KR20230042565A - Laser processing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 레이저 가공 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a laser processing device.
반도체 디바이스를 제조하기 위해서, 레이저 빔의 집광점을 웨이퍼의 내부에 위치시키고, 스트리트(분할 예정 라인)를 따라 조사함으로써 개질층을 형성하고, 외력을 가함으로써 분할하는 가공 방법이 알려져 있다(특허문헌 1 참조). 상술한 가공 방법을 실현하는 레이저 가공 장치에서는, 레이저 발진기로부터 출사된 레이저 빔이 공간 광 변조기에 의해 변조되고, 집광 렌즈에 의해 집광되어 웨이퍼에 조사된다.In order to manufacture a semiconductor device, a processing method is known in which a light convergence point of a laser beam is positioned inside a wafer, a modified layer is formed by irradiation along a street (line to be divided), and division is performed by applying an external force (Patent Documents). 1). In the laser processing apparatus realizing the above-described processing method, a laser beam emitted from a laser oscillator is modulated by a spatial light modulator, condensed by a condensing lens, and irradiated onto a wafer.
그런데, 최근에는, 가공에 따른 시간을 단축하기 위해서, 공간 광 변조기에 의해 레이저 빔을 분기하여 복수의 집광점에서 가공을 실시하는 방법이 이용되고 있다(특허문헌 2 참조). 이 레이저 가공 장치에 있어서, 공간 광 변조기가 불량이나 이상에 의해 정상적으로 동작하지 않는 경우, 레이저 빔의 분기가 적절히 행해지지 않고, 미분기의 상태에서 레이저 빔이 조사되어, 가공 불량을 일으킬 가능성이 있다.However, in recent years, in order to shorten the processing time, a method of splitting a laser beam by a spatial light modulator and performing processing at a plurality of converging points has been used (see Patent Document 2). In this laser processing device, if the spatial light modulator does not operate normally due to a defect or abnormality, the laser beam is not properly diverged and the laser beam is irradiated in a state of differential branching, which may cause processing defects.
따라서, 공간 광 변조기의 동작 불량을 검지하기 위해, 다양한 방법이 제안되어 있다. 예를 들면, 특허문헌 3에는, 집광 렌즈의 동면(瞳面)에 입사하지 않는 일부를 변조하는 마킹을 포함하는 위상 패턴을 공간 광 변조기에 표시시켜, 마킹을 포함하는 위상 패턴의 강도 분포를 취득함으로써, 동작을 확인하는 방법이 개시되어 있다.Accordingly, various methods have been proposed to detect malfunction of the spatial light modulator. For example, in
그러나, 특허문헌 3의 방법은, 가공 중에 동작 이상을 확인할 수 있는 한편으로, 이차원 강도 분포를 취득할 필요가 있어, 처리에 시간이 걸린다는 문제가 있다.However, while the method of
따라서, 본 발명의 목적은, 공간 광 변조기의 이상을 고속으로 검지할 수 있는 레이저 가공 장치를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a laser processing apparatus capable of detecting an abnormality in a spatial light modulator at high speed.
본 발명의 일 측면에 의하면, 레이저 가공 장치에 있어서, 레이저 빔을 출사하는 레이저 발진기와, 상기 레이저 발진기로부터 출사된 상기 레이저 빔을 집광하여 피가공물에 조사하는 집광기와, 상기 레이저 발진기와 상기 집광기의 사이에 배치되어, 위상 패턴을 표시하는 표시부를 가지며, 그 표시부에 입사한 상기 레이저 빔을 상기 위상 패턴에 따라 변조하여 출사하는 공간 광 변조기를 포함하는 레이저 빔 조사 유닛과, 상기 공간 광 변조기로부터 출사된 상기 레이저 빔의 강도를 검출하는 광 검출 유닛과, 각 구성 요소를 제어하는 제어 유닛을 포함하고, 상기 제어 유닛은, 상기 표시부에 표시하는 상기 위상 패턴을 제어하는 패턴 제어부와, 상기 패턴 제어부에 의해 상기 표시부에 상기 레이저 빔을 분기하기 위한 상기 위상 패턴인 분기 패턴이 표시되었을 때에 상기 광 검출 유닛이 검출하는 상기 레이저 빔의 강도를 기준 강도로서 기억해 두는 기억부와, 상기 광 검출 유닛이 검출하는 상기 레이저 빔의 강도가 상기 기준 강도로부터 변화했는지 아닌지에 기초하여, 상기 공간 광 변조기가 정상적으로 동작하고 있는지 아닌지를 판정하는 판정부를 가진, 레이저 가공 장치가 제공된다.According to one aspect of the present invention, in a laser processing apparatus, a laser oscillator for emitting a laser beam, a concentrator for condensing the laser beam emitted from the laser oscillator and irradiating it to a workpiece, the laser oscillator and the concentrator a laser beam irradiation unit including a spatial light modulator disposed therebetween, having a display unit displaying a phase pattern, and modulating the laser beam incident on the display unit according to the phase pattern and outputting the laser beam; and output from the spatial light modulator a light detection unit for detecting the intensity of the laser beam, and a control unit for controlling each component, wherein the control unit includes: a pattern control unit for controlling the phase pattern displayed on the display unit; a storage unit for storing, as a reference intensity, the intensity of the laser beam detected by the optical detection unit when the branching pattern, which is the phase pattern for diverging the laser beam, is displayed on the display unit; A laser processing apparatus having a determination unit for determining whether or not the spatial light modulator is operating normally based on whether or not the intensity of the laser beam has changed from the reference intensity.
또한, 본 발명의 일 측면에 따른 레이저 가공 장치에 있어서, 상기 레이저 빔 조사 유닛은, 상기 공간 광 변조기로부터 출사된 상기 레이저 빔을 상기 집광기를 향하여 반사하는 미러를 갖고, 상기 광 검출 유닛은, 상기 미러에서 반사되지 않고 투과한 상기 레이저 빔의 누설광을 수광하도록 구성되어도 좋다.In addition, in the laser processing apparatus according to one aspect of the present invention, the laser beam irradiation unit has a mirror for reflecting the laser beam emitted from the spatial light modulator toward the concentrator, and the light detection unit comprises: It may be configured to receive leakage light of the laser beam transmitted without being reflected by the mirror.
