KR20240018366A - Laser machining apparatus - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 생산성을 저하시키지 않고 레이저광의 상태를 파악할 수 있는 레이저 가공 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
레이저 가공 장치는, 레이저광(21)을 생성하는 레이저 발진기(30)와, 레이저 발진기(30)에 의해 생성된 레이저광(21)을 집광하는 집광 렌즈(32)와, 레이저 발진기(30)에 의해 생성된 레이저광(21)을, 검사용 레이저광(22)과, 피가공물(100)에 집광시키기 위한 가공용 레이저광(22)으로 분리하는 분리 부재(33)와, 분리 부재(33)에 의해 분리된 검사용 레이저광(22)을 수광하는 수광부(40)와, 수광부(40)에 의해 수광한 레이저광(22)으로부터, 레이저광(22)의 강도에 관한 정보와, 레이저광(22)의 펄스 파형에 관한 정보를 취득하는 검출 유닛(50)과, 검출 유닛(50)에 의해 취득한 정보를 출력하는 제어부(54)를 구비한다.The purpose of the present invention is to provide a laser processing device that can determine the state of laser light without reducing productivity.
The laser processing device includes a laser oscillator 30 that generates laser light 21, a condensing lens 32 that focuses the laser light 21 generated by the laser oscillator 30, and the laser oscillator 30. a separation member 33 for separating the laser light 21 generated by the inspection laser light 22 and a processing laser light 22 for concentrating the laser light 22 on the workpiece 100; From the light receiving unit 40 that receives the inspection laser light 22 separated by the light receiving unit 40, information about the intensity of the laser light 22, and the laser light 22 ) and a control unit 54 that outputs the information acquired by the detection unit 50.
Description
본 발명은, 레이저 가공 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a laser processing device.
반도체 웨이퍼 등의 판상물(板狀物)을 분할하여 칩화하기 위해, 판상물에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저광을 판상물의 내부에 집광 조사하여 개질층을 형성하고, 이 개질층을 기점으로 분할하는 방법이나, 판상물에 대하여 흡수성을 갖는 파장의 레이저광을 조사하여 어블레이션시킴으로써 분할하는 방법 등이 알려져 있다(특허문헌 1, 2 참조). 이러한 가공 방법에 있어서 가공 품질을 안정시키기 위해서는 레이저 가공 장치의 레이저광의 상태를 파악하는 것이 매우 중요하다.In order to divide a plate-shaped material such as a semiconductor wafer into chips, a laser light having a wavelength that is transparent to the plate-shaped material is concentrated and irradiated into the inside of the plate-shaped material to form a modified layer, and the modified layer is divided as a starting point. A method of splitting a plate-shaped material by irradiating a laser beam of an absorptive wavelength to ablate the plate-shaped material is known (see
그러나, 종래, 레이저광의 강도를 측정하는 파워미터는, 레이저광을 차단하도록 설치할 필요가 있다. 그 때문에, 측정을 위해 가공을 정지할 필요가 있어, 생산성이 저하된다고 하는 문제가 있었다. 또한, 레이저광의 펄스 파형이나 펄스 빠짐 등을 관측하기 위해서는, 산란광을 수광할 수 있는 위치에 포토다이오드를 설치하여 오실로스코프에 접속하고, 육안으로 확인할 필요가 있어, 강도 측정과 마찬가지로 생산성이 저하될 뿐만 아니라, 번거로운 작업이었다.However, conventionally, power meters that measure the intensity of laser light need to be installed to block the laser light. Therefore, there was a problem that processing had to be stopped for measurement and productivity was reduced. In addition, in order to observe the pulse waveform or pulse loss of the laser light, it is necessary to install a photodiode in a position where scattered light can be received, connect it to an oscilloscope, and check it with the naked eye, which not only reduces productivity as in the case of intensity measurement. , it was a cumbersome task.
본 발명은, 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 생산성을 저하시키지 않고 레이저광의 상태를 파악할 수 있는 레이저 가공 장치를 제공하는 것이다.The present invention was made in view of these problems, and its purpose is to provide a laser processing device that can determine the state of laser light without reducing productivity.
전술한 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 레이저 가공 장치는, 레이저광을 생성하는 레이저 발진기와, 상기 레이저 발진기에 의해 생성된 레이저광을 집광하는 집광 렌즈와, 상기 레이저 발진기에 의해 생성된 레이저광을, 검사용 레이저광과, 피가공물에 집광시키기 위한 가공용 레이저광으로 분리하는 분리 부재와, 상기 분리 부재에 의해 분리된 검사용 레이저광을 수광하는 수광부와, 상기 수광부에 의해 수광한 레이저광으로부터, 상기 레이저광의 강도에 관한 정보와, 상기 레이저광의 펄스 파형에 관한 정보를 취득하는 검출 유닛과, 상기 검출 유닛에 의해 취득한 정보를 출력하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above-described problems and achieve the object, the laser processing device of the present invention includes a laser oscillator that generates laser light, a condensing lens that focuses the laser light generated by the laser oscillator, and the laser oscillator. A separation member that separates the laser light generated by the inspection laser light and the processing laser light for concentrating the laser light on the workpiece, a light receiving unit that receives the inspection laser light separated by the separation member, and the light receiving unit. It is characterized by comprising a detection unit that acquires information about the intensity of the laser light and information about the pulse waveform of the laser light from the received laser light, and a control section that outputs the information acquired by the detection unit.
