KR20110137031A - 펨토초 펄스 레이저의 시간에 따른 광강도 조절을 통한 절단방법 - Google Patents

펨토초 펄스 레이저의 시간에 따른 광강도 조절을 통한 절단방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 펨토초 펄스 레이저의 시간에 따른 광강도 조절을 통한 절단방법에 관한 것으로, 펨토초 펄스 레이저를 이용한 절단방법에 있어서, 적어도 두 개 이상의 펨토초 레이저 펄스를 펄스 딜레이를 이용하여 시간차를 갖도록 별도로 생성시키고, 각각의 펄스가 다중광자이온화(Multi-Photon Ionization)를 기반으로 가공물의 전자를 여기시키고, 아발란치 이온화(Avalanche Ionization)를 통해 상기 다중광자이온화에서 여기된 전자를 씨드(seed)전자로 하여 물질의 이온화를 증폭시켜 절단하는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 구성되는 본 발명은 플라즈마나 아발란치 원리를 기반으로 가공물을 가공하기 때문에 잔류응력발생, 열영향지대의 형성, 물성 변화 등 열적 가공에 따른 문제점을 해소할 수 있다.

Description

펨토초 펄스 레이저의 시간에 따른 광강도 조절을 통한 절단방법{Efficient Substrate Dicing by Optimized Temporal Intensity Distribution of Ultrafast Femtosecond Pulses}
본 발명은 펨토초 펄스 레이저의 시간에 따른 광강도 조절을 통한 절단방법에 관한 것으로, 적어도 두 개 이상의 펨토초 레이저 펄스를 생성하고 이를 가공물에 조사함으로써 가공 정밀도, 가공 효율, 생산성을 향상시킬 수 있는 광강도 조절을 통한 절단방법에 관한 것이다.
글라스, 실리콘, 세라믹 등의 취성기판을 절단하여 분리시키는 데 사용되는 방법으로는, 스크라이빙(Scribing), 블레이드 다이싱(Blade Dicing), 레이저 절단, 스텔스 다이싱(Stealth Dicing) 및 TLS(Thermal Laser Seperation) 등의 절단 방법이 사용되고 있다. 이 중, 스크라이빙과 블레이드 다이싱 방법은 기계적인 절단 방법이고, 스텔스 다이싱과 TLS 방법은 레이저를 이용한 비접촉식 절단 방법이다.
기존 기계적 절단 방법은, 가공 시 다량의 칩을 형성하며 잔류응력 등을 가공물에 남기게 되므로, 100 um 이하의 박막에서는 심각한 파손과 찢어짐을 유발시킨다.
기존 레이저 기반 가공은 열전달을 기반으로 하는 가공공정으로, 이로 인한 Thermal Load가 커 열영항지대(HAZ: Heat Affected Zone)를 형성하므로, 가공물에 금이 가거나 강도를 떨어뜨리는 등의 한계점을 가지며, 가공물의 흡수도에 따라 가공 정도가 달라져 다양한 재료로 이루어진 다층구조를 절단하는데 어려움이 있다.
스텔스 다이싱 방법과 TLS 방법은, 기판을 표면에서 직접 제거하지 않고, 기판 내부에 변형층을 형성하거나 인장 잔류응력을 발생시켜 기판을 절단하므로 절단 과정에서 파편 혹은 입자의 발생을 줄일 수 있다. 하지만 이 역시 열적 공정을 기반으로 하여 열영향지대가 형성되며, 잔류응력 등이 그대로 남아 기판의 특성을 변화시킨다. 또한 TLS의 경우 열을 냉각시키는 냉각제의 별도 클리닝이 요구되는 제한점을 가진다.
