部５１０に一つの切欠５２０を製造することができる。このように切欠５２０が製造されると、前記ホイール５００を所定の角度で回転させた後、また以上の過程を繰り返す。このような過程により、最終的に、前記ホイール５００上に放射状に配置された複数個の微小切欠５２０を形成することができる。   As a result, one notch 520 can be manufactured at the tip 510 of the wheel 500 through the above process. When the notch 520 is manufactured as described above, the above process is repeated after the wheel 500 is rotated at a predetermined angle. Through such a process, a plurality of minute notches 520 arranged radially on the wheel 500 can be finally formed.

一方、以上の過程の全体の所要時間について説明すると、次のとおりである。すなわち、ステージを動作するために必要な総所要時間は、ステージ停止状態からの等速度（ｖ）区間、すなわち、加工工程区間に進入するための加速区間、工程等速度区間、等速度区間から停止する時間、ステップモータを駆動してホイールカートリッジを回転する区間から算出されることができる。この際、主要工程の所要時間は、加速および減速区間であり、ホイール一つ当たり平均所要時間を最小化することは生産性向上において非常に重要である。一方、以上で検討したとおり、材質の強度を維持しながら高品質の切欠の製造を維持して生産性を極大化するためには、平均的に必要となる加速および減速区間を最小化する方法が最も好ましい。この際、本発明では、上述のようにホイールカートリッジ３００の構造を導入することで、ホイール５００一つ一つに対して切欠５２０を製造することなく、数百個までのホイール５００に同時に切欠５２０を製造することができ、これにより、このような生産性向上の効果を極大化することができる。   On the other hand, the overall time required for the above process will be described as follows. That is, the total time required to operate the stage is stopped from the constant speed (v) section from the stage stop state, that is, the acceleration section for entering the machining process section, the process constant speed section, and the constant speed section. The time can be calculated from the section in which the step motor is driven to rotate the wheel cartridge. At this time, the time required for the main process is the acceleration and deceleration section, and minimizing the average time required for each wheel is very important in improving productivity. On the other hand, as discussed above, in order to maximize the productivity by maintaining the production of high-quality notches while maintaining the strength of the material, a method of minimizing the average acceleration and deceleration sections required Is most preferred. At this time, in the present invention, by introducing the structure of the wheel cartridge 300 as described above, the notches 520 are simultaneously formed in up to several hundred wheels 500 without manufacturing the notches 520 for each wheel 500. As a result, the productivity improvement effect can be maximized.

図５は本発明による、切欠の中心軸からの角度制御方法の原理を示している。本発明において、前記ホイール移動部２００は、前記レーザ照射部１００で照射されるレーザビームの光路の延長線と前記ホイール５００のレーザビームが照射される地点（以下、「照射地点」とする）での接線とが鋭角または直角をなすように前記ホイール５００を水平移動させるように形成される。図５を参照して詳細に説明する。   FIG. 5 shows the principle of the angle control method from the central axis of the notch according to the present invention. In the present invention, the wheel moving unit 200 is an extension of the optical path of the laser beam irradiated by the laser irradiation unit 100 and a point where the laser beam of the wheel 500 is irradiated (hereinafter referred to as “irradiation point”). The wheel 500 is formed to move horizontally so that the tangent line forms an acute angle or a right angle. This will be described in detail with reference to FIG.

図５の（Ａ）は、レーザビームの光路の延長線と照射地点での接線とが垂直になるように形成される場合を示す図である。この場合、切欠５２０の製造角度は、照射地点での先端部５１０の接線方向に対して垂直になる。図５の（Ｂ）は、前記ホイール５００の軸とレーザビームの光路がずれるように前記ホイール５００を水平移動配置した場合を示す図である。この場合、レーザビームの光路の延長線と照射地点での接線とが鋭角（図５の（Ｂ）では、４５度程度）をなす。この場合、切欠５２０もまた４５度程度に傾斜した（tilting）形態に形成される。図５の（Ｃ）は、図５の（Ｂ）の場合と比較して、前記ホイール５００の軸とレーザビームの光路がよりずれるように前記ホイール５００を配置したものを示す図である。この場合、レーザビームの光路の延長線と照射地点での接線とがほぼ０度をなす。このように、レーザビームの光路の延長線に対して前記ホイール５００の水平位置を適宜調節することで、所望の角度および形態の切欠５２０を自在に製造することができる。   FIG. 5A is a diagram showing a case where the extension line of the optical path of the laser beam and the tangent line at the irradiation point are formed to be perpendicular to each other. In this case, the manufacturing angle of the notch 520 is perpendicular to the tangential direction of the tip 510 at the irradiation point. FIG. 5B is a diagram showing a case where the wheel 500 is horizontally moved so that the axis of the wheel 500 and the optical path of the laser beam are shifted. In this case, the extension line of the optical path of the laser beam and the tangent at the irradiation point form an acute angle (about 45 degrees in FIG. 5B). In this case, the notch 520 is also formed in a tilting shape of about 45 degrees. FIG. 5C is a view showing the arrangement of the wheel 500 so that the axis of the wheel 500 and the optical path of the laser beam are more deviated than in the case of FIG. In this case, the extension of the optical path of the laser beam and the tangent at the irradiation point are almost 0 degrees. Thus, by appropriately adjusting the horizontal position of the wheel 500 with respect to the extended line of the optical path of the laser beam, the notch 520 having a desired angle and form can be freely manufactured.

