KR20150014142A - 멀티 초점을 가지는 비구면 렌즈를 이용한 취성 기판 가공 장치 - Google Patents

멀티 초점을 가지는 비구면 렌즈를 이용한 취성 기판 가공 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20150014142A
KR20150014142A KR1020130089439A KR20130089439A KR20150014142A KR 20150014142 A KR20150014142 A KR 20150014142A KR 1020130089439 A KR1020130089439 A KR 1020130089439A KR 20130089439 A KR20130089439 A KR 20130089439A KR 20150014142 A KR20150014142 A KR 20150014142A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
laser beam
lens
focal
laser
spherical
Prior art date
Application number
KR1020130089439A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101547806B1 (ko
Inventor
신흥현
김장현
Original Assignee
에이피시스템 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에이피시스템 주식회사 filed Critical 에이피시스템 주식회사
Priority to KR1020130089439A priority Critical patent/KR101547806B1/ko
Priority to CN201410284205.7A priority patent/CN104339084B/zh
Publication of KR20150014142A publication Critical patent/KR20150014142A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101547806B1 publication Critical patent/KR101547806B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/50—Working by transmitting the laser beam through or within the workpiece
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/062—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
    • B23K26/0626—Energy control of the laser beam
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/0648—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising lenses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/067—Dividing the beam into multiple beams, e.g. multifocusing
    • B23K26/0676—Dividing the beam into multiple beams, e.g. multifocusing into dependently operating sub-beams, e.g. an array of spots with fixed spatial relationship or for performing simultaneously identical operations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/38—Removing material by boring or cutting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/03—Observing, e.g. monitoring, the workpiece
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/04—Automatically aligning, aiming or focusing the laser beam, e.g. using the back-scattered light
    • B23K26/046—Automatically focusing the laser beam
    • B23K26/048—Automatically focusing the laser beam by controlling the distance between laser head and workpiece
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/062—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
    • B23K26/0622—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/0643—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising mirrors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/067—Dividing the beam into multiple beams, e.g. multifocusing

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

본 발명은 가공 속도가 향상된 레이저를 이용한 취성 기판 가공 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 취성 기판 가공 장치는 레이저 빔을 출사하는 레이저 발생부, 레이저 발생부로부터 출사된 레이저 빔을 반사하여, 출사된 레이저 빔의 진행 방향을 바꾸는 반사 거울, 반사 거울에서 반사된 레이저 빔의 광선속을 변화시키는 빔 익스팬더 및 빔 익스팬더를 통과한 레이저 빔을 복수의 초점에 나누어 조사하는 멀티 초점 렌즈부를 포함한다.