또한, 본 발명의 레이저 가공 장치는, 상기 분리 부재에 의해 분리된 검사용 레이저광을 분기하기 위한 분기 미러를 더 구비하고, 상기 수광부는, 상기 분기 미러에 의해 분기된 한쪽 레이저광을 수광하여 상기 레이저광의 평균 출력을 측정하는 서멀 센서와, 상기 분기 미러에 의해 분기된 다른 쪽 레이저광을 수광하여 상기 레이저광의 펄스 파형에 관한 정보를 취득하는 포토디텍터를 가져도 좋다.In addition, the laser processing device of the present invention further includes a branching mirror for branching the inspection laser beam separated by the separation member, and the light receiving unit receives one laser beam branched by the branching mirror to receive the laser beam for inspection. You may have a thermal sensor that measures the average output of the laser light, and a photodetector that receives the other laser light branched by the branching mirror and acquires information about the pulse waveform of the laser light.
또한, 본 발명의 레이저 가공 장치에 있어서, 상기 서멀 센서는, 상기 분기 미러에 의해 반사된 레이저광을 수광하고, 상기 포토디텍터는, 상기 분기 미러를 투과한 레이저광을 수광하도록 배치되어도 좋다.Furthermore, in the laser processing device of the present invention, the thermal sensor may be arranged to receive the laser light reflected by the branching mirror, and the photodetector may be arranged to receive the laser light that has passed through the branching mirror.
또한, 본 발명의 레이저 가공 장치에 있어서, 상기 분기 미러와, 상기 포토디텍터 사이에 ND 필터를 배치하여도 좋다.Additionally, in the laser processing device of the present invention, an ND filter may be disposed between the branch mirror and the photodetector.
또한, 본 발명의 레이저 가공 장치에 있어서, 상기 검출 유닛에 의해 취득하는 상기 레이저광의 펄스 파형에 관한 정보는, 펄스 빠짐의 유무에 관한 정보를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 레이저광의 평균 출력에 기초하여, 펄스 빠짐을 검출하기 위한 임계값을 자동으로 설정하여도 좋다.In addition, in the laser processing device of the present invention, the information about the pulse waveform of the laser light acquired by the detection unit includes information about the presence or absence of pulse omission, and the control unit determines the pulse waveform of the laser light based on the average output of the laser light. Therefore, the threshold for detecting missing pulses may be automatically set.
본 발명은, 생산성을 저하시키지 않고 레이저광의 상태를 파악할 수 있다.The present invention can determine the state of laser light without reducing productivity.
도 1은 실시형태에 따른 레이저 가공 장치의 구성예를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 레이저광 조사 유닛의 개략 구성예를 나타낸 모식도이다.
도 3은 레이저광 조사 유닛의 다른 개략 구성예를 나타낸 모식도이다.
도 4는 수광부의 다른 개략 구성예를 나타낸 모식도이다.
도 5는 도 4에 도시된 서멀 센서가 수광한 레이저광의 평균 출력의 추이의 일례를 나타낸 그래프이다.
도 6은 도 4에 도시된 포토디텍터가 수광한 레이저광의 출력의 추이의 일례를 나타낸 그래프이다.1 is a perspective view showing a configuration example of a laser processing device according to an embodiment.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a schematic configuration example of the laser light irradiation unit shown in FIG. 1.
Figure 3 is a schematic diagram showing another schematic configuration example of a laser light irradiation unit.
Figure 4 is a schematic diagram showing another schematic configuration example of a light receiving unit.
FIG. 5 is a graph showing an example of the trend of the average output of laser light received by the thermal sensor shown in FIG. 4.
FIG. 6 is a graph showing an example of the change in output of laser light received by the photo detector shown in FIG. 4.
본 발명을 실시하기 위한 형태(실시형태)에 대해, 도면을 참조하면서 상세히 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 기재된 구성은 적절하게 조합하는 것이 가능하다. 또한, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 구성의 여러 가지 생략, 치환 또는 변경을 행할 수 있다.The form (embodiment) for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the content described in the following embodiments. 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. Additionally, the configurations described below can be combined appropriately. Additionally, various omissions, substitutions, or changes in the structure may be made without departing from the gist of the present invention.
