KR20140143478A - Apparatus for laser processing, system and method for real-time inspection of laser processing - Google Patents
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Abstract
Description
레이저 가공 장치, 레이저 가공의 실시간 검사 시스템 및 방법에 관한 것으로, 레이저 가공의 신뢰성을 보다 높일 수 있도록 된 레이저 가공 장치, 레이저 가공의 실시간 검사 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a laser processing apparatus and a real-time inspection system and method for laser processing. More particularly, the present invention relates to a laser processing apparatus and a real-time inspection system and method for laser processing capable of enhancing reliability of laser processing.
레이저 가공 장치는 레이저 발진기로부터 출사되는 레이저 빔을 스캐너를 통하여 가공 대상물에 조사한다. 이에 의하여 대상물의 일 평면에 대한 마킹, 노광, 식각, 펀칭, 스크라이빙 등의 레이저 가공이나, 스텔스-다이싱(stealth diceing) 방식 등을 이용한 다이싱이 수행될 수 있다. A laser processing apparatus irradiates an object to be processed with a laser beam emitted from a laser oscillator through a scanner. Accordingly, laser processing such as marking, exposure, etching, punching, and scribing on one plane of the object or dicing using a stealth dicing method can be performed.
레이저 가공된 가공 대상물에 대해서는 가공이 제대로 이루어졌는지 품질 검사가 필요하다. 레이저 가공의 신뢰성이 낮은 경우, 전수 검사 등이 필요하므로, 처리 비용이 매우 높고 검사 시간이 오래 걸린다.For laser machined objects, quality inspection is required to ensure that they are processed properly. When the reliability of the laser machining is low, it is necessary to perform a complete inspection and the like, so that the processing cost is very high and the inspection time is long.
레이저 가공의 신뢰성을 높일 수 있으며 전수 검사 등의 필요성을 줄일 수 있도록, 레이저 가공시 실시간으로 검사를 시행하도록 된 레이저 가공 장치, 레이저 가공의 실시간 검사 시스템 및 방법을 제공한다.The present invention provides a laser processing apparatus and a real-time inspection system and method for laser processing, which can perform real-time inspection during laser processing so as to increase the reliability of laser processing and reduce the necessity of total inspection.
본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공 장치는, 가공용 레이저빔을 제공하는 광학유닛과; 레이저 가공의 실시간 검사 시스템과; 상기 광학유닛으로부터 제공되는 가공용 레이저빔을 가공 대상물에 집광시키는 대물렌즈;를 포함하며, 상기 레이저 가공의 실시간 검사 시스템은, 상기 광학유닛과 대물렌즈 사이에 위치되어, 입사빔의 진행 경로를 변환시키는 광경로 변환부와; 가공 대상물로부터 후방으로 산란되고 상기 광경로 변화부를 거쳐 진행하는 후방 산란빔을 수신하여 실시간으로 가공 상태 검출 신호를 생성하는 광검출기;를 포함한다.A laser machining apparatus according to an embodiment of the present invention includes an optical unit for providing a laser beam for machining; A real time inspection system of laser machining; And an objective lens for converging a working laser beam provided from the optical unit onto an object to be processed, wherein the real time inspection system for laser processing is disposed between the optical unit and the objective lens, A light path changing unit; And a photodetector which scatters backward from the object to be processed and receives a backscattering beam traveling through the light path changing portion to generate a processing state detection signal in real time.
상기 광학유닛은 편광된 가공용 레이저빔을 제공할 수 있다.The optical unit can provide a polarized processing laser beam.
상기 광경로 변환부는, 편광빔분할기와; 상기 편광빔분할기와 대물렌즈 사이에 위치하며, 입사빔의 편광을 변화시키는 파장판;을 포함할 수 있다.The optical path changing unit includes: a polarization beam splitter; And a wavelength plate disposed between the polarizing beam splitter and the objective lens for changing the polarization of the incident beam.
상기 가공용 레이저빔이 가공대상물 내에 조사되는 위치를 제어하기 위한 자동초점 조절 시스템;을 더 포함할 수 있다.And an automatic focusing system for controlling a position where the processing laser beam is irradiated in the object to be processed.
상기 자동초점 조절 시스템은, 보조빔을 출사하는 보조 광원과; 입사되는 보조빔의 진행 경로를 변환하는 광경로 변환부와; 가공 대상물에서 반사된 보조빔을 수광하여 상기 가공용 레이저빔이 가공 대상물에 조사되는 깊이를 검출하는 광검출 유닛과; 상기 가공대상물로 향하는 보조빔 및 가공용 레이저빔의 광경로는 결합시키고, 가공대상물로부터 반사되는 보조빔 및 후방 산란빔의 광경로는 분리하는 광경로 분리/결합기;를 포함할 수 있다.The autofocus system comprises: an auxiliary light source for emitting an auxiliary beam; A light path changing unit for changing the traveling path of the incident auxiliary beam; An optical detecting unit that receives the auxiliary beam reflected from the object to be processed and detects the depth of the object to be processed with the processing laser beam; And an optical path separator / combiner that combines the optical path of the auxiliary beam and the processing laser beam toward the object and separates the optical path of the auxiliary beam and the backward scattered beam reflected from the object.