또한, 본 발명의 일 측면에 따른 레이저 가공 장치에 있어서, 상기 미러와 상기 광 검출 유닛의 사이에는, 상기 레이저 빔을 확산시키는 확산판이 배치되어도 좋다.Further, in the laser processing apparatus according to one aspect of the present invention, a diffusion plate for diffusing the laser beam may be disposed between the mirror and the light detection unit.
또한, 본 발명의 일 측면에 따른 레이저 가공 장치에 있어서, 상기 공간 광 변조기와 상기 광 검출 유닛의 사이에는, 상기 레이저 빔을 집속하는 집속 렌즈와, 상기 집속 렌즈의 초점 위치 또는 그 초점 위치의 근방에 위치된 애퍼쳐가 배치되어도 좋다.Furthermore, in the laser processing apparatus according to one aspect of the present invention, between the spatial light modulator and the light detection unit, a focusing lens for concentrating the laser beam, and a focal point of the focusing lens or a vicinity of the focal position An aperture located at may be arranged.
또한, 본 발명의 일 측면에 따른 레이저 가공 장치에 있어서, 상기 광 검출 유닛은, 포토 다이오드라도 좋다.Further, in the laser processing device according to one aspect of the present invention, the photodetection unit may be a photodiode.
본 발명의 일 측면에 의하면, 공간 광 변조기의 이상을 고속으로 검지할 수가 있다.According to one aspect of the present invention, an abnormality of the spatial light modulator can be detected at high speed.
도 1은, 실시형태에 관한 레이저 가공 장치의 구성예를 도시한 사시도이다.
도 2는, 도 1에 도시된 레이저 가공 장치의 가공 대상인 피가공물의 일례를 도시한 사시도이다.
도 3은, 도 1에 도시된 레이저 빔 조사 유닛의 개략 구성을 도시한 모식도이다.
도 4는, 도 3에 도시된 공간 광 변조기의 표시부에 표시하는 위상 패턴의 일례를 도시한 모식도이다.
도 5는, 도 4에 도시된 위상 패턴이 표시되는 표시부로부터 출사되는 레이저 빔의 모식도이다.
도 6은, 도 3에 도시된 공간 광 변조기의 표시부의 동작 이상 시를 도시한 모식도이다.
도 7은, 도 6에 도시된 표시부로부터 출사되는 레이저 빔의 모식도이다.
도 8은, 도 3에 도시된 광 검출 유닛이 레이저 빔을 수광하는 모습을 도시한 모식도이다.
도 9는, 비교예에 관련된 레이저 빔 조사 유닛에 있어서 광 검출 유닛이 레이저 빔을 수광하는 모습을 도시한 모식도이다.1 is a perspective view showing a configuration example of a laser processing apparatus according to an embodiment.
FIG. 2 is a perspective view showing an example of a workpiece to be processed by the laser processing apparatus shown in FIG. 1 .
FIG. 3 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the laser beam irradiation unit shown in FIG. 1 .
FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of a phase pattern displayed on a display unit of the spatial light modulator shown in FIG. 3 .
FIG. 5 is a schematic diagram of a laser beam emitted from a display unit displaying the phase pattern shown in FIG. 4 .
FIG. 6 is a schematic diagram showing abnormal operation of the display unit of the spatial light modulator shown in FIG. 3 .
FIG. 7 is a schematic diagram of a laser beam emitted from the display unit shown in FIG. 6 .
FIG. 8 is a schematic diagram showing how the photodetection unit shown in FIG. 3 receives a laser beam.
Fig. 9 is a schematic diagram showing how a light detection unit receives a laser beam in a laser beam irradiation unit according to a comparative example.
이하, 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시형태에 대해 설명한다. 이하의 실시형태에 기재한 내용에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 또한, 이하에 기재한 구성 요소에는, 당업자가 용이하게 상정할 수 있는 것, 실질적으로 동일한 것이 포함된다. 또한, 이하에 기재한 구성은 적절히 조합하는 것이 가능하다. 또한, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 구성의 다양한 생략, 치환 또는 변경을 행할 수 있다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiment of this invention is described, referring an accompanying drawing. This invention is not limited by the content described in the following embodiment. In addition, the components described below include those that can be easily assumed by those skilled in the art and those that are substantially the same. In addition, the structure described below can be combined suitably. In addition, various omissions, substitutions, or changes may be made in the configuration without departing from the gist of the present invention.
