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KR100664573B1 - Laser processing apparatus and method - Google Patents

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KR100664573B1
KR100664573B1 KR1020050010542A KR20050010542A KR100664573B1 KR 100664573 B1 KR100664573 B1 KR 100664573B1 KR 1020050010542 A KR1020050010542 A KR 1020050010542A KR 20050010542 A KR20050010542 A KR 20050010542A KR 100664573 B1 KR100664573 B1 KR 100664573B1
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Abstract

본 발명은 레이저 빔을 회전 미러에 반사시켜 대상물에 반복 조사함으로써 가공 효율을 향상시키기 위한 레이저 가공 장치 및 방법에 관한 것으로, 가공 파라미터가 저장되는 제어부, 제어부의 제어에 의해 레이저 빔을 방출하는 레이저 발생부, 제어부의 제어에 의해 구동되는 드라이버, 드라이버에 의해 왕복 회전 운동하는 액추에이터, 액추에이터에 부착되며, 레이저 발생부로부터 방출되는 레이저 빔을 반사하기 위한 회전 미러, 회전 미러로부터 반사되는 레이저 빔을 집광하는 집광 렌즈 및 제어부에 의해 제어되고, 대상물이 안착되며, 레이저 빔 방출시 고정된 상태를 유지하는 이송수단을 포함하는 레이저 가공 장치와 이를 이용하여 대상물을 가공함으로써, 장비의 단가를 낮추면서 가공 효율을 향상시킬 수 있다.The present invention relates to a laser processing apparatus and method for improving the processing efficiency by reflecting the laser beam to the rotating mirror and repeatedly irradiating the object, the laser generating to emit a laser beam under the control of the control unit, the control unit storing the processing parameters A driver, a driver driven by the control of the controller, an actuator reciprocatingly rotated by the driver, a rotation mirror attached to the actuator, for collecting a laser beam reflected from the laser generation unit, and collecting a laser beam reflected from the rotation mirror The laser processing apparatus is controlled by a condenser lens and a control unit, and includes a conveying means for seating an object and maintaining a fixed state upon laser beam emission, and by processing the object by using the same, thereby reducing the cost of equipment and improving processing efficiency. Can be improved.

레이저, 가공, 다중 조사Laser, processing, multiple probe

Description

레이저 가공 장치 및 방법{Laser Processing Apparatus and Method thereof}Laser Processing Apparatus and Method

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 레이저 가공 장치의 구조도,1 is a structural diagram of a laser processing apparatus according to a first embodiment of the present invention,

도 2는 본 발명에 의한 레이저 가공 방법을 설명하기 위한 흐름도,2 is a flowchart for explaining a laser processing method according to the present invention;

도 3 및 도 4는 본 발명을 적용하여 대면적 가공물의 분할 가공 방법을 설명하기 위한 도면,3 and 4 are views for explaining the division processing method of a large-area workpiece by applying the present invention,

도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 레이저 가공 장치의 구조도,5 is a structural diagram of a laser machining apparatus according to a second embodiment of the present invention;

도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 의한 레이저 가공 장치의 구조도,6 is a structural diagram of a laser machining apparatus according to a third embodiment of the present invention;

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10 : 레이저 발생부 20 : 빔 스캐너10: laser generating unit 20: beam scanner

30 : 스테이지 40 : 제어부30: stage 40: control unit

50 : 대상물 60 : 레이저 빔 차폐수단50: object 60: laser beam shielding means

110 : 광원 120 : 빔확대기110: light source 120: beam expander

130 : 제 1 반사 미러 210 : 제 2 반사 미러130: first reflection mirror 210: second reflection mirror

220 : 액추에이터 230 : 회전 미러220: actuator 230: rotating mirror

240 : 드라이버 250 : 집광 렌즈240: driver 250: condensing lens

260 : 차폐수단 270 : 성형 렌즈260: shielding means 270: molded lens

본 발명은 레이저 가공 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 레이저 빔을 이용하여 대상물을 가공할 때 대상물을 고정시킨 상태에서 회전 미러를 이용하여 레이저 빔을 대상물에 다중 조사함으로써 가공 효율을 향상시키기 위한 레이저 가공 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a laser processing apparatus, and more particularly, a laser for improving processing efficiency by multi-irradiating a laser beam to an object using a rotating mirror while the object is fixed while processing the object using the laser beam. It relates to a processing apparatus and a method.

