KR101167242B1 - 레이저 조사 장치 및 레이저 가공방법 - Google Patents

레이저 조사 장치 및 레이저 가공방법 Download PDF

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Abstract

레이저 가공에 있어서 사용되는 레이저 조사 장치 및 이것을 사용한 레이저 가공방법의 제공을 목적으로 한다. 본 발명은, 레이저광선을 출사하는 광원과, 하나 또는 복수의 렌즈를 갖고, 광원으로부터 출사되는 레이저광선을 대상물에 도광 및 집광하는 조사 광학계를 구비하는 레이저 조사 장치로서, 이 조사 광학계의 적어도 하나의 렌즈의 소재로서 복굴절 재료가 사용되고 있는 것을 특징으로 하는 레이저 조사 장치 및 레이저 가공방법이다. 이 조사 광학계가 오목 렌즈 또는 볼록 렌즈인 제 1 렌즈와, 볼록 렌즈인 제 2 렌즈를 레이저광선의 진행방향순으로 갖고, 이 제 1 렌즈 및 제 2 렌즈의 간격을 변화 가능하게 구성하는 빔 익스팬더를 포함하고, 이 제 1 렌즈 및/또는 제 2 렌즈의 소재로서 복굴절 재료가 사용되고 있으면 좋다.

Description

레이저 조사 장치 및 레이저 가공방법{LASER IRRADIATION DEVICE AND LASER PROCESSING METHOD}
본 발명은 세라믹스 등의 레이저 가공에 사용되는 레이저 조사 장치 및 이것을 사용한 레이저 가공방법에 관한 것이다.
전자부품을 탑재하는 회로기판 등에는 세라믹스재, 유리재, 실리콘재 등의 경취성(硬脆性) 재료가 사용되고 있다. 이러한 경취성 재료로부터 형성되는 기판을 분할절단하기 위해서는, 기판의 표면에 홈을 형성하거나, 기판의 내부에 미세한 구멍을 형성할 필요가 있다. 이러한 형성 수단으로서 레이저 가공이 널리 사용되고 있다. 레이저 가공은, 광원으로부터 출사된 레이저광선을 렌즈 등의 조사 광학계를 사용하여 집광하고, 높은 파워 밀도로 된 레이저 집광 스폿(빔 웨이스트)을 기판의 표면 또는 내부에 조사하여 가공을 행하는 것이다.
현재에는, 전자부품의 미세화나, 가공 부위를 적게 하여 기판의 수율 향상을 도모하기 위하여, 기판에 대하여 미세한 홈이나 구멍을 형성하고, 그 홈이나 구멍을 깊게 형성하는 것이 요구되고 있다. 또, 구멍 가공시에는 미세하고 또한 테이퍼가 적은 구멍을 형성하는 것이 요구되고 있다. 이러한 요구를 실현하기 위해서는, 집광된 레이저광선의 빔 웨이스트의 특성을 이용하여, 광축방향에 복수의 초점을 형성하는 것이 바람직하다. 그리고, 이 빔 웨이스트의 특성은, 레이저광선의 파장 및 빔 품질을 기본으로 하여, 그 후의 조사 광학계(특히 집광 렌즈)의 성질에 의해 결정된다.
레이저광선의 광축방향에 복수의 초점을 형성하는 방법으로서는, (A) 이중초점 렌즈를 사용하여 복수의 초점에 레이저광선을 집광시키는 방법(일본 특개 2006-192503호 공보), (B) 빔 스플리터를 사용하여 레이저광선을 공간적으로 분리하고, 일방의 빔 발산각을 바꾸어 재합성한 후에 동일한 집광 렌즈로 가공면 위에 집광하는 방법(일본 특표 2006-525874호 공보), (C) 초점 거리가 다른 복수의 렌즈를 기계적으로 전환하면서 복수회의 가공을 반복하는 방법(일본 특개 2007-290932호 공보) 등을 들 수 있다.
그렇지만, 상기 (A)의 방법에서는, 특수한 형상의 렌즈 등 집광 수단이 필요하게 된다. 또한 상기 (B)의 방법에서는, 합성한 2개의 레이저광선의 광축을 일치시키는 것이 곤란하고, 또 곡률 반경이 큰 반사면을 준비하지 않으면 안 되므로 제작?조제 상의 문제가 있다. 또한, 상기 (C)의 방법에서는, 처리 효율의 저하나 각 가공 사이의 위치 정밀도의 저하 등의 문제가 있다.
일본 특개 2006-192503호 공보 일본 특표 2006-525874호 공보 일본 특개 2007-290932호 공보
(발명의 개요)
(발명이 해결하고자 하는 과제)
본 발명은 이들 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 복수의 빔 웨이스트의 형성을 간단한 구성의 조사 광학계에 의해 실현하고, 레이저광선의 광축상에서 복수의 빔 웨이스트의 간격을 용이하게 변경?조절할 수 있는 레이저 조사 장치 및 이것을 사용한 레이저 가공방법의 제공을 목적으로 하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여 행해진 발명은,
레이저광선을 출사하는 광원과,
1 또는 복수의 렌즈를 갖고, 광원으로부터 출사되는 레이저광선을 대상물에 도광 및 집광하는 조사 광학계
를 구비하는 레이저 조사 장치로서,
상기 조사 광학계가, 오목 렌즈 또는 볼록 렌즈인 제 1 렌즈와, 볼록 렌즈인 제 2 렌즈를 레이저광선의 진행방향순으로 갖고, 이 제 1 렌즈 및 제 2 렌즈의 간격을 변화 가능하게 구성하는 빔 익스팬더를 포함하고,
상기 제 1 렌즈 또는 제 2 렌즈의 소재로서 복굴절 재료가 사용되고 있는 것을 특징으로 한다.
당해 레이저 조사 장치는, 조사 광학계의 제 1 렌즈 또는 제 2 렌즈의 소재로서, 복굴절 재료를 사용하고 있다고 하는 단순하고 또한 간단한 구성으로 이루어진다. 이와 같이, 조사 광학계의 적어도 하나의 렌즈의 소재로서 복굴절 재료를 사용함으로써, 광원으로부터 출사된 레이저광선의 성분을 공간 분리하지 않고 정상광과 이상광으로 분리하고, 이 정상광과 이상광의 굴절율차를 이용함으로써 조사 광학계의 광축상에 약간 분리된 복수의 빔 웨이스트를 형성할 수 있다. 이러한 단순하고 또한 간단한 구성을 채용함으로써, 당해 레이저 조사 장치는 복수의 빔 웨이스트를 확실하고 또한 용이하게 형성할 수 있다.