本発明は、上述の実施例に限定されず、適用範囲が多様であることは言うまでもなく、請求の範囲で請求する本発明の要旨から逸脱することなく当該本発明が属する分野における通常の知識を有する者であれば誰でも様々な変形実施が可能であることは言うまでもない。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and it goes without saying that the scope of application is diverse, and that ordinary knowledge in the field to which the present invention belongs can be obtained without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. It goes without saying that any person who has such an arrangement can make various modifications.

本発明によれば、従来に比べて生産性が著しく向上し、工程環境に対する制限がなく、工程をはるかに容易且つ経済的に実現することができる。   According to the present invention, the productivity is remarkably improved as compared with the prior art, the process environment is not limited, and the process can be realized much more easily and economically.

１０００ （本発明の）微小切欠の製造装置
１００ レーザ照射部
１１０ レーザ光源
１２０ 対物レンズ
１３０ ダイクロイックミラー
１４０ 撮影部
２００ ホイール移動部
２１０ ステージ
２２０ 回転軸
２３０ ステップモータ
２４０ トランスレータ
２５０ カプラ
２６０ サポータ
２６５ 軸受
２７０ 高さ測定センサ
３００ ホイールカートリッジ
３１０ 支持板
３２０ 充填材
５００ ホイール
５１０ 先端部
５２０ 切欠
５３０ 中心孔 1000 (Invention) Micro-Notch Manufacturing Device 100 Laser Irradiation Unit 110 Laser Light Source 120 Objective Lens 130 Dichroic Mirror 140 Imaging Unit 200 Wheel Moving Unit 210 Stage 220 Rotating Shaft 230 Step Motor 240 Translator 250 Coupler 260 Supporter 265 Bearing 270 Height Measurement sensor 300 Wheel cartridge 310 Support plate 320 Filler 500 Wheel 510 Tip 520 Notch 530 Center hole

Claims (16)

