KR20140017426A

KR20140017426A - 레이저 가공 장치

Info

Publication number: KR20140017426A
Application number: KR1020130073149A
Authority: KR
Inventors: 게이지 노마루
Original assignee: 가부시기가이샤 디스코
Priority date: 2012-07-31
Filing date: 2013-06-25
Publication date: 2014-02-11
Also published as: US9289857B2; DE102013214741A1; JP2014028381A; JP6068859B2; CN103567629A; US20140034624A1; KR102060840B1

Abstract

본 발명은 레이저 발진기로부터 발진된 레이저 광선의 집광점을 광파이버의 코어의 입사면에 확실하게 위치시킬 수 있고, 레이저 광선의 집광점을 광파이버의 코어의 입사면에 위치시킨 상태를 유지할 수 있는 광파이버 수단을 구비한 레이저 가공 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
레이저 발진기가 발진한 레이저 광선을 집광기에 유도하는 광 전송 수단을 갖는 레이저 가공 장치로서, 이 광 전송 수단은, 레이저 발진기가 발진한 레이저 광선을 집광하는 집광 렌즈와, 집광 렌즈에 의해 집광된 레이저 광선을 입사시켜 집광기에 유도하는 광파이버 수단을 포함하고, 이 광파이버 수단은, 레이저 발진기에 의해 발진되어 집광 렌즈에 의해 집광된 레이저 광선을 입사시키는 직경이 큰 코어를 클래드로 피복한 LMA 파이버와, 레이저 발진기가 발진하는 레이저 광선의 파장에 대응한 직경이 작은 코어를 클래드로 피복한 SM 파이버 또는 PM 파이버를 포함하는 전송 파이버와, LMA 파이버와 전송 파이버의 광축이 일치하도록 연결하는 연결 수단을 포함한다.

Description

레이저 가공 장치{LASER MACHINING APPARATUS}

본 발명은, 피가공물에 펄스 레이저 광선을 조사하여 레이저 가공을 실시하는 레이저 가공 장치에 관한 것이다.

반도체 디바이스 제조 프로세스에서는, 대략 원판 형상인 반도체 웨이퍼의 표면에 격자형으로 배열된 스트리트라고 불리는 분할 예정 라인에 의해 복수의 영역이 구획되고, 이 구획된 영역에 IC, LSI 등의 디바이스를 형성한다. 그리고, 반도체 웨이퍼를 스트리트를 따라 절단함으로써 디바이스가 형성된 영역을 분할하여 개개의 반도체칩을 제조하고 있다. 또한 사파이어 기판의 표면에 포토 다이오드 등의 수광 소자나 레이저 다이오드 등의 발광 소자 등이 적층된 광디바이스 웨이퍼도 스트리트를 따라 절단함으로써 개개의 포토 다이오드, 레이저 다이오드 등의 광디바이스로 분할되고, 분할된 광디바이스는 전기 기기에 널리 이용되고 있다.

전술한 반도체 웨이퍼나 광디바이스 웨이퍼 등의 웨이퍼를 스트리트를 따라 분할하는 방법으로서, 웨이퍼에 형성된 스트리트를 따라 레이저 광선을 조사함으로써 레이저 가공 홈 또는 내부에 변질층을 형성하고, 이 레이저 가공 홈 또는 변질층을 따라 파단하는 방법이 제안되어 있다. 이와 같이 웨이퍼 등의 피가공물에 레이저 가공을 실시하는 레이저 가공 장치는, 피가공물을 유지하는 척 테이블과, 이 척 테이블에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단을 구비한다. 이 레이저 광선 조사 수단은, 레이저 광선을 발진하는 레이저 발진기와, 이 레이저 발진기가 발진한 레이저 광선을 집광하여 척 테이블에 유지된 피가공물에 조사하는 집광기와, 레이저 발진기가 발진한 레이저 광선을 집광기에 유도하는 광 전송 수단으로 구성되어 있다.

