KR101582632B1 - Substrate cutting method using fresnel zone plate - Google Patents

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KR101582632B1 KR1020130093775A KR20130093775A KR101582632B1 KR 101582632 B1 KR101582632 B1 KR 101582632B1 KR 1020130093775 A KR1020130093775 A KR 1020130093775A KR 20130093775 A KR20130093775 A KR 20130093775A KR 101582632 B1 KR101582632 B1 KR 101582632B1
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Abstract

빠른 속도로 정밀하게 레이저 가공을 수행할 수 있는 기판 절단 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 기판 절단 방법은, 레이저 광원에서 레이저 빔을 생성하는 단계와, 프레넬 영역 소자를 이용하여 레이저 빔을 발산 성분과 수렴 성분을 포함한 회절된 제1 빔 성분들과 회전되지 않은 제2 빔 성분을 포함하는 복수의 빔 성분으로 분리시키는 단계와, 집광기를 이용하여 복수의 빔 성분을 기판의 두께 방향을 따라 일직선 상으로 집속시켜 복수의 레이저 초점을 형성함과 아울러 기판 내부에 복수의 변질층을 형성하여 기판을 절단하는 단계를 포함한다. 제2 빔 성분의 레이저 초점을 중심으로 제1 빔 성분들의 레이저 초점들이 기판의 두께 방향을 따라 대칭으로 배열되고, 기판은 적어도 일 표면에 강화층이 형성된 강화 유리 기판이며, 제1 빔 성분들 각각의 에너지 강도는 제2 빔 성분의 에너지 강도보다 높다.A substrate cutting method capable of precisely performing laser machining at high speed is provided. A method for cutting a substrate according to the present invention includes the steps of generating a laser beam from a laser light source, using a Fresnel zone element to split the laser beam into diffracted first beam components including a diverging component and a converging component, Separating a plurality of beam components into a plurality of beam components including a beam component, focusing the plurality of beam components in a straight line along the thickness direction of the substrate to form a plurality of laser focal points, Forming a layer and cutting the substrate. Wherein the laser focuses of the first beam components about the laser focus of the second beam component are symmetrically arranged along the thickness direction of the substrate and the substrate is a tempered glass substrate having at least one surface with an enhancement layer, Is higher than the energy intensity of the second beam component.

Description

프레넬 영역 소자를 이용한 기판 절단 방법 {SUBSTRATE CUTTING METHOD USING FRESNEL ZONE PLATE}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a substrate cutting method using a Fresnel zone element,

본 발명은 기판 절단 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 절단 효율을 높이기 위한 기판 절단 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a substrate cutting method, and more particularly, to a substrate cutting method for increasing a cutting efficiency.

반도체 웨이퍼 기판이나 발광 장치의 기판 등을 분할하기 위해 기판 상의 가상 절개 라인을 따라 레이저 빔을 조사하는 방법이 사용되고 있다. 기판에 레이저 빔을 조사하면 레이저 빔의 에너지에 의해 기판의 두께 방향을 따라 기판이 전체 또는 부분적으로 용융되어 절단이 이루어진다.A method of irradiating a laser beam along a virtual incision line on a substrate for dividing a semiconductor wafer substrate or a substrate of a light emitting device is used. When the substrate is irradiated with a laser beam, the substrate is completely or partially melted along the thickness direction of the substrate by the energy of the laser beam to be cut.

종래의 레이저 절단 장치는 레이저 빔을 발진하는 레이저 광원과, 레이저 빔을 전달하는 전달 광학계와, 레이저 빔을 집속하는 대물 렌즈와, 가공물을 이동시키는 정밀 스테이지 등으로 구성된다. 이러한 레이저 절단 장치는 단일 초점의 레이저 빔을 발생시키므로 가공 속도가 느리고, 정밀한 가공에 어려움이 있다.The conventional laser cutting apparatus comprises a laser light source for emitting a laser beam, a transmission optical system for transmitting a laser beam, an objective lens for focusing the laser beam, and a precision stage for moving the workpiece. Since such a laser cutting apparatus generates a laser beam of a single focal length, the processing speed is slow and it is difficult to precisely process the laser beam.

본 발명은 빠른 속도로 정밀하게 레이저 절단을 수행할 수 있는 기판 절단 방법을 제공하고자 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to providing a substrate cutting method capable of accurately performing laser cutting at high speed.

본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 절단 장치는 레이저 빔을 생성하는 레이저 광원과, 레이저 빔의 일부를 회절시켜 레이저 빔을 회절된 제1 빔 성분과 회절되지 않은 제2 빔 성분으로 분리시키는 프레넬 영역 소자와, 제1 빔 성분과 제2 빔 성분을 일직선 상으로 집속시키는 집광기를 포함하며, 일직선 상으로 집속된 복수의 레이저 초점은 가공물의 두께 방향을 따라 배열된다.A laser cutting apparatus according to an embodiment of the present invention includes a laser light source for generating a laser beam, a Fresnel lens for diffracting a part of the laser beam to divide the laser beam into a diffracted first beam component and a diffracted second beam component, And a condenser for focusing the first beam component and the second beam component in a straight line, and a plurality of laser focuses focused in a straight line are arranged along the thickness direction of the workpiece.

레이저 광원은 피코초(picosecond), 펨토초(femtosecond), 나노초(nanosecond) 중 어느 하나의 펄스 지속시간을 가진 펄스 레이저, 또는 연속발진 (continuous wave)레이저를 생성할 수 있다.The laser light source may generate a pulsed laser with a pulse duration of either picosecond, femtosecond, nanosecond, or a continuous wave laser.

제1 빔 성분은 발산되는 성분과 수렴되는 성분을 포함할 수 있다. 프레넬 영역 소자는 1 또는 2의 회절 차수(m)를 가질 수 있으며, 레이저 빔을

Figure 112013071690449-pat00001
개로 분리시킬 수 있다.The first beam component may comprise a component to be diverged and a component to be converged. The Fresnel zone element may have a diffraction order (m) of 1 or 2, and the laser beam
Figure 112013071690449-pat00001
Can be separated by a dog.

프레넬 영역 소자는 레이저 빔의 진행 방향을 따라 전후진 이동할 수 있다. 프레넬 영역 소자는 레이저 빔의 진행 방향을 따라 나란히 위치하는 복수의 프레넬 영역 소자로 구성되며, 레이저 빔을

Figure 112013071690449-pat00002
개(여기서 n은 프레넬 영역 소자의 개수)의 빔 성분으로 분리시킬 수 있다.The Fresnel zone element can move back and forth along the traveling direction of the laser beam. The Fresnel area element is composed of a plurality of Fresnel area elements arranged side by side along the traveling direction of the laser beam,
Figure 112013071690449-pat00002
(Where n is the number of Fresnel zone elements).

집광기는 대물 렌즈를 포함하고, 프레넬 영역 소자와 집광기 사이에 다이크로익 미러가 장착될 수 있다. 집광기는 입체 스캐너와 스캐닝 렌즈를 포함할 수 있다.The condenser includes an objective lens, and a dichroic mirror can be mounted between the Fresnel area element and the condenser. The concentrator may include a stereoscopic scanner and a scanning lens.

본 발명의 일 실시예에 따른 기판 절단 방법은 레이저 광원에서 레이저 빔을 생성하는 단계와, 프레넬 영역 소자를 이용하여 레이저 빔을 회절된 제1 빔 성분과 회절되지 않은 제2 빔 성분을 포함하는 복수의 빔 성분으로 분리시키는 단계와, 집광기를 이용하여 복수의 빔 성분을 기판의 두께 방향을 따라 일직선 상으로 집속시켜 복수의 레이저 초점을 형성함으로써 기판을 절단하는 단계를 포함한다.A method of cutting a substrate according to an embodiment of the present invention includes the steps of generating a laser beam from a laser light source, generating a laser beam by using a Fresnel area element, the laser beam including a diffracted first beam component and a diffracted second beam component Separating the plurality of beam components into a plurality of beam components, and cutting the substrate by forming a plurality of laser focuses by focusing the plurality of beam components in a straight line along the thickness direction of the substrate using a condenser.