상기 조사 광학계는 오목 렌즈 또는 볼록 렌즈인 제 1 렌즈와, 볼록 렌즈인 제 2 렌즈를 레이저광선의 진행방향순으로 갖고, 이 제 1 렌즈 및 제 2 렌즈의 간격을 변화 가능하게 구성하는 빔 익스팬더를 포함한다. 이것에 의해, 렌즈 간격을 변화시킨다고 하는 간단한 조작으로, 복수의 빔 웨이스트 간의 상대적인 위치(간격)를 용이하게 조절할 수 있다.
상기 조사 광학계는 상기 1 또는 복수의 렌즈로서 레이저광선의 진행방향 최후에 배열 설치되는 집광 렌즈를 포함하고, 이 집광 렌즈의 소재로서, 복굴절 재료가 사용되고 있으면 된다. 이것에 의해, 조사 광학계에 있어서의 집광 렌즈가 복굴절성을 갖게 되고, 소재로서 복굴절 재료를 사용하고 있는 렌즈를 별도 준비?배열 설치할 필요가 없어, 조사 광학계의 단순화를 도모할 수 있다.
상기 복굴절 재료를 소재로 하는 렌즈의 결정축방향은 조사 광학계의 광축방향과 직교하면 된다. 이와 같이, 복굴절 재료를 소재로 하는 렌즈의 결정축방향이 조사 광학계의 광축방향과 직교함으로써 광원으로부터 출사된 레이저광선의 성분을 정상광과 이상광으로 확실하고 또한 효율적으로 분리할 수 있다.
상기 복굴절 재료의 소재로서는 광학 수정이 바람직하다. 이와 같이, 광학 수정을 복굴절 재료의 소재로 함으로써 상기의 복수의 빔 웨이스트를 형성하면서, 광원으로부터 출사되는 레이저광선에 대하여 높은 내광강도를 발휘할 수 있음과 아울러, 넓은 파장 범위에 대한 높은 투과율을 발휘할 수 있다.
당해 레이저 조사 장치는, 상기 조사 광학계에 대한 대상물의 위치를, 조사 광학계의 광축과 수직한 면 내에서의 직교 2방향에 더하고, 광축방향으로 상대적으로 이동시키는 상대적 이동 수단을 구비하면 된다. 이것에 의해, 대상물에 대한 연속적인 홈 가공이나 구멍 가공을 신속하게 행함과 아울러, 가공 부위의 초점 심도를 조절할 수 있어, 세라믹스 등의 분할절단 가공의 정밀성이나 수율을 향상시킬 수 있다.
상기 조사 광학계는 광축을 중심으로 회전 가능한 1/2 파장판을 포함하고, 이 1/2 파장판이 레이저광선의 진행방향을 기준으로 하여 상기 복굴절 재료를 소재로 하는 렌즈의 앞에 배열 설치되면 된다. 이것에 의해, 복수의 빔 웨이스트의 강도비를 연속적이고 또한 용이하게 변화시킬 수 있다.
또, 상기 조사 광학계는 1/4 파장판을 포함하고, 이 1/4 파장판이 레이저광선의 진행방향을 기준으로 하여 상기 복굴절 재료를 소재로 하는 렌즈의 뒤에 배열 설치되면 된다. 이것에 의해, 레이저광선의 직선 편광을 원편광으로 변환하여, 복수의 빔 웨이스트로부터 편광의 영향을 제거함으로써 가공 특성의 안정화를 도모할 수 있다.
상기 레이저광선의 파장으로서는 200nm 이상 11㎛ 이하가 바람직하다. 이 레이저광선의 파장을 상기 범위로 함으로써 주로 세라믹스 등의 레이저 가공에 적당한 레이저 출력을 실현할 수 있고, 세라믹스 등의 레이저 가공의 확실성 및 효율성을 향상시킬 수 있다.
상기 레이저광선의 발진 수단으로서는 연속 발진 또는 펄스 발진이어도 된다. 이와 같이, 레이저광선의 발진 수단을 연속 발진 또는 펄스 발진으로 함으로써 가공재료의 종류나 성질에 따라 가공 내용을 조절하는 것이 가능하게 되어, 여러 변형의 가공을 실현할 수 있다.
또, 상기 과제를 해결하기 위하여 행해진 다른 발명은 당해 레이저 조사 장치를 사용하여, 복수의 빔 웨이스트의 위치의 조정 후에 상기 광원으로부터 레이저광선을 출사하고, 이 레이저광선을 상기 조사 광학계에 의해 대상물에 도광 및 집광함으로써, 대상물을 가공하는 공정을 갖는 레이저 가공방법이다. 이러한 레이저 가공방법을 채용함으로써 세라믹스 등의 기판에 대하여 미세한 홈이나 구멍을 형성하고, 또한, 그 홈이나 구멍을 깊게 형성할 수 있다.
이 레이저 가공방법은 상기 레이저 조사 장치에 의해 형성되는 복수의 빔 웨이스트의 간격을 레일리 길이(Rayleigh range)의 0.5배부터 10배로 조절하면 된다. 이 빔 웨이스트의 간격을 상기 범위로 함으로써 작은 빔 웨이스트 직경을 유지한 상태에서, 큰 초점 심도를 실현할 수 있다.
여기에서, 「조사 광학계의 광축」이란 이 광축의 대비 대상이 되는 렌즈 또는 조사 대상물 부분의 광축을 의미한다. 「빔 웨이스트」란 집광된 레이저광선의 집광 스폿을 의미한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 레이저 조사 장치 및 레이저 가공방법은 복수의 빔 웨이스트를 확실하고 또한 용이하게 형성할 수 있고, 그 결과, 대상물에 대하여 미세하고 또한 초점 심도가 큰 가공을 신속하게 실현할 수 있다. 또, 복수의 빔 웨이스트의 위치를 조절함으로써 가공대상(예를 들면, 세라믹스, 유리, 사파이어 등)의 종류에 따른 최적의 가공을 실현할 수 있다. 또한, 그린시트 등의 기판의 구멍뚫기 가공에서도, 미세하고 또한 테이퍼가 적은 가공을 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 1실시형태에 따른 레이저 조사 장치를 도시하는 개략 구성도.
도 2는 도 1의 레이저 조사 장치가 2개의 빔 웨이스트를 형성하는 기구를 설명하는 개략 구성도.
도 3은 도 1의 레이저 조사 장치와는 상이한 실시형태에 따른 레이저 조사 장치를 도시하는 개략 구성도.
도 4는 도 3의 레이저 조사 장치의 빔 익스팬더의 렌즈 간격(복굴절성 볼록 렌즈의 상대 이동 거리)을 변화시킨 경우에, 2개 빔 웨이스트의 간격 및 빔 웨이스트의 직경이 변화되는 모습을 시산한 결과를 나타내는 그래프.
도 5는 도 1 및 도 3의 레이저 조사 장치와는 상이한 실시형태에 따른 레이저 조사 장치를 도시하는 개략 구성도.
도 6은 비교예 1의 1스폿 조사에 의해 붕규산 유리에 형성한 가공홈을 나타내는 단면 관찰 화상.
