KR20230066080A

KR20230066080A - 공작물 분리 방법

Info

Publication number: KR20230066080A
Application number: KR1020237012180A
Authority: KR
Inventors: 요나스 클라이너; 다니엘 플람; 헨닝 라베; 마르크 자일러
Original assignee: 트룸프 레이저-운트 시스템테크닉 게엠베하
Priority date: 2020-09-11
Filing date: 2021-08-18
Publication date: 2023-05-12
Also published as: CN116367951A; DE102020123789A1; WO2022053271A1; US20230211439A1; EP4210896A1

Abstract

본 발명은 레이저 빔(2)의 레이저 펄스(20)에 의해 분리 라인(10)을 따라 공작물(1)을 분리하는 공작물 분리 방법에 관한 것이다. 레이저 빔(2)은 빔 스플리터 광학 장치(62)에 의해 복수의 부분 레이저 빔(26)으로 분할되고, 부분 레이저 빔(26)은 포커싱 광학 장치(64)에 의해 공작물(1)의 표면(12) 상으로 및/또는 체적으로 포커싱되어, 부분 레이저 빔(26)은 분리 라인(10)을 따라 서로 옆에 서로 이격되어 배열되며, 여기서 분리 라인(10)을 따라 공작물에 부분 레이저 빔(26)의 레이저 펄스(20)를 도입함으로써 재료 제거가 수행되고, 부분 레이저 빔(26)당 레이저 출력은 공작물(1)에서 달성되는 재료 제거 깊이(AT)에 따라 조정된다.

Description

공작물 분리 방법

본 발명은 레이저 빔의 레이저 펄스에 의해 분리 라인을 따라 공작물을 분리하는 공작물 분리 방법에 관한 것이다.

예를 들어 공작물로부터 공작물의 섹션을 분리하기 위해, 공작물에 레이저 펄스를 가함으로써 공작물을 분리하는 것이 알려져 있고, 여기서 레이저 빔을 공작물에 가함으로써 공작물에서 재료 제거가 달성될 수 있고, 이 재료 제거는 예를 들어 공작물을 승화시킴으로써 또는 용융시키고 용융물을 후속적으로 배출함으로써 달성될 수 있다.

그러나, 가공 깊이가 증가함에 따라, 쉐도잉 및 구멍 기하학적 구조의 변화로 인해 절단 공정의 효율성이 감소할 수 있으므로, 레이저 에너지가 더 이상 신속한 재료 제거를 달성하기에 충분하지 않다. 다른 말로 하면, 재료 제거를 위해 필요한 에너지는 가공 깊이가 증가함에 따라 증가하므로, 공작물이 분리되어야 하는 원하는 분리 라인의 각각의 지점을 레이저 빔으로 여러 번 스위핑해야 하므로, 가공 시간이 패스의 횟수에 정비례한다.

이 경우, 레이저 빔의 복수의 부분 빔을 형성하기 위해 소위 멀티-스팟 광학 장치를 사용하고, 공작물을 분리하기 위해 스캐너 및/또는 이동 테이블에 의해 이러한 부분 빔을 사용하는 것이 알려져 있다. 동시에 도입되는 복수의 부분 레이저 빔을 통해, 재료는 보다 효과적으로 제거되도록 구성될 수 있다.

이러한 방식으로 이미 전체적으로 가공 시간을 단축하고 효율을 증가시킬 수 있지만, 그러나 이러한 방법은 여전히 가공 깊이가 증가함에 따라 재료 제거의 효율이 떨어지는 것을 보상하지 못하는 단점을 갖는다. 다른 말로 하면, 가공 깊이가 증가함에 따라 재료 제거가 느려지므로, 제거 깊이가 증가함에 따라 다시 분리 라인을 따라 부분 레이저 빔을 여러 번 그리고 시간 소모적으로 스위핑하는 것이 필요하다.

또한, 라인을 따라 서로 옆에 배열된 부분 레이저 빔의 배열체를 형성하기 위해 마이크로렌즈 어레이를 사용할 수 있는 장치도 알려져 있고(WO 2020/016362 A1), 여기서 상이한 마이크로렌즈 어레이 사이의 거리를 변경함으로써 다수의 부분 레이저 빔이 가능할 수 있다. 이 경우, 레이저가 제공하는 레이저 빔의 에너지는 복수의 부분 레이저 빔으로 분할될 수 있으므로, 부분 레이저 빔의 에너지는 부분 레이저 빔의 개수에 따라 달라진다. 그러나, 이 방법은 공작물을 절단하기 위해 제공되지 않는다.

공지된 종래 기술로부터 진행하여, 본 발명의 목적은 레이저 빔의 레이저 펄스에 의해 분리 라인을 따라 공작물을 분리하기 위한 개선된 방법을 제공하는 것이다.

이러한 목적은 본원의 청구항 제1항의 특징을 갖는 레이저 빔의 레이저 펄스에 의해 분리 라인을 따라 공작물을 분리하는 공작물 분리 방법에 의해 달성된다. 본 방법의 유리한 발전예들은 종속 청구항 및 본 명세서 및 도면으로부터 나타난다.

따라서, 레이저 빔의 레이저 펄스에 의해 분리 라인을 따라 공작물을 분리하는 방법이 제안되고, 여기서 레이저 빔은 빔 스플리터 광학 장치에 의해 복수의 부분 레이저 빔으로 분할되고, 부분 레이저 빔 각각은 포커싱 광학 장치에 의해 공작물의 표면 상으로 및/또는 체적으로 포커싱되어, 부분 레이저 빔은 분리 라인을 따라 서로 옆에 그리고 서로 이격되어 배열된다. 본 발명에 따르면, 분리 라인을 따라 공작물에 레이저 펄스를 도입함으로써 재료 제거가 수행되고, 부분 레이저 빔당 레이저 출력은 공작물에서 달성되는 제거 깊이에 따라 조정된다.

레이저는 여기서 레이저 펄스를 제공하고, 여기서 레이저 펄스는 레이저의 광학 장치에 의해 정의된 빔 축을 따라 이동하고, 그 결과 레이저의 레이저 빔이 그에 따라 이 빔 축을 따라 제공된다. 레이저는 바람직하게는 나노초 범위의 펄스를 제공하는 짧은 펄스 레이저, 또는 피코초 범위 또는 펨토초 범위의 레이저 펄스를 제공하는 초단파 펄스 레이저이다.

초단파 펄스 레이저는 작은 시간 척도에서 특히 높은 에너지 밀도를 갖는 레이저 펄스를 방출하여, 분리 라인을 따라 특히 날카로운 모서리를 생성한다. 초단파 레이저 펄스의 펄스 길이는 여기서 예를 들어 100 ps 미만, 특히 10 ps 미만, 특히 바람직하게는 1.5 ps 미만일 수 있다. 그러나, 펄스 길이는 예를 들어 300 fs보다 길 수도 있다. 일반적으로, 펄스 길이는 1 ps이다. 피크 플루언스, 즉 입사 레이저 빔 또는 부분 레이저 빔의 강도는 0.3 J/cm² 내지 30 J/cm²일 수 있으며, 일반적으로 1 J/cm² 내지 5 J/cm²일 수 있다. 입사 레이저 빔 또는 부분 레이저 빔의 초점 직경은 1 ㎛ 내지 100 ㎛일 수 있고, 초점 직경은 특히 바람직하게는 9 ㎛이다.

방사상 대칭이 아닌 빔 프로파일의 초점 직경은, ISO 11146-3 "레이저 및 레이저 관련 장비 ― 레이저 빔 폭, 발산각 및 빔 전파 비에 대한 테스트 방법 - 파트 3: 본질적이고 기하학적인 레이저 빔 분류, 전파 및 테스트 방법의 세부 사항"에 설명된 바와 같이, 일반적으로 빔 프로파일의 출력 밀도 분포의 2차 모멘트에 의해 정의될 수 있고, 여기서 빔 프로파일의 두 개의 주축 중 더 짧은 축이 초점 직경으로 가정된다.

레이저의 레이저 빔은 예를 들어 들어오는 레이저 빔을 동일한 강도의 2 개의 부분 레이저 빔으로 분할하는 예를 들어 빔 스플리터 큐브를 포함하는 빔 스플리터 광학 장치를 통해 안내된다. 그러나, 빔 스플리터 광학 장치는, 빔을 복수의 부분 레이저 빔으로 분할하고 모든 부분 레이저 빔이 서로 평행하고 특정 거리에서 진행되도록 부분 레이저 빔을 편의시키는 광학 요소를 포함할 수도 있다. 빔 스플리터 광학 장치는 복수의 광학 요소를 포함할 수도 있고, 여기서 하나의 요소는 입사 레이저 빔 또는 빔들을 복수의 부분 레이저 빔으로 분할하고, 다른 요소는 부분 레이저 빔을 평행 방향으로 편의시킨다.

빔 스플리터 광학 장치는 예를 들어 입사 레이저 빔이 5 개 또는 10 개 또는 그 초과의 부분 레이저 빔으로 분할되도록 보장할 수 있다.

빔 스플리터 광학 장치는 또한 펄스 레이저의 높은 펄스 에너지를 상이한 부분 레이저 빔들로 효율적으로 분산시켜, 가공 프로세스의 효율성을 높일 수 있다. 특히, 모든 부분 레이저 빔은 동일한 레이저 에너지를 갖거나, 또는 상이한 레이저 에너지를 가질 수 있다. 예를 들어, 부분 레이저 빔마다 레이저 에너지의 변동은 최대 50 % 이상일 수 있다. 예를 들어, 부분 레이저 빔은 하나 이상의 방향을 따라 레이저 에너지의 증가 또는 감소를 가질 수 있으므로, 부분 레이저 빔의 다발이 에너지 구배를 갖는다. 특히, 이러한 에너지 구배는 코히어런트 빔 조합을 통해 목표된 방식으로 생성되거나 또는 개별 스폿이 차단될 수 있다.

분리 라인이라 함은 공작물이 분리되는 라인을 의미하는 것으로 이해된다. 분리 라인은 예를 들어 직선의 형태로 제공될 수 있다. 그러나, 분리 라인은 또한 만곡된 라인일 수도 있다. 분리 라인은 특히 더 복잡한 분리 라인 또는 분리 기하학적 구조의 일부일 수도 있다.

예를 들어, 직사각형 형태가 공작물로부터 절단되어야 하는 경우, 분리 라인은 예를 들어 직사각형의 측면 라인일 수 있지만, 절단될 전체 윤곽에 의해 미리 결정될 수도 있다.

부분 레이저 빔은 분리 라인을 따라 서로 옆에 그리고 서로 이격되어 배열된다. 인접한 부분 레이저 빔 사이의 거리는 여기서 부분 레이저 빔의 기하학적 중심 사이의 분리 라인을 따른 거리이다. 그러나, 거리는 인접한 부분 레이저 빔의 최대 강도 사이의 분리 라인을 따라 결정될 수도 있다. 거리 측정의 시작점 및 끝점은 레이저 빔 또는 빔 축이 공작물의 표면과 교차하는 지점일 수도 있다.

인접한 부분 레이저 빔 사이의 거리는 모든 인접한 부분 레이저 빔에 대해 동일할 수 있다. 예를 들어, 각각의 부분 레이저 빔은 이웃하는 것으로부터 5 ㎛ 또는 10 ㎛ 또는 100 ㎛ 떨어져 있을 수 있다. 그러나, 인접한 부분 레이저 빔 사이의 거리 크기가 상이한 경우도 있을 수 있다. 예를 들어, 부분 레이저 빔은 이웃하는 것에 대해 5 ㎛ 이상의 거리를 가질 수 있지만, 다른 이웃하는 것에 대해서는 단지 3 ㎛ 또는 10 ㎛ 이하의 거리를 가질 수 있다.

특히 부분 레이저 빔이 조정 가능한 거리, 스폿 수 및 스폿 강도를 갖는 유연한 빔 분할은 또한 코히어런트 빔 조합(coherent beam combining)에 의해 구현될 수도 있다.

특히, 부분 레이저 빔이 분리 라인을 따라 배열되기 때문에, 각각의 부분 레이저 빔은 단지 2 개의 직접 이웃 빔만을 갖는다.

부분 레이저 빔의 개수 및 그 거리는 전체 원하는 분리 라인을 따라 부분 레이저 빔이 서로 이격되어 배열되도록 선택될 수 있다. 다른 말로 하면, 분리 라인에 의해 정의되는 분리될 전체 영역이 부분 레이저 빔으로 커버된다.

각각의 부분 레이저 빔은 포커싱 광학 장치로 포커싱된다. 포커싱 광학 장치는 예를 들어 부분 레이저 빔을 초점 구역으로 수렴하는 방식으로 편의시키는 렌즈 또는 다른 회절 요소를 포함할 수 있다. 특히 이는 부분 레이저 빔의 강도가 초점 구역에서 최소 공간 영역으로 모이는 것을 의미한다. 포커싱 광학 장치는 예를 들어 각각의 부분 레이저 빔에 대해 개별적으로 제공될 수 있다. 그러나 모든 부분 레이저 빔은 포커싱 광학 장치로 포커싱되는 것이 바람직하다.

또한, 포커싱 광학 장치가, 상이한 입사각에서 포커싱 광학 장치에 입사되거나 또는 평행 빔 축을 갖지 않는 부분 레이저 빔을 평행 빔 축으로 편의시키는 경우도 있을 수 있다. 특히 이는 포커싱 광학 장치를 통과한 후 모든 부분 레이저 빔이 서로 평행하게 지향됨을 의미한다. 그러나, 빔 축이 포커싱 광학 장치에 의해 발산되거나 또는 수렴될 빔 축으로 편의되는 경우도 있을 수 있다. 이는 예를 들어 재료 제거 프로세스 중에 프로세스 구역에서 재료 에지의 쉐도잉 효과가 회피되어야 하는 경우에 유용할 수 있다. 이러한 발산 빔 축은 예를 들어 비-텔레센트릭 렌즈 또는 비-텔레센트릭 광학 구조에 의해 구현될 수 있다.