제1 빔 성분은 발산되는 성분과 수렴되는 성분을 포함하며, 프레넬 영역 소자는 1 또는 2의 회절 차수를 가질 수 있다. 복수의 레이저 초점은 연속으로 형성되어 기판이 자동으로 절단될 수 있다.The first beam component comprises a component to be converged and a component to be converged, and the Fresnel zone element may have a diffraction order of 1 or 2. [ A plurality of laser focal points may be continuously formed and the substrate may be automatically cut.

다른 한편으로, 복수의 레이저 초점은 불연속으로 형성되어 기판 내부에 복수의 변질층을 형성할 수 있다. 복수의 레이저 초점 중 가장 외측에 위치하는 어느 하나의 레이저 초점이 기판의 표면과 접하도록 형성되어 기판의 표면에 가공 홈을 형성하고, 기판에 외력을 가하여 가공 홈으로부터 복수의 변질층을 따라 기판을 파단 및 절단할 수 있다.On the other hand, a plurality of laser foci can be formed discontinuously to form a plurality of altered layers inside the substrate. A laser focus is formed so as to be in contact with the surface of the substrate so as to form a machining groove on the surface of the substrate and an external force is applied to the substrate so that the substrate along the plurality of denatured layers It can be broken and cut.

복수의 레이저 초점은 등간격으로 배치될 수 있으며, 프레넬 영역 소자의 위치를 조절하여 복수의 레이저 초점간 거리를 변화시킬 수 있다. 프레넬 영역 소자는 복수개로 구비될 수 있으며, 복수의 프레넬 영역 소자는 레이저 빔을

Figure 112013071690449-pat00003
개(여기서 n은 프레넬 영역 소자의 개수)로 분리시킬 수 있다.The plurality of laser foci can be arranged at regular intervals, and the distance between the plurality of laser foci can be changed by adjusting the position of the Fresnel region elements. A plurality of Fresnel zone elements may be provided, and a plurality of Fresnel zone elements may be provided with laser beams
Figure 112013071690449-pat00003
(Where n is the number of Fresnel zone elements).

레이저 빔은 피코초(picosecond), 펨토초(femtosecond), 나노초(nanosecond) 중 어느 하나의 펄스 지속시간을 가진 펄스 레이저, 또는 연속발진 (continuous wave) 레이저일 수 있다.The laser beam may be a pulsed laser with a pulse duration of either picosecond, femtosecond, nanosecond, or a continuous wave laser.

본 실시예의 레이저 절단 장치는 프레넬 영역 소자를 빔 분할기로 사용함에 따라 가공물에 다중 초점을 생성한다. 따라서 가공물에 단일 초점을 생성하는 레이저 절단 장치보다 빠른 속도로 레이저 가공을 수행할 수 있다. 또한, 가공물의 특성에 맞게 레이저 초점의 간격과 에너지 강도를 다양하게 조절함으로써 가공성과 가공 정밀도를 향상시킬 수 있다.The laser cutting apparatus of this embodiment generates multi-focus on a workpiece by using a Fresnel region element as a beam splitter. Thus, laser machining can be performed at a higher speed than a laser cutting apparatus that produces a single focus on a workpiece. In addition, workability and machining accuracy can be improved by variously controlling the interval and the energy intensity of the laser focus in accordance with the characteristics of the workpiece.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 레이저 절단 장치의 구성도이다.
도 2a와 도 2b는 각각 회절 차수가 1인 프레넬 영역 소자와 회절 차수가 2인 프레넬 영역 소자의 작용을 설명하기 위해 도시한 개략도이다.
도 3a와 도 3b 및 도 4는 도 1에 도시한 가공물의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 레이저 절단 장치의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 레이저 절단 장치의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 레이저 절단 장치의 구성도이다.
도 8은 한 개의 프레넬 영역 소자를 구비한 레이저 절단 장치에서 프레넬 영역 소자와 집광기의 간격에 따른 제1 빔 성분의 초점 위치 변화를 나타낸 그래프이다.
도 9는 두 개의 프레넬 영역 소자를 구비한 레이저 절단 장치에서 제1 및 제2 프레넬 영역 소자의 간격에 따른 제1 빔 성분의 초점 위치 변화를 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 절단 과정을 나타낸 개략도이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 기판 절단 과정을 나타낸 개략도이다.
1 is a configuration diagram of a laser cutting apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIGS. 2A and 2B are schematic diagrams illustrating the operation of a Fresnel region element having a diffraction order of 1 and a Fresnel region element having a diffraction order of 2, respectively.
Figures 3a, 3b and 4 are cross-sectional views of the workpiece shown in Figure 1;
5 is a configuration diagram of a laser cutting apparatus according to a second embodiment of the present invention.
6 is a configuration diagram of a laser cutting apparatus according to a third embodiment of the present invention.
7 is a configuration diagram of a laser cutting apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
8 is a graph showing changes in focal position of the first beam component according to the interval between the Fresnel area element and the condenser in a laser cutting apparatus having one Fresnel area element.
9 is a graph showing changes in focal position of a first beam component according to the interval between the first and second Fresnel zone elements in a laser cutting apparatus having two Fresnel zone elements.
10 is a schematic view showing a substrate cutting process according to the first embodiment of the present invention.
11 is a schematic view showing a substrate cutting process according to a second embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 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 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 레이저 절단 장치의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a laser cutting apparatus according to a first embodiment of the present invention.

도 1을 참고하면, 제1 실시예의 레이저 절단 장치(100)는 레이저 광원(10), 빔 전송부(20), 프레넬 영역 소자(30), 다이크로익 미러(51), 및 집광기(40)를 포함한다.1, the laser cutting apparatus 100 of the first embodiment includes a laser light source 10, a beam transfer unit 20, a Fresnel zone element 30, a dichroic mirror 51, and a condenser 40 ).

레이저 광원(10)은 가공물(예를 들어 반도체 웨이퍼 기판이나 발광 장치의 기판 등)을 가공하기 위한 레이저 빔을 생성한다. 레이저 빔은 피코초(picosecond) 또는 펨토초(femtosecond)의 펄스 지속시간을 가진 극초단(ultra short) 펄스 레이저일 수 있다.The laser light source 10 generates a laser beam for processing a workpiece (for example, a semiconductor wafer substrate or a substrate of a light emitting device). The laser beam may be a picosecond or an ultra short pulsed laser with a pulse duration of femtosecond.

극초단 펄스 레이저는 에너지 강도가 매우 커서 다양한 재질의 가공물을 가공할 수 있고, 가공물이 가공되는 동안 열 확산에 의한 물리 화학적 변형 및 가공 정밀도 저하가 발생하지 않는다. 그리고 가공에 의한 파티클의 적층이나 크레이터 등의 부산물이 거의 생성되지 않아 초음파 세정 등의 부산물 제거 단계를 생략할 수 있다.The ultrashort pulse laser has a very high energy intensity and can process various kinds of workpieces. There is no physical chemical deformation due to heat diffusion during machining of the workpieces and no reduction in machining accuracy. In addition, byproducts such as laminating particles and craters due to processing are hardly produced, and the step of removing by-products such as ultrasonic cleaning can be omitted.

또한, 극초단 펄스 레이저는 열전달 계수가 높거나 광 흡수율이 낮은 물질의 가공도 가능하며, 두 종류 이상의 재료가 혼합된 가공물과 다층으로 적층된 복합 재질의 가공물도 단일 공정으로 용이하게 가공할 수 있다. 한편, 레이저 광원(10)은 전술한 극초단 펄스 레이저 이외에 다른 종류의 레이저 빔, 예를 들어 나노초(nanosecond)의 펄스 지속시간을 가진 펄스 레이저 또는 연속발진(continuous wave) 레이저를 발진할 수도 있다.Ultrathreshold pulsed lasers can process materials with a high heat transfer coefficient or a low light absorption rate, and workpieces with two or more materials mixed together and multi-layer composite materials can be easily processed into a single process . Meanwhile, the laser light source 10 may oscillate other kinds of laser beams other than the above-mentioned ultrashort pulsed laser, for example, a pulsed laser having a pulse duration of nanosecond or a continuous wave laser.