Description

멀티 초점을 가지는 비구면 렌즈를 이용한 취성 기판 가공 장치{DEVICE FOR PROCESSING BRITTLE SUBSTRATE USING ASPHERICAL LENS HAVING MULTI FOCUS}
본 발명은 멀티 초점을 가지는 비구면 렌즈를 이용한 취성 기판 가공 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 멀티 초점을 이용하여 둘 이상의 지점을 동시에 가공함으로써 가공 속도를 향상시키는 취성 기판 가공 장치에 관한 것이다.
최근, 다양한 정보를 화면에 표시해 주는 디스플레이 산업의 중요성이 높아지면서, 고해상도 및 휴대용 디스플레이가 가능한 평판 디스플레이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
이러한 평판 디스플레이는 일반적으로 대규모 집적회로 등의 반도체 칩과 같이 취성 기판상에 복수의 매트릭스 형태로 형성되어 기판을 각 소자 또는 모듈 단위로 절단하는 공정을 거쳐서 제조된다.
이 경우, 글라스(glass), 실리콘, 세라믹 등으로 구성된 취성 기판을 절단하여 분리시키기는 방법으로서는 스크라이빙(scribing), 블레이드 다이싱(blade dicing), 레이저 절단, 스텔스 다이싱(stealth dicing), TLS(Thermal Laser Separation) 등의 방법을 사용되고 있다.
이 중 스크라이빙과 블레이드 다이싱은 기계적인 절단 방법이고, 스텔스 다이싱과 TLS 방법은 레이저를 이용한 비접촉 절단 방법이다. 기존의 기계적 절단 방법을 사용하여 가공할 때에는, 가공물에 다량의 칩과 잔류 응력을 남기게 되며, 특히 100㎛ 두께 이하의 박막을 가공할 때 박막을 심각하게 파손할 가능성이 있다.
기존의 레이저를 이용한 비접촉 절단 방법으로서 열전달을 기반으로 하는 가공 방법이 있다. 레이저를 이용한 가공 방법은 얇은 박막도 파손 없이 가공할 수 있다는 장점이 있는 반면에, 가공 시간이 많이 걸린다는 단점이 있다.
본 발명의 다른 목적은 레이저를 이용한 가공 장치에 있어서, 수직 방향으로 적어도 두 개 이상의 지점을 동시에 절단할 수 있는 취성 기판 가공 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명은 레이저를 이용한 가공 장치에 있어서, 가공 속도를 향상시키는 취성 기판 가공 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명은 레이저를 이용한 가공 장치에 있어서, 절단 표면의 품질이 우수하고 양산성이 향상된 취성 기판 가공 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 취성 기판 가공 장치는 레이저 빔을 출사하는 레이저 발생부; 상기 레이저 발생부로부터 상기 출사된 레이저 빔을 반사하여, 상기 출사된 레이저 빔의 진행 방향을 바꾸는 반사 거울; 상기 반사 거울에서 반사된 레이저 빔의 광선속을 변화시키는 빔 익스팬더; 및 상기 빔 익스팬더를 통과한 레이저 빔을 복수의 초점에 나누어 조사하는 멀티 초점 렌즈부를 포함한다.
실시 예로서, 상기 복수의 초점은 동일한 수직선 상에 위치하는 것을 특징으로 한다.
실시 예로서, 상기 복수의 초점이 위치한 상기 수직선 상은 상기 빔 익스팬더를 통과한 레이저 빔의 광축선 상인 것을 특징으로 한다.
실시 예로서, 상기 복수의 초점간의 거리는 상기 복수의 초점이 위치한 가공 대상물의 두께에 따라 조정 가능한 것을 특징으로 한다.
실시 예로서, 상기 복수의 초점은 서로 다른 두 개의 초점인 것을 특징으로 한다.
실시 예로서, 상기 레이저 빔은 펄스파(pulse wave) 레이저 빔인 것을 특징으로 한다.
실시 예로서, 상기 레이저 빔은 연속파(continuous wave, CW) 레이저 빔인 것을 특징으로 한다.
실시 예로서, 상기 초점 렌즈부는 제 1 렌즈; 및 상기 제 1 렌즈와 상이한 굴절율을 갖는 제 2 렌즈를 포함하고, 상기 제 2 렌즈는 동일한 중심 및 서로 다른 반경을 갖는 복수의 동심원에 의해 구분되는 복수의 구면 영역을 포함하고 상기 복수의 구면 영역들 각각은 서로 다른 곡률을 갖도록 구성되는 구면부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
실시 예로서, 상기 제 2 렌즈 또는 상기 복수의 구면 영역의 크기는 상기 제 2 렌즈 또는 상기 복수의 구면 영역의 배율에 따라 조정될 수 있다.
실시 예로서, 상기 복수의 구면 영역들 각각은 서로 동일한 수평 단면적을 갖도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 취성 기판 가공 장치는 수직 방향으로 적어도 두 개 이상의 지점을 동시에 가공할 수 있다.