예를 들어, 포커싱 광학 장치는 빔 스플리터 광학 장치에 적응될 수 있어서, 빔 스플리터 광학 장치에서 나오는 부분 레이저 빔은 상이한 각도로 포커싱 광학 장치에 충돌한 다음 포커싱 광학 장치에 의해 다시 서로 평행하게 지향될 수 있다. 예를 들어 이것은 빔 스플리터 광학 장치가 포커싱 광학 장치의 초점에 있을 때 달성될 수 있다. 예를 들어, 포커싱 광학 장치 및 빔 스플리터 광학 장치는 또한 서로에 대해 공액 평면에 있을 수도 있다.

부분 레이저 빔은 공작물의 표면 상으로 및/또는 체적으로 포커싱될 수 있다. 이는, 초점 구역이 예를 들어 재료의 표면에 정확히 놓이거나 또는 빔 방향으로 재료의 표면 아래에 있음을 의미한다. 모든 부분 레이저 빔은 동일한 평면에 포커싱되는 것이 바람직하다.

각각의 부분 레이저 빔에 대해 별도의 포커싱 광학 장치가 제공되는 추가 개발예에서, 그러나, 하나의 부분 레이저 빔은 예를 들어 표면 상으로 정확하게 포커싱될 수 있으며, 다른 부분 레이저 빔은 재료의 체적으로 포커싱된다.

부분 레이저 빔은 각각의 부분 레이저 빔이 초점 구역에 수렴되도록 포커싱 광학 장치에 의해 포커싱된다. 이는, 레이저 빔의 강도가 초점 구역에서 가장 크다는 것을 의미한다. 기하학적 초점 구역은 이 경우 예를 들어 가우시안 빔 프로파일의 경우 빔의 최대 강도가 발생하는 초점에 의해 제공될 수 있다. 그러나, 기하학적 초점 구역은 또한 비-가우시안 빔, 예를 들어 플랫-탑(Flat-Top) 초점 구역을 갖는 빔, 또는 예를 들어 베셀 빔 또는 베셀 유사 빔, 특히 베셀-가우시안 빔과 같은 비-회절 빔의 최대 강도일 수도 있다. 초점 구역의 형태는 사용된 빔 프로파일에 따라 달라질 수 있다.

분리 라인을 따라 공작물에 레이저 펄스를 도입하는 것은 레이저 펄스가 공작물에 의해 완전히 또는 부분적으로 흡수되는 것과 동일한 의미일 수 있다. 예를 들어, 이는 레이저 펄스에 의해 공작물이 상당히 가열되는 것으로 이어질 수 있다. 이로 인해, 용융 또는 승화를 통해 공작물의 전체 복합물로부터 공작물의 가열된 재료가 분리되는 것으로 이어질 수 있다. 특히 이는 레이저 어블레이션 또는 레이저 드릴링 또는 레이저 절단을 의미할 수 있다.

특히 공작물에서 재료를 제거할 때 가공 깊이가 증가함에 따라 절단 공정의 효율성이 감소할 수 있다. 여기서 가공 깊이는 원래 공작물 표면으로부터, 부분 레이저 빔의 레이저 펄스에 의해 제거 공정에 의해 분리 라인을 따라 트렌치에서 생성되는 새로운 공작물 표면까지의 거리이다. 특히 분리 라인을 따라 가공 깊이가 달라질 수 있는데, 왜냐하면 예를 들어 공작물이 평평하지 않거나, 공작물 홀더에 평평하지 않게 배치되었기 때문이거나, 또는 공작물이 상이한 밀도를 갖거나, 또는 도입된 부분 레이저 빔에 대해 다르게 반응하는 상이한 층을 갖거나, 또는 트렌치를 파내기 위해 사용되는 부분 레이저 빔이 공정의 시작 이후 상이한 에너지를 갖고 그에 따라 각각의 부분 레이저 빔에 의해 가공되는 분리 라인의 개별 영역의 상이한 제거 속도가 상이한 가공 깊이로 이어질 수 있기 때문이다.

절단 공정의 효율성은 여기서 어떠한 제거 또는 어떠한 제거 깊이를 수행하는 데 얼마나 많은 레이저 에너지를 사용할 수 있는지를 나타낸다. 예를 들어, 가공 깊이가 증가함에 따라 절단 공정의 효율성이 감소할 수 있지만, 그러나 공작물의 특성에 따라 절단 공정의 효율성도 증가할 수 있다.

부분 레이저 빔당 레이저 출력이 조정되면, 이는 조정되지 않은 부분 레이저 빔보다, 조정에 의해 각각의 부분 레이저 빔에 더 많은 레이저 에너지가 도입됨을 의미할 수 있다. 그러나, 조정되지 않은 부분 레이저 빔보다, 각각의 부분 레이저 빔에 더 적은 레이저 에너지가 도입됨을 의미할 수도 있다.

부분 레이저 빔의 레이저 에너지의 조정은 제거 깊이에 따라 달라지며, 이는 이 경우 부분 레이저 빔의 레이저 에너지를 조정할 때 각각의 제거 깊이에서 재료 제거의 효율성이 고려됨을 의미한다. 예를 들어, 부분 레이저 빔의 레이저 출력이 너무 낮아서, 부분 레이저 빔이 제1 제거 깊이에서 공작물로부터 재료를 효율적으로 제거하고 제2 제거 깊이에서 재료를 덜 효율적으로 제거하는 경우, 부분 레이저 빔의 레이저 출력은 증가될 수 있다.

그러나 재료 제거의 효율성은 시간당 제거와도 관련이 있을 수 있으므로, 주어진 시간 후에 재료 제거는 분리 라인을 따라 특정 길이에 걸쳐 발생해야 한다. 예를 들어 부분 레이저 빔당 레이저 출력은 분리 라인을 따라 재료 제거의 최대 속도가 달성되는 방식으로 조정될 수 있다. 특히 분리 라인을 따라 제거 깊이 및 제거 길이와 관련하여 최적화가 이루어질 수도 있다. 특히, 공작물에서 제거된 전체 재료인 제거 체적은 부분 레이저 빔당 출력을 조정하여 최적화될 수 있다.

따라서, 제안된 방법의 장점은, 사용 가능한 레이저 출력을 지속적으로 활용함으로써, 예를 들어 실리콘과 같은 공작물을 절단하는 공정의 효율성 및 에지 품질을 향상시키는 데 있다. 이 경우, 예를 들어 단위 시간당 제거 출력은 각각의 부분 레이저 빔에 의해 가공되는 각각의 위치에서 본질적으로 일정하게 유지될 수 있다.

레이저의 주어진 입력 출력에 대해 부분 레이저 빔의 개수를 조정함으로써, 부분 레이저 빔당 레이저 출력이 조정될 수 있다.

이는 제1 제거 깊이에서 제1 개수의 부분 레이저 빔으로 공작물의 재료를 제거하는 것이 특히 효율적이라는 것을 의미할 수 있다. 여기서, 레이저의 레이저 출력은 빔 스플리터 광학 장치에 의해 제1 개수의 부분 레이저 빔에 걸쳐 분배된다. 예를 들어, 레이저 빔은 5 개의 부분 레이저 빔으로 분할될 수 있으므로, 각각의 부분 레이저 빔은 레이저 에너지의 5분의 1을 공작물에 도입한다.

예를 들어, 5 개의 부분 레이저 빔에 의한 제거 효율은 제1 제거 깊이에서 매우 높을 수 있지만, 제2 제거 깊이에서 5 개의 부분 레이저 빔에 의한 제거 효율은 매우 낮을 수 있다. 이러한 경우, 제2 제거 깊이에 대한 부분 레이저 빔의 개수는 예를 들어 4 개의 부분 레이저 빔으로 감소될 수 있으므로, 이 경우 레이저의 레이저 출력의 1/4이 각각의 부분 레이저 빔으로 공작물의 재료에 도입된다. 제2 제거 깊이에서 부분 레이저 빔의 레이저 출력을 증가시키면, 제거 프로세스의 효율성도 다시 증가될 수 있다.

그러나, 예를 들어, 제2 제거 깊이에서 5 개의 부분 레이저 빔이 제거 프로세스를 위해 공작물에 충분한 에너지 이상을 가져올 수 있으므로, 5 개의 부분 레이저 빔에서 6개의 부분 레이저 빔으로 부분 레이저 빔의 개수를 증가시킴으로써 방법의 효율성을 증가시킬 수 있다. 결과적으로, 각각의 부분 레이저 빔은 공작물에 더 적은 에너지를 도입하지만, 이 에너지는 더 많은 개수의 부분 레이저 빔에 의해 동시에 공작물에 도입되어, 더 많은 위치에서 동시에 가공이 이루어질 수 있다. 결과적으로, 부분 레이저 빔으로 가공이 동시에 수행되는 분리 라인을 따른 섹션이 증가될 수 있으며, 이는 다시 제거 공정을 보다 효율적으로 만든다.

제거 깊이가 증가함에 따라 부분 레이저 빔당 레이저 출력을 증가시킬 수 있다.

이는 예를 들어 절삭 깊이가 증가함에 따라 입력 레이저의 레이저 출력이 증가한다는 것을 의미할 수 있지만, 그러나 절삭 깊이가 증가함에 따라 부분 레이저 빔의 개수가 감소한다는 것을 의미할 수도 있으므로, 사용 가능한 레이저 에너지는 더 적은 수의 부분 레이저 빔에 분산되고 레이저의 레이저 출력은 동일하게 유지된다. 이렇게 하면, 각각의 부분 레이저 빔으로 공작물에 도입될 수 있는 레이저 에너지가 증가한다.

빔 스플리터 광학 장치는 복수의 마이크로 렌즈 어레이를 포함할 수 있으며, 예를 들어 이들로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 4 개의 마이크로렌즈 어레이가 제공될 수 있다.

마이크로렌즈 어레이는 복수의 마이크로렌즈의 조립체를 포함한다. 여기서 마이크로렌즈는 소형 렌즈, 특히 렌즈 중심에서 렌즈 중심까지의 일반적인 거리("피치")가 0.1 내지 10 mm, 바람직하게는 1 mm인 렌즈이고, 여기서 조립체의 각각의 개별 렌즈는 일반 거시 렌즈의 효과를 가질 수 있다.

복수의 마이크로렌즈 어레이에 의해 (적어도 실질적으로) 시준된 입력 레이저 빔으로부터 각도 스펙트럼이 생성되며, 이 각도 스펙트럼은 푸리에 렌즈 조립체에 의해, 일반적으로 가공될 공작물 상에 또는 가공될 공작물에 존재하는 초점 평면에 이미징된다. 마이크로렌즈 어레이 사이의 거리에 따라 간섭 및 회절 효과로 인해 많은 수의 부분 레이저 빔이 생성된다. 간섭 패턴의 가변적 변화는 부분 레이저 빔의 개수에 변화를 가져온다. 부분 레이저 빔의 스폿의 플루언스 및 강도는 이 경우 부분 레이저 빔의 개수에 반비례하여 거동하며, 여기서 부분 레이저 빔의 레이저 출력의 합은 본질적으로 입력 레이저 빔의 레이저 출력에 대응한다.

초점 평면은 부분 레이저 빔의 초점 평면과 동의어로 사용된다. 마이크로렌즈 어레이는 빔 전파 방향에 수직인 (적어도) 하나의 방향으로 마이크로렌즈를 정렬한다. 부분 레이저 빔의 균일한 간격을 갖는 전체 빔 프로파일이 초점 평면에서 생성되며, 여기서 부분 레이저 빔은 일 방향으로, 예를 들어 빔 전파 방향에 수직인 X 방향으로 정렬된다. 따라서, 부분 레이저 빔은 마이크로렌즈(예를 들어 원통형 렌즈로 구현됨)가 또한 정렬되는 방향으로 정렬될 수 있다.

바람직하게는 레이저 빔이 통과하는 4 개의 마이크로렌즈 어레이가 사용된다. 4 개의 마이크로 렌즈 어레이에 의해 한편으로는 훨씬 더 간단하고 컴팩트한 구조가 가능하다. 다른 한편으로 부분 레이저 빔의 개수는 이미 유연하게 조정될 수 있다.

빔 스플리터 광학 장치는 또한 각각 2 개의 마이크로렌즈 어레이를 포함하는 적어도 2 개의 마이크로렌즈 어레이 쌍을 포함할 수 있고, 여기서 마이크로렌즈 어레이 쌍의 마이크로렌즈 어레이는 서로 고정된 거리를 갖는다.

이는 예를 들어 하나의 마이크로 렌즈 어레이 쌍이 다른 마이크로 렌즈 어레이 쌍에 대해 상대적으로 변위될 수 있음을 의미한다. 예를 들어, 제1 마이크로렌즈 어레이와 제3 마이크로렌즈 어레이 사이의 거리는 고정적으로 사전 설정될 수 있다. 예를 들어, 제2 마이크로렌즈 어레이와 제4 마이크로렌즈 어레이 사이의 거리는 동시에 고정적으로 사전 설정될 수 있다. 동시에, 제1 마이크로렌즈 어레이 쌍과 제2 마이크로렌즈 어레이 쌍 사이의 상대 거리는 변할 수 있다. 그러나, 거리를 일정하게 유지하기 위해, 마이크로 렌즈 어레이의 다른 조합이 서로 고정 연결되는 것도 가능하다.

2 개의 마이크로렌즈 어레이를 고정된 거리로 배열함으로써, 부분 레이저 빔의 개수를 보다 쉽게 설정할 수 있도록, 광학 배열의 자유도를 목표한 방식으로 제한하거나 또는 사전 설정할 수 있다.