ホイール（５００）の先端部（５１０）に複数個の微小切欠（５２０）を製造する装置（１０００）であって、
超高速レーザを照射するレーザ照射部（１００）と、
前記レーザ照射部（１００）で照射されるレーザビームの光路上に前記ホイール（５００）の先端部（５１０）が配置されるように、前記ホイール（５００）を水平移動、垂直移動または回転移動させるホイール移動部（２００）と、を含み、
前記レーザ照射部（１００）で照射されるレーザビームによって前記ホイール（５００）の先端部（５１０）に前記微小切欠（５２０）が形成されることを特徴とする、超高速レーザを用いたホイールの先端部の微小切欠の製造装置。 An apparatus (1000) for producing a plurality of micro notches (520) in a tip (510) of a wheel (500),
A laser irradiation unit (100) for irradiating an ultrafast laser;
The wheel (500) is moved horizontally, vertically or rotationally so that the tip (510) of the wheel (500) is disposed on the optical path of the laser beam irradiated by the laser irradiation unit (100). A wheel moving part (200),
In the wheel using an ultrafast laser, the minute notch (520) is formed in the tip (510) of the wheel (500) by the laser beam irradiated by the laser irradiation unit (100). Manufacturing equipment for minute notches at the tip. 前記レーザ照射部（１００）は、
レーザ光源（１１０）と、
前記レーザ光源（１１０）で照射されるレーザビームを前記ホイール（５００）の先端部（５１０）に集束させる対物レンズ（１２０）と、
前記レーザ光源（１１０）と前記対物レンズ（１２０）との間の光路上に配置され、前記レーザ光源（１１０）で照射されるレーザビームの波長範囲の光を全反射し、それ以外の波長範囲の光を透過させるダイクロイックミラー（１３０）と、
前記ダイクロイックミラー（１３０）を透過した光を用いて前記ホイール（５００）の先端部（５１０）を撮影する撮影部（１４０）と、を含むことを特徴とする、請求項１に記載の超高速レーザを用いたホイールの先端部の微小切欠の製造装置。 The laser irradiation unit (100)
A laser light source (110);
An objective lens (120) for focusing a laser beam irradiated by the laser light source (110) on a tip (510) of the wheel (500);
It is disposed on the optical path between the laser light source (110) and the objective lens (120), totally reflects light in the wavelength range of the laser beam irradiated by the laser light source (110), and other wavelength ranges A dichroic mirror (130) that transmits light of
The super-high speed according to claim 1, further comprising: a photographing unit (140) that photographs the tip (510) of the wheel (500) using light transmitted through the dichroic mirror (130). A device for manufacturing minute notches at the tip of a wheel using a laser. 前記レーザ照射部（１００）は、フェムト秒またはピコ秒のパルス幅を有するレーザ光を照射することを特徴とする、請求項１に記載の超高速レーザを用いたホイールの先端部の微小切欠の製造装置。   2. The micro-notch at the tip of the wheel using the ultrafast laser according to claim 1, wherein the laser irradiation unit (100) irradiates a laser beam having a pulse width of femtosecond or picosecond. manufacturing device. 前記ホイール移動部（２００）は、
ステージ（２１０）と、
前記ホイール（５００）の中心孔（５３０）に嵌合する回転軸（２２０）と、
前記ステージ（２１０）上に配置され、前記回転軸（２２０）の一側先端に設けられて前記回転軸（２２０）を回転させることで前記ホイール（５００）を回転移動させるステップモータ（２３０）と、
前記ステージ（２１０）と結合し、前記回転軸（２２０）の他側先端に設けられて前記ホイール（５００）を水平移動または垂直移動させるトランスレータ（２４０）と、を含むことを特徴とする、請求項１に記載の超高速レーザを用いたホイールの先端部の微小切欠の製造装置。 The wheel moving part (200)
Stage (210);
A rotating shaft (220) that fits into a central hole (530) of the wheel (500);
A step motor (230) disposed on the stage (210) and provided at one end of the rotary shaft (220) to rotate the wheel (500) by rotating the rotary shaft (220); ,
A translator (240) coupled to the stage (210) and provided at the other end of the rotating shaft (220) to horizontally or vertically move the wheel (500). An apparatus for manufacturing a minute notch at the tip of a wheel using the ultrafast laser according to Item 1. 前記ホイール移動部（２００）は、
前記ステップモータ（２３０）および前記回転軸（２２０）の連結部に設けられ、前記ステップモータ（２３０）の軸の歳差運動を含むノイズ動きの伝達を除去するカプラ（２５０）をさらに含むことを特徴とする、請求項４に記載の超高速レーザを用いたホイールの先端部の微小切欠の製造装置。 The wheel moving part (200)
It further includes a coupler (250) that is provided at a connecting portion between the step motor (230) and the rotating shaft (220) and removes transmission of noise motion including precession of the shaft of the step motor (230). The manufacturing apparatus of the micro notch of the front-end | tip part of the wheel using the ultrahigh-speed laser of Claim 4 characterized by the above-mentioned. 前記ホイール移動部（２００）は、
前記ステージ（２１０）上に配置され、前記回転軸（２２０）を貫通させつつ前記回転軸（２２０）を支持し、前記回転軸（２２０）が貫通し支持される部分に軸受（２６５）が設けられた少なくとも一つ以上のサポータ（２６０）をさらに含むことを特徴とする、請求項４に記載の超高速レーザを用いたホイールの先端部の微小切欠の製造装置。 The wheel moving part (200)