(실시형태)(Embodiment)
먼저, 본 발명의 실시형태에 관련된 레이저 가공 장치(1)의 구성에 대해 도면에 기초하여 설명한다. 도 1은, 실시형태에 따른 레이저 가공 장치(1)의 구성예를 도시한 사시도이다. 도 2는, 도 1에 도시된 레이저 가공 장치(1)의 가공 대상인 피가공물(100)의 일례를 도시한 사시도이다. 도 3은, 도 1에 도시된 레이저 빔 조사 유닛(20)의 개략 구성을 도시한 모식도이다. 도 4는, 도 3에 도시된 공간 광 변조기(24)의 표시부(241)에 표시하는 위상 패턴(242)의 일례를 도시한 모식도이다. 도 5는, 도 4에 도시된 위상 패턴(242)이 표시되는 표시부(241)로부터 출사되는 레이저 빔(21)의 모식도이다.First, the configuration of the
이하의 설명에 있어서, X축 방향은, 수평면에 있어서의 일 방향이다. Y축 방향은, 수평면에 있어서, X축 방향에 직교하는 방향이다. Z축 방향은, X축 방향 및 Y축 방향에 직교하는 방향이다. 실시형태의 레이저 가공 장치(1)는, 가공 이송 방향이 X축 방향이고, 인덱싱 이송 방향이 Y축 방향이고, 집광점 위치 조정 방향이 Z축 방향이다.In the following description, the X-axis direction is one direction in the horizontal plane. The Y-axis direction is a direction orthogonal to the X-axis direction in a horizontal plane. The Z-axis direction is a direction orthogonal to the X-axis direction and the Y-axis direction. In the
레이저 가공 장치(1)는, 유지 테이블(10)과, 레이저 빔 조사 유닛(20)과, 광 검출 유닛(30)(도 3 참조)과, 촬상 수단(31)과, 이동 유닛(60)과, 촬상 유닛(70)과, 입력 수단(80)과, 제어 유닛(90)을 구비한다. 실시형태에 따른 레이저 가공 장치(1)는, 가공 대상인 피가공물(100)에 대하여, 레이저 빔(21)을 조사함으로써, 피가공물(100)을 가공하는 장치이다. 레이저 가공 장치(1)에 의한 피가공물(100)의 가공은, 예컨대, 스텔스 다이싱에 의해 피가공물(100)의 내부에 개질층(106)(도 3 참조)을 형성하는 개질층 형성 가공, 피가공물(100)의 표면(102)에 홈을 형성하는 홈 가공, 또는 분할 예정 라인(103)을 따라 피가공물(100)을 절단하는 절단 가공 등이다. 실시형태에서는, 피가공물(100)에 개질층(106)을 형성하는 구성에 대해 설명한다.The
피가공물(100)은, 예컨대, 실리콘(Si), 사파이어(Al2O3), 갈륨비소(GaAs), 탄화규소(SiC), 또는 리튬탄탈레이트(LiTa3) 등을 기판(101)(도 2 참조)으로 하는 원판형의 반도체 디바이스 웨이퍼, 광 디바이스 웨이퍼 등의 웨이퍼이다. 또한, 피가공물(100)은, 실시형태에서는 원판형이지만, 본 발명에서는 원판형이 아니라도 좋다. 피가공물(100)은, 예컨대, 환형의 프레임(110)이 접착되고 또한 피가공물(100)의 외경보다 대직경인 테이프(111)가 피가공물(100)의 이면(105)에 접착되어, 프레임(110)의 개구 내에 지지된 상태에서 반송 및 가공된다.The
도 2에 도시된 바와 같이, 피가공물(100)은, 기판(101)의 표면(102)에 격자형으로 설정된 분할 예정 라인(103)과, 분할 예정 라인(103)에 의해 구획된 영역에 형성된 디바이스(104)를 갖고 있다. 디바이스(104)는, 예를 들면, IC(Integrated Circuit), 또는 LSI(Large Scale Integration) 등의 집적 회로, CCD(Charge Coupled Device), 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 등의 이미지 센서이다.As shown in FIG. 2 , the
실시형태에 있어서, 피가공물(100)은, 분할 예정 라인(103)을 따라 개질층(106)(도 3 참조)이 형성된다. 피가공물(100)은, 분할 예정 라인(103)에 형성된 개질층(106)을 따라서 개개의 디바이스(104)로 분할되어, 칩으로 개편화된다. 또한, 칩은, 실시형태에서는 정방 형상이지만, 본 발명에서는 장방 형상이라도 된다.In the embodiment, in the
도 1 등에 도시된 유지 테이블(10)은, 피가공물(100)을 유지면(11)으로 유지한다. 유지면(11)은, 다공성 세라믹 등으로 형성된 원판형이다. 유지면(11)은, 실시형태에 있어서, 수평 방향과 평행한 평면이다. 유지면(11)은, 예컨대, 진공 흡인 경로를 통해 진공 흡인원과 접속하고 있다. 유지 테이블(10)은, 유지면(11) 상에 재치된 피가공물(10)을 흡인 유지한다. 유지 테이블(10)의 주위에는, 피가공물(100)을 지지하는 환형의 프레임(110)을 협지하는 클램프부(12)가 복수 배치되어 있다.The holding table 10 shown in FIG. 1 and the like holds the
유지 테이블(10)은, 회전 유닛(13)에 의해 Z축 방향과 평행한 축심 둘레로 회전된다. 회전 유닛(13)은, X축 방향 이동 플레이트(14)에 지지된다. 회전 유닛(13) 및 유지 테이블(10)은, X축 방향 이동 플레이트(14)를 통해, 후술하는 가공 이송 유닛(61)에 의해 X축 방향으로 이동된다. 회전 유닛(13) 및 유지 테이블(10)은, X축 방향 이동 플레이트(14), 가공 이송 유닛(61) 및 Y축 방향 이동 플레이트(15)를 통해, 후술하는 인덱싱 이송 유닛(62)에 의해 Y축 방향으로 이동된다.The holding table 10 is rotated around an axis parallel to the Z-axis direction by a
레이저 빔 조사 유닛(20)은, 유지 테이블(10)의 유지면(11)에 유지된 피가공물(100)에 대하여 레이저 빔(21)을 조사하는 유닛이다. 레이저 빔 조사 유닛(20) 중, 적어도 집광기(23)(도 3 참조)는, 레이저 가공 장치(1)의 장치 본체(2)로부터 세워 설치한 기둥(3)에 설치되는 후술하는 집광점 위치 조정 유닛(63)에 지지된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 레이저 빔 조사 유닛(20)은, 레이저 발진기(22)와, 집광기(23)와, 공간 광 변조기(24)와, 편광판(25)과, 집속 렌즈(26)와, 애퍼쳐(27)와, 릴레이 렌즈(28)와, 미러(29)를 포함한다. 또한, 레이저 빔 조사 유닛(20)은, 광 검출 유닛(30)과 미러(29)의 사이에, 집광 렌즈(32)와, 확산판(33)과, 필터(34)를 포함한다.The laser