부분 레이저 빔의 레이저 출력 및/또는 부분 레이저 빔의 개수는, 두 개의 마이크로렌즈 어레이 쌍이 서로에 대해 변위됨으로써, 조정될 수 있다.

마이크로렌즈 어레이 쌍을 서로에 대해 변위시키면 간섭 패턴이 변경되는데, 즉, 부분 레이저 빔의 개수가 변경된다.

이를 위해, 빔 경로에서 적어도 일부 마이크로렌즈 어레이의 광학적 거리를 조정하기 위해 조정 기구가 사용될 수 있다. 그 결과, 마이크로렌즈 어레이 전체의 유효 초점 거리 및 이에 따른 부분 레이저 빔의 개수가 조정될 수 있다. 조정 기구의 조정 위치를 적절하게 선택함으로써, 상이한 부분 레이저 빔에 대해 균일한 강도 분포를 달성하는 것이 이루어질 수 있다.

조정 기구는 여기서 전동화될 수 있고, 전자 제어 장치를 포함할 수 있으며, 여기서 상이한 개수의 부분 레이저 빔과 관련된 상이한 조정 위치가 전자 제어 장치에 프로그래밍되고, 전자 제어 장치에 의해 자동으로 접근될 수 있다. 이를 통해, 다음 가공 작업이 존재할 때, 상이한 개수의 부분 레이저 빔 간에 편리하고 신속한 전환이 가능할 수 있다.

빔 경로 자체에 제1 및 제3 마이크로렌즈 어레이가 고정 배치될 수 있고, 빔 경로에 위치한 제2 및 제4 마이크로렌즈 어레이는 이동식 캐리지에 배치될 수 있으며, 그 반대도 가능하다. 그러면 캐리지의 특정 조정 범위에 걸쳐, 부분 레이저 빔의 개수와 캐리지 위치 사이에 선형 관계가 있으며, 이를 통해 부분 레이저 빔의 개수가 특히 편리하게 조정될 수 있다.

마이크로렌즈 어레이 또는 마이크로렌즈 어레이 쌍은 볼록한 마이크로렌즈를 포함할 수 있다.

이 경우 볼록한 마이크로렌즈는 빔 전파 방향으로 마이크로렌즈 상류에 소위 가상 초점을 갖는다. 볼록 렌즈로 이루어진 마이크로 렌즈 어레이는 볼록 마이크로 렌즈 어레이라고도 한다.

입사 레이저 빔이 볼록한 마이크로렌즈 어레이에 입사하면, 빔은 확장된다. 특히 이것은 빔 전파 방향으로 볼록 마이크로렌즈 어레이 하류에서 레이저 빔의 강도를 감소시킨다. 이렇게 하면 빔 경로에서 다른 광학 요소에 대한 손상을 방지할 수 있다.

부분 레이저 빔은 동일한 초점 평면에 포커싱될 수 있다.

이는 부분 레이저 빔 방향에서 모든 기하학적 초점 사이의 거리가 표면에 대한 동일한 거리를 갖는다는 것을 의미할 수 있다. 예를 들어, 모든 부분 레이저 빔은 표면에 정확하게 포커싱될 수 있다. 그러나, 모든 부분 레이저 빔은 또한 예를 들어 공작물의 표면 아래 10 ㎛에 포커싱될 수도 있다. 그러나, 부분 레이저 빔의 모든 초점은 공작물의 표면 토폴로지와 관계없이 빔 전파 방향에 수직인 평면에 놓일 수도 있다.

이는 분리 공정 및 제거 깊이를 양호하게 제어할 수 있고 균일한 분리 에지가 생성되는 장점을 갖는다.

부분 레이저 빔은 편향량만큼 분리 라인을 따라 원래 위치로부터 멀리 이동될 수 있다.

공작물의 정확한 분리를 달성하기 위해, 부분 레이저 빔의 이동은 분리 라인을 따르는 것이 바람직하다. 특히, 직선 분리 라인의 경우, 부분 레이저 빔의 이동은 분리 라인의 직선 형태를 따르는 선형 편향인 것이 바람직하고, 곡선형 분리 라인의 경우, 부분 레이저 빔의 편향은 분리 라인의 곡선형 형태를 따르는 편향인 것이 바람직하다.

이 경우 원래 위치는 부분 레이저 빔이 공작물의 표면 상에서 원래 취하는 위치이다. 특히, 원래 위치는 편향 이동 또는 멀리 이동이 발생하기 전에 부분 레이저 빔이 차지하는 위치이다. 이 경우 편향량은 원래 위치로부터 이동한 부분 레이저 빔의 최대 거리이다. 편향량은 분리 라인을 따른 상이한 부분 레이저 빔 사이의 거리와 유사하게 측정된다.

부분 레이저 빔이 이동되는 동안, 레이저는 레이저 펄스를 방출한다. 이동을 통해, 분리 라인을 따라 레이저 펄스를 도입할 수 있다. 특히, 이러한 방식으로, 레이저 펄스가 전체 분리 라인을 따라 공작물에 도입될 수 있다. 예를 들어, 부분 레이저 빔은 스캐너 시스템으로 분리 라인을 따라 이동될 수 있으므로, 레이저 빔은 분리 라인을 따라 공작물에 도입되고, 공작물은 분리 라인을 따라 분리된다. 특히, 이것은, 바람직하게는 빔 전파 방향에서 빔 스플리터 광학 장치 하류에 배열될 수 있고 분리 라인을 따라 부분 레이저 빔을 안내하는 스캐너 시스템에 의해 달성될 수 있다.

부분 레이저 빔의 이동은 바람직하게는, 균일한 재료 제거를 보장하기 위해, 레이저 빔을 제공하는 레이저의 반복률과 상관관계가 있다.

이에 상응하게, 부분 레이저 빔의 일정한 이동 속도가 주어지면 레이저의 반복률 또는 펄스 레이트는 분리 라인이 갭 없이 스위핑되는 방식으로 선택될 수 있다. 예를 들어 이는 이동 속도가 10 ㎛/μs이고 초점 직경이 1 ㎛인 경우 반복률은 10 MHz이어야 한다는 것을 의미한다. 이렇게 하면, 부분 레이저 빔이 이동하면서 분리 라인의 모든 지점을 스위핑하고 레이저 펄스 에너지를 도입하는 것이 보장된다. 그러나, 특히 이는 동일한 부분 레이저 빔의 연속적으로 도입된 레이저 펄스의 초점 구역들이 중첩되도록, 즉, 연속적으로 도입된 레이저 펄스 사이의 거리가 초점 직경 또는 초점 구역의 직경보다 더 작도록 반복률이 훨씬 더 빠르게 선택된다는 것을 의미할 수도 있다.

반면에 이동 속도가 일정하지 않으면, 반복률 또는 펄스 레이트는 이동 속도에 맞게 조정될 수 있다. 예를 들어, 분리 라인을 따라 이동이 불균일한 경우, 이동 속도가 특히 낮은 느린 이동 구간에 약간의 레이저 펄스가 도입될 수 있으며, 이동 속도가 높은 이동의 빠른 이동 구간에는 특히 많은 개수의 레이저 펄스가 도입되어야 한다. 따라서, 예를 들어 펄스 레이트는 이동 속도에 반비례할 수 있다. 특히 이는 아래에서 논의되는 주기적인 이동에도 또한 적용될 수 있다.

따라서, 분리 라인을 따라 균일하게 분포된 방식으로 부분 레이저 빔의 레이저 에너지를 도입할 수 있으므로, 균일한 재료 제거가 보장된다. 특히 균일한 재료 제거라 함은, 분리 라인을 따라 제거되는 깊이가 본질적으로 동일한 크기라는 점으로 표현된다(재료 표면이 평평한 경우).

부분 레이저 빔은 분리 라인을 따라 원래 위치로부터 편향량만큼만 멀리 이동될 수 있고, 여기서 편향량은 인접한 2 개의 부분 레이저 빔 사이의 거리 이하이고, 바람직하게는 부분 레이저 빔 사이의 거리와 동일하며, 이후 분리 라인을 따라 원래 위치로 다시 이동되며, 여기서 이동은 특히 주기적인 이동일 수 있다.

편향량은 2 개의 인접한 부분 레이저 빔 사이의 거리 이하이고, 바람직하게는 부분 레이저 빔 사이의 거리와 동일하다. 이는 특히, 인접한 제2 부분 레이저 빔의 원래 위치로의 이동에 의해 제1 부분 레이저 빔이 이동되는 것을 의미할 수 있다. 동시에, 예를 들어, 제2 부분 레이저 빔은 인접한 제3 부분 레이저 빔의 원래 위치로 이동될 수 있으며, 여기서 제3 부분 레이저 빔 및 제1 부분 레이저 빔은 동일하지 않는, 등이다. 이렇게 하면, 레이저 펄스가 전체 분리 라인을 따라 공작물에 도입되는 것이 보장된다.

그러나, 제1 부분 레이저 빔은 또한 인접한 부분 레이저 빔에 대한 거리의 절반까지만 이동될 수 있다. 부분 레이저 빔은 또한 분리 라인 방향으로 이 거리의 2/3 를 이동하고, 그 후 원래 위치로 돌아온 후 분리 라인 반대 방향으로 이 거리의 1/3 를 이동할 수도 있다. 특히 분리 라인의 양 방향을 따른 이동이 가능하다.

편향 후 부분 레이저 빔은 분리 라인을 따라 시작 위치로 다시 이동된다. 예를 들어 복귀 이동은 예를 들어 이전 이동과 동일한 절대 속도로 발생할 수 있다. 그러나, 복귀 이동이 다른 속도 프로파일을 가질 수도 있다.

바람직하게는 모든 부분 레이저 빔은 동시에 동일한 이동을 수행한다.

부분 레이저 빔이 이동하는 동안, 레이저는 레이저 펄스를 방출한다. 이동을 통해, 분리 라인을 따라 레이저 펄스를 도입할 수 있다. 레이저 펄스의 도입은 레이저 펄스가 재료에 의해 완전히 또는 부분적으로 흡수됨을 의미할 수 있다. 예를 들어, 이는 레이저 펄스에 의해 재료가 상당히 가열되는 것으로 이어질 수 있다. 이로 인해 가열된 재료가 재료의 전체 합성물에서 분리될 수 있다.

이는, 부분 레이저 빔당 트레이스 라인, 즉, 편향량이 부분 레이저 빔의 배열체, 즉, 빔 스플리터 광학 장치에 의해 생성된 부분 레이저 빔의 전체가 전체 공작물을 통해 안내되어야 하는 경우보다 훨씬 더 짧을 수 있다는 이점을 갖는다. 이렇게 하면, 실제 분리 프로세스를 위해 시간이 많이 걸리는 축 또는 스캐너 위치 설정 및 정렬이 필요하지 않을 수 있다. 예를 들어 공작물 홀더를 손상시킬 수 있는, 공작물의 에지를 통한 오버런이 생략될 수 있다. 전반적으로, 이 방법은, 전체 웨이퍼를 한 번에 가공할 필요 없이, 예를 들어 실리콘 웨이퍼와 같은 공작물의 개별 구성 요소를 가공하기 위해 사용할 수 있다. 이것은 공작물 상의 다양한 구성 요소 기하학적 구조와 관련하여 전반적으로 유연성을 증가시킨다.

주기적인 이동이라 함은, 부분 레이저 빔이 원래 위치로부터 편향되어 고정된 시간 간격 후에 다시 원래 위치로 돌아오는 것을 의미한다. 특히 이는, 분리 라인을 따라 편향이 발생하고 부분 레이저 빔이 편향량에 도달한 후 원래 위치로 돌아가고 그런 다음 분리 라인에 반대 방향으로 편향이 발생하고 편향량에 도달한 후 부분 레이저 빔이 다시 원래 위치로 돌아가는 것을 의미할 수 있다. 그러나, 부분 레이저 빔의 원래 지점과, 인접한 부분 레이저 빔의 원래 지점 사이에서 주기적인 이동이 발생하는 경우도 있을 수 있다.

다른 말로 하면, 시작 위치에서 시작하여 부분 레이저 빔은 분리 라인을 따라 워블링 이동(Wobbelbewegung), 바람직하게는 주기적인 워블링 이동을 수행한다.

바람직하게는, 부분 레이저 빔이 시작 위치로부터 편향량만큼 멀리 이동되고 다시 시작 위치로 이동되는 적어도 하나의 이동이 수행된 후 시작 위치는 분리 라인을 따라 변위량만큼 변위되고, 부분 레이저 빔의 이동은 다시 수행된다. 변위량은 이 경우 특히 스캐너 시스템을 사용하여 수행될 수도 있다. 이러한 구성은 바람직하게는, 부분 레이저 빔의 다발이 전체 분리 라인을 커버할 수 없는 경우, 또는 스캐닝 이동이 예를 들어 고속 및/또는 복잡한 구조에서 피드 이동에 중첩되어야 하고 분리는 분리 라인을 따라 그에 상응하게 점차적으로 수행되어야 하는 경우에 선택된다. 변위량은 이 경우 바람직하게는 분리 라인 방향으로 부분 레이저 빔의 다발의 범위에 대응한다.

다른 말로 하면, 멀리 이동 및 복귀 이동이 가해지는 부분 레이저 빔의 다발에 의해 미리 결정된 동시 가공 폭이 변위량으로 사용되어, 동시 가공 폭이 연속적으로 서로 옆에 설정된다. 그 결과, 공작물은 처음에 제1 가공 폭에서 분리 라인을 따라 가공되거나 또는 분리되고, 가공 폭에 대응하는 이러한 분리 라인의 섹션의 분리가 완료된 후 부분 레이저 빔의 다발이 변위량만큼 변위되어, 여기서 다시 가공 폭의 분리가 발생할 수 있다.