빔 전송부(20)는 레이저 광원(10)에서 발진된 레이저 빔의 경로 상에 위치한다. 빔 전송부(20)는 다양한 광학 장치들로 구성되는데, 예를 들어 레이저 빔의 폭을 증가시키는 빔 확장기와, 빔 확장기에서 확장된 레이저 빔의 에너지 강도를 조절하는 감쇄기 등을 포함할 수 있다. 이 경우 레이저 빔은 빔 전송부(20)를 거치면서 폭과 에너지 강도가 조절된다.The beam transmission section 20 is located on the path of the laser beam emitted from the laser light source 10. The beam transmitting portion 20 may be composed of various optical devices, for example, a beam expander for increasing the width of the laser beam, an attenuator for adjusting the energy intensity of the laser beam expanded in the beam expander, and the like. In this case, the width and the energy intensity of the laser beam are controlled through the beam transmission unit 20.

프레넬 영역 소자(30)는 빔 전송부(20)로부터 출력된 레이저 빔의 경로 상에 위치한다. 프레넬 영역 소자(30)는 멀티레벨 위상 부조 회절 광학 소자(multilevel phase relief diffractive optical element, MLPR DOE)의 일종으로서, 회절에 의해 빔의 발산이나 수렴을 조절하는 렌즈를 의미하며, 이론적인 회절 효율 η은 하기 수학식으로 계산된다.The Fresnel zone element 30 is located on the path of the laser beam output from the beam transmission portion 20. [ The Fresnel zone element 30 is a type of multilevel phase relief diffractive optical element (MLPR DOE), which means a lens that adjusts the divergence or convergence of a beam by diffraction, and the theoretical diffraction efficiency eta is calculated by the following equation.

Figure 112013071690449-pat00004
Figure 112013071690449-pat00004

여기서, N은 프레넬 영역 소자(30)의 멀티레벨 수를 나타내고, m은 회절 차수를 나타낸다. 회절 차수를 1로 가정하면 회절 효율 η은 아래와 같이 간소화된다.Here, N represents the number of multi-levels of the Fresnel zone element 30, and m represents the diffraction order. Assuming that the diffraction order is 1, the diffraction efficiency? Is simplified as follows.

Figure 112013071690449-pat00005
Figure 112013071690449-pat00005

N이 2인 이진 위상(binary phase) 렌즈의 경우 회절 효율 η은 40.5%이고, N이 4인 4-레벨(quaternary phase) 렌즈의 경우 회절 효율 η은 81.1%이다. N이 8인 8-레벨 렌즈의 경우 회절 효율 η은 95.0%이며, N이 16인 16-레벨 렌즈의 경우 회절 효율 η은 98.7%이다.The diffraction efficiency η is 40.5% for a binary phase lens with N = 2 and the diffraction efficiency η is 81.1% for a quaternary phase lens with N = 4. For an 8-level lens with N = 8, the diffraction efficiency η is 95.0%, and for a 16-level lens with N = 16, the diffraction efficiency η is 98.7%.

멀티레벨 수에 관계없이 프레넬 영역 소자들의 회절 효율은 100%보다 작다. 따라서 프레넬 영역 소자(30)에 입사된 레이저 빔은 프레넬 영역 소자(30)에 의해 회절된 제1 빔 성분과, 프레넬 영역 소자(30)의 영향을 받지 않은, 즉 회절되지 않은 제2 빔 성분으로 분리된다. 프레넬 영역 소자(30)는 회절 여부에 따라 레이저 빔을 복수개로 분리시키는 빔 분할기로 작용한다.Regardless of the number of multilevels, the diffraction efficiency of the Fresnel zone elements is less than 100%. Therefore, the laser beam incident on the Fresnel zone element 30 is incident on the first beam component diffracted by the Fresnel zone element 30 and the second beam component diffracted by the Fresnel zone element 30 without being affected by the Fresnel zone element 30, Beam component. The Fresnel zone element 30 serves as a beam splitter that separates the laser beam into a plurality of beams depending on whether or not the beam is diffracted.

집광기(40)는 프레넬 영역 소자(30)로부터 분리된 복수의 빔 성분을 제공받으며, 제공받은 복수의 빔 성분을 가공물(60)로 집속시킨다. 집광기(40)는 통상의 대물 렌즈로 구성될 수 있다.The condenser 40 is provided with a plurality of beam components separated from the Fresnel zone element 30 and focuses the provided plurality of beam components onto the workpiece 60. The condenser 40 may be constituted by a normal objective lens.

다이크로익 미러(51)는 프레넬 영역 소자(30)와 집광기(40) 사이에 배치되어 복수의 빔 성분의 경로를 변화시킨다. 다이크로익 미러(51)는 적용된 레이저 빔의 파장대 대부분을 반사할 수 있도록 이 파장대에서 반사 효과가 우수한 물질로 코팅될 수 있다. 프레넬 영역 소자(30)와 집광기(40)가 일직선 상에 위치하는 경우 다이크로익 미러(51)는 생략된다.The dichroic mirror 51 is disposed between the Fresnel zone element 30 and the condenser 40 to change paths of a plurality of beam components. The dichroic mirror 51 can be coated with a material having a good reflection effect at this wavelength band so as to reflect most of the wavelength band of the applied laser beam. The dichroic mirror 51 is omitted when the Fresnel zone element 30 and the condenser 40 are positioned on a straight line.

가공물(60)은 집광기(40) 하부에 위치하고, 정밀 스테이지(52)에 의해 이동한다. 정밀 스테이지(52)는 가공물(60)을 x축 방향과 y축 방향으로 이동시키는 2차원 스테이지이거나, 높이 조절까지 가능한 3차원 스테이지일 수 있다.The workpiece 60 is located under the condenser 40 and is moved by the precision stage 52. The precision stage 52 may be a two-dimensional stage for moving the workpiece 60 in the x-axis direction and the y-axis direction, or may be a three-dimensional stage capable of adjusting the height.

제1 실시예의 레이저 절단 장치(100)에서 프레넬 영역 소자(30)의 회절 차수는 1 또는 2일 수 있다. 회절 차수가 1인 프레넬 영역 소자(30)는 입사된 레이저 빔을 세 개의 빔 성분으로 분리시키고, 회절 차수가 2인 프레넬 영역 소자(30)는 입사된 레이저 빔을 다섯 개의 빔 성분으로 분리시킨다.In the laser cutting apparatus 100 of the first embodiment, the diffraction order of the Fresnel zone element 30 may be 1 or 2. The Fresnel area element 30 having the diffraction order of 1 separates the incident laser beam into three beam components. The Fresnel area element 30 having the diffraction order of 2 separates the incident laser beam into five beam components .

도 2a는 회절 차수가 1인 프레넬 영역 소자와 집광기를 나타낸 개략도이다.2A is a schematic view showing a Fresnel region element having a diffraction order of 1 and a condenser.

도 2a를 참고하면, 프레넬 영역 소자(30)는 복수의 동심원상 띠를 구비하며, 각 띠가 회절 격자로 작용하여 빛의 회절을 일으킨다. 프레넬 영역 소자(30)에 입사된 레이저 빔(LB)은 프레넬 영역 소자(30)를 거치면서 회절된 제1 빔 성분(LB1)과 회절되지 않은 제2 빔 성분(LB2)으로 분리된다.Referring to FIG. 2A, the Fresnel zone element 30 has a plurality of concentric bands, and each band acts as a diffraction grating to cause diffraction of light. The laser beam LB incident on the Fresnel zone element 30 is divided into the first beam component LB1 diffracted through the Fresnel zone element 30 and the second beam component LB2 not diffracted.

