KR20060037568A

KR20060037568A - 듀얼 빔 레이저 가공 시스템

Info

Publication number: KR20060037568A
Application number: KR1020040086563A
Authority: KR
Inventors: 성천야
Original assignee: 주식회사 이오테크닉스
Priority date: 2004-10-28
Filing date: 2004-10-28
Publication date: 2006-05-03

Abstract

본 발명은 듀얼 빔 레이저 가공 시스템에 관하여 개시한다. 개시된 듀얼 빔 레이저 가공 시스템은, 듀얼 빔 레이저 가공 시스템은, 레이저 발진기; 상기 레이저 발진기로부터의 P 편광 레이저빔을 제1 및 제2 P 편광 레이저빔으로 분할하는 빔 스프리터; 상기 제2 P 편광 레이저빔을 제2 S 편광 레이저빔으로 변환시키는 위상판; 상기 제1 레이저빔의 진행방향을 두 개의 미러로 편향시키는 제1갈바노 스캐너; 상기 제2 레이저빔의 진행방향을 두 개의 미러로 편향시키는 제2 갈바노 스캐너; 상기 제1레이저 빔은 투과시키고, 상기 제2 레이저빔은 반사시키는 편광 빔 스프리터; 상기 편광 빔 스프리터를 통과한 상기 제1 및 제2 레이저빔의 초점거리를 일정하게 조절하는 하나의 에프쎄타 렌즈;를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

듀얼 빔 레이저 가공 시스템{Dual laser beam system}

도 1은 일반적인 듀얼 헤드 레이저 드릴링 시스템의 개략적 구성을 보여주는 도면이다.

도 2는 갈바노 스캐너의 y 미러에서 반사된 레이저 빔이 에프쎄타 렌즈의 광축으로부터 벗어나게 입사되는 것을 시뮬레이션한 도면이다.

도 3은 레이저 빔이 에프쎄타 렌즈의 중심축을 벗어나서 입사한 그리드로서, 디스토션 현상이 심한 것을 보여준다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 듀얼 빔 싱글헤드 레이저 가공 시스템의 구성을 보여주는 도면이다.

도 5는 갈바노 스캐너의 y 미러에서 반사된 레이저 빔이 레이저빔이 다중 렌즈로 이루어진 에프쎄타 렌즈의 중심축을 기준으로 각각 5°, 7.5°, 15°로 주사하는 경우를 시뮬레이션한 도면이다.

도 6은 레이저 빔이 에프쎄타 렌즈의 중심축을 기준으로 주사한 그리드로서, 디스토션 현상이 현저히 감소된 것을 보여준다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호설명*

110: 레이저 발진기 112: 콜리메이터

114: 조리개 116: 하프미러

117,118,119,121, 122: 반사 미러 120: 위상판

130,140: 갈바노 스캐너 131,141: x 미러

132,142: y 미러 134, 144: 빔 댐퍼

150: 편광빔 스플리터 160: 에프쎄타 렌즈

170: 작업대

본 발명은 듀얼 빔 싱글헤드 레이저 가공 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 레이저 빔을 두 개의 빔으로 나누어서 하나의 에프쎄타 렌즈를 사용하는 레이저 가공 시스템에 관한 것이다.

레이저 가공 시스템은 산업계의 다양한 분야에서 널리 사용되고 있다. 근래에는 반도체 산업의 발전과 더불어 반도체 칩의 표면에 생산로트를 문자로 마킹하는 레이저 마커, 다층기판의 전자기기에서 각 층간의 연결을 위하여 작은 홀 및 특수 비아홀(via hole)을 레이저 광을 이용하여 천공하는 레이저 드릴링 시스템 등이 있다.

도 1을 참조하면, 레이저 발진기(10)로부터 발진된 레이저 빔은 콜리메이터(12) 및 조리개(14)를 거쳐서 빔스프리터인 하프미러(16)로 입사된다. 하프미러 (16)로 입사된 레이서 빔은 대략 50 %는 반사되어서 마스터 레이저 헤드(30)로 진입하고, 나머지 레이저 빔은 반사미러(18)에서 반사되어 기계적 셔터(32)를 거쳐서 슬레이브 레이저 헤드(40)로 진입한다.

마스터 레이저 헤드(30) 및 슬레이브 레이저 헤드(40)로 진입된 각 레이저 빔은 각각 갈바노 스캐너(31,41)에 의해서 광의 방향이 제어된 후 f-쎄타 렌즈(35,45)를 거쳐서 작업대상물(39,49)에 비아홀을 형성한다. 갈바노 스캐너(31,41)는 x 미러(32,42) 및 y 미러(33,43)로 구성되어 있으며, 각 미러는 제어장치(미도시)로 그 각도가 조절된다.