그러나, 변위 없이 부분 레이저 빔의 다발의 가공 폭으로 공작물로부터 절단될 각각의 구조가 절단될 수 있는 것이 바람직하다. 이를 위해, 부분 레이저 빔의 개수 및 이들의 서로의 거리는, 각각의 구조에 필수적인 전체 길이의 동시 가공이 달성될 수 있는 방식으로 조정되는 것이 바람직하다. 다른 말로 하면, 예를 들어 칩의 한 면을 동시에 절단하려는 시도가 바람직하다.

분리 라인은 직선일 수 있고, 레이저 빔의 주기적인 이동은 선형 편향일 수 있다.

이는 분리 라인이 특별히 만곡된 것이 아님, 즉, 기하학적 곡률을 갖지 않음을 의미할 수 있다. 부분 레이저 빔은 분리 라인을 따라서만 이동될 수 있으므로, 부분 레이저 빔이 직선 분리 라인을 통해 안내될 때 선형 편향이 발생한다.

다른 말로 하면, 부분 레이저 빔은 워블링 이동이 수행되는 동안에도 항상 분리 라인 상에 있는 것이 바람직하다.

바람직하게는, 부분 레이저 빔이 시작 위치로부터 편향량만큼 멀리 이동되고 다시 시작 위치로 이동되는 적어도 하나의 이동이 수행된 후 시작 위치는 분리 라인을 따라 변위량만큼 변위되고, 부분 레이저 빔의 이동은 다시 수행된다. 이러한 구성은 바람직하게는 부분 레이저 빔의 다발이 전체 분리 라인을 커버할 수 없고 분리 라인을 따라 분리가 그에 상응하게 점진적으로 수행되어야 할 때 선택된다. 변위량은 이 경우 바람직하게는 분리 라인 방향으로 존재하는 부분 레이저 빔의 다발의 범위에 대응한다.

부분 레이저 빔의 주기적인 이동은 포커싱 광학 장치의 주기적인 이동에 의해 생성될 수 있다.

따라서, 포커싱 광학 장치는 기계적으로 이동될 수 있는데, 예를 들어 측방향으로, 즉, 빔 방향에 수직으로 변위될 수 있다. 그러나 이는 포커싱 광학 장치가 빔 방향에 대해 각도를 이루어 기울어져 있음을 의미할 수도 있다.

포커싱 광학 장치에 대한 부분 레이저 빔의 충돌점이 상이함으로 인해, 부분 레이저 빔은 포커싱 광학 장치를 통해 다른 빔 경로를 통과하므로, 포커싱 광학 장치를 떠난 후 부분 레이저 빔은 공작물 내의 또는 공작물 상의 다른 위치에서 이미징된다. 따라서 포커싱 광학 장치의 이동 진폭은 실질적으로 분리 라인을 따른 편향량을 정의한다. 포커싱 광학 장치가 편향되지 않은 경우, 공작물에 대한 부분 레이저 빔의 원래 위치는 공작물에 대한 부분 레이저 빔의 이미징에 의해 결정된다.

마이크로렌즈 어레이를 사용할 때 부분 레이저 빔의 이동은 특히 마이크로렌즈 어레이 배열체 내에서 요소를 변위시킴으로써 생성될 수 있다.

펄스 레이저는 초단파 펄스 레이저일 수 있다.

초단파 펄스 레이저는 작은 시간 척도에서 특히 높은 에너지 밀도를 갖는 레이저 펄스를 방출하여, 분리 라인을 따라 특히 날카로운 모서리를 생성할 수 있다. 초단파 레이저 펄스의 펄스 길이는 여기서 예를 들어 100 ps 미만, 특히 10 ps 미만, 특히 바람직하게는 1.5 ps 미만일 수 있다. 그러나, 펄스 길이는 예를 들어 300 펨토초보다 길 수도 있다. 일반적으로, 펄스 길이는 1 ps이다. 피크 플루언스, 즉 입사 레이저 빔 또는 부분 레이저 빔의 강도는 0.3 J/cm² 내지 30 J/cm²일 수 있으며, 일반적으로 1 J/cm² 내지 5 J/cm²일 수 있다. 입사 레이저 빔 또는 부분 레이저 빔의 초점 직경은 1 ㎛ 내지 100 ㎛일 수 있고, 초점 직경은 특히 바람직하게는 9 ㎛일 수 있다.

부분 레이저 빔 및 공작물은 서로 상대적으로 변위될 수 있으며, 특히 피드 방향을 따른 피드에 의해 변위될 수 있다.

부분 레이저 빔 및 공작물이 서로 상대적으로 변위된다는 것은, 부분 레이저 빔 및/또는 공작물이 모두 이동될 수 있음을 의미하고, 여기서 하나 또는 두 개의 물체의 이동으로 인해 두 개의 물체의 원래 위치에 대한 부분 레이저 빔의 오프셋이 발생한다.

특히, 변위는 예를 들어 모든 공간 방향으로 공작물을 변위시킬 수 있는 XYZ 스테이지와 같은 축 시스템 또는 스캐너에 의해 달성될 수 있다. 워블링 이동이 이러한 변위에 중첩될 수 있다.

피드는 피드 방향을 따라 피드 속도를 가질 수 있다. 이는 상대 이동이 특정 속도를 가지므로 부분 레이저 빔이 특정 속도로 공작물 위로 상대적으로 안내됨을 의미한다. 특히, 피드 속도 벡터는 분리 라인과 평행하게 정렬되는데, 즉, 피드 방향은 분리 라인에 의해 지정된다. 펄스 레이저에 의해 이동하는 동안 레이저 펄스가 공작물에 도입되기 때문에, 분리 라인을 따라 재료가 제거된다.

입력 레이저 빔 및/또는 부분 레이저 빔은 복굴절 편광기 요소를 통과할 때 2 개의 서로 직교하는 편광 성분으로 분해될 수 있다.

복굴절이라 함은, 입사 레이저 빔을 서로 수직으로 편광되는 2 개의 부분 레이저 빔으로 분리하는 광학 재료의 능력을 의미하는 것으로 이해된다. 이는 광학 재료의 광축에 대한 광의 편광 및 입사각에 따라 광학 재료의 굴절률이 다르기 때문에 발생한다.

본 출원의 의미 내에서, 서로 수직으로 편광된 부분 레이저 빔이라 함은, 편광 방향이 서로 90°의 각도로 정렬된 선형 편광된 부분 레이저 빔을 의미하는 것으로 이해된다. 그러나, 서로 수직으로 편광된 부분 레이저 빔이라 함은, 회전 방향이 반대인 원형 편광 부분 레이저 빔, 즉, 좌측 또는 우측으로 원형 편광된 2 개의 부분 레이저 빔을 의미하는 것으로도 이해된다. 편광 방향이 서로 수직으로 정렬된 선형 편광 부분 레이저 빔을 회전 방향이 반대인 원형 편광 부분 레이저 빔으로 변환하는 것은 예를 들어 적절하게 배향된 지연 플레이트(λ/4 플레이트)을 사용하여 수행될 수 있다.

복굴절 편광 요소에 의해 편광 성분으로 분해되어 나가는 레이저 빔은 서로에 대해 각도 오프셋 및/또는 공간적 오프셋을 가질 수 있다.

이것은 또한 편광 요소의 광학 재료의 상이한 편광 방향에 대한 굴절률의 이방성에 의해 설명될 수 있다.

예를 들어, 부분 레이저 빔은 복굴절 편광 요소를 통과한 후 각도 오프셋을 가질 수 있다. 이는, 제1 편광을 갖는 부분 레이저 빔이 복굴절 편광 요소 하류에서 제2 편광을 갖는 부분 레이저 빔과 평행하게 진행하지 않는다는 것을 의미한다.

(공간적 오프셋 없이) 각도 오프셋을 생성하기 위해, 복굴절 편광기 요소는 빔 입사 표면에 대해 각도로 경사진 빔 출사 표면을 가질 수 있다. 이 경우 복굴절 결정의 광축은 일반적으로 빔 입사 표면에 평행하게 정렬된다. 이 경우, 두 개의 부분 레이저 빔은 동일한 위치에서 복굴절 결정으로부터 정의된 각도 오프셋으로 빔 출사 표면을 빠져나간다.

예를 들어, 부분 레이저 빔은 복굴절 편광 요소를 통과한 후 공간적 오프셋을 가질 수 있다. 이는, 제1 편광을 갖는 부분 레이저 빔이 복굴절 편광 요소 하류에서 제2 편광을 갖는 부분 레이저 빔과 평행하게 진행한다는 것을 의미한다. 그러나, 두 부분 레이저 빔은 서로 평행하게 변위되므로, 두 부분 레이저 빔 사이에는 유한한 거리가 존재한다.

(각도 오프셋 없이) 공간적 오프셋을 생성하기 위해, 복굴절 편광기 요소는 예를 들어 평행하게 정렬되고, 일반적으로 평면인 빔 입사 및 출사 표면을 가질 수 있다. 이 경우 복굴절 결정의 광축은 일반적으로 빔 입사 표면에 대해 일정 각도로 정렬된다. 입력 레이저 빔이 빔 입사 표면에 수직으로 입사하면, 빔 출사 표면에서 순수한 공간적 오프셋이 생성된다.

서로 다른 편광을 갖는 개별 부분 레이저 빔 사이의 거리는 편광 요소를 통해, 예를 들어 제조 동안에 또는 결정의 광축을 입사 레이저 빔으로 지향시킴으로써 정의될 수 있다.

분리 라인을 따라 서로 옆에 서로 이격되어 배열된 부분 레이저 빔은 교번하는 편광을 가질 수 있다.

인접한 부분 레이저 빔이 서로 직교하는 편광을 갖는 경우, 편광은 교번한다. 예를 들어, 제1 부분 레이저 빔이 오른쪽으로 원형 편광되고, 제2 부분 레이저 빔이 왼쪽으로 원형 편광되고, 제3 부분 레이저 빔이 오른쪽으로 원형 편광되는 등의 경우, 편광은 교번한다. 예를 들어, 제1 부분 레이저 빔이 분리 라인을 따라 편광되고, 제2 부분 레이저 빔이 분리 라인에 직교하여 편광되고, 제3 부분 레이저 빔이 분리 라인을 따라 편광되는 경우, 편광은 교번한다.

예를 들어 단일 모드 레이저에 의해 생성되고 가우시안 빔 프로파일을 갖는 레이저 빔이 2 개 이상의 부분 레이저 빔으로 분할되고 부분 레이저 빔이 적어도 부분적으로 중첩되는 경우, 이는, 부분 레이저 빔이 동일한 또는 유사한 편광을 갖는 경우, 바람직하지 않은 간섭 효과를 유발할 수 있다. 따라서, 부분 레이저 빔을 포커싱할 때, 초점 구역 또는 초점 단면이 서로 임의로 근접할 수 없으므로, 부분 레이저 빔은 일반적으로 공작물 상의 서로 이격된 초점 구역에 포커싱된다.

서로 수직인 편광 상태를 갖는 부분 레이저 빔을 사용하는 경우, (부분적) 중첩은, 각각의 부분 레이저 빔의 편광 상태가 전체 관련 빔 단면 또는 각각의 초점 구역에 걸쳐 균일하다면, 서로 다른 공간 또는 각도 범위에서 레이저 방사선의 간섭 효과를 초래하지 않는다. 따라서 각각의 부분 레이저 빔의 편광은 빔 단면 또는 초점 구역에 걸쳐 위치에 따라 가능한 한 적게 변해야 한다. 이 경우, 초점 구역은 임의로 서로 근접하거나, 부분적으로 또는, 필요한 경우, 완전히 중첩될 수 있고, 횡방향으로, 즉, 부분 레이저 빔의 전파 방향에 수직으로 그리고 종방향으로, 즉, 부분 레이저 빔의 전파 방향으로 균일한 초점 구역을 형성할 수 있다.

각각의 부분 레이저 빔의 편광은 분리 라인을 따라 또는 분리 라인에 직교하여 정렬될 수 있다.

분리 라인을 따라 편광된다 함은, 선형 편광의 경우 편광축이 분리 라인과 평행하다는 것을 의미할 수 있다. 만곡된 분리 라인의 경우, 이는 편광축이 분리 라인에 접한다는 것을 의미할 수 있으며, 여기서 초점은 분리 라인 상에 있다. 특히, 이는 직선 분리 라인의 경우 편광축이 완전히 분리 라인 상에 있음을 의미할 수 있다.

분리 라인과 직교하여 정렬된다는 것은, 선형 편광의 경우 편광축이 분리 라인과 직교한다는 것을 의미할 수 있다. 만곡된 분리 라인의 경우, 이는 편광축이 분리 라인의 접선에 직교함을 의미할 수 있고, 여기서 초점은 분리 라인 상에 있고 접선은 초점에서 형성된다.

예를 들어, 실리콘 웨이퍼의 경우, 피드 방향에 수직인, 즉, 분리 라인에 수직인 편광으로, 예를 들어 파단 강도가 증가된 더 높은 품질의 절단 결과가 달성될 수 있다. 예를 들어 피드 방향과 평행한 편광을 사용하면 공작물이 더 높은 효율로 제거될 수 있다.

그러나 편광의 효과는 재료에 따라 정확히 반대이거나 또는 다를 수 있으므로, 피드 방향에 수직인 편광보다, 피드 방향에 평행한 편광으로 더 높은 품질의 절단 결과가 얻어질 수 있다. 어떤 경우든 절단 품질은 편광에 의해 영향을 받을 수 있다.

지연 플레이트 및/또는 지연 요소 및 필터 요소를 통해 모든 부분 레이저 빔은 동일한 편광을 갖는다.

예를 들어, 지연 플레이트는 입사 레이저 광의 선형 편광을 회전시키는 데 사용될 수 있는 λ/2 플레이트일 수 있다. 예를 들어, p-편광은 λ/2 플레이트를 통해 s-편광으로 변환될 수 있다. 지연 플레이트는 원형 편광을 선형 편광으로 변환하는 λ/4 플레이트일 수도 있다.

