WO2017069402A1 - 레이저 가공 시스템 및 레이저 가공 시스템의 레이저 조사 장치 - Google Patents

레이저 가공 시스템 및 레이저 가공 시스템의 레이저 조사 장치 Download PDF

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WO2017069402A1
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laser
laser beam
unit
rotating plate
frequency
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PCT/KR2016/010050
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황대순
김영중
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(주)이오테크닉스
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Definitions

  • the present invention relates to a laser processing system and a laser irradiation apparatus of the laser processing system.
  • the laser processing system irradiates a laser beam emitted from a laser light source to an object to be processed using an optical system, and marking, dicing and scribing the object to be processed by the irradiation of the laser beam. Perform machining operations such as;
  • Such a laser processing system includes a laser irradiation unit including a laser light source and an optical system to irradiate a laser beam to a processing object.
  • the laser irradiation unit may be classified into a variable laser irradiation unit in which the frequency of the irradiated laser beam is changed and a fixed laser irradiation unit in which the frequency of the irradiated laser beam is not changed.
  • the fixed laser irradiation unit cannot change the frequency of the laser beam, when it is necessary to control the energy density applied to the object to be processed by the laser beam, the internal structure of the laser irradiation unit is changed or the laser irradiation unit itself is There was a problem that needs to be replaced.
  • variable laser irradiation unit when the frequency of the laser beam is set to be fixed at a predetermined frequency, the frequency setting of the laser beam has to be changed again.
  • the embodiment of the present invention provides a laser processing system and a laser irradiation unit of a laser processing system that can easily control the frequency of a laser beam irradiated to a processing object by employing a simple mechanical configuration.
  • a chamber unit capable of accommodating an object to be processed inside and transmitting the laser beam from the outside to the object to be processed
  • a frequency conversion unit disposed between the chamber unit and the laser irradiation unit, the rotatable plate having a rotating plate having at least one slit formed therein.
  • the frequency of the laser beam irradiated to the processing object through the rotating plate may be changed.
  • the rotation speed of the rotating plate may be 50 rpm to 4000 rpm.
  • the cross-sectional shape in the direction perpendicular to the rotation axis of the rotating plate may be circular.
  • the diameter of the rotating plate may be 500 mm or less.
  • the surface of the rotating plate that faces the laser irradiation unit may have a reflectance of 10% or less.
  • the laser beam irradiated from the laser irradiation unit may have a first frequency, and the laser beam passing through the frequency conversion unit may have a second frequency different from the first frequency.
  • the chamber unit includes a base plate, a cover plate provided to cover the base plate, a cover plate provided on the cover plate, and a first window through which the laser beam passes.
  • the cover plate may be spaced apart from the first window, and may include a second window through which a measurement beam for measuring a temperature of a specific region of the object is transmitted.
  • the first and second windows may be provided on first and second wall surfaces of the cover plate, and the second wall surface may be inclined with respect to the first wall surface.
  • the base plate may further include a stage on which the processing object is loaded, and the stage may be provided to be movable on the base plate.
  • the stage may be provided such that one end thereof moves up and down to be inclined with respect to the base plate.
  • the laser beam is incident obliquely with respect to the surface of the object to be loaded on the stage, and a part of the laser beam reflected from the object is not formed with the first and second windows of the inner wall surface of the cover plate. You can proceed to the area.
  • the laser beam and the measurement beam may have different wavelengths, and the first window and the second window may include different materials.
  • It may further include a temperature measuring unit for emitting a measuring beam for measuring the temperature for a specific region of the object to be processed.
  • It may further include a vacuum unit for maintaining the interior of the chamber unit in a vacuum.
  • the rotating plate may be spaced apart from the laser irradiation unit and may be rotatably installed in the chamber unit.
  • a frequency conversion unit disposed between the object to be processed and the laser irradiation unit, the rotatable plate having a rotating plate having at least one slit formed therein;
  • the frequency of the laser beam irradiated to the processing object through the rotating plate may be changed.
  • the rotation speed of the rotating plate may be 50 rpm to 4000 rpm.
  • the cross-sectional shape in the direction perpendicular to the rotation axis of the rotating plate may be circular.
  • the diameter of the rotating plate may be 500 mm or less.
  • the surface of the rotating plate that faces the laser irradiation unit may have a reflectance of 10% or less.
  • the laser beam irradiated from the laser irradiation unit may have a first frequency, and the laser beam passing through the frequency conversion unit may have a second frequency different from the first frequency.
  • the laser processing system and the laser irradiation unit according to the embodiment of the present invention can easily control the frequency of the laser beam irradiated to the object by employing a rotatable frequency conversion unit.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a laser processing system according to an embodiment
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating a laser processing system according to an embodiment.
  • FIG 3 is an enlarged perspective view illustrating an enlarged frequency conversion unit in the laser processing system according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a plan view showing a rotating plate of the frequency conversion unit.
  • 5A to 5C are plan views illustrating a rotating plate according to another embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram for describing a process of converting a frequency of a laser beam by a frequency conversion unit in a laser processing system according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram for describing a process of converting a frequency of a laser beam by a frequency conversion unit in a laser processing system according to another exemplary embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram for describing a process of converting a frequency of a laser beam by a frequency conversion unit in a laser processing system according to another exemplary embodiment.
  • FIG. 9A and 9B are perspective and side views of the chamber unit of FIG. 1.
  • 10A and 10B show an internal cross section of the chamber unit.
  • FIG. 11 is an internal cross-sectional view of a chamber unit in accordance with another exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a perspective view schematically showing a laser processing system according to another embodiment of the present invention.
  • first and second may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The terms are only used to distinguish one component from another.
  • first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.
  • the term “and / or” includes any combination of a plurality of related items or any one of a plurality of related items.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a laser processing system 1 according to an embodiment
  • FIG. 2 is a perspective view showing a laser processing system 1 according to an embodiment.
  • the laser processing system 1 includes a laser irradiation unit 200, a frequency conversion unit 1000, and a chamber unit 100.
  • the laser irradiation unit 200 and the frequency conversion unit 1000 may be collectively called a laser irradiation apparatus.
  • the laser irradiation unit 200 is a unit for irradiating the laser beam L1.
  • the laser irradiation unit 200 emits a laser light source 210 for generating the laser beam L1 and a laser beam L1 generated by the laser light source 210.
  • the optical system 220 irradiates to the outside of the 200.
  • the frequency of the laser beam L1 irradiated from the laser irradiation unit 200 may be constant.
  • the laser irradiation unit 200 may irradiate the laser beam L1 having the first frequency.
  • the laser irradiation unit 200 is not limited to the fixed laser irradiation unit 200 and may be a variable laser irradiation unit 200 capable of frequency conversion.
  • the chamber unit 100 may accommodate a processing object W therein.
  • the laser beam L2 having passed through the frequency conversion unit 1000 may pass through the chamber unit 100 and may be irradiated to the object to be processed (W).
  • a frequency conversion unit 1000 having at least one slit 1111 may be disposed between the laser irradiation unit 200 and the chamber unit 100.
  • a portion of the frequency conversion unit 1000 may be disposed to overlap the laser irradiation unit 200.
  • a portion of the frequency conversion unit 1000 may be disposed in an area to which the laser beam L1 is irradiated by the laser irradiation unit 200.
  • the frequency conversion unit 1000 is rotatable and may control a shot of the laser beam L1 irradiated by the laser irradiation unit 200.
  • FIG. 3 is an enlarged perspective view illustrating an enlarged frequency conversion unit 1000 in the laser processing system 1 according to the embodiment.
  • 4 is a plan view illustrating the rotating plate 1100 of the frequency conversion unit 1000.
  • 5A to 5C are plan views illustrating rotating plates 1100a, 1100b, and 1100c according to another embodiment.
  • the frequency conversion unit 1000 rotates the rotation plate 1100, the rotation support part 1200 rotatably supporting the rotation plate 1100, and the rotation plate 1100.
  • Rotation driving unit 1300 to be included.
  • At least one slit 1111 through which the laser beam L1 may pass may be formed in the rotating plate 1100.
  • two slits 1111 may be formed in the rotating plate 1100.
  • Each of the slits 1111 may have a rectangular shape and may extend in a radial direction of the rotating plate 1100.
  • the number and shape of the slits 1111 may be variously modified.
  • the number of slits 1111 may be singular as shown in FIG. 5A, or three or more slits unlike the drawings.
  • the shape of the slit 1111A may be an ellipse shape as shown in FIG. 5B.
  • the width in the circumferential direction of the slit 1111A may also be appropriately changed as necessary.
  • the rotation driver 1300 may provide a rotation driving force to the rotation plate 1100.
  • the rotation plate 1100 is rotated by the rotation driver 1300, and the rotation speed of the rotation plate 1100 may be 50 rpm to 4000 rpm.
  • the rotational speed of the rotating plate 1100 is not necessarily limited thereto, and may vary according to a frequency to be set of the laser beam L2 irradiated to the processing object W.
  • the rotating plate 1100 may have a circular cross-sectional shape in a direction perpendicular to the rotation axis A.
  • the cross-sectional shape of the rotating plate 1100 is not limited thereto, and may be variously modified.
  • the cross-sectional shape of the rotating plate 1100c may be polygonal as shown in FIG. 5C.
  • the diameter D of the rotating plate 1100 may be 500 mm or less. However, the diameter D of the rotating plate 1100 may be at least two times the diameter of the region where the laser beam L1 is irradiated onto the rotating plate 1100.
  • first laser beam L1 the laser beam L1 irradiated from the laser irradiation unit 200
  • first laser beam L1 the laser beam L1 irradiated from the laser irradiation unit 200
  • first laser beam L1 May be selectively passed through the frequency conversion unit 1000 by the slit 1111.
  • a part of the first laser beam L1 passes through the rotating plate 1100 by the slit 1111, but the other part of the first laser beam L1 does not hit and pass through the portion where the slit 1111 is not formed in the rotating plate 1100. I can't.
  • the frequency of the laser beam L2 (hereinafter referred to as 'second laser beam L2') irradiated to the processing object W by the frequency conversion unit 1000 is the frequency of the first laser beam L1. It can be changed differently. For example, when the frequency of the first laser beam L1 irradiated by the laser irradiation unit 200 is the first frequency, the frequency of the second laser beam L2 passing through the frequency conversion unit 1000 is equal to the above. It may be a second frequency different from the first frequency. For example, the second frequency may be less than the first frequency.
