KR20160028968A - 레이저 가공 장치 - Google Patents

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KR20160028968A
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게이지 노마루
고이치 가타야마
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가부시기가이샤 디스코
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Abstract

본 발명은, 펄스 레이저 광선을 2경로로 분기하여도, 각각의 펄스 레이저 광선의 파워 밀도를 저하시키지 않고 가공할 수 있는 레이저 가공 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
피가공물을 유지하는 피가공물 유지 수단과, 피가공물 유지 수단에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단을 구비하는 레이저 가공 장치로서, 레이저 광선 조사 수단은, 정해진 반복 주파수로 펄스 레이저 광선을 발진하는 펄스 레이저 발진기와, 펄스 레이저 발진기로부터 발진된 펄스 레이저 광선을 집광하는 제1 집광기 및 제2 집광기와, 펄스 레이저 발진기와 상기 제1 집광기 및 제2 집광기 사이에 배치되어 상기 펄스 레이저 발진기로부터 발진된 펄스 레이저 광선을 제1 집광기 및 제2 집광기를 향해 교대로 분기하는 분기 수단을 구비하고, 분기 수단은, 피에조 소자와 합성 석영이 일체로 형성되어 피에조 소자에 합성 석영의 고유 진동수에 대응하는 주파수의 고주파 전압을 인가함으로써 레이저 광선의 편광면을 0도와 90도로 교대로 변조시키는 광탄성 변조기를 구비하고 있다.

Description

레이저 가공 장치{LASER MACHINING APPARATUS}
본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 피가공물에 레이저 가공을 행하는 레이저 가공 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스 제조 프로세스에 있어서는, 대략 원판 형상인 반도체 웨이퍼의 표면에 격자형으로 배열된 분할 예정 라인에 의해 복수의 영역이 구획되고, 이 구획된 영역에 IC, LSI 등의 디바이스를 형성한다. 그리고, 반도체 웨이퍼를 분할 예정 라인을 따라 절단함으로써 디바이스가 형성된 영역을 분할하여 개개의 반도체 디바이스를 제조하고 있다. 또한, 사파이어 기판의 표면에 포토다이오드 등의 수광 소자나 레이저 다이오드 등의 발광 소자 등이 적층된 광 디바이스 웨이퍼도 분할 예정 라인을 따라 절단함으로써 개개의 포토다이오드, 레이저 다이오드 등의 광 디바이스로 분할되어, 전기기기에 널리 이용되고 있다.
전술한 반도체 웨이퍼나 광 디바이스 웨이퍼 등의 웨이퍼를 분할 예정 라인을 따라 분할하는 방법으로서, 웨이퍼에 대하여 흡수성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선을 분할 예정 라인을 따라 조사함으로써 레이저 가공홈을 형성하고, 웨이퍼를 레이저 가공홈이 형성된 분할 예정 라인을 따라 파단하는 방법이 제안되어 있다. 이러한 레이저 가공을 행하는 레이저 가공 장치는, 피가공물을 유지하는 피가공물 유지 수단과, 상기 피가공물 유지 수단에 유지된 피가공물을 레이저 가공하는 레이저 광선 조사 수단과, 피가공물 유지 수단과 레이저 광선 조사 수단을 가공 이송 방향으로 상대적으로 이동시키는 가공 이송 수단을 구비하고 있다. 그리고, 레이저 광선 조사 수단은, 레이저 광선을 발진하는 레이저 광선 발진 수단과, 상기 레이저 광선 발진 수단으로부터 발진된 레이저 광선을 집광하여 피가공물 유지 수단에 유지된 피가공물에 조사하는 집광 렌즈를 구비한 집광기로 구성되어 있다.
또한, 레이저 광선 발진 수단에 의해 발진된 펄스 레이저 광선을 편광 빔 분할기에 의해 2경로로 분기하여 2종류의 레이저 가공을 행할 수 있는 레이저 가공 장치가 제안되어 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조).
