KR20120050521A - 레이저 가공 방법 및 레이저 가공 장치 - Google Patents

레이저 가공 방법 및 레이저 가공 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가공 속도가 높고, 에너지 효율이 높은 레이저 가공 방법 및 레이저 가공 장치를 제공하는 것이다. 집광 렌즈(21)의 광축(O)을 피할단 부재(3)의 할단 예정 라인(S0)을 따라서 상대적으로 이동시켜 레이저광을 피할단 부재(3)에 집광 조사함으로써, 할단의 기점이 되는 개질 영역을 피할단 부재(3)의 내부에 할단 예정 라인(S0)을 따르도록 형성하는 레이저 가공 방법이며, 피할단 부재(3)의 표면(3a)으로부터 소정의 깊이 위치에서 집광 렌즈(21)의 광축(O)과 직교하고 표면(3a)과 평행한 단면(3b) 상에 복수의 단면 집광 스폿(P0, P1 ‥)을 동시에 형성하고, 그때, 복수의 단면 집광 스폿(P0, P1 ‥) 중 적어도 하나의 단면 집광 스폿을 할단 예정 라인(S0)의 단면(3b)으로의 사영선 상에 형성하여 원하는 형상의 상기 내부 개질 영역을 하나 혹은 복수 형성하는 것을 특징으로 한다.

Description

레이저 가공 방법 및 레이저 가공 장치 {LASER PROCESSING METHOD AND LASER PROCESSING DEVICE}
본 발명은 레이저광을 피할단 부재의 할단 예정 라인을 따라서 집광 조사하여 할단의 기점이 되는 개질 영역을 피할단 부재의 내부에 형성하는 레이저 가공 방법 및 레이저 가공 장치에 관한 것이다.
종래, 반도체 기판, 압전 세라믹 기판, 사파이어 기판, 글래스 기판 등의 경취(硬脆) 재료 판체를 할단하는 데 있어서, 피할단 판체의 내부에 할단 예정 라인을 따라서 판체에 투명한 파장을 갖는 단펄스 레이저광을 집광 조사하고, 내부에 미소 크랙이 무리지어 생긴 미세 용융 자국(개질 영역)을 생성시키고, 그 후 응력을 가하여, 그 미세 용융 자국을 기점으로 판체의 두께 방향을 향해 발생하는 크랙을 이용하여 할단하고 있었다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
또한, 하나의 펄스 레이저광을 3개로 분할하여 시간차를 두고(1개로부터 2개, 2개로부터 3개로 지연시키고), 그 후 위치를 어긋나게 하여 집광 조사하는 가공법도 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 2 참조).
일본 공개 특허 제2005-271563호 공보 일본 공개 특허 제2006-167804호 공보
그러나, 이 종래의 레이저 가공 방법에서는, 레이저광이 원형 스폿으로 집광되므로, 크랙을 발생시켜 성장시키는 내부 응력이 등방적으로 작용한다. 그로 인해, 크랙이 할단 예정 라인을 따르는 방향 이외에도 발생, 성장해 버려, 크랙의 발생, 성장을 할단 예정 라인 방향으로 집중시킬 수 없다. 그 결과, 할단면의 평탄도가 손상된다. 또한, 원형 스폿을 할단 예정 라인을 따라서 조사할 때, 단위 길이당의 조사 스폿의 수가 많아져, 가공 속도가 낮다고 하는 문제도 있다. 또한, 피할단 판체가 두꺼운 경우, 초점 위치를 두께 방향으로 어긋나게 하여 가공을 반복할 필요가 있지만, 두께 방향으로 어긋나게 하는 양을 적게 해야만 해, 가공 속도가 점점 낮아져 버린다.
하나의 펄스 레이저광을 3개로 분할하여 시간차를 두고, 그 후 위치를 어긋나게 하여 집광 조사하는 가공 방법은 할단 예정 라인 방향으로 3개의 스폿을 연결하여 형성함으로써, 할단 예정 라인 방향의 가공 속도(집광 렌즈의 광축의 상대 이동 속도)를 높게 할 수 있는 것이 기대된다. 또한, 3개의 스폿을 두께 방향으로 연결하여 형성함으로써 초점 위치를 두께 방향으로 어긋나게 하는 양을 크게 할 수 있어, 두께 방향의 가공 속도(집광 렌즈의 두께 방향의 상대 이동 속도)를 높게 할 수 있는 것이 기대된다.
그러나, 시간차를 두고 연속해서 조사되는 3개의 펄스광 중, 처음에 조사되는 첫번째의 펄스광을 제외하고, 후속의 펄스광은, 그것보다 전에 조사된 펄스광에 의해 야기되는 열의 영향을 받아 버린다. 즉, 피할단 부재인 취성 재료는 아몰퍼스 전이가 일어나는 온도로 뜨거워지면, 연성재화되므로, 이전의 펄스광에 의해 뜨거워진 영역 부근에 후속의 펄스광이 조사되어도, 온도차에 수반하는 응력 발생이 생기기 어려워지는 동시에, 재료 물성의 변화(예를 들어, 용해)가 영향을 미쳐 크랙이 성장하기 어려워진다. 그 결과, 기대되는 만큼 가공 속도는 높아지지 않는다.
또한, 피할단 부재인 취성 재료의 레이저광에 대한 굴절률이나 흡수 계수도 온도에 따라서 변화되므로, 이전의 펄스광에 의해 뜨거워진 영역 부근에 후속의 펄스광이 조사되어도, 레이저광이 집광점에 이를 때까지 흡수되어 버려, 집광점에 충분한 에너지가 도달하지 않는 문제나, 집광점의 위치가 어긋나 버리는 문제도 갖고 있다. 집광점의 위치가 어긋나면, 3개의 스폿이 두께 방향으로 연결되지 않고, 초점 위치를 두께 방향으로 어긋나게 하는 양을 크게 할 수 없다. 그 결과, 두께 방향의 가공 속도(집광 렌즈의 두께 방향의 상대 이동 속도)가 저하된다.
본 발명은 상기한 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 가공 속도가 높고, 에너지 효율이 높은 레이저 가공 방법 및 레이저 가공 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위해 이루어진 본 발명의 레이저 가공 방법은, 집광 렌즈의 광축을 피할단 부재의 할단 예정 라인을 따라서 상대적으로 이동시켜 레이저광을 피할단 부재에 집광 조사함으로써, 할단의 기점이 되는 개질 영역을 상기 피할단 부재의 내부에 상기 할단 예정 라인을 따르도록 형성하는 레이저 가공 방법이며, 상기 피할단 부재의 표면으로부터 소정의 깊이 위치에서 상기 집광 렌즈의 광축과 직교하고 상기 표면과 평행한 단면 상의 위치에 복수의 단면 집광 스폿을 동시에 형성하고, 그때, 상기 복수의 단면 집광 스폿 중 적어도 하나의 단면 집광 스폿을 상기 할단 예정 라인의 상기 단면으로의 사영선 상에 형성하여 원하는 형상의 상기 내부 개질 영역을 하나 혹은 복수 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 과제를 해결하기 위해 이루어진 본 발명의 다른 레이저 가공 방법은, 집광 렌즈의 광축을 피할단 부재의 할단 예정 라인을 따라서 상대적으로 이동시켜 레이저광을 피할단 부재에 집광 조사함으로써, 할단의 기점이 되는 개질 영역을 상기 피할단 부재의 내부에 상기 할단 예정 라인을 따르도록 형성하는 레이저 가공 방법이며, 상기 피할단 부재의 표면으로부터 소정의 깊이 위치에서 깊이 방향으로 복수의 깊이 집광 스폿을 동시에 형성하고, 그때, 상기 복수의 깊이 집광 스폿 중 적어도 하나의 깊이 집광 스폿을 상기 집광 렌즈의 광축 상에 형성하여 원하는 형상의 상기 내부 개질 영역을 하나 혹은 복수 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 과제를 해결하기 위해 이루어진 본 발명의 다른 레이저 가공 방법은, 집광 렌즈의 광축을 피할단 부재의 할단 예정 라인을 따라서 상대적으로 이동시켜 레이저광을 피할단 부재에 집광 조사함으로써, 할단의 기점이 되는 개질 영역을 상기 피할단 부재의 내부에 상기 할단 예정 라인을 따르도록 형성하는 레이저 가공 방법이며, 상기 피할단 부재의 표면으로부터 소정의 깊이 위치에서 상기 집광 렌즈의 광축과 직교하고 상기 표면과 평행한 단면 상의 위치에 복수의 단면 집광 스폿을 동시에 형성하고, 그때, 상기 복수의 단면 집광 스폿 중 적어도 하나의 단면 집광 스폿을 상기 할단 예정 라인의 상기 단면으로의 사영선 상에 형성하고, 상기 소정의 깊이 위치에서 깊이 방향으로도 복수의 깊이 집광 스폿을 동시에 형성하고, 그때, 상기 복수의 깊이 집광 스폿 중 적어도 하나의 깊이 집광 스폿을 상기 집광 렌즈의 광축 상에 형성하여 원하는 형상의 상기 내부 개질 영역을 하나 혹은 복수 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기한 레이저 가공 방법에 있어서, 상기 레이저광은 초단 펄스 레이저광이 바람직하다.
또한, 상기한 레이저 가공 방법에 있어서, 상기 복수의 단면 집광 스폿을 연결하는 도형이 삼각형이면 좋다.
또한, 상기 복수의 깊이 집광 스폿을 연결하는 도형이 삼각형이면 좋다.
또한, 상기 복수의 단면 집광 스폿을 연결하는 도형이 평행 사변형이고, 상기 평행 사변형의 예각을 이루는 2개의 정점을 상기 할단 예정 라인의 상기 단면으로의 사영선 상에 위치하도록 하면 좋다.
또한, 상기 복수의 깊이 집광 스폿을 연결하는 도형이 평행 사변형이고, 상기 평행 사변형의 예각을 이루는 2개의 정점을 상기 집광 렌즈의 광축 상에 위치하도록 하면 좋다.
또한, 상기 복수의 단면 집광 스폿의 상기 단면 상에서의 공간 위치와 상기 집광 스폿의 에너지 밀도의 조합을 사용함으로써 상기 원하는 형상의 상기 내부 개질 영역을 형성하도록 하면 좋다.
또한, 상기 복수의 깊이 집광 스폿의 상기 할단 예정 라인을 포함하는 면 내의 공간 위치와 상기 집광 스폿의 에너지 밀도의 조합을 사용함으로써 상기 원하는 형상의 상기 내부 개질 영역을 형성하도록 하면 좋다.
상기한 과제를 해결하기 위해 이루어진 본 발명의 레이저 가공 장치는, 집광 렌즈의 광축을 피할단 부재의 할단 예정 라인을 따라서 상대적으로 이동시켜 레이저광을 피할단 부재에 집광 조사함으로써, 할단의 기점이 되는 개질 영역을 상기 피할단 부재의 내부에 상기 할단 예정 라인을 따르도록 형성하는 레이저 가공 장치이며, 상기 피할단 부재의 표면으로부터 소정의 깊이 위치에서 상기 집광 렌즈의 광축과 직교하고 상기 표면과 평행한 단면 상의 위치에 복수의 단면 집광 스폿을 동시에 형성하고, 그때, 상기 복수의 단면 집광 스폿 중 적어도 하나의 단면 집광 스폿을 상기 할단 예정 라인의 상기 단면으로의 사영선 상에 형성하는 광학계를 구비하고, 원하는 형상의 상기 내부 개질 영역을 하나 혹은 복수 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 과제를 해결하기 위해 이루어진 본 발명의 다른 레이저 가공 장치는, 집광 렌즈의 광축을 피할단 부재의 할단 예정 라인을 따라서 상대적으로 이동시켜 레이저광을 피할단 부재에 집광 조사함으로써, 할단의 기점이 되는 개질 영역을 상기 피할단 부재의 내부에 상기 할단 예정 라인을 따르도록 형성하는 레이저 가공 장치이며, 상기 피할단 부재의 표면으로부터 소정의 깊이 위치에서 깊이 방향으로 복수의 깊이 집광 스폿을 동시에 형성하고, 그때, 상기 복수의 깊이 집광 스폿 중 적어도 하나의 깊이 집광 스폿을 상기 집광 렌즈의 광축 상에 형성하는 광학계를 구비하고, 원하는 형상의 상기 내부 개질 영역을 하나 혹은 복수 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 과제를 해결하기 위해 이루어진 본 발명의 다른 레이저 가공 장치는, 집광 렌즈의 광축을 피할단 부재의 할단 예정 라인을 따라서 상대적으로 이동시켜 레이저광을 피할단 부재에 집광 조사함으로써, 할단의 기점이 되는 개질 영역을 상기 피할단 부재의 내부에 상기 할단 예정 라인을 따르도록 형성하는 레이저 가공 장치이며, 상기 피할단 부재의 표면으로부터 소정의 깊이 위치에서 상기 집광 렌즈의 광축과 직교하고 상기 표면과 평행한 단면 상의 위치에 복수의 단면 집광 스폿을 동시에 형성하고, 그때, 상기 복수의 단면 집광 스폿 중 적어도 하나의 단면 집광 스폿을 상기 할단 예정 라인의 상기 단면으로의 사영선 상에 형성하고, 상기 소정의 깊이 위치에서 깊이 방향으로도 복수의 깊이 집광 스폿을 동시에 형성하고, 그때, 상기 복수의 깊이 집광 스폿 중 적어도 하나의 깊이 집광 스폿을 상기 집광 렌즈의 광축 상에 형성하는 광학계를 구비하고, 원하는 형상의 상기 내부 개질 영역을 하나 혹은 복수 형성하는 것을 특징으로 한다.
피할단 부재의 표면으로부터 소정의 깊이 위치에서 상기 집광 렌즈의 광축과 직교하고 상기 표면과 평행한 단면 상의 위치에 복수의 단면 집광 스폿을 동시에 형성하므로, 연성재화에 의한 응력 발생의 억제나 물성 변화에 의한 크랙 신전(伸展)의 억제가 없어, 할단 예정 라인 방향의 가공 속도가 높아진다.
피할단 부재의 표면으로부터 소정의 깊이 위치에서 깊이 방향으로 복수의 깊이 집광 스폿을 동시에 형성하므로, 연성재화에 의한 응력 발생의 억제나 물성 변화에 의한 크랙 신전의 억제가 없어, 두께 방향의 가공 속도가 높아진다.
피할단 부재의 표면으로부터 소정의 깊이 위치에서 상기 집광 렌즈의 광축과 직교하고 상기 표면과 평행한 단면 상의 위치에 복수의 단면 집광 스폿을 동시에 형성하고, 소정의 깊이 위치에서 깊이 방향으로도 복수의 깊이 집광 스폿을 동시에 형성하므로, 할단 예정 라인 방향의 가공 속도 및 두께 방향의 가공 속도를 모두 높게 할 수 있다.
레이저광이 초단 펄스 레이저광이면, 하나의 레이저광을 복수로 분기해도 각 레이저광의 펄스의 피크 첨두값은 아몰퍼스의 상 전이에 필요한 일정한 임계값에 비해 충분히 여유가 있다. 또한, 열원이 생성될 때까지 펄스 조사가 완료되어, 펄스 자신이 열의 영향을 받지 않고 안정적으로 원하는 열원에 의한 크랙 제어를 할 수 있다.
복수의 단면 집광 스폿을 연결하는 도형이 삼각형이므로, 할단 예정 라인 방향의 일방향으로 웨지 효과가 작용하여, 할단 예정 라인 방향의 가공 속도를 한층 높일 수 있다.
복수의 깊이 집광 스폿을 연결하는 도형이 삼각형이므로, 두께 방향의 일방향으로 웨지 효과가 작용하여, 두께 방향의 가공 속도를 한층 높일 수 있다.
복수의 단면 집광 스폿을 연결하는 도형이 평행 사변형이고, 상기 평행 사변형의 예각을 이루는 2개의 정점을 상기 할단 예정 라인의 상기 단면으로의 사영선 상에 위치시키므로, 할단 예정 라인 방향의 양 방향으로 웨지 효과가 작용하여, 할단 예정 라인 방향의 가공 속도를 보다 한층 높일 수 있다.
복수의 깊이 집광 스폿을 연결하는 도형이 평행 사변형이고, 상기 평행 사변형의 예각을 이루는 2개의 정점을 상기 집광 렌즈의 광축 상에 위치시키므로, 두께 방향의 양 방향으로 웨지 효과가 작용하여, 두께 방향의 가공 속도를 보다 한층 높일 수 있다.
복수의 단면 집광 스폿의 상기 단면 상에서의 공간 위치와 상기 집광 스폿의 에너지 밀도의 조합을 사용함으로써, 상기 원하는 형상의 상기 내부 개질 영역이 형성되므로, 할단 예정 라인 방향의 웨지 효과의 작용이 자유롭게 제어될 수 있다.
복수의 깊이 집광 스폿의 상기 할단 예정 라인을 포함하는 면 내의 공간 위치와 상기 집광 스폿의 에너지 밀도의 조합을 사용함으로써, 상기 원하는 형상의 상기 내부 개질 영역이 형성되므로, 두께 방향의 웨지 효과의 작용이 자유롭게 제어될 수 있다.
도 1은 본 발명에 관한 제1 실시 형태의 레이저 가공 장치의 개략 구성도이다.
도 2는 도 1의 피할단 부재(3)의 사시도이다.
도 3은 도 1의 A-A선 단면도이다.
도 4는 제1 실시 형태의 변형 형태를 설명하기 위한 도 1의 A-A선 단면도이다.
도 5는 제1 실시 형태의 다른 변형 형태를 설명하기 위한 도 1의 A-A선 단면도이다.
도 6은 제1 실시 형태의 레이저 가공 장치에 있어서의 광학계의 일례를 도시하는 도면이다.
도 7은 도 6의 광학계의 변형 형태를 도시하는 도면이다.
도 8은 제2 실시 형태의 레이저 가공 장치의 개략 구성도이다.
도 9는 도 8의 피할단 부재(3)의 사시도이다.
도 10은 도 9의 B-B선 단면도이다.
도 11은 제2 실시 형태의 변형 형태를 설명하기 위한 도 9의 B-B선 단면도이다.
도 12는 제2 실시 형태의 다른 변형 형태를 설명하기 위한 도 9의 B-B선 단면도이다.
도 13은 제2 실시 형태의 레이저 가공 장치에 있어서의 광학계의 일례를 도시하는 도면이다.
도 14는 도 13의 광학계의 변형 형태를 도시하는 도면이다.
도 15는 제3 실시 형태의 레이저 가공 장치의 개략 구성도이다.
도 16은 도 15의 피할단 부재(3)의 사시도이다.
도 17은 도 16의 A-A선 단면도 및 B-B선 단면도이다.
도 18은 제3 실시 형태의 레이저 가공 장치에 있어서의 광학계의 일례를 도시하는 도면이다.
도 19는 도 18의 광학계의 변형 형태를 도시하는 도면이다.
도 20은 도 18의 광학계의 다른 변형 형태를 도시하는 도면이다.
도 21은 도 18의 광학계의 다른 변형 형태를 도시하는 도면이다.
도 22는 2개의 집광 스폿 형성 직후의 열원 온도 분포 패턴이다.
도 23은 3개의 집광 스폿을 시간차(τ)를 바꾸어 형성한 경우의 10nsec 후의 열원 온도 분포 패턴이다.
도 24는 2개의 집광 스폿(스폿 직경:2㎛) 간격이 2㎛인 경우의 열원 온도 분포 패턴과 응력 분포 패턴이다.
도 25는 2개의 집광 스폿(스폿 직경:2㎛) 간격이 4㎛인 경우의 열원 온도 분포 패턴과 응력 분포 패턴이다.
도 26은 집광 스폿 간격과 응력의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 27은 응력의 시간 변화를 나타내는 그래프이다.
도 28은 실시예에 있어서의 집광 스폿의 공간 배치를 설명하는 도면과, 레이저 가공 후의 사파이어의 투과 사진이다.
도 29는 비교예에 있어서의 집광 스폿의 공간 배치를 설명하는 도면과, 레이저 가공 후의 사파이어의 투과 사진이다.
(제1 실시 형태)
본 발명을 실시하기 위한 형태를 도면에 기초하여 이하에 상세하게 설명한다.
도 1은 제1 실시 형태의 레이저 가공 장치의 개략 구성도이다. 도 2는 도 1의 피할단 부재(3)의 사시도, 도 3은 도 1의 A-A선 단면도이다.
본 실시 형태의 레이저 가공 장치는, 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이 피할단 부재(3)의 표면(3a)으로부터 소정의 깊이 위치(Z0)에서 집광 렌즈(21)의 광축(O)과 직교하고 표면(3a)과 평행한 단면(3b) 상에 복수의 단면 집광 스폿(P0, P1)을 동시에 형성하고, 그때, 복수의 단면 집광 스폿(P0, P1) 중 적어도 하나의 단면 집광 스폿을 할단 예정 라인(S0)의 단면(3b)으로의 사영선(S1) 상에 형성하는 광학계(2)를 구비하고 있다.
부호 1은 피할단 부재(3)에 대해 투명한 파장을 갖는 반복 초단 펄스 레이저광을 발생하는 광원이다. 광원(1)으로서, 파장이 1 내지 2㎛, 펄스 폭이 10fs 내지 20ps, 반복 주파수가 100㎑ 내지 10㎒인 레이저광을 발생하는 Er 또는 Yb를 도프한 모드 로크 파이버 레이저를 사용함으로써, 글래스, 사파이어, 수정, 실리콘 등의 피할단 부재(3)의 집광 스폿 위치에서 레이저광이 다광자 흡수되어 내부 개질 영역이 형성된다.
본 실시 형태에서는, 2개의 집광 스폿(P0, P1)이 할단 예정 라인(S0)의 단면(3b)으로의 사영선(S1) 상에 형성된다. 도시하지 않은 이동 스테이지를 X방향으로 이동시킴으로써, 2개의 집광 스폿(P0, P1) 페어가 S1 상에 순차 형성된다.
2개의 집광 스폿(P0, P1)은 서로 접촉 혹은 근접하고 있으므로, 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이 단시간 내에 융합하여 타원 형상 열원 온도 분포 패턴(e)으로 된다. 2개의 집광 스폿(P0, P1)이 사영선(S1) 상에 있으므로, 타원 형상 열원 온도 분포 패턴(e)의 장축도 사영선(S1) 상에 있다. 그 결과, 응력의 이방성, 즉 장축 방향으로 크랙을 성장시키는 응력이 피할단 부재(3) 내에 발생하므로, 다음의 2개의 스폿(P0, P1)을 형성하는 간격을 크게 할 수 있다. 즉, 이동 스테이지의 X축 방향으로의 이송 속도(할단 방향의 가공 속도)를 높게 할 수 있다.
또한, 2개의 집광 스폿(P0, P1)은 동시에 형성되므로, 집광점에 충분한 에너지가 도달하지 않는 문제나, 집광점의 위치가 벗어나 버리는 등의 문제가 없다.
다음에, 제1 실시 형태의 변형 형태를 설명한다. 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이, 2개의 집광 스폿(P0, P1)의 간격을 넓혀서 소정의 간격으로 되도록 형성해도 좋다. 그러면, 이미 2개의 집광 스폿(P0, P1)은 융합하지 않고, 독립된 원형상 열원 온도 분포 패턴(γ0, γ1)으로 된다. 독립된 원형상 열원 온도 분포 패턴(γ0, γ1) 사이에는 인장 응력이 작용하고, 사영선(S1) 방향(할단 방향)으로의 크랙의 신전이 조장된다.
또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 3개의 집광 스폿(P0, P1, P2)을 동시에 형성해도 좋다. 이때, P0, P1, P2에 주입되는 에너지 밀도를 E0, E1, E2로 하고, E0>E1, E0>E2를 만족시키도록 함으로써, 응력의 이방성(웨지 효과)이 높아져, 한층 가공 속도를 높게 할 수 있다.
또한, 도 5의 (a)에 도시한 바와 같이, 3개의 집광 스폿(P0, P1, P2)을 연결하는 도형이 삼각형을 그리도록 하면 좋다. 3개의 집광 스폿(P0, P1, P2)이 융합하여 삼각 형상 열원 온도 분포 패턴(f)으로 되고, 웨지 효과를 좌측 방향으로 작용시킬 수 있다.
또한, 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이, 4개의 집광 스폿(P0, P1, P2, P3)을 연결하는 도형이 평행 사변형을 그리도록 하고, 평행 사변형의 예각을 이루는 2개의 정점(P0, P3)을 사영선(S1) 상에 위치시켜도 좋다. 4개의 집광 스폿(P0, P1, P2, P3)이 융합하여 평행 사변 형상 열원 온도 분포 패턴(g)으로 되고, 웨지 효과가 좌우로 작용하여, 할단 방향의 가공 속도를 한층 높게 할 수 있다.
여기서, 본 발명에 있어서의 복수의 집광 스폿을 동시에 형성하는 사항에 있어서의 「동시」에 대해 설명한다. 복수의 집광 스폿을 공간적으로 다른 위치에 완전히 동시에 형성하는 것은 불가능하고, 복수의 집광 스폿 사이에는 자연스럽게 시간 폭(시간차)(τ)이 있다. 따라서, 시간차(τ)가 어디까지 허용되는지를 시뮬레이션 실험으로 조사해 보았다(후술하는 시뮬레이션 2 참조). 그 결과, 피할단 부재가 전형적인 사파이어인 경우, τ＝0.3nsec를 얻었다. 따라서, 본 발명에서는 0 내지 서브 nsec의 범위를 「동시」라고 정의한다.
본 실시 형태와 같이, 초단 펄스 레이저광을 사용함으로써, 열의 발생을 극히 국소적이고 또한 매우 고온으로 할 수 있으므로, 본 실시 형태는 다음의 2개의 장점을 갖는다.
우선, 용융 영역이 국소이므로, 연성재화되는 범위가 좁아, 그 주위의 취성이 유지된다. 그 결과, 열응력이 작용했을 때에 양호하게 크랙이 신전된다. 펄스 폭이 길면, 용융 범위가 넓어지므로, 연성재화에 의한 크랙 신전의 억제가 있다.
다음에, 피크 파워가 높으므로, 온도 구배가 급준(急峻)해진다. 따라서, 큰 열응력이 발생한다. 펄스 폭이 길면, 피크 파워가 작으므로, 온도 구배가 완만해지는데다가, 열확산되면서 입열이 계속되는 상태로 되어, 온도 구배는 점점 완만해지고, 열응력이 발생하기 어려워진다.
또한, 복수의 빔이 동시에 조사되고 또한 각 스폿의 간격이 파장의 5배 정도 이하로 좁은 경우, 서로의 빔이 서로 간섭하고, 그 정도에 따라서 강도 분포가 변동될 가능성이 있으므로, 그 영향을 가미한 가공을 행할 필요가 있다. 따라서, 의도한 강도 분포를 유지하여, 보다 효율적으로 원하는 열원 온도 분포 패턴을 얻기 위해서는, 각 빔을 펄스 폭 정도의 시간차를 마련하여 조사하는 것이 바람직하다. 본 실시 형태와 같이, 초단 펄스 레이저광을 사용함으로써, 본 발명에서 정의하는 「동시」의 범위 중에서 펄스 폭 정도의 시간차를 두고 조사하는 것이 가능해지므로, 시간적으로 이전에 조사된 펄스에 의해 발생하는 열의 영향을 회피할 수 있는 장점이 있다.
본 실시 형태의 레이저 가공 방법에 있어서의 광학계(2)로서는, 예를 들어 도 6에 도시한 것이 있다. 도면 중 부호 22와 부호 23은 빔 스플리터, 부호 24와 부호 25는 미러이다.
광원(1)으로부터 사출된 레이저광은 빔 스플리터(22)에 의해 둘로 분할된다. 빔 스플리터(22)에서 반사된 레이저광은 미러(24)에서 반사되어 집광 렌즈(21)에 광축(O)과 θ0을 이루고 입사된다. 빔 스플리터(22)를 투과한 레이저광은, 다음의 빔 스플리터(23)에 의해 둘로 더 분할된다. 빔 스플리터(23)에서 반사된 레이저광은 미러(25)에서 반사되어 집광 렌즈(21)에 광축(O)과 θ1을 이루고 입사된다. 빔 스플리터(22)를 투과한 레이저광은 광축(O) 상을 지나 집광 렌즈(21)에 입사된다.
광축(O) 상을 지나 입사된 레이저광은 사영선(S1)과 광축(O)의 교점에 집광되어, 집광 스폿(P0)으로 된다. 광축(O)과 θ0을 이루고 입사된 레이저광은 사영선(S1) 상에서 집광 스폿(P0)으로부터 X0 이격된 위치에 집광되어, 집광 스폿(P2)으로 된다. 광축(O)과 θ1을 이루고 입사된 레이저광은 사영선(S1) 상에서 집광 스폿(P0)으로부터 X1 이격된 위치에 집광되어, 집광 스폿(P1)으로 된다.
집광 렌즈(21)의 초점 거리를 F로 하면,
X0＝Ftanθ0
X1＝Ftanθ1
의 관계가 있으므로, θ를 바꿈으로써 3개의 집광 스폿(P0, P1, P2)의 간격을 바꿀 수 있다.
또한, 도 6의 광학계(2)에서는, 3개의 집광 스폿(P0, P1, P2)을 형성하는 레이저광의 광로가 다르지만, 상기의 동시를 만족시키도록 광로차를 작게 할 필요가 있다. 광 지연 매질을 사용함으로써 광로차를 조정할 수 있다.
다음에, 광학계(2)의 변형 형태를 설명한다. 광학계(2)로서, 도 7에 도시하는 광학계(20)를 사용할 수 있다. AOM(음향 광학 변조기)(202)에 의해 파장 시프트를 일으킨 빔(1차광)과 파장 시프트를 일으키지 않는 빔(0차광)을 생성하여, 그레이팅 페어(203)에 삽입한다. 그레이팅 페어(203)에 의해 동시에 만족시키도록 2개의 빔의 광로차가 조정된다. AOM(202)의 음파 진동수를 바꿈으로써 θ를 변화시키거나, 또는 그레이팅 페어(203)의 격자의 개수(피치), 차수를 조정함으로써 집광 렌즈(201)에 입사하는 각도를 변화시키고, 집광 스폿의 X방향의 위치를 변화시킨다.
외부로부터의 전기 신호에 의해, AOM(202)의 음파 진동수를 변화시킴으로써, 집광 스폿의 위치를 제어할 수 있다.
(제2 실시 형태)
도 8은 제2 실시 형태의 레이저 가공 장치의 개략 구성도이다. 도 9는 도 8의 피할단 부재(3)의 사시도, 도 10은 도 9의 B-B선 단면도이다.
본 실시 형태의 레이저 가공 장치는, 도 8 내지 도 10에 도시한 바와 같이 피할단 부재(3)의 표면(3a)으로부터 소정의 깊이(Z0) 위치에서 깊이 방향으로 복수의 깊이 집광 스폿(Q0, Q1)을 동시에 형성하고, 그때, 복수의 깊이 집광 스폿(Q0, Q1) 중 적어도 하나의 깊이 집광 스폿을 집광 렌즈(2A1)의 광축(O) 상에 형성하는 광학계(2A)를 구비하고 있다.
본 실시 형태에서는 집광 스폿(Q0)이 광축(O) 상의 표면(3a)으로부터 Z0의 깊이에 형성되고, 집광 스폿(Q1)이 광축(O) 상에서 집광 스폿(Q0)보다 깊이 방향(Z방향)으로 깊은 위치에 형성된다. 도시하지 않은 이동 스테이지를 X방향으로 이동시킴으로써, 2개의 집광 스폿(Q0, Q1)이 X방향으로 순차 형성된다.
2개의 집광 스폿(Q0, Q1)은 일부 겹치거나, 접하거나 혹은 근접하고 있으므로, 도 10의 (a)에 도시한 바와 같이 융합하여 타원 형상 스폿(e)으로 된다. 2개의 집광 스폿(Q0, Q1)이 광축(O) 상에 있으므로, 타원 형상 스폿(e)의 장축도 광축(O) 상에 있다. 그 결과, 응력의 이방성, 즉 장축 방향(깊이 방향)으로 크랙을 성장시키는 응력이 발생되어, 깊이 방향으로 다른 스폿(Q0, Q1)을 동시에 형성하는 깊이 방향의 간격을 크게 할 수 있다. 즉, 이동 스테이지의 Z축 방향으로의 이송 속도(두께 방향의 가공 속도)를 높게 할 수 있다.
또한, 2개의 집광 스폿(Q0, Q1)은 동시에 형성되므로, 집광점에 충분한 에너지가 도달하지 않는 문제나, 집광점의 위치가 벗어나 버리는 등의 문제가 없다.
다음에, 제2 실시 형태의 변형 형태를 설명한다. 도 10의 (b)에 도시한 바와 같이, 2개의 집광 스폿(Q0, Q1)을 소정의 간격 이상 두고 형성해도 좋다. 그러면, 이미 2개의 집광 스폿(Q0, Q1)은 융합하지 않고, 독립된 원형상 열원 온도 분포 패턴(γ0, γ1)으로 된다. 독립된 원형상 열원 온도 분포 패턴(γ0, γ1) 사이에는 인장 응력이 작용하여, 광축(O) 방향(두께 방향)으로의 크랙의 신전이 조장된다.
또한, 도 11에 도시한 바와 같이, 3개의 집광 스폿(Q0, Q1, Q2)을 동시에 형성해도 좋다. 이때, Q0, Q1, Q2에 주입되는 에너지 밀도를 E0, E1, E2로 하고, E0>E1, E0>E2를 만족시키도록 함으로써, 응력의 이방성(웨지 효과)이 높아져, 한층 가공 속도를 높게 할 수 있다.
또한, 도 12의 (a)에 도시한 바와 같이, 3개의 집광 스폿(Q0, Q1, Q2)을 연결하는 도형이 삼각형을 그리도록 하면 좋다. 3개의 집광 스폿(Q0, Q1, Q2)이 융합하여 삼각 형상 열원 온도 분포 패턴(f)으로 되고, 웨지 효과를 상방향으로 작용시킬 수 있다.
또한, 도 12의 (b)에 도시한 바와 같이, 4개의 집광 스폿(Q0, Q1, Q2, Q3)을 연결하는 도형이 평행 사변형을 그리도록 하고, 평행 사변형의 예각을 이루는 2개의 정점(Q0, Q3)을 광축(O) 상에 위치시켜도 좋다. 4개의 집광 스폿(Q0, Q1, Q2, Q3)이 융합하여 평행 사변 형상 열원 온도 분포 패턴(g)으로 되고, 웨지 효과가 상하에 작용하여, 두께 방향의 가공 속도를 한층 높게 할 수 있다.
본 실시 형태의 레이저 가공 장치에 있어서의 광학계(2A)로서는, 예를 들어 도 13에 도시하는 것이 있다. 도면 중 부호 2A2와 부호 2A3은 빔 스플리터, 부호 2A4와 부호 2A5는 미러이다. 부호 2A6은 릴레이 렌즈이다.
광원(1)으로부터 사출된 레이저광은 빔 스플리터(2A2)에 의해 둘로 분할된다. 빔 스플리터(2A2)를 투과한 레이저광은 빔 스플리터(2A3)를 투과하여 집광 렌즈(2A1)에 입사된다. 빔 스플리터(2A2)에서 반사된 레이저광은 릴레이 광학계(2A6)에 의해 확산각(α)의 레이저광으로 변환되고, 그 후 빔 스플리터(2A3)에서 반사되어 집광 렌즈(2A1)에 입사된다.
빔 스플리터(2A3)를 투과한 레이저광은, 도 13의 (b)에 도시한 바와 같이 집광 렌즈(2A1)의 초점 위치에 집광되어, 집광 스폿(Q0)으로 된다. 빔 스플리터(2A3)에서 반사된 레이저광은 집광 스폿(Q0)으로부터 Z1 하방으로 집광되어, 집광 스폿(Q1)으로 된다.
빔 스플리터(2A3)에서 반사된 레이저광의 집광 렌즈(2A1)에서의 빔 반경을 R로 하면,
Z1＝ {RF/(R－Ftanα)}－F
의 관계가 있으므로, 확산각(α)을 바꿈으로써, 집광 스폿(Q0, Q1)의 간격을 바꿀 수 있다.
또한, 도 13의 광학계(2A)에서는, 2개의 집광 스폿(Q0, Q1)을 형성하는 레이저광의 광로가 다르지만, 상기의 동시를 만족시키도록 광 지연 매질 등을 사용하여 광로차를 작게 할 필요가 있다.
다음에, 광학계(2A)의 변형 형태를 설명한다. 광학계(2A)로서, 도 14에 도시하는 광학계(20A, 20B)를 사용할 수 있다.
도 14의 (a)에 도시한 바와 같이, 중심부와 주변부에서 곡률이 다른 다초점 렌즈(20A1)를 사용함으로써, 집광 스폿을 분리할 수 있다. 도면에서는 Z방향의 집광 스폿을 분리하는 방법을 예시하고 있지만, X방향의 집광 스폿을 분리할 수도 있다.
또한, 도 14의 (b)에 도시한 바와 같이, 회절 렌즈(프레넬 렌즈)(20B1)를 사용함으로써, Z방향의 집광 스폿을 분리할 수 있다. 회절 렌즈(20B1)의 홈 형상을 조정함으로써 각각의 회절광에 의한 집광 스폿의 강도를 조정할 수 있다.
(제3 실시 형태)
도 15는 제3 실시 형태의 레이저 가공 장치의 개략 구성도이다. 도 16은 도 15의 피할단 부재(3)의 사시도, 도 17의 (a)는 도 16의 A-A선 단면도, 도 17의 (b)는 도 16의 B-B선 단면도이다.
본 실시 형태의 레이저 가공 장치는, 도 15 내지 도 17에 도시한 바와 같이 피할단 부재(3)의 표면(3a)으로부터 소정의 깊이 위치(Z0)에서 집광 렌즈(2B1)의 광축(O)과 직교하고 표면(3a)과 평행한 단면(3b) 상에 복수의 단면 집광 스폿(P0, P1)을 동시에 형성하고, 그때, 복수의 단면 집광 스폿(P0, P1) 중 적어도 하나의 단면 집광 스폿을 할단 예정 라인(S0)의 단면(3b)으로의 사영선(S1) 상에 형성하고, 소정의 깊이 위치(Z0)에서 깊이 방향으로도 복수의 깊이 집광 스폿(Q0, Q1)을 동시에 형성하고, 그때, 복수의 깊이 집광 스폿(Q0, Q1) 중 적어도 하나의 깊이 집광 스폿을 집광 렌즈(2B1)의 광축(O) 상에 형성하는 광학계(2B)를 구비하고 있다.
본 실시 형태에서는, 2개의 집광 스폿(P0, P1)이 할단 예정 라인(S0)의 단면(XY 평면)(3b)으로의 사영선(S1) 상에 형성되고, 집광 스폿(Q0)이 광축(O) 상에서 표면(3a)으로부터 Z0의 깊이에 형성되고, 집광 스폿(Q1)이 광축(O) 상에서 집광 스폿(Q0)보다 깊은 위치[표면(3a)으로부터 (Z0＋Z1)]에 형성된다.
2개의 집광 스폿(P0, P1)은 서로 접촉 혹은 근접하고 있으므로, 도 17의 (a)에 도시한 바와 같이, 단시간 내에 융합하여 타원 스폿(e1)으로 된다. 2개의 집광 스폿(P0, P1)이 사영선(S1) 상에 있으므로, 타원 형상 열원 온도 분포 패턴(e1)의 장축도 사영선(S1) 상에 있다. 그 결과, 응력의 이방성, 즉 장축 방향으로 크랙을 성장시키는 응력이 발생되어, 다음의 2개의 스폿(P0, P1)을 형성하는 간격을 크게 할 수 있다. 따라서, 이동 스테이지의 X축 방향으로의 이송 속도(할단 방향의 가공 속도)를 높게 할 수 있다.
또한, 2개의 집광 스폿(Q0, Q1)은 일부 겹치거나, 접하거나 혹은 근접하고 있으므로, 도 17의 (b)에 도시한 바와 같이 단시간 내에 융합하여 타원 형상 스폿(e2)으로 된다. 2개의 집광 스폿(Q0, Q1)이 광축(O) 상에 있으므로, 타원 형상 열원 온도 분포 패턴(e2)의 장축도 광축(O) 상에 있다. 그 결과, 응력의 이방성, 즉 장축 방향(깊이 방향)으로 크랙을 성장시키는 응력이 발생되어, 깊이 방향으로 다른 스폿(Q0, Q1)을 동시에 형성하는 깊이 방향의 간격을 크게 할 수 있다. 즉, 초점 위치를 두께 방향으로 어긋나게 하는 양을 크게 할 수 있고, 두께 방향의 가공 속도(집광 렌즈의 두께 방향의 상대 이동 속도)를 높게 할 수 있다.
본 실시 형태의 레이저 가공 장치에 있어서의 광학계(2B)로서는, 예를 들어 도 18에 도시하는 것이 있다. 도면 중 부호 2B2, 부호 2B3, 부호 2B4, 부호 2B5는 빔 스플리터, 부호 2B6, 부호 2B7, 부호 2B8, 부호 2B9는 미러, 부호 2B10과 부호 2B11은 릴레이 렌즈이다.
광원(1)으로부터 사출된 레이저광은 빔 스플리터(2B2)에 의해 둘로 분할되고, 한쪽의 레이저광은 빔 스플리터(2B3)에 의해 더 분할된다.
빔 스플리터(2B2)를 투과한 레이저광은 빔 스플리터(2B3, 2B4, 2B5)를 투과하여 집광 렌즈(2B1)에 입사되어, 집광 스폿[P0(Qo)]을 형성한다.
빔 스플리터(2B2)에서 반사된 레이저광은 릴레이 렌즈(2B10)에 의해 확산각(α)의 레이저광으로 변환된다. 그 후, 빔 스플리터(2B4)에서 반사되어 집광 렌즈(2B1)에 입사되어, 집광 스폿(Q1)을 형성한다. 또한, 릴레이 렌즈(2B10)의 렌즈 간격(Z방향의 거리)을 바꿈으로써 확산각을 바꿀 수 있다.
빔 스플리터(2B3)에서 반사된 레이저광은 릴레이 렌즈(2B11)에 의해 전반 방향이 바뀐다. 그 후, 빔 스플리터(2B5)에서 반사되어 집광 렌즈(2B1)에 광축(O)과 θ을 이루는 방향으로부터 입사되어, 집광 스폿(P1)을 형성한다. 또한, 릴레이 렌즈(2B11)의 배율이 높은 경우에는, 릴레이 렌즈(2B11)의 틸트각을 바꿈으로써 전반 방향을 바꿀 수 있다.
또한, 도 18의 광학계(2B)에서는 3개의 집광 스폿[P0(Q0), P1, Q1]을 형성하는 레이저광의 광로가 다르지만, 상기의 동시를 만족시키도록 광로차를 작게 할 필요가 있다.
다음에, 광학계(2B)의 변형 형태를 설명한다. 광학계(2B)를 도 19에 도시한 바와 같은 광학계(2C)로 해도 좋다. 회절 격자(2C2)에 의해 얻어지는 복수차의 회절광을 독립으로 미러(2C3 내지 2C7)로 반사시키고, 복귀광을 집광 렌즈(2C1)로 집광한다.
각 n차광을 독립으로 반사하는 미러(2C3 내지 2C7)를 배치하여, 각 미러의 입사 빔에 대한 각도를 조절함으로써, 복귀광의 집광 렌즈(2C1)로의 입사각을 각각 변화시키는 것이 가능해지고, 집광 스폿(P0, P1)이 피할단 부재(3)의 할단 예정 라인(S0)의 단면(XY 평면)으로의 사영선(S1) 상에 형성된다.
미러(2C7)의 조절각(α)과 집광 렌즈(2C1)로의 입사각(β) 사이에는,
β＝2αcosθt/cosθi
의 관계가 있으므로, α를 조절함으로써 입사각(β)을 바꿀 수 있다. 여기서, θi는 회절 격자(2C2)로의 입사각, θt는 회절 격자(2C2)로부터의 사출각이다.
또한, 각 미러(2C3 내지 2C7)의 반사면의 곡률을 조정함으로써, 복귀광의 집광 렌즈(2C1)에 입사할 때의 확산각(또는, 수축각)을 각각 변화시키는 것이 가능해져, Z방향에 대해 원하는 공간적으로 분리된 집광 스폿을 형성할 수 있다.
회절 격자(2C2)의 격자 형상을 조절함으로써, 각 n차광의 강도를 원하는 강도로 최적화할 수 있다.
또한, 광학계(2B)를 도 20에 도시한 바와 같은 광학계(2D)로 해도 좋다. 광원(1)으로부터 사출되는 하나의 빔이 빔 익스팬더(2D2)에 의해 확장되어, 다수의 애퍼쳐(2D3 내지 2D5)에 설치된 글래스 막대(2D6 내지 2D8)에 입사된다. 글래스 막대(2D6 내지 2D8)의 사출측의 단부면 각도를 바꿈으로써, 집광 렌즈(2D1)에 입사하는 빔의 각도를 변화시키고, 집광 스폿의 X방향의 위치를 변화시킬 수 있다.
또한, 글래스 막대(2D6 내지 2D8)의 사출측 단부면의 곡률을 조정함으로써, 집광 렌즈(2D1)에 입사할 때의 확산각(또는, 수축각)을 각각 변화시키고, Z방향의 위치를 변화시킬 수 있다. 혹은, 단순한 글래스 막대 대신에, 셀폭 렌즈(직경의 외측으로 갈수록 굴절률이 작아지는 굴절률 분포를 갖는 렌즈)를 사용함으로써 집광 렌즈(2D1)에 입사할 때의 확산각(또는, 수축각)을 각각 변화시킬 수 있고, Z방향의 위치를 변화시킬 수도 있다.
애퍼쳐(2D3 내지 2D5)에 글래스 막대(2D6 내지 2D8)를 설치하는 대신에, 6각형의 글래스를 스택시켜 플라이 아이 렌즈와 같이 하면 주변 흐림 부분이 없어지므로, 로스가 억제되어 더욱 바람직하다.
통상의 가우시안 빔에서는, 분리 후의 각 초점 사이의 강도 분포도 가우시안에 준한 것으로 되어 버린다. 각 집광 스폿의 강도 분포를 균일하게 하기 위해서는, 애퍼쳐(2D3 내지 2D5)의 상류에, 톱 해트 분포 변환 광학계를 두고 각 애퍼쳐에 입사하는 빔의 강도를 동등하게 할 필요가 있다.
또한, 광학계(2B)를 도 21에 도시한 바와 같은 광학계(2E)로 해도 좋다. 펀칭 액시콘 미러 페어(2E2)를 사용하여 광원(1)으로부터 사출되는 빔을 중심이 작은 빔과 도넛형의 빔으로 분리하고, 집광 렌즈(2E1)에 의해 집광한다. 액시콘 미러 페어(2E2) 내에서 반환된 레이저광과 중심의 구멍으로부터 빠지는 레이저광의 집광 렌즈(2E1)로의 도달 시간을 정렬시키기 위해, 지연 매질(2E3)의 길이는, 액시콘 미러 페어(2E2) 내에서의 반환의 광로 길이와, 지연 매질(2E3) 내의 실효 광로 길이가 정렬되도록 조정되어 있다. 지연 매질(2E3)의 사출측 단부면 각도를 바꿈으로써, 집광 렌즈(2E1)에 입사하는 빔의 각도를 변화시키고, 집광 스폿의 X방향의 위치를 변화시킬 수 있다. 또한, 지연 매질(2E3)의 사출측 단부면의 곡률을 조정함으로써, 집광 렌즈에 입사할 때의 확산각(또는, 수축각)을 각각 변화시키고, Z방향의 위치를 변화시킬 수 있다. 혹은, 지연 매질(2E3)로서 단순한 균일 매질 대신에, 셀폭 렌즈를 사용함으로써, 집광 렌즈(2E1)에 입사할 때의 확산각(또는, 수축각)을 각각 변화시킬 수 있고, Z방향의 위치를 변화시킬 수도 있다.
다음에, 본 발명의 시뮬레이션 결과와 실험 결과를 설명한다.
〔시뮬레이션 1〕 제1 실시 형태의 레이저 가공 장치에 의해 동시에 또한 복수 형성되는 집광 스폿이 단시간 내에 융합하여 하나의 타원 형상 열원 온도 분포 패턴으로 되는 모습이 「내부 원통 열원열에 의한 열전도 수치 해석 모델」을 사용하여 시뮬레이션되었다.
주된 시뮬레이션 조건은 이하와 같다.
피할단 부재:사파이어
집광 스폿 형성 깊이(Z0):20㎛
집광 스폿 직경:2㎛
집광 스폿 중심 간격:2㎛
집광 스폿수:3
집광 스폿당의 레이저 펄스 에너지:0.25μJ
시뮬레이션 결과를 도 22에 나타낸다. 레이저 펄스를 조사 후 약 10ps 경과시키면, 도 22의 (a)에 도시하는 타원 형상 열원 온도 분포 패턴이 형성되었다. 도 22의 (b)는 도 22의 (a)로부터 10ns 경과한 타원 형상 열원 온도 분포 패턴을 도시하고 있다. 중심의 가장 흑색의 영역은 약 4000°K, 외측의 백색의 영역은 약 1500°K, 중간 영역은 2500 내지 3000°K였다.
이 시뮬레이션으로부터, 레이저 펄스가 복수 동시에 집광 조사되면, 거의 순시(약 10ps 후)에 융합하여 타원 형상 열원 온도 분포 패턴이 발현되는 것을 알 수 있다.
〔시뮬레이션 2〕 3개의 집광 스폿을 시간차 제로(τ＝0)로 형성한 경우의 열원 온도 분포 패턴의 형상 치수와, 시간차 0.003nsec, 0.03nsec, 0.3nsec로 형성한 경우의 열원 온도 분포 패턴의 형상 치수가, 「내부 원통 열원열에 의한 열전도 수치 해석 모델」을 사용하여 시뮬레이션되었다.
주된 시뮬레이션 조건은 이하와 같다.
피할단 부재:사파이어
집광 스폿 형성 깊이(Z0):5㎛
집광 스폿 직경:2㎛
집광 스폿 중심 간격:2㎛
집광 스폿수:3
집광 스폿의 시간차:0sec, 0.003nsec, 0.03nsec, 0.3nsec
집광 스폿당의 레이저 펄스 에너지:1μJ
시뮬레이션 결과를 도 23에 나타낸다. 도 23은 3개의 집광 스폿을 형성한 후 10nsec 후의 열원의 온도 분포 패턴으로, (a)는 3개의 집광 스폿을 시간차 제로로 형성한 경우의 열원의 온도 분포 패턴, (b)는 정중앙의 집광 스폿을 양측의 집광 스폿보다 0.003nsec 지연시켜 형성한 경우의 열원의 온도 분포 패턴, (c)는 양측의 집광 스폿을 정중앙의 집광 스폿보다 0.003nsec 지연시켜 형성한 경우의 열원의 온도 분포 패턴, (d)는 정중앙의 집광 스폿을 양측의 집광 스폿보다 0.03nsec 지연시켜 형성한 경우의 열원의 온도 분포 패턴, (e)는 양측의 집광 스폿을 정중앙의 집광 스폿보다 0.03nsec 지연시켜 형성한 경우의 열원의 온도 분포 패턴, (f)는 정중앙의 집광 스폿을 양측의 집광 스폿보다 0.3nsec 지연시켜 형성한 경우의 열원의 온도 분포 패턴, (g)는 양측의 집광 스폿을 정중앙의 집광 스폿보다 0.3nsec 지연시켜 형성한 경우의 열원의 온도 분포 패턴이다.
도 23으로부터, 본 시뮬레이션에서 가장 크게 지연시킨 τ＝0.3nsec의 경우의 온도 분포 패턴(f), (g)에서도 τ＝0인 경우의 온도 분포 패턴(a)과 형상 및 치수가 동일한 것을 알 수 있다. 따라서, 복수의 집광 스폿을 사파이어에 형성하는 경우, 복수의 집광 스폿의 시간차가 적어도 0.3nsec 이내이면, 동시에(시간차 제로로) 형성한 경우와 동일한 형상 치수의 열원 온도 분포 패턴이 얻어진다.
〔시뮬레이션 3〕 2개의 집광 스폿 간격을 변화시킨 경우의 열원의 온도 분포 패턴이 「내부 원통 열원열에 의한 열전도 수치 해석 모델」을 사용하여 시뮬레이션되었다. 다음에, 그때의 응력 분포가 「유한 요소법에 의한 응력 해석 모델」을 사용하여 구해졌다.
주된 시뮬레이션 조건은 이하와 같다.
피할단 부재:사파이어
집광 스폿 형성 깊이(Z0):20㎛
집광 스폿 직경:2㎛
집광 스폿 중심 간격:2㎛, 4㎛, 6㎛
집광 스폿수:2
집광 스폿당의 레이저 펄스 에너지:1μJ
해석 영역:5㎛×10㎛
요소:2차원 4절 점선형 요소
요소수:5000
절 점수:5151
초기 온도:0℃
시뮬레이션 결과를 도 24 내지 도 26에 나타낸다. 도 24 및 도 25는 집광 스폿 중심 간격이 2㎛ 및 4㎛인 경우의 열원 온도 분포 패턴 및 응력 분포 패턴을 각각 도시하고 있다(집광 스폿 중심 간격이 6㎛인 경우에는 할애). 도 26은 도 24 등의 응력 분포 패턴의 최대 응력을 종축에 취하고, 횡축에 집광 스폿 간격을 취하여 그래프화한 것이다.
도 24 및 도 25로부터 스폿 간격이 2㎛인 경우에는, 열원이 발현한 후 20ns 후에는 융합하여 타원 형상 열원 온도 분포 패턴으로 되지만, 스폿 간격이 적어도 4㎛ 이상으로 되면 이미 융합하지 않게 되는 것을 알 수 있다.
또한, 스폿 간격이 2㎛인 경우에는, 열원의 외측에만 인장 응력이 발생하는 것에 비해, 스폿 간격이 적어도 4㎛ 이상으로 되면 2개의 원형 열원 사이에 인장 응력이 작용하는 것을 알 수 있다.
〔시뮬레이션 4〕 제1 실시 형태의 레이저 가공 장치에 의해 발현한 타원 형상 열원 온도 분포 패턴에 의해 발생하는 응력이 「유한 요소법에 의한 응력 해석 모델」을 사용하여 구해졌다.
주된 시뮬레이션 조건은 이하와 같다.
피할단 부재:사파이어
타원 형상 열원의 긴 직경×짧은 직경:2㎛×0.5㎛
타원 형상 열원당의 레이저 펄스 에너지:1μJ
시뮬레이션 결과를 도 27에 나타낸다. 레이저 펄스를 조사 후 약 100ps 후에 열원의 중심 온도가 9843°K에 도달하고, 그때[도 27의 횡축(0ns) 시점], 최대 응력을 나타냈다. 곡선 ㄱ이 Y 방향의 응력, 곡선 ㄴ이 X방향의 응력을 나타내고 있지만, 도 27로부터 타원 형상 열원 온도 분포 패턴의 장축과 직교하는 방향(Y방향)의 인장 응력이 장축 방향(X방향)의 인장 응력보다 큰 것을 알 수 있다.
도 27에는 원 열원의 응력 곡선 ㄷ도 도시되어 있다. 이후부터 타원 열원 온도 분포 패턴 발생 직후에는, 원 열원보다도 큰 인장 응력이 작용하지만, 원 열원보다 냉각 스피드가 빠르기 때문에, 소정 시간 경과 후에는 원 열원보다 인장 응력이 작아지는 것도 알 수 있다.
이들의 것으로부터, 최대 응력이 작용하는 타이밍에서 장축과 직교하는 방향의 응력이 피할단 부재의 파괴 임계값을 초과하고, 한편, 장축 방향의 응력이 피할단 부재의 파괴 임계값 이하인 열원 온도 분포 패턴이 발생하도록 펄스 레이저를 집광 조사함으로써, 타원의 장축 방향에만 크랙을 발생시키는 것이 가능해진다.
또한, 시간의 경과와 함께 응력은 줄어가고, 초기의, 온도가 높은 상태일 때 가장 큰 응력이 작용하므로, 크랙을 발생하는 파괴 응력이 작용할 수 있는 한계 시간까지 타원 프로파일을 갖는 열원을 형성시켜 둘 필요가 있는 것을 알 수 있다.
<실시예>
제1 실시 형태의 레이저 가공 장치로 가공 실험을 행하였다. 가공 조건은 이하와 같다.
광원 1:하기 사양ㆍ성능의 모드 로크 파이버 레이저(미국 이무라사, 모델 D1000)
중심 파장:1045㎚
빔 직경:4㎜
모드:싱글(가우시안)
펄스 폭:700fs
펄스 에너지:10μJ(최대)
반복 주파수:100㎑(최대)
평균 파워:1000mW(최대)
집광 렌즈(21): 현미경용 대물 렌즈(초점 거리:4㎜, 개구수:0.65)
집광 스폿 직경:2㎛
피할단 부재(3):사파이어
동시 집광 스폿수:2
집광 스폿 중심 간격:2㎛
스테이지 주사 속도:1000㎜/s[이웃하는 2개의 집광 스폿의 간격이 10㎛, 도 28의 (a) 참조]
도 28의 (b)는 사파이어를 내부 가공한 투과상이다. 2개의 동시 집광 스폿으로부터 할단 방향으로 깨끗하게 크랙이 연장되어 있는 것을 알 수 있다.
<비교예>
상기 실시예의 가공 조건에 있어서, 동시 집광 스폿수를 1로 한 것과 스테이지 주사 속도를 500㎜/s[스폿 간격이 5㎛, 도 29의 (a) 참조]로 한 것 이외는, 상기 실시예와 동일한 가공 조건이다.
도 29의 (b)는 사파이어를 내부 가공한 투과상이다. 집광 스폿을 연결하는 방향과는 다른 방향(결정 방위)으로, 할단에 기여하지 않는 여분의 크랙이 발생하고 있는 것을 알 수 있다.
21, 201, 2A1, 20A1, 20B1, 2B1, 2C1, 2D1, 2E1 : 집광 렌즈
O : 광축
S0 : 할단 예정 라인
3 : 피할단 부재
3a : 표면
3b : 단면
P0, P1, P2, P3 : 단면 집광 스폿
Q0, Q1, Q2, Q3 : 깊이 집광 스폿
2, 20, 2A, 20A, 20B, 2B, 2C, 2D, 2E: 광학계

Claims (15)

  1. 집광 렌즈의 광축을 피할단 부재의 할단 예정 라인을 따라서 상대적으로 이동시켜 레이저광을 피할단 부재에 집광 조사함으로써, 할단의 기점이 되는 개질 영역을 상기 피할단 부재의 내부에 상기 할단 예정 라인을 따르도록 형성하는 레이저 가공 방법이며,
    상기 피할단 부재의 표면으로부터 소정의 깊이 위치에서 상기 집광 렌즈의 광축과 직교하고 상기 표면과 평행한 단면 상의 위치에 복수의 단면 집광 스폿을 동시에 형성하고, 그때, 상기 복수의 단면 집광 스폿 중 적어도 하나의 단면 집광 스폿을 상기 할단 예정 라인의 상기 단면으로의 사영선 상에 형성하여 원하는 형상의 상기 내부 개질 영역을 하나 혹은 복수 형성하는 것을 특징으로 하는, 레이저 가공 방법.
  2. 집광 렌즈의 광축을 피할단 부재의 할단 예정 라인을 따라서 상대적으로 이동시켜 레이저광을 피할단 부재에 집광 조사함으로써, 할단의 기점이 되는 개질 영역을 상기 피할단 부재의 내부에 상기 할단 예정 라인을 따르도록 형성하는 레이저 가공 방법이며,
    상기 피할단 부재의 표면으로부터 소정의 깊이 위치에서 깊이 방향으로 복수의 깊이 집광 스폿을 동시에 형성하고, 그때, 상기 복수의 깊이 집광 스폿 중 적어도 하나의 깊이 집광 스폿을 상기 집광 렌즈의 광축 상에 형성하여 원하는 형상의 상기 내부 개질 영역을 하나 혹은 복수 형성하는 것을 특징으로 하는, 레이저 가공 방법.
  3. 집광 렌즈의 광축을 피할단 부재의 할단 예정 라인을 따라서 상대적으로 이동시켜 레이저광을 피할단 부재에 집광 조사함으로써, 할단의 기점이 되는 개질 영역을 상기 피할단 부재의 내부에 상기 할단 예정 라인을 따르도록 형성하는 레이저 가공 방법이며,
    상기 피할단 부재의 표면으로부터 소정의 깊이 위치에서 상기 집광 렌즈의 광축과 직교하고 상기 표면과 평행한 단면 상의 위치에 복수의 단면 집광 스폿을 동시에 형성하고, 그때, 상기 복수의 단면 집광 스폿 중 적어도 하나의 단면 집광 스폿을 상기 할단 예정 라인의 상기 단면으로의 사영선 상에 형성하고,
    상기 소정의 깊이 위치에서 깊이 방향으로도 복수의 깊이 집광 스폿을 동시에 형성하고, 그때, 상기 복수의 깊이 집광 스폿 중 적어도 하나의 깊이 집광 스폿을 상기 집광 렌즈의 광축 상에 형성하여 원하는 형상의 상기 내부 개질 영역을 하나 혹은 복수 형성하는 것을 특징으로 하는, 레이저 가공 방법.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 복수의 단면 집광 스폿을 연결하는 도형이 삼각형인, 레이저 가공 방법.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 복수의 깊이 집광 스폿을 연결하는 도형이 삼각형인, 레이저 가공 방법.
  6. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 복수의 단면 집광 스폿을 연결하는 도형이 평행 사변형이고, 상기 평행 사변형의 예각을 이루는 2개의 정점을 상기 할단 예정 라인의 상기 단면으로의 사영선 상에 위치시키는, 레이저 가공 방법.
  7. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 복수의 깊이 집광 스폿을 연결하는 도형이 평행 사변형이고, 상기 평행 사변형의 예각을 이루는 2개의 정점을 상기 집광 렌즈의 광축 상에 위치시키는, 레이저 가공 방법.
  8. 제1항, 제3항, 제4항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 단면 집광 스폿의 상기 단면 상에서의 공간 위치와 상기 집광 스폿의 에너지 밀도의 조합을 사용함으로써 상기 원하는 형상의 상기 내부 개질 영역을 형성하는, 레이저 가공 방법.
  9. 제2항, 제3항, 제5항 및 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 깊이 집광 스폿의 상기 할단 예정 라인을 포함하는 면 내의 공간 위치와 상기 집광 스폿의 에너지 밀도의 조합을 사용함으로써 상기 원하는 형상의 상기 내부 개질 영역을 형성하는, 레이저 가공 방법.
  10. 집광 렌즈의 광축을 피할단 부재의 할단 예정 라인을 따라서 상대적으로 이동시켜 레이저광을 피할단 부재에 집광 조사함으로써, 할단의 기점이 되는 개질 영역을 상기 피할단 부재의 내부에 상기 할단 예정 라인을 따르도록 형성하는 레이저 가공 장치이며,
    상기 피할단 부재의 표면으로부터 소정의 깊이 위치에서 상기 집광 렌즈의 광축과 직교하고 상기 표면과 평행한 단면 상의 위치에 복수의 단면 집광 스폿을 동시에 형성하고, 그때, 상기 복수의 단면 집광 스폿 중 적어도 하나의 단면 집광 스폿을 상기 할단 예정 라인의 상기 단면으로의 사영선 상에 형성하는 광학계를 구비하고, 원하는 형상의 상기 내부 개질 영역을 하나 혹은 복수 형성하는 것을 특징으로 하는, 레이저 가공 장치.
  11. 집광 렌즈의 광축을 피할단 부재의 할단 예정 라인을 따라서 상대적으로 이동시켜 레이저광을 피할단 부재에 집광 조사함으로써, 할단의 기점이 되는 개질 영역을 상기 피할단 부재의 내부에 상기 할단 예정 라인을 따르도록 형성하는 레이저 가공 장치이며,
    상기 피할단 부재의 표면으로부터 소정의 깊이 위치에서 깊이 방향으로 복수의 깊이 집광 스폿을 동시에 형성하고, 그때, 상기 복수의 깊이 집광 스폿 중 적어도 하나의 깊이 집광 스폿을 상기 집광 렌즈의 광축 상에 형성하는 광학계를 구비하고, 원하는 형상의 상기 내부 개질 영역을 하나 혹은 복수 형성하는 것을 특징으로 하는, 레이저 가공 장치.
  12. 집광 렌즈의 광축을 피할단 부재의 할단 예정 라인을 따라서 상대적으로 이동시켜 레이저광을 피할단 부재에 집광 조사함으로써, 할단의 기점이 되는 개질 영역을 상기 피할단 부재의 내부에 상기 할단 예정 라인을 따르도록 형성하는 레이저 가공 장치이며,
    상기 피할단 부재의 표면으로부터 소정의 깊이 위치에서 상기 집광 렌즈의 광축과 직교하고 상기 표면과 평행한 단면 상의 위치에 복수의 단면 집광 스폿을 동시에 형성하고, 그때, 상기 복수의 단면 집광 스폿 중 적어도 하나의 단면 집광 스폿을 상기 할단 예정 라인의 상기 단면으로의 사영선 상에 형성하고, 상기 소정의 깊이 위치에서 깊이 방향으로도 복수의 깊이 집광 스폿을 동시에 형성하고, 그때, 상기 복수의 깊이 집광 스폿 중 적어도 하나의 깊이 집광 스폿을 상기 집광 렌즈의 광축 상에 형성하는 광학계를 구비하고, 원하는 형상의 상기 내부 개질 영역을 하나 혹은 복수 형성하는 것을 특징으로 하는, 레이저 가공 장치.
  13. 제10항에 있어서, 상기 광학계는 빔 스플리터, 미러 및 집광 렌즈를 구비하고,
    상기 레이저광을 상기 빔 스플리터에 의해 분할하고, 분할한 레이저광을 상기 미러에 의해 반사시켜 광축에 대해 소정 각도(θ0)를 이루고 상기 집광 렌즈에 입사시킴으로써, 상기 할단 예정 라인을 따르도록 복수의 단면 집광 스폿을 형성하도록 한, 레이저 가공 장치.
  14. 제10항에 있어서, 상기 광학계는 음향 광학 변조기, 그레이팅 페어 및 집광 렌즈를 구비하고,
    상기 레이저광을 상기 음향 광학 변조기에 의해 파장 시프트한 1차광 빔과 파장 시프트를 일으키지 않는 0차광 빔을 생성하고, 상기 그레이팅 페어에 의해 광로차를 마련하여, 상기 집광 렌즈에 입사시킴으로써, 상기 할단 예정 라인을 따르도록 복수의 단면 집광 스폿을 형성하도록 한, 레이저 가공 장치.
  15. 제11항에 있어서, 상기 광학계는 빔 스플리터, 미러, 릴레이 렌즈 및 집광 렌즈를 구비하고,
    상기 레이저광을 상기 빔 스플리터를 통해 상기 집광 렌즈에 입사시키는 동시에, 상기 빔 스플리터에 의해 반사시킨 레이저광을 상기 릴레이 렌즈에 의해 확산각(α)의 레이저광으로 하여 상기 집광 렌즈에 입사시킴으로써, 깊이 방향으로 복수의 깊이 집광 스폿을 형성하도록 한, 레이저 가공 장치.
KR1020127009116A 2009-09-10 2010-09-01 레이저 가공 방법 및 레이저 가공 장치 KR101364384B1 (ko)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140020776A (ko) * 2012-08-07 2014-02-19 한국기계연구원 프레넬 영역 소자를 이용한 레이저 가공 장치 및 이를 이용한 기판 절단 방법
KR101511646B1 (ko) * 2013-12-17 2015-04-13 주식회사 엘티에스 기판 절단장치
WO2015119459A1 (ko) * 2014-02-07 2015-08-13 한국기계연구원 위조방지 패턴 생성 장치 및 그 방법, 위조방지 패턴 감지 장치 및 그 방법
KR20180055293A (ko) * 2016-11-16 2018-05-25 주식회사 이오테크닉스 레이저 가공 장치 및 방법
KR20190057278A (ko) * 2016-07-25 2019-05-28 엠플리튜드 시스떼메 다중 빔 펨토초 레이저에 의해 재료를 절단하는 방법 및 장치

Families Citing this family (58)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012223783A (ja) * 2011-04-18 2012-11-15 Panasonic Corp レーザ加工方法及びレーザ加工装置
DE102011079739A1 (de) * 2011-07-25 2013-01-31 Lpkf Laser & Electronics Ag Vorrichtung und Verfahren zur Durchführung und Überwachung eines Kunststoff-Laserdurchstrahl-Schweißprozesses
JP2013063454A (ja) * 2011-09-16 2013-04-11 Hamamatsu Photonics Kk レーザ加工方法及びレーザ加工装置
JP5840215B2 (ja) * 2011-09-16 2016-01-06 浜松ホトニクス株式会社 レーザ加工方法及びレーザ加工装置
KR101309805B1 (ko) * 2011-12-28 2013-09-23 주식회사 이오테크닉스 인고트 절단 방법
KR101345229B1 (ko) * 2012-03-02 2013-12-26 마이크로 인스펙션 주식회사 기판의 절단장치
JP5966468B2 (ja) * 2012-03-15 2016-08-10 三星ダイヤモンド工業株式会社 レーザー加工装置
JP6034097B2 (ja) * 2012-08-28 2016-11-30 株式会社ディスコ レーザー加工装置
EP2950968A4 (en) * 2013-02-04 2016-10-19 Newport Corp METHOD AND DEVICE FOR LASER CUTTING TRANSPARENT AND SEMITRANSPARENT SUBSTRATES
JP6161188B2 (ja) * 2013-02-05 2017-07-12 株式会社ブイ・テクノロジー レーザ加工装置、レーザ加工方法
DE112014001710T5 (de) 2013-03-27 2015-12-17 Hamamatsu Photonics K.K. Laserbearbeitungsvorrichtung und Laserbearbeitungsverfahren
JP6062315B2 (ja) * 2013-04-24 2017-01-18 株式会社ディスコ ウエーハの加工方法
FR3007678B1 (fr) * 2013-06-28 2015-07-31 Essilor Int Procede de fabrication d'une lentille ophtalmique comportant une etape de marquage laser pour realiser des gravures permanentes sur une surface de ladite lentille ophtalmique
JP6531885B2 (ja) * 2013-10-07 2019-06-19 信越ポリマー株式会社 内部加工層形成単結晶部材およびその製造方法
KR101659857B1 (ko) * 2014-02-10 2016-09-26 주식회사 이오테크닉스 레이저 가공 방법 및 이를 적용하는 레이저 시스템
LT2965853T (lt) 2014-07-09 2016-11-25 High Q Laser Gmbh Medžiagos apdorojimas, naudojant pailgintuosius lazerio spindulius
PT2974822T (pt) * 2014-07-14 2017-11-14 Asm Tech Singapore Pte Ltd Método de divisão de substratos semicondutores finos
JP2017519254A (ja) * 2014-08-28 2017-07-13 ハンズ レーザー テクノロジー インダストリー グループ カンパニー リミテッド 光学レンズ
JP5902281B2 (ja) * 2014-11-19 2016-04-13 三星ダイヤモンド工業株式会社 レーザー加工装置
US10921255B2 (en) * 2014-12-09 2021-02-16 Bioaxial Sas Optical measuring device and process
KR102387132B1 (ko) * 2015-02-27 2022-04-15 일렉트로 싸이언티픽 인더스트리이즈 인코포레이티드 횡축 미세 기계 가공을 위한 고속 빔 조작
CN104801851B (zh) * 2015-03-31 2019-01-18 山西南烨立碁光电有限公司 硅基led芯片切割方法及其切割用分光器
JP6521711B2 (ja) * 2015-04-20 2019-05-29 株式会社ディスコ ウエーハの加工方法
JP6680494B2 (ja) * 2015-09-15 2020-04-15 浜松ホトニクス株式会社 レーザ加工方法及びレーザ加工装置
JP6715632B2 (ja) * 2016-03-23 2020-07-01 浜松ホトニクス株式会社 レーザ加工方法及びレーザ加工装置
JP6625928B2 (ja) * 2016-04-27 2019-12-25 株式会社ディスコ レーザー加工装置
JP6632467B2 (ja) * 2016-05-18 2020-01-22 株式会社ディスコ レーザー加工装置及びレーザー加工方法
US11253955B2 (en) * 2016-06-14 2022-02-22 Evana Technologies, Uab Multi-segment focusing lens and the laser processing for wafer dicing or cutting
FR3054152B1 (fr) * 2016-07-25 2018-11-09 Amplitude Systemes Appareil et procede de decoupe de materiau par faisceau laser allonge non diffractif
FR3054151B1 (fr) * 2016-07-25 2018-07-13 Amplitude Systemes Procede et appareil pour la decoupe de materiaux par multi-faisceaux laser femtoseconde
CN106271046B (zh) * 2016-09-30 2019-08-23 纳晶科技股份有限公司 激光刻蚀方法和装置、衬底电极及电致发光器件
DE102016120244A1 (de) * 2016-10-24 2018-04-26 Cl Schutzrechtsverwaltungs Gmbh Vorrichtung zur additiven Herstellung dreidimensionaler Objekte
TWI630974B (zh) * 2016-11-02 2018-08-01 財團法人工業技術研究院 雷射系統及雷射炫彩加工方法
EP3412400A1 (en) * 2017-06-09 2018-12-12 Bystronic Laser AG Beam shaper and use thereof, device for laser beam treatment of a workpiece and use thereof, method for laser beam treatment of a workpiece
KR102563724B1 (ko) * 2017-11-29 2023-08-07 니치아 카가쿠 고교 가부시키가이샤 반도체 발광 소자의 제조 방법
JP7123652B2 (ja) * 2018-06-20 2022-08-23 株式会社ディスコ レーザー加工装置
JP7184455B2 (ja) * 2018-06-27 2022-12-06 株式会社ディスコ ウェーハの加工方法
US11897056B2 (en) 2018-10-30 2024-02-13 Hamamatsu Photonics K.K. Laser processing device and laser processing method
JP7285067B2 (ja) * 2018-10-30 2023-06-01 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
WO2020090905A1 (ja) * 2018-10-30 2020-05-07 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
US10814433B2 (en) * 2018-11-13 2020-10-27 Vertiled Co. Limited Laser based system for cutting transparent and semi-transparent substrates
CN109536948A (zh) * 2018-12-05 2019-03-29 攀枝花市三圣机械制造有限责任公司 一种基于激光熔覆的半导体激光器系统
US20220044935A1 (en) * 2018-12-21 2022-02-10 Tokyo Electron Limited Substrate processing apparatus and substrate processing method
CN109663915B (zh) * 2018-12-28 2024-03-26 淮阴工学院 一种激光增材制造防裂的方法
JP6712746B2 (ja) * 2019-05-07 2020-06-24 信越ポリマー株式会社 内部加工層形成単結晶部材およびその製造方法
JP6712747B2 (ja) * 2019-05-07 2020-06-24 信越ポリマー株式会社 内部加工層形成単結晶部材の製造方法
CN114173965A (zh) * 2019-06-28 2022-03-11 微林股份有限公司 光机械工具
TW202116468A (zh) * 2019-07-18 2021-05-01 日商東京威力科創股份有限公司 處理裝置及處理方法
DE102019217021A1 (de) * 2019-11-05 2021-05-06 Photon Energy Gmbh Laserschneidverfahren und zugehörige Laserschneidvorrichtung
KR20210064444A (ko) * 2019-11-25 2021-06-03 삼성전자주식회사 기판 다이싱 방법, 반도체 소자의 제조 방법 및 그들에 의해 제조되는 반도체 칩
JP7418139B2 (ja) 2019-12-03 2024-01-19 株式会社ディスコ 被加工物の加工方法
JP7386075B2 (ja) * 2019-12-25 2023-11-24 東京エレクトロン株式会社 基板処理方法及び基板処理システム
JP7479755B2 (ja) 2020-02-25 2024-05-09 株式会社ディスコ チップの製造方法
DE102021102387A1 (de) 2021-02-02 2022-08-04 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Laserbearbeitung eines Werkstücks
CN112975113B (zh) * 2021-04-20 2021-08-10 苏州德龙激光股份有限公司 非对称分束激光加工透明材料的装置及其方法
CN114406462A (zh) * 2022-02-18 2022-04-29 江苏星链激光科技有限责任公司 一种激光焊接系统及其光斑轨迹控制方法
DE102022114637A1 (de) 2022-06-10 2023-12-21 Trumpf Laser Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Verarbeiten mindestens eines Teilbereichs eines Schichtsystems
CN114879295B (zh) * 2022-06-24 2023-12-29 清华大学 一种二维光栅加工方法与二维光栅

Family Cites Families (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08108289A (ja) * 1994-10-07 1996-04-30 Sumitomo Electric Ind Ltd レーザ加工用光学装置
US5883357A (en) * 1996-03-25 1999-03-16 Case Western Reserve University Selective vacuum gripper
JPH10242617A (ja) * 1997-02-28 1998-09-11 Murata Mfg Co Ltd セラミックグリーンシートの加工方法及びレーザ加工装置
US6191382B1 (en) * 1998-04-02 2001-02-20 Avery Dennison Corporation Dynamic laser cutting apparatus
US6413839B1 (en) * 1998-10-23 2002-07-02 Emcore Corporation Semiconductor device separation using a patterned laser projection
JP4659300B2 (ja) * 2000-09-13 2011-03-30 浜松ホトニクス株式会社 レーザ加工方法及び半導体チップの製造方法
US6676878B2 (en) * 2001-01-31 2004-01-13 Electro Scientific Industries, Inc. Laser segmented cutting
WO2002090036A1 (en) * 2001-05-10 2002-11-14 Vanderbilt University Method and apparatus for laser ablative modification of dielectric surfaces
JP2003200279A (ja) * 2001-10-24 2003-07-15 Seiko Epson Corp 基板の電気配線切断方法及びその装置、並びに電子デバイスの製造方法及びその装置
US6720519B2 (en) * 2001-11-30 2004-04-13 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. System and method of laser drilling
CN1328002C (zh) * 2002-03-12 2007-07-25 浜松光子学株式会社 加工对象物切割方法
JP4110219B2 (ja) * 2002-08-30 2008-07-02 株式会社東京精密 レーザーダイシング装置
ES2523432T3 (es) * 2003-07-18 2014-11-25 Hamamatsu Photonics K.K. Chip semiconductor cortado
WO2005008474A1 (en) * 2003-07-23 2005-01-27 Koninklijke Philips Electronics N.V. Device and method for composing codes
JP2005086175A (ja) * 2003-09-11 2005-03-31 Hamamatsu Photonics Kk 半導体薄膜の製造方法、半導体薄膜、半導体薄膜チップ、電子管、及び光検出素子
JP4471627B2 (ja) * 2003-11-06 2010-06-02 株式会社ディスコ ウエーハの分割方法
TWI250910B (en) * 2004-03-05 2006-03-11 Olympus Corp Apparatus for laser machining
JP4716663B2 (ja) * 2004-03-19 2011-07-06 株式会社リコー レーザ加工装置、レーザ加工方法、及び該加工装置又は加工方法により作製された構造体
JP2005271563A (ja) 2004-03-26 2005-10-06 Daitron Technology Co Ltd 硬脆材料板体の分割加工方法及び装置
CA2479986A1 (fr) * 2004-09-14 2006-03-14 Vincent F. Treanton Fabrication de guides d`onde optique par ablation laser
JP2006123228A (ja) * 2004-10-27 2006-05-18 Disco Abrasive Syst Ltd レーザ加工方法およびレーザ加工装置
JP4856931B2 (ja) 2004-11-19 2012-01-18 キヤノン株式会社 レーザ割断方法およびレーザ割断装置
US8093530B2 (en) * 2004-11-19 2012-01-10 Canon Kabushiki Kaisha Laser cutting apparatus and laser cutting method
US7508853B2 (en) * 2004-12-07 2009-03-24 Imra, America, Inc. Yb: and Nd: mode-locked oscillators and fiber systems incorporated in solid-state short pulse laser systems
JP2006187783A (ja) * 2005-01-05 2006-07-20 Disco Abrasive Syst Ltd レーザー加工装置
JP2007142001A (ja) * 2005-11-16 2007-06-07 Denso Corp レーザ加工装置およびレーザ加工方法
US20070196048A1 (en) * 2006-01-12 2007-08-23 Almantas Galvanauskas Optical waveform shaping
CN101121220A (zh) * 2006-08-11 2008-02-13 富士迈半导体精密工业（上海）有限公司 脆性材料基板切割方法
US7674999B2 (en) * 2006-08-23 2010-03-09 Applied Materials, Inc. Fast axis beam profile shaping by collimation lenslets for high power laser diode based annealing system
JP2008080346A (ja) * 2006-09-26 2008-04-10 Sony Corp レーザ加工装置及び加工方法
KR100899659B1 (ko) * 2006-12-01 2009-05-27 한국전자통신연구원 패킷 스케줄러 및 패킷 스케줄링 방법
JP5103054B2 (ja) * 2007-04-27 2012-12-19 サイバーレーザー株式会社 レーザによる加工方法およびレーザ加工装置
KR100862481B1 (ko) * 2007-07-10 2008-10-08 삼성전기주식회사 다중 빔 레이저 장치
JP5133033B2 (ja) * 2007-11-26 2013-01-30 日立ビアメカニクス株式会社 レーザ加工装置
WO2009084489A1 (ja) * 2007-12-28 2009-07-09 Mitsuboshi Diamond Industrial Co., Ltd. レーザ加工装置およびレーザ加工方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140020776A (ko) * 2012-08-07 2014-02-19 한국기계연구원 프레넬 영역 소자를 이용한 레이저 가공 장치 및 이를 이용한 기판 절단 방법
KR101511646B1 (ko) * 2013-12-17 2015-04-13 주식회사 엘티에스 기판 절단장치
WO2015119459A1 (ko) * 2014-02-07 2015-08-13 한국기계연구원 위조방지 패턴 생성 장치 및 그 방법, 위조방지 패턴 감지 장치 및 그 방법
US10388098B2 (en) 2014-02-07 2019-08-20 Korea Institute Of Machinery & Materials Apparatus and method of processing anti-counterfeiting pattern, and apparatus and method of detecting anti-counterfeiting pattern
KR20190057278A (ko) * 2016-07-25 2019-05-28 엠플리튜드 시스떼메 다중 빔 펨토초 레이저에 의해 재료를 절단하는 방법 및 장치
KR20180055293A (ko) * 2016-11-16 2018-05-25 주식회사 이오테크닉스 레이저 가공 장치 및 방법

Also Published As

Publication number Publication date
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