반도체 제조 공정에서 완성된 웨이퍼는 칩 단위로 절단된다. 웨이퍼의 절단 공정은 기계적 방법과 레이저를 이용한 방법이 있다.In the semiconductor manufacturing process, the finished wafer is cut into chips. The cutting process of the wafer is divided into mechanical and laser methods.

기계적 방법은 절삭의 원리를 응용한 것으로 고속으로 회전하는 절삭 공구를 웨이퍼에 작용시켜 절단공정을 수행하며, 이때 소정의 힘이 절삭공구에 필수적으로 가해진다. 두꺼운 웨이퍼의 경우 절단 속도도 빠르고 칩이 파손되는 경우도 드물다. 그러나 웨이퍼의 두께가 얇아짐에 따라 절삭시 가해지는 힘과 발생되는 진동 등에 의해 칩이 파손되는 현상이 발생한다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 절단 속도를 낮추어 절단공정을 수행하고 있으나 생산성 저하를 초래하므로 비접촉 가공인 레이저 가공이 대안으로 제시되고 있다.The mechanical method applies the principle of cutting, and a cutting tool rotating at a high speed is applied to a wafer to perform a cutting process, and a predetermined force is essentially applied to the cutting tool. For thicker wafers, the cutting speed is faster and the chip is rarely broken. However, as the thickness of the wafer becomes thinner, the chip breaks due to the force applied during cutting and the vibration generated. In order to solve this problem, the cutting speed is lowered and the cutting process is performed. However, since the productivity is lowered, the non-contact laser processing is proposed as an alternative.

레이저 가공은 고밀도의 레이저 빔이 재료 표면에 주사될 때, 주사된 부위가 용융, 기화, 승화되어 제거되는 원리에 기초하며, 현재 다양한 연구가 이루어지고 있다.Laser processing is based on the principle that when the high-density laser beam is scanned on the material surface, the scanned portion is melted, vaporized, sublimed and removed, and various studies are currently being made.

먼저, 미국 특허 US5,902,499호는 마이크로 레이저 젯에 관하여 기술하고 있으며, 구체적으로는 고압으로 분사되는 미세한 물줄기 내부에 레이저 빔을 입사시 켜 레이저 빔이 물과 함께 대상물에 작용하도록 한다. 이 특허에 의하면, 절단시 발생하는 절단 부산물이 물에 의해 제거되는 장점이 있으나, 물줄기의 직경을 줄이는 데 한계가 있다. 특히, 현재는 20㎛ 이하의 절단폭이 요구되고 있으며 물줄기의 직경을 이러한 수준으로 줄이는 것이 용이하지 않다. 또한 물줄기가 광도파관 역할을 하므로 불순물의 함유량이 극도로 제한된 물을 사용해야 한다.First, US Pat. No. 5,902,499 describes a micro laser jet, and specifically, a laser beam is incident to a fine stream of water sprayed at high pressure so that the laser beam acts on the object together with water. According to this patent, there is an advantage that the cutting by-products generated during cutting are removed by water, but there is a limit to reducing the diameter of the water stream. In particular, a cutting width of 20 mu m or less is currently required, and it is not easy to reduce the diameter of the stream to this level. In addition, since water streams act as optical waveguides, water with extremely limited impurities should be used.

미국 특허 US5,922,224호는 복수개의 레이저 빔을 이용한 절단 방법에 대하여 기재하고 있다. 이 특허는 레이저 빔을 분할하여 사용하기 때문에 빔의 밀도가 낮아지게 되며, 따라서 용융성분이 많게 되어 용융물이 절단 벽면에 응고되기 쉽다. 또한, 용융 온도 이상으로 가열된 물질이 절단 벽면에 응고되면서 전달하는 열이 재료 내부로 전달되어 절단 부위의 온도를 상승시키게 되며, 이와 같은 온도상승이 칩의 성능에 부정적인 영향을 줄 수 있다.US Pat. No. 5,922,224 describes a cutting method using a plurality of laser beams. Since the patent uses a split laser beam, the density of the beam is lowered, and therefore, the molten component is increased, so that the melt is easily solidified on the cutting wall. In addition, as the material heated above the melting temperature solidifies on the cutting wall, the heat transferred is transferred into the material to raise the temperature of the cutting site, and such a temperature increase may negatively affect the performance of the chip.

