KR101243269B1 - 레이저 가공 시스템 및 이를 이용한 레이저 가공 방법 - Google Patents

레이저 가공 시스템 및 이를 이용한 레이저 가공 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 시스템은 레이저 빔을 발생시키는 레이저 발생부, 상기 레이저 빔을 할로우 레이저 빔으로 변환시키는 할로우 레이저 빔 형성부, 상기 할로우 레이저 빔이 조사되는 가공물이 탑재되는 스테이지를 포함하고, 상기 할로우 레이저 빔은 가장자리부에 에너지 밀도의 70% 내지 90%가 집중되어있는 레이저 빔일 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 시스템은 할로우 레이저 빔을 이용하여 미세 홀을 가공함으로써 미세 홀의 내벽에 용융물이 재응고되는 것을 최소화할 수 있다. 따라서, 미세 홀의 내벽을 깔끔하게 가공할 수 있다.

Description

레이저 가공 시스템 및 이를 이용한 레이저 가공 방법{LASER PROCESSING SYSTEM AND LASER PROCESSING METHOD USING THE SAME}
본 발명은 레이저 가공 시스템 및 이를 이용한 레이저 가공 방법에 관한 것이다.
일반적으로 웨이퍼, 금속, 플라스틱 등과 같은 다양한 재료를 이용하여 물품을 제조하기 위해서는 절단, 그루빙, 용접, 열처리 등과 같은 가공 절차가 필요하며, 이러한 가공 절차를 위하여 레이저 가공 장치가 이용되고 있다.
레이저 가공 장치는 레이저 발생 장치에서 발생한 레이저 빔을 이용하여 가공물에 미세 홀 등의 패턴을 형성하는 장치로서, 초정밀 미세 가공에 사용된다.
이러한 레이저 가공 장치의 레이저 빔은 중앙부의 에너지 밀도가 높고 가장자리부의 에너지 밀도가 낮은 가우시안 분포(Gaussian distribution)를 가진다.
특히, 가공물에 미세 홀을 형성하는 드릴링(drilling) 가공 시, 미세 홀의 내벽에 레이저 빔에 의해 용융된 가공물이 재응고되는 문제가 발생한다. 또한, 가공물의 미세 홀의 내벽에 재응고된 용융물은 세척하기 어렵다. 또한, 레이저 빔의 주변으로 전파되는 플라즈마(plasma) 및 플라즈마가 비산된 플룸(plume)에 의해 가공물 위의 코팅층이 손상되기 쉽다.
본 발명은 전술한 배경 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 미세 홀의내벽에 형성되는 용융물을 최소화할 수 있는 레이저 가공 시스템 및 이를 이용한 레이저 가공 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 시스템은 레이저 빔을 발생시키는 레이저 발생부, 상기 레이저 빔을 할로우 레이저 빔으로 변환시키는 할로우 레이저 빔 형성부, 상기 할로우 레이저 빔이 조사되는 가공물이 탑재되는 스테이지를 포함하고, 상기 할로우 레이저 빔은 가장자리부에 에너지 밀도의 70% 내지 90%가 집중되어있는 레이저 빔일 수 있다.
상기 할로우 레이저 빔 형성부는 상기 레이저 빔을 확대 할로우 레이저 빔으로 변환시키는 할로우 레이저 빔 변환부, 상기 할로우 레이저 빔 변환부와 이격되어 있으며 상기 확대 할로우 레이저 빔이 회절된 회절 레이저 빔을 집속시켜 할로우 레이저 빔으로 변환시키는 집속 레이저 빔 변환부를 포함하고, 상기 확대 할로우 레이저 빔의 직경은 상기 할로우 레이저 빔의 직경보다 클 수 있다.
상기 할로우 레이저 빔 변환부는 MDT 결정을 포함할 수 있다.
상기 할로우 레이저 빔 변환부는 할로우 코어 광섬유를 포함할 수 있다.
상기 집속 레이저 빔 변환부는 집속 렌즈를 포함할 수 있다.
상기 회절 레이저 빔은 가장자리부부터 중심부까지 에너지 고밀도부와 에너지 저밀도부가 반복될 수 있다.