또한, 레이저를 이용한 가공 방법에 있어서 가공 속도를 획기적으로 향상시킬 수 있다.
본 발명은 레이저를 이용한 가공 장치에 있어서, 절단 표면의 품질이 우수하고 양산성이 향상된 취성 기판 가공 장치를 제공하는 데 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 취성 기판 가공 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1의 멀티 초점 렌즈부를 구체적으로 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 렌즈를 이용하여 멀티 초점을 형성하기 위한 기본 원리를 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 도 2의 멀티 초점 렌즈부의 멀티 초점 렌즈를 나타내는 (a) 단면도 및 (b) 평면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 멀티 초점 렌즈를 구성하는 방법을 구체적으로 나타내는 평면도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 취성 기판 가공 장치를 나타내는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 취성 기판 가공 장치(100)는 레이저 발생부(110), 반사 거울(120), 빔 익스팬더(130) 및 멀티 초점 렌즈부(140)를 포함한다.
레이저 발생부(110)는 레이저 빔을 발생하고 출사하는 레이저 광원으로서 기능한다. 레이저 발생부(110)에서 출사된 레이저 빔은 반사 거울(120)로 진행한다. 레이저 발생부(110)의 일반적인 구성 및 원리는 당해 기술 분야에 널리 알려져 있으므로, 여기서는 그에 대한 설명은 생략한다.
실시 예로서, 레이저 발생부(110)가 출사하는 레이저 빔은 펄스파(pulse wave) 레이저 빔 또는 연속파(continuous wave, CW) 레이저 빔일 수 있다.
반사 거울(120)은 레이저 발생기(110)로부터 출사된 레이저 빔를 반사시켜 레이저 빔의 진행 방향을 바꾸어준다. 여기서 반사 거울(120)은 거울로서 표현되었지만 이에 한정되는 것은 아니며, 레이저 빔을 반사시켜 레이저 빔의 진행 방향을 바꿀 수 있는 기타 물체 또는 소재라면 어느 것이라도 반사 거울(120)로서 사용될 수 있다.
실시 예로서, 반사 거울(120)은 레이저 빔의 입사각과 반사각을 조정하여, 반사되는 레이저 빔의 진행 방향을 자유롭게 제어할 수 있다.
실시 예로서, 반사 거울(120)은 레이저 발생기(110)와 평행하게 배치될 수 있다.
실시 예로서, 반사 거울(120)의 반사면은 평면 형태일 수 있다.
실시 예로서, 반사 거울(120)은 입사되는 레이저 빔의 입사각과 반사각이 각각 45°가 되도록 구성될 수 있다.
빔 익스팬더(130)는 반사 거울(120)로부터 반사된 레이저 빔의 크기와 평행 광선을 만들어준다. 빔 익스팬더(130)는 레이저에서 나오는 빛과 같은 가는 광선속을 굵은 평행 광선속으로 변환한다. 빔 익스팬더(130)는 반사 거울(120)로부터 반사된 레이저 빔의 진행선 상에 배치될 수 있다.
실시 예로서, 빔 익스팬더(130)는 레이저 빔의 광선폭(또는, 레이저 빔의 직경)을 변화시키기 위해 초점 위치를 일치시킨 두 조의 렌즈들로 구성될 수 있다.
멀티 초점 렌즈부(140)는 빔 익스팬더(130)를 통과한 레이저 빔이 둘 이상의 초점에 나누어 조사되도록 한다. 멀티 초점 렌즈부(140)는 복수의 초점을 형성하는 멀티 초점 렌즈를 이용하여 레이저 빔이 동일한 수직 선상에 위치한 둘 이상의 초점에 나누어 조사되게 한다. 이때, 취성 기판 가공 장치(100)는 레이저 빔이 조사되는 초점들을 가공 대상물의 가공 지점과 일치시켜, 가공 대상물의 가공 지점을 절단하거나 천공할 수 있다.
실시 예로서, 멀티 초점 렌즈부(140)에 의해 형성되는 복수의 초점들은 빔 익스팬더(130)를 통과한 레이저 빔의 광축 선상에 위치할 수 있다.
실시 예로서, 멀티 초점 렌즈부(140)는 멀티 초점 렌즈부(140)에 의해 형성되는 복수의 초점들 간의 거리를 초점거리를 조정하는 초점거리 조정부를 포함할 수 있다. 둘 이상의 초점간의 거리를 조정하는 초점거리 조정부에 관한 구체적인 내용은 당해 기술 분야에 널리 알려져 있으므로 여기서는 그에 대한 설명은 생략한다.
실시 예로서, 멀티 초점 렌즈부(140)는 복수의 초점을 갖는 멀티 초점 렌즈(미도시)를 포함할 수 있고, 여기서 멀티 초점 렌즈의 크기는 멀티 초점 렌즈가 갖는 배율에 따라 변화될 수 있다
실시 예로서, 멀티 초점 렌즈부(140)는 레이저 빔의 광축상에 형성된 두 개의 초점들(10, 20)에 빔 익스팬더(130)를 통과한 레이저 빔을 나누어 조사한다.