한편, 내부 구조의 취약화를 통한 파단 방법에 대해 기재하고 있는 국제출원 WO03/076,119호 및 WO03/076,120호는 레이저 빔을 재료 내부에 집속시켜 재료의 열적인 손상을 야기하여 구조를 취약하게 한 후 기계적인 파단을 유도하는 방법으로 절단 속도가 빠른 장점이 있다. 그러나 레이저 빔이 재료 내부로 침투하도록 하기위해 레이저 빔을 웨이퍼 뒷면에 조사해야 하는 공정상의 불편함이 있다.On the other hand, international applications WO03 / 076,119 and WO03 / 076,120, which describe breaking methods through weakening of the internal structure, focus the laser beam inside the material to cause thermal damage of the material, thereby making the machine fragile. The method of inducing breakage has the advantage of fast cutting speed. However, there is a process inconvenience in that the laser beam must be irradiated to the back side of the wafer in order for the laser beam to penetrate into the material.

미국 특허 US6,586,707호에서 제시하고 있는 2축 갈바노미터를 이용한 레이저 빔 조사는 X-Y 2개의 갈바노미터를 활용하여 빔을 주사하는 방식으로, 직선 뿐 아니라 곡선 절단도 가능하다. 그러나 2개의 갈바노미터를 구동하여 목적하는 직진 운동을 구현하는 것은 기술적 한계가 있다. 즉, 공정시 보간에 의한 오차가 발 생하고, 고속 주사시 텔레센트릭 렌즈의 구역별 오차, 입사동의 위치를 X-Y 미러 사이에 둠으로 인해 발생하는 텔레센트릭 오차 등이 증가하는 단점이 있다.Laser beam irradiation using a biaxial galvanometer proposed in US Pat. No. 6,586,707 is a method of scanning a beam by using X-Y two galvanometers, which is capable of cutting not only straight lines but also curved lines. However, there are technical limitations in driving the two galvanometers to achieve the desired linear motion. That is, errors due to interpolation during processing occur, and telecentric errors due to the area-specific error of the telecentric lens and the position of the incident pupil between the X-Y mirrors during high-speed scanning increase.

또한, 현재의 레이저 가공 장치는 레이저 빔을 조사하면서 대상물을 가공할 때, 이송장치에 의해 대상물을 이송하는 방식을 채택하고 있으며, 이에 따라 이송장치 설계시 높은 운동 정밀도가 요구되어 제조원가가 높아지게 된다. 뿐만 아니라, 가공 중에 이송장치가 흔들리는 등의 문제가 발생할 경우, 원하는 선폭보다 두껍게 가공이 이루어지기 때문에 대상물에 형성된 칩 등이 파손되는 등 가공 효율이 저하되는 문제가 있다.In addition, the current laser processing apparatus adopts a method of transferring the object by the conveying device when processing the object while irradiating the laser beam, and accordingly, high movement precision is required in the design of the conveying device, thereby increasing the manufacturing cost. In addition, when a problem such as shaking of the transfer device occurs during processing, since the processing is made thicker than the desired line width, there is a problem that the processing efficiency, such as damage to the chip formed on the object is damaged.

본 발명은 상술한 문제점 및 단점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 대상물을 고정시킨 상태에서 회전 미러를 통해 레이저 빔을 대상물의 가공 부위에 고속으로 다중 주사함으로써, 가공 품질을 향상시킬 수 있는 레이저 가공 장치를 제공하는 데 그 기술적 과제가 있다.The present invention has been made in order to solve the above problems and disadvantages, laser processing apparatus that can improve the processing quality by high-speed multi-scanning the laser beam to the processing site of the object through a rotating mirror while the object is fixed There is a technical challenge in providing it.

본 발명의 다른 기술적 과제는 대상물의 가공 목적에 따라 가공이 이루어지는 도중에 레이저 빔의 주사속도, 주파수, 조사 횟수 등을 변경함으로써 대상물을 정밀하게 가공하도록 하는 데 있다.Another technical problem of the present invention is to precisely process an object by changing the scanning speed, frequency, number of irradiation, etc. of the laser beam while the machining is performed according to the object of processing the object.