상기 할로우 레이저 빔 형성부는 상기 레이저 빔을 회절 레이저 빔으로 변환시키는 회절 레이저 빔 변환부, 상기 회절 레이저 빔을 집속시켜 할로우 레이저 빔으로 변환시키는 집속 레이저 빔 변환부를 포함할 수 있다.
상기 회절 레이저 빔 변환부는 회절 광학 소자를 포함할 수 있다.
상기 집속 레이저 빔 변환부는 집속 렌즈를 포함할 수 있다.
상기 회절 레이저 빔은 가장자리부부터 중심부까지 에너지 고밀도부와 에너지 저밀도부가 반복될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 방법은 레이저 가공 시스템에서 가장자리부에 에너지 밀도의 70% 내지 90%가 집중되어있는 할로우 레이저 빔을 발생시키는 단계, 상기 할로우 레이저 빔을 코팅층이 형성된 가공물에 조사하여 코팅층 및 가공물에 미세 홀을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 미세 홀이 형성된 가공물에 세척 공정을 진행하는 단계를 더 포함할 수하는 있다.
본 발명에 따르면, 할로우 레이저 빔을 이용하여 미세 홀을 가공함으로써 미세 홀의 내벽에 용융물이 재응고되는 것을 최소화할 수 있다. 따라서, 미세 홀의 내벽을 깔끔하게 가공할 수 있다.
또한, 플라즈마를 레이저 빔의 내부에 형성할 수 있어 가공물 위에 형성된 코팅층의 손상을 방지할 수 있다.
또한, 용융물 및 파티클이 미세 홀의 상부로 대부분 비산하여 코팅층 위에 증착하므로 용융물 및 파티클의 세척이 용이하다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 레이저 가공 시스템의 개략도이다.
도 2는 도 1에서 할로우 레이저 빔 형성부의 설명도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 레이저 가공 시스템을 이용하여 레이저 빔을 가공물에 조사하여 가공물에 미세 홀을 형성하는 단계를 도시한 도면이다.
도 4는 도 3의 단계에서 발생한 용융물 및 파티클이 미세 홀의 상부로 비산하는 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 도 4의 용융물 및 파티클이 코팅층 위에 증착하는 상태를 도시한 도면이다.
도 6은 도 5의 용융물 및 파티클을 세척 공정으로 제거한 후의 상태를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 레이저 가공 시스템의 개략도이다.
도 8은 도 7에서 할로우 코어 광섬유의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 레이저 가공 시스템의 개략도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
그러면 본 발명의 제1 실시예에 따른 레이저 가공 시스템에 대하여 도 1 및 도 2를 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 레이저 가공 시스템의 개략도이고, 도 2는 도 1에서 할로우 레이저 빔 형성부의 설명도이다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 레이저 가공 시스템(1000)은 레이저 빔(10)을 발생시키는 레이저 발생부(100), 레이저 빔(10)을 할로우 레이저 빔(40)으로 변환시키는 할로우 레이저 빔 형성부(200), 할로우 레이저 빔(40)이 조사되는 가공물(1)이 탑재되는 스테이지(300), 할로우 레이저 빔(40)의 조사 궤적을 조절하는 레이저 스캐너(400)를 포함한다.
레이저 발생부(100)는 유도 방출에 의해 증폭된 광인 레이저 빔(10)을 발생시켜 할로우 레이저 빔 형성부(200)로 전달한다. 레이저 빔(10)은 중앙부의 에너지 밀도가 가장자리부의 에너지 밀도보다 높은 가우시안 분포(Gaussian distribution)의 가우시안 레이저 빔이다.
할로우 레이저 빔 형성부(200)는 레이저 빔(10)을 가장자리부에 에너지 밀도의 70% 내지 90%를 가지는 역가우시안 분포의 확대 할로우 레이저 빔(20)으로 변환시키는 할로우 레이저 빔 변환부(210), 할로우 레이저 빔 변환부(210)과 이격되어 있으며 확대 할로우 레이저 빔(20)이 회절된 회절 레이저 빔(30)을 집속시켜 할로우 레이저 빔(40)으로 변환시키는 집속 레이저 빔 변환부(230)를 포함한다.