한편, 멀티 초점 렌즈부(140)의 구성 및 동작에 대해서는 도 2 이하에서 더욱 상세히 후술하기로 한다.
상기와 같은 구성에 따르면, 본 발명에 따른 취성 기판 가공 장치(100)는 수직 방향으로 적어도 두 개 이상의 초점을 향해 레이저 빔을 조사할 수 있다. 따라서, 취성 기판 가공 장치(100)는 둘 이상의 지점을 동시에 가공할 수 있으므로, 가공 속도를 획기적으로 향상시킬 수 있다.
또한, 본 밤령에 따른 취성 기판 가공 장치(100)는 레이저 빔을 이용하여 비접촉식으로 취성 기판을 절단하므로, 가공된 기판 표면의 품질 및 양산성이 더욱 향상될 수 있다.
도 2는 도 1의 멀티 초점 렌즈부를 구체적으로 설명하기 위한 블록도이다. 도 2를 참조하면, 멀티 초점 렌즈부(140)는 입사된 레이저 빔을 두 개의 초점(10, 20)에 나누어 조사한다. 이때, 두 개의 초점(10, 20)에 각각 나누어 입사되는 레이저 빔들의 에너지의 합은 멀티 초점 렌즈부(140)에 입사된 레이저 빔의 에너지와 동일하다. 즉, 멀티 초점 렌즈부(140)는 입사된 레이저 빔의 에너지를 두 개의 초점 지역으로 분산하여 조사한다.
멀티 초점 렌즈부(140)에 의해 형성되는 두 개의 초점(10, 20)은 서로 동일한 수직선상에 위치할 수 있다. 예를 들어, 두 개의 초점(10, 20)은 입사된 레이저 빔의 광축선 상에 위치할 수 있다.
멀티 초점 렌즈부(140)에 의해 형성되는 두 개의 초점(10, 20)은 가공 대상물의 제 1 가공 지점 또는 제 2 가공 지점에 위치할 수 있다. 멀티 초점 렌즈부(140)는 입사된 레이저 빔을 두 개의 초점(10, 20), 즉 제 1 및 제 2 가공 지점에 나누어 조사하여 가공 대상물의 제 1 및 제 2 가공 지점이 절단되거나 천공되도록 할 수 있다.
멀티 초점 렌즈부(140)에 의해 형성되는 두 개의 초점(10, 20)은 가공 대상물의 가공 지점들에 따라 조정될 수 있다. 예를 들어, 가공 대상물의 두께가 두꺼우면 두 개의 초점(10, 20)들은 서로 더 멀리 떨어지도록 초점들(10, 20)간의 거리가 조정될 수 있다. 반면에, 가공 대상물의 두께가 얇으면 두 개의 초점(10, 20)들은 서로 더 가까워지도록 초점들(10, 20)간의 거리가 조정될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 멀티 초점 렌즈를 이용하여 멀티 초점을 형성하기 위한 기본 원리를 설명하는 도면이다. 도 3을 참조하면, (a)도면에는 종래의 초점 렌즈(310)가 도시되고 (b)도면에는 본 발명에 따른 멀티 초점 렌즈(320)가 도시된다.
종래의 초점 렌즈(310)는 입사된 빛(또는, 레이저 빔)을 하나의 초점을 향해 조사한다. 따라서, 종래의 초점 렌즈(310)를 통해 조사된 빛은 초점 깊이(Depth Of Focus, DOF)가 상대적으로 얕고, 조사되는 빛의 에너지가 좁은 지역에 집중되게 된다.
반면에, 본 발명에 따른 초점 렌즈(320)는 입사된 빛(또는, 레이저 빔)을 복수의 초점(예를 들어, 두 개의 초점)을 향해 조사한다. 따라서, 본 발명의 초점 렌즈(320)를 통해 조사된 빛은 초점 깊이(Depth Of Focus, DOF)가 상대적으로 깊고, 조사되는 빛의 에너지가 적어도 둘 이상의 지역에 나누어 집중된다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 도 2의 멀티 초점 렌즈부의 멀티 초점 렌즈를 나타내는 단면도 및 평면도이다. 도 4를 참조하면, 멀티 초점 렌즈는 몸통부(410) 및 구면부(420)를 포함한다.
(a)도면을 참조하면, 몸통부(410)는 입사된 레이저 빔을 진행시켜 구면부(420)에 전달한다. 몸통부(410)는 서로 다른 굴절율을 갖는 두 개의 렌즈를 포함할 수 있다. 두 개의 렌즈 중 제 1 렌즈(흰 박스)는 입사된 레이저 빔을 직진시켜 두 개의 렌즈 중 제 2 렌즈(빗금 박스)에 전달한다. 이때, 전달되는 레이저 빔은 제 1 렌즈와 제 2 렌즈의 경계에서 굴절되어, 레이저 빔의 진행 방향이 바뀔 수 있다. 진행 방향이 바뀐 레이저 빔은 구면부(420)의 중심을 향해 진행하며, 구면부(420)에서 더 좁은 영역에 레이저 빔의 에너지가 집중될 수 있게 한다.
구면부(420)는 복수의 초점을 형성하도록 구성된 구면을 갖는다. 구면부(420)의 구면은 가장 자리에서 제 1 곡률을 갖도록 구성되고, 중심부에서 제 2 곡률을 갖도록 구성된다. 여기서, 구면부(420)의 구면은 서로 다른 곡률을 갖는 두 개의 영역으로 표현되었지만 이에 한정되는 것은 아니다. 구면부(420)의 구면은 서로 다른 곡률을 갖는 세 개 이상의 영역을 가질 수 있으며, 그에 따라 구면부(420)는 세 개 이상이 초점을 형성할 수도 있다.