예를 들어, 입사 레이저 빔은 원형 편광을 가질 수 있고, 레이저 광이 λ/4 플레이트를 통과한 후에는, p-편광을 가질 수 있다.

필터 요소는 예를 들어 편광기, 예를 들어 박막 편광기, 또는 다른 편광기 요소일 수 있다. 특히, 필터 요소는 가공 광학 장치의 편광기 요소 하류에 장착될 수 있다. 특히 필터 요소는 빔 경로로 전환되거나 또는 스위칭 오프될 수도 있다.

그 결과, 편광기 요소 하류의 빔 경로에서 편광 중 하나가 필터링되어, 하나의 편광 방향을 갖는 부분 레이저 빔만이 공작물에 도입되는 것이 달성될 수 있다.

전체 분리 프로세스는 상이한 부분 분리 프로세스로 분할될 수 있으며, 여기서 각각의 부분 프로세스는 p 또는 s 편광 부분 레이저 빔으로 또는 상이한 편광의 부분 레이저 빔으로 수행된다.

상이한 편광을 갖는 부분 레이저 빔의 사용은, 분리 라인에 대한 상이한 편광 방향이 펄스당 제거 깊이 및 제거 에지의 품질에 영향을 미치기 때문에 유리하다. 예를 들어, 피드 방향과 평행한 편광은 레이저 펄스당 특히 효율적인 재료 제거를 가능하게 하는 데 적합하다. 반면에 피드 방향에 수직인 편광은 높은 파단 강도를 갖는 특히 매끄러운 에지를 생성할 수 있다.

예를 들어, 제1 단계에서 피드 방향과 평행하게 편광된 부분 레이저 빔으로 특정 제거 깊이가 달성될 수 있다. 예를 들어, 제2 단계에서 분리 라인에 수직으로 편광된 부분 레이저 빔으로 절단면이 재작업될 수 있다. 특히, 분리 라인이 상이한 편광의 부분 레이저 빔들로 횡단되는 상이한 시퀀스를 지정하는 것도 가능하다. 특히, 상이한 편광을 갖는 부분 레이저 빔이 동시에 도입되는 것도 가능하다.

예를 들어, 상이한 편광의 부분 레이저 빔이 서로 옆에 배치될 수 있다. 상이한 편광으로 인해 인접한 부분 레이저 빔들 사이에 파괴적인 간섭 효과가 없으므로, 부분 레이저 빔이 서로 가까이 배치될 수 있다.

따라서, 상이한 가공 전략으로 상이한 가공 상황에서 분리 라인을 따라 또는 분리 라인에 수직으로 상이한 편광으로 공작물을 가공함으로써 효율성 및 품질의 증가가 달성될 수 있다.

부분 레이저 빔의 편광은 예를 들어 편광기를 통해 설정될 수 있다. 이것은 예를 들어 하나의 편광의 부분 빔만을 통과시키는 박막 편광기일 수 있다. 이러한 편광기는 예를 들어 부분 레이저 빔이 공작물로 향하기 전에 빔 경로에 도입될 수 있다. 특히, 부분 빔의 편광은 또한 편광기 요소에 의해 직접 결정될 수도 있으며, 여기서 광축의 정렬은 입사 빔에 맞춰질 수 있다. 따라서, 부분 빔의 편광을 결정하고 선택하는 것이 가능하다.

평행 및 수직 편광을 교번하여 사용할 때 품질 및 효율성 측면의 효과가 동시에 사용될 수 있다. 마찬가지로, 프로세스를 2 개 또는 3 개 이상의 프로세스 단계로 나누는 것도 가능하다. 이 경우, 예를 들어, 프로세스 시작 시 교번하는 편광 또는 독점적으로 평행 편광만을 사용하는 부분 레이저 빔을 통해, 높은 수준의 효율성 및 프로세스의 경제적 실행 가능성의 향상이 달성될 수 있다. 프로세스가 끝나면, 예를 들어 λ/2 플레이트를 사용하거나 또는 액정, 액정 디스플레이, 니오브산 리튬 결정 또는 포켈 셀을 전환시킴으로써 편광은 90° 회전될 수 있으므로, 피드 방향에 수직으로 정렬된 편광으로 공작물의 질적 개선이 구현된다.

공작물은 개별 칩이 분리되는 웨이퍼, 특히 실리콘 웨이퍼일 수 있다.

특히 칩 생산에서 이를 통해, 웨이퍼는 정확하게 위치되기만 하면 되고 더 이상 정렬될 필요는 없는 것이 달성될 수 있다. 이는, 웨이퍼 상의 피드 축을 따른 정렬이 더 이상 전체 웨이퍼 폭에 걸쳐 몇 마이크로미터만큼 벗어나서는 안 된다는 것을 의미한다.

본 발명의 바람직한 추가 실시예는 이하의 도면에 대한 설명에 의해 보다 상세하게 설명된다.
도 1a 및 도 1b는 레이저 강도를 조정하지 않은 방법의 개략도를 도시한다.
도 2a, 도 2b, 및 도 2c는 부분 레이저 빔 사이의 거리를 결정하기 위한 스케치를 도시한다.
도 3은 부분 레이저 빔의 개수에 대한 레이저 강도의 의존성을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4는 마이크로렌즈 어레이 광학 장치의 개략도를 도시한다.
도 5는 주기적 편향을 갖는 부분 레이저 빔을 도입할 때 시간 의존성의 개략도를 도시한다.
도 6은 편광기 요소의 개략도를 도시한다.
도 7은 가공 광학 장치 및 빔 경로의 개략도를 도시한다.
도 8은 방법의 개략도를 도시한다.
도 9는 방법의 추가 개략도를 도시한다.
도 10은 어블레이션 효율을 결정하기 위한 측정 곡선을 도시한다.
도 11은 어블레이션 효율을 결정하기 위한 측정 곡선을 도시한다.
도 12는 어블레이션 효율을 결정하기 위한 측정 곡선을 도시한다.
도 13은 상이한 파라미터에 대한 재료 제거의 비교를 도시한다.

이하에서는, 바람직한 예시적인 실시예가 도면을 참조하여 설명된다. 여기서, 동일한 또는 유사한 또는 동일한 효과를 갖는 요소는 상이한 도면들에서 동일한 참조 기호로 제공되며, 이러한 요소에 대한 반복 설명은 때때로 중복을 피하기 위해 생략된다.

도 1에는 2 개의 상이한 시간에 공작물(1)을 분리하는 방법, 예를 들어 실리콘으로 이루어진 웨이퍼를 분리하는 방법이 개략적으로 도시되어 있다.

도 1a에서, 부분 레이저 빔(26)이 공작물(1)에 도입되고, 여기서 공작물(1)은 부분 레이저 빔(26)을 따라 진행하는 레이저 펄스에 의해 초점 구역에서 예를 들어 가열되어, 공작물(1)의 가열된 재료가 주변의 전체 합성물로부터 분리된다. 이러한 프로세스를 레이저 어블레이션 또는 레이저 드릴링 또는 레이저 절단이라고 한다.

표면(12)이 여전히 편평한, 즉, 특히 처리되지 않은 도 1a의 프로세스의 시작에서, 부분 레이저 빔(26)은 예를 들어 모든 곳에서 수직으로 표면(12)에 충돌한다. 부분 레이저 빔(26)은 빔 단면, 예를 들어 대칭 빔 단면, 예를 들어 가우시안 빔 프로파일을 가지므로, 레이저 강도는 측 방향으로 빔의 초점에서 가장 크고, 빔의 에지로 갈수록 감소한다. 따라서, 공작물은 빔의 에지보다 빔의 중심에서 더 많이 가열되므로, 빔의 중심에서 가열된 재료가 빔의 에지보다 공작물로부터 제거될 가능성이 더 크다. 결과적으로 펄스당 제거 깊이는 빔 단면에 걸쳐 균일하지 않게 분포되며, 이는 보어 홀의 바닥이 평평하지 않게 된다는 것을 의미한다.

또한, 가공 공정 초기에 초점 구역의 대부분이 표면(12)의 아래에 또는 공작물(1)의 체적 내에 있으므로, 레이저 펄스당 상대적으로 많은 양의 레이저 에너지가 공작물(1)의 재료에 의해 흡수되어, 가공 공정이 매우 효율적이 된다.

도 1b에는, 반경 방향으로 감소하는 빔 프로파일을 갖는 부분 레이저 빔(26)이 빔의 에지에서보다 보어 홀의 중심으로부터 점점 더 많은 재료를 제거하기 때문에, 제거 깊이가 진행됨에 따라 이러한 고르지 않음이 증가하는 것이 도시되어 있다. 특히, 보어 홀은 빔 프로파일의 강도 분포에 따라 형상화되어, 가공 공정이 진행됨에 따라 레이저 빔에 의해 가공되는 면적이 크게 증가하고 이에 대한 강도는 감소한다. 특히 이는 재료 제거를 위한 가공 공정의 효율성을 감소시킨다. 가공 공정의 효율성을 증가시키기 위해, 제거 깊이가 증가함에 따라 부분 레이저 빔(26)의 강도를 증가시키는 것이 필요하다.

도 2a는 부분 레이저 빔(26) 서로 간의 거리의 결정을 명확히 설명하기 위한 스케치를 도시한다. 여기서는 공작물(1)의 표면(12)이 곡률을 갖거나 또는 불균일하다고 가정한다. 그러나, 거리 결정은 평평한 표면(12)에 대해 유사하게 수행되어야 한다. 이 경우, 빔 스플리터 광학 장치는 레이저 빔(2)을 제1 부분 레이저 빔(260) 및 제2 부분 레이저 빔(262)으로 분할한다. 제1 부분 레이저 빔(260)은 본질적으로 제2 부분 레이저 빔(262)에 평행하게 진행하고, 여기서 제1 부분 레이저 빔(260)의 초점 구역(24)은 공작물(1)의 체적 내에 있고, 제2 부분 레이저 빔(262)의 초점 구역(24)은 공작물(1)의 표면(12) 상에 있다. 2 개의 부분 레이저 빔 사이의 거리를 결정하기 위해 부분 레이저 빔(260, 262)의 직접 거리(L)만이 관련이 있고, 여기서 제1 부분 레이저 빔과 제2 부분 레이저 빔의 빔 축 사이의 거리(L)가 측정된다.

도 2b는 도 2a의 상황을 평면도로 도시한다. 2 개의 부분 레이저 빔(260, 262)은 분리 라인(10)을 따라 서로 옆에 그리고 이격되어 공작물(1)에 도입된다. 공작물(1)의 표면(12)의 곡률은 개략도에서 볼 수 없으므로, 두 개의 부분 레이저 빔(260, 262) 사이의 거리(L)를 결정하기 위해 부분 레이저 빔(260 및 262)의 두 개의 빔 축의 직접적인 기하학적 연결이 적합하다.

도 2c는 본 방법의 추가 측면도를 도시하고, 특히 다수의 부분 레이저 빔(26)이 공작물(1)에 도입될 수 있음을 도시한다. 부분 레이저 빔(26)은 모두 동일한 초점 평면에 포커싱된다. 이는 모든 초점 구역이 하나의 평면에 있음을 의미한다. 여기서 초점 평면은 공작물(1)의 표면(12)에 의해 주어진다.

도 3에는 상이한 부분 빔이 도시되어 있으며, 사용된 부분 레이저 빔(26)의 개수에 따른 초점 구역(24)에서의 강도도 도시되어 있다. 최상부 행에서 입사 레이저 빔(도시되지 않음)은 3 개의 부분 레이저 빔(260, 261, 262)으로 분할된다. 이들 3 개의 부분 레이저 빔의 초점 구역(24)에서의 강도는 매우 높으며, 이는 어두운 음영으로 도시된다. 3 개의 부분 레이저 빔은 예를 들어 양의 x 방향으로 분리 라인(10)을 따라 제1 통과하는 동안 공작물에 도입될 수 있다.

제2 행에서는 동일한 입사 레이저 빔(도시되지 않음)이 4 개의 부분 레이저 빔으로 분할된다. 4 개의 부분 레이저 빔은 초점 구역에서 감소된 강도를 갖고, 중간 밝기 음영으로 도시된다. 특히, 부분 레이저 빔을 생성하기 위한 입사 레이저 빔은 변경되지 않았으며, 강도는 부분 레이저 빔의 개수를 조정함에 의해서만 조정된다. 4 개의 부분 레이저 빔은 예를 들어 음의 x 방향으로 분리 라인(10)을 따라 제2 통과하는 동안 사용될 수 있다.

제3 행에서는 5 개의 부분 레이저 빔이 도시되어 있으며, 모두 동일한 입사 레이저 빔에 의해 다시 생성된다. 5 개의 부분 레이저 빔은 4 개의 부분 레이저 빔보다 훨씬 더 낮은 강도를 가지며, 또한 3 개의 부분 레이저 빔보다 훨씬 더 낮은 강도를 갖는다. 예를 들어, 5 개의 부분 레이저 빔은 다시 양의 x 방향으로 분리 라인(10)을 따라 제3 통과하는 동안 공작물에 도입될 수 있다.

따라서, 입사되는 레이저 빔을 변경할 필요 없이, 부분 레이저 빔의 개수를 조정하는 것만으로 부분 레이저 빔당 강도를 조정하는 것이 가능할 수 있다. 따라서, 각각의 레이저 펄스에 의해 공작물(1)에 도입되는 강도는 부분 레이저 빔의 개수와도 무관하다.

특히, 분리 라인(10)을 따라 제1 통과하는 동안 많은 개수의 부분 빔을 사용하고, 분리 라인(10)을 따라 추가 통과하는 동안 부분 빔의 개수를 감소시키는 것도 가능하므로, 부분 레이저 빔당 레이저 에너지가 증가된다. 이런 의미에서, 제1 통과는 제3 단계에 따라 이루어지고, 마지막 통과는 제1 단계에 따라 이루어진다.