할로우 레이저 빔 변환부(210)는 MDT 결정(Monoclinic Double Tungstates Crystal)(211)을 포함할 수 있다. MDT 결정(211)은 텅스텐산염의 단사 결정으로서, 레이저 빔(10)이 MDT 결정을 통과하면서 편광 방향에 따라 원추형으로 굴절한다. 따라서, 레이저 빔(10)은 레이저 빔(10)보다 큰 직경의 확대 할로우 레이저 빔(20)으로 변환된다.
할로우 레이저 빔 변환부(210)는 레이저 발생부(100)와 MDT 결정(211) 사이의 광 경로상에 위치하는 편광판(212)과 집속 렌즈(213)를 더 포함할 수 있다. 레이저 빔(10)을 MDT 결정(211)에서 원추형으로 굴절시키기 위해서는 편광된 레이저 빔이 필요하기 때문에 편광판(212)이 MDT 결정(211) 앞의 광경로 상에 위치하며, 편광판(212)은 원형 편광판일 수 있다. 집속 렌즈(213)는 편광된 레이저 빔을 집속하는 역할을 한다.
또한, 할로우 레이저 빔 변환부(210)는 MDT 결정(211) 뒤의 광 경로상에 설치된 시준(視準) 렌즈(Collimation lens)(214)를 더 포함할 수 있다. 시준 렌즈(214)는 방사 광선을 평행 광선으로 변환시키는 역할을 하므로 MDT 결정(211)을 통과한 확대 할로우 레이저 빔(20)이 원거리에서 회절 레이저 빔(30)으로 변환되면서 그 직경이 크게 변동되지 않도록 한다.
시준 렌즈(214)와 집속 레이저 빔 변환부(230) 사이의 광경로에는 확대 할로우 레이저 빔(20)을 반사시켜 확대 할로우 레이저 빔(20)의 광경로를 조절하는 광학계(215)가 배치될 수 있다.
할로우 레이저 빔 변환부(210)와 집속 레이저 빔 변환부(230)는 이격되어 있으므로 할로우 레이저 빔 변환부(210)를 통과한 확대 할로우 레이저 빔(20)은 집속 레이저 빔 변환부(230)의 입구에서 원거리 회절되어 회절 레이저 빔(30)으로 변환된다. 회절 레이저 빔(30)은 가장자리부부터 중심부까지 고에너지부와 저에너지부가 반복되어 있는 레이저 빔으로서, 회절 레이저 빔(30)의 직경(d3)은 확대 할로우 레이저 빔(20)의 직경(d2)과 동일하거나 클 수 있다. 이와 같이, 확대 할로우 레이저 빔(20)은 원거리 회절에 의해 회절 레이저 빔(30)이 되며, 회절 레이저 빔(30)은 확대 할로우 레이저 빔(20)의 푸리에 변환(Fourier tranformation)에 해당한다.
집속 레이저 빔 변환부(230)는 집속 렌즈(Focusing lens)를 포함할 수 있다. 집속 레이저 빔 변환부(230)는 회절 레이저 빔(30)을 집속시키는 역할을 하므로 회절 레이저 빔(30)은 집속 레이저 빔 변환부(230)를 통과하면서 집속되어 가장자리부에 에너지 밀도의 70% 내지 90%가 집중되어 있는 할로우 레이저 빔(40)으로 변환된다. 이러한 할로우 레이저 빔(40)의 직경(d4)은 확대 할로우 레이저 빔(20)의 직경(d2)이나 회절 레이저 빔(30)의 직경(d3)보다 작다. 이와 같이, 회절 레이저 빔(30)은 집속 레이저 빔 변환부(230)에 의해 집속되어 할로우 레이저 빔(40)이 되며, 할로우 레이저 빔(40)은 회절 레이저 빔(30)의 푸리에 변환에 해당한다.
이러한 집속 레이저 빔 변환부(230)는 레이저 스캐너(400)의 출구 부분에 설치될 수 있으며, 레이저 스캐너(400) 내부에 설치된 집속 렌즈는 F??U 렌즈일 수 있다. 레이저 스캐너의 내부에는 미러 및 구동 모터가 설치될 수 있다.