또한, 본 발명의 기술적 과제는 레이저 빔의 최대 주사 거리를 고정시켜 두고, 대상물의 가공 부위의 크기에 따라 가공 부위를 분할하여 가공하거나 회전 미러의 회전각도를 조절하여 가공함으로써, 레이저 가공 장치의 변경이나 교체없이 용이하게 대상물을 가공할 수 있도록 하는 데 있다.In addition, the technical problem of the present invention is to change the laser processing apparatus by fixing the maximum scanning distance of the laser beam, by processing the processing part by dividing the processing part according to the size of the processing part of the object or by adjusting the rotation angle of the rotating mirror. It is to make it easy to process the object without replacement or replacement.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 레이저 가공 장치는 가공 파라미터가 저장되는 제어부; 상기 제어부의 제어에 의해 레이저 빔을 방출하는 레이저 발생부; 상기 제어부의 제어에 의해 구동되는 드라이버; 상기 드라이버에 의해 왕복 회전 운동하는 액추에이터; 상기 액추에이터에 부착되며, 상기 레이저 발생부로부터 방출되는 레이저 빔을 반사하기 위한 회전 미러; 상기 회전 미러로부터 반사되는 레이저 빔을 집광하는 집광 렌즈; 및 제어부에 의해 제어되고, 대상물이 안착되며, 상기 레이저 빔 방출시 고정된 상태를 유지하는 이송수단; 을 포함하며, 상기 레이저 빔의 최대 주사 거리는 상기 액추에이터의 회전 각도에 의해 결정되고, 상기 주사 거리는 상기 대상물의 최대 가공 예정선보다 긴 거리를 갖도록 제어되는 것을 특징으로 한다.Laser processing apparatus of the present invention for achieving the above technical problem is a control unit for storing the processing parameters; A laser generator for emitting a laser beam under the control of the controller; A driver driven by the control of the controller; An actuator reciprocatingly rotated by the driver; A rotating mirror attached to the actuator and configured to reflect a laser beam emitted from the laser generator; A condenser lens for condensing a laser beam reflected from the rotating mirror; And transfer means controlled by the controller, the object being seated and maintaining a fixed state when the laser beam is emitted. The maximum scanning distance of the laser beam is determined by the rotation angle of the actuator, and the scanning distance is controlled to have a distance longer than the maximum machining schedule of the object.

또한, 본 발명은 레이저를 이용하여 대상물을 가공하는 방법에 있어서, 상기 대상물 가공을 위한 파라미터를 설정하는 단계; 상기 대상물을 이송장치에 안착시키는 단계; 레이저 빔을 방출하는 단계; 상기 방출된 레이저 빔을 왕복 회전 운동하는 액추에이터에 부착된 회전 미러를 이용하여 상기 레이저 빔을 반사시키고, 상기 반사된 빔을 집광하여 대상물로 조사하는 단계; 상기 대상물 가공이 완료되었는지 판단하는 단계; 상기 대상물 가공이 완료된 경우, 상기 대상물의 이송 여부를 판단하는 단계; 상기 대상물의 이송이 필요한 경우, 상기 레이저 빔의 방출을 중지하는 단계; 및 상기 이송장치에 의해 상기 대상물을 이송한 후, 상기 레이저 빔을 방출하는 단계로 복귀하는 단계;를 포함한다.The present invention also provides a method for processing an object using a laser, the method comprising: setting a parameter for processing the object; Mounting the object on a transfer device; Emitting a laser beam; Reflecting the laser beam using a rotating mirror attached to an actuator reciprocating the emitted laser beam, condensing the reflected beam and irradiating the object with an object; Determining whether the object processing is completed; Determining whether to transport the object when the object processing is completed; If the object needs to be transported, stopping the emission of the laser beam; And returning to the step of emitting the laser beam after transferring the object by the transfer device.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 레이저 가공 장치의 구조도이다.1 is a structural diagram of a laser processing apparatus according to a first embodiment of the present invention.

도시한 것과 같이, 본 실시예에 의한 레이저 가공 장치는 레이저 빔이 방출되는 레이저 발생부(10), 레이저 발생부(10)로부터 방출되는 레이저 빔을 가공 대상물(50)의 가공 부위에 다중 주사하는 빔 스캐너(20), 가공 대상물(50)이 안착되는 이송장치(30) 및 대상물(50) 가공 조건 등이 설정되며 레이저 발생부(10), 빔 스캐너(20), 이송장치(30)를 제어하는 제어부(40)를 포함하여 구성된다.As shown in the drawing, the laser processing apparatus according to the present embodiment multi-scans the laser generation unit 10 from which the laser beam is emitted and the laser beam emitted from the laser generation unit 10 to the processing site of the processing target object 50. The beam scanner 20, the transfer device 30 on which the processing target object 50 is placed, and the processing conditions of the target object 50 are set, and the laser generator 10, the beam scanner 20, and the transfer apparatus 30 are controlled. The control unit 40 is configured to include.