그러나, 종래의 듀얼헤드 레이저 시스템은 각 헤드용으로 하나의 에프쎄타 렌즈를 사용하므로 시스템의 제조 단가가 비싸진다.

한편, 미국특허 제6,462,306호에는 두 개의 갈바노 스캐너를 사용하면서도 하나의 에프쎄타 렌즈를 구비하는 시스템을 개시하고 있다.

미국특허 제6,462,306호에 개시된 레이저 시스템은 두 개의 레이저 빔의 광축이 에프 쎄타 렌즈의 중심축을 지나지 않으므로, 도 2 및 도 3의 시뮬레이션 결과에서 보듯이, y 미러(33, 43)를 통과한 레이저 빔의 광축이 에프쎄타 렌즈의 광축으로부터 10 mm 시프트 시킨 경우, 스캔 각도를 각각 5°, 7.5°, 15°로 주사하는 경우, 레이저 빔이 크게 왜곡되게 조사되며, 그 결과 도 3에서 보듯이 그리드의 왜곡(distortion) 현상이 심화되는 것을 볼 수 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 개선하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명의 목적 은 하나의 에프쎄타 렌즈를 사용하여 두 개의 빔을 조사하는 듀얼 빔 싱글헤드 레이저 가공 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 두 개의 레이저 빔의 광축을 하나의 에프쎄타 렌즈의 광축과 일치시켜서 디스토션 현상을 줄인 듀얼 빔 싱글헤드 레이저 가공 시스템을 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 듀얼 빔 레이저 가공 시스템은,

레이저 발진기;

상기 레이저 발진기로부터의 P 편광 레이저빔을 제1 및 제2 P 편광 레이저빔으로 분할하는 빔 스프리터;

상기 제2 P 편광 레이저빔을 제2 S 편광 레이저빔으로 변환시키는 위상판;

상기 제1 레이저빔의 진행방향을 두 개의 미러로 편향시키는 제1갈바노 스캐너;

상기 제2 레이저빔의 진행방향을 두 개의 미러로 편향시키는 제2 갈바노 스캐너;

상기 제1레이저 빔은 투과시키고, 상기 제2 레이저빔은 반사시키는 편광 빔 스프리터;

상기 편광 빔 스프리터를 통과한 상기 제1 및 제2 레이저빔의 초점거리를 일정하게 조절하는 하나의 에프쎄타 렌즈;를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 및 제2 레이저빔의 광축은 상기 에프쎄타 렌즈의 광축을 중심으로 소정 각도로 주사되어 입사된다.

상기 제1 레이저빔 및 상기 제2 레이저빔의 경로길이를 동일하게 하도록 다수의 반사미러를 더 구비한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 듀얼 빔 레이저 가공 시스템을 상세히 설명한다.

도 4를 참조하면, 레이저 발진기(110)로부터 발진된 레이저 빔, 예컨대 P 편광 레이저빔은 콜리메이터(112) 및 조리개(114)를 거쳐서 빔스프리터인 하프미러(116)로 입사된다. 하프미러(116)로 입사된 레이서 빔은 대략 50 %는 반사되어서 제1 레이저빔(L1)으로 진행되고, 하프미러(116)를 통과하여 제2 레이저빔(L2)으로 진행된다. 제1 레이저빔(L1) 및 제2 레이저빔(L2)은 듀얼 레이저빔을 구성한다.

제1 레이저빔(L1)은 P 편광 빔(P polarized beam)이며, 다수의 반사미러(117, 118, 119)에서 반사되어서 제1 갈바노 스캐너(130)의 x 미러(131) 및 y 미러(132)에서 반사되어서 편광빔 스플리터(150)로 입사된다. 상기 편광빔 스플리터(150)는 P 편광빔은 통과시키고, S 편광빔은 반사시킨다. 편광빔 스플리터(150)로 입사된 제1 레이저빔(L1)인 P 편광빔은 편광빔 스플리터(150)를 통과하여 에프쎄타 렌즈(160)를 통과하며, 상기 제1 갈바노 스캐너(130)에 의해서 작업대(170)에 소정 각도로 주사된다.

한편, 제2 레이저빔(L2)은 위상판(phase plate)(120)에서 편광방향이 90°회 전되어서 S 편광(polarization)되어서 진행된다. S 편광된 제2 레이저빔(L2)은 반사미러(121, 122)에서 반사되어서 편광빔 스플리터(150)로 입사된다. 편광빔 스플리터(150)로 입사된 제2 레이저빔(L2)인 S 편광빔은 편광빔 스플리터(150)에서 반사되어서 에프쎄타 렌즈(160)로 입사되며, 상기 제2 갈바노 스캐너(140)에 의해서 작업대(170)에 소정 각도로 주사된다.