한편, 상기에서는 레이저 스캐너(400) 내부에 집속 레이저 빔 변환부(230)를 설치하였으나, 집속 레이저 빔 변환부만을 설치할 수도 있다. 이 때, 집속 레이저 빔 변환부(230)는 고집속 대물 렌즈(Objective lens)일 수 있다. 고집속 대물 렌즈는 할로우 레이저 빔(40)의 직경(d4)을 20㎛이하로 줄일 수 있다.
상기 본 발명의 제1 실시예에 따른 레이저 가공 시스템을 이용한 레이저 가공 방법에 대하여 도 3 내지 도 6을 참조하여 이하에서 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 레이저 가공 시스템을 이용하여 레이저 빔을 가공물에 조사하여 가공물에 미세 홀을 형성하는 단계를 도시한 도면이고, 도 4는 도 3의 단계에서 발생한 용융물 및 파티클이 미세 홀의 상부로 비산하는 상태를 도시한 도면이고, 도 5는 도 4의 용융물 및 파티클이 코팅층 위에 증착하는 상태를 도시한 도면이고, 도 6은 도 5의 용융물 및 파티클을 세척 공정으로 제거한 후의 상태를 도시한 도면이다.
우선, 도 1에 도시한 바와 같이, 레이저 가공 시스템(1000)에서 할로우 레이저 빔(40)을 발생시킨다.
다음으로, 도 3에 도시한 바와 같이, 코팅층(2)이 형성된 가공물(1)에 할로우 레이저 빔(40)을 조사하여 코팅층(2) 및 가공물(1)에 미세 홀을 형성한다.
가공물(1)은 탄화 규소(SiC) 또는 산화 알루미늄(Al2O3) 등의 세라믹이거나 철(Fe) 등의 금속일 수 있고, 코팅층(2)은 폴리비닐알콜(PVA, Poly vinyl alcohol) 등의 수성 물질로 형성할 수 있다.
할로우 레이저 빔(40)의 에너지 밀도 분포 곡선(4)에 나타난 바와 같이, 할로우 레이저 빔(40)은 가장자리부의 에너지 밀도가 높고 중심부의 에너지 밀도는 매우 낮다. 구체적으로 할로우 레이저 빔(40)의 가장자리부에 에너지 밀도의 70% 내지 90%가 집중되어 있다.
따라서, 가공물(1)에 미세 홀(1a)을 형성하는 경우, 할로우 레이저 빔(40)의 가장자리부와 접촉하는 미세 홀(1a)의 내벽을 높은 에너지 밀도로 가공할 수 있으므로 미세 홀(1a)의 내벽에 용융물이 재응고되는 것을 최소화할 수 있다. 따라서, 미세 홀(1a)의 내벽을 깔끔하게 가공할 수 있다.
할로우 레이저 빔(40)의 가장자리부의 에너지 밀도가 70%보다 작은 경우에는 미세 홀(1a)의 내벽에 용융물이 재응고될 수 있고 이러한 용융물은 세척하기 어렵다. 할로우 레이저 빔(40)의 가장자리부의 에너지 밀도가 90%보다 큰 경우에는 미세 홀(1a)의 바닥부가 가공되지 않을 수 있다.
한편, 코팅층(2)이 형성된 가공물(1)에 할로우 레이저 빔(40)을 조사하여 코팅층(2) 및 가공물(1)에 미세 홀(1a)을 형성하는 경우, 고에너지의 할로우 레이저 빔(40)이 가공물(1)에 흡수되고 가공물(1)이 급격한 분해 반응을 거치면서 이온화되어 플라즈마가 발생한다. 이 때, 할로우 레이저 빔(40)의 가장자리부에 에너지 밀도의 70% 내지 90%가 집중되어 있으므로 플라즈마는 대부분 할로우 레이저 빔(40)의 내부에 발생한다.
따라서, 할로우 레이저 빔(40)의 조사를 멈추는 경우, 도 4에 도시한 바와 같이, 할로우 레이저 빔(40)에 의해 발생한 플라즈마에 의해 용융물 및 파티클(3)이 미세 홀(1a)의 상부로 대부분 비산한다. 그리고, 도 5에 도시한 바와 같이, 비산한 용융물 및 파티클(3)은 코팅층(2) 위에 증착한다. 이와 같이, 플라즈마를 할로우 레이저 빔(40)의 내부에 형성할 수 있어 플라즈마가 주변으로 전파되지 않으므로 미세 홀(1a) 주변의 코팅층(2)의 손상을 방지할 수 있다.