보다 구체적으로 설명하면, 레이저 발생부(10)는 레이저 빔이 출사되는 광원(110), 광원으로부터 출사되는 레이저 빔의 크기를 확장하여 빔의 초점을 정밀화하기 위한 빔 확대기(120) 및 빔 확대기(120)에서 확장된 빔을 반사하여 빔 스캐너(20)로 입사시키기 위한 제 1 반사 미러(130)를 포함한다.In more detail, the laser generator 10 may include a light source 110 for emitting a laser beam, a beam expander 120 and a beam expander for expanding the size of the laser beam emitted from the light source to refine the focus of the beam. And a first reflection mirror 130 for reflecting the beam extended at 120 and entering the beam scanner 20.

아울러, 빔 스캐너(20)는 제 1 반사 미러(130)에 의해 반사되어 입사되는 레이저 빔을 반사하기 위한 제 2 반사 미러(210), 제 2 반사 미러(210)에 의해 반사된 빔을 대상물(50)로 조사하기 위한 회전 미러(230), 회전 미러(230)를 회전시키기 위한 액추에이터(220), 액추에이터를 구동하기 위한 드라이버(240) 및 회전 미러(230)에서 반사되는 레이저 빔을 집광하는 집광 렌즈(250)를 포함한다. 여기에서, 액추에이터(220)는 용도에 따라 갈바노미터, 서보모터, 스테핑 모터 중 어느 하나를 이용하여 구현할 수 있고, 집광 렌즈(250)는 텔레센트릭 렌즈를 이용하여 구현할 수 있다. 또한, 빔 스캐너(20)는 상하 이동이 가능하여, 레이저 빔의 초점 위치를 가공물의 두께에 따라 조절할 수 있다.In addition, the beam scanner 20 may scan the beam reflected by the second reflection mirror 210 and the second reflection mirror 210 for reflecting the laser beam that is reflected by the first reflection mirror 130. Condensing to collect the laser beam reflected from the rotating mirror 230 for irradiating 50, the actuator 220 for rotating the rotating mirror 230, the driver 240 for driving the actuator and the rotating mirror 230 Lens 250. Herein, the actuator 220 may be implemented using any one of a galvanometer, a servo motor, and a stepping motor, and the condenser lens 250 may be implemented using a telecentric lens. In addition, the beam scanner 20 can be moved up and down, thereby adjusting the focus position of the laser beam according to the thickness of the workpiece.

또한, 본 발명의 레이저 가공 장치는 대면적의 대상물 가공시 가공 정밀도를 향상시키기 위하여 대상물의 비 가공 영역에 레이저 빔이 조사되는 것을 방지하고, 또한 회전 미러(230)의 회전 반환 지점에서 대상물에 레이저 빔이 반복 조사되는 것을 방지하기 위한 적어도 하나의 차폐수단(60)을 더 포함할 수 있다.In addition, the laser processing apparatus of the present invention prevents the laser beam from being irradiated to the non-processed region of the object in order to improve the processing accuracy when processing a large area of the object, and also lasers the object at the point of rotational return of the rotation mirror 230. At least one shielding means 60 may be further included to prevent the beam from being irradiated repeatedly.

대상물 가공을 위하여, 대상물(50)은 이송장치(30)에 안착되며, 제어부(40)에 기 설정된 가공 파라미터에 따라 지정된 주파수와 크기를 갖는 레이저 빔이 레이저 발생부(10)로부터 방출된다. 이때, 드라이버(240)는 기 설정된 가공 파라미터에 따라 액추에이터를 구동하며, 이에 의해 액추에이터는 지정된 회전 각도와 회전 속도로 구동하게 된다. 이에 따라, 레이저 발생부(10)로부터 빔 스캐너(20)로 입사된 레이저 빔은 이송장치(30) 상에 안착된 대상물(50)에 지정된 속도로 조사되게 되며, 주사거리는 액추에이터(220)의 회전 각도에 따라 변경되게 된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 액추에이터에 의해 회전하는 회전 미러(230)의 회전 각도는 ±15°로 설정한다.For processing the object, the object 50 is seated in the transfer device 30, the laser beam having a frequency and size specified according to the processing parameters set in the controller 40 is emitted from the laser generator 10. At this time, the driver 240 drives the actuator according to a preset machining parameter, thereby driving the actuator at a specified rotation angle and rotation speed. Accordingly, the laser beam incident from the laser generator 10 to the beam scanner 20 is irradiated at a speed specified by the object 50 seated on the transfer device 30, and the scanning distance is rotated by the actuator 220. It will change according to the angle. In a preferred embodiment of the present invention, the rotation angle of the rotating mirror 230 that is rotated by the actuator is set to ± 15 °.