  • FIG. 6 illustrates a process of converting a frequency of the laser beam L1 by the frequency conversion unit 1000 in the laser processing system 1 according to an exemplary embodiment.
  • the first laser beam L1 emitted by the unit 200 is shown
  • FIG. 6B shows the first laser beam L1 by the laser irradiation unit 200 when the rotating plate 1100 is rotated.
  • the cycle of the slit 1111 passing through the irradiated area is shown
  • FIG. 6C shows the second laser beam L2 passing through the frequency conversion unit 1000.
  • the first laser beam L1 irradiated by the laser irradiation unit 200 may be a pulsed laser beam.
  • the first laser beam L1 may have six pulses per unit time t0.
  • the slit 1111 formed in the rotation plate 1100 may have a first laser beam (for a unit time t0). L1) can pass through the area to be irradiated three times.
  • the second, fourth, and sixth pulses of the first laser beam L1 pass through the rotating plate 1100, while the first, The third and fifth pulses do not pass through the rotating plate 1100.
  • the second laser beam L2 passing through the frequency conversion unit 1000 may have three pulses per unit time t0, as shown in FIG. That is, by the frequency conversion unit 1000, the laser beam is the second laser beam L2 having three pulses per unit time t0 in the first laser beam L1 having six pulses per unit time t0. Can be changed to).
  • FIG. 7 illustrates a process of converting a frequency of a laser beam by the frequency converting unit 1000 in the laser processing system 1 according to another exemplary embodiment.
  • the rotation speed of the rotating plate 1100 is measured. It is a change.
  • the first laser beam L1 may have six pulses per unit time t0.
  • the rotation speed of the rotating plate 1100 may be changed.
  • the rotating plate 1100 may be rotated such that the slit 1111 passes four times the region to which the first laser beam L1 is irradiated during the unit time t0.
  • the third and sixth pulses of the first laser beam L1 pass through the rotating plate 1100, while the first, second, fourth and fifth pulses pass through the rotating plate 1100.
  • the pulse does not pass through the rotating plate 1100.
  • the second laser beam L2 passing through the frequency conversion unit 1000 may have two pulses per unit time t0, as shown in FIG.
  • the frequency of the first laser beam L1 is 6 Hz
  • the cycle of the slit 1111 of the rotating plate 1100 is converted into a frequency
  • the rotating plate 1100 The frequency of is 4 Hz.
  • the frequency of the second laser beam L2 is represented by 2 Hz, which is the minimum common multiple of the frequency of the first laser beam L1 and the frequency of the rotating plate 1100.
  • the first laser beam L1 is not limited to the pulsed laser beam and may be a continuous laser beam.
  • FIG. 8 illustrates a process of converting a frequency of a laser beam by the frequency conversion unit 1000 in the laser processing system 1 according to another exemplary embodiment.
  • the first laser beam L1 is illustrated in FIG. 6. It was changed to a continuous laser beam.
  • the first laser beam L1 is rotated only when the slit 1111 of the rotating plate 1100 passes the region to which the first laser beam L1 is irradiated. Pass 1100.
  • the second laser beam L2 passing through the frequency conversion unit 1000 may have three pulses per unit time t0, as shown in FIG.
  • the frequency of the laser beam is changed.
  • the frequency of the second laser beam L2 applied to the processing object W can be easily changed.
  • the energy density applied to the object W by the second laser beam L2 can be controlled.
  • the energy density applied to the object W by the laser beam is determined by the product of the energy per pulse of the laser beam and the frequency of the laser beam. Therefore, by controlling the frequency of the second laser beam L2 by the frequency conversion unit 1000, it is possible to control the energy density applied to the object W by the second laser beam L2.
  • the rotating plate 1100 may include a passage region 1110 through which a slit 1111 is formed to pass the first laser beam L1 and a slit 1111 without a slit 1111. It may be divided into a blocking area 1120 that blocks the laser beam L1.
  • the passage region 1110 and the blocking region 1120 of the rotating plate 1100 While the rotating plate 1100 rotates, the passage region 1110 and the blocking region 1120 of the rotating plate 1100 periodically pass through the lower portion of the laser irradiation unit 200. Accordingly, when the passage region 1110 passes under the laser irradiation unit 200, the first laser beam L1 passes through the rotating plate 1100, and the blocking region 1120 of the laser irradiation unit 200. When passing through the lower portion, the first laser beam L1 is blocked from passing through the rotating plate 1100.
  • the blocking area 1120 may not be excluded.
  • the rotating plate 1100 has a structure in which the rotation is performed, and thus the blocking region 1120 to which the first laser beam L1 is irradiated. Is rotated.
  • the first laser beam L1 may be evenly irradiated to a plurality of positions in the blocking region 1120 along the circumferential direction.
  • a part of the blocking area 1120 which is a problem that occurs when the blocking area 1120 is stopped, is degraded or damaged by the concentrated irradiation of the first laser beam L1. Can be prevented.
  • the rotating plate 1100 may not be damaged when the energy density of the first laser beam L1 is 16000 W / cm 2 or less.
  • the blocking region 1120 and the passage region 1110 are arranged along the rotation direction, even if a part of the diarrhea blocking region 1120 is damaged, the first laser beam L1 passes through the passage region 1110. It may not affect.
  • the passage region 1110 and the blocking region 1120 are arranged along the irradiation direction of the first laser beam L1
  • the blocking region 1120 may prevent the first laser beam L1 from passing through the passing region 1110.
  • the rotating plate 1100 rotates, and the blocking area 1120 and the passing area 1110 are arranged along the rotation direction, even if a part of the diarrhea blocking area 1120 is broken, the broken plate 1100 is damaged. A portion of the blocking region 1120 does not prevent the first laser beam L1 from passing through the passing region 1110.
  • the rotating plate 1100 may have a low reflectance with respect to the first laser beam (L).
  • the surface of the rotating plate 1100 facing the laser irradiation unit 200 may have a reflectance of 10% or less.
  • the material of the rotating plate 1100 may be aluminum (Al) or stainless steel (SUS).
  • the rotating plate 1100 has a low reflectivity, thereby preventing the first laser beam L1 that has not passed through the slit 1111 while being rotated while the rotating plate 1100 is reflected toward the peripheral member (not shown). Or can be reduced. Thus, damage or deterioration of the peripheral member can be prevented.
  • FIG. 9A and 9B are perspective and side views of the chamber unit of FIG. 1. 10A and 10B show an internal cross section of the chamber unit.
  • the chamber unit 100 includes a base plate 105 and a cover plate 110 provided to cover the base plate 105.
  • the cover plate 110 is provided with first and second windows 121, 122.
  • the base plate 105 is provided with a stage 130 on which the object to be processed W is loaded.
  • the first window 121 is a place through which the second laser beam L2 passing through the frequency conversion unit 1000 penetrates, and is formed on the first wall surface 110a of the cover plate 110 (the upper surface of the cover plate in FIG. 9A). Can be prepared.
  • the first window 121 may include a material capable of transmitting the wavelength of the incident second laser beam L2 well.
  • the first window 121 may be formed of, for example, fused silica or the like. It may include.
  • the first window 121 may include, for example, quartz.
  • the first window 121 may include ZnSe or the like.
  • the material of the first window 121 mentioned above is merely exemplary, and in addition, the first window 121 may include other various materials.
  • the second window 122 is a location through which the measurement beam DL for temperature measurement is transmitted, and may be provided on the second wall surface 110b of the cover plate 110 (one side of the cover plate 110 in FIG. 9A). have.
  • the measuring beam DL emitted from the outside of the chamber unit 100 for example, the temperature measuring unit 300 provided on one side of the chamber unit 100, opens the second window 122 of the cover plate 110.
  • the light may be irradiated to a specific region of the object to be processed W which is transmitted and is mounted on the stage 130. Accordingly, the temperature measuring unit 300 may measure and monitor the temperature of the specific region of the object to be processed 130 in real time.
  • the second wall surface 110b on which the second window 122 is provided may be inclined with respect to the first wall surface 110a on which the first window 121 is provided.
  • the second wall surface 110b on which the second window 122 through which the measurement beam DL passes is positioned is located on the first wall surface on which the first window 121 through which the second laser beam L2 is transmitted is located. It is formed to be inclined with respect to 110a by adjusting the angle that the measurement beam DL emitted to the temperature measuring unit 300 is incident on the second window 122, the measurement beam (DL) is processed in the chamber unit 100 ( W) to accurately reach the desired position on the screen.
  • the present embodiment is not necessarily limited thereto, and the second wall surface 110b on which the second window 122 is provided may not be inclined with respect to the first wall surface 110a on which the first window 121 is provided. It may be.
  • the measurement beam DL passing through the second window 122 may have a wavelength different from that of the second laser beam L2 passing through the first window 121, but is not limited thereto.
  • the second window 122 may include a material that can transmit the wavelength of the incident measurement beam DL well.
  • the second window 122 may include ZnSe or the like.
  • the measurement beam DL used in the present embodiment may have various wavelength ranges, and correspondingly, the second window 122 may include a material capable of transmitting light of the wavelength well.
  • the upper surface of the base plate 105 may be provided with a stage 130 on which the object to be processed (W) is mounted.
  • the stage 130 may be disposed to be inclined inclined with respect to the base plate 105, and the inclination angle may be variously adjusted.
  • one end of the stage 130 is movable up and down with respect to the base plate 105 through the guide member 137, the other end of the stage 130 is a pin (135, pin) to prevent the vertical movement ) Is fixed.
  • arranging the stage 130 inclined with respect to the base plate 105 may include a second laser beam L2 passing through the first window 121 or a measurement beam passing through the second window 122. This is to ensure that DL) can be incident on the desired area of the workpiece W precisely.
  • the stage 130 provided on the base place 105 is installed on the base plate 105 to be moved to a desired position.
  • the inside thereof is preferably maintained in a vacuum.
  • the object W should not be disturbed by other gases or impurities in the process of reacting the object W by irradiation of the second laser beam L2, and furthermore, the chamber may contain a specific gas that reacts to the object W under vacuum. This is because when injected into the unit 100, a highly reliable machining process can be performed.
  • the laser irradiation unit 200 emitting the first laser beam L1 and the second laser beam L2 having different frequencies from the first laser beam L1 are disposed above the chamber unit 100.