전술한 레이저 발진기로부터 발진된 레이저 광선을 집광기에 유도하는 광 전송 수단은, 일반적으로 렌즈와 미러를 포함하는 광학계를 구비한다. 그런데, 렌즈와 미러를 포함하는 광학계는 설치 장소에 따라서는 설계상의 자유도가 적다고 하는 문제가 있다. 이러한 문제를 해소하기 위해, 광파이버를 이용한 광 전송 수단이 제안되어 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조).

특허문헌 1 : 일본 특허 공개 제2007-207856호 공보

전술한 레이저 광선을 집광기에 유도하는 광 전송 수단으로서의 광파이버는, 전송해야 하는 레이저 광선의 파장의 수배 정도의 직경을 갖는 매우 가는 코어를 구비한 광파이버가 이용된다. 따라서, 레이저 발진기로부터 발진된 레이저 광선의 집광점을 광파이버의 코어의 단부면에 위치시키는 것이 어렵고, 레이저 광선의 집광점을 광파이버의 코어의 단부면에 위치시킨 상태를 유지하는 것이 어렵다. 즉, 파장이 1 ㎛인 레이저 광선을 전송하기 위해서는, 직경이 6 ㎛ 정도인 코어를 구비한 광파이버가 이용되기 때문에, 직경이 6 ㎛ 정도인 코어의 단부면에 레이저 광선의 집광점을 위치시키는 것이 어렵다. 또한, 레이저 광선의 집광점을 광파이버의 코어의 단부면에 위치시킨 후에 있어서, 열팽창이나 왜곡 등에 의해 레이저 광선의 집광점이 광파이버의 코어의 단부면으로부터 벗어나는 경우가 있다고 하는 문제가 있다.

본 발명은 상기 사실을 감안하여 이루어진 것으로, 그 주된 기술 과제는, 레이저 발진기로부터 발진된 레이저 광선의 집광점을 광파이버의 코어의 입사면에 확실하게 위치시킬 수 있고, 레이저 광선의 집광점을 광파이버의 코어의 입사면에 위치시킨 상태를 유지할 수 있는 광파이버 수단을 구비한 레이저 가공 장치를 제공하는 것에 있다.

상기 주된 기술 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 의하면, 레이저 가공 장치로서, 피가공물을 유지하는 척 테이블과, 레이저 광선을 발진하는 레이저 발진기와, 이 레이저 발진기가 발진한 레이저 광선을 집광하여 이 척 테이블에 유지된 피가공물에 조사하는 집광기와, 이 레이저 발진기가 발진한 레이저 광선을 집광기에 유도하는 광 전송 수단을 포함하고, 이 척 테이블에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단을 구비하며, 이 광 전송 수단은, 이 레이저 발진기가 발진한 레이저 광선을 집광하는 집광 렌즈와, 이 집광 렌즈에 의해 집광된 레이저 광선을 입사시켜 이 집광기에 유도하는 광파이버 수단을 포함하고, 이 광파이버 수단은, 이 레이저 발진기에 의해 발진되어 이 집광 렌즈에 의해 집광된 레이저 광선을 입사시키는 직경이 큰 코어를 클래드로 피복한 LMA(Large Mode Area) 파이버와, 이 레이저 발진기가 발진하는 레이저 광선의 파장에 대응한 직경이 작은 코어를 클래드로 피복한 SM(Single Mode) 파이버 또는 PM(Polarization Maintaining: 편파 보존) 파이버를 포함하는 전송 파이버와, 이 LMA 파이버와 이 전송 파이버의 광축이 일치하도록 연결하는 연결 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치가 제공된다.

바람직하게는, 상기 연결 수단은, 이 LMA 파이버의 단부(端部)와 이 전송 파이버의 단부를 간격을 두고 연결하는 연결 부재와, 이 연결 부재 내에 배치된 집광 렌즈를 포함한다.

또는, 상기 연결 수단은, 이 LMA 파이버의 단부와 이 전송 파이버의 단부를 간격을 두고 연결하는 연결 부재와, 이 연결 부재내에 배치된 GRIN LENS(Gradient Index Lens: 경사 굴절 렌즈)를 포함한다.