기존의 펄스 레이저는 피가공물을 열적으로 여기시킴으로써, 물질의 상을 변화시켜 가공을 수행한다. 이에 반해, 극초단 펄스 레이저(펄스 폭 10 ps 이하)는 극초단 펄스의 높은 첨두출력을 이용하여 피가공물을 플라즈마 상태로 직접 변화시켜 제거하거나 물질의 상태를 변화시키는 것을 기반으로 한다. 또한, 좁은 펄스 폭으로 인해 주변 물질로 열이 전도되기 전에 모든 가공이 수행되므로, 가공 주변 부에 영향을 주지 않는 깨끗하고 정밀한 가공이 가능하다.
극초단 펄스 레이저의 가공에 있어서의 장점으로는 기존 레이저 가공에서 요구되는 피가공물의 비결정적 결함전자(Defect Electron)에 의존하지 않고, 비선형 광흡수에 의해 가공이 시작 및 진행된다. 따라서 가공물에 의존하지 않는 결정적 공정(Deterministic)으로 가공의 제어가 매우 용이하다. 극초단 펄스 앞단의 수십 펨토초에 해당하는 시간 동안 비선형 이온화를 통해 시드 전자(Seed Electron)군이 충분히 생성되고, 이를 통해 가공이 시작 및 진행된다. 따라서 가공 부위의 선택성과 공정의 반복성을 크게 높일 수 있으므로, 실제 응용 분야에 적용에 있어서 매우 유리하다.
극초단 펄스 레이저가 투명재료 가공에 있어서 가지는 장점은, 비선형 광흡수 현상에 의해 초점 부근의 부피에만 가공 및 변화를 집중시킬 수 있고, 가공 정밀도를 높일 수 있으며, 주변 영역에 응력변화를 최소화 할 수 있다.
비선형 광흡수 현상은 피가공 물질의 물성에 의존하지 않으므로 다양한 피가공물의 가공이 가능하며, 특히 서로 다른 다양한 물질들의 조합 및 층으로 구성된 가공물을 단일 레이저로 용이하게 가공할 수 있다.
펨토초 레이저 마이크로 가공 원리는 극초단 레이저 기반 광학 브레이크다운(Optical Breakdown)을 기반으로 하는데, 광 에너지가 물질에 전파되고, 이는 다수의 전자를 이온화 시킨다.
기존의 시간 축에서의 펄스 모양 변화 및 이를 가공에 적용한 논문의 경우 펄스 폭이 ns 이상이며, ns 펄스를 이용한 가공은 열가공에 해당한다. 따라서 열가공에서의 단점으로 지적되는 잔류 응력의 발생, 열영향지대의 형성, 가공 영역 부근의 시편의 물성 변화 등의 문제가 수반되어 왔다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 펄스 폭이 ps 이하인 펨토초 레이저를 적용하면 열가공이 아닌 플라즈마나 아발란치 원리를 기반으로 가공하여 ns 펄스를 사용했을 경우의 단점을 극복할 수 있는 절단방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다. 펄스 폭이 ps 이하인 펨토초 레이저의 경우에도 시간에 따른 광강도의 조절을 통해 가공 중 발생하는 다중광자이온화 및 아발란치이온화 메커니즘의 특정 단계에 광량을 집중 혹은 분산시킴을 통해 펄스의 에너지를 해당 재료의 가공에 최적화 할 수 있고, 보다 정밀하고 효율적인 가공을 구현할 수 있는 절단방법을 제공하고자 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 펨토초 펄스 레이저를 이용한 절단방법에 있어서, 적어도 두 개 이상의 펨토초 레이저 펄스를 펄스 딜레이를 이용하여 시간차를 갖도록 별도로 생성시키고, 각각의 펄스가 다중광자이온화(Multi-Photon Ionization)를 기반으로 가공물의 전자를 여기시키고, 아발란치 이온화(Avalanche Ionization)를 통해 상기 다중광자이온화에서 여기된 전자를 씨드(seed)전자로 하여 물질의 이온화를 증폭시켜 절단하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 펨토초 레이저 펄스는, 적어도 두 개 이상의 펨토초 레이저 펄스 각각을 펄스 폭, 펄스 에너지 임계값, 펄스간 간격 중 어느 하나 또는 둘 이상을 달리하여 출력되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 펨토초 레이저 펄스는, 음향광변조기(Acousto Optic Modulator), 대즐러(Dazzler), 