도 7은 실시예 1의 2스폿 조사에 의해 붕규산 유리에 형성한 가공홈을 나타내는 단면 관찰 화상.
도 8은 실시예 2에서 2스폿의 간격을 작게 하여 붕규산 유리에 형성한 가공홈을 나타내는 단면 관찰 화상.
도 9는 실시예 3에서 1스폿에 파워를 집중함으로써 붕규산 유리에 형성한 가공홈을 나타내는 단면 관찰 화상.
도 10은 실시예 4에서 2스폿의 파워비를 변화시킴으로써 붕규산 유리에 형성한 가공홈을 나타내는 단면 관찰 화상.
도 11은 실시예 5 및 비교예 2에서 포커스의 상대 위치와 스크라이빙 깊이 비율과의 상관관계를 나타내는 그래프.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하, 적당히 도면을 참조하면서 본 발명의 실시형태를 상세히 설명한다.
도 1의 레이저 조사 장치는 광원(1)과, 스테이지(2)와, 조사 광학계(3)를 주로 구비하고 있다.
광원(1)은 레이저광선(P)을 출사하는 것이다. 광원(1)의 종류로서는 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, CO2 레이저 등의 기체 레이저, Nd:YAG 레이저 등의 고체 레이저, 펨토초 레이저 등의 초단 펄스 레이저 등을 들 수 있다. 특히, 세라믹스재 등의 경취성 재료가 사용되고 회로기판 등에 미세하고 초점 심도가 큰 가공을 행하기 위해서는 Nd:YAG 레이저가 바람직하다. 또한, 초단 펄스레이저를 사용하는 경우에는, 집광 부위에서는 셀프 포커싱 또는 필라멘테이션을 함께 일으키므로, 가공부위 주변으로의 열 영향을 억제하여, 더욱 큰 초점 심도를 실현할 수 있다.
광원(1)의 레이저광선의 파장으로서는 200nm 이상 11㎛ 이하인 것이 바람직하고, 240nm 이상 1600nm 이하인 것이 특히 바람직하다. 이 레이저광선의 파장을 상기 범위로 함으로써 세라믹스재 등의 경취성 재료가 사용되고 있는 회로기판 등의 분할절단 가공에 최적인 레이저 출력을 실현할 수 있어, 레이저 가공의 효율성 및 확실성을 향상시킬 수 있다.
광원(1)의 레이저광선의 발진 수단으로서는 연속 발진 또는 펄스 발진을 채용하는 것이 바람직하다. 이 레이저광선의 발진 수단을 연속 발진으로 함으로써 일정한 레이저 출력을 연속해서 발진할 수 있다. 또한 펄스 발진으로 함으로써 높은 피크 파워를 갖는 레이저 펄스를 얻을 수 있어, 열영향층이 적고, 보다 효율적인 가공이 가능하게 된다. 그 결과, 가공재료의 종류나 성질에 따른 최적의 가공을 실현할 수 있다.
스테이지(2)는 대상물(Q)을 설치하는 것이다. 이 스테이지(2)의 구체적인 구조로서는, 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 레이저광선을 투과하는 투명판이나, 레이저광선의 조사 위치에 슬릿 등의 개구부를 설치한 대(臺) 등이 채용된다.
스테이지(2)는, 상기 조사 광학계(3)에 대한 대상물(Q)의 위치를, 조사 광학계(3)의 광축(R)과 수직한 면 내에서의 직교 2방향(X축방향, Y축방향)에 더하고, 광축(R)의 방향(Z축방향)으로 상대적으로 이동시키는 상대적 이동 수단을 구비한다. 이러한 상대적 이동 수단에 의해, 대상물(Q)에 대한 연속적인 홈 가공이나 구멍 가공을 신속하게 행할 수 있음과 아울러, 가공부위의 초점 심도를 조절할 수 있다. 특히, 미세한 기판을 분할절단 가공하는 경우에 있어서, 가공의 정밀성을 향상시킬 수 있음과 아울러, 수율을 향상시킬 수 있다. 또한, 스테이지(2)의 이동 수단의 구체적인 구조로서는 특별히 한정되는 것은 아니고, 공지의 수단이 채용된다.
조사 광학계(3)는 광원(1)으로부터 출사되는 레이저광선(P)을 대상물(Q)에 도광 및 집광하는 것이다. 이 조사 광학계(3)는, 레이저광선(P)의 진행방향순으로, 1/2 파장판(4), 빔 익스팬더(5), 미러(6), 복굴절 렌즈(7), 1/4 파장판(8) 및 집광 렌즈(9)를 구비한다.
1/2 파장판(4)은 레이저광선(P)의 진행방향을 기준으로 하여 복굴절 렌즈(7) 의 앞에 배열 설치되어, 레이저광선의 전장 벡터를 회전시키는 것이다. 이러한 구조를 도 2에서 상세히 설명하면, 1/2 파장판(4)의 지상(遲相)축 및 입사 레이저광선의 전장 벡터(Ey)가 이루는 각도를 θ로 한 경우에, 레이저광선(P)이 1/2 파장판(4)을 투과하면, 투과 후의 전장 벡터는 2θ 회전한다.
이 1/2 파장판(4)은, 조사 광학계(3)의 광축(R)을 중심으로 회전 가능하고, 그 회전각도에 따라, 지상축에 수직한 정상광 성분(Ex)과, 이것에 직교하는 이상광 성분(Ey)의 강도비를 변화시킬 수 있다. 이것에 의해, 2개의 빔 웨이스트의 강도비를 연속적이고 또한 용이하게 변화시킬 수 있고, 그 결과, 가공재료의 종류나 성질에 따른 가공 내용의 조절이 용이하게 되어, 레이저 가공의 효율성이 향상된다. 또한, 이 1/2 파장판(4)의 회전 수단으로서는 특별히 한정되는 것은 아니고, 공지의 수단이 채용된다.
빔 익스팬더(5)는 제 1 렌즈인 오목 렌즈(10) 및 제 2 렌즈인 볼록 렌즈(11)를 레이저광선(P)의 진행방향순으로 갖는다. 이 오목 렌즈(10)는 구체적으로는 평오목 렌즈이며, 레이저광선(P)이 오목면에 입사되도록 배열 설치되어, 광원(1)으로부터 출사되는 레이저광선(P)를 확대하는 것이다. 또한 볼록 렌즈(11)는 구체적으로는 평볼록 렌즈이며, 레이저광선(P)이 볼록면에 입사되도록 배열 설치되어, 오목 렌즈(10)에 의해 확대된 레이저광선(P)을 평행한 광속으로 하는 것이다. 이러한 오목 렌즈(10)의 종류로서는 평오목 렌즈 이외에 양쪽 오목 렌즈, 오목 메니스커스 렌즈 등을 들 수 있고, 볼록 렌즈(11)의 종류로서는 평볼록 렌즈 이외에 양쪽 볼록 렌즈, 볼록 메니스커스 렌즈 등을 들 수 있다.