구면부(420)로 전달된 레이저 빔 중 제 1 곡률을 갖는 영역(이하, 제 1 구면 영역이라 함)에 도달한 레이저 빔은 제 1 구면 영역의 곡률에 따라 형성된 제 1 초점(10)을 향해 굴절 및 조사된다. 반면에, 제 2 곡률을 갖는 영역(이하, 제 2 구면 영역이라 함)에 도달한 레이저 빔은 제 2 구면 영역의 곡률에 따라 형성된 제 2 초점(20)을 향해 굴절 및 조사된다.
상기와 같은 멀티 초점 렌즈의 구성에 따르면, 멀티 초점 렌즈부(140, 도 1 참조)로 입사된 레이저 빔은 두 개의 초점(10, 20)으로 나누어 굴절 및 조사되게 된다.
(b)도면을 참조하면, 멀티 초점 렌즈의 다른 실시 예가 도시된다. (a)도면에서 멀티 초점 렌즈는 비구면 표면을 갖는 하나의 렌즈에 의해 구면부가 구성되는 반면에, (b)도면에서 멀티 초점 렌즈는 구면 표면을 갖는 크기가 상이한 두 개의 렌즈를 결합하여 구면부(결과적으로, 비구면이 되는)를 구성한다. 이때, 구면부를 구성하는 두 개의 렌즈는 각각 (a)도면의 제 1 구면 영역 및 제 2 구면 영역에 대응될 수 있다.
(b)도면에 도시된 실시 예에서, 멀티 초점 렌즈를 구성하는 두 개의 렌즈는 동일한 중심 및 상이한 반경을 갖는 동심원 형태로 각각 구성 및 배치될 수 있다.
도 5는 도 4에 도시된 멀티 초점 렌즈를 구성하는 방법을 구체적으로 나타내는 평면도이다. 도 5를 참조하면, 멀티 초점 렌즈의 구면부는 동일한 중심 및 상이한 반경을 갖는 두 개의 동심원으로 구분되는 두 개의 구면 영역을 갖는다.
본 실시 예에서, 멀티 초점 렌즈의 두 개의 구면 영역은 평면에서 내려다 보았을 때, 서로 동일한 수평 단면적을 갖도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 구면 영역의 수평 단면(510)의 면적과 제 2 구면 영역의 수평 단면(520)의 면적(즉, 외부 동심원의 면적에서 내부 동심원의 면적을 뺀 면적)은 서로 동일하게 구성될 수 있다.
즉, 제 1 및 제 2 구면 영역의 수평 단면의 면적들이 서로 동일하게 함으로써, 제 1 초점(10, 도 1 참조) 및 제 2 초점(20, 도 1 참조)에 조사되는 레이저 빔의 에너지가 서로 동일하게 되도록 할 수 있다.
예를 들어, 제 1 구면 영역을 형성하는 안쪽 동심원의 반경을 5.3025㎝로 하고, 제 2 구면 영역을 형성하는 바깥쪽 동심원의 반경을 7.5㎝로 할 수 있다. 이때, 제 1 구면 영역의 단면(510) 및 제 2 구면 영역의 단면(520)의 면적은 각각 수학식 1 및 수학식 2와 같다.
Figure pat00001
Figure pat00002
수학식 1 및 수학식 2에 따르면, 제 1 구면 영역의 단면(510) 및 제 2 구면 영역의 단면(520)의 면적이 서로 동일하게 됨을 알 수 있다.
실시 예로서, 제 1 및 제 2 구면 영역의 면적은 렌즈의 크기 등에 따라 바뀔 수 있다.
실시 예로서, 제 1 및 제 2 초점(10, 20)에 조사되는 레이저 빔 에너지의 비율을 다르게 하기 위해서, 제 1 및 제 2 구면 영역의 수평 단면적의 비를 다르게 할 수 있다. 예를 들어, 제 1 초점(10)보다 제 2 초점(20)에 더 많은 레이저 빔 에너지를 집중하기 위해서, 제 1 구면 영역의 수평 단면적(510)과 제 2 구면의 수평 단멱적(520)의 넓이 비를 1:2가 되도록 조정할 수 있다.
상기와 같은 구성에 따르면, 본 발명에 따른 취성 기판 가공 장치(100)는 수직 방향으로 적어도 두 개 이상의 초점을 향해 레이저 빔을 조사할 수 있다. 따라서, 취성 기판 가공 장치(100)는 둘 이상의 지점을 동시에 가공할 수 있으므로, 가공 속도를 획기적으로 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 취성 기판 가공 장치(100)는 레이저 빔을 이용하여 비접촉식으로 취성 기판을 절단하므로, 가공된 기판 표면의 품질 및 양산성이 더욱 향상될 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예를 들어 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한 각 실시 예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있다.
또한, 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허 청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 취성 기판 가공 장치
110: 레이저 발생부
120: 반사 거울
130: 빔 익스팬더
140: 멀티 초점 렌즈부
10, 20: 초점들
310, 320: 초점 렌즈들
410: 멀티 초점 렌즈의 몸통부
420: 멀티 초점 렌즈의 구면부
510: 멀티 초점 렌즈의 제 1 구면 영역
520: 멀티 초점 렌즈의 제 2 구면 영역