상기 광경로 분리/결합기는, 상기 보조빔 및 가공용 레이저빔 중 어느 하나는 반사시키고 나머지 하나는 투과시키도록 마련될 수 있다.The optical path separator / coupler may be arranged to reflect any one of the auxiliary beam and the working laser beam and transmit the other.
상기 보조빔은 상기 가공용 레이저빔과 다른 파장을 가지며, 상기 광경로 분리/결합기는, 파장이 서로 다른 보조빔 및 가공용 레이저빔 중 어느 하나는 반사시키고 나머지 하나는 투과시키는 이색 미러;를 구비할 수 있다.Wherein the auxiliary beam has a wavelength different from that of the working laser beam and the optical path separator / coupler includes a dichroic mirror for reflecting one of the auxiliary beam and the working laser beam having different wavelengths and transmitting the other, have.
상기 자동 초점 조절 시스템은, 상기 보조빔을 상기 가공용 레이저빔과 동축상으로 가공 대상물에 조사하도록 마련될 수 있다.The autofocusing system may be arranged to irradiate the object to be processed coaxially with the working beam.
상기 광검출유닛과 상기 광경로 결합/분리기 사이에, 상기 보조빔의 초점 거리를 조절하는 렌즈 유닛;을 더 포함할 수 있다.And a lens unit for adjusting the focal length of the auxiliary beam between the optical detection unit and the optical path combining / separating unit.
상기 렌즈 유닛은, 복수의 렌즈를 포함하며, 상기 복수의 렌즈 중 적어도 하나의 위치를 광축을 따라 조절하도록 마련될 수 있다.The lens unit may include a plurality of lenses, and may be provided to adjust the position of at least one of the plurality of lenses along an optical axis.
상기 광검출 유닛은, 비점수차법에 의해 포커싱 신호를 검출하도록 마련될 수 있다.The optical detection unit may be arranged to detect a focusing signal by an astigmatism method.
상기 광검출 유닛은, 비점수차를 발생시키는 비점수차 렌즈와; 비점수차법에 의해 포커싱 신호를 검출하도록 4분할 광검출기;를 포함할 수 있다.The photodetecting unit includes: an astigmatic lens for generating astigmatism; And a quadrant photodetector for detecting the focusing signal by the astigmatism method.
상기 대물렌즈의 위치를 광축을 따라 조절하는 액츄에이터;를 구비하여, 상기 대물렌즈의 구동에 의해 가공용 레이저빔의 조사 깊이를 조절하도록 마련될 수 있다.And an actuator that adjusts the position of the objective lens along an optical axis so as to adjust the irradiation depth of the laser beam for processing by driving the objective lens.
상기 광검출기 앞단에 가공 대상물의 인접 가공층에서의 후방 산란빔을 차단하는 개구 한정부재;를 더 구비할 수 있다.And an aperture limiting member disposed at a front end of the photodetector for blocking a backscattered beam in an adjacent processing layer of the object to be processed.
본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공 장치를 이용하여, 가공 상태를 실시간으로 검사하는 방법은, 가공용 레이저빔을 가공 대상물에 집광시키는 단계와; 상기 가공용 레이저빔으로 가공 대상물을 가공하면서, 가공 대상층의 가공 영역으로부터 후방으로 산란되는 후방 산란빔을 수신하여 실시간으로 가공 상태 검출 신호를 생성하는 단계;를 포함할 수 있다.A method for real-time inspection of a machining state using a laser machining apparatus according to an embodiment of the present invention includes the steps of condensing a machining laser beam onto an object to be machined; And generating a machining state detection signal in real time by receiving a backscattering beam scattered rearward from the machining area of the machining target layer while processing the machining target with the machining laser beam.
본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공의 실시간 검사 시스템은, 빔을 출사하는 광원; 상기 광원으로부터 출사된 빔을 가공대상물의 가공 대상층에 포커싱하는 대물렌즈; 상기 광원과 대물렌즈 사이에 위치되어, 입사빔의 진행 경로를 변환시키는 광경로 변환부; 및 상기 가공 대상층을 가공하는 동안, 상기 가공 대상층의 가공 영역으로부터 후방으로 산란되는 후방 산란빔을 검출하여, 상기 가공 대상층 가공 중에 실시간으로 가공 상태를 검출하는 광검출기;를 포함한다.A real-time inspection system for laser processing according to an embodiment of the present invention includes: a light source for emitting a beam; An objective lens for focusing a beam emitted from the light source onto a processing target layer of the object to be processed; A light path changing unit positioned between the light source and the objective lens for changing the path of the incident beam; And a photodetector for detecting a backscattering beam scattered rearward from an area to be processed of the processing target layer while processing the processing target layer to detect a processing state in real time during processing of the processing target layer.