레이저 발진기(22)는, 피가공물(100)을 가공하기 위한 소정의 파장을 갖는 레이저 빔(21)을 출사한다. 레이저 빔 조사 유닛(20)이 조사하는 레이저 빔(21)은, 피가공물(100)에 대해 투과성 또는 흡수성을 갖는 파장의 레이저 빔이며, 개질층 형성 가공을 행하는 실시형태에서는, 투과성을 갖는 파장의 레이저 빔이다.The
집광기(23)는, 레이저 발진기(22)로부터 출사된 레이저 빔(21)을, 유지 테이블(10)의 유지면(11)에 유지된 피가공물(100)에 집광하여, 피가공물(100)에 조사시키는 집광 렌즈이다. 집광기(23)는, 공간 광 변조기(24)에 의해 변조된 레이저 빔(21)을, 피가공물(100)에 집광한다. 집광기(23)에 의해 집광된 레이저 빔(21)의 집광점(211)은, 실시형태의 개질층 형성 가공에 있어서, 피가공물(100)의 내부에 위치된다. 또한, 도 3에 도시된 예에서는, 피가공물(100)의 이면(105) 측을 유지 테이블(10)에 유지하여 표면(102) 측으로부터 레이저 빔(21)을 조사하지만, 본 발명에서는 표면(102) 측을 유지 테이블(10)에 유지하여 이면(105) 측으로부터 레이저 빔(21)을 조사해도 좋다.The
공간 광 변조기(24)는, 레이저 발진기(22)와 집광기(23)의 사이에 설치된다. 공간 광 변조기(24)는, 레이저 발진기(22)로부터 출사된 레이저 빔(21)의, 진폭, 위상, 편광 등의 공간적인 분포를 전기적으로 제어함으로써, 입사된 레이저 빔(21)을 변조시킨다. 공간 광 변조기(24)는, 실시형태에서는 레이저 빔(21)을 반사시켜 출력하지만, 본 발명에서는 레이저 빔(21)을 투과시켜 출력시켜도 좋다.The spatial
공간 광 변조기(24)는, 표시부(241)를 갖는다. 도 4에 도시된 바와 같이, 표시부(241)는, 소정의 위상 패턴(242)을 표시한다. 위상 패턴(242)은, 표시부(241)에 있어서, 레이저 빔(21)이 닿는 영역(212)에 표시된다. 공간 광 변조기(24)는, 표시부(241)에 입사한 레이저 빔(21)을, 위상 패턴(242)에 따라 변조하여 출사한다.The spatial
위상 패턴(242)은, 도 4에 도시된 일례에서, 입사된 레이저 빔(21)을 분기하여 출사시키기 위한 분기 패턴이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 표시부(241)에 분기 패턴인 위상 패턴(242)이 표시되어 있는 상태에서, 레이저 빔(21)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 복수 조의 레이저 빔(21)으로 분기된다.In the example shown in FIG. 4 , the
도 3에 도시된 바와 같이, 편광판(25)은, 레이저 발진기(22)와 공간 광 변조기(24)의 사이에 설치된다. 편광판(25)은, 레이저 발진기(22)로부터 발진된 레이저 빔(21)을 특정 방향의 광으로 편광시킨다.As shown in FIG. 3 , a
집속 렌즈(26)는, 공간 광 변조기(24)와 집광기(23)의 사이에 배치된다. 집속 렌즈(26)는, 레이저 빔(21)을 집속한다. 실시형태에 있어서, 집속 렌즈(26)를 투과한 레이저 빔(21)은, 애퍼쳐(27)를 향해 집속하여 조사되고, 일부가 차광되는 동시에 일부가 개구를 통과한다.The focusing
애퍼쳐(27)는, 공간 광 변조기(24)와 집광기(23)의 사이에 배치된다. 애퍼쳐(27)는, 집속 렌즈(26)의 초점 위치 또는 초점 위치의 근방에 위치된다. 애퍼쳐(27)에는, 집속 렌즈(26)를 투과하여 집속된 레이저 빔(21)이 입사하고, 일부가 개구(27-1)를 통과한다. 애퍼쳐(27)는 공간 광 변조기(24)에서 위상 패턴(242)에 의해 변조된 레이저 빔(21)을 통과 또는 일부 차광시킨다.The
도 5에 도시된 바와 같이, 도 4에 도시된 분기 패턴인 위상 패턴(242)이 표시된 표시부(241)로부터 출사된 레이저 빔(21)은, 복수 조로 분기되고, 2조의 레이저 빔(21)이 애퍼쳐(27)의 개구(27-1)를 통과한다. 애퍼쳐(27)는, 예를 들면, 분기 패턴에 의해 발생한 고차광을 차광한다. 따라서, 표시부(241)에 위상 패턴(242)으로서 분기 패턴이 표시되어 있는 경우, 고차광이 애퍼쳐(27)에 의해 차광되므로, 분기 패턴이 표시되어 있지 않은 경우에 비해, 가공점(집광점(211))에 있어서의 레이저 빔(21)의 출력이 낮아진다. 또한, 애퍼쳐(27)의 개구(27-1)는, 도 5에 도시된 원 형상에 한정되지 않고, 직사각 형상이라도 된다.As shown in FIG. 5, the
릴레이 렌즈(28)는, 공간 광 변조기(24)와 집광기(23)와의 사이에 배치된다. 릴레이 렌즈(28)는, 집속 렌즈(26)에 의해 집속되어 애퍼쳐(27)를 통과한 레이저 빔(21)을 미러(29)에 투과시킨다.The
미러(29)는, 공간 광 변조기(24)로부터 출사된 레이저 빔(21)을 집광기(23)를 향해 반사한다. 즉, 미러(29)는, 레이저 빔(21)을, 유지 테이블(10)의 유지면(11)에 유지한 피가공물(100)을 향해 반사한다. 실시형태에 있어서, 미러(29)는, 릴레이 렌즈(28)를 투과한 레이저 빔(21)을 집광기(23)를 향해 반사한다. 또한, 미러(29)는, 릴레이 렌즈(28)를 투과한 레이저 빔(21)의 일부를 누설광(213)으로서 투과시킨다.The
광 검출 유닛(30)은, 수광한 광을 검지한다. 광 검출 유닛(30)은, 예를 들면, 공간 광 변조기(24)로부터 출사된 레이저 빔(21)의 강도를 검출한다. 보다 상세하게는, 광 검출 유닛(30)은, 위상 패턴(242)에 의해 변조되어 표시부(241)로부터 출사하고, 애퍼쳐(27)를 통과한 레이저 빔(21)의 강도를 검출한다. 실시형태에 있어서, 광 검출 유닛(30)은, 미러(29)에서 반사되지 않고 투과한 레이저 빔(21)의 누설광(213)을 수광함으로써, 레이저 빔(21)을 피가공물(100)에 조사하면서, 위상 패턴(242)에 조사되어 변조된 레이저 빔(21)의 출력을 검출한다.The
광 검출 유닛(30)은, 예를 들면, 포토 다이오드이다. 포토 다이오드는, 수광한 레이저 빔(21)의 수광량에 의해 변화하는 전압값을 제어 유닛(90)에 출력한다. 광 검출 유닛(30)은, 포토 다이오드에 한정되지 않고, 예를 들면, CCD 촬상 소자 또는 CMOS 촬상 소자 등의 촬상 소자를 구비한 촬상 유닛이라도 좋고, 파워 미터라도 좋다.The
촬상 수단(31)은, 유지 테이블(10)에 유지된 피가공물(100)에 조사되는 레이저 빔(21)에 의한 가공점(집광점(211))을 촬상한다. 촬상 수단(31)은, 예컨대, CCD 카메라 등을 포함한다. 촬상 수단(31)은, 후술하는 촬상 유닛(70)과 공통이라도 좋다.The imaging means 31 captures an image of a processing point (light convergence point 211) by the
집광 렌즈(32)는, 미러(29)와 광 검출 유닛(30)의 사이에 설치된다. 집광 렌즈(32)는, 미러(29)를 투과한 레이저 빔(21)의 누설광(213)을 광 검출 유닛(30)의 바로 앞에 집광한다.The condensing
확산판(33)은, 미러(29)와 집광 렌즈(32)의 사이에 배치된다. 확산판(33)은, 입사된 레이저 빔(21)의 누설광(213)을 확산시킴으로써, 투과되는 레이저 빔(21)의 누설광(213)의 강도의 불균일을 해소한다.The
필터(34)는 확산판(33)과 집광 렌즈(32)의 사이에 배치된다. 필터(34)는, 레이저 빔(21)의 누설광(213)의 일부를 투과하는 필터이다. 필터(34)는, 예를 들면, 레이저 빔(21)의 누설광(213) 중, 광 검출 유닛(30)이 수광하는 파장의 레이저 빔(21)만을 투과한다. 필터(34)는, 예를 들어 ND(Neutral Density) 필터를 포함한다. ND 필터는, 소정의 파장대에 있어서 파장을 선택하지 않고, 광량을 일정량 떨어뜨려 투과하는 필터이다.The
도 1에 도시된 이동 유닛(60)은, 레이저 빔(21)의 집광점(211)(도 3 참조)을 피가공물(100)에 설정된 복수의 분할 예정 라인(103)을 따라 상대적으로 이동시키는 유닛이다. 이동 유닛(60)은, 가공 이송 유닛(61)과, 인덱싱 이송 유닛(62)과, 집광점 위치 조정 유닛(63)을 포함한다.The moving
가공 이송 유닛(61)은, 유지 테이블(10)과, 레이저 빔 조사 유닛(20)의 집광점(211)(도 3 참조)을 가공 이송 방향인 X축 방향으로 상대적으로 이동시키는 유닛이다. 가공 이송 유닛(61)은, 실시형태에 있어서, 유지 테이블(10)을 X축 방향으로 이동시킨다. 가공 이송 유닛(61)은, 실시형태에 있어서, 레이저 가공 장치(1)의 장치 본체(2) 상에 설치되어 있다. 가공 이송 유닛(61)은, X축 방향 이동 플레이트(14)를 X축 방향으로 이동 가능하게 지지한다.The
인덱싱 이송 유닛(62)은, 유지 테이블(10)과, 레이저 빔 조사 유닛(20)의 집광점(211)(도 3 참조)을 인덱싱 이송 방향인 Y축 방향으로 상대적으로 이동시키는 유닛이다. 인덱싱 이송 유닛(62)은, 실시형태에 있어서, 유지 테이블(10)을 Y축 방향으로 이동시킨다. 인덱싱 이송 유닛(62)은, 실시형태에 있어서, 레이저 가공 장치(1)의 장치 본체(2) 상에 설치되어 있다. 인덱싱 이송 유닛(62)은, Y축 방향 이동 플레이트(15)를 Y축 방향으로 이동 가능하게 지지한다.The
집광점 위치 조정 유닛(63)은, 유지 테이블(10)과, 레이저 빔 조사 유닛(20)의 집광점(211)(도 3 참조)을 집광점 위치 조정 방향인 Z축 방향으로 상대적으로 이동시키는 유닛이다. 집광점 위치 조정 유닛(63)은, 실시형태에 있어서, 레이저 빔 조사 유닛(20)의 적어도 집광기(23)를 Z축 방향으로 이동시킨다. 집광점 위치 조정 유닛(63)은, 실시형태에 있어서, 레이저 가공 장치(1)의 장치 본체(2)로부터 세워 설치한 기둥(3)에 설치되어 있다. 집광점 위치 조정 유닛(63)은, 레이저 빔 조사 유닛(20)의 적어도 집광기(23)를 Z축 방향으로 이동 가능하게 지지한다.The light converging point
가공 이송 유닛(61), 인덱싱 이송 유닛(62), 및 집광점 위치 조정 유닛(63)은 각각, 실시형태에 있어서, 주지의 볼 나사와, 주지의 펄스 모터와, 주지의 가이드 레일을 포함한다. 볼 나사는, 축심 둘레로 회전 가능하게 설치된다. 펄스 모터는, 볼 나사를 축심 둘레로 회전시킨다. 가공 이송 유닛(61)의 가이드 레일은, X축 방향 이동 플레이트(14)를 X축 방향으로 이동 가능하게 지지한다. 가공 이송 유닛(61)의 가이드 레일은, Y축 방향 이동 플레이트(15)에 고정하여 설치된다. 인덱싱 이송 유닛(62)의 가이드 레일은, Y축 방향 이동 플레이트(15)를 Y축 방향으로 이동 가능하게 지지한다. 인덱싱 이송 유닛(62)의 가이드 레일은, 장치 본체(2)에 고정되어 설치된다. 집광점 위치 조정 유닛(63)의 가이드 레일은, 레이저 빔 조사 유닛(20)의 적어도 집광기(23)를 Z축 방향으로 이동 가능하게 지지한다. 집광점 위치 조정 유닛(63)의 가이드 레일은, 기둥(3)에 고정되어 설치된다.The
촬상 유닛(70)은, 유지 테이블(10)에 유지된 피가공물(100)을 촬상한다. 촬상 유닛(70)은 CCD 카메라 또는 적외선 카메라를 포함한다. 촬상 유닛(70)은, 예컨대, 레이저 빔 조사 유닛(20)의 집광기(23)(도 2 참조)에 인접하도록 고정되어 있다. 촬상 유닛(70)은, 피가공물(100)을 촬상하여, 피가공물(100)과 레이저 빔 조사 유닛(20)의 위치 맞춤을 행하는 얼라인먼트를 수행하기 위한 화상을 얻고, 얻은 화상을 출력한다.The
입력 수단(80)은, 실시형태에 있어서, 액정 표시 장치 등에 의해 구성되는 표시 장치에 포함되는 터치 패널이다. 입력 수단(80)은, 오퍼레이터가 가공 내용 정보를 등록하는 등의 각종 조작을 접수 가능하다. 입력 수단(80)은, 키보드 등의 외부 입력 장치라도 좋다.The input means 80 is a touch panel included in a display device constituted by a liquid crystal display device or the like in the embodiment. The input means 80 can accept various operations, such as registering processing content information by an operator. The input means 80 may be an external input device such as a keyboard.
제어 유닛(90)은, 레이저 가공 장치(1)의 상술한 각 구성 요소를 각각 제어하여, 피가공물(100)에 대한 가공 동작 등을 레이저 가공 장치(1)에 실행시킨다. 제어 유닛(90)은, 연산 수단으로서의 연산 처리 장치와, 기억 수단으로서의 기억 장치와, 통신 수단으로서의 입출력 인터페이스 장치를 포함하는 컴퓨터이다. 연산 처리 장치는, 예를 들면, CPU(Central Processing Unit) 등의 마이크로 프로세서를 포함한다. 기억 장치는, HDD(Hard Disk Drive), ROM(Read Only Memory) 또는 RAM(Random Access Memory) 등의 메모리를 갖는다. 연산 처리 장치는, 기억 장치에 저장된 소정의 프로그램에 기초하여 각종 연산을 행한다. 연산 처리 장치는, 연산 결과에 따라서, 입출력 인터페이스 장치를 통해 각종 제어 신호를 상술한 각 구성 요소에 출력하여, 레이저 가공 장치(1)의 제어를 행한다. 제어 유닛(90)은, 패턴 제어부(91)와, 기억부(92)와, 판정부(93)를 갖는다.The
패턴 제어부(91)는, 공간 광 변조기(24)의 표시부(241)에 표시하는 위상 패턴(242)을 제어한다. 패턴 제어부(91)는, 예를 들면, 위상 패턴(242)을, 표시부(241)의 레이저 빔(21)이 닿는 영역(212)에 표시시킨다. 패턴 제어부(91)는, 예를 들면, 레이저 빔(21)을 분기하기 위한 위상 패턴(242)인 분기 패턴(도 4 참조)을, 표시부(241)에 표시시킨다.The
기억부(92)는, 제어 유닛(90)의 기억 장치에 포함된다. 기억부(92)는, 패턴 제어부(91)에 의해 표시부(241)에 분기 패턴이 표시되었을 때에, 광 검출 유닛(30)이 검출하는 레이저 빔(21)의 강도를 기준 강도로서 기억해 둔다. 즉, 기억부(92)는, 분기 패턴에 조사되어 분기(변조)된 레이저 빔(21)의 강도를, 광 검출 유닛(30)으로부터 취득하여 기억한다.The
판정부(93)는, 광 검출 유닛(30)에 의해 검출한 레이저 빔(21)의 강도에 근거하여, 공간 광 변조기(24)가 정상적으로 동작하고 있는지 아닌지를 판정한다. 보다 상세하게는, 판정부(93)는, 광 검출 유닛(30)이 검출하는 레이저 빔(21)의 강도가, 기억부(92)에 기억된 기준 강도로부터 변화했는지 아닌지를 판정하고, 이 판정 결과에 근거하여, 공간 광 변조기(24)가 정상적으로 동작하고 있는지 아닌지를 판정한다.Based on the intensity of the
다음에, 공간 광 변조기(24)의 동작 이상을 판정하는 방법에 대해서 설명한다. 도 6은, 도 3에 도시된 공간 광 변조기(24)의 표시부(241)의 동작 이상 시를 나타내는 모식도이다. 도 7은, 도 6에 도시된 표시부(241)로부터 출사되는 레이저 빔(21)의 모식도이다.Next, a method for determining an operational abnormality of the spatial
도 6에 도시된 일례에서는, 동작 이상 시의 표시부(241)는, 위상 패턴(242-1)으로서 분기 패턴을 표시할 수 없고, 레이저 빔(21)이 조사되는 영역(212)(도 3 참조)에는 아무것도 표시되지 않는다. 또한, 본 명세서의 도 6에서는, 설명을 위해, 흑색의 표시부(241)에 대해 레이저 빔(21)이 조사되는 영역을 회색으로 묘사하고 있지만, 실제로는 레이저 빔(21)이 조사되는 영역도 포함하여, 표시부(241) 전체면이 아무것도 표시되지 않는 흑색의 상태가 된다.In the example shown in FIG. 6 , the
이 때, 도 7에 도시된 바와 같이, 레이저 빔(21)은 분기되지 않는다. 정상 시의 표시부(241)에 표시된 분기 패턴(도 4의 위상 패턴(242))으로부터 출사된 레이저 빔(21)이 애퍼쳐(27)에서 고차광이 차광되는 것에 대하여, 분기 패턴이 표시되지 않은 표시부(241)로부터 출사된 레이저 빔(21)은, 애퍼쳐(27)에서 고차광이 차광되지 않는다. 따라서, 가공점(집광점(211))에서의 레이저 빔(21)의 출력이 높아짐과 함께, 광 검출 유닛(30)이 검출하는 레이저 빔(21)의 강도가 높아진다.At this time, as shown in Fig. 7, the
여기서, 기억부(92)는, 정상 시의 표시부(241)에 표시된 분기 패턴(도 4의 위상 패턴(242))으로부터 출사되어, 애퍼쳐(27)에서 고차광이 차광된 레이저 빔(21)의, 광 검출 유닛(30)에 의해 검출된 강도를 기준 강도로서 기억하고 있다. 판정부(93)는, 분기 패턴이 표시되지 않는 표시부(241)로부터 출사되고 고차광이 차광되지 않는 레이저 빔(21)의, 광 검출 유닛(30)에 의해서 검출된 강도가, 기준 강도로부터 변화했다고 판정하면, 공간 광 변조기(24)가 정상적으로 동작하고 있지 않다고 판정한다.Here, the
다음으로, 확산판(33)의 기능에 대해 설명한다. 도 8은, 도 3에 도시된 광 검출 유닛(30)이 레이저 빔(21)을 수광하는 모습을 도시한 모식도이다. 도 9는, 비교예에 따른 레이저 빔 조사 유닛(20-1)에 있어서 광 검출 유닛(30)이 레이저 빔(21)을 수광하는 모습을 도시한 모식도이다. 또한, 도 8 및 도 9에서는, 필터(34)의 묘화를 생략하고 있다.Next, the function of the
도 8에 도시된 바와 같이, 레이저 빔(21)의 누설광(213)은, 표시부(241)에 표시된 분기 패턴에 의해 분기된 상태에서 확산판(33)에 입사된다. 확산판(33)은, 입사한 레이저 빔(21)을 확산시킴으로써, 분기의 영향을 고르게 한 상태로 출사시킨다. 집광 렌즈(32)는, 분기의 영향이 고르게 된 레이저 빔(21)의 누설광(213)을 광 검출 유닛(30)을 향해서 집광한다.As shown in FIG. 8 , the leaked
이에 비해, 비교예의 도 9에 도시된 바와 같이, 확산판(33)을 구비하지 않은 레이저 빔 조사 유닛(20-1)에서는, 레이저 빔(21)의 누설광(213)은, 표시부(241)에 표시된 분기 패턴에 의해 분기된 상태에서 집광 렌즈(32)에 입사한다. 집광 렌즈(32)는, 분기된 채로의 레이저 빔(21)을 광 검출 유닛(30)을 향하여 집광한다. 그러나, 분기된 채로의 레이저 빔(21)이 광 검출 유닛(30)의 수광면의 복수 개소에 입사함으로써, 광 검출 유닛(30)에서 검출하는 레이저 빔(21)의 출력이 불안정하게 될 가능성이 있다.In contrast, as shown in FIG. 9 of the comparative example, in the laser beam irradiation unit 20-1 not provided with the
예를 들면, 광 검출 유닛(30)이 포토 다이오드인 경우, 포토 다이오드는 수광면이 작기 때문에, 분기된 채로의 레이저 빔(21)을 수광할 수 없을 가능성이 있다. 실시형태의 확산판(33)을 구비하는 레이저 빔 조사 유닛(20)은, 광 검출 유닛(30)이 안정적으로 레이저 빔(21)의 강도를 측정할 수 있다.For example, when the
이상 설명한 바와 같이, 실시형태에 따른 레이저 가공 장치(1)에 있어서, 레이저 빔 조사 유닛(20)은, 피가공물(100)에 대해 레이저 빔(21)을 조사할 때, 공간 광 변조기(24)의 표시부(241)에 표시된 위상 패턴(242)에 입사한 레이저 빔(21)을, 위상 패턴(242)에 대응하여 변조한다. 구체적으로는, 공간 광 변조기(24)는, 레이저 빔(21)을 분기하기 위한 위상 패턴(242)인 분기 패턴을 표시부(241)에 표시하고, 레이저 빔(21)을 분기하여 출사시킨다. 또한, 레이저 가공 장치(1)는, 공간 광 변조기(24)로부터 출사된 레이저 빔(21)의 강도를 검출하는 광 검출 유닛(30)을 구비하고, 제어 유닛(90)의 기억부(92)가, 분기 패턴에 의해서 분기된 레이저 빔(21)의 강도를 미리 기억한다.As described above, in the
여기서, 공간 광 변조기(24)에 이상이 발생하여, 표시부(241)에 분기 패턴이 표시되지 않게 되었을 때, 예컨대, 위상 패턴(242)이 아무것도 표시되지 않는 경우, 가공점에 도달하는 레이저 빔(21)의 출력이 변화한다. 실시형태의 레이저 가공 장치(1)에서는, 레이저 빔(21)을 피가공물(100)에 조사하면서, 표시부(241)로부터 출사된 레이저 빔(21)의 출력을 검출하고, 정상 시의 기준 강도와 비교함으로써, 공간 광 변조기(24)의 이상을 검지할 수 있다.Here, when an abnormality occurs in the spatial
이에 의해, 1개의 피가공물(100)을 가공하고 있는 동안에 공간 광 변조기(24)의 이상을 고속으로 검지하는 것이 가능해지기 때문에, 가공 도중에도 이상을 인식할 수 있어, 피가공물(100) 전체를 가공하여 불량 칩으로 해버릴 가능성을 저감한다는 효과를 발휘한다.This makes it possible to detect an abnormality in the spatial
또한, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 골자를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다. 예컨대, 실시형태의 레이저 빔 조사 유닛(20)은, 확산판(33)에 의해서 분기의 영향을 고르게 한 레이저 빔(21)의 누설광(213)을 집광 렌즈(32)에 의해서 집광시켜 광 검출 유닛(30)에 수광시키지만, 축소 릴레이계로서 전상(轉像)시켜 수광시켜도 좋다. 또한, 확산판(33), 필터(34), 및 광 검출 유닛(30)을 포함하는 측정 광학계를 기울임으로써, 필터(34)의 반사광이 촬상 수단(31)이나 레이저 발진기(22)로 복귀되는 것을 억제해도 좋다. 이에 의해, 필터(34)의 반사광이 촬상 수단(31)으로 되돌아감으로써 피가공물(100)의 반사율 측정에 영향이 생기는 것을 억제함과 함께, 필터(34)의 반사광이 레이저 발진기(22)로 되돌아감으로써 레이저 빔(21)의 발진에 영향이 생기는 것을 억제하여도 좋다.In addition, this invention is not limited to the said embodiment. That is, various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. For example, the laser
1 레이저 가공 장치
10 유지 테이블
11 유지면
20, 20-1 레이저 빔 조사 유닛
21 레이저 빔
211 집광점
212 영역
213 누설광
22 레이저 발진기
23 집광기
24 공간 광 변조기
241 표시부
242, 242-1 위상 패턴
25 편광판
26 집속 렌즈
27 애퍼쳐
28 릴레이 렌즈
29 미러
30 광 검출 유닛
31 촬상 수단
32 집광 렌즈
33 확산판
34 필터
60 이동 유닛
61 가공 이송 유닛
62 인덱싱 이송 유닛
90 제어 유닛
91 패턴 제어부
92 기억부
93 판정부
100 피가공물
103 분할 예정 라인
102 표면
105 이면
106 개질층1 laser processing unit
10 maintenance table
11 Maintenance
20, 20-1 laser beam irradiation unit
21 laser beam
211 condensing point
212 area
213 leak light
22 laser oscillator
23 concentrator
24 spatial light modulator
241 display
242, 242-1 phase pattern
25 polarizer
26 focusing lens
27 Aperture
28 relay lens
29 mirror
30 light detection units
31 Imaging means
32 condensing lens
33 diffuser
34 filter
60 mobile units
61 machining feed unit
62 indexing transfer unit
90 control unit
91 pattern control
92 memory
93 Tribunal
100 work piece
103 line to be divided
102 surface
If 105
106 reformed layer
Claims (5)
레이저 빔을 출사하는 레이저 발진기와,
상기 레이저 발진기로부터 출사된 상기 레이저 빔을 집광하여 피가공물에 조사하는 집광기와,