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2008-114239호 공보
그러나, 펄스 레이저 광선을 편광 빔 분할기에 의해 2경로로 분기하면, 각각의 펄스 레이저 광선의 파워 밀도가 1/2이 되어, 출력 부족에 의해 적정한 가공을 할 수 없다고 하는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 전기 광학 변조기(EOM: Electro Optical Modulator) 또는 음향 광학 변조기(AOM: Accousto Optical Modulator)를 이용하여 펄스 레이저 광선의 반복 주파수에 동기하여 펄스마다 레이저 광선을 분기하는 기술도 제안되어 있다. 그런데, 전기 광학 변조기(EOM) 및 음향 광학 변조기(AOM)는 투과율이 낮아 출력이 15∼30% 감소하는 것에 덧붙여, 레이저 광선을 받아들이는 유효 직경이 수 ㎜로 작아 빔 직경을 좁혀야 하는 필요성 때문에 비교적 밀도가 높은 레이저 광선을 투과시키게 되어, 열 렌즈 효과에 의해 초점에 이상이 발생하고, 데미지가 커서 집광기의 수명이 짧다고 하는 문제가 있다.
본 발명은 상기 사실을 감안하여 이루어진 것으로, 그 주된 기술적 과제는, 펄스 레이저 광선을 2경로로 분기하여도, 각각의 펄스 레이저 광선의 파워 밀도를 저하시키지 않고 가공할 수 있는 레이저 가공 장치를 제공하는 것이다.
상기 주된 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따르면, 피가공물을 유지하는 피가공물 유지 수단과, 상기 피가공물 유지 수단에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단을 구비하는 레이저 가공 장치로서,
상기 레이저 광선 조사 수단은, 정해진 반복 주파수로 펄스 레이저 광선을 발진하는 펄스 레이저 발진기와, 상기 펄스 레이저 발진기로부터 발진된 펄스 레이저 광선을 집광하는 제1 집광기 및 제2 집광기와, 상기 펄스 레이저 발진기와 상기 제1 집광기 및 상기 제2 집광기 사이에 배치되어 상기 펄스 레이저 발진기로부터 발진된 펄스 레이저 광선을 상기 제1 집광기 및 상기 제2 집광기를 향해 교대로 분기하는 분기 수단을 구비하고,
상기 분기 수단은, 피에조 소자와 합성 석영이 일체로 형성되어 상기 피에조 소자에 상기 합성 석영의 고유 진동수에 대응하는 주파수의 고주파 전압을 인가함으로써 레이저 광선의 편광면을 0도와 90도로 교대로 변조시키는 광탄성 변조기를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치가 제공된다.
바람직하게는, 상기 분기 수단은, 펄스 레이저 발진기 측으로부터 제1 집광기 및 제2 집광기 측을 향해 제1 1/2 파장판과, 광탄성 변조기와, 제2 1/2 파장판과, 편광 빔 분할기로 구성되며, 광탄성 변조기의 주파수를 fPEM으로 하고, 펄스 레이저 발진기의 반복 주파수를 fLaser로 하며, m을 자연수로 하여, 하기 수학식에 의해 반복 주파수 fLaser를 구한다.
Figure pat00001
바람직하게는, 합성 석영의 고유 진동수는 50 kHz이며, fPEM=50 kHz를 대입하고, m=0, 1, 2, 3, 4, ·······를 대입하면, 펄스 레이저 발진기의 반복 주파수는, fLaser=200 kHz, 40 kHz, 8 kHz, 1.6 kHz, 320 Hz, 64 Hz로서 구해진다.
바람직하게는, 상기 분기 수단은, 펄스 레이저 발진기 측으로부터 제1 집광기 및 제2 집광기 측을 향해 1/4 파장판과, 광탄성 변조기와, 1/2 파장판과, 편광 빔 분할기로 구성되며, 광탄성 변조기의 주파수를 fPEM으로 하고, 펄스 레이저 발진기의 반복 주파수를 fLaser로 하며, m을 자연수로 하여, 하기 수학식에 의해 반복 주파수 fLaser를 구한다.