다음으로, 도 6에 도시한 바와 같이, 세척 공정을 진행하여 코팅층(2) 위에 증착된 용융물 및 파티클(3)을 제거한다. 용융물 및 파티클(3)은 미세 홀(1a) 내벽에 형성되지 않고, 코팅층(2) 위에 증착하므로 세척 공정으로 용융물 및 파티클(3)을 용이하게 세척할 수 있다.
한편, 상기 제1 실시예에 따른 레이저 가공 시스템은 MDT 결정을 포함하는 할로우 레이저 빔 변환부를 적용하였으나, 할로우 코어 광섬유를 포함하는 할로우 레이저 빔 변환부를 적용할 수도 있다.
그러면 본 발명의 제2 실시예에 따른 레이저 가공 시스템에 대하여 도 7 및도 8을 참고로 상세하게 설명한다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 레이저 가공 시스템을 개략도이고, 도 8은 도 7에서 할로우 코어 광섬유의 단면도이다.
도 7 및 도 8에 도시된 제2 실시예는 도 1 및 도 2에 도시된 제1 실시예와 비교하여 할로우 레이저 빔 변환부만을 제외하고 실질적으로 동일한 바 반복되는 설명은 생략한다.
도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 레이저 가공 시스템의 할로우 레이저 빔 형성부(200)는 레이저 빔(10)을 가장자리부에 에너지 밀도의 70% 내지 90%를 가지는 역가우시안 분포의 확대 할로우 레이저 빔(20)으로 변환시키는 할로우 레이저 빔 변환부(210), 할로우 레이저 빔 변환부(210)와 이격되어 있으며 확대 할로우 레이저 빔(20)이 회절된 회절 레이저 빔(30)을 집속시켜 할로우 레이저 빔(40)으로 변환시키는 집속 레이저 빔 변환부(230)를 포함한다.
할로우 레이저 빔 변환부(210)는 할로우 코어 광섬유(Hollow core fiber)(216)를 포함할 수 있다. 할로우 코어 광섬유(216)는 중심부에 구멍(216a)을 가진 광섬유로서, 레이저 빔(10)이 할로우 코어 광섬유(216)를 통과하면서 레이저 빔(10)의 직경(d1)보다 큰 직경(d2)의 확대 할로우 레이저 빔(20)으로 변환된다.
이러한 확대 할로우 레이저 빔(20)은 원거리 회절되어 회절 레이저 빔(30)이 되고, 회절 레이저 빔(30)은 집속 레이저 빔 변환부(230)를 거쳐 할로우 레이저 빔(40)으로 변환된다.
한편, 상기 제1 실시예에 따른 레이저 가공 시스템은 MDT 결정을 포함하는 할로우 레이저 빔 변환부에서 이격된 위치에 집속 레이저 빔 변환부를 위치시켜 원거리 회절에 의해 회절 레이저 빔(30)을 형성하였으나, 회절 광학 소자를 포함하는 회절 레이저 빔 변환부를 적용하여 직접 회절 레이저 빔(30)을 형성할 수도 있다.
그러면 본 발명의 제3 실시예에 따른 레이저 가공 시스템에 대하여 도 9를 참고로 상세하게 설명한다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 레이저 가공 시스템을 개략도이다.
도 9에 도시된 제3 실시예는 도 1 및 도 2에 도시된 제1 실시예와 비교하여 직접 회절 레이저 빔을 형성하는 회절 레이저 빔 변환부만을 제외하고 실질적으로 동일한 바 반복되는 설명은 생략한다.
도 9에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 레이저 가공 시스템의 할로우 레이저 빔 형성부(200)는 레이저 빔(10)을 직접 회절 레이저 빔(30)으로 변환시키는 회절 레이저 빔 변환부(240), 회절 레이저 빔 변환부(240)와 이격되어 있으며 회절 레이저 빔(30)을 집속시켜 할로우 레이저 빔(40)으로 변환시키는 집속레이저 빔 변환부(230)를 포함한다.