상기 광원은, 상기 가공 대상물의 가공 대상층을 가공하는 가공용 레이저빔을 제공하는 광원일 수 있다.The light source may be a light source for providing a working laser beam for processing the processing target layer of the object to be processed.
상기 후방 산란빔은 상기 가공 대상층의 가공 영역에 조사되는 상기 가공용 레이저빔으로부터 상기 가공 영역에 의해 후방으로 산란될 수 있다.The backscattering beam may be scattered rearward by the processing region from the processing laser beam irradiated on the processing region of the processing target layer.
본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공 장치, 레이저 가공의 실시간 검사 시스템 및 방법에 따르면, 레이저 가공시 실시간으로 레이저 가공 상태를 검사할 수 있으므로, 레이저 가공의 신뢰성을 높일 수 있으며 전수 검사 등의 필요성을 줄일 수 있다.According to the laser machining apparatus and the real-time inspection system and method of laser machining according to the embodiment of the present invention, it is possible to check the laser machining state in real time during laser machining, thereby enhancing the reliability of laser machining, Can be reduced.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공 장치의 전체 시스템을 개략적으로 보인 광학적 구성도이다.
도 2는 도 1의 레이저 가공 장치에서 실시간 검사 시스템의 구성 부분을 발췌하여 개략적으로 보여준다.
도 3는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공의 실시간 검사 시스템에서, 복수의 가공층이 형성된 경우에도, 레이저 가공의 실시간 검사가 가능함으로 보여준다.
도 4a 내지 도 4c는 대물렌즈와 가공 대상물의 커버층 사이의 간격 변화에 따라 4분할 광검출기 수광되는 광스폿의 형상 변화를 보여준다.
도 5은 포커스 에러신호(FES)의 S-커브를 보여준다.BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is an optical configuration diagram schematically showing an overall system of a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention; FIG.
Fig. 2 schematically shows the construction of a real-time inspection system in the laser machining apparatus of Fig. 1. Fig.
FIG. 3 shows that real-time inspection of laser machining is possible even when a plurality of machining layers are formed in the real time inspection system of laser machining according to the embodiment of the present invention.
4A to 4C show the shape changes of the light spot received by the quadrant photodetector according to the change in the distance between the objective lens and the cover layer of the object to be processed.
Figure 5 shows the S-curve of the focus error signal (FES).
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공 장치 및 방법을 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위해 과장되어 있을 수 있다.Hereinafter, a laser processing apparatus and method according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, like reference numerals refer to like elements, and the size or thickness of each element may be exaggerated for clarity of explanation.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공 장치의 전체 시스템을 개략적으로 보인 광학적 구성도이다. 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공 장치는 실시간으로 가공 상태를 검사할 수 있도록 마련될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 다른 레이저 가공 장치는 레이저 가공의 실시간 검사 시스템을 내포한다. 