특히, 부분 레이저 빔은 부분 레이저 빔의 개수가 증가함에 따라 점점 더 큰 거리(D)에 걸쳐 연장되므로, 전체 분리 라인(10)을 스위핑하기 위해 더 작은 피드 이동이 필요하다. 따라서, 도입된 레이저 에너지가 재료 제거에 충분할 경우, 공정 속도를 높이는 것도 가능하다.

공작물(1)의 재료의 분리를 달성하기 위해, 분리 라인(10)을 통해, 500 내지 2500 회의 개별 통과 범위인 다수의 통과가 필요할 수 있다. 이 경우, 각각의 통과에서 부분 레이저 빔(26)당 레이저 출력의 조정이 수행될 수 있거나, 또는 공작물(1)의 재료에서 사전 결정된 제거 깊이(AT)가 초과된 후, 또는 사전 결정된 개수의 개별 통과 후, 예를 들어 200 회의 통과 후 부분 레이저 빔(26)당 레이저 출력의 조정이 수행된다.

도 4a는 빔 분할을 위해 사용되는 바와 같은 마이크로렌즈 어레이 광학 장치, 즉, 빔 스플리터 광학 장치(62)를 도시한다. 레이저(21)로부터의 입력 레이저 빔(2)은 레이저 빔(2)의 직경을 조정하기 위해 선택적인 텔레스코픽 광학 장치(61)(가상선으로 도시됨)를 통해 안내되고, 그 후 마이크로렌즈 어레이 광학 장치를 통해 안내되어, 복수의 부분 레이저 빔(26)을 생성한다. 이 경우, 입력 레이저 빔(2)은 적어도 빔 전파 방향(z 방향)에 수직인 x 방향에 대해 시준된다.

입력 레이저 빔(2)은 4 개의 마이크로렌즈 어레이(MLA1-MLA4)를 통과한다. 각각의 마이크로렌즈 어레이(MLA1-MLA4)는 애퍼처(a)를 갖는 x 방향으로 정렬된 마이크로렌즈(622)를 갖는다. x 방향을 따라 측정된 애퍼처(a)는 모든 마이크로렌즈 어레이(MLA1-MLA4)에 대해 동일하다. 마이크로렌즈 어레이(MLA1-MLA4) 또는 이들의 마이크로렌즈(622)는 모두 상이한 초점 거리(f1-f4)를 가질 수 있다. 마이크로렌즈(622)의 초점 거리(f1-f4)는 각각의 마이크로렌즈 어레이(MLA1-MLA4) 내에서 균일하다.

도 4a에서, 마이크로렌즈(622)는 모두 볼록 렌즈이다. 그러나, 도 4b에 도시된 대안적인 실시예 구성에서, MLA1의 마이크로렌즈(622)는 오목 렌즈이고, MLA2-MLA4의 마이크로렌즈는 볼록 렌즈이다. 이는 마이크로 렌즈 어레이(622) 사이의 레이저 빔(2)의 피크 강도가 약해지도록 레이저 빔(2)이 확장될 수 있게 한다. 이렇게 하면, 후속 광학 요소가 파손되는 것을 방지할 수 있다. 그러나, 마이크로렌즈가 4 개인 구조에서 볼록형 마이크로렌즈 어레이의 개수는 2 개로 제한된다.

마이크로렌즈 어레이(MLA1-MLA4)는 제1 마이크로렌즈 어레이(MLA1)의 평면에서 각각의 마이크로렌즈의 각각의 지점을 각도로 이미징하는데, 즉, 각도 스펙트럼을 생성한다. 이러한 각도 스펙트럼은 예를 들어 공작물(1) 내의 또는 공작물 상의 초점 평면에서 포커싱 광학 장치(6)에 의해 이미징된다. 이 경우, 부분 레이저 빔(26)은 빔 경로에서 간섭 및 회절 효과에 의해 생성된다.

마이크로렌즈 어레이 광학 장치(62)는 마이크로렌즈 어레이(MLA1-MLA4) 사이의 상호 거리 중 적어도 일부를 조정할 수 있는 조정 기구(63)을 갖는다. 예를 들어, 각각의 마이크로렌즈 어레이(MLA1-MLA4)에 대해, 가이드(631)(예를 들어, 톱니형 랙) 상에서 모터에 의해 이동될 수 있는 자체 캐리지(632)(예를 들어, 톱니형 랙에 맞물리는 구동 기어 휠을 포함함)가 제공될 수 있고, 여기서 캐리지는 전자 제어 장치(633)를 통해 제어될 수 있다. 모든 마이크로 렌즈 어레이(MLA-MLA4)에 대한 복수의 조정 위치가 제어 장치(633)에 저장되고, 여기서 각각의 조정 위치는 상이한 캐리지(632)에 대해 z 방향에 대해 접근할 목표 위치를 포함한다.

일부 마이크로렌즈 어레이(MLA1-MLA4)의 위치들은 결합되고 및/또는 고정된다는 점에 유의해야 한다. 예를 들어, 제1 및 제3 마이크로렌즈 어레이(MLA1, MLA3)는 서로 연결될 수 있다. 예를 들어, 제2 및 제4 마이크로렌즈 어레이(MLA2, MLA4)도 또한 서로 연결될 수 있다. 이 경우 초점 평면의 부분 레이저 빔의 개수는 마이크로렌즈 어레이 쌍을 서로에 대해 오프셋함으로써 조정될 수 있다.

일반적으로 조정 기구(63)는 복수의 조정 위치에 접근할 수 있으며, 여기서 부분 레이저 빔(26)의 개수는 조정 위치를 통해 조정될 수 있다.

생성된 부분 레이저 빔(26)은 포커싱 광학 장치(64)에 의해 공작물(1)에 또는 공작물 상에 포커싱된다. 예를 들어, 도 4에서는 5 개의 부분 레이저 빔(26)이 생성되고, 이 빔들은 예를 들어 분리 라인(10)과 같은 라인에서 x 방향으로 서로 옆에 위치된다. 이 경우 마이크로 렌즈 어레이는 x 방향으로만 정렬되고 y 방향으로는 정렬되지 않은 마이크로 렌즈를 갖는다. y 방향에서 레이저 빔은 예를 들어 레이저 소스와 빔 경로의 제1 마이크로 렌즈 어레이 사이에 원통형 렌즈를 사용하여 초점 평면에 포커싱된다.

마이크로 렌즈 어레이 광학 장치의 이동 가능한 캐리지(632)는 서로 결합될 수 있다. 예를 들어, 제1 마이크로렌즈 어레이(MLA1)의 이동 가능한 캐리지는 제3 마이크로렌즈 어레이(MLA3)의 캐리지에 결합될 수 있다. 이는 예를 들어 마이크로렌즈 어레이(MLA1, MLA3) 사이의 거리가 항상 동일함을 의미할 수 있다. 그러나, 제1마이크로렌즈 어레이(MLA1)의 이동 가능한 캐리지가 제2 마이크로렌즈 어레이(MLA2)의 캐리지에 결합되는 경우도 가능하다. 2 개 초과의 캐리지가 서로 결합되는 것도 가능하다.

특히, 결합된 마이크로렌즈 어레이는 결합되지 않은 마이크로렌즈 어레이에 대해 변위될 수 있다. 예를 들어, 마이크로 렌즈 어레이(MLA1, MLA2)는 마이크로 렌즈 어레이(MLA3, MLA4)에 대해 변위될 수 있다. 이는 마이크로렌즈 어레이(MLA1, MLA2) 또는 마이크로렌즈 어레이(MLA3, MLA4) 사이의 거리는 항상 동일하게 유지되지만, 마이크로렌즈 어레이(MLA2, MLA3) 사이의 거리는 변한다는 것을 의미한다. 마이크로렌즈 어레이 쌍의 변위는 빔 스플리터 광학 장치에서 상이한 빔의 간섭 패턴의 변화를 가져오므로, 공작물에 도입되는 부분 레이저 빔(26)의 개수가 조정될 수 있다. 부분 레이저 빔(26)의 개별 초점 구역에서의 강도는 이 경우 부분 레이저 빔의 개수에 반비례하여 거동한다.

부분 레이저 빔의 개수는 최종적으로 스캐너 시스템 또는 축 시스템을 사용하여 공작물을 통해 안내될 수 있으므로, 부분 레이저 빔(26)은 분리 라인(10)을 따라 공작물을 스위핑하고 레이저 펄스를 도입함으로써 분리 라인(10)을 따라 공작물(1)을 절단한다. 제거 깊이 및 공정 진행에 따라, 부분 레이저 빔(26)의 개수는 제거 공정의 효율성을 증가시키기 위해 그에 따라 조정될 수 있다.

도 5a에는 부분 레이저 빔(260, 262, 264)의 가능한 이동 및 편향의 다른 시간에 따른 경과를 도시한다. 이들 부분 레이저 빔은, 예를 들어, 레이저 빔(2)이 도 4에 따른 빔 스플리터 광학 장치를 통과할 때 생성되고, 포커싱 광학 장치를 사용하여 공작물(1) 또는 공작물(1)의 표면(12) 상에 또는 그 내에 포커싱된다. 본 실시예에서, 부분 레이저 빔은 서로 균등하게 이격되어 있는데, 즉, 2 개의 인접한 부분 레이저 빔(26) 사이의 거리(L)은 항상 동일한 크기이다.

또한, 도면의 x축은 분리 라인(10)을 따라 연장되고, 한편 y축은 시간축을 나타낸다. 제1 부분 레이저 빔(260)은 예를 들어 초단파 펄스 레이저의 레이저 펄스가 제1 부분 레이저 빔(260)의 초점 구역(24)에서 재료 제거를 일으키도록 공작물(1)에 포커싱된다. 이는 예를 들어 레이저 어블레이션 또는 레이저 드릴링 또는 레이저 절단으로 알려진 메커니즘에 의해 수행될 수 있다. 펄스 레이저의 각각의 펄스 또는 각각의 펄스 열에 의해 결정된 양의 재료 제거가 달성된다. 그러나, 이러한 재료 제거는 예를 들어 재료 응력을 피하기 위해 분리 라인(10)을 따라 균일하게 이루어져야 한다.

다음 설명은 제1 부분 레이저 빔(260)에 대해 명시적으로 이루어지지만, 다른 부분 레이저 빔에 대해서도 유사하게 적용된다. 제1 부분 레이저 빔(260)은 처음에 그의 원래 위치(X01)로부터 분리 라인(10)을 따라 편향량(300)만큼 편향된다. 부분 레이저 빔(260)이 편향되는 동안, 펄스 레이저는 예를 들어 연속적으로 펄스를 방출한다. 그 결과, 원래 지점(X01)과, 편향량(300)에 도달하는 지점 사이의 경로에 총 3 개의 레이저 펄스가 방출된다. 그런 다음, 제1 부분 레이저 빔(260)은 원래 위치(X01)로 다시 이동되어, 원래 위치(X01)에 도달했을 때 총 5 개의 레이저 펄스가 방출된다. 그 후, 부분 레이저 빔(262)은 편향량(302)에 도달할 때까지 분리 라인(10)에 반대 방향으로 이동된다. 편향량(302)은 도면에서 편향량(300)과 다르기 때문에, 이동은 특히 비대칭적이다. 그러나, 편향은 항상 분리 라인(10)을 따라 발생한다. 편향량(302)에 도달하는 반전 지점까지, 총 9 개의 레이저 펄스가 방출되었다. 그 후, 부분 레이저 빔(260)은 분리 라인(10)을 따라 원래 위치(X01)로 다시 되돌아오고, 여기서 또 다른 4 개의 레이저 펄스가 공작물(1)에 도입된다.

원래 위치로부터 오른쪽으로 레이저 펄스가 도입되는 이동의 제1 부분의 이동은 제1 속도로 수행된다. 레이저 펄스가 원래 위치로부터 왼쪽으로 도입되는 이동의 제2 부분의 이동은 제2 속도로 수행된다. 특히 이러한 이동들은 또한 속도 프로파일로 접근할 수도 있는데, 예를 들어 톱니 모양의 곡선, 또는 사인 곡선, 또는 코사인 곡선, 또는 삼각형 곡선이 사용될 수 있다. 여기서 펄스 레이저의 펄스 레이트는 분리 라인(10) 상의 각각의 부분 레이저 빔(26)으로부터 펄스가 공작물(1)에 균일하게 도입되어 그 결과 재료가 균일하게 제거되도록 조정될 수 있다. 특히, 여기서 각각의 편향량에 대해 동일한 수의 레이저 펄스가 항상 공작물(1)에 도입되도록, 이동 속도는 편향량에 맞게 조정될 수도 있다.

부분 레이저 빔(260)은 제2 부분 레이저 빔(262)과 함께 그리고 제3 부분 레이저 빔(264)에서 공작물(1)로 도입된다. 시작 시간(T0)에서 모든 부분 레이저 빔은 원래 지점(X01, X02 및 X03)에 있다. 그 후, 모든 부분 레이저 빔은 분리 라인(10)을 따라 편향량(300)만큼 변위되고, 그 후 원래 위치로 복귀되며, 그 후 분리 라인(10)에 반대 방향으로 편향량(302)만큼 변위되고, 최종적으로 원래 위치로 다시 복귀된다. 여기서 부분 레이저 빔 사이의 거리(L)는 항상 동일하다. 분리 라인(10)을 따른 그리고 분리 라인에 반대 방향의 편향량(300, 302)은 여기서 이들의 합이 부분 레이저 빔 사이의 거리에 정확히 일치하도록 선택될 수 있다. 이렇게 하면, 인접한 부분 레이저 빔들이 분리 라인(10) 상의 동일한 지점을 스위핑하는 것이 보장된다. 예를 들어, 분리 라인(10)에 반대 방향으로 편향량(302)만큼 최대 편향된 제2 부분 레이저 빔(262)은, 제1 부분 레이저 빔(260)이 분리 라인(10)을 따라 최대 편향량(300)에 도달하는 분리 라인(10) 상의 동일한 지점을 스위핑한다. 동일한 내용은 2 개의 부분 레이저 빔(262 및 264)에 유사하게 적용된다. 인접한 부분 레이저 빔들이 분리 라인(10)의 동일한 지점을 스위핑하기 때문에, 재료의 균일한 제거가 보장된다. 특히, 이는 재료를 갭 없이 제거하는 것을 보장하여, 공작물(1)의 원래 두께를 갖는 공작물이 분리 라인(10)을 따라 남아 있지 않게 된다.