이때 회절된 제1 빔 성분(LB1)은 프레넬 영역 소자(30)를 통과하면서 수렴되는 성분(LB1-1)과 발산되는 성분(LB1-2)으로 이루어진다. 즉 프레넬 영역 소자(30)는 회절 차수가 0보다 큰 수렴형 프레넬 영역 소자와 회절 차수가 0보다 작은 발산형 프레넬 영역 소자로 동시에 작용한다. 제1 빔 성분(LB1) 중 수렴되는 성분(LB1-1)과 발산되는 성분(LB1-2)은 동일한 에너지 강도를 가진다.At this time, the diffracted first beam component LB1 is composed of a component LB1-1 converged while passing through the Fresnel zone element 30 and a component LB1-2 emitted. In other words, the Fresnel region element 30 works simultaneously with the converging Fresnel region element having the diffraction order greater than zero and the diffusing Fresnel region element having the diffraction order less than zero. The converged component LB1-1 and the divergent component LB1-2 of the first beam component LB1 have the same energy intensity.

제1 빔 성분(LB1)과 제2 빔 성분(LB2)의 에너지 비율은 프레넬 영역 소자(30)의 회절 효율에 따라 결정된다. 프레넬 영역 소자(30)의 회절 효율이 50%라고 가정하면, 제2 빔 성분(LB2)은 50%의 에너지 강도를 가지며, 제1 빔 성분(LB1) 중 수렴되는 성분(LB1-1)과 발산되는 성분(LB1-2)은 각각 25%의 에너지 강도를 가진다. 프레넬 영역 소자(30)의 회절 효율은 레이저 가공을 위해 요구되는 복수의 빔 성분의 에너지 강도에 따라 적절하게 선택될 수 있다.The energy ratio of the first beam component (LB1) and the second beam component (LB2) is determined according to the diffraction efficiency of the Fresnel zone element (30). Assuming that the diffraction efficiency of the Fresnel zone element 30 is 50%, the second beam component LB2 has an energy intensity of 50%, and the converged components LB1-1 and LB2 of the first beam component LB1 The divergent components (LB1-2) each have an energy intensity of 25%. The diffraction efficiency of the Fresnel zone element 30 can be appropriately selected in accordance with the energy intensities of the plurality of beam components required for laser processing.

도 2a에서 회절되지 않은 제2 빔 성분(LB2)의 초점 위치를 B로 표시하였다. 제1 빔 성분(LB1) 중 수렴되는 성분(LB1-1)의 초점 위치(A1)는 B보다 집광기(40)에 가깝게 위치하고, 발산되는 성분(LB1-2)의 초점 위치(A2)는 B보다 집광기(40)로부터 멀리 위치한다. 이와 같이 회절 차수가 1인 프레넬 영역 소자(30)는 입사된 레이저 빔을 세 개의 성분으로 분리시키며, 세 개의 빔 성분은 서로 다른 초점 위치를 가진다.The focal position of the second beam component LB2 not diffracted in FIG. The focal position A1 of the converged component LB1-1 of the first beam component LB1 is located closer to the condenser 40 than that of B and the focal position A2 of the divergent component LB1-2 is smaller than B Is located away from the concentrator 40. As described above, the Fresnel zone element 30 having the diffraction order of 1 separates the incident laser beam into three components, and the three beam components have different focal positions.

도 2b는 회절 차수가 2인 프레넬 영역 소자와 집광기를 나타낸 개략도이다.2B is a schematic view showing a Fresnel region element having a diffraction order of 2 and a condenser.

도 2b를 참고하면, 회절 차수가 2인 프레넬 영역 소자(30)는 제공받은 레이저 빔을 다섯 개의 빔 성분, 즉 회절된 네 개의 제1 빔 성분(LB1)과 회절되지 않은 하나의 제2 빔 성분(LB2)으로 분리시킨다. 회절된 네 개의 제1 빔 성분(LB1)은 서로 다른 수렴각으로 수렴되는 두 개의 성분(LB1-1, LB1-2)과, 서로 다른 발산각으로 발산되는 두 개의 성분(LB1-3, LB1-4)으로 이루어진다. 회절된 네 개의 제1 빔 성분(LB1-1, LB1-2, LB1-3, LB1-4)은 동일한 에너지 강도를 가진다.Referring to FIG. 2B, a Fresnel zone element 30 having a diffraction order of 2 differs from that of the first embodiment in that the provided laser beam is divided into five beam components, that is, four diffracted first beam components LB1 and one non- Separate into component (LB2). The four diffracted first beam components LB1 have two components LB1-1 and LB1-2 converging at different convergence angles and two components LB1-3 and LB1- 4). The four diffracted first beam components LB1-1, LB1-2, LB1-3, and LB1-4 have the same energy intensity.

도 2b에서 회절되지 않은 제2 빔 성분(LB2)의 초점 위치를 B로 표시하였다. 그리고 네 개의 제1 빔 성분(LB1) 중 수렴되는 두 개의 빔 성분(LB1-1, LB1-2)의 초점 위치를 각각 A1와 A2로 표시하였고, 발산되는 두 개의 빔 성분(LB1-3, LB1-4)의 초점 위치를 각각 A3과 A4로 표시하였다. 프레넬 영역 소자(30)에 의해 분리된 다섯 개의 빔 성분은 서로 다른 초점 위치를 가진다.And the focus position of the second beam component LB2 not diffracted in FIG. The focal positions of the two beam components LB1-1 and LB1-2 converged among the four first beam components LB1 are denoted by A1 and A2, respectively, and the two beam components LB1-3 and LB1 -4) were represented by A3 and A4, respectively. The five beam components separated by the Fresnel zone element 30 have different focal positions.

프레넬 영역 소자(30)가 분리하는 레이저 빔의 성분 개수는

Figure 112013071690449-pat00006
으로 표현될 수 있다. 이때 m은 회절 차수를 나타낸다.The number of components of the laser beam separated by the Fresnel zone element 30 is
Figure 112013071690449-pat00006
. ≪ / RTI > Where m represents diffraction order.

도 3a와 도 3b는 도 1에 도시한 가공물의 단면도이다. 도 3a는 프레넬 영역 소자의 회절 차수가 1인 경우를 나타내고, 도 3b는 프레넬 영역 소자의 회절 차수가 2인 경우를 나타낸다.Figures 3a and 3b are cross-sectional views of the workpiece shown in Figure 1; FIG. 3A shows a case where the diffraction order of the Fresnel region element is 1, and FIG. 3B shows the case where the diffraction order of the Fresnel region element is 2. FIG.

도 1과 도 3a 및 도 3b를 참고하면, 집광기(40)는 프레넬 영역 소자(30)에서 분리된 복수의 빔 성분을 일직선 상으로 집속시켜 복수의 레이저 초점을 형성한다. 이때 회절된 복수의 제1 빔 성분과 회절되지 않은 하나의 제2 빔 성분은 초점 위치가 서로 상이하다(도 2a 및 도 2b의 빔 성분 경로 참조).Referring to FIGS. 1 and 3A and 3B, a condenser 40 focuses a plurality of beam components separated from the Fresnel zone element 30 in a straight line to form a plurality of laser focuses. At this time, the diffracted pluralities of the first beam component and the single diffracted second beam component are different from each other in focal position (see the beam component path of FIGS. 2A and 2B).

도 3a에서 A1과 A2는 프레넬 영역 소자(30)에 의해 회절된 두 개의 제1 빔 성분의 초점 위치를 나타내고, B는 회절되지 않은 제2 빔 성분의 초점 위치를 나타낸다. 도 3b에서 A1, A2, A3, A4는 프레넬 영역 소자(30)에 의해 회절된 네 개의 제1 빔 성분의 초점 위치를 나타내고, B는 회절되지 않은 제2 빔 성분의 초점 위치를 나타낸다.3A, A1 and A2 denote the focal positions of the two first beam components diffracted by the Fresnel zone element 30, and B denote the focal positions of the second diffracted beam component. In Fig. 3B, A1, A2, A3 and A4 denote the focal positions of the four first beam components diffracted by the Fresnel zone elements 30 and B denote the focal positions of the second diffracted beam component.

이와 같이 프레넬 영역 소자(30)에 의해 복수개로 분리된 빔 성분의 초점 위치는 가공물(60)의 두께 방향을 따라 일직선 상에 위치한다.As described above, the focal positions of the plurality of beam components separated by the Fresnel zone element 30 are located on a straight line along the thickness direction of the workpiece 60.