이송장치(30)에 설치되는 대상물(50)은 레이저 빔을 조사하여 가공을 수행하는 중에는 정지 상태를 유지하며, 가공할 부위가 남아있는 경우 레이저 빔의 방출이 중단된 상태에서 다음 가공 부위에 대한 가공을 하기 위해 지정된 방향(예를 들어, 세로 방향)으로 일정 구간 이송된다. 예를 들어, 대상물(50)이 반도체 칩이 설계된 웨이퍼인 경우 이송 구간은 칩의 크기가 된다.The object 50 installed in the transfer device 30 maintains a stationary state while performing processing by irradiating a laser beam, and when the portion to be processed remains, the emission of the laser beam is stopped for the next processing portion. In order to process, it is conveyed for a certain period in a designated direction (for example, in a longitudinal direction). For example, when the object 50 is a wafer in which the semiconductor chip is designed, the transfer section is the size of the chip.

본 발명에서, 액추에이터의 회전 각도에 따라 결정되는 주사거리는 가공 예 정선(Sawlane)의 길이보다 크도록 결정한다. 주사거리를 가공 예정선의 길이보다 크게 설정하는 이유는 액추에이터의 회전 왕복 운동시 속도가 0인 부위(회전 미러의 회전 반환점)를 가공 영역에서 제외하기 위한 것이다. 즉, 액추에이터에 의한 회전 미러의 왕복 운동시 회전 미러의 방향을 변경하는 부위에서 속도가 0으로 나타나게 되며, 이 부위에서 대상물이 더 많이 가공되게 되므로, 회전 미러가 방향을 변경하는 부위는 가공 영역에서 제외하는 것이다. 예를 들어, 직경이 100㎜인 웨이퍼인 경우 최대 주사거리는 정속구간(100㎜)과 가/감속 구간을 포함하도록 설정한다. 가/감속 구간은 예를 들어 가공 대상물 직경의 5% 미만이 되도록 하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 직경이 100㎜인 웨이퍼의 경우 최대 주사거리는 106㎜로 설정하는 것이 바람직하다.In the present invention, the scanning distance determined according to the rotational angle of the actuator is determined to be larger than the length of the sawlane. The reason why the scan distance is set larger than the length of the machining schedule line is to exclude the region where the speed is zero (rotation return point of the rotating mirror) from the machining area during the rotary reciprocating motion of the actuator. That is, the speed appears as 0 at the part that changes the direction of the rotation mirror during the reciprocating motion of the rotation mirror by the actuator, and since the object is processed more in this area, the part where the rotation mirror changes the direction is It is to exclude. For example, in the case of a wafer having a diameter of 100 mm, the maximum scanning distance is set to include a constant speed section (100 mm) and an acceleration / deceleration section. It is preferable that the acceleration / deceleration section is, for example, less than 5% of the diameter of the object to be processed. Accordingly, in the case of a wafer having a diameter of 100 mm, the maximum scanning distance is preferably set to 106 mm.

이와 같이, 본 발명에서는 레이저 빔의 주사거리가 가공 대상물의 최대 가공 예정선의 길이를 커버하도록 설정한 경우, 해당 가공 예정선을 가공할 때 대상물을 이송시키지 않은 상태에서 가공이 가능하며, 따라서 대상물 이송장치가 높은 운동 정밀도를 가질 필요가 없어 제조 단가를 낮출 수 있다.As described above, in the present invention, when the scanning distance of the laser beam is set to cover the length of the maximum processing target line of the object to be processed, the machining can be performed without transferring the object when the processing target line is processed, and thus the object transfer. The device does not need to have high movement precision, which lowers the manufacturing cost.