도 5b는 공작물(1)의 개략도로부터 상이한 부분 레이저 빔(260, 262, 264)의 도입된 레이저 펄스를 도시한다. 분리 라인(10)을 따라 부분 레이저 빔에 의해 스위핑되지 않은 지점이 없다는 것을 분명히 알 수 있으므로, 균일한 재료 제거가 보장된다.

인접한 부분 레이저 빔(260, 262, 264)은, 인접한 부분 레이저 빔이 동일한 편광을 갖는다면, 서로로부터 임의로 작은 거리에서 공작물(1)에 도입될 수 없다. 이는 인접한 부분 레이저 빔이 서로를 부분적으로 상쇄하거나(상쇄 간섭) 또는 서로를 강화하는(보강 간섭) 간섭 효과가 발생하기 때문이다. 한편, 인접한 부분 레이저 빔이 서로에 대해 상이한, 특히 직교하는 편광을 갖는 경우, 부분 레이저 빔은 서로 간섭할 수 없다. 이러한 이유로, 레이저 빔(2)은 상이한 편광 성분으로 분할될 수 있고, 부분 레이저 빔은 이들 편광 성분으로부터 차례로 형성되고, 공작물(1)로 도입될 수 있다.

도 6a 및 도 6b는 레이저 빔(2)을 상이한 편광 성분으로 분해할 수 있는 복굴절 편광기 요소(4)를 도시한다. 도 6a 및 도 6b는 각각 복굴절 결정의 형태의 복굴절 편광기 요소(4)를 개략적으로 도시한다. 상이한 복굴절 재료가 편광기 요소(4)를 위한 결정 재료로서 사용될 수 있는데, alpha-BBO(alpha-barium borate), YVO4(yttrium vanadate), 결정질 석영 등이 사용될 수 있다.

도 6a의 복굴절 편광기 요소(4)는 웨지형으로 형성되는데, 즉, 입사 레이저 빔(2)의 입사를 위한 평면 빔 입사 표면(40) 및 편광기 요소(4)의 평면 빔 출사 표면(42)이 서로에 대해 (웨지) 각도로 정렬된다. 결정 공작물의 광축(44)은 빔 입사 표면(40)에 평행하게 정렬된다. 웨지형 복굴절 편광기 요소가 여기서 바람직한 실시예이다.

빔 입사 표면(40)에 수직으로 복굴절 편광기 요소(4)에 입사하는 비-편광 또는 원형 편광 입사 레이저 빔(2)은 빔 입사 표면(40)에 대해 각도를 이루어 경사진 빔 출사 표면(42)에서 서로 수직인(s- 또는 p-편광) 2 개의 부분 레이저 빔(26)으로 분할된다. 도 5a에서, 통상적인 바와 같이, s-편광 부분 레이저 빔(26)은 점으로 식별되는 반면, 제2 p-편광 부분 레이저 빔(26)은 이중 화살표로 식별된다. 제1 p-편광 부분 레이저 빔(26)은 복굴절 편광기 요소(4)를 빠져나갈 때 제2 s-편광 부분 레이저 빔(26)보다 더 적은 정도로 굴절되어, 각도 오프셋(α)이 제1 및 제2 부분 레이저 빔(26) 사이에 발생한다. 제1 및 제2 부분 레이저 빔(26)은 여기서 빔 출사 표면(42) 상의 동일한 지점에서 복굴절 편광기 요소(4)로부터 나오는데, 즉, 각도 오프셋(α)은 생성되지만, 두 개의 부분 레이저 빔(26) 사이에 공간적 오프셋은 생성되지 않는다.

도 6b에 도시된 편광기 요소(4)에서, 빔 입사 표면(40) 및 빔 출사 표면(42)은 서로 평행하게 정렬되고, 결정 공작물의 광축(44)은 빔 입사 표면(40)에 대해 45°의 각도로 정렬된다. 이 경우, 빔 입사 표면(40)에 수직으로 입사하는 입력 빔(2)은 빔 입사 표면(2a)에서 제1 일반적인 부분 레이저 빔(26O) 및 제2 이상한 부분 레이저 빔(26AO)으로 분할된다. 두 개의 부분 레이저 빔(26)은 빔 출사 표면(42)에서 평행하게, 즉, 각도 오프셋 없이, 그러나 공간적 오프셋(Δx)을 갖고 나간다.

따라서, 도 6a 및 도 6b에 도시된 두 개의 복굴절 편광기 요소(4)는 기본적으로, 도 5a에 도시된 편광기 요소(4)가 각도 오프셋(α)(공간적 오프셋은 없음)을 생성하고 도 5b에 도시된 편광기 요소(4)가 공간적 오프셋(Δx)(각도 오프셋은 없음)을 생성한다는 점에서 다르다. 두 편광기 요소(4)는 예를 들어 도 7에 도시된 바와 같이 설계될 수 있는 가공 광학 장치(6)의 구성요소를 형성할 수 있다. 일반적으로 2 개의 복굴절 광학 요소를 갖는 종래의 프리즘 편광기의 경우에서와 같이, 가공 광학 장치(6)가 공간적 오프셋(Δx) 및 각도 오프셋(α) 모두를 생성하는 편광기 요소를 포함할 수 있다는 것은 말할 필요도 없다.

도 7은 레이저 빔(2)을 서로 수직으로 편광된 부분 레이저 빔으로 분해하기 위한 복굴절 편광기 요소(4), 상이한 편광의 부분 레이저 빔(26)의 복수의 쌍을 생성하기 위해 사용되는 도 4에 따른 빔 스플리터 광학 장치(62), 및 초점 평면에서 분리 라인(10)을 따라 진행하는 부분 레이저 빔(26)을 초점 구역(24)에 포커싱하도록 설계된 포커싱 광학 장치를 포함하는 가공 광학 장치(6)를 각각 도시한다. 또한, 가공 광학 장치(6) 상류에는 선택적 λ/2 플레이트(70) 및 전환 가능한 편광 필터 요소(72)가 장착된다.

도 7에 도시된 가공 광학 장치(6)는, 도 6에서 가공될 공작물(1)의 표면(12) 상에 놓이는 초점 평면 상으로 두 개의 부분 레이저 빔(26)을 포커싱하는데 사용되는 포커싱 광학 장치(64)를 포함한다. 도 6에 도시된 것과 달리, 초점 평면은 표면(12) 상에 또는 공작물(1) 내에 놓일 수도 있다. 예를 들어 펄스 레이저 또는 초단파 펄스 레이저의 입사하는 레이저 빔(2)은 복굴절 편광기 요소(4)에 입사하고, 여기서 2 개의 부분 레이저 빔(26)이 생성된다.

도 7에 도시된 가공 광학 장치(6)에서, 빔 스플리터 광학 장치(62)는 빔 경로에서 편광기 요소(4) 하류에 배열된다. 그러나, 대안적으로, 빔 스플리터 광학 장치(62)는 또한 편광기 요소(4) 상류에 배열될 수 있다.

도 7에 도시된 가공 광학 장치(6)는 공작물(1)에 대해 적어도 부분적으로 이동될 수 있으므로, 분리 라인(10)을 따라 부분 레이저 빔(26)의 이동이 가능해진다. 특히, 부분 레이저 빔의 개수는 또한 빔 스플리터 광학 장치에 의해 가변될 수 있으므로, 분리 라인(10)을 여러 번 통과할 때 부분 레이저 빔의 출력 조정이 가능하다.

도 7에 도시된 가공 광학 장치(6)에서, 복굴절 편광기 요소(4)는 초점 평면에 대해 광학적으로 공액인 평면에 배열된다. 광학적 공액 평면은 포커싱 광학 장치(7)에 의해 생성된 각도 대 공간 변환(푸리에 변환)에 의해 초점 평면과 관련된다. 광학적 공액 평면의 각도는 초점 평면의 위치에 대응되며, 그 반대도 마찬가지이다. 따라서, 각도 오프셋(α)으로 편광기 요소(4)로부터 나오는 두 개의 부분 레이저 빔(26)은 초점 평면에서 초점 구역(24)의 두 개의 중심의 공간적 오프셋(Δx)으로 포커싱된다. 공간적 오프셋은 이 경우 초점 구역(24)의 직경보다 작아서, 두 개의 초점 구역(24)은 서로 중첩된다. 편광기 요소(4)로부터 나오는 두 개의 부분 레이저 빔(26)의 공간적 오프셋이 존재하지 않음으로 인해, 두 개의 부분 레이저 빔(26)은 포커싱 광학 장치(74)를 통과한 후에 초점 평면(8)에 평행하고 수직으로 정렬된다.

상이한 편광의 한 쌍의 인접한 부분 레이저 빔의 초점 구역들(24)은, 각각 서로에 대해 수직으로 편광되고 부분적으로 중첩되는 부분 레이저 빔(26)에 의해 형성된다. 추가적으로, 또한 각각의 경우에 직접 인접한 두 쌍 중 각각 서로에 대해 수직으로 편광된 2 개의 부분 레이저 빔(26)의 초점 구역(24)도 중첩된다. 도 7에 도시된 모든 초점 구역(24)에서, 서로 수직으로 편광된 부분 레이저 빔(26)만이 중첩되어, 동일한 편광의 부분 레이저 빔들(26) 사이에 간섭 효과가 발생하지 않는다. 초점 평면에서 이러한 방식으로 생성된 본질적으로 선형인 강도 분포는 분리 라인(10)을 따라 연장된다.

공작물에서 부분 레이저 빔의 배열체에서 하나의 편광 방향만이 필요한 경우, 이는 예를 들어 λ/2 플레이트(70) 및 편광 필터(72)를 변경함으로써 달성될 수 있다. 예를 들어, λ/2 플레이트(70)는 입사 레이저 빔(2)의 편광 방향을 편광기 요소(4)로 설정하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 편광기 요소(4) 하류에서 복수의 편광으로의 분할이 일어나지 않도록, p- 또는 s-편광 빔이 편광기 요소(4)에 충돌할 수 있다. 그러나, 편광기 요소(4) 하류에서 두 편광 성분이 동일한 강도를 갖는 방식으로, 입사 레이저 빔이 λ/2 플레이트(70)에 의해 회전되는 것도 가능하다.

가공 광학 장치(6) 하류의 임의의 바람직하지 않은 편광 방향을 필터링하기 위해, 편광기(72)가 가공 광학 장치(6) 하류에 도입될 수 있다. 예를 들어, 편광기는 전환 가능할 수 있다. 예를 들어, 이는 편광이 부분 레이저 빔(26)의 배열체로부터 제1 편광 방향을 필터링하지만 제2 편광은 통과하도록 허용한다는 것을 의미할 수 있다. 그러나, 정확히 그 반대일 수도 있다. 특히, 편광기(72)가 빔 경로로부터 제거될 수 있으므로, 두 편광 성분이 방해받지 않고 공작물로 안내될 수 있는 것도 가능하다. 그러나, 전환 가능하다는 것은 편광기가 오직 부분 빔(26)에 영향을 미치지 않는다는 것만을 의미하는 경우일 수도 있다.

도 7과 유사하게, 교번하여 편광된 강도 프로파일은 또한 도 6b에 따른 복굴절 편광 요소(4)로 생성될 수 있고, 여기서 부분 레이저 빔은 공간적 오프셋을 가지고 복굴절 편광 요소(4)를 떠난다. 그러나 부분 레이저 빔(26)을 공작물(1)에 서로 평행하게 포커싱하기 위해서는 공액 평면에서 각도 오프셋이 필요하므로, 공작물(1)에 대한 부분 레이저 빔(26)의 빔 각도를 보정하기 위해(도시되지 않음), 적어도 하나의 추가 렌즈 조립체가 필요하다.

도 8에는 방법이 개략적으로 제시되어 있고, 여기서 인접한 부분 레이저 빔은 상이한, 특히 직교하는 편광 방향을 갖는다. 펄스 레이저의 레이저 빔(2)은 예를 들어 도 6에 도시된 바와 같이 가공 광학 장치의 도움으로 다수의 부분 레이저 빔(26)으로 분할되고, 여기서 인접한 부분 레이저 빔은 서로 직교하는 편광을 갖고, 여기서 인접한 부분 레이저 빔 사이의 거리는 예를 들어 초점 구역(24)의 직경보다 작을 수 있다. 이는 상이한 편광을 갖는 부분 레이저 빔(26)에 대한 인접한 초점 구역(24)이 중첩됨을 의미한다. 그러나, 편광이 다르기 때문에, 방해 간섭 효과는 없다. 그러나, 상이한 부분 레이저 빔들(26)이 초점 구역(24)의 직경보다 훨씬 더 큰 거리를 갖는 경우도 있을 수도 있다. 원칙적으로, 편광기 요소를 통해 상이한 편광의 부분 레이저 빔의 거리(L)를 조정할 수 있다. 대조적으로, 부분 레이저 빔의 개수 및 동일한 편광의 부분 레이저 빔(26) 사이의 거리는 빔 스플리터 광학 장치(62)의 도움으로 설정될 수 있다.