본 실시예의 레이저 절단 장치(100)는 프레넬 영역 소자(30)를 빔 분할기로 사용함에 따라 가공물(60)에 다중 초점을 생성한다. 따라서 가공물에 단일 초점을 생성하는 레이저 절단 장치보다 빠른 속도로 레이저 절단을 수행할 수 있다.The laser cutting apparatus 100 of this embodiment generates multi-focus on the workpiece 60 by using the Fresnel zone element 30 as a beam splitter. Thus, laser cutting can be performed at a faster rate than laser cutting devices that produce a single focus on a workpiece.

다시 도 1을 참고하면, 레이저 절단 장치(100)는 조명 광원(53), 반사 미러(54), CCD 카메라(55), 및 모니터(56)를 포함할 수 있다. 조명 광원(53)에서 방출된 빛은 반사 미러(54)를 거쳐 가공물(60)로 조사되고, CCD 카메라(55)는 가공물(60)을 촬영하며, 모니터(56)는 CCD 카메라(55)가 촬영한 영상 정보를 표시한다. 도 1에서 부호 57은 경통을 나타내고, 부호 58은 레이저 광원(10), 빔 전송부(20), 스테이지(52) 등을 제어하는 제어부를 나타낸다.Referring again to FIG. 1, the laser cutting apparatus 100 may include an illumination light source 53, a reflective mirror 54, a CCD camera 55, and a monitor 56. The light emitted from the illumination light source 53 is irradiated to the workpiece 60 through the reflecting mirror 54. The CCD camera 55 photographs the workpiece 60 and the monitor 56 photographs the workpiece 60 by the CCD camera 55 And displays the photographed image information. 1, reference numeral 57 denotes a barrel, and reference numeral 58 denotes a control unit for controlling the laser light source 10, the beam transfer unit 20, the stage 52, and the like.

한편, 다중 초점을 생성하는 프레넬 영역 소자(30)는 레이저 빔의 진행 방향을 따라 전후진 이동한다. 이를 위해 프레넬 영역 소자(30)에 일축 스테이지(35)가 구비될 수 있다. 이로써 프레넬 영역 소자(30)와 집광기(40) 사이의 거리를 변화시켜 회절된 제1 빔 성분의 발산과 수렴을 조절함으로써 제1 빔 성분의 초점 위치를 바꿀 수 있다.On the other hand, the Fresnel zone element 30 that generates multiple foci moves back and forth along the advancing direction of the laser beam. For this purpose, the Fresnel zone element 30 may be provided with a uniaxial stage 35. Thereby changing the focal position of the first beam component by varying the distance between the Fresnel zone element 30 and the concentrator 40 to control the divergence and convergence of the diffracted first beam component.

도 4는 도 1에 도시한 가공물의 단면도이다. 도 4에서는 프레넬 영역 소자의 회절 차수가 1인 경우를 도시하였다.4 is a cross-sectional view of the workpiece shown in Fig. In Fig. 4, the case where the diffraction order of the Fresnel zone element is 1 is shown.

도 1과 도 4를 참고하면, 프레넬 영역 소자(30)의 위치 변화에 따라 두 개의 제1 빔 성분의 초점 위치(A1, A2)가 변한다. 즉 회절되지 않은 제2 빔 성분의 초점 위치(B)를 기준으로 두 개의 제1 빔 성분의 초점 위치(A1, A2)가 변하며, 세 개로 분리된 빔 성분들 사이의 초점간 거리를 조절할 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 4, the focal positions A1 and A2 of the two first beam components are changed in accordance with the change in the position of the Fresnel zone element 30. FIG. I.e., the focal positions A1 and A2 of the two first beam components change with respect to the focal position B of the undiffracted second beam component, and the focal distance between the three separated beam components can be adjusted .

프레넬 영역 소자의 회절 차수가 2인 경우에서도 프레넬 영역 소자의 위치 변화에 따라 네 개의 제1 빔 성분의 초점 위치(A1, A2, A3, A4)가 변하며, 다섯 개로 분리된 빔 성분들 사이의 초점간 거리를 조절할 수 있다(도 3b 참조).The focal positions A1, A2, A3, and A4 of the four first beam components are changed in accordance with the change of the position of the Fresnel zone element even when the diffraction order of the Fresnel zone element is 2, (See FIG. 3B).

이와 같이 본 실시예의 레이저 절단 장치(100)는 다중 초점을 형성함으로써 단일 초점을 생성하는 레이저 절단 장치보다 빠른 속도로 레이저 절단을 수행할 수 있다. 또한, 프레넬 영역 소자(30)의 위치를 변화시켜 복수개로 분리된 빔 성분의 초점간 거리를 변화시킴에 따라, 가공물(60)의 특성(소재, 두께 등)에 맞게 최적화된 레이저 초점을 생성하여 절단 성능을 높일 수 있다.As described above, the laser cutting apparatus 100 of the present embodiment can perform laser cutting at a higher speed than a laser cutting apparatus that generates a single focal point by forming a multi-focal point. Further, by changing the position of the Fresnel zone element 30 and varying the distance between the focuses of a plurality of separated beam components, a laser focus optimized to the characteristics (material, thickness, etc.) of the workpiece 60 is generated So that the cutting performance can be enhanced.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 레이저 절단 장치의 구성도이다.5 is a configuration diagram of a laser cutting apparatus according to a second embodiment of the present invention.

도 5를 참고하면, 제2 실시예의 레이저 절단 장치(200)는 다이크로익 미러가 생략되고, 집광기(401)가 입체 스캐너(41)와 스캐닝 렌즈(42)로 구성된 것을 제외하고 전술한 제1 실시예의 레이저 절단 장치와 동일한 구성으로 이루어진다. 제1 실시예와 같은 부재에 대해서는 같은 도면 부호를 사용하며, 아래에서는 제1 실시예와 다른 부분에 대해 주로 설명한다.5, the laser cutting apparatus 200 according to the second embodiment is a laser cutting apparatus according to the second embodiment except that the dichroic mirror is omitted and the condenser 401 is composed of the stereoscopic scanner 41 and the scanning lens 42, And has the same configuration as the laser cutting apparatus of the embodiment. The same reference numerals are used for the same members as in the first embodiment, and the following description will mainly focus on the parts different from those of the first embodiment below.

입체 스캐너(41)는 한 쌍의 갈바노미터 스캐너일 수 있다. 갈바노미터 스캐너는 모터의 회전축에 미러를 장착한 것으로서, 미러 회전에 의해 레이저 빔을 일정한 각도 범위 내에서 주사한다. 스캐닝 렌즈(42)는 F-theta 텔레센트릭 렌즈로 구성될 수 있다. 집광기(401)가 스캐닝 광학계로 구성됨에 따라, 레이저 절단 장치(200)는 가공물(60)로 레이저 빔을 스캐닝하면서 절단할 수 있다.The stereoscopic scanner 41 may be a pair of galvanometer scanners. A galvanometer scanner is a mirror mounted on a rotating shaft of a motor, and scans the laser beam within a certain angle range by mirror rotation. The scanning lens 42 may be composed of an F-theta telecentric lens. As the condenser 401 is configured as a scanning optical system, the laser cutting apparatus 200 can cut the workpiece 60 while scanning the laser beam.

도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 레이저 절단 장치의 구성도이다.6 is a configuration diagram of a laser cutting apparatus according to a third embodiment of the present invention.

도 6을 참고하면, 제3 실시예의 레이저 절단 장치(300)는 프레넬 영역 소자(301)가 두 개의 프레넬 영역 소자(31, 32)로 구성된 것을 제외하고 전술한 제1 실시예의 레이저 절단 장치와 동일한 구성으로 이루어진다. 제1 실시예와 같은 부재에 대해서는 같은 도면 부호를 사용하며, 아래에서는 제1 실시예와 다른 부분에 대해 주로 설명한다.6, the laser cutting apparatus 300 of the third embodiment differs from the laser cutting apparatus 300 of the first embodiment described above except that the Fresnel zone element 301 is composed of two Fresnel zone elements 31, . The same reference numerals are used for the same members as in the first embodiment, and the following description will mainly focus on the parts different from those of the first embodiment below.