Claims (10)

  1. 레이저 빔을 출사하는 레이저 발생부;
    상기 레이저 발생부로부터 상기 출사된 레이저 빔을 반사하여, 상기 출사된 레이저 빔의 진행 방향을 바꾸는 반사 거울;
    상기 반사 거울에서 반사된 레이저 빔의 광선속을 변화시키는 빔 익스팬더; 및
    상기 빔 익스팬더를 통과한 레이저 빔을 복수의 초점에 나누어 조사하는 멀티 초점 렌즈부를 포함하는, 취성 기판 가공 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 초점은 동일한 수직선 상에 위치하는 것을 특징으로 하는, 취성 기판 가공 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 초점이 위치한 상기 수직선 상은 상기 빔 익스팬더를 통과한 레이저 빔의 광축선 상인 것을 특징으로 하는, 취성 기판 가공 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 복수의 초점간의 거리는 상기 복수의 초점이 위치한 가공 대상물의 두께에 따라 조정 가능한 것을 특징으로 하는, 취성 기판 가공 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 초점은 서로 다른 두 개의 초점인 것을 특징으로 하는, 취성 기판 가공 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 빔은 펄스파(pulse wave) 레이저 빔인 것을 특징으로 하는, 취성 기판 가공 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 빔은 연속파(continuous wave, CW) 레이저 빔인 것을 특징으로 하는, 취성 기판 가공 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 초점 렌즈부는,
    제 1 렌즈; 및
    상기 제 1 렌즈와 상이한 굴절율을 갖는 제 2 렌즈를 포함하고,
    상기 제 2 렌즈는 동일한 중심 및 서로 다른 반경을 갖는 복수의 동심원에 의해 구분되는 복수의 구면 영역을 포함하고 상기 복수의 구면 영역들 각각은 서로 다른 곡률을 갖도록 구성되는 구면부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 취성 기판 가공 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 렌즈 또는 상기 복수의 구면 영역의 크기는 상기 제 2 렌즈 또는 상기 복수의 구면 영역의 배율에 따라 조정될 수 있는, 취성 기판 가공 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 복수의 구면 영역들 각각은 서로 동일한 수평 단면적을 갖도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 취성 기판 가공 장치.