Figure pat00002
바람직하게는, 합성 석영의 고유 진동수는 50 kHz이며, fPEM=50 kHz를 대입하고, m=0, 1, 2, 3, 4, ·······를 대입하면, 펄스 레이저 발진기의 반복 주파수는, fLaser=100 kHz, 20 kHz, 4 kHz, 800 Hz, 160 Hz, 32 Hz로서 구해진다.
본 발명의 레이저 가공 장치에 따르면, 펄스 레이저 광선을 제1 집광기 및 제2 집광기를 향해 교대로 분기하는 분기 수단이, 피에조 소자와 합성 석영이 일체로 형성되어 피에조 소자에 합성 석영의 고유 진동수에 대응하는 주파수의 고주파 전압을 인가함으로써, 레이저 광선의 편광면을 0도와 90도로 교대로 변조시키는 광탄성 변조기를 구비하고 있기 때문에, 펄스 레이저 발진기로부터 발진된 펄스 레이저 광선의 반복 주파수에 동기하여 펄스마다 펄스 레이저 광선을 교대로 변조하기 때문에, 각 펄스의 에너지 밀도가 1/2로 저감하는 일은 없다. 따라서, 분기 수단에 의해 제1 집광기 및 제2 집광기를 향해 교대로 분기된 펄스 레이저 광선에 의해 피가공물에 동시에 적정한 가공을 행할 수 있다.
또한, 광탄성 변조기를 구성하는 합성 석영은 투과율이 높아 전술한 전기 광학 변조기(EOM) 및 음향 광학 변조기(AOM)와 같이 출력이 15∼30% 감소하는 일은 없고, 레이저 광선을 받아들이는 유효 직경이 16 ㎜ 정도로 크기 때문에, 비교적 밀도가 낮은 레이저 광선의 투과가 가능해져, 열 렌즈의 영향을 받는 일 없이 초점에 이상이 발생한다고 하는 문제 및 집광기의 수명이 짧다고 하는 문제가 해소된다.
도 1은 본 발명에 따라서 구성된 레이저 가공 장치의 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 레이저 가공 장치에 장비되는 레이저 광선 조사 수단의 블록 구성도.
도 3은 도 1에 도시된 레이저 가공 장치에 장비되는 레이저 광선 조사 수단의 다른 실시형태를 도시한 블록 구성도.
이하, 본 발명에 따른 웨이퍼의 가공 방법 및 레이저 가공 장치의 적합한 실시형태에 대해서, 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1에는, 본 발명에 따라서 구성된 레이저 가공 장치(1)의 사시도가 도시되어 있다. 도 1에 도시된 레이저 가공 장치(1)는, 정지 베이스(2)와, 상기 정지 베이스(2)에 화살표 X로 나타내는 가공 이송 방향(X축 방향)으로 이동 가능하게 배치되어 피가공물을 유지하는 척 테이블 기구(3)와, 베이스(2) 상에 배치된 레이저 광선 조사 수단으로서의 레이저 광선 조사 유닛(4)을 구비하고 있다.