미러(6)는 상기 빔 익스팬더(5)를 투과하는 레이저광선(P)을 집광 렌즈(9)에 도광하는 것이다. 이 미러(6)를 사용하여 레이저광선(P)의 반사각도를 변화시킴으로써, 레이저광선(P)의 진행방향을 용이하게 조절할 수 있다. 또한, 이 미러(6)를 사용한 레이저광선(P)의 반사각도의 조절 수단으로서는, 특별히 한정되는 것은 아니고, 공지의 것이 채용된다.
복굴절 렌즈(7)는 구체적으로는 단렌즈이며, 그 소재로서 복굴절 재료가 사용되고 있다. 이 복굴절 렌즈(7)는 입사한 레이저광선(P)을 2개의 전장성분으로 분리하고, 2개의 빔 웨이스트를 형성하는 것이다. 이러한 구조를 도 2에서 상세히 설명하면, 광원(1)으로부터 출사된 레이저광선(P)은 당초는 전계방향으로 직선편광하고 있고, 1/2 파장판(4)을 투과함으로써 위상차가 발생한다. 그 후, 복굴절 렌즈(7)에 입사한 레이저광선(P)은 결정축(S)에 수직한 성분(Ex)과, 이것에 직교하는 성분(Ey)으로 분리되고, 성분(Ex)은 정상광(12)으로서 투과되고, 성분(Ey)은 이상광(13)으로서 투과된다. 또한, 이 복굴절 렌즈(7)의 종류로서는 양쪽 볼록 렌즈, 평볼록 렌즈, 볼록 메니스커스 렌즈, 양쪽 오목 렌즈, 평오목 렌즈, 오목 메니스커스 렌즈 등을 들 수 있다.
이와 같이, 복굴절 렌즈(7)는 2개의 상이한 굴절율을 갖고, 이것들의 굴절율차를 이용함으로써 입사한 레이저광선(P)을 정상광(12)과 이상광(13)으로 분리하고, 상이한 초점을 형성한다고 하는 특성을 갖는다. 이러한 특성에 의해, 2개의 빔 웨이스트에서의 웨이스트 직경 및 웨이스트 간격이 결정된다. 따라서, 예를 들면, 조사 광학계에 있어서, 특성이 상이한 여러 복굴절 렌즈를 적당히 채용하고, 2개의 빔 웨이스트에서의 웨이스트 직경 및 웨이스트 간격을 조절함으로써 가공재료의 성질에 따른 최적의 가공을 렌즈 교환이라고 하는 간단한 수단에 의해 실현할 수도 있다.
복굴절 렌즈(7)의 결정축(S)의 방향은 조사 광학계의 광축(R)의 방향과 직교하면 된다. 이와 같이, 복굴절 렌즈(7)의 결정축(S)의 방향이 조사 광학계의 광축(R)의 방향과 직교함으로써 이러한 결정축(S)의 방향과 전계방향이 일치하고, 그 결과, 광원으로부터 출사된 레이저광선의 성분을 정상광와 이상광으로 확실하고 또한 효율적으로 분리할 수 있다.
복굴절 렌즈(7)의 소재로서는, 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 광학 수정, 사파이어, 방해석 등이 사용되고, 그 중에서도, 광학 수정을 채용하는 것이 바람직하다. 이 복굴절 렌즈(7)의 소재로서 광학 수정을 사용함으로써 레이저광선에 대한 높은 내광강도를 발휘할 수 있음과 아울러, 넓은 파장 범위에 대한 높은 투과율을 발휘할 수 있다. 이러한 광학 수정을 소재로 하는 복굴절 렌즈(7)가 대표적인 레이저 파장에 대하여 갖는 굴절율(no: 정상광의 굴절율, ne: 이상광의 굴절율)을 하기 표 1에 나타낸다. 표 1에 나타내는 바와 같이, 광학 수정을 소재로 하는 복굴절 렌즈(7)에서는, ne의 값이 no의 값보다 크고, 이상광이 단초점에 상당하는 것을 알 수 있다.
Figure 112011061042177-pct00001
또, 이러한 광학 수정을 소재로 하는 복굴절 렌즈(7)가 갖는 복굴절성에 관하여, 곡률 반경(R)=100mm의 광학 수정제 평볼록 렌즈의 경우에 대하여 근축 계산한 초점 거리(fo: 정상광의 초점 거리, fe: 이상광의 초점 거리)를 하기 표 2에 나타낸다. 표 2에 나타내는 바와 같이, Nd:YAG 레이저의 기본파(1064nm)에서는, fe의 값이 fo의 값보다 작으므로, 이상광이 단초점에 상당하는 것을 알 수 있다.
Figure 112011061042177-pct00002
1/4 파장판(8)은 레이저광선(P)의 진행방향을 기준으로 하여 상기 복굴절 렌즈(7)의 뒤에 배열 설치되는 것이다. 이 1/4 파장판(8)에 의해, 복굴절 렌즈(7)를 투과한 레이저광선(P)의 직선편광을 원편광으로 변환하여 편광의 영향을 제거하고, 가공 특성의 안정화를 도모함으로써 깊은 초점 심도를 확실하고 또한 효율적으로 실현할 수 있다.
집광 렌즈(9)는 구체적으로는 사용하는 레이저광의 파장에 대하여 광학수차를 보정한 단렌즈 또는 조합의 렌즈이며, 상기 미러(6)로부터 도광되는 레이저광선(P)을 대상물(Q)에 집광하는 것이다. 이 집광 렌즈(9)에 의해, 1/4 파장판(8)을 투과한 레이저광선(P)의 정상광(12) 및 이상광(13)을 조사 광학계의 광축(R)상의 각각 상이한 위치에 집광함으로써, 2개의 빔 웨이스트를 형성할 수 있다. 또한, 이 집광 렌즈(9)를 구성하는 렌즈의 종류로서는, 예를 들면, 양쪽 볼록 렌즈, 평볼록 렌즈, 볼록 메니스커스 렌즈, 양쪽 오목 렌즈, 평오목 렌즈, 오목 메니스커스 렌즈 등을 들 수 있다.
여기에서, 상기 레이저 조사 장치의 작용 효과에 대하여 상세히 설명한다.
상기 레이저 조사 장치가 형성하는 빔 웨이스트 직경(2ωo)은 집광 렌즈의 초점거리를 f, 집광 렌즈에 입사하는 빔 직경을 D, 레이저 파장을 λ로 하면, 하기 수학식 1에 의해 산출된다. 하기 수학식 1로부터, 미세한 빔 웨이스트 직경을 얻고자 하는 경우에는, 레이저 파장(λ)을 짧게 하고, 초점 거리(f)를 작게 하고, 집광 렌즈에 입사하는 빔 직경(D)을 크게 하는 것이 필요하게 된다.