KR1020130089439A 2013-07-29 2013-07-29 멀티 초점을 가지는 비구면 렌즈를 이용한 취성 기판 가공 장치 KR101547806B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130089439A KR101547806B1 (ko) 2013-07-29 2013-07-29 멀티 초점을 가지는 비구면 렌즈를 이용한 취성 기판 가공 장치
CN201410284205.7A CN104339084B (zh) 2013-07-29 2014-06-23 使用非球面多焦点透镜加工脆性基底的设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130089439A KR101547806B1 (ko) 2013-07-29 2013-07-29 멀티 초점을 가지는 비구면 렌즈를 이용한 취성 기판 가공 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150014142A true KR20150014142A (ko) 2015-02-06
KR101547806B1 KR101547806B1 (ko) 2015-08-27

Family

ID=52495994

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130089439A KR101547806B1 (ko) 2013-07-29 2013-07-29 멀티 초점을 가지는 비구면 렌즈를 이용한 취성 기판 가공 장치

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101547806B1 (ko)
CN (1) CN104339084B (ko)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107861249A (zh) * 2017-11-09 2018-03-30 武汉茂捷光电科技有限公司 一种激光通过透镜组实现长焦深的方法
CN110181179A (zh) * 2019-05-31 2019-08-30 大族激光科技产业集团股份有限公司 激光切割设备及激光切割方法
JP2019527466A (ja) * 2016-06-14 2019-09-26 エバナ テクノロジーズ ユーエービー 多分割レンズ及びウェハをダイシングまたは切断するためのレーザー加工システム
CN112620930A (zh) * 2020-12-29 2021-04-09 苏州科韵激光科技有限公司 半导体激光加工多焦点光路***、激光***及加工方法
US11597033B2 (en) 2018-03-23 2023-03-07 Primetals Technologies Japan, Ltd. Laser processing head, laser processing device, and method for adjusting laser processing head

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2965853B2 (en) 2014-07-09 2020-03-25 High Q Laser GmbH Processing of material using elongated laser beams
KR102046932B1 (ko) * 2015-12-28 2019-11-20 주식회사 이오테크닉스 렌즈 광학계 및 이를 포함하는 레이저 가공장치
CN106271111B (zh) * 2016-09-26 2019-11-22 华中科技大学 一种多焦点激光分离夹层玻璃方法及装置
CN108115274A (zh) * 2016-11-29 2018-06-05 深圳中科光子科技有限公司 一种激光加工***及方法
CN106695113B (zh) * 2016-12-08 2018-11-06 华中科技大学 一种轴向的双焦点镜头
CN106493474B (zh) * 2016-12-19 2019-06-18 北京中科镭特电子有限公司 一种激光双面切划装置
CN106695117A (zh) * 2017-02-13 2017-05-24 武汉澳谱激光科技有限公司 一种实现轴向均匀线焦斑的光学器件
CN107350628A (zh) * 2017-08-08 2017-11-17 上海致凯捷激光科技有限公司 一种脆性透明材料激光加工装置及加工方法
JP7023184B2 (ja) * 2018-05-22 2022-02-21 株式会社アマダ レーザ加工ヘッド及びレーザ切断加工方法
CN109702326A (zh) * 2019-01-16 2019-05-03 江苏大学 一种提高激光打孔深度的装置及其方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05138385A (ja) * 1991-11-14 1993-06-01 Toshiba Corp レーザ加工方法及びその装置
JP2664625B2 (ja) * 1993-09-10 1997-10-15 川崎重工業株式会社 レーザ切断方法および装置
JP2000005892A (ja) * 1998-06-25 2000-01-11 Advanced Materials Processing Inst Kinki Japan レーザ加工方法
JP2004230448A (ja) * 2003-01-31 2004-08-19 Sunx Ltd レーザ加工装置
JP2007229758A (ja) * 2006-02-28 2007-09-13 Fukami Seisakusho:Kk レーザ加工装置
JP2009072789A (ja) * 2007-09-18 2009-04-09 Hamamatsu Photonics Kk レーザ加工装置
JP5332858B2 (ja) * 2009-04-21 2013-11-06 日本電気株式会社 光学的情報記録再生装置及びそれに用いる光学ユニット
KR101346296B1 (ko) * 2012-01-20 2014-01-02 참엔지니어링(주) 레이저 가공 장치 및 방법