  • a frequency converting unit 1000 for converting the?) Is provided, and a temperature measuring unit 300 for emitting a measuring beam DL for measuring the temperature is provided at one side of the chamber unit 100.
  • the stage 130 is inclined at a first angle ⁇ 1 with respect to the base plate 105 in the chamber unit 100.
  • the object to be processed W is placed on the upper surface of the inclined stage 130.
  • the second laser beam L2 emitted from the laser irradiation unit 200 opens the first window 121 provided on the first wall surface 110a (eg, the upper surface) of the cover plate 110. It penetrates and is irradiated to the process object W.
  • the second laser beam L2 may be incident inclined with respect to the surface of the object to be processed (W). In this way, the second laser beam L2 is irradiated to a predetermined region of the object to be processed (W) to perform a machining operation.
  • a part of the second laser beam L2 incident on the object W may be reflected, and the reflected laser beam RL is first and first of the inner wall surfaces of the cover plate 110. It is preferable that the two windows 121 and 122 proceed toward the portion where the windows are not formed. This is because when the laser beam RL reflected from the workpiece W travels toward the first window 121 or the second window 122, the first or second windows 121 and 122 are reflected by the reflected laser beam RL. ) May be damaged.
  • the measurement beam DL emitted from the temperature measuring unit 300 passes through the second window 122 provided on the inclined second wall surface 110b (eg, a side surface) of the cover plate 110 to process the object ( Specific areas of W). Accordingly, the temperature measuring unit 300 may measure and monitor the temperature of a specific region of the object to be processed W in real time even while the laser processing operation is in progress.
  • the specific region of the object W to be measured may be a laser irradiation region in general, but is not limited thereto and may be a peripheral region or another region of the laser irradiation region.
  • the stage 130 has linearly moved in one direction on the base plate 105 as compared with FIG. 10A, and the stage 130 has a second angle greater than the first angle ⁇ 1 shown in FIG. 10A. It is inclined at ( ⁇ 2).
  • the second laser beam L2 which is emitted from the laser irradiation unit 200 and transmitted through the first window 121, may be irradiated to another area of the processing object W to perform a laser processing operation.
  • the measuring beam DL emitted from the temperature measuring unit 300 and passing through the second window 122 may be irradiated to a specific area of the object W to measure and monitor the temperature in real time.
  • the inclination angles ⁇ 1 and ⁇ 2 of the stage 130 illustrated in FIGS. 10A and 10B optimize the angle at which the second laser beam L2 and / or the measurement beam DL are incident on the object to be processed W.
  • FIG. Can be adjusted appropriately.
  • the first and second windows 121 and 122 are disposed on the other wall surfaces of the cover plate 110, that is, the first and second wall surfaces 110a and 110b, respectively.
  • the second laser beam (L2) is transmitted through the first window 121 and irradiated to a predetermined region of the object to be processed (W) to perform a laser processing operation, the measuring beam DL to the second window 122 By transmitting, the temperature of the specific region of the object W can be measured.
  • the temperature of a specific region for example, a laser irradiation region or its surrounding region, etc.
  • the temperature of a specific region for example, a laser irradiation region or its surrounding region, etc.
  • laser processing You can check the quality of the job in real time.
  • the measurement may be performed in real time by the temperature of the processing object W or the damage section.
  • the desired area is measured by measuring the temperature of the irradiation area of the laser beam L2 or the area around the laser beam L2. Only the etching process can be performed.
  • the desired annealing process may be accurately performed by measuring the temperature of the specific irradiation area or the surrounding area of the laser beam L2 in real time.
  • the second laser beam L2 may be provided on the cover plate 110 of the chamber unit 100 by providing the first and second windows 121 and 122 through which the second laser beam L2 and the measurement beam DL pass, respectively.
  • Various light having a wavelength different from that of the light beam may be used as the measurement beam DL.
  • FIG. 11 is an internal cross-sectional view of a chamber unit in accordance with another exemplary embodiment of the present invention.
  • the stage 130 is provided in parallel with the base plate 105 without being inclined with respect to the base plate 105, unlike the above-described embodiment. have.
  • the stage 130 may be installed to be moved to a desired position on the base plate 105 so that the second laser beam L2 and the measurement beam DL may be irradiated to various regions of the object to be processed.
  • the laser irradiation unit 200 may be disposed so that the second laser beam L2 may be inclined to the surface of the object W loaded on the stage 130.
  • the frequency conversion unit 1000 may be disposed to be inclined at an acute angle with respect to the first laser beam L1 as shown in FIG. 11, but is not limited thereto and may be disposed perpendicularly to the first laser beam L1. It may be.
  • the embodiment in which the stage 130 is provided side by side on the base plate 105 may be applied when, for example, the size of the second laser beam L2 irradiated to the processing object W is large.
  • 12 is a perspective view schematically showing a laser processing system according to another embodiment of the present invention. 12 shows a laser processing system 1 comprising the chamber unit 100 described above.
  • the laser processing system 1 may include a laser irradiation unit 200, a temperature measuring unit 300, a chamber unit 100, and a frequency conversion unit 1000.
  • the laser irradiation unit 200 and the frequency conversion unit 1000 may be provided above the chamber unit 100, and the temperature measuring unit 300 may be provided above one side of the chamber unit 100. have.
  • the laser irradiation unit 200 may emit the first laser beam L1 to emit the first laser beam L1 having an ultraviolet range wavelength. However, this is merely exemplary, and in addition, the laser irradiation unit 200 may emit the first laser beam L1 having various wavelength ranges according to the type of processing operation.
  • the frequency conversion unit 1000 converts the frequency of the second laser beam L2 applied to the object W to be different from the frequency of the first laser beam L1.
  • the frequency conversion unit 1000 may be exchanged with another frequency conversion unit (not shown) as needed.
  • the number of slits can be replaced with another frequency conversion unit.
  • the temperature measuring unit 300 measures the temperature of the area to which the second laser beam L2 is irradiated, its surrounding area or another area of the object to be processed by irradiating the measuring beam DL used for temperature measurement. It is to.
  • the temperature measuring unit 300 may irradiate the measuring beam DL having a wavelength in the visible or infrared range, but is not necessarily limited thereto.
  • a thermal imaging camera or a pyrometer may be used. However, it is not limited thereto.
  • the chamber unit 100 includes a base plate 105, a cover plate 110 provided to cover the base plate 105, and first and second provided on the cover plate 110. It includes windows 121 and 122.
  • the first window 121 is a place through which the second laser beam L2 transmits, and may be provided on the first wall surface 110a of the cover plate 110 (eg, the upper surface of the cover plate 110). have.
  • the second laser beam L2 emitted from the laser irradiation unit 200 provided in the upper portion of the chamber unit 100 passes through the first window 121 of the cover plate 110 and is mounted on the stage 130. It can be irradiated to a predetermined area of the object (W).
  • the first window 121 may include a material that can transmit the wavelength of the incident second laser beam L2 well.
  • the second window 122 is a portion through which the measurement beam DL for temperature measurement is transmitted.
  • the second window 122 may be provided on the second wall surface 110b of the cover plate 110 (eg, one side of the cover plate 110). Can be.
  • the measurement beam DL emitted from the temperature measuring unit 300 provided on one side of the chamber unit 100 passes through the second window 122 of the cover plate 110 and is loaded on the stage 130. Can be irradiated to a specific area of (W). Accordingly, the temperature measuring unit 300 may measure the temperature of the specific region of the object (W) in real time.
  • the second wall surface 110b on which the second window 122 is provided may be inclined with respect to the first wall surface 110a on which the first window 121 is provided.
  • the measurement beam DL passing through the second window 122 may have a wavelength different from that of the second laser beam L2 passing through the first window 121, but is not limited thereto.
  • the second window 122 may include a material that can transmit the wavelength of the incident measurement beam DL well.
  • the base plate 105 is provided with a stage 130 for loading the object W, and the stage 130 is provided so as to be able to move on the base plate 105.
  • the stage 130 may be provided to be inclined with respect to the base plate 105. Meanwhile, the stage 130 may not be provided to be inclined with respect to the base plate 105.
  • the vacuum unit 400 may be further provided below the chamber unit 100.
  • the vacuum unit 400 may be connected to the chamber unit 100 to serve to maintain the interior of the chamber unit 100 in a vacuum.
  • a pressure display unit 500 may be further provided on the upper portion of the vacuum unit 400 to display the internal pressure of the chamber unit 100.
  • the second laser beam L2 penetrates the first window 121 to process the workpiece W.
  • the laser processing may be performed by irradiating a predetermined region of the laser beam, and the measurement beam DL may pass through the second window 122 to measure a temperature of a specific region of the object to be processed. Therefore, while the laser machining operation is in progress, the temperature of a specific region (for example, a laser irradiation region or its surrounding region, etc.) of the workpiece W can be measured and monitored in real time.
  • the measurement beam DL light having various wavelengths having a wavelength different from that of the second laser beam L2 may be used.
  • the frequency conversion unit 1000 and the chamber unit 100 according to the embodiment of the present invention described above may be utilized in various fields using laser processing.
  • the chamber unit 100 and the frequency conversion unit 1000 may be used for laser annealing, removal of a glue of a photo mask, etching using a laser, and the like.
  • it can be usefully used to measure the temperature characteristic change or phase transition according to the absorption rate of the object to be processed using a laser.
  • laser processing system 100 chamber unit
  • first window 122 second window
  • guide member 200 laser irradiation unit
  • laser light source 220 optical system
  • L1 first laser beam
  • L2 second laser beam

Abstract

레이저 가공 시스템이 개시된다. 개시된 레이저 가공 시스템은, 레이저 빔을 조사하는 레이저 조사 유닛; 내부에 가공 대상물을 수용 가능하며, 외부로부터 상기 레이저 빔이 투과하여 상기 가공 대상물에 조사되는 챔버 유닛; 및 상기 챔버 유닛과 상기 레이저 조사 유닛 사이에 배치되며, 회전 가능하며, 적어도 하나의 슬릿이 형성된 회전 플레이트를 가지는, 주파수 변환 유닛;을 포함한다.

Description

레이저 가공 시스템 및 레이저 가공 시스템의 레이저 조사 장치
본 발명은 레이저 가공 시스템 및 레이저 가공 시스템의 레이저 조사 장치에 관한 것이다.