[실시형태][Embodiment]
우선, 본 발명의 실시형태에 따른 레이저 가공 장치(1)의 전체 구성에 대해서 도면에 기초하여 설명한다. 도 1은 실시형태에 따른 레이저 가공 장치(1)의 구성예를 나타낸 사시도이다. 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 방향이며, 집광점 위치 조정 방향이 Z축 방향이다.First, the overall configuration of the
도 1에 도시된 바와 같이, 레이저 가공 장치(1)는, 유지 테이블(10)과, 레이저광 조사 유닛(20)과, 이동 유닛(60)과, 촬상 유닛(70)과, 표시 유닛(80)을 구비한다. 실시형태에 따른 레이저 가공 장치(1)는, 가공 대상인 피가공물(100)에 대하여, 레이저광(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 개질층을 형성하는 개질층 형성 가공, 피가공물(100)의 표면에 홈을 형성하는 홈 가공, 또는 분할 예정 라인을 따라 피가공물(100)을 절단하는 절단 가공 등이다.As shown in FIG. 1, the
피가공물(100)은, 예컨대, 실리콘(Si), 사파이어(Al2O3), 갈륨비소(GaAs), 탄화규소(SiC), 또는 리튬 탄탈레이트(LiTaO3) 등을 기판으로 하는 원판형의 반도체 디바이스 웨이퍼, 광 디바이스 웨이퍼 등의 웨이퍼이다. 또한, 피가공물(100)은, 실시형태에서는 원판형이지만, 본 발명에서는 원판형이 아니어도 좋다. 피가공물(100)은, 예컨대, 환형의 프레임(110)이 접착되고 또한 피가공물(100)의 외경(外徑)보다 대직경인 테이프(111)가 피가공물(100)의 이면에 접착되어, 프레임(110)의 개구 내에 지지된 상태로 반송 및 가공된다.The
유지 테이블(10)은, 피가공물(100)을 유지면(11)으로 유지한다. 유지면(11)은, 다공성 세라믹 등으로 형성된 원판 형상이다. 유지면(11)은, 실시형태에 있어서, 수평 방향과 평행한 평면이다. 유지면(11)은, 예컨대, 진공 흡인 경로를 통해 진공 흡인원과 접속되어 있다. 유지 테이블(10)은, 유지면(11) 상에 배치된 피가공물(100)을 흡인 유지한다. 유지 테이블(10) 주위에는, 피가공물(100)을 지지하는 환형의 프레임(110)을 끼우는 클램프부(12)가 복수 배치되어 있다.The holding table 10 holds the
유지 테이블(10)은, 회전 유닛(13)에 의해 Z축 방향과 평행한 축심 주위로 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 X축 방향 이동 유닛(61)에 의해 X축 방향으로 이동된다. 회전 유닛(13) 및 유지 테이블(10)은, X축 방향 이동 플레이트(14), X축 방향 이동 유닛(61) 및 Y축 방향 이동 플레이트(15)를 통해, 후술하는 Y축 방향 이동 유닛(62)에 의해 Y축 방향으로 이동된다.The holding table 10 is rotated around an axis parallel to the Z-axis direction by the
레이저광 조사 유닛(20)은, 유지 테이블(10)의 유지면(11)에 유지된 피가공물(100)에 대하여 레이저광(21)을 조사하는 유닛이다. 레이저광 조사 유닛(20) 중, 적어도 집광 렌즈(32)(도 2 참조)는, 레이저 가공 장치(1)의 장치 본체(2)로부터 세워진 기둥(3)에 설치되는 후술하는 Z축 방향 이동 유닛(63)에 지지된다. 레이저광 조사 유닛(20)의 구체적인 구성예에 대해서는 후술로써 상세히 설명한다.The laser
이동 유닛(60)은, 레이저광(21)의 집광점을 유지 테이블(10)에 유지된 피가공물(100)에 대하여 상대적으로 이동시키는 유닛이다. 이동 유닛(60)은, X축 방향 이동 유닛(61)과, Y축 방향 이동 유닛(62)과, Z축 방향 이동 유닛(63)을 포함한다.The moving
X축 방향 이동 유닛(61)은, 유지 테이블(10)과, 레이저광 조사 유닛(20)의 집광점을 가공 이송 방향인 X축 방향으로 상대적으로 이동시키는 유닛이다. X축 방향 이동 유닛(61)은, 실시형태에 있어서, 유지 테이블(10)을 X축 방향으로 이동시킨다. X축 방향 이동 유닛(61)은, 실시형태에 있어서, 레이저 가공 장치(1)의 장치 본체(2) 상에 설치되어 있다. X축 방향 이동 유닛(61)은, X축 방향 이동 플레이트(14)를 X축 방향으로 이동 가능하게 지지한다.The X-axis
Y축 방향 이동 유닛(62)은, 유지 테이블(10)과, 레이저광 조사 유닛(20)의 집광점을 인덱싱 이송 방향인 Y축 방향으로 상대적으로 이동시키는 유닛이다. Y축 방향 이동 유닛(62)은, 실시형태에 있어서, 유지 테이블(10)을 Y축 방향으로 이동시킨다. Y축 방향 이동 유닛(62)은, 실시형태에 있어서, 레이저 가공 장치(1)의 장치 본체(2) 상에 설치되어 있다. Y축 방향 이동 유닛(62)은, Y축 방향 이동 플레이트(15)를 Y축 방향으로 이동 가능하게 지지한다.The Y-axis
Z축 방향 이동 유닛(63)은, 유지 테이블(10)과, 레이저광 조사 유닛(20)의 집광점을 집광점 위치 조정 방향인 Z축 방향으로 상대적으로 이동시키는 유닛이다. Z축 방향 이동 유닛(63)은, 실시형태에 있어서, 레이저광 조사 유닛(20)의 적어도 집광 렌즈(32)를 Z축 방향으로 이동시킨다. Z축 방향 이동 유닛(63)은, 실시형태에 있어서, 레이저 가공 장치(1)의 장치 본체(2)로부터 세워진 기둥(3)에 설치되어 있다. Z축 방향 이동 유닛(63)은, 레이저광 조사 유닛(20)의 적어도 집광 렌즈(32)를 Z축 방향으로 이동 가능하게 지지한다.The Z-axis