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019527466A (ja) * 2016-06-14 2019-09-26 エバナ テクノロジーズ ユーエービー 多分割レンズ及びウェハをダイシングまたは切断するためのレーザー加工システム
CN107861249A (zh) * 2017-11-09 2018-03-30 武汉茂捷光电科技有限公司 一种激光通过透镜组实现长焦深的方法
US11597033B2 (en) 2018-03-23 2023-03-07 Primetals Technologies Japan, Ltd. Laser processing head, laser processing device, and method for adjusting laser processing head
CN110181179A (zh) * 2019-05-31 2019-08-30 大族激光科技产业集团股份有限公司 激光切割设备及激光切割方法
CN112620930A (zh) * 2020-12-29 2021-04-09 苏州科韵激光科技有限公司 半导体激光加工多焦点光路***、激光***及加工方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN104339084B (zh) 2017-01-04
CN104339084A (zh) 2015-02-11
KR101547806B1 (ko) 2015-08-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101547806B1 (ko) 멀티 초점을 가지는 비구면 렌즈를 이용한 취성 기판 가공 장치
JP7046798B2 (ja) 透明材料のレーザ加工方法および装置
US11931827B2 (en) Laser cutting device and laser cutting method
KR101655428B1 (ko) 베셀 빔을 이용한 절단용 광학기기 및 그를 이용한 절단 장치
CN103299232B (zh) 用于将激光辐射的轮廓转换成具有旋转对称的强度分布的激光辐射的设备
CN106493474B (zh) 一种激光双面切划装置
CN103551732A (zh) 激光切割装置及切割方法
KR101582632B1 (ko) 프레넬 영역 소자를 이용한 기판 절단 방법
CN108845409B (zh) 一种基于多面体棱镜产生阵列多焦点的装置及方法
CN103111755A (zh) 一种双焦点激光加工***
KR20170048969A (ko) 다중 초점을 이용한 레이저 가공방법 및 레이저 가공장치
JP2013101243A (ja) 多焦点光学系及びレーザ加工装置
CN102248805A (zh) 激光打标装置及打标分光方法
CN106773025A (zh) 调焦镜头及振镜式激光扫描***
CN217571287U (zh) 一种用于激光切割的贝塞尔光束镜头
JP5914852B2 (ja) 集光レンズおよび多分割レンズ
CN107807451B (zh) 一种便携式可变焦点长度光学***
CN203918227U (zh) 光学影像模组及具有其的激光切割设备
CN103111757A (zh) 一种多焦点激光加工***
CN109604837B (zh) 一种无锥度激光加工方法
CN104526160B (zh) 一种激光加工方法及激光加工***
CN207534187U (zh) 激光打孔装置
JP5460502B2 (ja) レーザ光整形用光学部品の設計方法、及び、レーザ光整形用光学部品の製造方法
KR101733434B1 (ko) 구면수차를 이용한 기판절단방법
CN113305426A (zh) 一种用于激光切割的贝塞尔光束镜头

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant