KR101886357B1 - Method for detecting laser beam spot shape and apparatus for detecting laser beam spot shape - Google Patents
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Abstract
본 발명의 목적은 레이저 광선의 스폿 형상 및 집광점 위치(초점 거리)를 정확하게 검출할 수 있는 레이저 광선의 스폿과 형상 검출 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 레이저 광선 발진 수단에 의해 발진되어 집광기에 의해 집광된 레이저 광선의 스폿 형상을 검출하는 레이저 광선의 스폿 형상 검출 방법으로서, 집광 스폿의 크기보다 작은 크기의 미세 프리즘이 표면에 형성된 투명 기판을 집광기에 의해 집광되는 레이저 광선의 광축(Z축) 상에 Z축 방향과 직교하는 X축 방향 및 Z축 방향과 X축 방향에 직교하는 Y축 방향으로 이동 가능하게 위치 부여하는 투명 기판 위치 부여 공정과, 투명 기판에 형성된 미세 프리즘이 위치하는 영역에 상기 투명 기판을 가공할 수 없는 출력의 레이저 광선을 상기 집광기에 의해 집광하여 조사하는 레이저 광선 조사 공정과, 투명 기판에 형성된 미세 프리즘이 위치하는 영역에 레이저 광선을 조사한 상태로 투명 기판을 집광기에 대하여 상대적으로 X축 방향 및 Y축 방향으로 이동시키면서 투명 기판에 형성된 미세 프리즘에 의해 굴절된 광의 광강도를 광강도 검출 수단에 의해 검출하는 광강도 검출 공정과, 광강도 검출 공정에 있어서 검출된 미세 프리즘의 x, y 좌표값에 있어서의 광강도 맵을 작성하는 광강도맵 작성 공정을 포함하고, 집광기를 Z축 방향에 있어서의 복수의 검출 위치에 있어서 광강도 검출 공정 및 광강도맵 작성 공정을 실시하며, 광강도맵 작성 공정에서 작성된 복수의 광강도 맵에 기초하여 레이저 광선의 스폿 형상 화상을 작성하는 스폿 형상 화상 형성 공정을 포함하고 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a laser beam spot and shape detection method capable of accurately detecting a spot shape and a light-converging point position (focal distance) of a laser beam.
The present invention relates to a spot shape detection method of a laser beam which is generated by a laser beam oscillation means and detects a spot shape of a laser beam condensed by a condenser, (Z-axis) orthogonal to the Z-axis direction and a Y-axis direction orthogonal to the X-axis direction and the Z-axis direction on the optical axis (Z-axis) of the laser beam focused by the condenser A laser beam irradiating step of converging and irradiating a laser beam of an output which can not process the transparent substrate on the region where the fine prism formed on the transparent substrate is positioned by the condenser, In the X-axis direction and the Y-axis direction relative to the condenser in a state in which the laser beam is irradiated on the transparent substrate A light intensity detecting step of detecting the light intensity of the light refracted by the fine prism formed on the transparent substrate while moving the light intensity detecting means; and a light intensity detecting step of detecting the light intensity in the x, y coordinate values of the fine prism detected in the light intensity detecting step And a light intensity map creation step of creating an intensity map, wherein the light intensity detection step and the light intensity map creation step are performed at a plurality of detection positions in the Z axis direction in the light concentrator, And a spot shape image forming step of creating a spot shape image of the laser beam based on the light intensity map of the spot shape image.
Description
본 발명은 레이저 가공기의 레이저 광선 발진 수단으로부터 발진되어 집광기에 의해 집광되는 레이저 광선의 스폿 형상을 검출하는 레이저 광선의 스폿 형상 검출 방법 및 스폿 형상 검출 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a spot shape detection method and spot shape detection device for detecting a spot shape of a laser beam emitted from a laser beam oscillation means of a laser processing machine and condensed by a condenser.
반도체 디바이스 제조 공정에 있어서는, 대략 원판 형상인 반도체 웨이퍼의 표면에 격자형으로 형성된 분할 예정 라인에 의해 복수의 영역이 구획되고, 이 구획된 영역에 IC, LSI 등의 디바이스를 형성한다. 이와 같이 형성된 반도체 웨이퍼를 분할 예정 라인을 따라 절단함으로써 디바이스가 형성된 영역을 분할하여 개개의 디바이스를 제조하고 있다. 또한, 사파이어 기판이나 탄화규소 기판의 표면에 질화갈륨계 화합물 반도체 등이 적층된 광 디바이스 웨이퍼도 분할 예정 라인을 따라 절단함으로써 개개의 발광 다이오드, 레이저 다이오드 등의 광 디바이스로 분할되어, 전기 기기에 널리 이용되고 있다.In the semiconductor device manufacturing process, a plurality of regions are defined by a line to be divided which is formed in a lattice pattern on the surface of a semiconductor wafer which is substantially in a disk shape, and devices such as ICs and LSIs are formed in the divided regions. The semiconductor wafer thus formed is cut along the line to be divided so that the area where the device is formed is divided to manufacture individual devices. In addition, an optical device wafer in which a sapphire substrate or a silicon carbide substrate is laminated with a gallium nitride compound semiconductor or the like is also divided along an expected line to be divided into optical devices such as individual light emitting diodes and laser diodes, .
전술한 웨이퍼를 분할 예정 라인을 따라 분할하는 방법으로서, 웨이퍼에 대하여 흡수성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선을 분할 예정 라인을 따라 조사함으로써 파단의 기점이 되는 레이저 가공홈을 형성하고, 이 파단의 기점이 되는 레이저 가공홈이 형성된 분할 예정 라인을 따라 외력을 부여함으로써 할단하는 방법이 제안되어 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조).As a method of dividing the above-described wafer along a line to be divided, a laser machining groove serving as a starting point of fracture is formed by irradiating a wafer with a pulsed laser beam of a wavelength having a water absorbing property along a line to be divided, (See, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-3258).
또한, 전술한 웨이퍼를 분할 예정 라인을 따라 분할하는 방법으로서, 웨이퍼에 대하여 투과성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선을 이용하여, 분할하여야 하는 영역의 내부에 집광점을 맞추어 펄스 레이저 광선을 조사하는 레이저 가공 방법도 시도되어 있다. 이 레이저 가공 방법을 이용한 분할 방법은, 웨이퍼의 한쪽의 면측으로부터 내부에 집광점을 맞추어 웨이퍼에 대하여 투과성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선을 조사하고, 웨이퍼의 내부에 스트리트를 따라 개질층을 연속적으로 형성하며, 이 개질층이 형성됨으로써 강도가 저하한 스트리트를 따라 외력을 가함으로써, 웨이퍼를 파단하여 분할하는 것이다(예컨대, 특허문헌 2 참조).As a method of dividing the wafer along the line to be divided along the line to be divided, a pulse laser beam of a wavelength having a transmittance with respect to the wafer is used, and a laser beam process for irradiating a pulsed laser beam with a light- Methods have also been tried. In this dividing method using the laser processing method, a condensing point is set inward from one side of a wafer, a pulsed laser beam of a wavelength having a transmittance to the wafer is irradiated to the wafer, and a modified layer is continuously formed And the external force is applied along the streets where the strength is lowered by forming the modified layer, thereby breaking the wafer and dividing the wafer. (See, for example, Patent Document 2).
그런데, 레이저 광선을 집광하는 집광기는 다수의 볼록 렌즈와 오목 렌즈를 조합한 조합 렌즈에 의해 구성되어 있고, 또한 레이저 발진기로부터 집광기에 이르기까지의 광학계에 왜곡이 있기 때문에, 집광 스폿 형상이 반드시 원형 등의 의도한 형상으로 집광되는 것은 아니다. 레이저 광선의 집광 스폿 형상 및 집광 스폿의 크기가 가공 품질에 영향을 끼치는 것으로 판단하고 있으며, 이 때문에, 웨이퍼 등의 피가공물에 조사되는 레이저 광선의 스폿 형상 및 집광 스폿의 크기를 검출하고 있다.However, since the condenser for condensing the laser beam is composed of a combination lens in which a plurality of convex lenses and a concave lens are combined, and the optical system from the laser oscillator to the condenser is distorted, Is not condensed into the intended shape of the light source. It is determined that the shape of the focused spot of the laser beam and the size of the focused spot have an influence on the processing quality. For this reason, the spot shape of the laser beam irradiated on the workpiece such as a wafer and the size of the focused spot are detected.
그렇게 하여, 웨이퍼 등의 피가공물에 조사되는 레이저 광선의 스폿 형상 및 집광점 위치의 검출은, 예컨대 불투명 유리에 레이저 광선의 스폿을 위치 부여하고, CCD 카메라에 의해 이면으로부터 스폿을 촬상하는 방법이 실시되고 있지만, 불투명 유리의 산란광에 의해 정확한 스폿 형상 및 집광점 위치를 검출할 수 없는 문제가 있다.Thus, the detection of the spot shape and the position of the light-converging point of the laser beam irradiated on the workpiece such as a wafer is performed by, for example, locating a laser beam spot on an opaque glass and imaging the spot from the back surface with a CCD camera However, there is a problem that the accurate spot shape and the position of the light-converging point can not be detected by the scattered light of the opaque glass.
본 발명은 상기 사실을 감안하여 이루어진 것으로, 그 주된 기술적 과제는, 레이저 광선의 스폿 형상 및 집광점 위치(초점 거리)를 정확하게 검출할 수 있는 레이저 광선의 스폿 형상 검출 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is a main object of the present invention to provide a spot shape detection method of a laser beam capable of accurately detecting a spot shape of a laser beam and a focal point position (focal distance).
상기 주된 기술 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따르면, 레이저 광선 발진 수단에 의해 발진되어 집광기에 의해 집광된 레이저 광선의 스폿 형상을 검출하는 레이저 광선의 스폿 형상 검출 방법으로서,According to the present invention, there is provided a spot shape detection method of a laser beam which is generated by a laser beam oscillation means and detects a spot shape of a laser beam condensed by a condenser,
집광 스폿의 크기보다 작은 크기의 미세 프리즘이 표면에 형성된 투명 기판을 집광기에 의해 집광되는 레이저 광선의 광축(Z축) 상에 Z축 방향과 직교하는 X축 방향 및 Z축 방향과 X축 방향에 직교하는 Y축 방향으로 이동 가능하게 위치 부여하는 투명 기판 위치 부여 공정과,A transparent substrate having fine prisms smaller than the size of the condensing spot formed on its surface is placed on the optical axis (Z-axis) of the laser beam condensed by the condenser in the X-axis direction orthogonal to the Z-axis direction and in the Z- A transparent substrate positioning step of positioning the substrate in a Y-
상기 투명 기판에 형성된 미세 프리즘이 위치하는 영역에 상기 투명 기판을 가공할 수 없는 출력의 레이저 광선을 상기 집광기에 의해 집광하여 조사하는 레이저 광선 조사 공정과,A laser beam irradiation step of condensing and irradiating a laser beam of an output which can not process the transparent substrate on the region where the fine prism formed on the transparent substrate is located,
상기 투명 기판에 형성된 미세 프리즘이 위치하는 영역에 레이저 광선을 조사한 상태로 상기 투명 기판을 상기 집광기에 대하여 상대적으로 X축 방향 및 Y축 방향으로 이동시키면서 상기 투명 기판에 형성된 미세 프리즘에 의해 굴절된 광의 광강도를 광강도 검출 수단에 의해 검출하는 광강도 검출 공정과,A transparent prism is formed on the transparent substrate by moving the transparent substrate in the X-axis direction and the Y-axis direction relative to the light condenser while irradiating a laser beam on a region where the fine prisms formed on the transparent substrate are located, A light intensity detecting step of detecting light intensity by light intensity detecting means;
상기 광강도 검출 공정에 있어서 검출된 미세 프리즘의 x, y 좌표값에 있어서의 광강도 맵을 작성하는 광강도맵 작성 공정을 포함하고,And a light intensity map creating step of creating a light intensity map in x, y coordinate values of the fine prism detected in the light intensity detecting step,
상기 집광기를 Z축 방향에 있어서의 복수의 검출 위치에 있어서 상기 광강도 검출 공정 및 상기 광강도맵 작성 공정을 실시하며, 상기 광강도맵 작성 공정에서 작성된 복수의 광강도 맵에 기초하여 레이저 광선의 스폿 형상 화상을 작성하는 스폿 형상 화상 형성 공정과, 상기 스폿 형상 화상 형성 공정에 의해 작성된 스폿 형상 화상을 표시 수단에 표시하는 표시 공정을 포함하고 있는,The light intensity detecting step and the light intensity map forming step are performed at a plurality of detection positions in the Z axis direction of the condenser, A spot shape image forming step of forming a spot shape image; and a display step of displaying a spot shape image created by the spot shape image forming step on the display means,
것을 특징으로 하는 레이저 광선의 스폿 형상 검출 방법이 제공된다.The spot shape of the laser beam is detected.
또한, 본 발명에 따르면, 레이저 광선 발진 수단에 의해 발진되어 집광기에 의해 집광된 레이저 광선의 스폿 형상을 검출하는 레이저 광선의 스폿 형상 검출 장치로서,Further, according to the present invention, there is provided a spot shape detecting apparatus for a laser beam which detects a spot shape of a laser beam emitted by a laser beam emitting means and condensed by a light-
집광기에 의해 집광된 레이저 광선의 광축(Z축) 상에 설치되고 집광 스폿의 크기보다 작은 크기의 미세 프리즘이 표면에 형성된 투명 기판과, 상기 투명 기판을 Z축 방향과 직교하는 X축 방향으로 이동시키는 X축 방향 이동 수단과, 상기 투명 기판을 Z축 방향과 X축 방향에 직교하는 Y축 방향으로 이동시키는 Y축 방향 이동 수단과, 상기 집광기를 Z축 방향으로 이동시키는 Z축 방향 이동 수단과, 상기 투명 기판에 형성된 미세 프리즘의 X축 방향 위치를 검출하는 X축 방향 위치 검출 수단과, 상기 투명 기판에 형성된 미세 프리즘의 Y축 방향 위치를 검출하는 Y축 방향 위치 검출 수단과, 상기 집광기의 Z축 방향 위치를 검출하는 Z축 방향 위치 검출 수단과, 상기 투명 기판에 형성된 미세 프리즘에 의해 굴절된 광의 광강도를 검출하는 광강도 검출 수단과, 상기 광강도 검출 수단과 상기 X축 방향 위치 검출 수단과 상기 Y축 방향 위치 검출 수단 및 상기 Z축 방향 위치 검출 수단으로부터의 검출 신호에 기초하여 레이저 광선의 스폿 형상을 구하는 제어 수단과, 상기 제어 수단에 의해 구해진 레이저 광선의 스폿 형상을 표시하는 표시 수단을 구비하고,A transparent substrate provided on an optical axis (Z-axis) of the laser beam condensed by the condenser and having a size smaller than the size of the condensing spot formed on the surface thereof, and a transparent substrate on which the transparent substrate is moved in the X- Axis direction moving means for moving the transparent substrate in the Y-axis direction orthogonal to the Z-axis direction and the X-axis direction; Z-axis direction moving means for moving the condenser in the Z-axis direction; Axis direction position detecting means for detecting a position of the fine prism formed on the transparent substrate in the Y-axis direction, and a position detecting means for detecting a position of the fine prism formed on the transparent substrate, Z-axis direction position detecting means for detecting a Z-axis direction position, light intensity detecting means for detecting light intensity of light refracted by the fine prism formed on the transparent substrate, A control means for obtaining a spot shape of the laser beam based on light detection means, detection signals from the X-axis direction position detection means, the Y-axis direction position detection means and the Z-axis direction position detection means, And display means for displaying the spot shape of the laser beam obtained by the above-
상기 제어 수단은, 상기 레이저 광선 발진 수단을 작동시켜 상기 투명 기판에 형성된 미세 프리즘이 위치하는 영역에 상기 투명 기판을 가공할 수 없는 출력의 레이저 광선을 상기 집광기에 의해 집광하여 조사하는 레이저 광선 조사 공정과, 상기 투명 기판에 형성된 미세 프리즘이 위치하는 영역에 레이저 광선을 조사한 상태로 상기 X축 방향 이동 수단 및 상기 Y축 방향 이동 수단을 작동시켜 상기 투명 기판을 상기 집광기에 대하여 상대적으로 X축 방향 및 Y축 방향으로 이동시키면서 상기 투명 기판에 형성된 미세 프리즘에 의해 굴절된 광의 광강도를 광강도 검출 수단에 의해 검출하는 광강도 검출 공정과, 상기 광강도 검출 공정에 있어서 검출된 미세 프리즘의 x, y 좌표값에 있어서의 광강도 맵을 작성하는 광강도맵 작성 공정과, 상기 집광기를 Z축 방향에 있어서의 복수의 검출 위치에 있어서 상기 광강도 검출 공정 및 상기 광강도맵 작성 공정을 실시하며, 상기 광강도맵 작성 공정에서 작성된 복수의 광강도 맵에 기초하여 레이저 광선의 스폿 형상 화상을 작성하는 스폿 형상 화상 형성 공정과, 상기 스폿 형상 화상 형성 공정에 의해 작성된 스폿 형상 화상을 상기 표시 수단에 표시하는 표시 공정을 실행하는,Wherein the control means controls the laser beam irradiation step of operating the laser beam emission means to focus the laser beam on the region where the fine prism formed on the transparent substrate is located, Axis direction moving means and the Y-axis direction moving means in a state in which a laser beam is irradiated to a region where the fine prism formed on the transparent substrate is positioned, thereby to move the transparent substrate in the X- A light intensity detecting step of detecting the light intensity of the light refracted by the fine prism formed on the transparent substrate by the light intensity detecting means while moving in the Y axis direction; A light intensity map creating step of creating a light intensity map in the coordinate value, And a light intensity map forming step is carried out at a plurality of detection positions in the direction of the light intensity map in the light intensity map forming step and a spot shape image of the laser light beam is generated based on the plurality of light intensity maps created in the light intensity map forming step And a display step of displaying a spot shape image created by the spot shape image forming step on the display means,
것을 특징으로 하는 레이저 광선의 스폿 형상 검출 장치가 제공된다.And a laser beam spot shape detecting device for detecting a spot shape of the laser beam.
상기 투명 기판은 석영 기판으로 이루어지고, 미세 프리즘은 석영 기판에 형성되어 있다.The transparent substrate is made of a quartz substrate, and the fine prisms are formed on a quartz substrate.
또한, 상기 광강도 검출 수단은, 투명 기판에 형성된 미세 프리즘에 의해 굴절된 광의 광축 상에 위치 부여된 결상 렌즈와, 상기 결상 렌즈에 의해 결상된 광을 포착하는 포토 디텍터로 이루어져 있다.The light intensity detecting means comprises an imaging lens positioned on the optical axis of the light refracted by the fine prism formed on the transparent substrate and a photodetector for capturing the light imaged by the imaging lens.
본 발명에 따른 레이저 광선의 스폿 형상 검출 방법 및 스폿 형상 검출 장치에 있어서는, 집광 스폿의 크기보다 작은 크기의 미세 프리즘이 표면에 형성된 투명 기판을 집광기에 의해 집광되는 레이저 광선의 광축(Z축) 상에 Z축 방향과 직교하는 X축 방향 및 Z축 방향과 X축 방향에 직교하는 Y축 방향으로 이동 가능하게 위치 부여하는 투명 기판 위치 부여 공정과, 상기 투명 기판에 형성된 미세 프리즘이 위치하는 영역에 상기 투명 기판을 가공할 수 없는 출력의 레이저 광선을 상기 집광기에 의해 집광하여 조사하는 레이저 광선 조사 공정과, 투명 기판에 형성된 미세 프리즘이 위치하는 영역에 레이저 광선을 조사한 상태로 투명 기판을 집광기에 대하여 상대적으로 X축 방향 및 Y축 방향으로 이동시키면서 투명 기판에 형성된 미세 프리즘에 의해 굴절된 광의 광강도를 광강도 검출 수단에 의해 검출하는 광강도 검출 공정과, 광강도 검출 공정에 있어서 검출된 미세 프리즘의 x, y 좌표값에 있어서의 광강도 맵을 작성하는 광강도맵 작성 공정을 포함하고, 집광기를 Z축 방향에 있어서의 복수의 검출 위치에 있어서 광강도 검출 공정 및 광강도맵 작성 공정을 실시하며, 광강도맵 작성 공정에서 작성된 복수의 광강도 맵에 기초하여 레이저 광선의 스폿 형상 화상을 작성하는 스폿 형상 화상 형성 공정과, 상기 스폿 형상 화상 형성 공정에 의해 작성된 스폿 형상 화상을 표시 수단에 표시하는 표시 공정을 포함하고 있기 때문에, 광강도 맵에 기초하여 스폿의 경계부인 윤곽(스폿 형상)을 구할 수 있다. 그리고, 레이저 광선의 광축(Z축) 방향에 있어서의 복수의 검출 위치에 있어서 검출된 스폿의 크기(면적)가 최소가 되는 스폿이 집광 스폿이 되어, 집광 스폿의 크기(면적)를 구할 수 있으며, 집광기의 초점 거리를 정확하게 구할 수 있다.In the spot shape detecting method and the spot shape detecting apparatus of the present invention, the transparent substrate on which the fine prisms smaller in size than the focused spot are formed on the optical axis (Z axis) of the laser beam condensed by the concentrator A Z-axis direction orthogonal to the Z-axis direction, and a Y-axis direction orthogonal to the Z-axis direction and the Y-axis direction orthogonal to the Z-axis direction; A laser beam irradiation step of condensing and irradiating a laser beam having an output that can not process the transparent substrate by the condenser; and a step of irradiating the transparent substrate with a laser beam on a region where the fine prism formed on the transparent substrate is positioned, While being relatively moved in the X-axis direction and the Y-axis direction, refracted by the fine prisms formed on the transparent substrate A light intensity detecting step of detecting the light intensity of light by the light intensity detecting means and a light intensity map generating step of producing a light intensity map in the x and y coordinate values of the fine prism detected in the light intensity detecting step And a light intensity detecting step and a light intensity map forming step are carried out at a plurality of detection positions in the Z axis direction in the light concentrator, and the spot shape of the laser beam based on the plurality of light intensity maps created in the light intensity map forming step And a display step of displaying the spot-shaped image created by the spot-shaped image forming step on the display means. Therefore, it is possible to prevent the outline (spot Shape) can be obtained. A spot having a minimum size (area) of the spot detected at a plurality of detection positions in the direction of the optical axis (Z-axis) of the laser beam becomes a light focusing spot, and the size (area) of the light focusing spot can be obtained , The focal distance of the condenser can be obtained accurately.
도 1은 본 발명에 따른 레이저 광선의 스폿 형상 검출 방법이 실시되는 레이저 가공기의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시하는 레이저 가공기에 장비되는 레이저 광선 조사 수단의 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 레이저 광선의 스폿 형상 검출 장치를 구성하는 스폿 형상 검출 기구의 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시하는 스폿 형상 검출 기구의 구성 부재를 분해하여 도시하는 사시도이다.
도 5는 도 3에 도시하는 스폿 형상 검출 기구를 구성하는 투명 기판에 마련된 미세 프리즘과 광강도 검출 수단의 관계를 도시하는 설명도이다.
도 6은 도 1에 도시하는 레이저 가공기에 장비되는 제어 수단의 블록 구성도이다.
도 7은 본 발명에 따른 레이저 광선의 스폿 형상 검출 방법에 있어서의 투명 기판 위치 부여 공정의 설명도이다.
도 8은 본 발명에 따른 레이저 광선의 스폿 형상 검출 방법에 있어서의 광강도 검출 공정의 설명도이다.
도 9는 본 발명에 따른 레이저 광선의 스폿 형상 검출 방법에 있어서의 광강도맵 작성 공정에서 작성되는 광강도 맵의 일례를 도시하는 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 레이저 광선의 스폿 형상 검출 방법에 있어서의 스폿 형상 화상 형성 공정의 설명도이다.1 is a perspective view of a laser machining apparatus in which a spot shape detection method of a laser beam according to the present invention is practiced.
Fig. 2 is a block diagram of the laser beam irradiation means provided in the laser machining apparatus shown in Fig. 1. Fig.
3 is a perspective view of a spot shape detecting mechanism constituting an apparatus for detecting a spot shape of a laser beam according to the present invention.
Fig. 4 is a perspective view explaining the constituent members of the spot shape detecting mechanism shown in Fig. 3 in an exploded manner. Fig.
Fig. 5 is an explanatory view showing the relationship between the micro prisms provided in the transparent substrate constituting the spot shape detecting mechanism shown in Fig. 3 and the light intensity detecting means.
Fig. 6 is a block diagram of control means provided in the laser machining apparatus shown in Fig. 1. Fig.
Fig. 7 is an explanatory diagram of a transparent substrate position giving step in a spot shape detecting method of a laser beam according to the present invention.
8 is an explanatory diagram of a light intensity detecting step in a spot shape detecting method of a laser beam according to the present invention.
9 is a diagram showing an example of a light intensity map created in the light intensity map creation step in the spot shape detection method of a laser beam according to the present invention.
10 is an explanatory diagram of a spot-shaped image forming step in the spot shape detecting method of the laser beam according to the present invention.
이하, 본 발명에 따른 레이저 광선의 스폿 형상 검출 방법 및 스폿 형상 검출 장치의 적합한 실시형태에 대해서, 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Best Mode for Carrying Out the Invention Hereinafter, preferred embodiments of a spot shape detecting method and a spot shape detecting device of a laser beam according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1에는, 본 발명에 따른 레이저 광선의 스폿 형상 검출 방법을 실시하기 위한 레이저 가공기의 사시도가 도시되어 있다. 도 1에 도시하는 레이저 가공기는, 정지(靜止) 베이스(2)와, 상기 정지 베이스(2)에 화살표 X 로 나타내는 X축 방향으로 이동 가능하게 설치되어 피가공물을 유지하는 척 테이블 기구(3)와, 정지 베이스(2)에 상기 X축 방향과 직교하는 화살표 Y 로 나타내는 Y축 방향으로 이동 가능하게 설치된 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)와, 상기 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)에 X축 방향 및 Y축 방향에 대하여 수직인 화살표 Z 로 나타내는 Z축 방향으로 이동 가능하게 설치된 레이저 광선 조사 유닛(5)을 구비하고 있다.Fig. 1 is a perspective view of a laser processing machine for carrying out a spot shape detecting method of a laser beam according to the present invention. 1 includes a
상기 척 테이블 기구(3)는, 정지 베이스(2) 상에 X축 방향을 따라 평행하게 설치된 한쌍의 안내 레일(31, 31)과, 상기 안내 레일(31, 31) 상에 X축 방향으로 이동 가능하게 설치된 제1 미끄럼 이동 블록(32)과, 상기 제1 미끄럼 이동 블록(32) 상에 Y축 방향으로 이동 가능하게 설치된 제2 미끄럼 이동 블록(33)과, 상기 제2 미끄럼 이동 블록(33) 상에 원통 부재(34)에 의해 지지된 지지 테이블(35)과, 피가공물을 유지하는 유지 수단으로서의 척 테이블(36)을 구비하고 있다. 이 척 테이블(36)은 다공성 재료로 형성된 흡착 척(361)을 구비하고 있으며, 흡착 척(361)의 상면인 유지면 상에 피계측물을 도시하지 않는 흡인 수단에 의해 유지하도록 되어 있다. 이와 같이 구성된 척 테이블(36)은, 원통 부재(34) 내에 설치된 도시하지 않는 펄스 모터에 의해 회전된다. 또한, 척 테이블(36)에는, 피가공물을 보호 테이프를 통해 지지하는 환형의 프레임을 고정하기 위한 클램프(362)가 설치되어 있다.The
상기 제1 미끄럼 이동 블록(32)은, 그 하면에 상기 한쌍의 안내 레일(31, 31)과 감합하는 한쌍의 피안내홈(321, 321)이 마련되어 있으며, 그 상면에 X축 방향을 따라 평행하게 형성된 한쌍의 안내 레일(322, 322)이 마련되어 있다. 이와 같이 구성된 제1 미끄럼 이동 블록(32)은, 피안내홈(321, 321)이 한쌍의 안내 레일(31, 31)에 감합함으로써, 한쌍의 안내 레일(31, 31)을 따라 X축 방향으로 이동 가능하게 구성된다. 도시된 실시형태에 있어서의 척 테이블 기구(3)는, 제1 미끄럼 이동 블록(32)을 한쌍의 안내 레일(31, 31)을 따라 X축 방향으로 이동시키기 위한 X축 방향 이동 수단으로서의 가공 이송 수단(37)을 구비하고 있다. 가공 이송 수단(37)은, 상기 한쌍의 안내 레일(31과 31) 사이에 평행하게 설치된 수나사 로드(371)와, 상기 수나사 로드(371)를 회전 구동시키기 위한 펄스 모터(372) 등의 구동원을 포함하고 있다. 수나사 로드(371)는, 그 일단이 상기 정지 베이스(2)에 고정된 베어링 블록(373)에 회전 가능하게 지지되어 있고, 그 타단이 상기 펄스 모터(372)의 출력축에 전동(傳動) 연결되어 있다. 또한, 수나사 로드(371)는, 제1 미끄럼 이동 블록(32)의 중앙부 하면에 돌출하여 마련된 도시하지 않는 암나사 블록에 형성된 관통 암나사 구멍에 나사 결합되어 있다. 따라서, 펄스 모터(372)에 의해 수나사 로드(371)를 정회전 및 역회전 구동시킴으로써, 제1 미끄럼 이동 블록(32)은 안내 레일(31, 31)을 따라 X축 방향으로 이동된다.The first sliding
도시된 실시형태에 있어서의 레이저 가공기는, 상기 척 테이블(36)의 이동 위치를 검출하기 위한 X축 방향 위치 검출 수단(374)을 구비하고 있다. X축 방향 위치 검출 수단(374)은, 안내 레일(31)을 따라 설치된 리니어 스케일(374a)과, 제1 미끄럼 이동 블록(32)에 설치되어 제1 미끄럼 이동 블록(32)과 함께 리니어 스케일(374a)을 따라 이동하는 판독 헤드(374b)로 이루어져 있다. 이 X축 방향 위치 검출 수단(374)의 판독 헤드(374b)는, 도시된 실시형태에 있어서는 0.1 ㎛마다 1 펄스의 펄스 신호를 후술하는 제어 수단에 보낸다. 그리고 후술하는 제어 수단은, 입력한 펄스 신호를 카운트함으로써, 척 테이블(36)의 X축 방향 이동 위치를 검출한다.The laser processing machine in the illustrated embodiment is provided with X-axis direction position detection means 374 for detecting the movement position of the chuck table 36. [ The X-axis direction position detecting means 374 includes a
상기 제2 미끄럼 이동 블록(33)은, 그 하면에 상기 제1 미끄럼 이동 블록(32)의 상면에 마련된 한쌍의 안내 레일(322, 322)과 감합하는 한쌍의 피안내홈(331, 331)이 마련되어 있고, 이 피안내홈(331, 331)을 한쌍의 안내 레일(322, 322)에 감합함으로써, Y축 방향으로 이동 가능하게 구성된다. 도시된 실시형태에 있어서의 척 테이블 기구(3)는, 제2 미끄럼 이동 블록(33)을 제1 미끄럼 이동 블록(32)에 마련된 한쌍의 안내 레일(322, 322)을 따라 Y축 방향으로 이동시키기 위한 X축 방향 이동 수단으로서의 제1 인덱싱 이송 수단(38)을 구비하고 있다. 제1 인덱싱 이송 수단(38)은, 상기 한쌍의 안내 레일(322와 322) 사이에 평행하게 설치된 수나사 로드(381)와, 상기 수나사 로드(381)를 회전 구동시키기 위한 펄스 모터(382) 등의 구동원을 포함하고 있다. 수나사 로드(381)는, 그 일단이 상기 제1 미끄럼 이동 블록(32)의 상면에 고정된 베어링 블록(383)에 회전 가능하게 지지되어 있고, 그 타단이 상기 펄스 모터(382)의 출력축에 전동 연결되어 있다. 또한, 수나사 로드(381)는, 제2 미끄럼 이동 블록(33)의 중앙부 하면에 돌출하여 마련된 도시하지 않는 암나사 블록에 형성된 관통 암나사 구멍에 나사 결합되어 있다. 따라서, 펄스 모터(382)에 의해 수나사 로드(381)를 정회전 및 역회전 구동시킴으로써, 제2 미끄럼 이동 블록(33)은 안내 레일(322, 322)을 따라 Y축 방향으로 이동된다.The second sliding
도시된 실시형태에 있어서의 레이저 가공기는, 상기 제2 미끄럼 이동 블록(33)의 Y축 방향 이동 위치를 검출하기 위한 Y축 방향 위치 검출 수단(384)을 구비하고 있다. Y축 방향 위치 검출 수단(384)은, 안내 레일(322)을 따라 설치된 리니어 스케일(384a)과, 제2 미끄럼 이동 블록(33)에 설치되어 제2 미끄럼 이동 블록(33)과 함께 리니어 스케일(384a)을 따라 이동하는 판독 헤드(384b)로 이루어져 있다. 이 Y축 방향 위치 검출 수단(384)의 판독 헤드(384b)는, 도시된 실시형태에 있어서는 0.1 ㎛마다 1 펄스의 펄스 신호를 후술하는 제어 수단에 보낸다. 그리고 후술하는 제어 수단은, 입력한 펄스 신호를 카운트함으로써, 척 테이블(36)의 인덱싱 이송 위치를 검출한다.The laser machining apparatus according to the illustrated embodiment is provided with Y-axis direction position detecting means 384 for detecting the Y-axis direction moving position of the second sliding
상기 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)는, 정지 베이스(2) 상에 Y축 방향을 따라 평행하게 설치된 한쌍의 안내 레일(41, 41)과, 상기 안내 레일(41, 41) 상에 Y축 방향으로 이동 가능하게 설치된 가동 지지 베이스(42)를 구비하고 있다. 이 가동 지지 베이스(42)는, 안내 레일(41, 41) 상에 이동 가능하게 설치된 이동 지지부(421)와, 상기 이동 지지부(421)에 부착된 장착부(422)로 이루어져 있다. 장착부(422)는, 일측면에 Z축 방향으로 연장되는 한쌍의 안내 레일(423, 423)이 평행하게 마련되어 있다. 도시된 실시형태에 있어서의 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)는, 가동 지지 베이스(42)를 한쌍의 안내 레일(41, 41)을 따라 Y축 방향으로 이동시키기 위한 제2 인덱싱 이송 수단(43)을 구비하고 있다. 제2 인덱싱 이송 수단(43)은, 상기 한쌍의 안내 레일(41, 41) 사이에 평행하게 설치된 수나사 로드(431)와, 상기 수나사 로드(431)를 회전 구동시키기 위한 펄스 모터(432) 등의 구동원을 포함하고 있다. 수나사 로드(431)는, 그 일단이 상기 정지 베이스(2)에 고정된 도시하지 않는 베어링 블록에 회전 가능하게 지지되어 있고, 그 타단이 상기 펄스 모터(432)의 출력축에 전동 연결되어 있다. 또한, 수나사 로드(431)는, 가동 지지 베이스(42)를 구성하는 이동 지지부(421)의 중앙부 하면에 돌출하여 마련된 도시하지 않는 암나사 블록에 형성된 암나사 구멍에 나사 결합되어 있다. 이 때문에, 펄스 모터(432)에 의해 수나사 로드(431)를 정회전 및 역회전 구동시킴으로써, 가동 지지 베이스(42)는 안내 레일(41, 41)을 따라 Y축 방향으로 이동된다.The laser beam irradiation
도시된 실시형태에 있어서의 레이저 광선 조사 유닛(5)은, 유닛 홀더(51)와, 상기 유닛 홀더(51)에 부착된 레이저 광선 조사 수단(52)을 구비하고 있다. 유닛 홀더(51)는, 상기 장착부(422)에 마련된 한쌍의 안내 레일(423, 423)에 미끄럼 이동 가능하게 감합하는 한쌍의 피안내홈(511, 511)이 마련되어 있고, 이 피안내홈(511, 511)을 상기 안내 레일(423, 423)에 감합함으로써, Z축 방향으로 이동 가능하게 지지된다.The laser
도시된 레이저 광선 조사 수단(52)은, 상기 유닛 홀더(51)에 고정되어 실질상 수평으로 연장되는 원통 형상의 케이싱(521)을 포함하고 있다. 케이싱(521) 내에는 도 2에 나타내는 바와 같이 레이저 광선 발진 수단(522)과 출력 조정 수단(523)이 설치되어 있다. 이 레이저 광선 발진 수단(522) 및 출력 조정 수단(523)은, 후술하는 제어 수단에 의해 제어된다. 또한, 레이저 광선 조사 수단(52)은, 상기 레이저 광선 발진 수단(522)으로부터 발진되어 출력 조정 수단(523)에 의해 출력이 조정된 레이저 광선을 집광하여 척 테이블(36)에 유지된 피가공물에 조사하는 집광기(524)를 구비하고 있다. 이 집광기(524)는, 다수의 볼록 렌즈와 오목 렌즈를 조합한 조합 렌즈에 의해 구성되어 있으며, 상기 케이싱(521)의 선단부에 장착되어 있다.The illustrated laser beam irradiating means 52 includes a
도 1로 되돌아가 설명을 계속하면, 레이저 광선 조사 수단(52)을 구성하는 케이싱(521)의 전단부에는, 상기 집광기(524)로부터 조사되는 레이저 광선에 의해 레이저 가공하여야 하는 가공 영역을 검출하는 촬상 수단(55)이 설치되어 있다. 이 촬상 수단(55)은, 피가공물을 조명하는 조명 수단과, 상기 조명 수단에 의해 조명된 영역을 포착하는 광학계와, 상기 광학계에 의해 포착된 이미지를 촬상하는 촬상 소자(CCD) 등을 구비하며, 촬상한 화상 데이터를 도시하지 않는 제어 수단에 보낸다.1, the front end of the
도 1을 참조하여 설명을 계속하면, 도시된 실시형태에 있어서의 레이저 광선 조사 유닛(5)은, 유닛 홀더(51)를 한쌍의 안내 레일(423, 423)을 따라 Z축 방향으로 이동시키기 위한 Z축 방향 이동 수단(53)을 구비하고 있다. Z축 방향 이동 수단(53)은, 상기 가공 이송 수단(37)이나 제1 인덱싱 이송 수단(38) 및 제2 인덱싱 이송 수단(43)과 마찬가지로 한쌍의 안내 레일(423, 423) 사이에 설치된 수나사 로드(도시하지 않음)와, 상기 수나사 로드를 회전 구동시키기 위한 펄스 모터(532) 등의 구동원을 포함하고 있으며, 펄스 모터(532)에 의해 도시하지 않는 수나사 로드를 정회전 및 역회전 구동시킴으로써, 유닛 홀더(51)와 레이저 광선 조사 수단(52)을 한쌍의 안내 레일(423, 423)을 따라 Z축 방향으로 이동시킨다.1, the laser
도시된 실시형태에 있어서의 레이저 광선 조사 유닛(5)은, 레이저 광선 조사 수단(52)의 Z축 방향 위치를 검출하기 위한 Z축 방향 위치 검출 수단(54)을 구비하고 있다. Z축 방향 위치 검출 수단(54)은, 상기 안내 레일(423, 423)과 평행하게 설치된 리니어 스케일(54a)과, 상기 유닛 홀더(51)에 부착되어 유닛 홀더(51)와 함께 리니어 스케일(54a)을 따라 이동하는 판독 헤드(57b)로 이루어져 있다. 이 Z축 방향 위치 검출 수단(54)의 판독 헤드(54b)는, 도시된 실시형태에 있어서는 0.1 ㎛마다 1 펄스의 펄스 신호를 후술하는 제어 수단에 보낸다. 또한, 레이저 광선 조사 유닛(5)은, 레이저 광선 조사 수단(52)의 케이싱(521)의 전단부에 설치되어 후술하는 피가공물의 가공 영역을 촬상하는 촬상 수단(55)을 구비하고 있다. 이 촬상 수단(55)은, 촬상한 화상 신호를 후술하는 제어 수단에 보낸다.The laser
도 3에는, 상기 레이저 광선 조사 수단(52)의 레이저 광선 발진 수단(522)에 의해 발진되어 집광기(524)에 의해 집광된 레이저 광선의 스폿 형상을 검출하기 위한 스폿 형상 검출 장치를 구성하는 스폿 형상 검출 기구(6)의 사시도를 나타내고 있다. 스폿 형상 검출 기구(6)는, 베이스(61)와, 상기 베이스(61) 상에 설치된 지지 수단(62)과, 상기 지지 수단(62) 상에 지지되는 제1 지지 프레임체(63)와, 상기 제1 지지 프레임체(63)에 X축 방향으로 이동 가능하게 지지되는 제2 지지 프레임체(64)와, 상기 제2 지지 프레임체(64)에 Y축 방향으로 이동 가능하게 지지되는 투명 기판(65)과, 광강도 검출 수단(66)을 구비하고 있다.3 shows a spot shape constituting a spot shape detecting device for detecting the spot shape of the laser beam emitted by the laser beam emitting means 522 of the laser beam irradiating means 52 and condensed by the condenser 524 A perspective view of the
베이스(61)는, 도시된 실시형태에 있어서는 상기 척 테이블(36)과 대략 동일한 크기의 원반형으로 형성되어 있다. 상기 지지 수단(62)은 도시된 실시형태에 있어서는 도 4에 나타내는 바와 같이 4개의 지지 기둥(621)으로 이루어져 있고, 4개의 지지 기둥(621)은 사각 형상으로 배치되어 있다. 상기 제1 지지 프레임체(63)는, 도시된 실시형태에 있어서는 정사각형의 프레임을 형성하는 동일 길이를 갖는 4장의 측판(631, 632, 633, 634)과, 상기 측판의 하면에 있어서의 X축 방향에 평행한 측판(631, 632)의 하면에 장착되어 내방으로 돌출하는 한쌍의 제1 안내 레일(635, 635)로 이루어져 있다. 이와 같이 구성된 제1 지지 프레임체(63)는, 도 3에 나타내는 바와 같이 4개의 지지 기둥(621)으로 이루어지는 지지 수단(62) 상에 장착된다.In the illustrated embodiment, the
상기 제2 지지 프레임체(64)는, 도 4에 도시하는 바와 같이 직사각형의 프레임을 형성하는 동일 길이를 갖는 2장의 측판(641, 642) 및 동일 길이를 갖는 2장의 측판(643, 644)과, 상기 측판의 하면에 있어서의 Y축 방향에 평행한 측판(643, 644)의 하면에 장착되어 안쪽으로 돌출하는 한쌍의 제2 안내 레일(645, 645)로 이루어져 있다. 또한, 2장의 측판(643, 644)의 길이는, 상기 제1 지지 프레임체(63)의 측판(631과 632)의 내면 사이에 대응한 치수로 형성되어 있다. 또한, 2장의 측판(641, 642)의 길이는, 상기 제1 지지 프레임체(63)의 측판(633과 634)의 길이보다 짧은 치수로 형성되어 있다. 이와 같이 구성된 제2 지지 프레임체(64)의 Y축 방향에 평행한 한쪽의 측판(643)의 외면에는, X축 방향 이동 수단(67)이 장착되어 있다. 이 X축 방향 이동 수단(67)은, 인가하는 전압에 따라 확장 폭이 변화하는 피에조 소자로 이루어져 있고, 도시된 실시형태에 있어서는 1 V의 전압을 인가하면 1 ㎛ 확장하도록 되어 있다. 이와 같이 구성된 제2 지지 프레임체(64)와 X축 방향 이동 수단(67)은, 도 3에 나타내는 바와 같이 제1 지지 프레임체(63) 내에 있어서 제1 안내 레일(635, 635) 상에 배치된다. 그리고, X축 방향 이동 수단(67)의 외면[측판(643)의 외면에 장착된 면과 반대측의 면]이 제1 지지 프레임체(63)를 구성하는 측판(633)의 내면에 장착된다. 따라서, X축 방향 이동 수단(67)에 전압을 인가함으로써, X축 방향 이동 수단(67)은 제1 안내 레일(635, 635)을 따라 X축 방향으로 인가 전압에 대응하여 확장된다.As shown in Fig. 4, the
상기 투명 기판(65)은, 도시된 실시형태에 있어서는 정사각형의 석영 기판으로 이루어져 있고, 그 한 변이 상기 제2 지지 프레임체(64)의 Y축 방향에 평행한 측판(643, 644)의 내면 사이에 대응한 치수로 설정되어 있다. 투명 기판(65)의 표면 중앙부에는, 상기 집광기(524)로부터 조사되는 레이저 광선의 집광 스폿의 크기보다 작은 크기의 미세 프리즘(651)이 형성되어 있다. 이 미세 프리즘(651)은, 길이(A)가 2 ㎛, 폭(B)이 2 ㎛로 형성되어 있으며, 도 5에 나타내는 바와 같이 경사 각도(C)가 30도로 설정되어 있다. 이와 같이 구성된 투명 기판(65)에 있어서의 미세 프리즘(651)의 폭(B) 방향에 평행한 측면에는, Y축 방향 이동 수단(68)이 장착되어 있다. 이 Y축 방향 이동 수단(68)은, 상기 X축 방향 이동 수단(67)과 마찬가지로 인가하는 전압에 따라 확장 폭이 변화하는 피에조 소자로 이루어져 있고, 도시된 실시형태에 있어서는 1 V의 전압을 인가하면 1 ㎛ 확장하도록 되어 있다. 이와 같이 구성된 투명 기판(65)과 Y축 방향 이동 수단(68)은, 도 3 및 도 4에 도시하는 바와 같이 제2 지지 프레임체(64) 내에 있어서 제2 안내 레일(645, 645) 상에 배치된다. 그리고, Y축 방향 이동 수단(68)의 외면[투명 기판(65)의 측면에 장착된 면과 반대측의 면]이 제2 지지 프레임체(64)를 구성하는 측판(642)의 내면에 장착된다. 따라서, Y축 방향 이동 수단(68)에 전압을 인가함으로써, 투명 기판(65)은 제2 안내 레일(645, 645)을 따라 Y축 방향으로 인가 전압에 대응하여 확장된다.The
상기 광강도 검출 수단(66)은, 상기 베이스(61) 상에 있어서 미세 프리즘(651)에 의해 굴절되는 광을 포착할 수 있는 위치에 설치되어 있다. 이 광강도 검출 수단(66)은, 도 5에 나타내는 바와 같이 미세 프리즘(651)에 의해 굴절되는 광의 광축 상에 위치 부여된 결상 렌즈(661)와, 상기 결상 렌즈(661)에 의해 결상된 광을 포착하는 포토 디텍터(662)로 이루어져 있다. 이와 같이 구성된 광강도 검출 수단(66)은, 포토 디텍터(662)가 포착한 광의 광강도에 대응하는 전압 신호를 후술하는 제어 수단에 보낸다.The light
도시된 실시형태에 있어서의 레이저 가공기는, 도 6에 도시하는 제어 수단(7)을 구비하고 있다. 제어 수단(7)은 컴퓨터에 의해 구성되어 있고, 제어 프로그램에 따라 연산 처리하는 중앙 처리 장치(CPU)(71)와, 제어 프로그램 등을 저장하는 리드 온리 메모리(ROM)(72)와, 연산 결과 등을 저장하는 기록 및 판독 가능한 랜덤 액세스 메모리(RAM)(73)와, 카운터(74)와, 입력 인터페이스(75) 및 출력 인터페이스(76)를 구비하고 있다. 제어 수단(7)의 입력 인터페이스(75)에는, 상기 X축 방향 위치 검출 수단(374), Y축 방향 위치 검출 수단(384), Z축 방향 위치 검출 수단(54), 촬상 수단(55), 광강도 검출 수단(66)의 포토 디텍터(662) 등으로부터의 검출 신호가 입력된다. 그리고, 제어 수단(7)의 출력 인터페이스(76)로부터는, 상기 펄스 모터(372), 펄스 모터(382), 펄스 모터(432), 펄스 모터(532), 레이저 광선 발진 수단(522), 출력 조정 수단(523), X축 방향 이동 수단(67), Y축 방향 이동 수단(68), 표시 수단(70) 등에 제어 신호를 출력한다.The laser processing machine in the illustrated embodiment is provided with the control means 7 shown in Fig. The control means 7 is constituted by a computer and includes a central processing unit (CPU) 71 for performing calculation processing in accordance with a control program, a read only memory (ROM) 72 for storing a control program and the like, A random access memory (RAM) 73, a
도시된 실시형태에 있어서의 레이저 가공기는 전술하는 바와 같이 구성되어 있고, 이하에 그 작용에 대해서 설명한다.The laser processing machine in the illustrated embodiment is configured as described above, and its operation will be described below.
전술한 레이저 가공기에 있어서의 레이저 광선 조사 수단(52)의 집광기(524)로부터 조사되는 레이저 광선의 스폿 형상을 검출하기 위해서는, 도 7에 도시하는 바와 같이 상기 미세 프리즘(651)을 갖는 투명 기판(65)을 구비한 스폿 형상 검출 기구(6)의 베이스(61)를 척 테이블(36) 상에 배치한다. 이때, 제1 지지 프레임체(63)를 구성하는 측판(631, 632)이 X축 방향에 평행하게 되도록 위치 부여한다. 그리고, 도시하지 않는 흡인 수단을 작동시킴으로써 스폿 형상 검출 기구(6)를 척 테이블(36) 상에 흡인 유지한다. 이와 같이 하여, 스폿 형상 검출 기구(6)가 유지된 척 테이블(36)은, X축 방향 이동 수단으로서의 가공 이송 수단(37) 및 Y축 방향 이동 수단으로서의 제1 인덱싱 이송 수단(38)을 작동시켜 척 테이블(36)의 중심 위치를 레이저 광선 조사 수단(52)의 집광기(524)의 바로 아래[집광기(524)에 의해 집광되는 레이저 광선의 광축(Z축) 상]에 위치 부여한다(투명 기판 위치 부여 공정).In order to detect the spot shape of the laser beam irradiated from the
척 테이블(36)의 중심 위치를 레이저 광선 조사 수단(52)의 집광기(524)의 바로 아래에 위치 부여하였다면, 레이저 광선 조사 수단(52)을 작동시켜 집광기(524)로부터 척 테이블(36)에 유지된 스폿 형상 검출 기구(6)를 구성하는 투명 기판(65)에 형성된 미세 프리즘(651)이 위치하는 영역에 레이저 광선을 조사한다. 이와 같이 하여 조사된 레이저 광선은, 투명 기판(65)을 가공할 수 없는 출력(예컨대 0.01 W)으로 설정되어 있다(레이저 광선 조사 공정).If the center position of the chuck table 36 is positioned immediately below the
다음에, Z축 방향 이동 수단(53)을 작동시켜 레이저 광선 조사 수단(52)의 집광기(524)를 Z축 방향으로 이동시키고, 집광기(524)에 의해 집광되는 레이저 광선의 집광점이 척 테이블(36)에 유지된 스폿 형상 검출 기구(6)를 구성하는 투명 기판(65)의 표면(상면)보다 설계값으로서 정해진 양만큼 높은 제1 검출 위치(Z1)에 위치 부여한다. 그리고, 척 테이블(36)에 유지된 스폿 형상 검출 기구(6)를 구성하는 투명 기판(65)에 형성된 미세 프리즘(651)이 위치하는 영역을 도 8에 도시하는 광강도 검출 공정 개시 위치(x1, y1)에 위치 부여한다. 도 8에는, 레이저 광선 조사 수단(52)의 집광기(524)로부터 투명 기판(65)에 조사된 레이저 광선의 스폿(S)과, 스폿 형상 검출 기구(6)를 구성하는 투명 기판(65)에 형성된 미세 프리즘(651)을 과장된 상태로 도시되어 있다. 즉, 제어 수단(7)은, X축 방향 이동 수단으로서의 가공 이송 수단(37) 및 Y축 방향 이동 수단으로서의 제1 인덱싱 이송 수단(38)을 작동시켜 척 테이블(36)을 X축 방향 및 Y축 방향으로 이동시키며, X축 방향 위치 검출 수단(374) 및 Y축 방향 위치 검출 수단(384)으로부터의 검출 신호에 기초하여 척 테이블(36)에 유지된 스폿 형상 검출 기구(6)를 구성하는 투명 기판(65)에 형성된 미세 프리즘(651)을 예컨대 (x1, y1)의 좌표값에 위치 부여한다. 그리고, 스폿 형상 검출 기구(6)의 제1 지지 프레임체(63)에 장착된 X축 방향 이동 수단(67)에 인가하는 전압을 1 V씩 상승시켜, 제1 지지 프레임체(63)에 배치된 제2 지지 프레임체(64) 상에 배치되어 있는 투명 기판(65)에 형성된 미세 프리즘(651)을 (xn, y1)의 좌표값까지 이동시킨다. 이 투명 기판(65)에 형성된 미세 프리즘(651)의 이동은, 레이저 광선의 스폿(S)이 위치하고 있지 않은 영역으로부터 스폿(S)이 위치하고 있는 영역을 통과하여 스폿(S)이 위치하고 있지 않은 영역에 이른다. 이와 같이 하여 이동하는 투명 기판(65)에 형성된 미세 프리즘(651)이 레이저 광선의 스폿(S) 영역에 위치하고 있지 않을 때는 레이저 광선이 조사되지 않기 때문에 광강도 검출 수단(66)의 포토 디텍터(662)에 의해 포착되는 광의 강도는 매우 작고, 미세 프리즘(651)이 레이저 광선의 스폿(S) 영역에 위치할 때는 레이저 광선이 조사되기 때문에 포토 디텍터(662)에 의해 포착되는 광의 강도는 높다. 그리고, 미세 프리즘(651)이 레이저 광선의 스폿(S)의 경계부에 위치할 때는 부분적으로 레이저 광선이 조사되기 때문에 포토 디텍터(662)에 의해 포착되는 광의 강도는 비교적 낮다. 이와 같이 하여 투명 기판(65)에 형성된 미세 프리즘(651)이 이동할 때에, 광강도 검출 수단(66)의 포토 디텍터(662)는 투명 기판(65)에 형성된 미세 프리즘(651)에 의해 굴절된 광을 수광하여, 그 광강도 신호를 제어 수단(7)에 보낸다. 제어 수단(7)은, 포토 디텍터(662)로부터의 광강도 신호와 X축 방향 이동 수단(67)에 인가한 전압값 및 Y축 방향 이동 수단(68)에 인가한 전압값에 기초하여 1 ㎛마다의 좌표값에 대응한 광강도를 랜덤 액세스 메모리(RAM)(73)에 저장한다. 따라서, X축 방향 이동 수단(67)에 인가하는 전압값 및 Y축 방향 이동 수단(68)에 인가하는 전압값을 제어하는 제어 수단은, 투명 기판(65)에 형성된 미세 프리즘(651)의 X축 방향 위치를 검출하는 X축 방향 위치 검출 수단 및 Y축 방향 위치를 검출하는 Y축 방향 위치 검출 수단으로서 기능한다.Next, the Z-axis direction moving means 53 is operated to move the
전술한 바와 같이, (x1, y1) 좌표값으로부터 (xn, y1) 좌표값까지 주사(走査)하였다면, X축 방향 이동 수단(67)에 인가한 전압을 해제한다. 이 결과, 투명 기판(65)에 형성된 미세 프리즘(651)은, (x1, y1)의 좌표값으로 되돌아간다. 다음에, Y축 방향 이동 수단(68)에 1 V의 전압을 인가한다. 이 결과, 투명 기판(65)은 제2 안내 레일(645, 645)을 따라 Y축 방향으로 1 ㎛ 확장되며, 투명 기판(65)에 형성된 미세 프리즘(651)이 (x1, y2)의 좌표값에 위치 부여된다. 그리고, 스폿 형상 검출 기구(6)의 제1 지지 프레임체(63)에 장착된 X축 방향 이동 수단(67)에 인가하는 전압을 1 V씩 상승시켜, 제1 지지 프레임체(63)에 배치된 제2 지지 프레임체(64) 상에 배치되어 있는 투명 기판(65)에 형성된 미세 프리즘(651)을 (xn, y2)의 좌표값까지 이동시킨다. 이와 같이 하여 투명 기판(65)에 형성된 미세 프리즘(651)이 이동할 때에, 광강도 검출 수단(66)의 포토 디텍터(662)는 투명 기판(65)에 형성된 미세 프리즘(651)에 의해 굴절된 광을 수광하여, 그 광강도 신호를 제어 수단(7)에 보낸다. 제어 수단(7)은, 포토 디텍터(662)로부터의 광강도 신호와 X축 방향 이동 수단(67)에 인가한 전압값 및 Y축 방향 이동 수단(68)에 인가한 전압값에 기초하여 1 ㎛마다의 좌표값에 대응한 광강도를 랜덤 액세스 메모리(RAM)(73)에 저장한다. 다음에 제어 수단(7)은, (x1, y3) 좌표값으로부터 (xn, y3) 좌표값까지 주사하며, 이후 순차 (x1, yn) 좌표값으로부터 (xn, yn) 좌표값까지 주사하여, 광강도 검출 수단(66)에 의해 검출된 각 (x, y) 좌표값에 있어서의 광강도를 랜덤 액세스 메모리(RAM)(73)에 저장한다.As described above, if scanning is performed from the (x1, y1) coordinate value to the (xn, y1) coordinate value, the voltage applied to the X-axis direction moving means 67 is released. As a result, the
이상과 같이 하여 제1 검출 위치(Z1)에 있어서의 (x1, y1) 좌표값으로부터 (xn, yn) 좌표값까지의 광강도 검출 공정을 실시하였다면, 제어 수단(7)은, 랜덤 액세스 메모리(RAM)(73)에 저장된 각 (x, y) 좌표값에 있어서의 투명 기판(65)에 형성된 미세 프리즘(651)에 의해 굴절된 광의 광강도에 기초하여, 예컨대 도 9에 도시하는 바와 같이 제1 검출 위치(Z1)의 각 (x, y) 좌표값에 있어서의 광강도 맵을 작성하여, 랜덤 액세스 메모리(RAM)(73)에 저장한다(광강도맵 작성 공정).If the light intensity detection process from the (x1, y1) coordinate value to the (xn, yn) coordinate value at the first detection position Z1 is performed as described above, the control means 7 controls the light intensity 9) based on the light intensity of the light refracted by the
전술한 바와 같이 제1 검출 위치(Z1)에 있어서의 광강도 검출 공정 및 광강도맵 작성 공정을 실시하였다면, 제어 수단(7)은 Z축 방향 이동 수단(53)을 작동시켜 레이저 광선 조사 수단(52)의 집광기(524)를 Z축 방향으로 1 ㎛ 하강시키고, 집광기(524)를 제2 검출 위치(Z2)에 위치 부여한다. 그리고, 제2 검출 위치(Z2)에 있어서, 상기 광강도 검출 공정 및 광강도맵 작성 공정을 실시한다. 이후, Z축 방향 이동 수단(53)을 작동시켜 레이저 광선 조사 수단(52)의 집광기(524)를 Z축 방향으로 1 ㎛씩 하강시키고, 제3 검출 위치(Z3), 제4 검출 위치(Z4), 제5 검출 위치(Z5)∼제n 검출 위치(Zn)에 있어서 각각 전술한 광강도 검출 공정 및 광강도맵 작성 공정을 행한다.The control means 7 operates the Z-axis direction moving means 53 to drive the laser beam irradiation means (the Z-axis direction moving means) The
다음에, 제어 수단(7)은, 상기 각 검출 위치(Z1∼Zn)에 있어서의 광강도 맵에 기초하여 레이저 광선의 스폿 형상 화상을 작성한다(스폿 형상 화상 형성 공정). 이 스폿 형상 화상 형성 공정에 있어서는, 전술한 바와 같이 스폿(S)의 경계부에 있어서는 부분적으로 레이저 광선이 조사되므로 포토 디텍터(662)에 의해 포착되는 광의 강도는 비교적 낮기 때문에, 이 비교적 낮은 광강도의 (x, y) 좌표값에 기초하여 스폿(S)의 윤곽을 구할 수 있다. 도 10에는, 스폿 형상 화상 형성 공정에 의해 구해진 각 검출 위치(Z1∼Z5)에 있어서의 스폿(S)의 윤곽을 도시하고 있으며, 이 화상이 표시 수단(70)에 표시된다(표시 공정). 따라서, 표시 수단(70)에 표시된 스폿(S)의 윤곽에 기초하여 스폿 형상을 확인할 수 있다. 또한, 도 10에 있어서는, 제3 검출 위치(Z3)에 있어서 스폿(S)의 크기(면적)가 최소로 되어 있다. 따라서, 제3 검출 위치(Z3)에 있어서의 스폿(S)이 집광 스폿이 되어, 집광 스폿의 크기(면적)을 구할 수 있으며, 집광기(524)의 초점 거리를 정확하게 구할 수 있다. 또한, 도 10에 도시하는 실시형태에 있어서는, 제1 검출 위치(Z1) 및 제2 검출 위치(Z2)의 화상은 집광기(524)가 초점 거리보다 높은 위치에 위치 부여된 상태를 나타내고, 제4 검출 위치(Z4) 및 제5 검출 위치(Z5)의 화상은 집광기(524)가 초점 거리보다 낮은 위치에 위치 부여된 상태를 나타내고 있다. 또한, 전술한 스폿 형상 화상 형성 공정에 있어서 작성된 스폿 형상이 설정된 형상과 상이한 경우에는, 가공 품질에 영향을 끼치기 때문에, 집광기를 교환하거나 그룹 렌즈 등의 광학계의 수정을 행한다.Next, the control means 7 creates a spot-shaped image of the laser beam on the basis of the light intensity maps at the detection positions Z1 to Zn (spot-shaped image forming step). In this spot-shaped image forming process, since the laser beam is partially irradiated at the boundary of the spot S as described above, the intensity of the light captured by the
이상, 본 발명을 도시된 실시형태에 기초하여 설명하였지만, 본 발명은 실시형태에만 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 취지의 범위에서 여러가지 변형이 가능하다. 예컨대 도시된 실시형태에 있어서는, 미세 프리즘(651)이 표면에 형성된 투명 기판(65)을 X축 방향 및 X축 방향으로 이동시키는 이동 수단으로서 피에조 소자로 이루어지는 X축 방향 이동 수단(67) 및 Y축 방향 이동 수단(68)을 이용한 예를 나타내었지만, 미세 프리즘(651)이 표면에 형성된 투명 기판(65)을 X축 방향 및 X축 방향으로 이동하는 이동 수단으로서는 척 테이블(36)을 X축 방향 및 X축 방향으로 이동하는 X축 방향 이동 수단으로서의 가공 이송 수단(37) 및 Y축 방향 이동 수단으로서의 제1 인덱싱 이송 수단(38)을 이용할 수 있다. 이 경우, 투명 기판(65)에 형성된 미세 프리즘(651)의 X축 방향 위치 및 Y축 방향 위치의 검출은, 척 테이블(36)의 X축 방향 위치 및 Y축 방향 위치를 검출하는 X축 방향 위치 검출 수단(374) 및 X축 방향 위치 검출 수단(374)을 이용할 수 있다.Although the present invention has been described based on the embodiments shown in the drawings, the present invention is not limited to the embodiments, and various modifications are possible within the scope of the present invention. For example, in the illustrated embodiment, the moving means for moving the
2: 정지 베이스
3: 척 테이블 기구
36: 척 테이블
37: 가공 이송 수단
374: X축 방향 위치 검출 수단
38: 제1 인덱싱 이송 수단
384: Y축 방향 위치 검출 수단
4: 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구
43: 제2 인덱싱 이송 수단
5: 레이저 광선 조사 유닛
52: 레이저 광선 조사 수단
524: 집광기
53: Z축 방향 이동 수단
54: Z축 방향 위치 검출 수단
6: 스폿 형상 검출 기구
61: 베이스
63: 제1 지지 프레임체
64: 제2 지지 프레임체
65: 투명 기판
651: 미세 프리즘
66: 광강도 검출 수단
67: X축 방향 이동 수단
68: Y축 방향 이동 수단
7: 제어 수단
70: 표시 수단2: Stop base
3: chuck table mechanism
36: Chuck table
37:
374: X-axis direction position detection means
38: first indexing conveying means
384: Y-axis direction position detection means
4: Laser beam irradiation unit support mechanism
43: second indexing conveying means
5: laser beam irradiation unit
52: laser beam irradiation means
524: Concentrator
53: Z-axis direction moving means
54: Z-axis direction position detection means
6: Spot shape detection mechanism
61: Base
63: first support frame
64: second support frame
65: transparent substrate
651: fine prism
66: light intensity detecting means
67: X-axis direction moving means
68: Y-axis direction moving means
7: Control means
70: display means
Claims (4)
집광 스폿의 크기보다 작은 크기의 미세 프리즘이 표면에 형성된 투명 기판을, 집광기에 의해 집광되는 레이저 광선의 광축(Z축) 상에 Z축 방향과 직교하는 X축 방향 및 Z축 방향과 X축 방향에 직교하는 Y축 방향으로 이동 가능하게 위치 부여하는 투명 기판 위치 부여 공정과,
상기 투명 기판에 형성된 미세 프리즘이 위치하는 영역에, 상기 투명 기판을 가공할 수 없는 출력의 레이저 광선을 상기 집광기에 의해 집광하여 조사하는 레이저 광선 조사 공정과,
상기 투명 기판에 형성된 미세 프리즘이 위치하는 영역에 레이저 광선을 조사한 상태로 상기 투명 기판을 상기 집광기에 대하여 상대적으로 X축 방향 및 Y축 방향으로 이동시키면서 상기 투명 기판에 형성된 미세 프리즘에 의해 굴절된 광의 광강도를 광강도 검출 수단에 의해 검출하는 광강도 검출 공정과,
상기 광강도 검출 공정에 있어서 검출된 미세 프리즘의 x, y 좌표값에 있어서의 광강도 맵을 작성하는 광강도맵 작성 공정
을 포함하고,
상기 집광기를 Z축 방향에 있어서의 복수의 검출 위치에 있어서 상기 광강도 검출 공정 및 상기 광강도맵 작성 공정을 실시하며, 상기 광강도맵 작성 공정에서 작성된 복수의 광강도 맵에 기초하여 레이저 광선의 스폿 형상 화상을 작성하는 스폿 형상 화상 형성 공정과, 상기 스폿 형상 화상 형성 공정에 의해 작성된 스폿 형상 화상을 표시 수단에 표시하는 표시 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 광선의 스폿 형상 검출 방법.A spot shape detection method of a laser beam which is generated by a laser beam oscillation means and which detects a spot shape of a laser beam condensed by a condenser,
A transparent substrate on which fine prisms having a size smaller than the size of the condensing spot is formed on the surface is disposed on an optical axis (Z-axis) of a laser beam condensed by the condenser, in an X-axis direction orthogonal to the Z- Axis direction perpendicular to the Y-axis direction;
A laser beam irradiation step of condensing and irradiating a laser beam of an output which can not process the transparent substrate by the condenser, in a region where the fine prism formed on the transparent substrate is located;
A transparent prism is formed on the transparent substrate by moving the transparent substrate in the X-axis direction and the Y-axis direction relative to the light condenser while irradiating a laser beam on a region where the fine prisms formed on the transparent substrate are located, A light intensity detecting step of detecting light intensity by light intensity detecting means;
A light intensity map creating step of creating a light intensity map in x, y coordinate values of the fine prism detected in the light intensity detecting step
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The light intensity detecting step and the light intensity map forming step are performed at a plurality of detection positions in the Z axis direction of the condenser, A spot shape image forming step of creating a spot shape image; and a display step of displaying the spot shape image created by the spot shape image formation step on the display means.
집광기에 의해 집광된 레이저 광선의 광축(Z축) 상에 설치되고 집광 스폿의 크기보다 작은 크기의 미세 프리즘이 표면에 형성된 투명 기판과, 상기 투명 기판을 Z축 방향에 직교하는 X축 방향으로 이동시키는 X축 방향 이동 수단과, 상기 투명 기판을 Z축 방향과 X축 방향에 직교하는 Y축 방향으로 이동시키는 Y축 방향 이동 수단과, 상기 집광기를 Z축 방향으로 이동시키는 Z축 방향 이동 수단과, 상기 투명 기판에 형성된 미세 프리즘의 X축 방향 위치를 검출하는 X축 방향 위치 검출 수단과, 상기 투명 기판에 형성된 미세 프리즘의 Y축 방향 위치를 검출하는 Y축 방향 위치 검출 수단과, 상기 집광기의 Z축 방향 위치를 검출하는 Z축 방향 위치 검출 수단과, 상기 투명 기판에 형성된 미세 프리즘에 의해 굴절된 광의 광강도를 검출하는 광강도 검출 수단과, 상기 광강도 검출 수단과 상기 X축 방향 위치 검출 수단과 상기 Y축 방향 위치 검출 수단 및 상기 Z축 방향 위치 검출 수단으로부터의 검출 신호에 기초하여 레이저 광선의 스폿 형상을 구하는 제어 수단과, 상기 제어 수단에 의해 구해진 레이저 광선의 스폿 형상을 표시하는 표시 수단을 구비하고,
상기 제어 수단은, 상기 레이저 광선 발진 수단을 작동시켜 상기 투명 기판에 형성된 미세 프리즘이 위치하는 영역에, 상기 투명 기판을 가공할 수 없는 출력의 레이저 광선을 상기 집광기에 의해 집광하여 조사하는 레이저 광선 조사 공정과, 상기 투명 기판에 형성된 미세 프리즘이 위치하는 영역에 레이저 광선을 조사한 상태로 상기 X축 방향 이동 수단 및 상기 Y축 방향 이동 수단을 작동시켜 상기 투명 기판을 상기 집광기에 대하여 상대적으로 X축 방향 및 Y축 방향으로 이동시키면서, 상기 투명 기판에 형성된 미세 프리즘에 의해 굴절된 광의 광강도를 광강도 검출 수단에 의해 검출하는 광강도 검출 공정과, 상기 광강도 검출 공정에 있어서 검출된 미세 프리즘의 x, y 좌표값에 있어서의 광강도 맵을 작성하는 광강도맵 작성 공정과, 상기 집광기를 Z축 방향에 있어서의 복수의 검출 위치에 있어서 상기 광강도 검출 공정 및 상기 광강도맵 작성 공정을 실시하며, 상기 광강도맵 작성 공정에서 작성된 복수의 광강도 맵에 기초하여 레이저 광선의 스폿 형상 화상을 작성하는 스폿 형상 화상 형성 공정과, 상기 스폿 형상 화상 형성 공정에 의해 작성된 스폿 형상 화상을 상기 표시 수단에 표시하는 표시 공정을 실행하는 것을 특징으로 하는 레이저 광선의 스폿 형상 검출 장치.A spot shape detecting apparatus for a laser beam which detects a spot shape of a laser beam emitted by a laser beam generating means and condensed by a condenser,
A transparent substrate provided on an optical axis (Z-axis) of the laser beam condensed by the condenser and having a size smaller than the size of the focused spot on the surface; Axis direction moving means for moving the transparent substrate in the Y-axis direction orthogonal to the Z-axis direction and the X-axis direction; Z-axis direction moving means for moving the condenser in the Z-axis direction; Axis direction position detecting means for detecting a position of the fine prism formed on the transparent substrate in the Y-axis direction, and a position detecting means for detecting a position of the fine prism formed on the transparent substrate, Z-axis direction position detecting means for detecting a Z-axis direction position, light intensity detecting means for detecting light intensity of light refracted by the fine prism formed on the transparent substrate, A control means for obtaining a spot shape of the laser beam based on light detection means, detection signals from the X-axis direction position detection means, the Y-axis direction position detection means and the Z-axis direction position detection means, And display means for displaying the spot shape of the laser beam obtained by the above-
Wherein the control means controls the laser beam irradiation means to operate the laser beam emission means to irradiate a laser beam on a region where fine prisms formed on the transparent substrate are located, Axis direction moving means and the Y-axis direction moving means in a state in which a laser beam is irradiated to a region in which the fine prisms formed on the transparent substrate are located, to move the transparent substrate in the X-axis direction A light intensity detecting step of detecting the light intensity of the light refracted by the fine prism formed on the transparent substrate by the light intensity detecting means while moving the fine prism in the Y axis direction; , a light intensity map creation step of creating a light intensity map in the y coordinate value, Wherein the light intensity detecting step and the light intensity map forming step are performed at a plurality of detection positions in the axial direction and the spot shape image of the laser light beam is detected based on the plurality of light intensity maps generated in the light intensity map forming step And a display step of displaying the spot-shaped image created by the spot-shaped image forming step on the display means.
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