상기 제1 레이저빔(L1)과 제2 레이저빔(L2)은 각각 제1 및 제2 갈바노스캐너(130, 140)에 의해서 작업대(170)의 서로 다른 영역에 주사된다.

참조번호 134, 144는 빔 댐퍼로서, 해당하는 레이저 빔을 사용하지 않는 경우, 갈바노 스캐너(130, 140)를 이용하여 일시적으로 덤프하는 곳이다.

상기 듀얼 레이저빔(L1, L2)은 각각 미도시된 제어부에 의해서 작업대 상에서 각각 제어되므로, 불규칙한 포인트, 예컨대 기판 상의 비아홀들을 두 개의 레이저 빔으로 가공하는 경우 효과적으로 이용될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 레이저 가공장치에는 다수의 반사미러(117, 118, 119, 121, 122)가 사용되는 데, 이러한 반사미러는 레이저 발진기로부터의 레이저 빔이 하프미러(116)에서 두 개의 레이저 빔(L1, L2)로 분리된 후, 두 개의 레이저 빔(L1, L2)가 편광빔 스플리터(150) 까지의 레이저 빔 경로 길이를 동일하게 유지하고, 또한, 레이저 빔(L1, L2)이 편광빔 스플리터(150)로의 입사 각도를 조절하기 위한 것이다.

본 발명에 따른 듀얼 레이저빔(L1, L2)는 에프쎄타 렌즈(160)의 중심축을 기준으로 입사된다. P 편광빔인 제1 레이저빔(L1)과 S 편광빔인 제2 레이저빔(L2)은 편광빔 스플리터(150)를 통과하여 에프쎄타 렌즈(160)의 중심축을 기준으로 스캔된다. 제1 레이저빔(L1) 및 제2 레이저빔(L2)은 편광빔 스플리터(160)의 중심축을 기준으로 각각의 갈바노 스캐너(130, 140)에 의해서 주사되기 때문에 작업대(170) 상에서는 서로 다른 포인트를 가공하게 된다.

도 5은 레이저빔이 다중 렌즈로 이루어진 에프쎄타 렌즈의 중심축을 기준으로 각각 5°, 7.5°, 15°로 주사하는 경우를 시뮬레이션한 도면이다.

상기 실시예에서는 제1 및 제2 레이저빔이 각각 P 편광 및 S 편광 레이저빔이고, 레이저 발진기로부터의 레이저 빔이 P 편광인 것을 예시 하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 레이저 발진기로부터 S 편광 레이저빔이 나와서 위상판에서 P 편광되고, 편광빔 스플리터는 S 편광빔은 통과시키고, P 편광빔은 투과시키는 장치를 사용할 수도 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 듀얼 빔 레이저 가공 시스템에 의하면 하나의 에프쎄타 렌즈를 사용하여 듀얼 레이저빔을 사용할 수 있으며, 따라서 듀얼 빔 레이저 가공 시스템의 제조비용 단가를 절감할 수 있다.

또한, 듀얼 레이저빔을 에프쎄타 렌즈의 중심축으로 입사시킴으로써 디스토션을 현저히 감소시킬 수 있다.

본 발명은 도면을 참조하여 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 한해서 정해져야 할 것이다.

Claims

레이저 발진기;

상기 레이저 발진기로부터의 편광 레이저빔을 제1 및 제2 편광 레이저빔으로 분할하는 빔 스프리터;

상기 제2 편광 레이저빔의 편광방향을 90°회전하여 상기 제1 편광 레이저빔과 90°위상차의 제2 편광 레이저빔으로 변환시키는 위상판;

상기 제1 레이저빔의 진행방향을 두 개의 미러로 편향시키는 제1갈바노 스캐너;

상기 제2 레이저빔의 진행방향을 두 개의 미러로 편향시키는 제2 갈바노 스캐너;

상기 제1레이저 빔은 투과시키고, 상기 제2 레이저빔은 반사시키는 편광 빔 스프리터; 및

상기 편광 빔 스프리터를 통과한 상기 제1 및 제2 레이저빔의 초점거리를 일정하게 조절하는 하나의 에프쎄타 렌즈;를 구비하는 것을 특징으로 하는 듀얼 빔 레이저 가공 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 제1 및 제2 레이저빔의 광축은 상기 에프쎄타 렌즈의 광축과 동일하도록 상기 제1 및 제2 갈바노 스캐너가 배치된 것을 특징으로 하는 듀얼 빔 레이저 가공 시스템.
제 2 항에 있어서,

상기 제1 레이저빔 및 상기 제2 레이저빔의 경로길이를 동일하게 하도록 다수의 반사미러를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 듀얼 빔 레이저 가공 시스템.