제1 프레넬 영역 소자(31)와 제2 프레넬 영역 소자(32)는 레이저 빔의 진행 방향을 따라 나란히 위치한다. 프레넬 영역 소자(31, 32) 한 개당 레이저 빔을

Figure 112013071690449-pat00007
개로 분리시키므로
Figure 112013071690449-pat00008
의 초점 분할이 가능하다. 여기서, n은 프레넬 영역 소자(301)의 개수를 나타낸다. The first Fresnel zone element 31 and the second Fresnel zone element 32 are arranged side by side along the traveling direction of the laser beam. A laser beam is irradiated onto each of the Fresnel zone elements 31 and 32
Figure 112013071690449-pat00007
By separating into dogs
Figure 112013071690449-pat00008
Is possible. Here, n represents the number of Fresnel zone elements 301.

제1 프레넬 영역 소자(31)와 제2 프레넬 영역 소자(32)의 회절 차수가 1인 경우 제3 실시예의 레이저 절단 장치(300)는 레이저 빔의 초점을 9개로 분리시킬 수 있다. 제1 프레넬 영역 소자(31)와 제2 프레넬 영역 소자(32)의 회절 차수가 2인 경우 제3 실시예의 레이저 절단 장치(300)는 레이저 빔의 초점을 25개로 분리시킬 수 있다.When the diffraction order of the first Fresnel zone element 31 and the second Fresnel zone element 32 is 1, the laser cutting apparatus 300 of the third embodiment can separate the focal point of the laser beam into nine. When the diffraction order of the first Fresnel zone element 31 and the second Fresnel zone element 32 is 2, the laser cutting apparatus 300 of the third embodiment can separate the focal point of the laser beam into 25 pieces.

이와 같이 제3 실시예의 레이저 절단 장치(300)는 레이저 빔을 제1 실시예보다 많은 개수로 분리시킬 수 있으며, 분리된 복수의 빔 성분은 집광기(40)에 의해 가공물(60)의 두께 방향을 따라 일직선 상으로 집속된다.As described above, the laser cutting apparatus 300 of the third embodiment can separate the laser beam into a larger number of laser beams than in the first embodiment, and the plurality of separated beam components are focused by the condenser 40 in the thickness direction of the workpiece 60 It is then focused in a straight line.

이때 제1 및 제2 프레넬 영역 소자(31, 32) 각각은 레이저 빔의 진행 방향을 따라 전후진 이동한다. 이로써 제1 및 제2 프레넬 영역 소자(31, 32)에 의해 회절된 빔 성분들의 초점 위치를 변화시켜 복수개로 분리된 빔 성분들 사이의 초점간 거리를 변화시킬 수 있다. 또한, 제1 및 제2 프레넬 영역 소자(31, 32)의 회절 효율에 따라 복수개로 분리된 빔 성분들의 에너지 강도를 조절할 수 있다.At this time, each of the first and second Fresnel zone elements 31 and 32 moves back and forth along the advancing direction of the laser beam. Thus, the focal position of the beam components diffracted by the first and second Fresnel zone elements 31 and 32 can be changed to change the focus distance between the plurality of beam components. Further, the energy intensity of the plurality of beam components separated according to the diffraction efficiencies of the first and second Fresnel zone elements 31 and 32 can be adjusted.

도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 레이저 절단 장치의 구성도이다.7 is a configuration diagram of a laser cutting apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.

도 7을 참고하면, 제4 실시예의 레이저 절단 장치(400)는 다이크로익 미러가 생략되고, 집광기(401)가 입체 스캐너(41)와 스캐닝 렌즈(42)로 구성된 것을 제외하고 전술한 제3 실시예의 레이저 절단 장치와 동일한 구성으로 이루어진다. 또한, 입체 스캐너(41)와 스캐닝 렌즈(42)의 구성은 전술한 제2 실시예에서 설명한 것과 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.7, except that the dichroic mirror is omitted and the condenser 401 is constituted by the stereoscopic scanner 41 and the scanning lens 42, the laser cutting device 400 of the fourth embodiment is the same as the third And has the same configuration as the laser cutting apparatus of the embodiment. Further, the configurations of the stereoscopic scanner 41 and the scanning lens 42 are the same as those described in the second embodiment, and a detailed description thereof will be omitted.

도 1과 도 5 내지 도 7에서는 레이저 빔을 투과시키는 투과형 프레넬 영역 소자(30)를 도시하였으나, 프레넬 영역 소자(30)는 반사형 프레넬 영역 소자로 구성될 수도 있다. 반사형 프레넬 영역 소자는 액정을 구비한 엘코스(LCOS, Liquid Crystal On Silicon) 소자이거나, 디지털 마이크로미러 디바이스(Digital Micro-mirror Device, DMD) 타입의 공간 광 변조기(spatial light modulator)로 구성될 수 있다.Although FIGS. 1 and 5 to 7 illustrate the transmission type Fresnel area element 30 that transmits a laser beam, the Fresnel area element 30 may be composed of a reflection type Fresnel area element. The reflective Fresnel zone device may be a liquid crystal on silicon (LCOS) device having a liquid crystal or a spatial light modulator of a digital micro-mirror device (DMD) type .

도 8은 한 개의 프레넬 영역 소자를 구비한 제1 및 제2 실시예의 레이저 절단 장치에서 프레넬 영역 소자와 집광기의 간격에 따른 제1 빔 성분의 초점 위치 변화를 나타낸 그래프이다. 도 8에서는 수렴된 빔 성분의 초점 위치 변화를 나타내었다. 레이저 빔의 입사 직경은 5mm이며, 파장은 355nm이다. 집광기(대물 렌즈)의 유효 초점 길이는 4mm이며, 프레넬 영역 소자의 유효 초점 길이는 250mm이다.8 is a graph showing changes in focal position of the first beam component according to the interval between the Fresnel area element and the condenser in the laser cutting apparatus of the first and second embodiments having one Fresnel area element. FIG. 8 shows changes in the focal position of the converged beam component. The incident diameter of the laser beam is 5 mm, and the wavelength is 355 nm. The effective focal length of the condenser (objective lens) is 4 mm, and the effective focal length of the Fresnel zone element is 250 mm.

도 8을 참고하면, 프레넬 영역 소자에 의해 회절된 제1 빔 성분의 초점 위치는 약 3.93mm부터 약 3.80mm까지 변한다. 한편, 프레넬 영역 소자에 의해 회절되지 않은 제2 빔 성분의 초점 위치는 4mm로서 고정된 위치를 유지한다. 프레넬 영역 소자와 집광기의 간격이 20mm에서 180mm 범위로 변화하는 경우 제1 및 제2 빔 성분의 초점간 거리는 약 70㎛에서 200㎛까지 변화하는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 8, the focal position of the first beam component diffracted by the Fresnel zone element varies from about 3.93 mm to about 3.80 mm. On the other hand, the focal position of the second beam component which is not diffracted by the Fresnel zone element is 4 mm, and the fixed position is maintained. When the distance between the Fresnel zone element and the condenser changes from 20 mm to 180 mm, the distance between the focal points of the first and second beam components varies from about 70 μm to 200 μm.

도 9는 두 개의 프레넬 영역 소자를 구비한 제3 및 제4 실시예의 레이저 절단 장치에서 제1 및 제2 프레넬 영역 소자의 간격에 따른 제1 빔 성분의 초점 위치 변화를 나타낸 그래프이다.FIG. 9 is a graph showing changes in the focal position of the first beam component according to the interval between the first and second Fresnel zone elements in the laser cutting apparatuses of the third and fourth embodiments having two Fresnel zone elements.

도 9에서는 제1 및 제2 프레넬 영역 소자를 거치면서 모두 수렴된 빔 성분의 초점 위치 변화를 나타내었다. 레이저 빔의 입사 직경은 5mm이며, 파장은 355nm이다. 집광기(대물 렌즈)의 유효 초점 거리는 4mm이고, 제1 및 제2 프레넬 영역 소자의 유효 초점 거리는 각각 250mm와 1000mm이다. 제1 프레넬 영역 소자와 집광기 사이의 거리를 100mm로 고정시킨 상태에서 제1 프레넬 영역 소자와 제2 프레넬 영역 소자의 간격을 조절하였다.FIG. 9 shows changes in focal position of beam components converged while passing through the first and second Fresnel zone elements. The incident diameter of the laser beam is 5 mm, and the wavelength is 355 nm. The effective focal length of the condenser (objective lens) is 4 mm, and the effective focal lengths of the first and second Fresnel zone elements are 250 mm and 1000 mm, respectively. The distance between the first Fresnel area element and the second Fresnel area element was adjusted while the distance between the first Fresnel area element and the condenser was fixed at 100 mm.

도 9를 참고하면, 제1 및 제2 프레넬 영역 소자에 의해 회절된 제1 빔 성분의 초점 위치는 약 3.847mm에서 약 3.60mm까지 변한다. 제1 프레넬 영역 소자와 제2 프레넬 영역 소자의 간격이 700mm 이내 범위로 변화하는 경우 제1 빔 성분의 초점 위치는 0.247mm(247㎛) 이내 범위에서 변화하는 것을 알 수 있다.Referring to Fig. 9, the focal position of the first beam component diffracted by the first and second Fresnel zone elements varies from about 3.847 mm to about 3.60 mm. When the distance between the first Fresnel zone element and the second Fresnel zone element changes within a range of 700 mm or less, the focus position of the first beam component varies within a range of 0.247 mm (247 μm) or less.

다음으로, 전술한 레이저 절단 장치를 이용한 기판 절단 방법에 대해 설명한다.Next, a substrate cutting method using the above-described laser cutting apparatus will be described.

도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 절단 과정을 나타낸 개략도이다.10 is a schematic view showing a substrate cutting process according to the first embodiment of the present invention.

도 10을 참고하면, 제1 실시예의 기판 절단 방법은 레이저 광원에서 레이저 빔을 생성하는 제1 단계와, 프레넬 영역 소자를 이용하여 레이저 빔을 복수의 빔 성분으로 분리시키는 제2 단계와, 집광기를 이용하여 복수의 빔 성분을 기판(61)의 두께 방향을 따라 일직선 상으로 집속시켜 복수의 레이저 초점을 형성함으로써 기판(61)을 절단하는 제3 단계를 포함한다.10, the substrate cutting method of the first embodiment includes a first step of generating a laser beam from a laser light source, a second step of separating the laser beam into a plurality of beam components using a Fresnel zone element, And a third step of cutting the substrate 61 by focusing a plurality of beam components in a straight line along the thickness direction of the substrate 61 to form a plurality of laser focal points.

제3 단계에서 복수의 레이저 초점(A1, B, A2)은 서로간 거리를 두고 불연속으로 형성되고, 레이저 빔의 에너지에 의해 기판(61) 내부에는 초점 위치마다 복수의 변질층(71)이 형성된다. 이때 복수의 레이저 초점(A1, B, A2) 중 가장 외측에 위치하는 어느 하나의 레이저 초점(A2)이 기판(61) 표면과 접하도록 형성되어 기판(61) 표면에 가공 홈(72)을 형성할 수 있다. 도 10에서는 회절 차수가 1인 한 개의 프레넬 영역 소자가 적용된 경우를 예로 들어 도시하였다.In the third step, a plurality of laser focuses A1, B and A2 are formed discontinuously with a distance therebetween. A plurality of altered layers 71 are formed in the substrate 61 by the energy of the laser beam for each focus position do. At this time, any one laser focus A2 located at the outermost one of the plurality of laser focuses A1, B, A2 is formed to contact the surface of the substrate 61 to form a machining groove 72 on the surface of the substrate 61 can do. FIG. 10 shows an example in which one Fresnel region element having a diffraction order of 1 is applied.

전술한 기판(61)에 외력을 가하면 가공 홈(72)으로부터 파단이 시작되어 복수의 변질층(71)을 따라 기판(61)을 파단 및 절단할 수 있다. 복수의 레이저 초점(A1, B, A2)은 등간격으로 위치하며, 복수의 레이저 빔은 같거나 극히 유사한 에너지 강도를 가질 수 있다.When an external force is applied to the substrate 61 described above, the substrate 61 can be broken and cut along the plurality of altered layers 71 by starting to break from the grooves 72. A plurality of laser foci (A1, B, A2) are equally spaced, and a plurality of laser beams can have the same or very similar energy intensity.

프레넬 영역 소자가 66.6%의 회절 효율을 가지는 경우를 가정하면, 세 개의 빔 성분은 극히 유사한 에너지 강도를 가질 수 있다. 프레넬 영역 소자의 위치를 조절하여 세 개의 레이저 초점(A1, B, A2)간 거리를 용이하게 변화시킬 수 있다.Assuming that the Fresnel area element has a diffraction efficiency of 66.6%, the three beam components can have extremely similar energy intensities. The distance between the three laser focuses A1, B, and A2 can be easily changed by adjusting the position of the Fresnel area element.

도시는 생략하였으나, 프레넬 영역 소자의 회절 차수가 2인 경우, 레이저 빔은 다섯 개의 빔 성분으로 분리된다. 다섯 개 빔 성분의 레이저 초점은 등간격으로 위치하며, 다섯 개의 빔 성분은 같거나 극히 유사한 에너지 강도를 가질 수 있다. 예를 들어, 프레넬 영역 소자의 회절 효율이 80%이면, 다섯 개의 빔 성분은 같은 에너지 강도를 가질 수 있다.Although the illustration is omitted, when the diffraction order of the Fresnel zone element is 2, the laser beam is separated into five beam components. The laser focus of the five beam components is equidistant, and the five beam components can have the same or very similar energy intensities. For example, if the diffraction efficiency of the Fresnel zone element is 80%, then the five beam components can have the same energy intensity.

다른 한편으로, 프레넬 영역 소자의 회절 효율에 따라 제1 빔 성분의 에너지 강도는 제2 빔 성분의 에너지 강도와 다를 수 있다. 즉 제1 빔 성분의 에너지 강도는 제2 빔 성분의 에너지 강도보다 높거나 낮을 수 있다.On the other hand, the energy intensity of the first beam component may be different from the energy intensity of the second beam component depending on the diffraction efficiency of the Fresnel zone element. The energy intensity of the first beam component may be higher or lower than the energy intensity of the second beam component.

기판(61)은 강화층을 구비한 강화 유리 기판일 수 있다. 기판(61)의 내부에 강화층이 존재하는 경우, 회절 효율이 낮은 프레넬 영역 소자를 적용하여 초점 위치가 B로 표시된 제2 빔 성분의 에너지 강도를 높일 수 있다. 반대로 기판(61)의 표면에 강화층이 존재하는 경우, 회절 효율이 높은 프레넬 영역 소자를 적용하여 초점 위치가 A1 및 A2로 표시된 제1 빔 성분의 에너지 강도를 높일 수 있다.The substrate 61 may be a tempered glass substrate having an enhancement layer. When the reinforcing layer is present inside the substrate 61, it is possible to increase the energy intensity of the second beam component indicated by the focus position B by applying a Fresnel region element having a low diffraction efficiency. Conversely, when the reinforcing layer is present on the surface of the substrate 61, it is possible to increase the energy intensity of the first beam component indicated by the focus positions A1 and A2 by applying a Fresnel region element having a high diffraction efficiency.

전술한 두 경우 모두에서 강화층에 보다 높은 에너지를 가하여 강화층을 보다 쉽게 파단시킬 수 있다.In both of the above cases, higher energy is applied to the enhancement layer to more easily break the enhancement layer.

도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 기판 절단 과정을 나타낸 개략도이다.11 is a schematic view showing a substrate cutting process according to a second embodiment of the present invention.

도 11을 참고하면, 제2 실시예의 기판 절단 방법은 복수의 레이저 초점(A1, A2, B, A3, A4)이 연속으로 형성되어 외력 없이 기판(61)이 자동으로 절단되는 것을 제외하고 전술한 제1 실시예의 기판 절단 방법과 동일하다. 도 11에서는 회절 차수가 2인 한 개의 프레넬 영역 소자가 적용된 경우를 예로 들어 도시하였다.11, the substrate cutting method of the second embodiment is similar to the above-described method except that the plurality of laser foci A1, A2, B, A3, A4 are continuously formed and the substrate 61 is automatically cut without an external force Is the same as the substrate cutting method of the first embodiment. FIG. 11 shows an example in which one Fresnel area element having a diffraction order of 2 is applied.