전자광변조기(Electro Optic Modulator), 액정위상제어기(Liquid Crystal Phase Cotroller), 변형 거울(Deformable Mirror) 중 하나 또는 이들의 조합을 통해 적어도 두 개 이상의 펨토초 레이저 펄스를 생성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 적어도 두 개 이상의 상기 펨토초 레이저 펄스는, 각각 ns 이하의 시간차를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 펨토초 레이저는, 피코초(ps) 이하의 펄스 폭을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 펨토초 펄스 레이저를 이용한 절단방법에 있어서, 펨토초 레이저 소스로부터 출력되는 펨토초 레이저 펄스를 펄스 쉐이퍼를 통해 하나의 펄스 모양을 조절하여 다중광자이온화(Multi-Photon Ionization)를 기반으로 가공물의 전자를 여기시키고, 아발란치 이온화(Avalanche Ionization)를 통해 상기 다중광자이온화에서 여기된 전자를 씨드(seed)전자로 하여 물질의 이온화를 증폭시켜 절단하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 펄스 모양은, 하나의 펄스에서 펄스 폭, 펄스 에너지 임계값, 펄스간 간격 중 어느 하나 또는 둘 이상을 달리하여 출력되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 펄스 쉐이퍼는, 음향광변조기(Acousto Optic Modulator), 대즐러(Dazzler), 전자광변조기(Electro Optic Modulator), 액정위상제어기(Liquid Crystal Phase Controller), 변형 거울(Deformable Mirror) 중 하나 또는 이들의 조합을 통해 조절하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 펨토초 레이저는, 피코초(ps) 이하의 펄스 폭을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성되는 본 발명은 펨토초 레이저 가공 시스템을 도입함으로써 ps 이하의 펄스폭과 더불어 10 MHz 이상의 높은 반복률 구현이 가능하므로 기존의 열가공 조건에 해당하지 않는 다중광자이온화 및 아발란치 이온화에 의한 플라즈마 가공 조건의 구현이 가능한 효과가 있다.
펄스의 시간차 조절을 통해 ns 이하의 시간차를 갖는 펄스들을 구현하고 가공에 적용함으로써 다중광자이온화 및 아발란치 이온화 기반의 가공 메커니즘의 효과를 극대화 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 펄스 모양 조절기(300)를 통한 다양한 형태의 펄스는 Plasma 가공이 진행되는 동안의 물리적인 여러 단계 중 특정 단계에 광량을 집중시켜 가공 임계점 극복, 가공 정밀도 및 효율 향상 등에 있어서 우수한 특성을 획득할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 펨토초 펄스 레이저의 시간에 따른 광강도 조절을 통한 절단방법을 위한 개략적인 구성도와 펨토초 레이저 펄스의 시간차 발생으로 인한 광강도 배치의 예를 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 펨토초 펄스 레이저의 시간에 따른 광강도 조절을 통한 절단방법의 다른 예와 이에 따른 시간영역에서의 광강도 배치의 예를 도시한 도면,
도 3은 반응시간(가로축) 및 광강도(세로축)에 따른 물질의 가공 메커니즘을 나타낸 도면,
도 4는 다중광자이온화에 따른 가공물에서의 Seed Electron의 생성 과정을 나타낸 도면,
도 5는 아발란치 이온화에 따른 Seed Electron의 증폭에 의한 가공과정을 나타낸 도면,
도 6은 다중광자이온화에 따른 가공물에서의 Seed Electron의 생성 과정을 상세히 나타낸 도면,