X축 방향 이동 유닛(61), Y축 방향 이동 유닛(62), 및 Z축 방향 이동 유닛(63)은 각각, 실시형태에 있어서, 주지의 볼나사와, 주지의 펄스 모터와, 주지의 가이드 레일을 포함한다. 볼나사는, 축심 주위로 회전 가능하게 설치된다. 펄스 모터는, 볼나사를 축심 주위로 회전시킨다. X축 방향 이동 유닛(61)의 가이드 레일은, X축 방향 이동 플레이트(14)를 X축 방향으로 이동 가능하게 지지한다. X축 방향 이동 유닛(61)의 가이드 레일은, Y축 방향 이동 플레이트(15)에 고정하여 설치된다. Y축 방향 이동 유닛(62)의 가이드 레일은, Y축 방향 이동 플레이트(15)를 Y축 방향으로 이동 가능하게 지지한다. Y축 방향 이동 유닛(62)의 가이드 레일은, 장치 본체(2)에 고정하여 설치된다. Z축 방향 이동 유닛(63)의 가이드 레일은, 레이저광 조사 유닛(20)의 적어도 집광 렌즈(32)를 Z축 방향으로 이동 가능하게 지지한다. Z축 방향 이동 유닛(63)의 가이드 레일은, 기둥(3)에 고정하여 설치된다.In the embodiment, the Includes rails. The ball screw is installed to be rotatable about the axis. The pulse motor rotates the ball screw around its axis. The guide rail of the X-axis
촬상 유닛(70)은, 유지 테이블(10)에 유지된 피가공물(100)을 촬상한다. 촬상 유닛(70)은, CCD(Charge Coupled Device) 카메라 또는 적외선 카메라를 포함한다. 촬상 유닛(70)은, 예컨대, 레이저광 조사 유닛(20)의 집광 렌즈(32)(도 2 참조)에 인접하도록 고정되어 있다. 촬상 유닛(70)은, 피가공물(100)을 촬상하여, 피가공물(100)과 레이저광 조사 유닛(20)의 위치 맞춤을 행하는 얼라인먼트를 수행하기 위한 화상을 얻어, 얻은 화상을 출력한다.The
표시 유닛(80)은, 액정 표시 장치 등에 의해 구성되는 표시부이다. 표시 유닛(80)은, 예컨대, 가공 조건의 설정 화면, 촬상 유닛(70)이 촬상한 피가공물(100)의 상태, 가공 동작의 상태 등을, 표시면에 표시시킨다. 표시 유닛(80)의 표시면이 터치 패널을 포함하는 경우, 표시 유닛(80)은, 입력부를 포함하여도 좋다. 입력부는, 오퍼레이터가 가공 내용 정보를 등록하는 등의 각종 조작을 접수 가능하다. 입력부는, 키보드 등의 외부 입력 장치여도 좋다. 표시 유닛(80)은, 표시면에 표시되는 정보나 화상이 입력부 등으로부터의 조작에 의해 전환된다.The
다음에, 레이저광 조사 유닛(20)의 구체적인 구성에 대해서 설명한다. 도 2는 도 1에 도시된 레이저광 조사 유닛(20)의 개략 구성예를 나타낸 모식도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 레이저광 조사 유닛(20)은, 레이저 발진기(30)와, 집광 렌즈(32)를 포함한다.Next, the specific configuration of the laser
레이저 발진기(30)는, 피가공물(100)을 가공하기 위한 소정의 파장을 갖는 레이저광(21)을 생성하여 출사한다. 레이저광 조사 유닛(20)이 조사하는 레이저광(21)은, 피가공물(100)에 대하여 투과성 또는 흡수성을 갖는 파장의 레이저광이다. 레이저 발진기(30)는, 레이저광(21)을 발진하여 증폭하는 레이저 매질을 포함하는 레이저 발진부(31)를 갖는다. 또한, 실시형태의 레이저 발진기(30)는, 하우징 내부에, 분리 부재(33)와, 수광부(40)와, 검출 유닛(50)과, 제어부(54)가 설치된다.The laser oscillator 30 generates and emits
분리 부재(33)는, 레이저 발진부(31)와 집광 렌즈(32) 사이의 레이저광(21)의 광로 상에 설치된다. 분리 부재(33)는, 레이저 발진부(31)에 있어서 생성된 레이저광(21)을, 검사용 레이저광(22)과, 가공용 레이저광(23)으로 분리한다.The
실시형태의 분리 부재(33)는, 예컨대 유리를 포함하고, 레이저광(21) 중 99% 이상을 투과함과 더불어, 1 퍼센트 미만을 반사한다. 즉, 실시형태의 분리 부재(33)는, 반사된 레이저광(21)을 검사용 레이저광(22)으로서 수광부(40)로 유도하고, 투과시킨 레이저광(21)을 가공용 레이저광(23)으로서 집광 렌즈(32)로 유도한다. 또한, 분리 부재(33)는, 반사 미러를 포함하여도 좋으며, 이 경우, 반사된 레이저광(21)을 가공용 레이저광(23)으로서 집광 렌즈(32)로 유도하고, 투과시킨 레이저광(21)을 검사용 레이저광(22)으로서 수광부(40)로 유도하도록 배치하면 좋다.The
수광부(40)는, 분리 부재(33)에 의해 분리된 검사용 레이저광(22)을 수광한다. 실시형태의 수광부(40)는, 광 신호를 전기 신호로 변환함으로써 광을 검출하는 포토디텍터(광검출기)를 포함한다. 또한, 수광부(40)의 전단에 광량을 감쇠시키는 필터가 배치되어 있어도 좋다. 필터는, 예컨대, 소정의 파장대에 있어서 파장을 선택하지 않고, 광량을 일정량 낮추어 투과하는 ND(Neutral Density) 필터를 포함한다. 수광부(40)는, 수광한 광에 대응하는 전기 신호를 검출 유닛(50)으로 출력한다.The
검출 유닛(50)은, 수광부(40)에 의해 수광한 검사용 레이저광(22)의 정보를 취득하는 유닛이다. 검출 유닛(50)은, 신호 증폭부(51)와, 펄스 파형 정보 취득부(52)와, 광강도 정보 취득부(53)를 포함한다. 신호 증폭부(51)는, 수광부(40)로부터 취득한 전기 신호를 증폭하여 펄스 파형 정보 취득부(52) 및 광강도 정보 취득부(53)로 출력한다.The
펄스 파형 정보 취득부(52)는, 레이저광(22)의 펄스 파형에 관한 정보에 대응하는 광강도의 전기 신호를 취득한다. 광강도 정보 취득부(53)는, 레이저광(22)의 강도에 관한 정보에 대응하는 광강도의 전기 신호를 취득한다. 또한, 펄스 파형 정보 취득부(52) 및 광강도 정보 취득부(53)는, 각각의 정보를 아날로그 신호로 취득한다. 펄스 파형 정보 취득부(52) 및 광강도 정보 취득부(53)는, 취득한 각 정보에 대응하는 아날로그 신호를, 제어부(54)로 출력한다.The pulse waveform information acquisition unit 52 acquires an electrical signal of light intensity corresponding to information about the pulse waveform of the
제어부(54)는, 연산 수단으로서의 연산 처리 장치와, 기억 수단으로서의 기억 장치와, 통신 수단으로서의 입출력 인터페이스 장치를 포함하는 컴퓨터이다. 연산 처리 장치는, 예컨대, 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, 연산결과에 따라, 입출력 인터페이스 장치를 통해 각종 제어 신호를 전술한 각 구성 요소에 출력한다.The control unit 54 is a computer that includes an arithmetic processing device as a calculation means, a memory device as a storage means, and an input/output interface device as a communication means. The arithmetic processing unit includes, for example, a microprocessor such as a CPU (Central Processing Unit). The storage device has memory such as HDD (Hard Disk Drive), ROM (Read Only Memory), or RAM (Random Access Memory). The arithmetic processing unit performs various calculations based on a predetermined program stored in a memory device. The arithmetic processing device outputs various control signals to each of the above-described components through an input/output interface device according to the arithmetic results.
제어부(54)는, 펄스 파형 정보 취득부(52) 및 광강도 정보 취득부(53)로부터 취득한 아날로그 신호를 AD 변환한다. 또한, 제어부(54)는, 광강도의 AD값을, 파워값으로 환산한다. 이에 따라, 제어부(54)는, 펄스 파형 정보 취득부(52)가 취득한 레이저광(22)의 펄스 파형에 관한 정보에 대응하는 광강도의 전기 신호로부터, 피크 출력의 시간 추이 정보를 얻는다. 또한, 제어부(54)는, 광강도 정보 취득부(53)가 취득한 레이저광(22)의 강도에 관한 정보에 대응하는 광강도의 전기 신호로부터, 평균 출력의 시간 추이 정보를 얻는다.The control unit 54 performs AD conversion on the analog signals acquired from the pulse waveform information acquisition unit 52 and the light intensity
제어부(54)는, 검출 유닛(50)에 의해 취득한 검사용 레이저광(22)의 강도에 관한 정보에 기초하여, 레이저광(22)의 평균 출력의 시간 추이를 취득한다. 검사용 레이저광(22)과 가공용 레이저광(23)은, 분리 부재(33)에 있어서 소정의 비율로 분리되기 때문에, 레이저광(22)의 평균 출력의 시간 추이에 의해, 가공용 레이저광(23)의 평균 출력의 시간 추이를 추정하는 것이 가능하다. 즉, 가공용 레이저광(23)의 평균 출력의 시간 추이에 기초하여, 예컨대, 레이저광(23)의 강도의 예기치 않은 저하 등의 장치 이상을 검출할 수 있다.The control unit 54 acquires the time transition of the average output of the
또한, 제어부(54)는, 검출 유닛(50)에 의해 취득한 검사용 레이저광(22)의 펄스 파형에 관한 정보에 기초하여, 레이저광(22)의 피크 출력의 시간 추이를 취득한다. 검사용 레이저광(22)과 가공용 레이저광(23)은, 분리 부재(33)에 있어서 소정의 비율로 분리되기 때문에, 레이저광(22)의 피크 출력의 시간 추이에 의해, 가공용 레이저광(23)의 피크 출력의 시간 추이를 추정하는 것이 가능하다. 즉, 제어부(54)는, 가공용 레이저광(23)의 피크 출력의 시간 추이에 기초하여, 예컨대, 레이저광(23)의 펄스 빠짐 등의 장치 이상을 검출할 수 있다.Additionally, the control unit 54 acquires the time transition of the peak output of the
여기서, 검출 유닛(50)의 펄스 파형 정보 취득부(52)가 취득하는 레이저광(22)의 펄스 파형에 관한 정보는, 펄스 빠짐의 유무에 관한 정보를 포함하여도 좋다. 펄스 빠짐의 유무의 검출은, 소정의 임계값에 대하여, 펄스마다의 피크 출력이 하회하는지 여부의 판정에 의해 행한다. 실시형태의 제어부(54)는, 레이저광(22)의 평균 출력의 시간 추이에 기초하여, 펄스 빠짐의 검출을 행하기 위한 임계값을 자동적으로 설정한다. 이에 따라, 레이저광(21)의 조사 중에 가공 조건을 변경하고, 적절한 임계값이 변화하는 경우에도 대응 가능하다.Here, the information about the pulse waveform of the
집광 렌즈(32)는, 레이저 발진기(30)로부터 출사된 레이저광(21)을, 유지 테이블(10)의 유지면(11)에 유지된 피가공물(100)에 집광하여, 피가공물(100)에 조사시킨다. 집광 렌즈(32)는, 레이저 발진부(31)로부터 출사되어 분리 부재(33)에 입사된 레이저광(21) 중, 분리 부재(33)를 투과한 가공용 레이저광(23)을, 피가공물(100)에 집광한다.The
도 2에 도시된 실시형태의 레이저광 조사 유닛(20)에서는, 레이저 발진기(30)의 내부에 수광부(40) 및 검출 유닛(50)이 배치되어 있지만, 본 발명에서는 이 형태에 한정되지 않는다. 도 3은 레이저광 조사 유닛(20-1)의 다른 개략 구성예를 나타낸 모식도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 레이저광 조사 유닛(20-1)은, 실시형태의 레이저광 조사 유닛(20)과 비교하여, 레이저 발진기(30) 대신에 레이저 발진기(30-1)를 구비하는 점에서 상이하다.In the laser
레이저 발진기(30-1)는, 내부에, 분리 부재(33), 수광부(40), 검출 유닛(50) 및 제어부(54)를 구비하지 않는다. 즉, 레이저광 조사 유닛(20-1)은, 레이저 발진기(30-1) 외부에, 분리 부재(33), 수광부(40), 검출 유닛(50) 및 제어부(54)를 구비한다. 분리 부재(33)는, 레이저 발진기(30-1)로부터 출사된 후의 레이저광(21)을, 검사용 레이저광(22)과, 가공용 레이저광(23)으로 분리한다. 다른 구성 부품에 대해서는, 도 2에 도시된 레이저광 조사 유닛(20)의 구성 부품과 동일하기 때문에, 설명을 생략한다.The laser oscillator 30-1 does not have a
실시형태의 수광부(40)는, 포토디텍터를 포함하지만, 본 발명에서는, 서멀 센서를 더 포함하여도 좋다. 도 4는 수광부(40-1)의 다른 개략 구성예를 나타낸 모식도이다. 수광부(40-1)는, 분기 미러(41)에 의해 분기된 레이저광(24, 25)을 각각 수광하는 서멀 센서(42)와, 포토디텍터(43)를 포함한다.The
분기 미러(41)는, 분리 부재(33)에 의해 분리된 검사용 레이저광(22)을 분기한다. 분기 미러(41)는, 분기된 한쪽 레이저광(22)을 레이저광(24)으로서 서멀 센서(42)로 유도하고, 분기된 다른 쪽 레이저광(22)을 레이저광(25)으로서 포토디텍터(43)로 유도한다. 분기 미러(41)는, 예컨대, 99% 정도의 레이저광(22)을 반사하는 반사 미러이다. 분기 미러(41)는, 레이저광(22)의 99% 정도를 반사하여 레이저광(24)으로서 서멀 센서(42)로 유도하고, 나머지 1 퍼센트 정도를 투과하여 포토디텍터(43)로 유도한다.The
서멀 센서(42)는, 분기 미러(41)에 의해 분기된 한쪽 레이저광(24)을 수광하여 레이저광(24)의 평균 출력을 측정한다. 실시형태의 서멀 센서(42)는, 분기 미러(41)에 의해 반사된 레이저광(24)을 수광한다.The
포토디텍터(43)는, 분기 미러(41)에 의해 분기된 다른 쪽 레이저광(25)을 수광하여 레이저광(25)의 펄스 파형에 관한 정보를 취득한다. 실시형태의 포토디텍터(43)는, 분기 미러(41)를 투과한 레이저광(25)을 수광한다.The
도 4에 도시된 바와 같이, 분기 미러(41)의 전단에는, 집광 렌즈(44) 및 파장 선택 필터(45)가 배치된다. 또한, 분기 미러(41)와, 포토디텍터(43) 사이에는 ND 필터(46)가 배치된다.As shown in FIG. 4, a condensing
집광 렌즈(44)는, 분리 부재(33)로 분리된 검사용 레이저광(22)을, 포토디텍터(43)의 수광면을 향해 집광한다. 집광 렌즈(44)를 투과한 레이저광(22)은, 파장 선택 필터(45), 분기 미러(41), 및 ND 필터(46)를 투과하여, 포토디텍터(43)에 입사된다.The
파장 선택 필터(45)는, 집광 렌즈(44)와 분기 미러(41) 사이의 검사용 레이저광(22)의 광로 상에 배치된다. 파장 선택 필터(45)는, 검사용 레이저광(22) 중, 소정의 파장만을 투과하는 필터이다. 파장 선택 필터(45)는, 예컨대, 밴드 패스 필터, 다이크로익 필터, 롱 패스 필터 및 숏 패스 필터 중 어느 하나, 또는 이들을 조합한 구성의 필터이다. 밴드 패스 필터는, 특정 파장을 임의로 선택하여 투과시키는 필터이다. 다이크로익 필터는, 특정 파장 영역의 광을 반사하고, 나머지 파장 영역의 광을 투과시키는 필터이다. 롱 패스 필터는, 소정의 파장보다 긴 파장의 광을 투과시키는 필터이다. 숏 패스 필터는, 소정의 파장보다 짧은 파장의 광을 투과시키는 필터이다. 실시형태의 파장 선택 필터(45)는, 서멀 센서(42) 및 포토디텍터(43)에 있어서 측정 가능한 파장만을 투과시킨다.The
ND 필터(46)는, 분기 미러(41)에 의해 분기된 레이저광(25)의 광량을 일정량 낮추어 투과시킨다. 이에 따라, 포토디텍터(43)에 입사되는 레이저광(25)의 광량을 낮출 수 있다.The
여기서, 서멀 센서(42) 및 포토디텍터(43) 양쪽 모두를 갖는 수광부(40)를 구비하는 레이저 가공 장치(1)에 있어서, 펄스 빠짐을 검출하기 위한 임계값(93)을 자동적으로 설정하는 방법에 대해서 설명한다. 도 5는 도 4에 도시된 서멀 센서(42)가 수광한 레이저광(24)의 평균 출력의 추이의 일례를 나타낸 그래프이다. 도 6은 도 4에 도시된 포토디텍터(43)가 수광한 레이저광(25)의 출력의 추이의 일례를 나타낸 그래프이다. 도 5 및 도 6에 도시된 일례에서는, 레이저 가공 조건을, 제1 가공 조건(91)으로부터 제2 가공 조건(92)으로 중간에 변경하고 있는 것으로 한다.Here, in the laser processing device (1) provided with a light receiving unit (40) having both a thermal sensor (42) and a photo detector (43), a method of automatically setting a threshold value (93) for detecting missing pulses Explain. FIG. 5 is a graph showing an example of the trend of the average output of the
제어부(54)는, 서멀 센서(42)가 취득한 레이저광(24)의 평균 출력에 기초하여, 도 5에 도시된 바와 같은 가공용 레이저광(23)의 평균 출력의 추이를 추정한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 가공 조건(91)으로 레이저 가공을 실행하고 있는 동안, 레이저광(23)의 평균 출력은, 대략 일정하다. 또한, 제2 가공 조건(92)으로 레이저 가공을 실행하고 있는 동안, 레이저광(23)의 평균 출력은, 대략 일정하다. 또한, 제1 가공 조건(91)으로부터 제2 가공 조건(92)으로 이행함으로써, 레이저광(23)의 평균 출력은, 변화한다(도 5에 도시된 일례에서는 감소한다).The control unit 54 estimates the transition of the average output of the
또한, 제어부(54)는, 도 6에 도시된 바와 같은 포토디텍터(43)가 취득한 레이저광(25)의 피크 출력을 포함하는 파형 데이터에 기초하여, 가공용 레이저광(23)의 피크 출력의 추이를 추정한다. 제1 가공 조건(91)으로 레이저 가공을 실행하고 있는 동안, 레이저광(23)의 펄스 파형은, 대략 일정하다. 또한, 제2 가공 조건(92)으로 레이저 가공을 실행하고 있는 동안, 레이저광(23)의 펄스 파형은, 대략 일정하다. 또한, 제1 가공 조건(91)으로부터 제2 가공 조건(92)으로 이행함으로써, 레이저광(23)의 펄스 파형은, 변화한다(도 6에 도시된 일례에서는 피크값이 감소한다).In addition, the control unit 54 monitors the transition of the peak output of the
제어부(54)는, 도 5에 도시된 서멀 센서(42)가 취득한 레이저광(24)의 평균 출력에, 소정의 계수를 곱한 값을, 도 6에 도시된 포토디텍터(43)가 취득한 레이저광(25)의 파형 데이터의 펄스 빠짐의 임계값(93)으로서 설정한다. 따라서, 설정되는 임계값(93)은, 레이저광(23)의 평균 출력이 변화하는 타이밍, 즉 제1 가공 조건(91)으로부터 제2 가공 조건(92)으로 이행하는 타이밍으로 변화한다.The control unit 54 multiplies the average output of the
이상 설명한 바와 같이, 실시형태에 따른 레이저 가공 장치(1)에서는, 레이저광(21)의 일부를 검사용 레이저광(22)으로서 분리하고, 이 레이저광(22)을 수광함으로써, 레이저광(22)의 강도 측정과 펄스 관측을 동시에 행하는 것을 가능하게 하고 있다. 이 방법에서는, 레이저광(21)의 일부를 검출용 레이저광(22)으로서 분리하면서, 레이저광(21)의 대부분을 가공용 레이저광(23)으로서 사용하고 있기 때문에, 가공하면서 레이저광(21)의 상태를 파악하는 것이 가능해져, 생산성을 향상시킬 수 있게 된다.As explained above, in the
예컨대, 검지한 레이저광(22)의 평균 출력의 추이 및 출력의 추이에 기초하여, 이들이 미리 설정한 임계값을 하회함으로써, 가공용 레이저광(23)의 출력 저하 및 펄스 빠짐을 추정할 수 있다. 레이저광(22)의 출력이 저하된 경우나, 펄스 빠짐이 관측된 경우에는, 가공을 정지하여 피가공물(100)의 전손(全損)을 회피하는 것이 가능하다. 또한, 이상이 관측된 순간의 전후의 각종 센서값을 로그로서 보존하여, 이상 해석에 사용하는 것도 가능하다. 여기서, 각종 센서값이란, 레이저 발진기(30) 내부의 광학 소자에 부족한 전압이나 전류, 온도 등의 정보, 광학 박스 내의 온도나 습도 등의 정보를 포함한다. 또한, 이들 데이터를 축적함으로써, 불량 발생의 예지나 방지에 이용할 수 있다.For example, based on the change in the average output of the detected
또한, 레이저광(23)의 평균 출력 및 출력의 추이를 검지하고, 평균 출력에 기초하여 펄스 빠짐을 검출하기 위한 임계값을 자동 설정함으로써, 가공 중에 가공 조건을 변경하고, 적정한 임계값이 변화하는 경우에도 적용 가능하다.In addition, by detecting the average output of the
또한, 본 발명은, 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 골자를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 변형하여 실시할 수 있다. 예컨대, 제어부(54)는, 검출 유닛(50)에 의해 취득한 정보를 출력하는 것이어도 좋고, 출력된 정보에 기초하여, 장치가 정상으로 가동하고 있는지 여부를 오퍼레이터가 판단하여도 좋다. 예컨대, 제어부(54)는, 서멀 센서(42)가 취득한 평균 출력에 기초하여 설정한 펄스 빠짐을 검출하기 위한 임계값과, 포토디텍터(43)가 취득한 파형 데이터를 출력하기만 하여도 좋고, 출력된 정보에 기초하여, 펄스 빠짐의 유무를 오퍼레이터가 판단하여도 좋다.Additionally, the present invention is not limited to the above embodiments. In other words, the present invention can be implemented with various modifications without departing from the gist of the present invention. For example, the control unit 54 may output information acquired by the
1 : 레이저 가공 장치
10 : 유지 테이블
20, 20-1 : 레이저광 조사 유닛
21, 22, 23, 24, 25 : 레이저광
30, 30-1 : 레이저 발진기
31 : 레이저 발진부
32 : 집광 렌즈
33 : 분리 부재
40, 40-1 : 수광부
41 : 분기 미러
42 : 서멀 센서
43 : 포토디텍터
44 : 집광 렌즈
45 : 파장 선택 필터
46 : ND 필터
50 : 검출 유닛
51 : 신호 증폭부
52 : 펄스 파형 정보 취득부
53 : 광강도 정보 취득부
54 : 제어부
91 : 제1 가공 조건
92 : 제2 가공 조건
93 : 임계값
100 : 피가공물1: Laser processing device 10: Holding table
20, 20-1: Laser
30, 30-1: laser oscillator 31: laser oscillator
32: condenser lens 33: separation member
40, 40-1: light receiving unit 41: branch mirror
42: thermal sensor 43: photo detector
44: condenser lens 45: wavelength selection filter
46: ND filter 50: detection unit