Figure 112011061042177-pct00003
다음에 상기 레이저 조사 장치가 출사하는 레이저광선의 레일리 길이(df)는 빔 웨이스트의 반경을 ωo, 레이저 파장을 λ로 하면, 하기 수학식 2에 의해 산출된다. 일반적으로, 레이저광선의 디포커스의 영향을 받기 어렵게 하기 위해서는, 레일리 길이가 긴 빔을 형성하는 것이 필요하다. 하기 수학식 2로부터, 레일리 길이(df)는 빔 웨이스트의 반경(ωo)과 밀접한 관계가 있고, 초점 심도가 큰(레일리 길이가 긴) 빔 웨이스트를 실현하기 위해서는, 파장(λ)을 일정하게 하면, 빔 웨이스트의 반경(ωo)을 크게 할 필요가 있다. 반면에 빔 웨이스트의 반경(ωo)이 커지면, 미세한 가공은 곤란하게 된다.
Figure 112011061042177-pct00004
도 3의 레이저 조사 장치는 광원(1)과, 스테이지(2)와, 조사 광학계(14)를 주로 구비하고 있다. 광원(1) 및 스테이지(2)는 도 1의 레이저 조사 장치의 경우와 동일하기 때문에, 동일 번호를 붙여 설명을 생략한다.
조사 광학계(14)는 광원으로부터 출사되는 레이저광선(P)을 대상물(Q)에 도광 및 집광하는 것이다. 이 조사 광학계(14)는, 레이저광선(P)의 진행방향순으로, 1/2 파장판(4), 빔 익스팬더(15), 1/4 파장판(8), 미러(6) 및 집광 렌즈(9)를 구비한다. 레이저광선(P), 대상물(Q), 1/2 파장판(4), 1/4 파장판(8), 미러(6) 및 집광 렌즈(9)는, 도 1의 레이저 조사 장치의 경우와 동일하기 때문에, 동일 번호를 붙이고 설명을 생략한다.
빔 익스팬더(15)는 제 1 렌즈인 오목 렌즈(16) 및 제 2 렌즈인 볼록 렌즈(17)를 레이저광선(P)의 진행방향순으로 갖는 것으로, 이 볼록 렌즈(17)의 소재로서 복굴절 재료가 사용되고 있다. 이러한 빔 익스팬더(15)는 오목 렌즈(16) 및 볼록 렌즈(17)의 간격을 변화 가능하게 구성되는 것이다. 이것에 의해, 조사 광학계(14)로부터 출사되는 2개의 빔 웨이스트 직경을 크게 변화시키지 않고, 웨이스트 간격을 용이하게 조절할 수 있고, 가공재료에 따른 최적의 가공을 용이한 수단에 의해 실현할 수 있다. 또한, 오목 렌즈(16) 및 볼록 렌즈(17)의 간격은 오목 렌즈(16)와 볼록 렌즈(17) 어느 한쪽 또는 양쪽을 조사 광학계(14)의 광축(R)의 방향으로 이동시킴으로써 조절할 수 있다. 이러한 렌즈의 이동 수단에 대해서는, 특별히 한정되는 것이 아니고, 공지의 수단이 채용된다.
도 4는, 이 오목 렌즈(16) 및 볼록 렌즈(17)의 간격을 변화시킨 경우에, 2개의 빔 웨이스트의 간격 및 빔 웨이스트의 직경(정상광)이 변화되는 모습을 시산한 결과를 나타내는 그래프이다. 도 4의 횡축에서는, 이 오목 렌즈(16) 및 볼록 렌즈(17)의 간격을, 볼록 렌즈(17)를 오목 렌즈(16)에 대하여 상대적으로 이동시킨 거리(상대적으로 이동 거리)로 나타내고 있다. 또한 빔 익스팬더(15)로서의 배율이나 집광 렌즈(9)의 초점 거리를 선정하고, 최종적인 빔 웨이스트 직경이 약 5㎛가 되도록 설정하고 있다. 도 4로부터, 렌즈 간격을 약 9mm 변화시키면, 양쪽 빔 웨이스트의 간격은 90㎛부터 150㎛의 간격으로 변화되고, 빔 웨이스트 직경은 5㎛부터 6㎛의 범위에서 변화된다. 따라서, 빔 익스팬더(15)는 빔 웨이스트 직경을 크게 변화시키지 않고, 양쪽 빔 웨이스트의 간격을 변화시킬 수 있기 때문에, 가공재료의 성질에 적합시켜, 작은 직경으로 초점 심도가 큰 레이저 가공을 실현할 수 있다.
도 5의 레이저 조사 장치는 광원(1)과, 스테이지(2)와, 조사 광학계(18)를 주로 구비하고 있다. 광원(1) 및 스테이지(2)는 도 1의 레이저 조사 장치의 경우와 동일하기 때문에, 동일 번호를 붙이고 설명을 생략한다.
조사 광학계(18)는 광원(1)으로부터 출사되는 레이저광선(P)을 대상물(Q)에 도광 및 집광하는 것이다. 이러한 조사 광학계(18)는 레이저광선(P)의 진행방향순으로, 빔 익스팬더(5)와, 미러(6)와, 집광 렌즈(19)를 구비한다. 레이저광선(P), 대상물(Q), 빔 익스팬더(5) 및 미러(6)는, 도 1의 레이저 조사 장치의 경우와 동일하기 때문에, 동일 번호를 붙이고 설명을 생략한다.
집광 렌즈(19)는 미러(6)로부터 도광되는 레이저광선(P)을 대상물에 집광하기 위한 것으로, 그 소재로서 복굴절 재료가 사용되고 있다. 이 집광 렌즈(19)는 레이저광선(P)을 집광하는 기능을 가짐과 아울러, 레이저광선(P)을 정상광(12)과 이상광(13)으로 분리하여 2개의 빔 웨이스트를 형성하는 기능을 갖는다. 따라서, 소재로서 복굴절 재료를 사용하고 있는 렌즈를 별도 준비?배열 설치하지 않고, 집광성 및 복굴절성을 갖는 1개의 렌즈를 사용하여 2개의 빔 웨이스트를 용이하게 형성할 수 있어, 조사 광학계의 단순화를 도모함과 아울러 저비용화를 실현할 수 있다.
여기에서, 상기 도 1의 레이저 조사 장치, 도 3의 레이저 조사 장치, 도 5의 레이저 조사 장치를 이용하는 레이저 가공 방법을 구축하는 것도 가능하다. 이러한 레이저 가공방법에 의해, 예를 들면, 대상물 내에 균열이 유기되는 간격으로 복수의 빔 웨이스트를 형성할 수 있다. 또, 일방의 빔 웨이스트를 대상물 표면 근방 내에 배치시키고, 타방의 빔 웨이스트를 대상물 내부에 배치시킴으로써 대상물의 표면으로부터 내부에 이르는 가공 균열을 유인시킬 수 있다.