상이한 편광을 갖는 부분 레이저 빔(26)의 사용은, 분리 라인(10)에 대한 상이한 편광 방향이 펄스당 제거 깊이 및 제거 에지의 품질에 영향을 미치기 때문에, 유리하다. 예를 들어, 피드 방향에 평행한 편광은 분리 라인을 따라 특히 매끄러운 에지를 생성하는 데 적합하다. 반면에 피드 방향에 수직인 편광은 레이저 펄스당 특히 효율적인 재료 제거를 가능하게 할 수 있다. 2 개의 동일하게 편광된 부분 레이저 빔 사이의 위치를 다른 편광의 부분 레이저 빔으로 채움으로써, 상이한 가공 전략을 통해 상이한 편광의 효율성 및 품질 향상이 달성될 수 있다.

도 9에는 다양한 가공 전략 및 본 방법의 변형이 도시되어 있다. 도 9a에서, 제1 단계에서 복수의 부분 레이저 빔(26)이 분리 라인(10)을 따라 공작물(1)에 도입된다. 인접한 부분 레이저 빔(26)은 상이한 편광을 갖는다. 특히, 인접한 부분 레이저 빔들(26)은 서로 작은 거리로 공작물(1)에 도입된다. 부분 레이저 빔(26)은 분리 라인(10)을 따라 편향되거나 또는 주기적으로 편향되어, 인접한 부분 레이저 빔(26)이 분리 라인(10) 상의 동일한 위치에 걸쳐 스위핑한다. 그러나, 편향은 인접한 부분 레이저 빔 사이의 거리보다 작을 수도 있다.

거리가 예를 들어 매우 작기 때문에, 분리 라인(10)을 따라 부분 레이저 빔의 강도 분포가 매우 균일하여, 분리 라인(10)을 따라 균일한 재료 제거가 가능하다. 제2 단계에서, 그 후 예를 들어 분리 라인(10)에 평행한 편광 성분은, 예를 들어 가공 광학 장치(6)의 광학 요소 중 하나가 변경되거나 또는 필터링됨으로써 차단될 수 있으므로, 분리 라인(10)에 평행한 편광을 갖는 부분 레이저 빔(26)만이 공작물(1)에 도입된다. 제2 단계에서 분리 라인(10)과 평행한 편광을 갖는 부분 레이저 빔만이 공작물(1)에 도입됨으로써, 제거 깊이를 효율적으로 증가시킬 수 있다.

도 9b에는 방법의 변형예가 도시되어 있고, 여기서 제1 단계에서는 분리 라인의 배향에 직교하는 편광을 갖는 부분 레이저 빔(26)만이 사용된다. 제1 단계에서, 직교 배향은 절단면에서 높은 파단 강도를 생성한다. 제2 단계에서는 그 후 분리 라인(10)과 평행한 편광을 갖는 부분 레이저 빔만을 사용하여, 공작물을 고효율로 분리할 수 있다.

도 9c에는 방법의 추가 변형예가 도시되어 있고, 여기서 도 9a와 유사한 제1 단계에서 부분 레이저 빔이 공작물(1)에 도입되고, 여기서 인접한 부분 레이저 빔은 서로 직교하여 편광된다. 제2 단계에서, 그 후, 분리 라인(10)에 평행하게 편광되는 부분 레이저 빔에 의해 분리 에지의 높은 파단 강도가 생성될 수 있고, 여기서 제3 단계에서는, 제거 깊이를 빠르고 효율적으로 증가시키기 위해, 분리 라인(10)에 수직으로 편광되는 부분 레이저 빔만이 사용된다. 대체로, 도 9a, 도 9b, 및 도 9c의 상이한 방법은 절단면의 고품질을 보장한다.

도 10은 상이한 펄스 길이 및 상이한 플루언스에 대한 방법의 어블레이션 효율을 보여준다. 도시된 모든 펄스 길이에 대해, 킬로줄당 세제곱 밀리미터 단위의 어블레이션 효율은 평방 센티미터당 줄 단위의 플루언스가 증가함에 따라 증가함을 볼 수 있다. 이는, 부분 레이저 빔의 강도가 클수록, 킬로줄당 전체 공작물 합성물에서 더 많은 재료가 제거된다는 것을 의미한다. 그러나, 이 값은 대략 1.5 J/cm² 의 플루언스에서부터 정체되어, 부분 레이저 빔의 플루언스 또는 강도를 더 증가시키는 것은 의미가 없다. 그러나, 어블레이션 효율을 더 높이려면, 입력 레이저 빔의 이용 가능한 에너지를 더 많은 부분 빔으로 분할하는 것이 합리적일 수 있다. 그런 다음, 어블레이션 효율에 부분 레이저 빔의 개수를 곱한다.

특히, 도 10에는 짧은 펄스 지속시간이 훨씬 더 높은 어블레이션 효율을 갖는다는 것이 도시되어 있고, 이것이 1.2 ps 미만의 펄스 지속시간이 바람직하게 사용되는 이유이다.

도 11에는 도 10의 데이터가 다른 방식으로 예시되어 있다. 여기서 최대 어블레이션 효율이 펄스 길이에 대해 도시된다. 1.2 ps 미만의 짧은 펄스 길이의 경우 최대 어블레이션 효율이 매우 높고, 즉, 2.5 내지 3 mm³/kJ 범위인 반면, 어블레이션 효율은 펄스 길이가 길어지면 감소한다는 것을 다시 알 수 있다.

도 12에는 펄스 레이저의 반복률의 함수로서 최대 어블레이션 효율이 도시되어 있다. 이를 위해, 부분 레이저 빔의 개수 및 반복률이 동일하게 변경된다. 예를 들어, 부분 레이저 빔만이 사용하는 경우, 1000 kHz의 반복률로 낮은 어블레이션 효율을 얻을 수 있다. 500 kHz만을 갖는 2 개의 부분 레이저 빔이 사용되는 경우, 방법의 효율성이 높아진다. 각각 330 kHz만을 갖는 3 개의 부분 레이저 빔을 사용하면 효율성을 더욱 높일 수 있다. 4 개의 부분 레이저 빔이 250 kHz의 반복률로 공작물에 도입되는 경우, 효율성이 다시 증가한다. 8 개의 부분 레이저 빔이 125 kHz의 반복률로 공작물에 도입되는 경우, 효율성이 다시 증가한다. 특히, 1 ps 미만의 짧은 펄스 길이를 사용하는 경우 이 방법은 8 개의 부분 레이저 빔을 사용할 때 하나의 부분 레이저 빔만을 사용할 때보다 4 배 더 효율적이지만, 동일한 총 에너지가 공작물에 적층되었다.

도 13에는, 상이한 펄스 길이 및 상이한 피드 속도로 가공된 여러 개의 샘플이 도시되어 있다. 펄스 길이가 더 짧을수록 훨씬 더 많은 재료가 제거된다는 것을 분명히 알 수 있다. 또한, 낮은 피드 속도에서는 부분 레이저 빔 또는 일관된 제거 기하학적 구조가 생성되는 반면, 빠른 피드 속도에서는 개별 "보어 홀"만이 볼 수 있음을 알 수 있다.

적용 가능한 경우, 예시적인 실시예에 제시된 모든 개별 특징들은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 서로 결합되고 및/또는 교환될 수 있다.

1 : 공작물 10 : 분리 라인
12 : 표면 2 : 레이저 빔
20 : 레이저 펄스 21 : 레이저
24 : 초점 구역 26 : 부분 레이저 빔
260 : 제1 부분 레이저 빔 262 : 제2 부분 레이저 빔
264 : 제3 부분 레이저 빔 280 : 제1 편광
282 : 제2 편광 3 : 변위
30 : 편향 300 : 분리 라인을 따른 편향
302 : 분리 라인에 반대되는 편향 4 : 복굴절 편광기 요소
40 : 빔 입사 표면 42 : 빔 출사 표면
44 : 광축 6 : 가공 광학 장치
61 : 텔레스코프 62 : 빔 스플리터 광학 장치
622 : 마이크로렌즈 63 : 조정 기구
64 : 포커싱 광학 장치 70 : 지연 플레이트
72 : 전환 가능한 편광 필터 L : 거리
MLA : 마이크로렌즈 어레이 D : 부분 레이저 빔 사이의 스팬

Claims

레이저 빔(2)의 레이저 펄스(20)에 의해 분리 라인(10)을 따라 공작물(1)을 분리하는 공작물 분리 방법으로서,
상기 레이저 빔(2)은 빔 스플리터 광학 장치(62)에 의해 복수의 부분 레이저 빔(26)으로 분할되고, 상기 부분 레이저 빔(26)은 포커싱 광학 장치(64)에 의해 상기 공작물(1)의 표면(12) 상으로 및/또는 체적으로 포커싱되어, 상기 부분 레이저 빔(26)은 상기 분리 라인(10)을 따라 서로 옆에 그리고 서로 이격되어 배열되며,
상기 분리 라인(10)을 따라 상기 공작물에 상기 부분 레이저 빔(26)의 상기 레이저 펄스(20)를 도입함으로써 재료 제거가 수행되고, 부분 레이저 빔(26)당 레이저 출력은 상기 공작물(1)에서 달성되는 제거 깊이(AT)에 따라 조정되는 것을 특징으로 하는 공작물 분리 방법.
제1항에 있어서,
부분 레이저 빔(26)당 상기 레이저 출력은 상기 레이저(2)의 주어진 입력 출력에 대해 부분 레이저 빔(26)의 개수가 조정됨으로써 조정되고, 바람직하게는 부분 레이저 빔(26)의 상기 개수는 제거 깊이(AT)가 증가함에 따라 감소되는 것을 특징으로 하는 공작물 분리 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
부분 레이저 빔(26)당 상기 레이저 출력은 제거 깊이(AT)가 증가함에 따라 증가되는 것을 특징으로 하는 공작물 분리 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 빔 스플리터 광학 장치(62)는 복수의 마이크로렌즈 어레이(MLA)로 이루어지고, 특히 4 개의 마이크로렌즈 어레이(MLA)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 공작물 분리 방법.
제4항에 있어서,
상기 빔 스플리터 광학 장치(62)는 각각 2 개의 마이크로렌즈 어레이(MLA)로 이루어진 적어도 2 개의 마이크로렌즈 어레이 쌍으로 이루어지며, 마이크로렌즈 어레이 쌍의 상기 마이크로렌즈 어레이(MLA)는 서로 고정된 거리를 갖는 것을 특징으로 하는 공작물 분리 방법.
제5항에 있어서,
상기 부분 레이저 빔(26)의 레이저 출력 및/또는 부분 레이저 빔(26)의 개수는 상기 두 개의 마이크로렌즈 어레이 쌍이 서로에 대해 변위됨으로써 조정되는 것을 특징으로 하는 공작물 분리 방법.
제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
마이크로렌즈 어레이 또는 마이크로렌즈 어레이 쌍은 볼록한 마이크로렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작물 분리 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 부분 레이저 빔(26)은 동일한 초점 평면에 포커싱되는 것을 특징으로 하는 공작물 분리 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 부분 레이저 빔(26)은 상기 분리 라인(10)을 따라 원래 위치(X0)로부터 편향량(300, 302)만큼 멀리 이동되고, 바람직하게는 상기 이동은 균일한 재료 제거를 보장하기 위해 상기 레이저의 반복률과 상관관계가 있는 것을 특징으로 하는 공작물 분리 방법.
제9항에 있어서,
상기 부분 레이저 빔(26)은 상기 분리 라인(10)을 따라 원래 위치(X0)로부터 편향량(300, 302)만큼 멀리 이동되고, 상기 편향량은 2 개의 인접한 부분 레이저 빔(26) 사이의 거리(L) 이하이고, 바람직하게는 상기 부분 레이저 빔 사이의 거리(L)와 동일하며, 그 후 상기 분리 라인(10)을 따라 상기 원래 위치(X0)로 다시 이동되고, 상기 이동은 특히 주기적인 이동일 수 있는 것을 특징으로 하는 공작물 분리 방법.
제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 분리 라인(10)은 직선이고, 상기 부분 레이저 빔(26)의 상기 이동은 선형 편향인 것을 특징으로 하는 공작물 분리 방법.
제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 주기적인 이동은 상기 포커싱 광학 장치(64)의 주기적인 이동에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 공작물 분리 방법.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
펄스형의 상기 레이저(2)는 초단파 펄스 레이저인 것을 특징으로 하는 공작물 분리 방법.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 부분 레이저 빔(26) 및 상기 공작물(1)은 서로에 대해 변위될 수 있고, 특히 피드 방향을 따른 피드로 변위될 수 있는 것을 특징으로 하는 공작물 분리 방법.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 입력 레이저 빔(2) 및/또는 상기 부분 레이저 빔(26)은 복굴절 편광기 요소(4)를 통과할 때 2 개의 서로 직교하는 편광 성분으로 분해되는 것을 특징으로 하는 공작물 분리 방법.
제15항에 있어서,
상기 복굴절 편광 요소(4)에 의해 편광 성분으로 분해되어 나가는 상기 부분 레이저 빔(26)은 서로에 대해 각도 오프셋(α) 및/또는 공간적 오프셋((Δx)을 갖는 것을 특징으로 하는 공작물 분리 방법.
제16항에 있어서,
포커싱된 상기 부분 레이저 빔(26)은 상기 분리 라인(10)을 따라 교번하는 편광을 갖거나 또는 각각의 부분 레이저 빔(26)의 상기 편광은 상기 분리 라인(10)을 따라 또는 상기 분리 라인(10)에 직교하여 정렬되는 것을 특징으로 하는 공작물 분리 방법.
제16항 또는 제17항에 있어서,
전체 분리 공정은 상이한 부분 분리 공정으로 분할되고, 각각의 부분 공정은 p- 또는 s-편광 부분 레이저 빔(26)으로 수행되는 것을 특징으로 하는 공작물 분리 방법.
제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공작물(1)은 웨이퍼, 특히 실리콘 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 공작물 분리 방법.