51: signal amplification unit 52: pulse waveform information acquisition unit
53: Light intensity information acquisition unit 54: Control unit
91: first processing condition 92: second processing condition
93: Threshold 100: Workpiece
Claims (5)
레이저광을 생성하는 레이저 발진기와,
상기 레이저 발진기에 의해 생성된 레이저광을 집광하는 집광 렌즈와,
상기 레이저 발진기에 의해 생성된 레이저광을, 검사용 레이저광과, 피가공물에 집광시키기 위한 가공용 레이저광으로 분리하는 분리 부재와,
상기 분리 부재에 의해 분리된 검사용 레이저광을 수광하는 수광부와,
상기 수광부에 의해 수광한 레이저광으로부터, 상기 레이저광의 강도에 관한 정보와, 상기 레이저광의 펄스 파형에 관한 정보를 취득하는 검출 유닛과,
상기 검출 유닛에 의해 취득한 정보를 출력하는 제어부
를 구비하는 것을 특징으로 하는, 레이저 가공 장치.As a laser processing device,
A laser oscillator that generates laser light,
a condensing lens that focuses the laser light generated by the laser oscillator;
a separation member that separates the laser light generated by the laser oscillator into laser light for inspection and laser light for processing to focus the laser light on a workpiece;
a light receiving unit that receives the inspection laser light separated by the separation member;
a detection unit that acquires information about the intensity of the laser light and information about the pulse waveform of the laser light from the laser light received by the light receiving unit;
A control unit that outputs information acquired by the detection unit
A laser processing device comprising:
상기 수광부는,
상기 분기 미러에 의해 분기된 한쪽 레이저광을 수광하여 상기 레이저광의 평균 출력을 측정하는 서멀 센서와,
상기 분기 미러에 의해 분기된 다른 쪽 레이저광을 수광하여 상기 레이저광의 펄스 파형에 관한 정보를 취득하는 포토디텍터
를 갖는 것을 특징으로 하는, 레이저 가공 장치.The method of claim 1, further comprising a branch mirror for branching the inspection laser light separated by the separation member,
The light receiving unit,
a thermal sensor that receives one laser beam diverged by the branching mirror and measures an average output of the laser beam;
A photo detector that receives the other laser beam diverged by the branching mirror and acquires information about the pulse waveform of the laser beam.
A laser processing device, characterized in that it has.
상기 포토디텍터는, 상기 분기 미러를 투과한 레이저광을 수광하도록 배치되는 것을 특징으로 하는, 레이저 가공 장치.The method of claim 2, wherein the thermal sensor receives the laser light reflected by the diverging mirror,
The laser processing device is characterized in that the photodetector is arranged to receive the laser light that has passed through the branch mirror.
상기 제어부는, 상기 레이저광의 평균 출력에 기초하여, 펄스 빠짐을 검출하기 위한 임계값을 자동으로 설정하는 것을 특징으로 하는, 레이저 가공 장치.The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the information about the pulse waveform of the laser light acquired by the detection unit includes information about the presence or absence of pulse omission,
The laser processing device is characterized in that the control unit automatically sets a threshold value for detecting pulse omission based on the average output of the laser light.
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JPH10305420A (en) | 1997-03-04 | 1998-11-17 | Ngk Insulators Ltd | Method for fabricating matrix made up of oxide single crystal and method for manufacturing functional device |
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