도 2는 도 1의 레이저 가공 장치에서 실시간 검사 시스템의 구성 부분을 발췌하여 개략적으로 보여준다.BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is an optical configuration diagram schematically showing an overall system of a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention; FIG. The laser processing apparatus according to the embodiment of the present invention can be provided to check the machining state in real time. That is, another laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention includes a real time inspection system for laser processing. Fig. 2 schematically shows the construction of a real-time inspection system in the laser machining apparatus of Fig. 1. Fig.
도 1 및 도 2를 참조하면, 레이저 가공 장치는, 가공용 레이저빔(31)을 제공하는 광학유닛(30)과, 레이저 가공의 실시간 검사 시스템(50)과, 상기 광학유닛(30)으로부터 제공되는 가공용 레이저빔(31)을 가공 대상물(10)에 집광시키는 대물렌즈(90)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 실시간 검사 시스템(50)은, 상기 광학유닛(30)과 대물렌즈(90) 사이에 위치되어 입사빔의 진행 경로를 변환시키는 광경로 변환부(51)와, 가공 대상물(10)로부터 후방으로 산란되고 상기 광경로 변환부(51)를 거쳐 진행하는 후방 산란빔을 수신하여 실시간으로 가공 상태 검출 신호를 생성하는 광검출기(57)를 포함할 수 있다. 상기 대물렌즈(90) 및 가공용 레이저빔(31)은 실시간 검사 시스템(50)의 구성요소가 될 수 있다.1 and 2, the laser processing apparatus includes an
상기 광학유닛(30)은 가공용 레이저빔(31)을 출사하는 레이저 광원을 포함하며, 가공 대상물(10)에 적절한 가공 레이저빔을 조사할 수 있도록 다양한 광학적 구성을 가질 수 있다. 상기 광학유닛(30)은, 편광된 가공용 레이저빔(31)을 제공하도록 마련될 수 있다.The
상기 광경로 변환부(51)는, 상기 광학유닛(30)으로부터 입사되는 가공용 레이저빔(31)은 상기 대물렌즈(90)쪽으로 진행하도록 하며, 가공 대상물(10)의 가공 대상층(11)의 가공 영역으로부터 후방 산란되어 진행되는 후방 산란빔은 상기 광검출기(57)쪽으로 진행하도록, 입사빔의 진행 경로를 변환한다. The optical
도 1에서는 광경로 변환부(51)가, 상기 광학유닛(30)이 편광된 가공용 레이저빔(31)을 제공할 때에 적합하도록 마련된 경우를 예시적으로 보여준다. 예를 들어, 광경로 변환부(51)는, 입사빔을 편광에 따라 투과 또는 반사시키는 편광빔분할기(52)와, 상기 편광빔분할기(52)와 대물렌즈(90) 사이에 위치하며, 입사빔의 편광을 변화시키는 파장판(53)을 포함하는 구성을 가질 수 있다. 상기 파장판(53)은 가공용 레이저빔(31)의 파장에 대해 사반파장판(quarter waveplate)일 수 있다. 이 경우, 광학유닛(30)으로부터 입사되는 편광된 가공용 레이저빔(31)은 편광빔분할기(52)를 경유하여 가공 대상물(10)쪽으로 진행하며, 가공 대상물(10)의 가공 대상층(11)의 가공 영역으로부터 후방 산란되어 진행되는 후방 산란빔은 편광빔분할기(52)를 경유하여 광검출기(57)로 진행하게 된다. 도 1에서는 광학유닛(30)으로부터 입사되는 편광된 가공용 레이저빔(31)은 편광빔분할기(52)를 투과하여 가공 대상물(10)쪽으로 진행하고, 후방 산란빔은 편광빔분할기(52)에서 반사되어 광검출기(57)로 향하도록 구성된 예를 보여준다. 여기서, 광학유닛(30)으로부터 입사되는 편광된 가공용 레이저빔(31)은 편광빔분할기(52)에서 반사되어 가공 대상물(10)쪽으로 진행하고, 후방 산란빔은 편광빔분할기(52)를 투과하여 광검출기(57)로 향하도록 구성될 수도 있다.In Fig. 1, the optical
상기 대물렌즈(90)는, 상기 광학유닛(30)으로부터 제공되는 가공용 레이저빔(31)을 가공 대상물(10)에 집광시키는 것으로, 광축을 따라 구동될 수 있도록 액츄에이터(100)에 탑재될 수 있다. The
상기 액츄에이터(100)는 가공용 레이저빔(31)이 통과하도록 가운데 구멍(101)이 있는 고속 액츄에이터로서, 압전소자를 이용하여 대물렌즈(90)를 축 흔들림 없이 정밀하게 고속으로 예를 들어, 50Hz 이상의 고속으로 광축을 따라 구동할 수 있도록 마련될 수 있다. 이때, 상기 대물렌즈(90)는 가공용 레이저빔(31)이 상기 액츄에이터(100)의 가운데 구멍(101)을 통해 가공 대상물(10)에 조사될 수 있도록 액츄에이터(100)에 탑재될 수 있다. 상기 대물렌즈(90)는 액츄에이터(100)에 탑재된 상태로 광로 상에 배치되게 된다.The