레이저 가공 시스템은 레이저 광원으로부터 출사된 레이저 빔을 광학계를 이용하여 가공 대상물에 조사하고, 이러한 레이저 빔의 조사에 의해 가공 대상물에 대한 마킹(marking), 다이싱(dicing), 스크라이빙(scribing) 등과 같은 가공 작업을 수행한다.
이러한 레이저 가공 시스템은, 레이저 빔을 가공 대상물에 조사하기 위하여 레이저 광원 및 광학계를 포함하는 레이저 조사 유닛을 포함한다. 레이저 조사 유닛은 조사되는 레이저 빔의 주파수가 변경되는 가변형 레이저 조사 유닛과, 조사되는 레이저 빔의 주파수가 변경되지 않는 고정형 레이저 조사 유닛으로 구분될 수 있다.
상기 고정형 레이저 조사 유닛은, 레이저 빔의 주파수를 변경하지 못하기 때문에, 레이저 빔에 의해 가공 대상물에 가해지는 에너지 밀도의 제어가 필요한 경우에, 레이저 조사 유닛의 내부 구성을 변경하거나, 레이저 조사 유닛 자체를 교체해야 하는 문제가 있었다.
또한, 상기 가변형 레이저 조사 유닛에서도, 레이저 빔의 주파수가 소정의 주파수로 고정되도록 설정된 경우에는, 레이저 빔의 주파수 설정을 다시 변경해야 했다.
본 발명의 실시예에서는, 간단한 기구적인 구성을 채용함으로써, 가공 대상물에 조사된 레이저 빔의 주파수를 용이하게 제어할 수 있는 레이저 가공 시스템 및 레이저 가공 시스템의 레이저 조사 유닛을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 레이저 가공 시스템은,
레이저 빔을 조사하는 레이저 조사 유닛;
내부에 가공 대상물을 수용 가능하며, 외부로부터 상기 레이저 빔이 투과하여 상기 가공 대상물에 조사되는 챔버 유닛; 및
상기 챔버 유닛과 상기 레이저 조사 유닛 사이에 배치되며, 회전 가능하며, 적어도 하나의 슬릿이 형성된 회전 플레이트를 가지는, 주파수 변환 유닛;을 포함할 수 있다.
상기 회전 플레이트의 회전 속도가 변경됨에 따라, 상기 회전 플레이트를 통과하여 상기 가공 대상물에 조사되는 레이저 빔의 주파수가 변경될 수 있다.
상기 회전 플레이트의 회전 속도는 50 rpm ~ 4000 rpm 일 수 있다.
상기 회전 플레이트의 회전축에 수직인 방향으로의 단면 형상이 원형일 수 있다.
상기 회전 플레이트의 직경은 500 mm 이하일 수 있다.
상기 회전 플레이트에서 상기 레이저 조사 유닛에 대향하는 표면은, 반사율이 10% 이하일 수 있다.
상기 레이저 조사 유닛에서 조사된 레이저 빔은 제1 주파수를 가지며, 상기 주파수 변환 유닛을 통과한 레이저 빔은 상기 제1 주파수와 다른 제2 주파수를 가질 수 있다.
상기 챔버 유닛은, 베이스 플레이트(base plate)와, 상기 베이스 플레이트를 덮도록 마련되는 커버 플레이트(cover plate)와, 상기 커버 플레이트에 마련되는 것으로, 상기 레이저 빔이 투과하는 제1 윈도우(window)와, 상기 커버 플레이트에 상기 제1 윈도우와 이격되게 마련되는 것으로, 상기 가공 대상물의 특정 영역에 대한 온도 측정을 위한 측정빔이 투과하는 제2 윈도우를 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 윈도우는 상기 커버 플레이트의 제1 및 제2 벽면에 마련되며, 상기 제2 벽면은 상기 제1 벽면에 대해 경사지게 형성될 수 있다.
상기 베이스 플레이트에 마련되는 것으로, 상기 가공 대상물이 적재되는 스테이지(stage)를 더 포함하며, 상기 스테이지는 상기 베이스 플레이트 상에서 이동 가능하게 마련될 수 있다.
상기 스테이지는 상기 베이스 플레이트에 대해 경사지게 기울어질 수 있도록 그 일단부가 상하로 움직이도록 마련될 수 있다.
상기 레이저 빔은 상기 스테이지에 적재된 상기 가공 대상물의 표면에 대해 경사지게 입사되며, 상기 가공 대상물로부터 반사되는 상기 레이저 빔의 일부는 상기 커버 플레이트의 내벽면 중 상기 제1 및 제2 윈도우가 형성되지 않은 영역으로 진행할 수 있다.
상기 레이저 빔과 상기 측정빔은 파장이 서로 다르고, 상기 제1 윈도우와 상기 제2 윈도우는 서로 다른 재질을 포함할 수 있다.
상기 가공 대상물의 특정 영역에 대한 온도 측정을 위한 측정빔을 출사하는 온도 측정 유닛;을 더 포함할 수 있다.
상기 챔버 유닛의 내부를 진공으로 유지시키는 진공 유닛;을 더 포함할 수 있다.
상기 회전 플레이트는, 상기 레이저 조사 유닛으로부터 이격 배치되며, 상기 챔버 유닛에 회전 가능하게 설치될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 레이저 조사 장치는,
가공 대상물에 레이저 빔을 조사하는 레이저 조사 유닛; 및
상기 가공 대상물과 상기 레이저 조사 유닛 사이에 배치되며, 회전 가능하며, 적어도 하나의 슬릿이 형성된 회전 플레이트를 가지는, 주파수 변환 유닛;을 포함하며,
상기 회전 플레이트의 회전 속도가 변경됨에 따라, 상기 회전 플레이트를 통과하여 상기 가공 대상물에 조사되는 레이저 빔의 주파수가 변경될 수 있다.
상기 회전 플레이트의 회전 속도는 50 rpm ~ 4000 rpm 일 수 있다.
상기 회전 플레이트의 회전축에 수직인 방향으로의 단면 형상이 원형일 수 있다.
상기 회전 플레이트의 직경은 500 mm 이하일 수 있다.
상기 회전 플레이트에서 상기 레이저 조사 유닛에 대향하는 표면은, 반사율이 10% 이하일 수 있다.
상기 레이저 조사 유닛에서 조사된 레이저 빔은 제1 주파수를 가지며, 상기 주파수 변환 유닛을 통과한 레이저 빔은 상기 제1 주파수와 다른 제2 주파수를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공 시스템, 및 레이저 조사 유닛은, 회전 가능한 주파수 변환 유닛을 채용함으로써, 가공 대상물에 조사된 레이저 빔의 주파수를 용이하게 제어할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 레이저 가공 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이며,
도 2는 실시예에 따른 레이저 가공 시스템을 도시한 사시도이다.
도 3은 실시예에 따른 레이저 가공 시스템에서 주파수 변환 유닛을 확대 도시한 확대 사시도이다.
도 4는 주파수 변환 유닛의 회전 플레이트를 나타낸 평면도이다.
도 5a 내지 도 5c는 다른 실시예에 따른 회전 플레이트를 나타낸 평면도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 레이저 가공 시스템에서 주파수 변환 유닛에 의해 레이저 빔의 주파수가 변환되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 다른 실시예에 따른 레이저 가공 시스템에서 주파수 변환 유닛에 의해 레이저 빔의 주파수가 변환되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 레이저 가공 시스템에서 주파수 변환 유닛에 의해 레이저 빔의 주파수가 변환되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 9a 및 도 9b는 도 1의 챔버 유닛의 사시도 및 측면도이다.
도 10a 및 도 10b에는 챔버 유닛의 내부 단면이 도시되어 있다.
도 11은 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 챔버 유닛을 도시한 내부 단면도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 레이저 가공 시스템을 개략적으로 도시한 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다.
“제1”, “제2” 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. “및/또는” 이라는 용어는 복수의 관련된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 항목들 중의 어느 하나의 항목을 포함한다.
도 1은 실시예에 따른 레이저 가공 시스템(1)을 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 2는 실시예에 따른 레이저 가공 시스템(1)을 도시한 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 레이저 가공 시스템(1)은 레이저 조사 유닛(200), 주파수 변환 유닛(1000) 및 챔버 유닛(100)을 포함한다. 레이저 조사 유닛(200) 및 주파수 변환 유닛(1000)을 합하여 레이저 조사 장치라고 불리울 수 있다.
레이저 조사 유닛(200)은 레이저 빔(L1)을 조사하는 유닛으로써, 레이저 빔(L1)을 발생시키는 레이저 광원(210)과, 레이저 광원(210)에서 발생된 레이저 빔(L1)을 레이저 조사 유닛(200)의 외부로 조사하는 광학계(220)를 포함한다.
레이저 조사 유닛(200)에서 조사된 레이저 빔(L1)의 주파수가 일정할 수 있다. 예를 들어, 레이저 조사 유닛(200)은 제1 주파수를 가지는 레이저 빔(L1)을 조사할 수 있다. 다만, 레이저 조사 유닛(200)은 고정형 레이저 조사 유닛(200)에 한정되지는 아니하며, 주파수 변환이 가능한 가변형 레이저 조사 유닛(200)일 수도 있다.
챔버 유닛(100)은 내부에 가공 대상물(W)을 수용할 수 있다. 챔버 유닛(100)은 주파수 변환 유닛(1000)을 통과한 레이저 빔(L2)이 챔버 유닛(100)을 투과하여 가공 대상물(W)에 조사될 수 있다.
레이저 조사 유닛(200)과 챔버 유닛(100) 사이에는 적어도 하나의 슬릿(1111)이 형성된 주파수 변환 유닛(1000)이 배치될 수 있다.
주파수 변환 유닛(1000)의 일부는 레이저 조사 유닛(200)에 중첩되도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 주파수 변환 유닛(1000)의 일부는 레이저 조사 유닛(200)에 의해 레이저 빔(L1)이 조사되는 영역에 배치될 수 있다.
주파수 변환 유닛(1000)은 회전 가능하며, 레이저 조사 유닛(200)에 의해 조사된 레이저 빔(L1)의 샷(shot)을 제어할 수 있다.
도 3은 실시예에 따른 레이저 가공 시스템(1)에서 주파수 변환 유닛(1000)을 확대 도시한 확대 사시도이다. 도 4는 주파수 변환 유닛(1000)의 회전 플레이트(1100)를 나타낸 평면도이다. 도 5a 내지 도 5c는 다른 실시예에 따른 회전 플레이트(1100a, 1100b, 1100c)를 나타낸 평면도이다.