상기 레이저 발진기와 상기 집광기의 사이에 배치되어, 위상 패턴을 표시하는 표시부를 가지며, 그 표시부에 입사한 상기 레이저 빔을 상기 위상 패턴에 따라 변조하여 출사하는 공간 광 변조기
를 포함하는 레이저 빔 조사 유닛과,
상기 공간 광 변조기로부터 출사된 상기 레이저 빔의 강도를 검출하는 광 검출 유닛과,
각 구성 요소를 제어하는 제어 유닛
을 포함하고,
상기 제어 유닛은,
상기 표시부에 표시하는 상기 위상 패턴을 제어하는 패턴 제어부와,
상기 패턴 제어부에 의해 상기 표시부에 상기 레이저 빔을 분기하기 위한 상기 위상 패턴인 분기 패턴이 표시되었을 때에 상기 광 검출 유닛이 검출하는 상기 레이저 빔의 강도를 기준 강도로서 기억해 두는 기억부와,
상기 광 검출 유닛이 검출하는 상기 레이저 빔의 강도가 상기 기준 강도로부터 변화했는지 아닌지에 기초하여, 상기 공간 광 변조기가 정상적으로 동작하고 있는지 아닌지를 판정하는 판정부
를 가진, 레이저 가공 장치.In the laser processing device,
A laser oscillator for emitting a laser beam;
a concentrator for condensing the laser beam emitted from the laser oscillator and irradiating it to a workpiece;
A spatial light modulator disposed between the laser oscillator and the concentrator, having a display unit displaying a phase pattern, modulating the laser beam incident on the display unit according to the phase pattern, and outputting the modulated light
A laser beam irradiation unit comprising a;
an optical detection unit for detecting an intensity of the laser beam emitted from the spatial light modulator;
Control unit that controls each component
including,
The control unit,
a pattern controller for controlling the phase pattern displayed on the display unit;
a storage unit for storing, as a reference intensity, the intensity of the laser beam detected by the photodetection unit when a branching pattern, which is the phase pattern for diverging the laser beam, is displayed on the display unit by the pattern control unit;
A judging unit for judging whether or not the spatial light modulator is operating normally, based on whether or not the intensity of the laser beam detected by the optical detection unit has changed from the reference intensity.
With, laser processing device.
상기 레이저 빔 조사 유닛은,
상기 공간 광 변조기로부터 출사된 상기 레이저 빔을 상기 집광기를 향하여 반사하는 미러를 갖고,
상기 광 검출 유닛은,
상기 미러에서 반사되지 않고 투과한 상기 레이저 빔의 누설광을 수광하도록 구성되어 있는 것인, 레이저 가공 장치.According to claim 1,
The laser beam irradiation unit,
a mirror for reflecting the laser beam emitted from the spatial light modulator toward the concentrator;
The light detection unit,
The laser processing apparatus configured to receive leakage light of the laser beam transmitted without being reflected by the mirror.
상기 미러와 상기 광 검출 유닛의 사이에는,
상기 레이저 빔을 확산시키는 확산판이 배치되는 것인, 레이저 가공 장치.According to claim 2,
Between the mirror and the optical detection unit,
A laser processing apparatus in which a diffusion plate for diffusing the laser beam is disposed.
상기 공간 광 변조기와 상기 광 검출 유닛의 사이에는,
상기 레이저 빔을 집속하는 집속 렌즈와,
상기 집속 렌즈의 초점 위치 또는 그 초점 위치의 근방에 위치된 애퍼쳐가 배치되는 것인, 레이저 가공 장치.According to any one of claims 1 to 3,
Between the spatial light modulator and the optical detection unit,
a focusing lens for focusing the laser beam;
The laser processing apparatus, wherein an aperture located at or near the focal position of the focusing lens is disposed.
상기 광 검출 유닛은, 포토 다이오드인 것인, 레이저 가공 장치.According to any one of claims 1 to 3,
The optical detection unit is a photodiode, the laser processing device.
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