상기 액츄에이터(100)의 구동에 따라 대물렌즈(90)는 광축을 따라 이동되며, 이에 따라, 최적 포커싱 위치에서 가공 대상물(10)의 원하는 가공 대상층(11)에 레이저 가공을 수행할 수 있다. 여기서, 가공 대상층(11)은, 일정 깊이에서 가공 대상물(10)을 가공함에 의해 얻어지는 가공 영역이 이루는 층에 해당할 수 있다. 대물렌즈(90)를 구동하여 포커싱 위치를 조정하므로, 가공용 레이저빔(31)이 가공 대상물(10) 내에 포커싱되는 깊이를 조절할 수 있으며, 이러한 포커싱 깊이 조절에 따라, 가공 대상물(10) 내에 여러 가공 대상층(11)이 형성될 수 있다. 도 1에서는 가공 대상물(10)에 4개의 가공 대상층(11)이 형성된 경우를 예시한다.The
한편, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공 장치는, 가공용 레이저빔(31)이 가공 대상물(10) 내에 포커싱되는 깊이가 달라짐에 따라 발생하는 구면수차를 보정하기 위해 구면수차 보정 유닛(60)을 더 포함할 수 있다. 도 1에서는 상기 구면수차 보정 유닛(60)이 광학 유닛(30)과 대물렌즈(90) 사이, 보다 구체적인 예로서, 광경로 변환부(51)와 후술하는 광경로 분리/결합기(80) 사이의 광로 상에 배치되는 예를 보여준다. 상기 구면수차 보정 유닛(60)은 광학 유닛(30) 내에 포함될 수도 있다. The laser machining apparatus according to the embodiment of the present invention includes a spherical
상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공의 실시간 검사 시스템(50) 및 이를 적용한 레이저 가공 장치에 따르면, 레이저 가공을 위해 가공 대상층(11)에 조사되는 가공용 레이저빔(31)의 일부가 가공 영역에 의해 후방 산란(back scattering)되는데, 이러한 후방 산란빔을 광검출기(57)로 검출하여 레이저 가공이 제대로 이루어졌는지를 실시간으로 검사할 수 있다. 레이저 가공이 제대로 이루어졌는지 여부는 후방 산란빔의 광량 변화로부터 알 수 있다.According to the laser processing real
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공의 실시간 검사 시스템(50)에서, 복수의 가공층이 형성된 경우에도, 레이저 가공의 실시간 검사가 가능함으로 보여준다.FIG. 3 shows that, in a real
도 3을 참조하면, 가공용 레이저빔(31)이 입사되는 측에서 가까운 가공 대상물(10)의 제1가공 대상층(L1)을 먼저 레이저 가공하고, 나중에 먼측의 제2가공 대상층(L2)을 레이저 가공하는 경우를 고려해보자.3, the first processing target layer L1 of the object to be processed 10 near the side where the
도 3의 좌측 부분을 참조하면, 가공용 레이저빔(31)은 제1가공 대상층(L1)에 집속되고, 이 제1가공 대상층(L1)에서 후방 산란된 빔이 상기 광검출기(57)에 수광되어, 제1가공 대상층(L1)에 대해 실시간으로 레이저 가공 상태를 검사한다. 3, the
도 3의 우측 부분을 참조하면, 상기 제1가공 대상층(L1)이 형성된 상태에서, 먼측의 제2가공 대상층(L2)을 레이저 가공하는 경우, 가공용 레이저빔(31)은 인접 가공층인 제1가공 대상층(L1)을 통과하여 제2가공 대상층(L2)에 포커싱된다. 이 제2가공 대상층(L2)에서 후방 산란된 빔이 상기 광검출기(57)에 수광되어, 제2가공 대상층(L2)에 대해 실시간으로 레이저 가공 상태를 검사한다. 이때, 제2가공 대상층(L2) 가공시, 가공용 레이저빔(31)은 제1가공 대상층(L1)을 경유하여 제2가공 대상층(L2)에 이르게 되므로, 일부의 가공용 레이저빔(31)이 제1가공 대상층(11)에서 후방 산란되게 된다. 하지만, 제2가공 대상층(L2)에 포커싱되는 가공용 레이저빔(31)의 제1가공 대상층(L1)을 통과할 때의 빔폭(S1)은 제1가공 대상층(L1)의 가공 영역(11a)의 폭(S2)에 비해 훨씬 크기 때문에, 단위 면적당 광량 세기가 작아, 제1가공 대상층(L1)에서 후방 산란된 빔은 제2가공 대상층(L2)의 실시간 가공 상태 검출신호에 그다지 영향을 미치지 않으며, 제2가공 대상층(L2)의 실시간 가공 상태의 정확한 검출이 가능하다.3, in the case where the second processing target layer L2 on the far side is laser-processed while the first processing target layer L1 is formed, the
역으로, 제2가공 대상층(L2)을 먼저 레이저 가공하여 형성한 후, 제1가공 대상층(L1)을 레이저 가공하여 형성하는 경우, 도 3의 좌측 부분을 참조하면, 제1가공 대상층(L1) 레이저 가공시, 가공용 레이저빔(31)의 일부는 제1가공 대상층(L1)을 경유하여 인접 가공층인 제2가공 대상층(L2)에 다다르게 되고, 제2가공 대상층(L2)에 의해 후방 산란되게 된다. Conversely, when the first processing target layer L1 is formed by laser processing after the second processing target layer L2 is formed by laser processing first, referring to the left part of FIG. 3, A portion of the