기판(61)에 복수의 레이저 초점(A1, A2, B, A3, A4)이 연속으로 형성되므로 복수의 변질층은 서로 접하도록 형성된다. 따라서 제2 실시예에서는 기판(61)에 외력을 가하지 않고도 기판(61)을 자동으로 절단할 수 있다. 레이저 초점의 크기는 집광기의 사양에 따라 다양하게 조절될 수 있으므로, 복수의 레이저 초점을 연속으로 형성할 수 있다.A plurality of laser focuses A1, A2, B, A3, and A4 are continuously formed on the substrate 61 so that the plurality of altered layers are formed to be in contact with each other. Therefore, in the second embodiment, the substrate 61 can be automatically cut without applying an external force to the substrate 61. [ Since the size of the laser focus can be variously adjusted according to the specifications of the condenser, it is possible to form a plurality of laser focuses continuously.

전술한 기판 절단 방법에 따르면, 기판 내부에 기판의 두께 방향을 따라 레이저 다중 초점을 형성하여 빠른 속도로 기판을 절단할 수 있다. 또한, 기판의 특성에 맞게 레이저 초점의 간격과 에너지 강도를 다양하게 조절함으로써 가공성과 가공 정밀도를 효과적으로 향상시킬 수 있다.According to the above-described substrate cutting method, it is possible to cut the substrate at a high speed by forming a laser multi-focal point along the thickness direction of the substrate inside the substrate. In addition, it is possible to effectively improve workability and machining accuracy by variously adjusting the interval and the energy intensity of the laser focus in accordance with the characteristics of the substrate.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Of course.

100, 200, 300, 400: 레이저 절단 장치
10: 레이저 광원 20: 빔 전송부
30, 301: 프레넬 영역 소자 31: 제1 프레넬 영역 소자
32: 제2 프레넬 영역 소자 40: 집광기
51: 다이크로익 미러 60: 가공물
61: 기판
100, 200, 300, 400: laser cutting device
10: laser light source 20: beam transmission part
30, 301: Fresnel region element 31: First Fresnel region element
32: second Fresnel zone element 40: condenser
51: Dichroic mirror 60: Workpiece
61: substrate

Claims (16)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 레이저 광원에서 레이저 빔을 생성하는 단계;
프레넬 영역 소자를 이용하여 상기 레이저 빔을 발산 성분과 수렴 성분을 포함한 회절된 제1 빔 성분들과 회절되지 않은 제2 빔 성분을 포함하는 복수의 빔 성분으로 분리시키는 단계; 및
집광기를 이용하여 상기 복수의 빔 성분을 기판의 두께 방향을 따라 일직선 상으로 집속시켜 복수의 레이저 초점을 형성함과 아울러 상기 기판 내부에 복수의 변질층을 형성하여 상기 기판을 절단하는 단계를 포함하며,
상기 제2 빔 성분의 레이저 초점을 중심으로 상기 제1 빔 성분들의 레이저 초점들이 상기 기판의 두께 방향을 따라 대칭으로 배열되고,
상기 기판은 적어도 일 표면에 강화층이 형성된 강화 유리 기판이며,
상기 제1 빔 성분들 각각의 에너지 강도는 상기 제2 빔 성분의 에너지 강도보다 높은 기판 절단 방법.
Generating a laser beam from a laser light source;
Separating the laser beam into a plurality of beam components including a diffracted first beam components including a divergent component and a convergent component and a second beam component not diffracted using a Fresnel zone element; And
And focusing the plurality of beam components in a straight line along the thickness direction of the substrate using a condenser to form a plurality of laser focuses and forming a plurality of altered layers in the substrate to cut the substrate, ,
Wherein laser focuses of the first beam components are symmetrically arranged along a thickness direction of the substrate, centering on a laser focus of the second beam component,
Wherein the substrate is a tempered glass substrate having a reinforcing layer formed on at least one surface thereof,
Wherein the energy intensity of each of the first beam components is higher than the energy intensity of the second beam component.
제9항에 있어서,
상기 제1 빔 성분들의 레이저 초점들 중 적어도 하나는 상기 강화층과 접하여 상기 강화층에 가공 홈을 형성하며, 외력에 의해 상기 가공 홈으로부터 상기 복수의 변질층을 따라 상기 기판이 파단 및 절단되는 기판 절단 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein at least one of the laser focuses of the first beam components is in contact with the enhancement layer to form a machining groove in the enhancement layer and the substrate is fractured and cut along the plurality of denaturation layers from the machining groove by an external force, Cutting method.
제9항에 있어서,
상기 복수의 레이저 초점은 연속으로 형성되어 외력 없이 상기 기판이 자동으로 절단되는 기판 절단 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the plurality of laser focal points are continuously formed so that the substrate is automatically cut without an external force.
레이저 광원에서 레이저 빔을 생성하는 단계;
프레넬 영역 소자를 이용하여 상기 레이저 빔을 발산 성분과 수렴 성분을 포함한 회절된 제1 빔 성분들과 회절되지 않은 제2 빔 성분을 포함하는 복수의 빔 성분으로 분리시키는 단계; 및
집광기를 이용하여 상기 복수의 빔 성분을 기판의 두께 방향을 따라 일직선 상으로 집속시켜 복수의 레이저 초점을 형성함과 아울러 상기 기판 내부에 복수의 변질층을 형성하여 상기 기판을 절단하는 단계를 포함하며,
상기 제2 빔 성분의 레이저 초점을 중심으로 상기 제1 빔 성분들의 레이저 초점들이 상기 기판의 두께 방향을 따라 대칭으로 배열되고,
상기 기판은 내부에 강화층이 형성된 강화 유리 기판이며,
상기 제2 빔 성분의 에너지 강도는 상기 제1 빔 성분들 각각의 에너지 강도보다 높은 기판 절단 방법.
Generating a laser beam from a laser light source;
Separating the laser beam into a plurality of beam components including a diffracted first beam components including a divergent component and a convergent component and a second beam component not diffracted using a Fresnel zone element; And
And focusing the plurality of beam components in a straight line along the thickness direction of the substrate using a condenser to form a plurality of laser focuses and forming a plurality of altered layers in the substrate to cut the substrate, ,
Wherein laser focuses of the first beam components are symmetrically arranged along a thickness direction of the substrate, centering on a laser focus of the second beam component,
Wherein the substrate is a tempered glass substrate having a reinforcing layer formed therein,
Wherein the energy intensity of the second beam component is higher than the energy intensity of each of the first beam components.
제12항에 있어서,
상기 제1 빔 성분들의 레이저 초점들 중 적어도 하나는 상기 기판의 표면과 접하여 상기 기판의 표면에 가공 홈을 형성하며, 외력에 의해 상기 가공 홈으로부터 상기 복수의 변질층을 따라 상기 기판이 파단 및 절단되는 기판 절단 방법.
13. The method of claim 12,
Wherein at least one of the laser focuses of the first beam components is in contact with a surface of the substrate to form a machining groove in the surface of the substrate and the substrate is fractured and cut along the plurality of denaturation layers / RTI >
삭제delete 제12항에 있어서,
상기 복수의 레이저 초점은 연속으로 형성되어 외력 없이 상기 기판이 자동으로 절단되는 기판 절단 방법.
13. The method of claim 12,
Wherein the plurality of laser focal points are continuously formed so that the substrate is automatically cut without an external force.
제9항 또는 제12항에 있어서,
상기 레이저 빔은 피코초(picosecond), 펨토초(femtosecond), 나노초(nanosecond) 중 어느 하나의 펄스 지속시간을 가진 펄스 레이저, 또는 연속발진 (continuous wave) 레이저인 기판 절단 방법.
The method according to claim 9 or 12,
Wherein the laser beam is a pulse laser having a pulse duration of one of picosecond, femtosecond, and nanosecond, or a continuous wave laser.
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