또한, 상기 레이저 가공방법은, 레이저 조사 장치에 의해 형성되는 복수의 빔 웨이스트의 간격을 레일리 길이의 0.5배로부터 10배로 조절 가능하면 좋다. 이러한 조절에 의해, 레이저광선의 디포커스의 영향을 회피할 수 있음과 아울러, 작은 빔 웨이스트 직경을 유지하면서 큰 초점 심도를 실현할 수 있다. 이 레일리 길이의 길이를 조절하기 위해서는, 예를 들면, 복굴절 렌즈를 조사 광학계의 광축(R)의 방향으로 상대적으로 이동시키는 것을 생각할 수 있지만, 그 구체적인 조절 수단에 대해서는, 특별히 한정되지 않고, 공지의 수단이 채용된다.
또한, 본 발명의 레이저 조사 장치 및 이것을 사용한 레이저 가공방법은 상기실시형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 도 5의 레이저 조사 장치의 집광 렌즈(19)가 조사 광학계(18)의 광축(R)의 방향으로 상대적으로 이동시키는 수단을 구비함으로써, 2개의 빔 웨이스트의 위치를 용이하게 조절할 수 있어, 보다 단순하고 또한 간단한 조사 광학계를 실현할 수 있다.
또, 가공재료의 성질에 따라 2개의 빔 웨이스트의 편광방향을 구별하는 것이 유효하다고 상정되는 경우에는, 조사 광학계에 1/4 파장판을 배열 설치하지 않음으로써, 빔 웨이스트의 상측과 하측의 편광방향이 서로 직교하여, 가공홈 폭을 크고, 초점 심도를 작게 할 수 있다.
(실시예)
이하, 실시예에 기초하여 본 발명을 상세하게 설명하지만, 이 실시예의 기재에 기초하여 본 발명이 한정적으로 해석되는 것은 아니다.
(실험 1)
[실시예 1 및 실시예 2]
<실험계의 설명>
적어도 광원, 빔 익스팬더, 1/2 파장판, 집광 렌즈를 구비하는 조사 광학계를 사용하여, 가공 흔적을 관찰하기 쉬운 붕규산 유리의 내부에 1 또는 2개의 빔 웨이스트를 배치하고, 가공홈을 형성했다. 그 후, 이 가공홈과 직교하는 단면 관찰 화상을 촬영했다.
실시예 1 및 2에서 사용하는 빔 익스팬더는, 오목 렌즈와 복굴절성을 갖는 볼록 렌즈를 구비하고, 양쪽 렌즈 간격을 변화 가능하게 구성되어 있다. 이 양쪽 렌즈 간격(Lm)을 변화시킴으로써 광축 위에 형성되는 2개의 빔 웨이스트의 간격을 변화시킬 수 있다. 또한 실시예 1 및 2에서 사용하는 1/2 파장판을 조사 광학계의 광축 주위로 회전시키면, 2개의 집광 스폿에 있어서의 레이저 파워 배분을 변화시킬 수 있다.
[비교예 1]
비교예 1에서 사용하는 조사 광학계는, 적어도 광원, 빔 익스팬더, 집광 렌즈를 구비하는 표준적인 구성이며, 빔 익스팬더의 볼록 렌즈는 복굴절성을 갖는 것이 아니고, 또 1/2 파장판도 포함되어 있지 않다.
<특성의 평가>
가공조건 및 실험결과를 하기 표 3, 도 6～도 8에 나타낸다.
Figure 112011061042177-pct00005
비교예 1에서는, 조사 광학계의 광축방향(붕규산 유리의 두께방향)에, 길이가 약 100㎛의 가공홈이 형성되었다(도 6). 한편, 실시예 1에서는, 2개의 웨이스트 간격(중심 간격)은 약 190㎛이고, 개개의 웨이스트에 의한 가공홈의 길이는 약 60㎛ 및 약 70㎛이었다(도 7). 실시예 1에서의 2개의 가공홈의 길이(약 60㎛ 및 약 70㎛)는, 비교예 1에서의 1스폿으로 가공했을 때의 길이(약 100㎛)에 비교하면 짧으므로, 실시예 1에서는 1스폿에 집중하는 레이저 파워가 2개로 분리된 것으로 생각된다.
실시예 2에서는, 붕규산 유리의 두께방향에 긴 가공홈을 형성하는 것을 목적으로 하고, 2개의 웨이스트 간격을 작게 하기 위하여, 오목 렌즈와 복굴절성을 갖는 볼록 렌즈와의 간격을 작게 설정했다. 구체적으로는, 실시예 1의 가공시부터 익스팬더 렌즈 간격(Lm)을 10mm 단축하고 있고, 그 결과, 양쪽 웨이스트에 의한 가공홈이 연결되어, 전체의 길이가 최대 180㎛의 가공홈이 형성된다(도 8). 이와 같이, 실시예 2에서의 가공홈의 길이(약 180㎛)는 비교예 1에서의 가공홈의 길이(약 100㎛)보다도 긴 것을 알 수 있었다. 일반적으로, 1스폿으로 긴 가공홈을 형성하는 경우에는 높은 레이저 파워를 필요로 하지만, 가령 실시예 2와 동일한 깊은 가공홈이 형성되었다고 해도, 가공홈 폭이 증대함과 동시에, 훨씬 넓은 폭의 가공 변질 부위가 형성되는 것이 알려져 있다. 따라서, 실시예 2에서는, 적은 레이저 파워로 홈 폭방향의 가공 변질 범위를 최소한으로 억제하면서, 초점 심도가 큰 홈 가공을 실현할 수 있었다고 생각된다.
(실험 2)
[실시예 3 및 실시예 4]
<실험계의 설명>
실험계는 상기 실험 1에서의 실시예 1 및 실시예 2의 경우와 동일하다. 실험 2에서는, 익스팬더 렌즈 간격(Lm)을 일정하게 하고, 1/2 파장판을 조사 광학계의 광축 주위로 회전시켜, 2개의 웨이스트의 파워 배분을 변화시켰다.
<특성의 평가>
가공 조건 및 실험결과를 하기 표 4, 도 9, 도 10에 나타낸다.
Figure 112011061042177-pct00006
실시예 3에서는, 레이저 파워를 모두 하측의 웨이스트에 집중시켜, 1스폿으로 하여 가공을 행했다(도 9). 한편, 실시예 4에서는, 1/2 파장판을 회전시켜, 레이저 파워의 성분을 상측 웨이스트: 최대 30%, 하측 웨이스트: 최대 70%로 분할하여 가공을 행했다(도 10). 실시예 3에서는, 붕규산 유리 내부에 가공부위가 1개소 형성되는 것 뿐이었지만, 실시예 4에서 레이저 파워를 분할하여 2웨이스트로 하면, 표면 근방에도 가공부위가 형성되었다. 즉, 실시예 3 및 실시예 4에서는, 임의의 간격으로 광축방향에 2개의 웨이스트를 형성하고, 개개의 웨이스트에 의한 가공부위의 본래의 홈 길이에 더하여, 개개의 가공부위 사이에 발생하는 변형 응력을 이용하여 크랙을 발생시킴으로써, 초점 심도가 큰 가공홈을 형성할 수 있었다고 생각된다.