본 발명의 실시예에 따른 실시간 검사 시스템(50)은, 인접 가공층에서의 후방 산란빔의 적어도 일부를 차단하여 실시간 가공 상태 검출신호의 품질을 보다 양호하게 하기 위해, 도 1 및 도 2에서와 같이, 광검출기(57) 앞단에 가공 대상물(10)의 인접 가공층에서의 후방 산란빔을 차단하는 개구 한정부재(55)를 더 구비할 수 있다. 이 개구 한정부재(55)는, 그 위치를 광축을 따라 조절하도록 마련될 수 있다. 이에 의해 개구 한정부재(55)에 의해 인접 가공층에서의 후방 산란빔을 보다 잘 차단할 수 있다. A real-
한편, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공 장치는 가공용 레이저빔(31)이 가공 대상물(10) 내에 조사되는 위치를 제어하기 위한 자동초점 조절 시스템(70)을 더 포함할 수 있다. The laser processing apparatus according to the embodiment of the present invention may further include an automatic focusing
상기 자동초점 조절 시스템(70)은, 보조빔(71a)을 출사하는 보조 광원(71)과, 입사되는 보조빔의 진행 경로를 변환하는 광경로 변환부(73)와, 가공 대상물(10)에서 반사된 보조빔(71b)을 수광하여 상기 가공용 레이저빔(31)이 가공 대상물(10)에 조사되는 깊이를 검출하는 광검출 유닛(76)과, 상기 가공 대상물(10)로 향하는 보조빔(71a) 및 가공용 레이저빔(31)의 광경로는 결합시키고, 가공 대상물(10)로부터 반사되는 보조빔(71b) 및 후방 산란빔(50a)의 광경로는 분리하는 광경로 분리/결합기(80)를 포함할 수 있다. 상기 자동 초점 조절 시스템(70)은, 보조빔을 가공용 레이저빔(31)과 동축상으로 가공 대상물(10)에 조사하도록 마련될 수 있다.The automatic
상기 보조 광원(71)은, 가공용 레이저빔(31)과는 다른 파장의 보조빔을 출사하도록 마련될 수 있다. 예를 들어, 보조 광원(71)은 대략 635nm 내지 650nm 파장의 보조빔을 출사하도록 마련될 수 있다. 상기 보조 광원(71)은 반드시 레이저광원일 필요는 없다. 즉, 보조 광원(71)은 가공 대상물(10)로부터 반사되는 보조빔을 광검출 유닛(76)에서 검출할 수 있다면, 레이저 광원이나, 발광 다이오드(LED) 광원 등의 어느 종류의 광원이든지 사용할 수 있다. The auxiliary
상기 광경로 변환부(73)는, 상기 보조 광원(71)으로부터 출사된 보조빔은 상기 광경로 분리/결합기(80)로 향하도록 하며, 가공 대상물(10)에서 반사된 보조빔은 상기 광검출 유닛(76)쪽으로 진행하도록, 입사되는 보조빔의 진행 경로를 변환한다. The optical
도 1에서는 광경로 변환부(73)가, 상기 보조 광원(71)이 편광된 보조빔(71a)을 제공할 때 적합하도록 마련된 경우를 예시적으로 보여준다. 예를 들어, 광경로 변환부(73)는, 보조빔을 편광에 따라 투과 또는 반사시키는 편광빔분할기(73a)와, 상기 편광빔분할기(73a)와 광경로 분리/결합기(80) 사이에 위치하며 입사되는 보조빔의 편광을 변화시키는 파장판(73b)을 포함하는 구성을 가질 수 있다. 상기 파장판(73b)은 보조빔의 파장에 대해 사반파장판(quarter wave plate)일 수 있다. 도 1에서는 보조 광원(71)으로부터 입사되는 편광된 보조빔(71a)은 편광빔분할기(73a)에서 반사되어 광경로 분리/결합기(80)로 향하며, 가공 대상물(10)에서 반사된 보조빔(71b)은 편광빔분할기(73a)를 투과하여 광검출 유닛(76)으로 향하도록 구성된 예를 보여준다. 여기서, 보조 광원(71)으로부터 입사되는 편광된 보조빔(71a)은 편광빔분할기(73a)를 투과하여 광경로 분리/결합기(80)로 향하고, 가공 대상물(10)에서 반사된 보조빔(71b)은 편광빔분할기(73a)에서 반사되어 광검출 유닛(76)으로 향하도록 광학계가 구성될 수도 있다.In FIG. 1, the optical
상기 광검출 유닛(76)은, 비점수차법에 의해 포커싱 신호를 검출하도록 마련될 수 있다. 예를 들어, 광검출 유닛(76)은, 비점수차를 발생시키는 비점수차 렌즈(78)와, 비점수차법에 의해 포커싱 신호를 검출하도록 4분할 광검출기(79)를 포함할 수 있다. 비점수차 렌즈(78)와 광경로 변환부(73) 사이에 콜리메이팅렌즈(77)를 더 포함할 수 있다.The
상기 광경로 분리/결합기(80)는, 보조빔(71a) 및 가공용 레이저빔(31) 중 어느 하나는 반사시키고, 나머지 하나는 투과시키도록 마련될 수 있다. 상기 보조 광원(71)이 가공용 레이저빔(31)과는 다른 파장을 가지는 보조빔(71a)을 출사하는 경우, 상기 광경로 분리/결합기(80)로 파장이 서로 다른 보조빔(71a) 및 가공용 레이저빔(31) 중 어느 하나는 반사시키고, 나머지 하나는 투과시키는 이색 미러를 사용할 수 있다. 도 1에서는 광경로 분리/결합기(80)가 보조빔(71a)은 반사시키고, 가공용 레이저빔(31)은 투과시키도록 마련된 예를 보여준다.The optical path separator /
한편, 상기 대물렌즈(90)는 가공용 레이저빔(31)에 대해 최적으로 포커싱하므로, 보조빔(71a)에 대해서는 최적으로 포커싱하기 어려울 수 있다. 이를 고려하여, 포커싱 자동 초점 조절 시스템(70)은, 광검출 유닛(76)과 광경로 분리/결합기(80) 사이에 보조빔(71a)의 초점 거리를 조절하는 렌즈 유닛(75)을 더 포함할 수 있다. 상기 렌즈 유닛(75)은 복수의 렌즈를 포함하며, 복수의 렌즈 중 적어도 하나의 위치를 광축을 따라 조절하도록 마련될 수 있다. 도 1에서는 렌즈 유닛(75)이 제1 및 제2렌즈(75a,75b)를 포함하며, 제1렌즈(75a)의 위치를 광축을 따라 조정하여, 제1 및 제2렌즈(75a,75b) 사이의 간격을 조정함으로써, 보조빔(71a)의 포커싱 위치를 조절하도록 마련된 예를 보여준다. On the other hand, since the