It is disposed on the stage (210), supports the rotary shaft (220) while passing through the rotary shaft (220), and a bearing (265) is provided at a portion through which the rotary shaft (220) is passed and supported. The apparatus of claim 4, further comprising at least one or more supporters (260). 前記ホイール移動部（２００）は、前記レーザ照射部（１００）で照射されるレーザビームの光路の延長線と前記ホイール（５００）のレーザビームが照射される地点での接線とが鋭角または直角をなすように、前記ホイール（５００）を水平移動させることを特徴とする、請求項４に記載の超高速レーザを用いたホイールの先端部の微小切欠の製造装置。   The wheel moving unit (200) has an acute angle or a right angle between an extension of an optical path of a laser beam irradiated by the laser irradiation unit (100) and a tangent at a point where the laser beam of the wheel (500) is irradiated. 5. The apparatus for manufacturing a minute notch at the tip of a wheel using an ultrahigh-speed laser according to claim 4, wherein the wheel (500) is moved horizontally. 前記ホイール移動部（２００）は、前記撮影部（１４０）によって撮影されたイメージまたは別に設けられた高さ測定センサ（２７０）によって測定された高さ値を用いて、前記ホイール（５００）を垂直移動させることを特徴とする、請求項２に記載の超高速レーザを用いたホイールの先端部の微小切欠の製造装置。   The wheel moving unit (200) vertically moves the wheel (500) using an image photographed by the photographing unit (140) or a height value measured by a separately provided height measuring sensor (270). The apparatus for manufacturing a minute notch at the tip of a wheel using the ultrahigh-speed laser according to claim 2, wherein the apparatus is moved. 複数個の前記ホイール（５００）が同軸上に積層配列されてなる積層体に複数個の前記微小切欠（５２０）を形成することを特徴とする、請求項１に記載の超高速レーザを用いたホイールの先端部の微小切欠の製造装置。   The ultrafast laser according to claim 1, wherein a plurality of the micro notches (520) are formed in a laminated body in which a plurality of the wheels (500) are coaxially laminated. Manufacturing equipment for minute notches at the tip of the wheel. 複数個の前記ホイール（５００）が同軸上に積層配列されてなる積層体と、前記積層体の両側先端に設けられる一対の支持板（３１０）と、前記ホイール（５００）の間に充填される充填材（３２０）と、を含むホイールカートリッジ（３００）をさらに含み、
前記ホイールカートリッジ（３００）に複数個の前記微小切欠（５２０）を形成することを特徴とする、請求項９に記載の超高速レーザを用いたホイールの先端部の微小切欠の製造装置。 A plurality of wheels (500) are coaxially stacked and stacked, a pair of support plates (310) provided at both ends of the stack, and the wheel (500). A wheel cartridge (300) comprising a filler (320),
10. The apparatus for manufacturing minute notches at the tip of a wheel using an ultra high speed laser according to claim 9, wherein a plurality of the minute notches (520) are formed in the wheel cartridge (300). 前記充填材（３２０）は、前記ホイール（５００）に物理的および化学的損傷を与えない溶媒に可溶な材料であることを特徴とする、請求項１０に記載の超高速レーザを用いたホイールの先端部の微小切欠の製造装置。   11. The wheel using an ultrafast laser according to claim 10, wherein the filler (320) is a solvent-soluble material that does not physically and chemically damage the wheel (500). Manufacturing equipment for minute notches at the tip of ホイール（５００）の先端部（５１０）に複数個の微小切欠５２０を製造する方法であって、
前記ホイール（５００）の先端部（５１０）にレーザを照射して複数個の微小切欠（５２０）を形成するレーザ照射段階と、
前記ホイール（５００）を所定の角度回転させるホイール回転段階と、
前記レーザ照射段階および前記ホイール回転段階を順に繰り返して行う段階と、を含むことを特徴とする、超高速レーザを用いたホイールの先端部の微小切欠の製造方法。 A method of manufacturing a plurality of minute notches 520 at a tip (510) of a wheel (500),
A laser irradiation step of irradiating the tip (510) of the wheel (500) with a laser to form a plurality of micro notches (520);
A wheel rotation stage for rotating the wheel (500) by a predetermined angle;
And a step of sequentially repeating the laser irradiation step and the wheel rotation step. A method of manufacturing a minute notch at the tip of a wheel using an ultrafast laser. 前記レーザは、フェムト秒またはピコ秒のパルス幅を有することを特徴とする、請求項１２に記載の超高速レーザを用いたホイールの先端部の微小切欠の製造方法。   The method according to claim 12, wherein the laser has a pulse width of femtosecond or picosecond. 前記レーザ照射段階は、前記レーザが前記ホイール（５００）の軸方向に相対移動しながら少なくとも１回以上照射される工程からなることを特徴とする、請求項１２に記載の超高速レーザを用いたホイールの先端部の微小切欠の製造方法。   The ultra-high speed laser according to claim 12, wherein the laser irradiation step comprises a step of irradiating the laser at least once while relatively moving in the axial direction of the wheel (500). A method of manufacturing a minute notch at the tip of a wheel. 前記微小切欠（５２０）の幅、前記微小切欠（５２０）の深さ、レーザのエネルギー、レーザのパルス繰り返し数、レーザの相対移動速度、レーザの照射繰り返し回数が、前記ホイール（５００）に応じて決定されることを特徴とする、請求項１４に記載の超高速レーザを用いたホイールの先端部の微小切欠の製造方法。   The width of the minute notch (520), the depth of the minute notch (520), the laser energy, the laser pulse repetition number, the laser relative movement speed, and the laser irradiation repetition number depend on the wheel (500). 15. The method of manufacturing a minute notch at a tip portion of a wheel using the ultrafast laser according to claim 14, wherein the method is determined. 複数個の前記ホイール（５００）が同軸上に積層配列されてなる積層体に複数個の前記微小切欠（５２０）を形成することを特徴とする、請求項１２に記載の超高速レーザを用いたホイールの先端部の微小切欠の製造方法。   The ultrafast laser according to claim 12, wherein a plurality of the minute notches (520) are formed in a laminate in which a plurality of the wheels (500) are coaxially laminated. A method of manufacturing a minute notch at the tip of a wheel.
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