도 3 내지 도 4를 참조하면, 주파수 변환 유닛(1000)은 회전 플레이트(1100)와, 상기 회전 플레이트(1100)를 회전 가능하게 지지하는 회전 지지부(1200)와, 상기 회전 플레이트(1100)를 회전시키는 회전 구동부(1300)를 포함한다.
회전 플레이트(1100)에는 레이저 빔(L1)이 통과할 수 있는 적어도 하나의 슬릿(1111)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 회전 플레이트(1100)에는 2개의 슬릿(1111)이 형성될 수 있다. 슬릿(1111) 각각은 직사각형이며, 회전 플레이트(1100)의 반경 방향으로 연장된 형태일 수 있다.
다만, 슬릿(1111)의 개수 및 형상은 다양하게 변형될 수 있다. 일 예로써, 슬릿(1111)의 개수는 도 5a와 같이 단수 개이거나, 도면과 달리 3개 이상일 수 있다. 다른 예로써, 슬릿(1111A)의 형상은 도 5b와 같이 타원 형태일 수도 있다. 또한, 슬릿(1111A)의 원주 방향으로 폭 역시 필요에 따라 적절히 변경될 수 있다.
도 3을 다시 참조하면, 회전 구동부(1300)는 회전 플레이트(1100)에 회전 구동력을 제공할 수 있다. 회전 구동부(1300)에 의해 회전 플레이트(1100)가 회전되며, 회전 플레이트(1100)의 회전 속도는 50 rpm ~ 4000 rpm 일 수 있다. 다만, 회전 플레이트(1100)의 회전 속도는 반드시 이에 한정되지는 아니하며, 가공 대상물(W)에 조사되는 레이저 빔(L2)의 설정하고자 하는 주파수에 따라 달라질 수 있다.
회전 플레이트(1100)는 회전축(A)과 수직인 방향으로의 단면 형상이 원형일 수 있다. 다만, 회전 플레이트(1100)의 상기 단면 형상은 이에 한정되지 아니하며, 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들어, 회전 플레이트(1100c)의 상기 단면 형상이 도 5c와 같이 다각형일 수 있다.
도 4를 참조하면, 회전 플레이트(1100)의 직경(D)은 500 mm 이하일 수 있다. 다만, 회전 플레이트(1100)의 직경(D)은 회전 플레이트(1100)에 레이저 빔(L1)이 조사되는 영역의 직경의 2배 이상일 수 있다.
이하에서는, 상술한 구성에 따른 주파수 변환 유닛(1000)에 의해, 레이저 빔(L1)의 주파수가 변환되는 과정을 설명하기로 한다.
도 3 내지 도 4를 참조하면, 슬릿(1111)이 형성된 회전 플레이트(1100)가 회전됨에 따라, 레이저 조사 유닛(200)에서 조사된 레이저 빔(L1)(이하, '제1 레이저 빔(L1)'이라 한다)은 슬릿(1111)에 의해 선택적으로 주파수 변환 유닛(1000)을 통과할 수 있다. 예를 들어, 제1 레이저 빔(L1)의 일부는 슬릿(1111)에 의해 회전 플레이트(1100)을 통과하지만, 나머지는 회전 플레이트(1100)에서 슬릿(1111)이 형성되지 않은 부분에 부딪혀 통과하지 못하게 된다. 그리하여, 주파수 변환 유닛(1000)에 의해 가공 대상물(W)에 조사되는 레이저 빔(L2)(이하, '제2 레이저 빔(L2)'이라 한다)의 주파수는 제1 레이저 빔(L1)의 주파수와 다르게 변경될 수 있다. 예를 들어, 레이저 조사 유닛(200)에 의해 조사된 제1 레이저 빔(L1)의 주파수가 제1 주파수일 때, 주파수 변환 유닛(1000)을 통과한 제2 레이저 빔(L2)의 주파수는 상기 제1 주파수와 다른 제2 주파수일 수 있다. 예를 들어, 제2 주파수는 제1 주파수보다 작을 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 레이저 가공 시스템(1)에서 주파수 변환 유닛(1000)에 의해 레이저 빔(L1)의 주파수가 변환되는 과정을 설명하기 위한 것으로써, 도 6의 (a)는 레이저 조사 유닛(200)에 의해 출사된 제1 레이저 빔(L1)을 나타낸 것이며, 도 6의 (b)는 회전 플레이트(1100)의 회전시, 레이저 조사 유닛(200)에 의해 제1 레이저 빔(L1)이 조사된 영역을 지나는 슬릿(1111)의 주기를 나타낸 것이며, 도 6의 (c)는 주파수 변환 유닛(1000)을 통과한 제2 레이저 빔(L2)을 나타낸 것이다.
도 6의 (a)를 참조하면, 레이저 조사 유닛(200)에 의해 조사된 제1 레이저 빔(L1)은 펄스 레이저 빔일 수 있다. 예를 들어, 제1 레이저 빔(L1)은 단위 시간(t0)당 6 개의 펄스를 가질 수 있다.
도 6의 (b)를 참조하면, 회전 구동부(1300)에 의해 회전 플레이트(1100)가 회전됨에 따라, 회전 플레이트(1100)에 형성된 슬릿(1111)은 단위 시간(t0) 동안 제1 레이저 빔(L1)이 조사되는 영역을 3회 지날 수 있다.
이러한 레이저 조사 유닛(200)과 주파수 변환 유닛(1000)의 조합에 의해, 제1 레이저 빔(L1)의 2 번째, 4 번째, 6 번째 펄스는 회전 플레이트(1100)를 통과하는 반면, 1 번째, 3 번째, 5 번째 펄스는 회전 플레이트(1100)를 통과하지 못한다. 그리하여, 주파수 변환 유닛(1000)을 통과한 제2 레이저 빔(L2)은 도 6의 (c)와 같이, 단위 시간(t0)당 3번의 펄스를 가질 수 있다. 즉, 주파수 변환 유닛(1000)에 의해, 레이저 빔은 단위 시간(t0)당 6 개의 펄스를 가지는 제1 레이저 빔(L1)에서 단위 시간(t0)당 3개의 펄스를 가지는 제2 레이저 빔(L2)으로 변경될 수 있다.
도 7은 다른 실시예에 따른 레이저 가공 시스템(1)에서 주파수 변환 유닛(1000)에 의해 레이저 빔의 주파수가 변환되는 과정을 설명하기 위한 것으로써, 도 6에서 회전 플레이트(1100)의 회전 속도를 변경한 것이다.
도 7의 (a)를 참조하면, 도 6의 (a)와 동일하게, 제1 레이저 빔(L1)은 단위 시간(t0)당 6 번의 펄스를 가질 수 있다.
도 7의 (b)를 참조하면, 회전 플레이트(1100)의 회전 속도가 변경될 수 있다. 예를 들어, 슬릿(1111)이 단위 시간(t0) 동안 제1 레이저 빔(L1)이 조사된 영역을 4회 지나도록, 회전 플레이트(1100)가 회전될 수 있다.
도 7의 (a) 내지 (c)를 참조하면, 제1 레이저 빔(L1)의 3번째, 6번째 펄스는 회전 플레이트(1100)를 통과하는 반면, 1번째, 2번째, 4번째, 5번째 펄스는 회전 플레이트(1100)를 통과하지 못한다. 그리하여, 주파수 변환 유닛(1000)을 통과한 제2 레이저 빔(L2)은 도 7의 (c)와 같이, 단위 시간(t0)당 2번의 펄스를 가질 수 있다.
단위 시간(t0)이 1초라고 가정할 때, 제1 레이저 빔(L1)의 주파수는 6 Hz이며, 회전 플레이트(1100)의 슬릿(1111) 주기를 주파수로 환산하였을 때, 회전 플레이트(1100)의 주파수는 4 Hz이다. 이 경우, 제2 레이저 빔(L2)의 주파수는 제1 레이저 빔(L1)의 주파수와 회전 플레이트(1100)의 주파수의 최소 공배수인 2 Hz로 나타난다.
도 6과 도 7을 비교해보면, 제1 레이저 빔(L1)의 주파수가 동일함에도 불구하고, 회전 플레이트(1100)의 회전 속도가 달라짐에 따라, 회전 플레이트(1100)를 통과한 제2 레이저 빔(L2)의 주파수가 서로 다르게 나타났음을 알 수 있다.
한편, 상술한 실시예에서는, 제1 레이저 빔(L1)이 펄스 레이저 빔인 경우를 중심으로 설명하였다. 그러나, 제1 레이저 빔(L1)은 펄스 레이저 빔에 한정되지 아니하며, 연속 레이저 빔일 수도 있다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 레이저 가공 시스템(1)에서 주파수 변환 유닛(1000)에 의해 레이저 빔의 주파수가 변환되는 과정을 설명하기 위한 것으로써, 도 6에서 제1 레이저 빔(L1)을 연속 레이저 빔으로 변경한 것이다.
도 8의 (a) 내지 (c)를 참조하면, 제1 레이저 빔(L1)은 회전 플레이트(1100)의 슬릿(1111)이 제1 레이저 빔(L1)이 조사된 영역을 지날 때에만 회전 플레이트(1100)를 통과한다. 그리하여, 주파수 변환 유닛(1000)을 통과한 제2 레이저 빔(L2)은 도 8의 (c)와 같이, 단위 시간(t0)당 3번의 펄스를 가질 수 있다.
도 6 내지 도 8에서 설명한 바와 같이, 실시예에 따른 레이저 조사 장치 및 이를 포함하는 레이저 가공 시스템(1)에서는, 가공 대상물(W)과 레이저 조사 유닛(200) 사이에 배치된 주파수 변환 유닛(1000)에 의해, 레이저 빔의 주파수가 변경된다. 다시 말해, 슬릿(1111)이 형성된 회전 플레이트(1100)가 회전하는 기구적인 구조물을 통해, 용이하게 가공 대상물(W)에 가해지는 제2 레이저 빔(L2)의 주파수를 변경할 수 있다.