상기와 같은 자동 초점 조절 시스템(70)에 따르면, 보조빔(71a)을 대물렌즈(90)에 의해 가공 대상물(10)의 커버층(15)과 가공층(13) 사이의 계면에 포커싱되도록 하며, 광검출 유닛(76)에서 검출되는 신호에 따라 대물렌즈(90)의 위치가 자동으로 조절되도록 한다.According to the above-described automatic focusing
예를 들어, 대물렌즈(90)와 가공 대상물(10)의 커버층(15) 사이의 간격이 적절하여, 보조빔(71a)이 가공 대상물(10)의 커버층(15)과 가공층(13) 사이의 계면에 정확히 포커싱되는 경우에는, 4분할 광검출기(79)에는 도 4a에서와 같은 형상의 광스폿이 형성된다. 대물렌즈(90)와 가공 대상물(10)의 커버층(15) 사이의 간격이 너무 가까워 보조빔(71a)이 가공 대상물(10)의 커버층(15)과 가공층(13) 사이의 계면보다 멀리 포커싱되는 경우에는 4분할 광검출기(79)에는 도 4b에서와 같은 형상의 광스폿이 형성된다. 또한, 대물렌즈(90)와 가공 대상물(10)의 커버층(15) 사이의 간격이 너무 멀어, 보조빔(71a)이 가공 대상물(10)의 커버층(15)과 가공층(13) 사이의 계면보다 앞쪽에 포커싱되는 경우에는 4분할 광검출기(79)에는 도 4c에서와 같은 형상의 광스폿이 형성된다. For example, the distance between the
따라서, 4분할 광검출기(79)의 수광영역 및 그 검출신호를 D1,D2,D3,D4라 할 때, 비점수차법에 의한 포커스 에러신호(FES)는 FES=(D1+D3-D2-D4)/(D1+D2+D3+D4)이 되고, 도 5에서와 같은 S-커브를 그리게 된다. Therefore, when the light receiving region of the
이 포커스 에러신호(FES)를 이용하여, 대물렌즈(90)의 위치를 제어하면, 자동으로 초점 조절이 가능하게 된다. 즉, 가공 대상층(11)의 깊이에 따라, S-커브 상에서의 제어 포인트를 정하면, 대물렌즈(90)의 구동에 의해 가공용 레이저빔(31)의 조사 깊이를 조절함과 동시에, 해당 조사 깊이 상에서 레이저 가공이 이루어지도록 대물렌즈(90)를 제어할 수 있다.When the position of the
상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공 장치에서 레이저 가공의 실시간 검사는, 가공용 레이저빔(31)을 가공 대상물(10)에 집광시키고, 가공용 레이저빔(31)으로 가공 대상물(10)을 가공하면서, 가공 대상층(11)의 가공 영역으로부터 후방으로 산란되는 후방 산란빔을 광검출기(57)로 수신하여 실시간으로 가공 상태 검출시호를 생성하는 방식으로 이루어질 수 있다. In the real time inspection of the laser processing in the laser processing apparatus according to the embodiment of the present invention as described above, the
10...가공 대상물 11...가공 대상층
30...광학유닛 31...가공용 레이저빔
50...실시간 검사 시스템 51,73...광경로 변환부
52...편광빔분할기 53...파장판
57...광검출기 70...자동초점 조절 시스템
71...보조 광원 76...광검출 유닛
79...4분할 광검출기 80...광경로 분리/결합기
90...대물렌즈 100...액츄에이터10: object to be processed 11:
30 ...
50 ... real-
52 ... polarizing
57 ...
71 ... auxiliary
79 ... 4-
90 ...
Claims (20)
레이저 가공의 실시간 검사 시스템과;
상기 광학유닛으로부터 제공되는 가공용 레이저빔을 가공 대상물에 집광시키는 대물렌즈;를 포함하며,
레이저 가공의 실시간 검사 시스템은, 상기 광학유닛과 대물렌즈 사이에 위치되어, 입사빔의 진행 경로를 변환시키는 광경로 변환부와;
가공 대상물로부터 후방으로 산란되고 상기 광경로 변화부를 거쳐 진행하는 후방 산란빔을 수신하여 실시간으로 가공 상태 검출 신호를 생성하는 광검출기;를 포함하는 레이저 가공 장치.An optical unit for providing a working laser beam;
A real time inspection system of laser machining;
And an objective lens for converging a working laser beam provided from the optical unit onto an object to be processed,
A real-time inspection system for laser machining comprises: a light path changing unit positioned between the optical unit and an objective lens, for changing a traveling path of an incident beam;
And a photodetector for receiving a backscattering beam scattered rearward from the object to be processed and traveling through the optical path changing portion to generate a processing state detection signal in real time.