(실험 3)
[실시예 5 및 비교예 2]
<실험계의 설명>
실험 3에서는, 작은 빔 웨이스트 직경을 유지하면서, 초점 심도가 깊은 가공을 실현하는 것에 대하여 검토했다. 실험 3에서의 실험계의 구성은, 도 1에 도시하는 바와 같으며, 빔 익스팬더는 오목 렌즈 및 볼록 렌즈를 배치한 표준적인 렌즈 구성으로 하고, 복굴절성을 갖는 볼록 렌즈는 1/4 파장판과 함께 집광 렌즈의 직전에 배치하고 있다. 또한, 빔 웨이스트 간격은 양쪽 웨이스트의 레일리 길이가 겹치도록 설정했지만, 반드시 이 간격이 최적이라고 하는 것은 아니다.
이러한 구성에서, 비교예 2에서는, 레이저 파워를 모두 하측 웨이스트에 집중한 1스폿으로의 홈 가공을 실시했다. 또한 실시예 5에서는, 2스폿으로 상하 스폿에 레이저 파워를 등분한 경우의 홈 가공을 실시했다. 그리고, 실시예 5 및 비교예 2에서, 각각 디포커스량(포커스의 상대위치)과 홈 깊이(스크라이빙 깊이 비율)와의 상관을 검토했다(도 11).
<특성의 평가>
가공조건 및 실험결과를 하기 표 5, 도 11에 나타낸다. 실시예 5에 있어서의 웨이스트 직경, 레일리 길이 및 파워 밀도는, 2개의 빔 웨이스트 사이에서 거의 동일한 값을 나타냈다.
Figure 112011061042177-pct00007
도 11로부터, 최대 스크라이빙 깊이를 실현한 초점 위치로부터의 디포커스에 대하여, 실시예 5는 비교예 2와 비교하여 스크라이빙 깊이의 변동은 적은 것을 알았다. 따라서, 실시예 5에서는, 디포커스에 대한 내성이 확인되었다.
(산업상의 이용가능성)
이상과 같이, 본 발명의 레이저 조사 장치 및 이것을 사용한 레이저 가공방법은, 단순하고 또한 간단한 조사 광학계를 사용하여, 가공대상물의 가공 특성?가공 품질에 맞추어 미세하고 초점 심도가 큰 가공홈이나 가공구멍을 용이하게 형성할 수 있다. 따라서, 작업의 용이화, 장치의 단순화, 저비용화가 가능하게 되어, 레이저 가공의 분야에서 널리 사용될 수 있다.
1 광원 2 스테이지
3 조사 광학계 4 1/2 파장판
5 빔 익스팬더 6 미러
7 복굴절 렌즈 8 1/4 파장판
9 집광 렌즈 10 오목 렌즈
11 볼록 렌즈 12 정상광
13 이상광 14 조사 광학계
15 빔 익스팬더 16 오목 렌즈
17 복굴절성 볼록 렌즈 18 조사 광학계
19 복굴절성 집광 렌즈 P 레이저광선
Q 대상물 R 광축
S 결정축

Claims (12)

  1. 레이저광선을 출사하는 광원과,
    1 또는 복수의 렌즈를 갖고, 광원으로부터 출사되는 레이저광선을 대상물에 도광 및 집광하는 조사 광학계
    를 구비하는 레이저 조사 장치로서,
    상기 조사 광학계가, 오목 렌즈 또는 볼록 렌즈인 제 1 렌즈와, 볼록 렌즈인 제 2 렌즈를 레이저광선의 진행방향순으로 갖고, 이 제 1 렌즈 및 제 2 렌즈의 간격을 변화 가능하게 구성하는 빔 익스팬더를 포함하고,
    상기 제 1 렌즈 또는 제 2 렌즈의 소재로서 복굴절 재료가 사용되고 있는 것을 특징으로 하는 레이저 조사 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 조사 광학계가 상기 1 또는 복수의 렌즈로서 레이저광선의 진행방향 최후에 배열 설치되는 집광 렌즈를 포함하고,
    이 집광 렌즈의 소재로서 복굴절 재료가 사용되고 있는 것을 특징으로 하는 레이저 조사 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복굴절 재료를 소재로 하는 렌즈의 결정축 방향이 조사 광학계의 광축방향과 직교하는 것을 특징으로 하는 레이저 조사 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복굴절 재료가 광학 수정인 것을 특징으로 하는 레이저 조사 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 조사 광학계에 대한 대상물의 위치를, 조사 광학계의 광축과 수직한 면 내에서의 직교 2방향에 더하고, 광축방향으로도 상대적으로 이동시키는 상대적 이동 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 조사 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 조사 광학계가 광축을 중심으로 회전 가능한 1/2 파장판을 포함하고,
    이 1/2 파장판이 레이저광선의 진행방향을 기준으로 하여 상기 복굴절 재료를 소재로 하는 렌즈의 앞에 배열 설치되는 것을 특징으로 하는 레이저 조사 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 조사 광학계가 1/4 파장판을 포함하고,
    이 1/4 파장판이 레이저광선의 진행방향을 기준으로 하여 상기 복굴절 재료를 소재로 하는 렌즈의 뒤에 배열 설치되는 것을 특징으로 하는 레이저 조사 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저광선의 파장이 200nm 이상 11㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 레이저 조사 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저광선의 발진 수단이 연속 발진 또는 펄스 발진인 것을 특징으로 하는 레이저 조사 장치.