이러한 제2 레이저 빔(L2)의 주파수 변경을 통해, 제2 레이저 빔(L2)에 의해 가공 대상물(W)에 가해지는 에너지 밀도를 제어할 수 있다. 레이저 빔에 의해 가공 대상물(W)에 가해지는 에너지 밀도는, 레이저 빔의 펄스당 에너지와 레이저 빔의 주파수의 곱에 의해 결정된다. 따라서, 주파수 변환 유닛(1000)에 의해 제2 레이저 빔(L2)의 주파수를 제어함으로써, 제2 레이저 빔(L2)에 의해 가공 대상물(W)에 가해지는 에너지 밀도를 제어할 수 있게 된다.
다시 도 3 및 도 4를 참조하면, 회전 플레이트(1100)는 슬릿(1111)이 형성되어 제1 레이저 빔(L1)을 통과시키는 통과 영역(1110)과, 슬릿(1111)이 형성되지 않아 제1 레이저 빔(L1)을 차단하는 차단 영역(1120)으로 구분될 수 있다.
회전 플레이트(1100)가 회전하는 동안, 회전 플레이트(1100)의 통과 영역(1110)과 차단 영역(1120)이 레이저 조사 유닛(200)의 하부를 주기적으로 지나게 된다. 그에 따라, 통과 영역(1110)이 레이저 조사 유닛(200)의 하부를 지날 때에는 제1 레이저 빔(L1)이 회전 플레이트(1100)를 통과하며, 차단 영역(1120)이 레이저 조사 유닛(200)의 하부를 지날 때에는 제1 레이저 빔(L1)이 회전 플레이트(1100)를 통과하지 못하고 차단된다.
회전 플레이트(1100)를 통과하지 못한 제1 레이저 빔(L1)이 차단 영역(1120)의 일부에 연속적으로 조사될 경우, 차단 영역(1120)은 열화 또는 파손될 가능성도 배제할 수 없다. 그러나, 실시예에 따른 레이저 조사 장치 및 이를 포함하는 레이저 가공 시스템(1)에서는, 회전 플레이트(1100)가 회전되는 구조를 가지며, 그에 따라 제1 레이저 빔(L1)이 조사되는 차단 영역(1120)은 회전된다. 그리하여, 제1 레이저 빔(L1)은 원주 방향을 따라 차단 영역(1120) 내의 복수의 위치에 골고루 조사될 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 레이저 가공 시스템(1)에서는, 차단 영역(1120)이 정지되어 있을 경우 나타나는 문제점인 차단 영역(1120)의 일부가 제1 레이저 빔(L1)의 집중 조사에 의해 열화 또는 파손되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 실시예에 따른 레이저 가공 시스템(1)에서는, 회전 플레이트(1100)가 제1 레이저빔(L1)에 의한 에너지 밀도가 16000 W/cm2 이하에서, 파손되지 않을 수 있다.
한편, 차단 영역(1120)과 통과 영역(1110)이 회전 방향을 따라 배열되어 있기 때문에, 설사 차단 영역(1120)의 일부가 파손되더라도, 제1 레이저 빔(L1)이 통과 영역(1110)을 통과하는 데 영향을 미치지 않을 수 있다. 만일, 실시예와 달리, 통과 영역(1110)과 차단 영역(1120)이 제1 레이저 빔(L1)의 조사 방향을 따라 배열된 구조일 경우, 차단 영역(1120)의 파손 또는 열화가 발생하였을 때, 이러한 차단 영역(1120)은 제1 레이저 빔(L1)이 통과 영역(1110)을 통과하는 것을 방해할 수 있다. 그러나, 실시예에서는, 회전 플레이트(1100)가 회전하며, 차단 영역(1120)과 통과 영역(1110)이 회전 방향을 따라 배열되어 있기 때문에, 설사 차단 영역(1120)의 일부가 파손되더라도, 파손된 차단 영역(1120)의 일부는 제1 레이저 빔(L1)이 통과 영역(1110)을 통과하는 것을 방해하지 않게 된다.
회전 플레이트(1100)는 제1 레이저 빔(L)에 대해 저반사율을 가질 수 있다. 예를 들어, 회전 플레이트(1100)에서 레이저 조사 유닛(200)에 대향하는 표면은 반사율이 10 % 이하일 수 있다. 일 예로써, 회전 플레이트(1100)의 재질은 알루미늄(Al), 스테인리스 스틸(SUS)일 수 있다. 회전 플레이트(1100)가 저반사율을 가짐으로써, 회전 플레이트(1100)가 회전하는 동안, 슬릿(1111)을 통과하지 못한 제1 레이저 빔(L1)이 주변 부재(미도시)를 향해 반사되는 것을 방지 또는 저감할 수 있다. 그리하여, 주변 부재의 파손 또는 열화를 방지할 수 있다.
도 9a 및 도 9b는 도 1의 챔버 유닛의 사시도 및 측면도이다. 도 10a 및 도 10b에는 챔버 유닛의 내부 단면이 도시되어 있다.
도 9a 내지 도 10b를 참조하면, 챔버 유닛(100)은 베이스 플레이트(base plate, 105)와 이 베이스 플레이트(105)를 덮도록 마련되는 커버 플레이트(cover plate, 110)를 포함한다. 여기서, 커버 플레이트(110)에는 제1 및 제2 윈도우(window, 121,122)가 마련되어 있다. 그리고, 베이스 플레이트(105)에는 가공 대상물(W)이 적재되는 스테이지(stage, 130)가 마련되어 있다.
제1 윈도우(121)는 주파수 변환 유닛(1000)을 통과한 제2 레이저 빔(L2)이 투과하는 곳으로, 커버 플레이트(110)의 제1 벽면(110a, 도 9a에서 커버 플레이트의 상면)에 마련될 수 있다.
제1 윈도우(121)는 입사되는 제2 레이저 빔(L2)의 파장을 잘 투과시킬 수 있는 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 레이저 빔(L2)이 예를 들면, 248nm, 266nm, 355nm 등과 같은 자외선 범위의 파장을 가지는 경우에는 제1 윈도우(121)는 예를 들어 용융된 실리카(fused silica) 등을 포함할 수 있다. 또한, 제2 레이저 빔(L2)이 가시광선 범위의 파장을 가지는 경우에는 제1 윈도우(121)는 예를 들어 석영(Quartz) 등을 포함할 수 있다. 그리고, 제2 레이저 빔(L2)이 적외선 범위의 파장을 가지는 경우에는 제1 윈도우(121)는 ZnSe 등을 포함할 수 있다. 하지만, 이상에서 언급된 제1 윈도우(121)의 재질은 단지 예시적인 것으로, 이외에도 제1 윈도우(121)는 다른 다양한 재질을 포함할 수 있다.
제2 윈도우(122)는 온도 측정을 위한 측정빔(DL)이 투과하는 곳으로, 커버 플레이트(110)의 제2 벽면(110b, 도 9a에서 커버 플레이트(110)의 일측면)에 마련될 수 있다. 챔버 유닛(100)의 외부, 예를 들면, 챔버 유닛(100)의 일측 상부에 마련된 온도 측정 유닛(300)으로부터 출사된 측정빔(DL)은 커버 플레이트(110)의 제2 윈도우(122)를 투과하여 스테이지(130) 상에 적재된 가공 대상물(W)의 특정 영역에 조사될 수 있다. 이에 따라, 온도 측정 유닛(300)은 가공 대상물(130)의 특정 영역에 대한 온도를 실시간으로 측정하고 모니터링할 수 있다.
제2 윈도우(122)가 마련되는 제2 벽면(110b)은 제1 윈도우(121)가 마련되는 제1 벽면(110a)에 대해 경사지게 형성될 수 있다. 이와 같이, 측정빔(DL)이 투과하는 제2 윈도우(122)가 위치하는 제2 벽면(110b)이 제2 레이저 빔(L2)이 투과하는 제1 윈도우(121)가 위치하는 제1 벽면(110a)에 대해 경사지게 형성된 것은 온도 측정 유닛(300)으로 출사된 측정빔(DL)이 제2 윈도우(122)에 입사되는 각도를 조절함으로써 측정빔(DL)이 챔버 유닛(100) 내 가공 대상물(W) 상의 원하는 위치에 정확하게 도달되도록 하기 위함이다. 한편, 본 실시예는 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 제2 윈도우(122)가 마련되는 제2 벽면(110b)이 제1 윈도우(121)가 마련되는 제1 벽면(110a)에 대해 경사지게 형성되지 않을 수도 있다.
제2 윈도우(122)를 투과하는 측정빔(DL)은 제1 윈도우(121)를 투과하는 제2 레이저 빔(L2)과는 다른 파장을 가질 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 제2 윈도우(122)는 입사되는 측정빔(DL)의 파장을 잘 투과시킬 수 있는 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 측정빔(DL)은 적외선 범위의 파장을 가지는 경우에는 제2 윈도우(122)는 ZnSe 등을 포함할 수 있다. 하지만, 이는 단지 예시적인 것이다. 본 실시예에서 사용되는 측정빔(DL)은 다양한 파장 범위을 가질 수 있으며, 이에 대응하여 제2 윈도우(122)는 그 파장의 빛을 잘 투과시킬 수 있는 재질을 포함할 수 있다.
베이스 플레이트(105)의 상면에는 가공 대상물(W)이 적재되는 스테이지(130)가 마련될 수 있다. 그리고, 후술하는 바와 같이 스테이지(130)는 베이스 플레이트(105)에 대해 경사지게 기울어지게 배치될 수 있으며, 이 경사 각도는 다양하게 조절될 수 있다. 이를 위해서, 스테이지(130)의 일단부는 가이드 부재(137)를 통해 베이스 플레이트(105)에 대해 상하로 움직일 수 있도록 되어 있으며, 스테이지(130)의 타단부는 상하 이동을 방지하는 핀(pin, 135)으로 고정되어 있다. 이와 같이, 스테이지(130)를 베이스 플레이트(105)에 대해 기울어지게 배치하는 것은 제1 윈도우(121)를 투과하는 제2 레이저 빔(L2)이나 또는 제2 윈도우(122)를 투과하는 측정빔(DL)이 정확하게 가공 대상물(W)의 원하는 영역에 입사될 수 있도록 하기 위함이다. 한편, 베이스 플레이스(105) 상에 마련된 스테이지(130)는 베이스 플레이트(105) 상에서 원하는 위치로 이동이 가능하도록 설치되어 있다.