편광빔분할기와;
상기 편광빔분할기와 대물렌즈 사이에 위치하며, 입사빔의 편광을 변화시키는 파장판을 포함하는 레이저 가공 장치.3. The apparatus according to claim 2,
A polarization beam splitter;
And a wavelength plate positioned between the polarizing beam splitter and the objective lens for changing the polarization of the incident beam.
보조빔을 출사하는 보조 광원과;
입사되는 보조빔의 진행 경로를 변환하는 광경로 변환부와;
가공 대상물에서 반사된 보조빔을 수광하여 상기 가공용 레이저빔이 가공 대상물에 조사되는 깊이를 검출하는 광검출 유닛과;
상기 가공 대상물로 향하는 보조빔 및 가공용 레이저빔의 광경로는 결합시키고, 가공 대상물로부터 반사되는 보조빔 및 후방 산란빔의 광경로는 분리하는 광경로 분리/결합기;를 포함하는 레이저 가공 장치.5. The system of claim 4,
An auxiliary light source for emitting an auxiliary beam;
A light path changing unit for changing the traveling path of the incident auxiliary beam;
An optical detecting unit that receives the auxiliary beam reflected from the object to be processed and detects the depth of the object to be processed with the processing laser beam;
And an optical path separator / combiner for coupling the optical path of the auxiliary beam and the working laser beam to the object to be processed and separating the optical path of the auxiliary beam and the backscattering beam reflected from the object.
상기 보조빔 및 가공용 레이저빔 중 어느 하나는 반사시키고 나머지 하나는 투과시키도록 마련된 레이저 가공 장치.6. The apparatus of claim 5, wherein the optical path separator /
Wherein one of the auxiliary beam and the working laser beam is reflected and the other is transmitted.
상기 광경로 분리/결합기는,
파장이 서로 다른 보조빔 및 가공용 레이저빔 중 어느 하나는 반사시키고 나머지 하나는 투과시키는 이색 미러;를 구비하는 레이저 가공 장치.7. The apparatus according to claim 6, wherein the auxiliary beam has a different wavelength from the working laser beam,
The light path separating /
And a dichroic mirror for reflecting one of the auxiliary beam and the working laser beam having different wavelengths and transmitting the other.
상기 보조빔을 상기 가공용 레이저빔과 동축상으로 가공 대상물에 조사하도록 마련된 레이저 가공 장치.6. The system of claim 5,
And the auxiliary beam is irradiated to the object to be processed coaxially with the processing laser beam.
상기 복수의 렌즈 중 적어도 하나의 위치를 광축을 따라 조절하도록 된 레이저 가공 장치.10. The image pickup apparatus according to claim 9, wherein the lens unit includes a plurality of lenses,
Wherein the position of at least one of the plurality of lenses is adjusted along an optical axis.
비점수차를 발생시키는 비점수차 렌즈와;
비점수차법에 의해 포커싱 신호를 검출하도록 4분할 광검출기;를 포함하는 레이저 가공 장치.12. The optical pickup apparatus according to claim 11,
An astigmatic lens for generating astigmatism;
And a quadrant photodetector for detecting a focusing signal by an astigmatism method.
가공용 레이저빔을 가공 대상물에 집광시키는 단계와;
상기 가공용 레이저빔으로 가공 대상물을 가공하면서, 가공 대상층의 가공 영역으로부터 후방으로 산란되는 후방 산란빔을 수신하여 실시간으로 가공 상태 검출 신호를 생성하는 단계;를 포함하는 레이저 가공의 실시간 검사 방법.A method for real-time inspection of a processing state using the laser processing apparatus according to claim 1,
Converging the working laser beam on the object to be processed;
And generating a machining state detection signal in real time by receiving a backscattering beam scattered rearward from an machining area of the machining target layer while processing the machining target with the machining laser beam.
상기 광원으로부터 출사된 빔을 가공 대상물의 가공 대상층에 포커싱하는 대물렌즈;
상기 광원과 대물렌즈 사이에 위치되어, 입사빔의 진행 경로를 변환시키는 광경로 변환부; 및
상기 가공 대상층을 가공하는 동안, 상기 가공 대상층의 가공 영역으로부터 후방으로 산란되는 후방 산란빔을 검출하여, 상기 가공 대상층 가공 중에 실시간으로 가공 상태를 검출하는 광검출기;를 포함하는 레이저 가공의 실시간 검사 시스템.A light source for emitting a beam;
An objective lens for focusing a beam emitted from the light source onto a processing target layer of the object to be processed;
A light path changing unit positioned between the light source and the objective lens for changing the path of the incident beam; And
And a photodetector for detecting a backward scattered beam scattered rearward from an area to be processed of the processing target layer while processing the processing target layer to detect a processing state in real time during the processing of the processing target layer, .
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