상기 척 테이블 기구(3)는, 정지 베이스(2) 상에 X축 방향을 따라 평행하게 배치된 한 쌍의 안내 레일(31, 31)과, 상기 안내 레일(31, 31) 상에 X축 방향으로 이동 가능하게 배치된 제1 활동 블록(32)과, 상기 제1 활동 블록(32) 상에 X축 방향과 직교하는 화살표 Y로 나타내는 인덱싱 이송 방향(Y축 방향)으로 이동 가능하게 배치된 제2 활동 블록(33)과, 상기 제2 활동 블록(33) 상에 원통 부재(34)에 의해 지지된 지지 테이블(35)과, 피가공물 유지 수단으로서의 척 테이블(36)을 구비하고 있다. 이 척 테이블(36)은 다공성 재료로 형성된 흡착척(361)을 구비하고 있고, 흡착척(361)의 상면인 유지면 상에 피가공물인 예컨대 원형상의 반도체 웨이퍼를 도시하지 않은 흡인 수단에 의해 유지하도록 되어 있다. 이와 같이 구성된 척 테이블(36)은, 원통 부재(34) 내에 배치된 도시하지 않은 펄스 모터에 의해 회전된다. 또한, 척 테이블(36)에는, 반도체 웨이퍼 등의 피가공물을 보호 테이프를 통해 지지하는 환상의 프레임을 고정하기 위한 클램프(362)가 배치되어 있다.
상기 제1 활동 블록(32)은, 그 하면에 상기 한 쌍의 안내 레일(31, 31)과 끼워 맞추는 한 쌍의 피안내홈(321, 321)이 설치되어 있고, 그 상면에 Y축 방향을 따라 평행하게 형성된 한 쌍의 안내 레일(322, 322)이 설치되어 있다. 이와 같이 구성된 제1 활동 블록(32)은, 피안내홈(321, 321)이 한 쌍의 안내 레일(31, 31)에 끼워 맞춰짐으로써, 한 쌍의 안내 레일(31, 31)을 따라 라서 X축 방향으로 이동 가능하게 구성된다. 척 테이블 기구(3)는, 제1 활동 블록(32)을 한 쌍의 안내 레일(31, 31)을 따라 X축 방향으로 이동시키기 위한 가공 이송 수단(37)을 구비하고 있다. 가공 이송 수단(37)은, 상기 한 쌍의 안내 레일(31, 31) 사이에 평행하게 배치된 수나사 로드(371)와, 상기 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 연결되어 있다. 또한, 수나사 로드(371)는, 제1 활동 블록(32)의 중앙부 하면으로 돌출하여 설치된 도시하지 않은 암나사 블록에 형성된 관통 암나사 구멍에 나사 결합되어 있다. 따라서, 펄스 모터(372)에 의해 수나사 로드(371)를 정회전 및 역회전 구동함으로써, 제1 활동 블록(32)은 안내 레일(31, 31)을 따라 X축 방향으로 이동된다.
상기 제2 활동 블록(33)은, 그 하면에 상기 제1 활동 블록(32)의 상면에 설치된 한 쌍의 안내 레일(322, 322)과 끼워 맞춰지는 한 쌍의 피안내홈(331, 331)이 설치되어 있고, 이 피안내홈(331, 331)을 한 쌍의 안내 레일(322, 322)에 끼워 맞춤으로써, Y축 방향으로 이동 가능하게 구성된다. 척 테이블 기구(3)는, 제2 활동 블록(33)을 제1 활동 블록(32)에 설치된 한 쌍의 안내 레일(322, 322)을 따라 Y축 방향으로 이동시키기 위한 인덱싱 이송 수단(38)을 구비하고 있다. 인덱싱 이송 수단(38)은, 상기 한 쌍의 안내 레일(322, 322) 사이에 평행하게 배치된 수나사 로드(381)와, 상기 수나사 로드(381)를 회전 구동하기 위한 펄스 모터(382) 등의 구동원을 포함하고 있다. 수나사 로드(381)는, 그 일단이 상기 제1 활동 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 활동 블록(33)의 중앙부 하면으로 돌출하여 설치된 도시하지 않은 암나사 블록에 형성된 관통 암나사 구멍에 나사 결합되어 있다. 따라서, 펄스 모터(382)에 의해 수나사 로드(381)를 정회전 및 역회전 구동함으로써, 제2 활동 블록(33)은 안내 레일(322, 322)을 따라 Y축 방향으로 이동된다.
상기 레이저 광선 조사 유닛(4)은, 상기 베이스(2) 상에 배치된 지지 부재(41)와, 상기 지지 부재(41)에 의해 지지되어 실질직으로 수평으로 연장되는 케이싱(42)과, 상기 케이싱(42)에 배치된 레이저 광선 조사 수단(5)과, 케이싱(42)의 전단부에 배치되어 레이저 가공해야 할 가공 영역을 검출하는 촬상 수단(6)을 구비하고 있다. 또한, 촬상 수단(6)은, 도시된 실시형태에 있어서는 가시광선에 의해 촬상하는 통상의 촬상 소자(CCD) 외에, 피가공물에 적외선을 조사하는 적외선 조명 수단과, 상기 적외선 조명 수단에 의해 조사된 적외선을 포착하는 광학계와, 상기 광학계에 의해 포착된 적외선에 대응한 전기 신호를 출력하는 촬상 소자(적외선 CCD) 등으로 구성되어 있고, 촬상한 화상 신호를 도시하지 않은 제어 수단으로 보낸다.
상기 레이저 광선 조사 수단(5)에 대해서, 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2에 도시된 레이저 광선 조사 수단(5)은, 정해진 반복 주파수로 펄스 레이저를 발진하는 펄스 레이저 발진기(51)와, 상기 펄스 레이저 발진기(51)에 의해 발진된 펄스 레이저 광선을 집광하여 척 테이블(36)에 유지된 피가공물(W)에 조사하는 제1 집광기(52a) 및 제2 집광기(52b)와, 펄스 레이저 발진기(51)와 제1 집광기(52a) 및 제2 집광기(52b) 사이에 배치되어 펄스 레이저 발진기(51)로부터 발진된 펄스 레이저 광선을 제1 집광기(52a) 및 제2 집광기(52b)를 향해 교대로 분기하는 분기 수단(53)을 구비하고 있다. 펄스 레이저 발진기(51)는, 본 실시형태에 있어서는, 후술하는 이유에 의해 반복 주파수가 200 kHz, 40 kHz, 8 kHz, 1.6 kHz, 320 Hz, 64 Hz인 펄스 레이저 광선(LB)을 발진한다.
상기 분기 수단(53)은, 본 실시형태에 있어서는 펄스 레이저 발진기(51) 측으로부터 제1 집광기(52a) 및 제2 집광기(52b) 측을 향해 제1 1/2 파장판(531)과, 광탄성 변조기(532)와, 제2 1/2 파장판(533)과, 편향 빔 분할기(534)로 구성되어 있다. 제1 1/2 파장판(531)은, 펄스 레이저 발진기(51)에 의해 발진된 펄스 레이저 광선(LB)의 편광면을 회전시켜 광탄성 변조기(532)에 적절한 각도로 입사하도록 조정한다. 또한, 제1 1/2 파장판(531)은, 펄스 모터 등의 액츄에이터(531a)에 의해 회동된다.
상기 광탄성 변조기(532)는, 본 실시형태에 있어서는 피에조 소자(532a)와 합성 석영(532b)이 일체로 형성되어 있고, 피에조 소자(532a)에 합성 석영(532b)의 고유 진동수에 대응하는 고주파 전압을 인가함으로써, 펄스 레이저 발진기(51)에 의해 발진된 펄스 레이저 광선의 편광면을 0도와 90도로 교대로 변조시킨다. 본 실시형태에 있어서의 광탄성 변조기(532)는, 합성 석영(532b)의 고유 진동수가 50 kHz이기 때문에, 피에조 소자(532a)에는 고주파 전원(532c)으로부터 50 kHz의 고주파 전압이 인가된다. 따라서, 광탄성 변조기(532)는, 펄스 레이저 발진기(51)에 의해 발진된 펄스 레이저 광선(LB)의 반복 주파수에 동기하여 펄스마다 펄스 레이저 광선(LB)을 교대로 변조(편광 빔 분할기(534)에 대하여 교대의 S파 P파로 변조)한다.
상기 제2 1/2 파장판(533)은, 광탄성 변조기(532)에 의해 편광면이 0도와 90도로 교대로 변조된 펄스 레이저 광선(LB)의 편광면을 회전시키고, 편광 빔 분할기(534)에 적절한 각도로 입사하도록 조정한다. 또한, 제2 1/2 파장판(533)은, 펄스 모터 등의 액츄에이터(533a)에 의해 회동된다.
상기 편광 빔 분할기(534)는, 제2 1/2 파장판(533)을 통해 입사된 펄스 레이저 광선(LB)의 S파로 이루어진 펄스 레이저 광선(LB1)을 제1 집광기(52a)를 향해 분기하고, P파로 이루어진 펄스 레이저 광선(LB2)을 제2 집광기(52b)를 향해 분기한다.
제1 집광기(52a)는, 편광 빔 분할기(534)에 의해 분기된 S파로 이루어진 펄스 레이저 광선(LB1)을 집광하여 척 테이블(36)에 유지된 피가공물(W)에 조사하는 집광 렌즈(521a)를 구비하고 있다. 또한, 제2 집광기(52b)는, 편광 빔 분할기(534)에 의해 분기된 P파로 이루어진 펄스 레이저 광선(LB2)을 척 테이블(36)의 유지면을 향해 방향 변환하는 방향 변환 미러(522b)와, 상기 방향 변환 미러(522b)에 의해 방향 변환된 펄스 레이저 광선(LB2)을 집광하여 척 테이블(36)에 유지된 피가공물(W)에 조사하는 집광 렌즈(521b)로 이루어져 있다. 또한, 제2 집광기(52b)는, 도시된 실시형태에 있어서는 제1 집광기(52a)와 Y축 방향으로 이격되어 배치되어 있고, 이동 수단(523)에 의해 Y축 방향으로 이동 조정 가능하게 구성되어 있다. 이와 같이 구성된 제1 집광기(52a)와 제2 집광기(52b)는, 도 1에 도시된 바와 같이 케이싱(42)의 선단에 장착된다.
레이저 광선 조사 수단(5)은 이상과 같이 구성되어 있고, 펄스 레이저 발진기(51)의 반복 주파수의 설정에 대해서 설명한다. 상기 광탄성 변조기(532)의 주파수를 fPEM으로 하고, 펄스 레이저 발진기(51)의 반복 주파수를 fLaser로 하며, m을 자연수로 하여, 하기 수학식 1에 의해 펄스 레이저 발진기(51)의 반복 주파수 fLaser를 구할 수 있다.
Figure pat00003
상기 광탄성 변조기(532)를 구성하는 합성 석영(532b)의 고유 진동수는 50 kHz이며, fPEM=50 kHz를 대입하고, m=0, 1, 2, 3, 4, ·······를 대입하면 펄스 레이저 발진기(51)의 반복 주파수는, fLaser=200 kHz, 40 kHz, 8 kHz, 1.6 kHz, 320 Hz, 64 Hz로서 구해진다.
이상과 같이 구성된 레이저 광선 조사 수단(5)에 있어서의 분기 수단(53)은, 피에조 소자(532a)와 합성 석영(532b)이 일체로 형성된 광탄성 변조기(532)의 피에조 소자(532a)에 합성 석영(532b)의 고유 진동수에 대응하는 주파수의 고주파 전압을 인가함으로써 펄스 레이저 발진기(51)에 의해 발진된 펄스 레이저 광선의 편광면을 0도와 90로 교대로 변조시키기 때문에, 펄스 레이저 발진기(51)로부터 발진된 펄스 레이저 광선의 반복 주파수에 동기하여 펄스마다 펄스 레이저 광선을 교대로 변조(편광 빔 분할기(534)에 대하여 교대의 S파 P파로 변조)하기 때문에, 각 펄스의 에너지 밀도가 1/2로 저감하는 일은 없다. 따라서, 분기 수단(53)의 편광 빔 분할기(534)에 의해 제1 집광기(52a) 및 제2 집광기(52b)를 향해 교대로 분기된 S파로 이루어진 펄스 레이저 광선(LB1)과 P파로 이루어진 펄스 레이저 광선(LB2)에 의해 피가공물에 동시에 적정한 가공을 행할 수 있다.
또한, 광탄성 변조기(532)를 구성하는 합성 석영(532b)은 투과율이 높아 전술한 전기 광학 변조기(EOM) 및 음향 광학 변조기(AOM)와 같이 출력이 15∼30% 감소하는 일은 없고, 레이저 광선을 받아들이는 유효 직경이 16 ㎜ 정도로 크기 때문에, 비교적 밀도가 낮은 레이저 광선의 투과가 가능해져, 열 렌즈의 영향을 받는 일 없이 초점에 이상이 발생한다고 하는 문제 및 집광기의 수명이 짧다고 하는 문제가 해소된다.
다음에, 레이저 광선 조사 수단의 다른 실시형태에 대해서, 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3에 도시된 레이저 광선 조사 수단(50)은, 전술한 레이저 광선 조사 수단(5)의 분기 수단(53)을 구성하는 제1 1/2 파장판(531)을 1/4 파장판(535)으로 변경하고, 상기 1/4 파장판(535)을 펄스 모터 등의 액츄에이터(535a)에 의해 회동하도록 한 것으로서, 다른 구성 부재는 실질적으로 동일하기 때문에, 동일 부재에는 동일 부호를 붙이고 설명은 생략한다.
도 3에 도시된 레이저 광선 조사 수단(50)의 분기 수단(530)을 구성하는 1/4 파장판(535)은, 펄스 레이저 발진기(51)에 의해 발진된 직선 편광의 펄스 레이저 광선(LB)을 원 편광으로 변환한다. 이와 같이 하여 원 편광으로 변환된 펄스 레이저 광선(LB)은, 전술한 레이저 광선 조사 수단(5)의 분기 수단(53)과 마찬가지로 광탄성 변조기(532)의 합성 석영(532b)으로 유도되고, 레이저 광선 조사 수단(5)의 분기 수단(53)과 마찬가지로 제1 집광기(52a) 및 제2 집광기(52b)를 향해 교대로 분기된다.
다음에, 도 3에 도시된 실시형태에 있어서의 레이저 광선 조사 수단(50)을 구성하는 펄스 레이저 발진기(51)의 반복 주파수의 설정에 대해서 설명한다. 광탄성 변조기(532)의 주파수를 fPEM으로 하고, 펄스 레이저 발진기(51)의 반복 주파수를 fLaser로 하며, m을 자연수로 하여, 하기 수학식 2에 의해 펄스 레이저 발진기(51)의 반복 주파수 fLaser를 구할 수 있다.
Figure pat00004
광탄성 변조기(532)를 구성하는 합성 석영(532b)의 고유 진동수는 50 kHz이며, fPEM=50 kHz를 대입하고, m=0, 1, 2, 3, 4, ·······를 대입하면 펄스 레이저 발진기(51)의 반복 주파수는, fLaser=100 kHz, 20 kHz, 4 kHz, 800 Hz, 160 Hz, 32 Hz로서 구해진다.
따라서, 도 3에 도시된 실시형태에 있어서의 레이저 광선 조사 수단(50)을 구성하는 펄스 레이저 발진기(51)는, 반복 주파수가 100 kHz, 20 kHz, 4 kHz, 800 Hz, 160 Hz, 32 Hz인 펄스 레이저 광선(LB)을 발진한다. 이상과 같이 구성된 레이저 광선 조사 수단(50)도 상기 도 2에 도시된 레이저 광선 조사 수단(5)과 동일한 작용 효과를 발휘한다.
2 : 정지 베이스
3 : 척 테이블 기구
36 : 척 테이블
37 : 가공 이송 수단
38 : 인덱싱 이송 수단
4 : 레이저 광선 조사 유닛
5 : 레이저 광선 조사 수단
51 : 펄스 레이저 발진기
52a : 제1 집광기
52b : 제2 집광기
53 : 분기 수단
531 : 제1 1/2 파장판
532 : 광탄성 변조기
532a : 피에조 소자
532b : 합성 석영
533 : 제2 1/2 파장판
534 : 편광 빔 분할기
535 : 1/4 파장판
W : 피가공물

Claims (5)

  1. 피가공물을 유지하는 피가공물 유지 수단과, 상기 피가공물 유지 수단에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단을 구비하는 레이저 가공 장치로서,
    상기 레이저 광선 조사 수단은, 정해진 반복 주파수로 펄스 레이저 광선을 발진하는 펄스 레이저 발진기와, 상기 펄스 레이저 발진기로부터 발진된 펄스 레이저 광선을 집광하는 제1 집광기 및 제2 집광기와, 상기 펄스 레이저 발진기와 상기 제1 집광기 및 상기 제2 집광기 사이에 배치되어 상기 펄스 레이저 발진기로부터 발진된 펄스 레이저 광선을 상기 제1 집광기 및 상기 제2 집광기를 향해 교대로 분기하는 분기 수단을 구비하고,
    상기 분기 수단은, 피에조 소자와 합성 석영이 일체로 형성되어 상기 피에조 소자에 상기 합성 석영의 고유 진동수에 대응하는 주파수의 고주파 전압을 인가함으로써, 레이저 광선의 편광면을 0도와 90도로 교대로 변조시키는 광탄성 변조기를 구비하고 있는 것인 레이저 가공 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 분기 수단은, 상기 펄스 레이저 발진기 측으로부터 상기 제1 집광기 및 상기 제2 집광기 측을 향해 제1 1/2 파장판과, 상기 광탄성 변조기와, 제2 1/2 파장판과, 편광 빔 분할기로 구성되며,
    상기 광탄성 변조기의 주파수를 fPEM으로 하고, 상기 펄스 레이저 발진기의 반복 주파수를 fLaser로 하며, m을 자연수로 하여, 하기 수학식에 의해 반복 주파수 fLaser를 구하는 것인 레이저 가공 장치.
    Figure pat00005
  3. 제2항에 있어서, 합성 석영의 고유 진동수는 50 kHz이며, fPEM=50 kHz를 대입하고, m=0, 1, 2, 3, 4, ·······를 대입하면, 상기 펄스 레이저 발진기의 반복 주파수는, fLaser=200 kHz, 40 kHz, 8 kHz, 1.6 kHz, 320 Hz, 64 Hz로서 구해지는 것인 레이저 가공 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 분기 수단은, 상기 펄스 레이저 발진기 측으로부터 상기 제1 집광기 및 상기 제2 집광기 측을 향해 1/4 파장판과, 상기 광탄성 변조기와, 1/2 파장판과, 편광 빔 분할기로 구성되며,
    상기 광탄성 변조기의 주파수를 fPEM으로 하고, 상기 펄스 레이저 발진기의 반복 주파수를 fLaser로 하며, m을 자연수로 하여, 하기 수학식에 의해 반복 주파수 fLaser를 구하는 것인 레이저 가공 장치.
    Figure pat00006
  5. 제4항에 있어서, 합성 석영의 고유 진동수는 50 kHz이며, fPEM=50 kHz를 대입하고, m=0, 1, 2, 3, 4, ·······를 대입하면, 상기 펄스 레이저 발진기의 반복 주파수는, fLaser=100 kHz, 20 kHz, 4 kHz, 800 Hz, 160 Hz, 32 Hz로서 구해지는 것인 레이저 가공 장치.
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