본 발명에 의하면, 광 전송 수단은, 레이저 발진기가 발진한 레이저 광선을 집광하는 집광 렌즈와, 이 집광 렌즈에 의해 집광된 레이저 광선을 입사시켜 집광기에 유도하는 광파이버 수단을 포함한다. 이 광파이버 수단은, 레이저 발진기에 의해 발진되어 이 집광 렌즈에 의해 집광된 레이저 광선을 입사시키는 직경이 큰 코어를 클래드로 피복한 LMA(Large Mode Area) 파이버와, 레이저 발진기로부터 발진된 레이저 광선의 파장에 대응한 직경이 작은 코어를 클래드로 피복한 SM(Single Mode) 파이버 또는 PM(Polarization Maintaining: 편파 보존) 파이버를 포함하는 전송 파이버와, LMA 파이버와 전송 파이버의 광축이 일치하도록 연결하는 연결 수단을 포함한다. 따라서, 레이저 발진기가 발진한 레이저 광선을 집광하는 집광 렌즈는, 코어의 직경이 비교적 큰 LMA 파이버의 입사면에 집광점을 위치시키기 때문에, 코어의 입사면에 집광점을 용이하게 위치시킬 수 있고, 열팽창이나 왜곡에 의해 집광점이 코어의 입사면으로부터 벗어난다고 하는 문제가 해소된다.

또한, 광파이버 수단을 구성하는 LMA 파이버와 전송 파이버는 연결 수단에 의해 광축이 일치하도록 연결되어 있기 때문에, LMA 파이버의 코어의 출사면으로부터 출사한 레이저 광선은 비교적 직경이 작은 전송 파이버의 코어의 입사면에 확실하게 입사된다.

도 1은 본 발명에 따라 구성된 레이저 가공 장치의 사시도.
도 2는 도 1에 도시하는 레이저 가공 장치에 장비(裝備)되는 펄스 레이저 광선 조사 수단의 블록 구성도.
도 3은 도 2에 도시하는 펄스 레이저 광선 조사 수단을 구성하는 광파이버 수단의 주요부를 도시하는 단면도.
도 4는 도 2에 도시하는 펄스 레이저 광선 조사 수단을 구성하는 광파이버 수단의 다른 실시형태를 도시하는 주요부 단면도.

이하, 본 발명에 따라 구성된 레이저 가공 장치의 적합한 실시형태에 대해서, 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1에는, 본 발명에 따라 구성된 레이저 가공 장치의 사시도가 도시되어 있다. 도 1에 도시하는 레이저 가공 장치는, 정지 베이스(2)와, 이 정지 베이스(2)에 화살표 X로 나타내는 가공 이송 방향(X축 방향)으로 이동 가능하게 배치되어 피가공물을 유지하는 척 테이블 기구(3)와, 정지 베이스(2)에 가공 이송 방향(X축 방향)에 직교하는 화살표 Y로 나타내는 인덱싱 이송 방향(Y축 방향)으로 이동 가능하게 배치된 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)와, 이 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)에 후술하는 척 테이블의 유지면에 대하여 수직인 화살표 Z로 나타내는 집광점 위치 조정 방향(Z축 방향)으로 이동 가능하게 배치된 레이저 광선 조사 유닛(5)을 구비한다.

상기 척 테이블 기구(3)는, 정지 베이스(2)상에 X축 방향을 따라 평행하게 배치된 한 쌍의 안내 레일(31, 31)과, 이 안내 레일(31, 31)상에 X축 방향으로 이동 가능하게 배치된 제1 슬라이딩 블록(32)과, 이 제1 슬라이딩 블록(32)상에 Y축 방향으로 이동 가능하게 배치된 제2 슬라이딩 블록(33)과, 이 제2 슬라이딩 블록(33)상에 원통 부재(34)에 의해 지지된 커버 테이블(35)과, 피가공물 유지 수단으로서의 척 테이블(36)을 구비한다. 이 척 테이블(36)은 다공성 재료로 형성된 흡착 척(361)을 구비하고 있고, 피가공물 유지면으로서의 흡착 척(361)상에 피가공물인 예컨대 원판형의 반도체 웨이퍼를 도시하지 않는 흡인 수단에 의해 유지하도록 되어 있다. 이와 같이 구성된 척 테이블(36)은, 원통 부재(34)내에 배치된 도시하지 않는 펄스 모터에 의해 회전한다. 또한 척 테이블(36)에는, 후술하는 환형의 프레임을 고정하기 위한 클램프(362)가 배치되어 있다.

상기 제1 슬라이딩 블록(32)은, 그 하면에 상기 한 쌍의 안내 레일(31, 31)과 감합하는 한 쌍의 피안내홈(321, 321)이 형성되어 있고, 그 상면에 Y축 방향을 따라 평행하게 형성된 한 쌍의 안내 레일(322, 322)이 설치되어 있다. 이와 같이 구성된 제1 슬라이딩 블록(32)은, 피안내홈(321, 321)이 한 쌍의 안내 레일(31, 31)에 감합함으로써, 한 쌍의 안내 레일(31, 31)을 따라 X축 방향으로 이동 가능하게 구성된다. 척 테이블 기구(3)는, 제1 슬라이딩 블록(32)을 한 쌍의 안내 레일(31, 31)을 따라 X축 방향으로 이동시키기 위한 볼나사 기구를 포함하는 가공 이송 수단(37)을 구비한다. 가공 이송 수단(37)은, 상기 한 쌍의 안내 레일(31과 31) 사이에 평행하게 배치된 수나사 로드(371)와, 이 수나사 로드(371)를 회전 구동하기 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 슬라이딩 블록(32)의 중앙부 하면에 돌출하여 설치된 도시하지 않는 암나사 블록에 형성된 관통 암나사 구멍에 나사 결합되어 있다. 따라서, 펄스 모터(372)에 의해 수나사 로드(371)를 정회전 및 역회전 구동함으로써, 제1 슬라이딩 블록(32)은 안내 레일(31, 31)을 따라 X축 방향으로 이동한다.

상기 제2 슬라이딩 블록(33)은, 그 하면에 상기 제1 슬라이딩 블록(32)의 상면에 설치된 한 쌍의 안내 레일(322, 322)과 감합하는 한 쌍의 피안내홈(331, 331)이 형성되어 있고, 이 피안내홈(331, 331)을 한 쌍의 안내 레일(322, 322)에 감합함으로써, 한 쌍의 안내 레일(322, 322)을 따라 Y축 방향으로 이동 가능하게 구성된다. 척 테이블 기구(3)는, 제2 슬라이딩 블록(33)을 제1 슬라이딩 블록(32)에 설치된 한 쌍의 안내 레일(322, 322)을 따라 Y축 방향으로 이동시키기 위한 볼나사 기구를 포함하는 제1 인덱싱 이송 수단(38)을 구비한다. 제1 인덱싱 이송 수단(38)은, 상기 한 쌍의 안내 레일(322과 322) 사이에 평행하게 배치된 수나사 로드(381)와, 이 수나사 로드(381)를 회전 구동하기 위한 펄스 모터(382) 등의 구동원을 포함한다. 수나사 로드(381)는, 그 일단이 상기 제1 슬라이딩 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 슬라이딩 블록(33)의 중앙부 하면에 돌출하여 설치된 도시하지 않는 암나사 블록에 형성된 관통 암나사 구멍에 나사 결합되어 있다. 따라서, 펄스 모터(382)에 의해 수나사 로드(381)를 정회전 및 역회전 구동함으로써, 제2 슬라이딩 블록(33)은 안내 레일(322, 322)을 따라 Y축 방향으로 이동한다.

상기 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)는, 정지 베이스(2)상에 Y축 방향을 따라 평행하게 배치된 한 쌍의 안내 레일(41, 41)과, 이 안내 레일(41, 41)을 따라 X축 방향으로 이동 가능하게 배치된 가동 지지 베이스(42)를 구비한다. 이 가동 지지 베이스(42)는, 안내 레일(41, 41)상에 이동 가능하게 배치된 이동 지지부(421)와, 이 이동 지지부(421)에 부착된 장착부(422)를 포함한다. 장착부(422)는, 일측면에 Z축 방향으로 연장되는 한 쌍의 안내 레일(423, 423)이 평행하게 설치되어 있다. 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)는, 가동 지지 베이스(42)를 한 쌍의 안내 레일(41, 41)을 따라 Y축 방향으로 이동시키기 위한 볼나사 기구를 포함하는 제2 인덱싱 이송 수단(43)을 구비한다. 제2 인덱싱 이송 수단(43)은, 상기 한 쌍의 안내 레일(41, 41) 사이에 평행하게 배치된 수나사 로드(431)와, 이 수나사 로드(431)를 회전 구동하기 위한 펄스 모터(432) 등의 구동원을 포함한다. 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 설치된 도시하지 않는 암나사 블록에 형성된 암나사 구멍에 나사 결합되어 있다. 이 때문에, 펄스 모터(432)에 의해 수나사 로드(431)를 정회전 및 역회전 구동함으로써, 가동 지지 베이스(42)는 안내 레일(41, 41)을 따라 Y축 방향으로 이동한다.

레이저 광선 조사 유닛(5)은, 유닛 홀더(51)와, 이 유닛 홀더(51)에 부착된 펄스 레이저 광선 조사 수단(6)을 구비한다. 유닛 홀더(51)는, 상기 장착부(422)에 설치된 한 쌍의 안내 레일(423, 423)에 슬라이딩 가능하게 감합하는 한 쌍의 피안내홈(511, 511)이 형성되어 있고, 이 피안내홈(511, 511)을 상기 안내 레일(423, 423)에 감합함으로써, 화살표 Z로 나타내는 집광점 위치 조정 방향(Z축 방향)으로 이동 가능하게 지지된다.

레이저 광선 조사 유닛(5)은, 유닛 홀더(51)를 한 쌍의 안내 레일(423, 423)을 따라 상기 척 테이블(36)의 피가공물 유지면에 수직인 방향인 Z축 방향으로 이동시키기 위한 집광점 위치 조정 수단(53)을 구비한다. 집광점 위치 조정 수단(53)은, 상기 가공 이송 수단(37)이나 제1 인덱싱 이송 수단(38) 및 제2 인덱싱 이송 수단(43)과 마찬가지로 볼나사 기구를 포함한다. 이 집광점 위치 조정 수단(53)은, 한 쌍의 안내 레일(423, 423) 사이에 배치된 수나사 로드(도시 생략)와, 이 수나사 로드를 회전 구동하기 위한 펄스 모터(532) 등의 구동원을 포함하고 있고, 펄스 모터(532)에 의해 도시하지 않는 수나사 로드를 정회전 및 역회전 구동함으로써, 유닛 홀더(51) 및 펄스 레이저 광선 조사 수단(6)을 안내 레일(423, 423)을 따라 Z축 방향으로 이동시킨다. 또한 펄스 모터(532)를 정회전 구동함으로써 펄스 레이저 광선 조사 수단(6)을 위쪽으로 이동시키고, 펄스 모터(532)를 역회전 구동함으로써 펄스 레이저 광선 조사 수단(6)을 아래쪽으로 이동시키도록 되어 있다.

상기 펄스 레이저 광선 조사 수단(6)은, 유닛 홀더(51)에 고정되어 실질적으로 수평으로 연장되는 원통 형상의 케이싱(61)을 구비한다. 이 원통 형상의 케이싱(61)의 전단부에는, 상기 펄스 레이저 광선 조사 수단(6)에 의해 레이저 가공해야 하는 가공 영역을 검출하는 촬상 수단(50)이 배치되어 있다. 이 촬상 수단(50)은 촬상 소자(적외선 CCD) 등으로 구성되어 있고, 촬상한 화상 신호를 도시하지 않는 제어 수단에 보낸다.

펄스 레이저 광선 조사 수단(6)은, 도 2에 도시하는 바와 같이 상기 케이싱(61) 내에 배치되어 펄스 레이저 광선(LB)을 발진하는 펄스 레이저 광선 발진기(62)와, 케이싱(61)의 선단에 배치되어 펄스 레이저 광선 발진기(62)에 의해 발진된 펄스 레이저 광선을 집광하여 상기 척 테이블(36)에 유지된 피가공물(W)에 조사하는 집광기(63)와, 펄스 레이저 광선 발진기(62)에 의해 발진된 펄스 레이저 광선을 집광기(63)에 전송하는 광 전송 수단(64)을 구비한다. 이 광 전송 수단(64)은, 펄스 레이저 광선 발진기(62)가 발진한 레이저 광선을 집광하는 집광 렌즈(641)와, 이 집광 렌즈(641)에 의해 집광된 레이저 광선을 입사시켜 상기 집광기(63)에 유도하는 광파이버 수단(7)을 포함한다.

상기 펄스 레이저 광선 발진기(62)는, YAG 레이저 발진기 또는 YVO₄ 레이저 발진기를 포함한다. 또한 펄스 레이저 광선 발진기(62)로부터 발진되는 펄스 레이저 광선(LB)은, 다음과 같이 설정되어 있다.

파장 : 1064 ㎚

반복 주파수: 100 kHz

평균 출력 : 0.2 W

상기 집광기(63)는, 광 전송 수단(64)을 구성하는 광파이버 수단(광파이버 유닛)(7)으로부터 출사되는 펄스 레이저 광선을 평행광(콜리메이트 빔)으로 수정하는 수정 렌즈(631)와, 이 수정 렌즈(631)에 의해 평행광으로 수정된 펄스 레이저 광선을 집광하여 척 테이블(36)에 유지된 피가공물(W)에 조사하는 대물 집광 렌즈(632)를 포함한다.

상기 광 전송 수단(64)을 구성하는 집광 렌즈(641)는, 펄스 레이저 광선 발진기(62)가 발진한 펄스 레이저 광선(LB)을 집광하고, 집광점을 광파이버 수단(7)의 후술하는 LMA 파이버를 구성하는 코어의 일단면(입사면)에 위치시키도록 배치되어 있다.

다음으로, 상기 광파이버 수단(7)에 대해서 설명한다.

도 2에 도시하는 실시형태에서의 광파이버 수단(7)은, 상기 집광 렌즈(641)에 의해 집광된 펄스 레이저 광선(LB)을 입사시키는 직경이 큰 코어를 클래드로 피복한 LMA(Large Mode Area) 파이버(71)와, 펄스 레이저 광선 발진기(62)가 발진하는 펄스 레이저 광선(LB)의 파장에 대응한 직경이 작은 코어를 클래드로 피복한 SM(Single Mode) 파이버 또는 PM(Polarization Maintaining: 편파 보존) 파이버를 포함하는 전송 파이버(72)와, LMA 파이버(71)와 전송 파이버(72)의 광축이 일치하도록 연결하는 연결 수단(73)을 구비한다.

다음으로, 상기 LMA 파이버(71)와 전송 파이버(72) 및 연결 수단(73)에 대해서, 도 3을 참조하여 설명한다.

LMA 파이버(71)는, 코어(711)와, 이 코어(711)을 피복한 클래드(712)를 포함한다. 이 LMA 파이버(71)는, 코어(711)의 직경(d1)이 35 ㎛로 설정되고, 길이(L1)가 10 ㎝∼20 ㎝로 설정되어 있다. 이와 같이 구성된 LMA 파이버(71)는, 코어(711)의 입사면(711a)이 상기 집광 렌즈(641)에 대향하여 배치되고, 출사면(711b)이 연결 수단(73) 내에 노출되어 배치된다.

상기 SM(Single Mode) 파이버 또는 PM(Polarization Maintaining: 편파 보존) 파이버를 포함하는 전송 파이버(72)는, LMA 파이버(71)와 마찬가지로 코어(721)와, 이 코어(721)를 피복한 클래드(722)를 포함한다. 이 전송 파이버(72)는, 코어(721)의 직경(d2)이 6 ㎛로 설정되고, 길이(L1)가 2 m∼3 m로 설정되어 있다. 이와 같이 구성된 전송 파이버(72)는, 코어(721)의 입사면(721a)이 연결 수단(73) 내에 노출되어 상기 LMA 파이버(71)의 코어(711)의 출사면(711b)과 대향하여 배치되어 있다. 이 전송 파이버(72)의 코어(721)의 출사면(721b)은, 도 2에 도시하는 바와 같이 상기 집광기(63)를 구성하는 수정 렌즈(631)와 대향하여 배치되어 있다.

도 3을 참조하여 설명을 계속하면, 상기 연결 수단(73)은, 적절한 합성 수지에 의해 통형으로 형성된 연결 부재(731)와, 이 연결 부재(731) 내에 배치된 집광 렌즈(732)를 포함한다. 연결 부재(731)는, 상기 LMA 파이버(71)의 출사면(711b)측의 단부를 고정하는 제1 지지부(731a)와, 전송 파이버(72)의 입사면(721a) 측의 단부를 고정하는 제2 지지부(731b)와, 제1 지지부(731a)와 제2 지지부(731b) 사이에 형성된 렌즈 수용부(731c)를 포함하며, 렌즈 수용부(731c)에 집광 렌즈(732)가 배치된다, 또한, 집광 렌즈(732)는, LMA 파이버(71)를 구성하는 코어(711)의 출사면(711b)으로부터 출사된 레이저 광선을 집광하여, 집광점을 전송 파이버(72)를 구성하는 코어(721)의 입사면(721a)에 위치시키도록 배치되어 있다.

다음으로, 연결 수단(73)의 다른 실시형태에 대해서, 도 4를 참조하여 설명한다.

도 4에 도시하는 실시형태에서의 연결 수단(73)은, 상기 도 3에 도시하는 연결 수단(73)과 연결 부재(731)의 렌즈 수용부(731c)에 배치되는 렌즈가 상이할 뿐이므로 다른 구성은 실질적으로 동일하기 때문에, 동일 부재에는 동일 부호를 붙이고 그 설명은 생략한다. 도 4에 도시하는 실시형태에서의 연결 수단(73)은, 연결 수단(73)의 연결 부재(731)의 렌즈 수용부(731c)에 GRIN LENS(Gradient Index Lens: 경사 굴절 렌즈)(733)가 배치되어 있다. 이 GRIN LENS(Gradient Index Lens: 경사 굴절 렌즈)(733)는, LMA 파이버(71)를 구성하는 코어(711)의 출사면(711b)으로부터 출사된 레이저 광선을 집광하여, 집광점을 전송 파이버(72)를 구성하는 코어(721)의 입사면(721a)에 위치시킨다. 또한 GRIN LENS(733)는, 연결 부재(731)에 의해 고정하여도 좋지만, LMA 파이버(71)의 출사면(711b)측과 융착하여 확실하게 고정하는 것이 바람직하다.

펄스 레이저 광선 조사 수단(6)은 이상과 같이 구성되어 있고, 이하 그 작용에 대해서 설명한다.

펄스 레이저 광선 발진기(62)로부터 발진된 펄스 레이저 광선(LB)은, 집광 렌즈(641)에 집광되어 LMA 파이버(71)의 코어(711)의 입사면(711a)에 입사한다. 이 때, 펄스 레이저 광선 발진기(62)가 발진한 펄스 레이저 광선(LB)을 집광하는 집광 렌즈(641)는, 코어(711)의 직경(d1)이 35 ㎛로 비교적 큰 LMA 파이버(71)의 입사면(711a)에 집광점을 위치시키기 때문에, 코어(711)의 입사면(711a)에 집광점을 용이하게 위치시킬 수 있고, 열팽창이나 왜곡에 의해 집광점이 코어(711)의 입사면(711a)으로부터 벗어난다고 하는 문제가 해소된다.

전술한 바와 같이 LMA 파이버(71)의 코어(711)의 입사면(711a)에 입사한 펄스 레이저 광선(LB)은, 코어(711)의 출사면(711b)으로부터 연결 수단(73)의 연결 부재(731)에 형성된 렌즈 수용부(731c)에 출사한다. LMA 파이버(71)의 코어(711)의 출사면(711b)으로부터 출사된 펄스 레이저 광선(LB)은, 집광 렌즈(732)에 의해 집광되어 전송 파이버(72)를 구성하는 코어(721)의 입사면(721a)에 입사한다. 이 때, LMA 파이버(71)와 전송 파이버(72)는 연결 수단(73)에 의해 광축이 일치하도록 연결되어 있고, 집광 렌즈(732)에 의해 집광되는 레이저 광선의 집광점이 전송 파이버(72)를 구성하는 코어(721)의 입사면(721a)에 위치되도록 구성되어 있기 때문에, LMA 파이버(71)의 코어(711)의 출사면(711b)으로부터 출사된 펄스 레이저 광선(LB)은 코어(721)의 직경(d2)이 6 ㎛로 비교적 직경이 작은 전송 파이버(72)여도 코어(721)의 입사면(721a)에 확실하게 집광점을 위치시켜 입사된다.

이와 같이 하여 전송 파이버(72)의 코어(721)의 입사면(721a)에 입사한 펄스 레이저 광선(LB)은, 전송 파이버(72)의 코어(721)를 통해 전송되고, 출사면(721b)으로부터 집광기(63)를 구성하는 수정 렌즈(631)를 향해 출사된다. 전송 파이버(72)의 코어(721)의 출사면(721b)으로부터 출사된 펄스 레이저 광선(LB)은, 수정 렌즈(631)에 의해 평행광으로 수정된 후, 대물 집광 렌즈(632)에 집광되어 척 테이블(36)에 유지된 피가공물(W)에 조사된다.

2: 정지 베이스, 3: 척 테이블 기구, 31: 안내 레일, 36: 척 테이블, 37: 가공 이송 수단, 38: 제1 인덱싱 이송 수단, 4: 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구, 41: 안내 레일, 42: 가동 지지 베이스, 43: 제2 인덱싱 이송 수단, 5: 레이저 광선 조사 유닛, 50: 촬상 수단, 6: 펄스 레이저 광선 조사 수단, 62: 펄스 레이저 광선 발진기, 63: 집광기, 64: 광 전송 수단, 641: 집광 렌즈, 7: 광파이버 수단, 71: LMA(Large Mode Area) 파이버, 72: 전송 파이버, 73: 연결 수단

Claims

레이저 가공 장치로서,
피가공물을 유지하는 척 테이블과,
레이저 광선을 발진하는 레이저 발진기와, 상기 레이저 발진기가 발진한 레이저 광선을 집광하여 상기 척 테이블에 유지된 피가공물에 조사하는 집광기와, 상기 레이저 발진기가 발진한 레이저 광선을 집광기에 유도하는 광 전송 수단을 포함하고, 상기 척 테이블에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단
을 구비하며,
상기 광 전송 수단은, 상기 레이저 발진기가 발진한 레이저 광선을 집광하는 집광 렌즈와, 상기 집광 렌즈에 의해 집광된 레이저 광선을 입사시켜 상기 집광기에 유도하는 광파이버 수단을 포함하고,
상기 광파이버 수단은, 상기 레이저 발진기에 의해 발진되어 상기 집광 렌즈에 의해 집광된 레이저 광선을 입사시키는 직경이 큰 코어를 클래드로 피복한 LMA(Large Mode Area) 파이버와,
상기 레이저 발진기가 발진하는 레이저 광선의 파장에 대응한 직경이 작은 코어를 클래드로 피복한 SM(Single Mode) 파이버 또는 PM(Polarization Maintaining: 편파 보존) 파이버를 포함하는 전송 파이버와,
상기 LMA 파이버와 상기 전송 파이버의 광축이 일치하도록 연결하는 연결 수단
을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
제1항에 있어서, 상기 연결 수단은, 상기 LMA 파이버의 단부(端部)와 상기 전송 파이버의 단부를 간격을 두고 연결하는 연결 부재와, 상기 연결 부재 내에 배치된 집광 렌즈를 포함하는 것인 레이저 가공 장치.
제1항에 있어서, 상기 연결 수단은, 상기 LMA 파이버의 단부와 상기 전송 파이버의 단부를 간격을 두고 연결하는 연결 부재와, 상기 연결 부재 내에 배치된 GRIN LENS(Gradient Index Lens: 경사 굴절 렌즈)를 포함하는 것인 레이저 가공 장치.