도 7은 아발란치 이온화에 따른 가공물에서의 Seed Electron의 증폭에 의한 가공과정을 상세히 나타낸 도면,
도 8은 아발란치 이온화에 따른 가공물에서의 Seed Electron의 선형적 증폭에 의한 가공과정을 나타낸 도면,
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 펨토초 펄스 레이저의 시간에 따른 광강도 조절을 통한 절단방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 펨토초 펄스 레이저를 이용한 절단방법에 있어서, 펨토초 펄스 레이저를 이용한 절단방법에 있어서, 적어도 두 개 이상의 펨토초 레이저 펄스를 펄스 딜레이를 이용하여 시간차를 갖도록 별도로 생성시키고, 각각의 펄스가 다중광자이온화(Multi-Photon Ionization)를 기반으로 가공물의 전자를 여기시키고, 아발란치 이온화(Avalanche Ionization)를 통해 상기 다중광자이온화에서 여기된 전자를 씨드(seed)전자로 하여 물질의 이온화를 증폭시켜 절단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 절단방법은, 펨토초 레이저 펄스의 시간차 지연을 통한 2개 이상의 레이저를 이용하여 다중광자 이온화와 아발란치 이온화 현상을 통해 기판을 절단하거나, 펨토초 레이저 펄스의 모양을 조절하여 다중광자 이온화와 아발란치 이온화 현상을 통해 가공물을 효율적으로 절단할 수 있는 절단방법을 제공하고자 하는 것을 주요 기술적 요지로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 펨토초 펄스 레이저의 시간에 따른 광강도 조절을 통한 절단방법을 위한 개략적인 구성도와 펨토초 레이저 펄스의 시간차 발생으로 인한 광강도 배치의 예를 도시한 도면이다. 본 발명에 일 예로 두 개 이상의 펨토초 레이저 펄스를 발생시키기 위한 시스템은 펨토초 레이저 소스(100)와 상기 소스에서 출력되는 펨토초 레이저를 두 개로 분리하는 빔스플리터(110)와 빔을 반사시키는 다수의 미러(111), 상기 빔스플리터를 통해 분리된 빔에서 하나의 빔에 대해 상대적 시간 지연을 주기 위한 펄스 딜레이(120)와 분리된 두 개의 빔을 하나의 영역에서 집광하여 가공물(200)에 조사하기 위한 집광렌즈(140)를 포함하여 구성된다.
도 1의 아래에 도시된 바와 같이 적어도 두 개 이상의 펌토초 레이저 펄스를 별도로 생성한 후 가공물 절단을 위해 조사하면 초기 레이저에 의해 다중광자이온화(Multi-Photon Ionization)를 기반으로 하여 가공물에서의 전자를 여기시키는 작용을 하고 두 번째 펄스에서 아발란치 이온화(Avalanche Ionization)를 통해 상기 과정에서 여기된 전자를 Seed로 하여 선형적으로 물질의 이온화를 증폭시킨다. 즉, 10 fs 이상의 펄스 폭을 가지는 펄스의 경우 가공 메커니즘은 크게 다음의 두 메커니즘으로 구분된다. 초기 10 fs 동안은 비선형 다중광자이온화를 기반으로 가공물에서 전자를 여기시키는 작용을 하게 되며, 둘째 펄스 중에 10 fs 이후의 부분에서는 아발란치 이온화를 통해 초기 10 fs 동안 여기된 전자를 Seed로 하여 선형적으로 물질의 이온화를 증폭시키는 역할을 하게 된다.
상기 빔스플리터에 의해 분리된 두 개의 레이저 펄스에 대해 상대적 시간 지연을 주기 위한 펄스 딜레이(120)로는 음향광변조기(Acousto Optic Modulator), 대즐러(Dazzler), 전자광변조기(Electro Optic Modulator), 액정위상제어기(Liquid Crystal Phase Cotroller), 변형 거울(Deformable Mirror) 및 이들의 조합을 통해 상대적 시간 지연을 준다. 도 1의 아래에 도시에서 보면, 펄스 딜레이를 지난 펄스(105), 펄스 딜레이는 지나지 않는 펄스(106), 펄스 딜레이를 지난 이전 펄스(107) 및 펄스 딜레이를 지나지 않은 이전 펄스(108)에 해당한다. 펄스 딜레이를 지나지 않는 펄스는 적어도 하나 이상의 미러를 통해 집광렌즈로 입사된다.
도 2는 본 발명에 따른 펨토초 펄스 레이저의 시간에 따른 광강도 조절을 통한 절단방법의 다른 예와 이에 따른 시간영역에서의 광강도 배치의 예를 도시한 도면이다. 도 2는 펄스 쉐이퍼(130)를 이용하여 펨토초 레이저 소스에서 출력되는 펄스의 형태를 각각의 메커니즘에서 요구되는 최적의 펄스 폭과 펄스 에너지의 임계값 및 상호 메커니즘 사이의 간격을 위하여 펌스 형태를 조절하여 가공에 필요한 최적의 펄스 형태를 출력함으로써 가공물을 가공한다. 여기서 상기 펄스 쉐이퍼는 앞서 언급한 펄스 딜레이에 적용되는 동일한 구성요소를 적용하여 구현 가능하다.
도 3은 반응시간(가로축) 및 광강도(세로축)에 따른 물질의 가공 메커니즘을 나타낸 도면이다. ps(피코초) 이내의 영역에서는 가공물에 대해 열적 가공이 수행되지만, 펨토초 영역을 포함하는 피코초 이상의 레이저 펄스와 1010 W/cm2 이상의 광세기를 가지는 영역에서는 다중광자이온화와 아발란치 이온화 메커니즘으로 가공물을 가공한다.
도 4는 다중광자이온화에 따른 가공물에서의 Seed Electron의 생성 과정을 나타낸 도면이고, 도 5는 아발란치 이온화에 따른 Seed Electron의 증폭에 의한 가공과정을 나타낸 도면이다. 첫 번째 펄스를 통해 씨드 전자(405)를 생성하고 두 번째 펄스가 상기 씨드 전자를 통해 가공물의 이온화를 증폭시켜 가공물이 가공된다.
이를 좀 더 상세히 설명하면, 도 6은 다중광자이온화에 따른 가공물에서의 Seed Electron의 생성 과정을 상세히 나타낸 도면으로써, 다수의 광자(601)가 입사하면 가공물 원자를 구성하는 원자핵(602)과 전자(603)에 원자를 이온화시켜 하나의 Seed Electron이 생성된다. 즉, 펄스 딜레이를 지나지 않는 선행 펄스에 의해 우선적으로 다중광자이온화를 통해 씨드전자를 생성하게 된다. 도 7은 아발란치 이온화에 따른 가공물에서의 Seed Electron의 증폭에 의한 가공과정을 상세히 나타낸 도면이다.
씨드 전자(702)의 생성 후 후행 펄스, 즉 펄스 딜레이를 지나 입사한 광자(701)로부터 가공물의 내부전자(704)가 이온화되기에 충분한 에너지를 받은 후, 자유전자(706)로 바뀌어 입사한 전자(705)와 함께 가공물(200)로 이동한다. 광자(701)의 에너지를 받아 하나의 입사전자(702)로부터 두 개의 출사전자(705, 706)가 생성되는 아발란치 증폭단계의 메커니즘을 실현하게 된다.
도 8은 아발란치 이온화에 따른 가공물에서의 Seed Electron의 선형적 증폭에 의한 가공과정을 나타낸 도면이다. 입사한 단일 전자가 광자(801)로부터 충분한 에너지를 받은 후 가공물과 연이은 반응 과정에서 1개의 전자가 2개로, 2개의 전자가 4개로, 4개의 전자가 8개로 증폭되면서 가공이 이루어진다. 따라서, 시간 지연 또는 펄스 형태 조절을 통해 적어도 두 개 이상의 펄스 폭을 가지는 펨토초 레이저를 조사하여 다중광자이온화 현상과 아발란치 이온화 현상을 통해 가공물을 효율적으로 가공할 수 있는 이점이 있다.
이와 같이 구성되는 본 발명은 열적 가공의 문제점을 해소하고 가공 정밀도 및 효율 향상 등 가공물 절단에 우수한 효과가 있다.
이상, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
100 : 펨토초 레이저 소스 110 : 빔스플리터
111 : 미러 120 : 펄스 딜레이
130 : 펄스 쉐이퍼 140 : 집광렌즈
200 : 가공물

Claims (9)

  1. 펨토초 펄스 레이저를 이용한 절단방법에 있어서,
    적어도 두 개 이상의 펨토초 레이저 펄스를 펄스 딜레이를 이용하여 시간차를 갖도록 별도로 생성시키고, 각각의 펄스가 다중광자이온화(Multi-Photon Ionization)를 기반으로 가공물의 전자를 여기시키고, 아발란치 이온화(Avalanche Ionization)를 통해 상기 다중광자이온화에서 여기된 전자를 씨드(seed)전자로 하여 물질의 이온화를 증폭시켜 절단하는 것을 특징으로 하는 펨토초 펄스 레이저의 시간에 따른 광강도 조절을 통한 절단방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 펨토초 레이저 펄스는,
    적어도 두 개 이상의 펨토초 레이저 펄스 각각을 펄스 폭, 펄스 에너지 임계값, 펄스간 간격 중 어느 하나 또는 둘 이상을 달리하여 출력되는 것을 특징으로 하는 펨토초 펄스 레이저의 시간에 따른 광강도 조절을 통한 절단방법.
  3. 제 1항 또는 2항에 있어서, 상기 펨토초 레이저 펄스는,
    음향광변조기(Acousto Optic Modulator), 대즐러(Dazzler), 전자광변조기(Electro Optic Modulator), 액정위상제어기(Liquid Crystal Phase Cotroller), 변형 거울(Deformable Mirror) 중 하나 또는 이들의 조합을 통해 적어도 두 개 이상의 펨토초 레이저 펄스를 생성하는 것을 특징으로 하는 펨토초 펄스 레이저의 시간에 따른 광강도 조절을 통한 절단방법.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    적어도 두 개 이상의 상기 펨토초 레이저 펄스는, 각각 ns 이하의 시간차를 갖는 것을 특징으로 하는 펨토초 펄스 레이저의 시간에 따른 광강도 조절을 통한 절단방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 펨토초 레이저는,
    피코초(ps) 이하의 펄스 폭을 포함하는 것을 특징으로 하는 펨토초 펄스 레이저의 시간에 따른 광강도 조절을 통한 절단방법.
  6. 펨토초 펄스 레이저를 이용한 절단방법에 있어서,
    펨토초 레이저 소스로부터 출력되는 펨토초 레이저 펄스를 펄스 쉐이퍼를 통해 하나의 펄스 모양을 조절하여 다중광자이온화(Multi-Photon Ionization)를 기반으로 가공물의 전자를 여기시키고, 아발란치 이온화(Avalanche Ionization)를 통해 상기 다중광자이온화에서 여기된 전자를 씨드(seed)전자로 하여 물질의 이온화를 증폭시켜 절단하는 것을 특징으로 펨토초 펄스 레이저의 시간에 따른 광강도 조절을 통한 절단방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 펄스 모양은,
    하나의 펄스에서 펄스 폭, 펄스 에너지 임계값, 펄스간 간격 중 어느 하나 또는 둘 이상을 달리하여 출력되는 것을 특징으로 하는 펨토초 펄스 레이저의 시간에 따른 광강도 조절을 통한 절단방법.
  8. 제 6항에 있어서, 상기 펄스 쉐이퍼는,
    음향광변조기(Acousto Optic Modulator), 대즐러(Dazzler), 전자광변조기(Electro Optic Modulator), 액정위상제어기(Liquid Crystal Phase Controller), 변형 거울(Deformable Mirror) 중 하나 또는 이들의 조합을 통해 조절하는 것을 특징으로 하는 펨토초 펄스 레이저의 시간에 따른 광강도 조절을 통한 절단방법.