회절 레이저 빔 변환부(240)는 회절 광학 소자(DOE, diffraction optical element)(241)를 포함할 수 있다. 회절 광학 소자(241)는 레이저 빔(10)을 가장자리부부터 중심부까지 고에너지부와 저에너지부가 반복되어 있는 회절 레이저 빔(30)으로 직접 변환시키며, 회절 레이저 빔(30)의 직경(d3)은 레이저 빔(10)의 직경(d1)보다 크다. 이러한 회절 광학 소자(241)는 컴퓨터에 의해 실시간으로 회절 패턴을 조절할 수 있다.
회절 레이저 빔 변환부(240)는 레이저 발생부(100)와 회절 광학 소자(241) 사이에 위치하는 빔 균질기(beam homogenizer)(242)를 더 포함할 수 있다. 빔 균질기(242)는 레이저 빔(10)의 단면의 위치에 따른 세기를 일정하게 하는 장치이다.
집속 레이저 빔 변환부(230)는 집속 렌즈(Focusing lens)를 포함할 수 있다. 집속 레이저 빔 변환부(230)는 회절 레이저 빔(30)을 집속시키는 역할을 하므로 회절 레이저 빔(30)은 집속 레이저 빔 변환부(230)를 통과하면서 집속되어 가장자리부에 에너지 밀도의 70% 내지 90%가 집중되어 있는 할로우 레이저 빔(40)으로 변환된다. 이러한 할로우 레이저 빔(40)의 직경(d4)은 확대 할로우 레이저 빔(20)의 직경(d2)이나 회절 레이저 빔(30)의 직경(d3)보다 작다. 이와 같이, 회절 레이저 빔(30)은 집속 레이저 빔 변환부(230)에 의해 집속되어 할로우 레이저 빔(40)이 되며, 할로우 레이저 빔(40)은 회절 레이저 빔(30)의 푸리에 변환에 해당한다.
이러한 집속 레이저 빔 변환부(230)는 레이저 스캐너(400)의 출구 부분에 설치될 수 있으며, 레이저 스캐너(400) 내부에 설치된 집속 렌즈는 F??U 렌즈일 수 있다. 레이저 스캐너의 내부에는 미러 및 구동 모터가 설치될 수 있다.
한편, 상기에서는 레이저 스캐너(400) 내부에 집속 레이저 빔 변환부(230)를 설치하였으나, 집속 레이저 빔 변환부만을 설치할 수도 있다. 이 때, 집속 레이저 빔 변환부(230)는 고집속 대물 렌즈(Objective lens)일 수 있다. 고집속 대물 렌즈는 할로우 레이저 빔(40)의 직경(d4)을 20㎛이하로 줄일 수 있다.
본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.
1: 가공물 2: 코팅층
10: 레이저 빔 20: 확대 할로우 레이저 빔
30: 회절 레이저 빔 40: 할로우 레이저 빔
100: 레이저 발생부 200: 할로우 레이저 빔 형성부
210: 확대 레이저 빔 형성부 230: 집속 레이저 빔 변환부
240: 회절 레이저 빔 형성부 300: 스테이지
400: 레이저 스캐너

Claims (12)

  1. 레이저 빔을 발생시키는 레이저 발생부,
    상기 레이저 빔을 할로우 레이저 빔으로 변환시키는 할로우 레이저 빔 형성부,
    상기 할로우 레이저 빔이 조사되는 가공물이 탑재되는 스테이지
    를 포함하고,
    상기 할로우 레이저 빔은 가장자리부에 에너지 밀도의 70% 내지 90%가 집중되어있는 레이저 빔이고,
    상기 할로우 레이저 빔 형성부는
    상기 레이저 빔을 확대 할로우 레이저 빔으로 변환시키는 할로우 레이저 빔 변환부,
    상기 할로우 레이저 빔 변환부와 이격되어 있으며 상기 확대 할로우 레이저 빔이 회절된 회절 레이저 빔을 집속시켜 할로우 레이저 빔으로 변환시키는 집속 레이저 빔 변환부
    를 포함하고,
    상기 확대 할로우 레이저 빔의 직경은 상기 할로우 레이저 빔의 직경보다 큰 레이저 가공 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 할로우 레이저 빔 변환부는 MDT 결정을 포함하는 레이저 가공 시스템.
  4. 제1항에서,
    상기 할로우 레이저 빔 변환부는 할로우 코어 광섬유를 포함하는 레이저 가공 시스템.
  5. 제1항에서,
    상기 집속 레이저 빔 변환부는 집속 렌즈를 포함하는 레이저 가공 시스템.
  6. 제1항에서,
    상기 회절 레이저 빔은 가장자리부부터 중심부까지 에너지 고밀도부와 에너지 저밀도부가 반복되는 레이저 가공 시스템.
  7. 레이저 빔을 발생시키는 레이저 발생부,
    상기 레이저 빔을 할로우 레이저 빔으로 변환시키는 할로우 레이저 빔 형성부,
    상기 할로우 레이저 빔이 조사되는 가공물이 탑재되는 스테이지
    를 포함하고,
    상기 할로우 레이저 빔은 가장자리부에 에너지 밀도의 70% 내지 90%가 집중되어있는 레이저 빔이고,
    상기 할로우 레이저 빔 형성부는
    상기 레이저 빔을 회절 레이저 빔으로 변환시키는 회절 레이저 빔 변환부,
    상기 회절 레이저 빔을 집속시켜 할로우 레이저 빔으로 변환시키는 집속 레이저 빔 변환부
    를 포함하는 레이저 가공 시스템.
  8. 제7항에서,
    상기 회절 레이저 빔 변환부는 회절 광학 소자를 포함하는 레이저 가공 시스템.
  9. 제7항에서,
    상기 집속 레이저 빔 변환부는 집속 렌즈를 포함하는 레이저 가공 시스템.
  10. 제7항에서,
    상기 회절 레이저 빔은 가장자리부부터 중심부까지 에너지 고밀도부와 에너지 저밀도부가 반복되는 레이저 가공 시스템.
  11. 레이저 가공 시스템에서 가장자리부에 에너지 밀도의 70% 내지 90%가 집중되어있는 할로우 레이저 빔을 발생시키는 단계,
    상기 할로우 레이저 빔을 코팅층이 형성된 가공물에 조사하여 코팅층 및 가공물에 미세 홀을 형성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 레이저 가공 시스템은
    레이저 빔을 발생시키는 레이저 발생부,
    상기 레이저 빔을 할로우 레이저 빔으로 변환시키는 할로우 레이저 빔 형성부,
    상기 할로우 레이저 빔이 조사되는 가공물이 탑재되는 스테이지
    를 포함하고,
    상기 할로우 레이저 빔은 가장자리부에 에너지 밀도의 70% 내지 90%가 집중되어있는 레이저 빔이고,
    상기 할로우 레이저 빔 형성부는
    상기 레이저 빔을 확대 할로우 레이저 빔으로 변환시키는 할로우 레이저 빔 변환부,
    상기 할로우 레이저 빔 변환부와 이격되어 있으며 상기 확대 할로우 레이저 빔이 회절된 회절 레이저 빔을 집속시켜 할로우 레이저 빔으로 변환시키는 집속 레이저 빔 변환부
    를 포함하고,
    상기 확대 할로우 레이저 빔의 직경은 상기 할로우 레이저 빔의 직경보다 큰 레이저 가공 방법.
  12. 제11항에서,
    상기 미세 홀이 형성된 가공물에 세척 공정을 진행하는 단계를 더 포함하는 레이저 가공 방법.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07253556A (ja) * 1994-03-16 1995-10-03 Nec Corp ビームエキスパンダおよび光学系およびレーザ加工装置
JPH07308791A (ja) * 1993-12-28 1995-11-28 Nec Corp ビアホール形成法及びフィルム切断法
JP2000206448A (ja) * 1999-01-13 2000-07-28 Hitachi Ltd ビ―ム変換装置及びそれを用いたレ―ザ測距装置
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Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07308791A (ja) * 1993-12-28 1995-11-28 Nec Corp ビアホール形成法及びフィルム切断法
JPH07253556A (ja) * 1994-03-16 1995-10-03 Nec Corp ビームエキスパンダおよび光学系およびレーザ加工装置
JP2000206448A (ja) * 1999-01-13 2000-07-28 Hitachi Ltd ビ―ム変換装置及びそれを用いたレ―ザ測距装置
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