  11. 제 1 항에 기재된 레이저 조사 장치를 사용하여, 복수의 빔 웨이스트의 위치의 조정 후에 상기 광원으로부터 레이저광선을 출사하고, 이 레이저광선을 상기 조사 광학계에 의해 대상물에 도광 및 집광함으로써, 대상물을 가공하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 레이저 조사 장치에 의해 형성되는 복수의 빔 웨이스트의 간격을 레일리 길이의 0.5배로부터 10배로 조절하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
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Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5940936B2 (ja) * 2012-08-22 2016-06-29 株式会社ディスコ レーザー加工装置
JP6034097B2 (ja) * 2012-08-28 2016-11-30 株式会社ディスコ レーザー加工装置
TWI598174B (zh) * 2013-01-25 2017-09-11 鴻海精密工業股份有限公司 藍寶石切割裝置
JP6148108B2 (ja) * 2013-08-05 2017-06-14 株式会社ディスコ レーザー加工装置
US20160207144A1 (en) * 2013-08-28 2016-07-21 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Laser processing apparatus
US9759924B2 (en) * 2014-04-01 2017-09-12 Fermi Research Alliance, Llc Flat profile laser beam shaper
CN104142498A (zh) * 2014-08-01 2014-11-12 北京理工大学 一种新型相干测风激光雷达扩束器
DE102015216130A1 (de) * 2014-08-22 2016-02-25 Ceramtec-Etec Gmbh Trennen von Werkstoffen mit transparenten Eigenschaften
JP5953353B2 (ja) * 2014-10-10 2016-07-20 株式会社アマダホールディングス ピアス加工方法及びレーザ加工機
CN104526892A (zh) * 2014-12-23 2015-04-22 苏州凯锝微电子有限公司 晶圆切割装置
US9576785B2 (en) * 2015-05-14 2017-02-21 Excelitas Technologies Corp. Electrodeless single CW laser driven xenon lamp
JP6204964B2 (ja) * 2015-12-08 2017-09-27 株式会社アマダホールディングス レーザ加工機
JP6644580B2 (ja) 2016-02-24 2020-02-12 浜松ホトニクス株式会社 レーザ光照射装置及びレーザ光照射方法
CN106125313A (zh) * 2016-06-29 2016-11-16 昆山国显光电有限公司 降低熔结密封过程中气泡的调节结构
US10587030B2 (en) * 2016-11-08 2020-03-10 LGS Innovations LLC Systems and methods of designing, tuning and producing ceramic filters
CN106981457A (zh) * 2017-02-13 2017-07-25 武汉澳谱激光科技有限公司 用于屏蔽集成电路高密度封装电磁干扰方法及激光加工设备
CN110198805B (zh) * 2017-06-01 2021-04-27 大族激光科技产业集团股份有限公司 激光切割光学系统
WO2019171726A1 (ja) * 2018-03-08 2019-09-12 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 レーザレーダ
JP7023184B2 (ja) * 2018-05-22 2022-02-21 株式会社アマダ レーザ加工ヘッド及びレーザ切断加工方法
CN108581189B (zh) * 2018-06-01 2020-04-17 业成科技（成都）有限公司 激光切割方法
US10814433B2 (en) * 2018-11-13 2020-10-27 Vertiled Co. Limited Laser based system for cutting transparent and semi-transparent substrates
JP6812490B2 (ja) * 2018-12-11 2021-01-13 日東電工株式会社 光伝送システムおよび電気光変換デバイス
WO2020230364A1 (ja) * 2019-05-13 2020-11-19 株式会社村田製作所 光学装置
WO2021044659A1 (ja) * 2019-09-04 2021-03-11 株式会社村田製作所 レンズユニット
KR20210144982A (ko) * 2020-05-21 2021-12-01 삼성디스플레이 주식회사 레이저 장치
KR20220030401A (ko) * 2020-08-31 2022-03-11 삼성디스플레이 주식회사 레이저 조사 장치
CN113751892B (zh) * 2021-08-24 2023-09-19 广东宏石激光技术股份有限公司 一种基于激光光斑能量整形的厚材切割系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006192503A (ja) 2005-01-12 2006-07-27 L'air Liquide Sa Pour L'etude & L'exploitation Des Procede S Georges Claude 二重焦点レンズを用いる、薄い金属被加工物のレーザー切断
JP2006525874A (ja) 2003-05-30 2006-11-16 エグシル テクノロジー リミテッド ２焦点への光ビームの集束
JP2007000931A (ja) 2005-05-24 2007-01-11 Disco Abrasive Syst Ltd レーザー加工装置
JP2007290932A (ja) 2006-04-27 2007-11-08 Seiko Epson Corp スクライブ装置ならびにスクライブ方法

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0718963Y2 (ja) * 1989-05-16 1995-05-01 ブラザー工業株式会社 光学式表面粗さ測定装置
JPH10209028A (ja) * 1997-01-16 1998-08-07 Nikon Corp 照明光学装置及び半導体素子の製造方法
KR100269244B1 (ko) * 1998-05-28 2000-12-01 정선종 복굴절 물질로 만들어진 투과형 광학부품을 사용한 리소그래피장비용 광학계의 초점심도 확장 방법 및 장치
JPWO2002031570A1 (ja) * 2000-10-10 2004-02-19 株式会社ニコン 結像性能の評価方法
JP2003053578A (ja) 2001-08-15 2003-02-26 Sumitomo Heavy Ind Ltd レーザビームのプロファイル調整方法及び装置
US6995908B2 (en) * 2001-10-30 2006-02-07 Asml Netherlands B.V. Methods for reducing aberration in optical systems
RU2226183C2 (ru) * 2002-02-21 2004-03-27 Алексеев Андрей Михайлович Способ резки прозрачных неметаллических материалов
JP2005028438A (ja) * 2003-07-11 2005-02-03 Disco Abrasive Syst Ltd レーザ光線を利用する加工装置
JP2005129851A (ja) * 2003-10-27 2005-05-19 Disco Abrasive Syst Ltd レーザ光線を利用した加工方法
TWI395068B (zh) * 2004-01-27 2013-05-01 尼康股份有限公司 光學系統、曝光裝置以及曝光方法
CN1925945A (zh) * 2004-03-05 2007-03-07 奥林巴斯株式会社 激光加工装置
JP2006123228A (ja) * 2004-10-27 2006-05-18 Disco Abrasive Syst Ltd レーザ加工方法およびレーザ加工装置
US7528342B2 (en) * 2005-02-03 2009-05-05 Laserfacturing, Inc. Method and apparatus for via drilling and selective material removal using an ultrafast pulse laser
US7402773B2 (en) 2005-05-24 2008-07-22 Disco Corporation Laser beam processing machine
JP4483793B2 (ja) * 2006-01-27 2010-06-16 セイコーエプソン株式会社 微細構造体の製造方法及び製造装置
JP2008036641A (ja) * 2006-08-01 2008-02-21 Laser System:Kk レーザ加工装置およびレーザ加工方法
JP4451483B2 (ja) 2007-11-29 2010-04-14 株式会社名機製作所 導光板の成形金型
JP2009131876A (ja) * 2007-11-30 2009-06-18 Sunx Ltd レーザ加工装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006525874A (ja) 2003-05-30 2006-11-16 エグシル テクノロジー リミテッド ２焦点への光ビームの集束
JP2006192503A (ja) 2005-01-12 2006-07-27 L'air Liquide Sa Pour L'etude & L'exploitation Des Procede S Georges Claude 二重焦点レンズを用いる、薄い金属被加工物のレーザー切断
JP2007000931A (ja) 2005-05-24 2007-01-11 Disco Abrasive Syst Ltd レーザー加工装置
JP2007290932A (ja) 2006-04-27 2007-11-08 Seiko Epson Corp スクライブ装置ならびにスクライブ方法

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