본 실시예에 따른 챔버 유닛(100)은 그 내부가 진공으로 유지되는 것이 바람직하다. 이는 가공 대상물(W)이 제2 레이저 빔(L2)의 조사에 의해 반응하는 과정에서 다른 기체나 불순물 등에 의해 방해를 받지 않아야 하고, 또한 진공 상태에서 가공 대상물(W)에 반응하는 특정한 기체를 챔버 유닛(100)의 내부에 주입하게 되면 신뢰성이 높은 가공 공정을 수행할 수 있기 때문이다.
도 10a를 참조하면, 챔버 유닛(100)의 상부에는 제1 레이저 빔(L1)을 출사하는 레이저 조사 유닛(200)과, 제1 레이저 빔(L1)을 다른 주파수를 가지는 제2 레이저 빔(L2)으로 변환시키는 주파수 변환 유닛(1000)이 마련되어 있으며, 챔버 유닛(100)의 일측 상부에는 온도 측정을 위한 측정빔(DL)을 출사하는 온도 측정 유닛(300)이 마련되어 있다. 그리고, 챔버 유닛(100)의 내부에서 스테이지(130)는 베이스 플레이트(105)에 대해 제1 각도(θ1)로 기울어져 있으며. 이렇게 기울어진 스테이지(130)의 상면에 가공 대상물(W)이 적재되어 있다.
이와 같은 구조에서, 레이저 조사 유닛(200)으로부터 출사된 제2 레이저 빔(L2)은 커버 플레이트(110)의 제1 벽면(110a, 예를 들면, 상면)에 마련되는 제1 윈도우(121)를 투과하여 가공 대상물(W)에 조사된다. 여기서, 제2 레이저 빔(L2)은 가공 대상물(W)의 표면에 대해 경사지게 입사될 수 있다. 이와 같이, 제2 레이저 빔(L2)이 가공 대상물(W)의 소정 영역에 조사됨으로써 가공 작업이 수행될 수 있다.
이러한 레이저 가공 공정에서 가공 대상물(W)에 입사되는 제2 레이저 빔(L2)의 일부는 반사될 수 있는데, 이렇게 반사되는 레이저 빔(RL)은 커버 플레이트(110)의 내벽면 중에서 제1 및 제2 윈도우(121,122)가 형성되지 않은 부분 쪽으로 진행되는 것이 바람직하다. 이는 가공 대상물(W)에서 반사되는 레이저 빔(RL)이 제1 윈도우(121) 또는 제2 윈도우(122) 쪽으로 진행하는 경우에는 반사된 레이저 빔(RL)에 의해 제1 또는 제2 윈도우(121,122)가 손상될 수 있기 때문이다.
온도 측정 유닛(300)으로부터 출사된 측정빔(DL)은 커버 플레이트(110)의 경사진 제2 벽면(110b, 예를 들면, 측면)에 마련되는 제2 윈도우(122)를 투과하여 가공 대상물(W)의 특정 영역에 조사될 수 있다. 이에 따라, 온도 측정 유닛(300)은 레이저 가공 작업이 진행되는 동안에도 가공 대상물(W)의 특정 영역에 대한 온도를 실시간으로 측정하고 모니터링 할 수 있다. 여기서, 온도를 측정하고자 하는 가공 대상물(W)의 특정 영역은 일반적으로 레이저 조사 영역이 될 수 있지만, 이에 한정되지 않고 레이저 조사 영역의 주변 영역이나 또는 다른 영역이 될 수도 있다.
도 10b를 참조하면, 도 10a와 비교하여 스테이지(130)는 베이스 플레이트(105) 상에서 일방향으로 직선 이동하였으며, 또한 스테이지(130)는 도 10a에 도시된 제1 각도(θ1)보다 큰 제2 각도(θ2)로 기울어져 있다. 레이저 조사 유닛(200)으로부터 출사되어 제1 윈도우(121)를 투과하는 제2 레이저 빔(L2)은 가공 대상물(W)의 다른 영역에 조사되면서 레이저 가공 작업을 진행할 수 있다. 또한, 온도 측정 유닛(300)으로부터 출사되어 제2 윈도우(122)를 투과하는 측정빔(DL)은 가공 대상물(W)의 특정 영역에 조사되어 온도를 실시간으로 측정하고 모니터링 할 수 있다. 한편, 도 10a 및 도 10b에 도시된 스테이지(130)의 경사 각도(θ1, θ2)는 제2 레이저 빔(L2) 및/또는 측정빔(DL)이 가공 대상물(W)에 입사되는 각도가 최적화될 수 있도록 적절하게 조절될 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 실시예에 따른 챔버 유닛(100)에서는 커버 플레이트(110)의 다른 벽면, 즉 제1 및 제2 벽면(110a, 110b)에 각각 제1 및 제2 윈도우(121,122)를 마련함으로써 제2 레이저 빔(L2)은 제1 윈도우(121)를 투과하여 가공 대상물(W)의 소정 영역에 조사되어 레이저 가공작업을 진행하고, 측정빔(DL)은 제2 윈도우(122)를 투과하여 가공 대상물(W)의 특정 영역에 대한 온도를 측정할 수 있다. 이에 따라, 레이저 가공 작업이 진행되는 동안에도 가공 대상물(W)의 특정 영역(예를 들면, 레이저 조사 영역이나 그 주위 영역 등)에 대한 온도를 실시간으로 측정하고 모니터링할 수 있고, 또한, 레이저 가공 작업의 품질 여부를 실시간으로 확인할 수 있다.
구체적인 예로서, 실리콘 박막 등과 같은 특정 가공 대상물의 경우에는 레이저 빔의 조사에 의해 반응하는 가공 대상물(W)의 온도나 또는 데미지(damage) 구간 등으로 실시간으로 측정할 수 있다. 또한, 챔버 유닛(100)의 내부에 식각 가스를 주입한 상태에서 포토 마스크에 레이저 빔(L2)을 조사하게 되면 레이저 빔(L2)의 조사 영역이나 그 주위의 영역에 대한 온도를 측정함으로써 원하는 영역에만 식각 공정을 수행할 수 있다. 그리고, 웨이퍼 어닐링 공정을 수행하면서 레이저 빔(L2)의 특정 조사 영역이나 그 주위 영역에 대한 온도를 실시간으로 측정함으로써 원하는 어닐링 공정을 정확하게 수행할 수 있다.
그리고, 챔버 유닛(100)의 커버 플레이트(110)에 제2 레이저 빔(L2)과 측정빔(DL)이 각각 투과하는 제1 및 제2 윈도우(121,122)를 마련함으로써 제2 레이저 빔(L2)과 다른 파장을 가지는 다양한 광을 측정빔(DL)으로 사용할 수 있다.
도 11은 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 챔버 유닛을 도시한 내부 단면도이다.
도 11을 참조하면, 본 실시예에 따른 챔버 유닛(100')에서는 전술한 실시예와는 달리 스테이지(130)가 베이스 플레이트(105)에 대해 경사지게 마련되어 있지 않고 베이스 플레이트(105)에 나란하게 마련되어 있다. 여기서, 스테이지(130)는 베이스 플레이트(105) 상에서 원하는 위치로 이동 가능하도록 설치됨으로써 가공 대상물(W)의 다양한 영역에 제2 레이저 빔(L2) 및 측정빔(DL)이 조사될 수 이다.
그리고, 스테이지(130)에 적재된 가공 대상물(W)의 표면에 대해 제2 레이저 빔(L2)이 경사지게 입사될 수 있도록 레이저 조사 유닛(200)이 배치될 수 있다. 이 때, 주파수 변환 유닛(1000)은 도 11과 같이 제1 레이저 빔(L1)에 대해 예각으로 경사지게 배치될 수 있으나, 이에 한정되지는 아니하며, 제1 레이저 빔(L1)에 대해 수직으로 배치될 수도 있다.
이와 같이, 스테이지(130)가 베이스 플레이트(105)에 나란하게 마련되는 실시예는 예를 들면 가공 대상물(W)에 조사되는 제2 레이저 빔(L2)의 크기가 큰 경우에 적용될 수 있다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 레이저 가공 시스템을 개략적으로 도시한 사시도이다. 도 12는 전술한 챔버 유닛(100)을 포함하는 레이저 가공 시스템(1)이 도시되어 있다.
도 12를 참조하면, 본 실시예에 따른 레이저 가공 시스템(1)은 레이저 조사 유닛(200), 온도 측정 유닛(300), 챔버 유닛(100) 및 주파수 변환 유닛(1000)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 레이저 조사 유닛(200) 및 주파수 변환 유닛(1000)은 챔버 유닛(100)의 상부에 마련될 수 있으며, 온도 측정 유닛(300)은 챔버 유닛(100)의 일측 상부에 마련될 수 있다. 하지만, 이는 단지 예시적인 것으로, 레이저 조사 유닛(200), 주파수 변환 유닛(1000) 및 온도 측정 유닛(300)의 위치는 다양하게 변형될 수 있다.
레이저 조사 유닛(200)은 제1 레이저 빔(L1)을 출사하는 것으로써, 자외선 범위 파장을 가지는 제1 레이저 빔(L1)을 출사할 수 있다. 하지만, 이는 단지 예시적인 것으로, 이외에도 레이저 조사 유닛(200)은 가공 작업의 종류에 따라 다양한 파장 범위의 제1 레이저 빔(L1)을 출사할 수 있다.
주파수 변환 유닛(1000)은 가공 대상물(W)에 가해지는 제2 레이저 빔(L2)의 주파수를 제1 레이저 빔(L1)의 주파수와 다르게 변환한다. 주파수 변환 유닛(1000)은 필요에 따라 다른 주파수 변환 유닛(미도시)으로 교환될 수 있다. 예를 들어, 슬릿의 개수가 다른 주파수 변환 유닛으로 교체될 수 있다.
온도 측정 유닛(300)은 온도 측정을 위해 사용되는 측정빔(DL)을 조사하여 가공 대상물(W) 중 제2 레이저 빔(L2)이 조사되는 영역이나 그 주위 영역 또는 다른 영역에 대한 온도를 측정하기 위한 것이다. 예를 들면, 온도 측정 유닛(300)은 가시광선 또는 적외선 범위의 파장을 가지는 측정빔(DL)을 조사할 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 온도 측정 유닛(300)으로는 예를 들어 열화상 카메라 또는 파이로메터(pyrometer) 등이 사용될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
챔버 유닛(100)은 도 10a을 참조하면, 베이스 플레이트(105)와, 이 베이스 플레이트(105)를 덮도록 마련되는 커버 플레이트(110)와, 커버 플레이트(110)에 마련되는 제1 및 제2 윈도우(121,122)를 포함한다. 여기서, 제1 윈도우(121)는 제2 레이저 빔(L2)이 투과하는 곳으로, 커버 플레이트(110)의 제1 벽면(110a, 예를 들면, 커버 플레이트(110)의 상면)에 마련될 수 있다. 챔버 유닛(100)의 상부에 마련된 레이저 조사 유닛(200)으로부터 출사된 제2 레이저 빔(L2)은 커버 플레이트(110)의 제1 윈도우(121)를 투과하여 스테이지(130) 상에 적재된 가공 대상물(W)의 소정 영역에 조사될 수 있다. 이러한 제1 윈도우(121)는 입사되는 제2 레이저 빔(L2)의 파장을 잘 투과시킬 수 있는 재질을 포함할 수 있다.
제2 윈도우(122)는 온도 측정을 위한 측정빔(DL)이 투과하는 곳으로, 커버 플레이트(110)의 제2 벽면(110b, 예를 들면, 커버 플레이트(110)의 일측면)에 마련될 수 있다. 챔버 유닛(100)의 일측 상부에 마련된 온도 측정 유닛(300)으로부터 출사된 측정빔(DL)은 커버 플레이트(110)의 제2 윈도우(122)를 투과하여 스테이지(130) 상에 적재된 가공 대상물(W)의 특정 영역에 조사될 수 있다. 이에 따라 온도 측정 유닛(300)은 가공 대상물(W)의 특정 영역에 대한 온도를 실시간으로 측정할 수 있다. 제2 윈도우(122)가 마련되는 제2 벽면(110b)은 제1 윈도우(121)가 마련되는 제1 벽면(110a)에 대해 경사지게 형성될 수 있다. 한편, 제2 윈도우(122)를 투과하는 측정빔(DL)은 제1 윈도우(121)를 투과하는 제2 레이저 빔(L2)과는 다른 파장을 가질 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 제2 윈도우(122)는 입사되는 측정빔(DL)의 파장을 잘 투과시킬 수 있는 재질을 포함할 수 있다.
베이스 플레이트(105)에는 가공 대상물(W)을 적재하는 스테이지(130)가 마련되어 있으며, 이 스테이지(130)는 베이스 플레이트(105) 상을 이동할 수 있도록 설치되어 있다. 그리고, 스테이지(130)는 베이스 플레이트(105)에 대해 경사지게 기울어지도록 마련될 수 있다. 한편, 스테이지(130)는 베이스 플레이트(105)에 대해 경사지게 기울어지도록 마련되지 않을 수도 있다.
챔버 유닛(100)의 하부에는 진공 유닛(400)이 더 마련될 수 있다. 이러한 진공 유닛(400)은 챔버 유닛(100)와 연결되어 챔버 유닛(100)의 내부를 진공으로 유지시키는 역할을 할 수 있다. 그리고, 진공 유닛(400)의 상부에는 챔버 유닛(100)의 내부 압력을 표시하는 역할을 하는 압력 디스플레이 유닛(500)이 더 마련될 수도 있다.
이상과 같이, 챔버 유닛(100)의 커버 플레이트(110)에는 제1 및 제2 윈도우(121,122)를 마련함으로써 제2 레이저 빔(L2)은 제1 윈도우(121)를 투과하여 가공 대상물(W)의 소정 영역에 조사됨으로써 레이저 가공작업을 진행하고, 측정빔(DL)은 제2 윈도우(122)를 투과하여 가공 대상물(W)의 특정 영역에 대한 온도를 측정할 수 있다. 따라서, 레이저 가공 작업이 진행되는 동안에도 가공 대상물(W)의 특정 영역(예를 들면, 레이저 조사 영역이나 그 주위 영역 등)에 대한 온도를 실시간으로 측정하고 모니터링할 수 있다. 또한, 측정빔(DL)으로는 제2 레이저 빔(L2)과 다른 파장을 가지는 다양한 파장의 광을 사용할 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 실시예에 따른 주파수 변환 유닛(1000) 및 챔버 유닛(100)은 레이저 가공을 이용하는 다양한 분야에 활용될 수 있다. 일 예로, 챔버 유닛(100) 및 주파수 변환 유닛(1000)은 레이저 어닐링(laser annealing), 포토 마스크의 접착제(glue) 제거, 레이저를 이용한 에칭 등에 사용될 수 있다. 또한, 레이저를 이용한 가공대상물의 흡수율에 따른 온도 특성 변화 혹은 상변화(phase transition)등을 측정하는 데에도 유용하게 사용될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
*부호의 설명
1 : 레이저 가공 시스템 100 : 챔버 유닛
105 : 베이스 플레이트 110 : 커버 플레이트
121 : 제1 윈도우 122 : 제2 윈도우
130 : 스테이지 135 : 핀(pin)
137 : 가이드 부재 200 : 레이저 조사 유닛
210 : 레이저 광원 220 : 광학계
300 : 온도 측정 유닛 400 : 진공 유닛
500 : 압력 디스플레이 유닛 1000 : 주파수 변환 유닛
1100, 1100a, 1100b, 1100c : 회전 플레이트
1110 : 통과 영역 1120 : 차단 영역
1111, 1111A : 슬릿 1200 : 회전 지지부
1300 : 회전 구동부 W : 가공 대상물
L1 : 제1 레이저 빔 L2 : 제2 레이저 빔

Claims (20)

  1. 레이저 빔을 조사하는 레이저 조사 유닛;
    내부에 가공 대상물을 수용 가능하며, 외부로부터 상기 레이저 빔이 투과하여 상기 가공 대상물에 조사되는 챔버 유닛; 및
    상기 챔버 유닛과 상기 레이저 조사 유닛 사이에 배치되며, 회전 가능하며, 적어도 하나의 슬릿이 형성된 회전 플레이트를 가지는, 주파수 변환 유닛;을 포함하는, 레이저 가공 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회전 플레이트의 회전 속도가 변경됨에 따라, 상기 회전 플레이트를 통과하여 상기 가공 대상물에 조사되는 레이저 빔의 주파수가 변경되는, 레이저 가공 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 회전 플레이트의 회전 속도는 50 rpm ~ 4000 rpm 인, 레이저 가공 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 회전 플레이트의 회전축에 수직인 방향으로의 단면 형상이 원형인, 레이저 가공 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 회전 플레이트에서 상기 레이저 조사 유닛에 대향하는 표면은, 반사율이 10% 이하인, 레이저 가공 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 조사 유닛에서 조사된 레이저 빔은 제1 주파수를 가지며,
    상기 주파수 변환 유닛을 통과한 레이저 빔은 상기 제1 주파수와 다른 제2 주파수를 가지는, 레이저 가공 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 챔버 유닛은,
    베이스 플레이트(base plate)와,
    상기 베이스 플레이트를 덮도록 마련되는 커버 플레이트(cover plate)와,
    상기 커버 플레이트에 마련되는 것으로, 상기 레이저 빔이 투과하는 제1 윈도우(window)와,
    상기 커버 플레이트에 상기 제1 윈도우와 이격되게 마련되는 것으로, 상기 가공 대상물의 특정 영역에 대한 온도 측정을 위한 측정빔이 투과하는 제2 윈도우를 포함하는, 레이저 가공 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 윈도우는 상기 커버 플레이트의 제1 및 제2 벽면에 마련되며,
    상기 제2 벽면은 상기 제1 벽면에 대해 경사지게 형성된, 레이저 가공 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트에 마련되는 것으로, 상기 가공 대상물이 적재되는 스테이지(stage)를 더 포함하며,
    상기 스테이지는 상기 베이스 플레이트 상에서 이동 가능하게 마련되는, 레이저 가공 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 스테이지는 상기 베이스 플레이트에 대해 경사지게 기울어질 수 있도록 그 일단부가 상하로 움직이도록 마련되는, 레이저 가공 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 레이저 빔은 상기 스테이지에 적재된 상기 가공 대상물의 표면에 대해 경사지게 입사되며,
    상기 가공 대상물로부터 반사되는 상기 레이저 빔의 일부는 상기 커버 플레이트의 내벽면 중 상기 제1 및 제2 윈도우가 형성되지 않은 영역으로 진행하는, 레이저 가공 시스템.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 레이저 빔과 상기 측정빔은 파장이 서로 다르고, 상기 제1 윈도우와 상기 제2 윈도우는 서로 다른 재질을 포함하는, 레이저 가공 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 가공 대상물의 특정 영역에 대한 온도 측정을 위한 측정빔을 출사하는 온도 측정 유닛;을 더 포함하는, 레이저 가공 시스템.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 챔버 유닛의 내부를 진공으로 유지시키는 진공 유닛;을 더 포함하는 레이저 가공 시스템.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 회전 플레이트는, 상기 레이저 조사 유닛으로부터 이격 배치되며, 상기 챔버 유닛에 회전 가능하게 설치된, 레이저 가공 시스템.
  16. 가공 대상물에 레이저 빔을 조사하는 레이저 조사 유닛; 및
    상기 가공 대상물과 상기 레이저 조사 유닛 사이에 배치되며, 회전 가능하며, 적어도 하나의 슬릿이 형성된 회전 플레이트를 가지는, 주파수 변환 유닛;을 포함하며,
    상기 회전 플레이트의 회전 속도가 변경됨에 따라, 상기 회전 플레이트를 통과하여 상기 가공 대상물에 조사되는 레이저 빔의 주파수가 변경되는, 레이저 가공 시스템의 레이저 조사 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 회전 플레이트의 회전 속도는 50 rpm ~ 4000 rpm 인, 레이저 가공 시스템의 레이저 조사 장치.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 회전 플레이트의 회전축에 수직인 방향으로의 단면 형상은 원형인, 레이저 가공 시스템의 레이저 조사 장치.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 회전 플레이트에서 상기 레이저 조사 유닛에 대향하는 표면은, 반사율이 10% 이하인, 레이저 가공 시스템의 레이저 조사 장치.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 레이저 조사 유닛에서 조사된 레이저 빔은 제1 주파수를 가지며,
    상기 주파수 변환 유닛을 통과한 레이저 빔은 상기 제1 주파수와 다른 제2 주파수를 가지는, 레이저 가공 시스템의 레이저 조사 장치.
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