  9. 제 6항에 있어서, 상기 펨토초 레이저는,
    피코초(ps) 이하의 펄스 폭을 포함하는 것을 특징으로 하는 펨토초 펄스 레이저의 시간에 따른 광강도 조절을 통한 절단방법.
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013141580A1 (ko) * 2012-03-20 2013-09-26 주식회사 에프에스티 레이저 빔 보정을 통한 안정화와 에너지 효율 향상을 위한 극자외선 발생장치
KR101324545B1 (ko) * 2012-03-20 2013-11-01 주식회사 에프에스티 레이저 빔 보정을 통한 안정화와 에너지 효율 향상을 위한 극자외선 발생장치
KR101397787B1 (ko) * 2011-12-27 2014-05-20 미쓰보시 다이야몬도 고교 가부시키가이샤 피가공물의 가공 방법 및 레이저 가공 장치
KR101483759B1 (ko) * 2013-07-19 2015-01-19 에이피시스템 주식회사 멀티 레이저를 이용한 취성 기판 가공 장치 및 방법
CN108568601A (zh) * 2017-03-13 2018-09-25 株式会社迪思科 激光加工方法和激光加工装置
CN108723586A (zh) * 2018-06-14 2018-11-02 清华大学 一种基于时空整形飞秒激光的聚合物微通道加工方法
JP2019130553A (ja) * 2018-01-30 2019-08-08 浜松ホトニクス株式会社 レーザ加工装置及びレーザ加工方法
CN111390378A (zh) * 2020-04-29 2020-07-10 华中科技大学 一种降低飞秒激光引入结构所需脉冲数的装置和方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102506881B1 (ko) 2022-10-24 2023-03-07 주식회사 조호레이저 레이저 절단방법

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101397787B1 (ko) * 2011-12-27 2014-05-20 미쓰보시 다이야몬도 고교 가부시키가이샤 피가공물의 가공 방법 및 레이저 가공 장치
WO2013141580A1 (ko) * 2012-03-20 2013-09-26 주식회사 에프에스티 레이저 빔 보정을 통한 안정화와 에너지 효율 향상을 위한 극자외선 발생장치
KR101324545B1 (ko) * 2012-03-20 2013-11-01 주식회사 에프에스티 레이저 빔 보정을 통한 안정화와 에너지 효율 향상을 위한 극자외선 발생장치
KR101483759B1 (ko) * 2013-07-19 2015-01-19 에이피시스템 주식회사 멀티 레이저를 이용한 취성 기판 가공 장치 및 방법
CN104289812A (zh) * 2013-07-19 2015-01-21 Ap系统股份有限公司 使用多个激光器加工脆性基底的设备和方法
CN108568601A (zh) * 2017-03-13 2018-09-25 株式会社迪思科 激光加工方法和激光加工装置
JP2019130553A (ja) * 2018-01-30 2019-08-08 浜松ホトニクス株式会社 レーザ加工装置及びレーザ加工方法
EP3536439A1 (en) * 2018-01-30 2019-09-11 Hamamatsu Photonics K.K. Laser processing apparatus and laser processing method
US11504803B2 (en) 2018-01-30 2022-11-22 Hamamatsu Photonics K.K Laser processing apparatus and laser processing method
CN108723586A (zh) * 2018-06-14 2018-11-02 清华大学 一种基于时空整形飞秒激光的聚合物微通道加工方法
CN111390378A (zh) * 2020-04-29 2020-07-10 华中科技大学 一种降低飞秒激光引入结构所需脉冲数的装置和方法
CN111390378B (zh) * 2020-04-29 2021-06-11 华中科技大学 一种降低飞秒激光引入结构所需脉冲数的装置和方法

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