만약, 최대 가공 예정선의 길이가 주사거리보다 큰 경우 즉, 대면적의 대상물을 가공하는 경우에는 주사거리에 해당하는 부분을 1차 가공한 후, 레이저 빔의 방출을 일시 중단하고 이송장치(30)에 의해 대상물(50)을 해당 가공 방향(예를 들어, 가로 방향)으로 이동시킨 후 나머지 부분에 대한 2차 가공이 이루어질 수 있도록 한다. 이때, 1차 가공시에는 2차 가공에 의해 가공될 부분을 차폐수단(60)으로 마스킹한 후 가공을 수행하고, 2차 가공시에는 기 가공된 1차 가공 영역을 차폐수 단(60)으로 마스킹한 후 가공을 수행함으로써, 동일한 가공 부위가 반복 가공되는 것을 방지할 수 있다.If the length of the maximum machining line is larger than the scanning distance, that is, when processing a large area object, the part corresponding to the scanning distance is first processed, and then the emission of the laser beam is temporarily suspended and the transfer device 30 is processed. By moving the object 50 in the processing direction (for example, the horizontal direction) by the secondary processing for the remaining portion can be made. At this time, in the primary processing, the masked portion 60 is masked by the shielding means 60, and then the machining is performed. In the secondary processing, the pre-processed primary processing region is shielded by the shielding means 60. By performing processing after masking, it is possible to prevent the same processing site from being repeatedly processed.

이와 같은 대상물의 분할 가공은 대상물의 크기와 레이저 빔 주사거리와의 관계를 고려하여 3회 또는 그 이상의 분할 가공이 가능하며, 이를 위한 차폐 수단(60)의 크기는 대상물의 크기에 따라 변경 적용할 수 있다. 그리고, 이와 같은 분할 가공 방식에서 가공 순서는 가공 대상물의 크기에 따라 최적화한다.Such division processing of the object can be divided into three or more times in consideration of the relationship between the size of the object and the laser beam scanning distance, the shielding means 60 for this purpose can be changed according to the size of the object Can be. In this divided processing method, the processing sequence is optimized according to the size of the object to be processed.

도 2는 본 발명에 의한 레이저 가공 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.2 is a flowchart for explaining a laser processing method according to the present invention.

본 발명에 의한 레이저 가공을 위하여, 운용자는 먼저 가공 대상물에 따른 가공 파라미터를 결정하고 이를 제어부(40)에 설정하여야 한다(S10). 미리 설정해 두어야 하는 가공 파라미터는 레이저 빔의 출력 크기, 주파수, 액추에이터의 회전 각도, 회전 속도, 원하는 가공 부위, 가공 길이, 가공 깊이 등이 포함된다.For laser processing according to the present invention, the operator must first determine the processing parameters according to the object to be processed and set them in the control unit 40 (S10). Machining parameters that need to be set include the output size, frequency of the laser beam, the angle of rotation of the actuator, the speed of rotation, the desired machining area, the machining length and the machining depth.

가공 파라미터를 설정한 후에는 이송장치(30) 상에 대상물(50)을 설치하고(S20), 제어부(40)의 제어에 의해 광원(110)으로부터 레이저 빔이 방출되도록 한다(S30). 방출된 레이저 빔은 대상물(50) 표면에 지정된 주사거리로 반복 조사되며(S40), 레이저 빔이 반복 조사되는 과정에 대하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.After setting the processing parameters, the object 50 is installed on the transfer device 30 (S20), and the laser beam is emitted from the light source 110 under the control of the control unit 40 (S30). The emitted laser beam is repeatedly irradiated at a predetermined scanning distance on the surface of the object 50 (S40), and the process of repeatedly irradiating the laser beam will be described in detail as follows.

광원(110)으로부터 출사된 레이저 빔은 빔 확대기(120)를 통해 초점이 최적화된 후 제 1 반사 미러(130)로 입사된다. 제 1 반사 미러(130)에서 반사된 레이저 빔은 제 2 반사 미러(210)에 의해 회전 미러(230)로 입사되는데, 회전 미러(230)는 액추에이터(220)에 의해 지정된 각도와 속도로 회전하므로, 레이저 빔은 직선을 그리며 집광 렌즈(250)로 입사되고, 이후 초점이 일정하게 유지된 상태로 대상물(50) 표면에 직선 형태로 조사된다. 해당 부위를 가공하는 동안 레이저 빔은 계속해서 방출되고 액추에이터(220) 또한 계속 회전하므로 대상물의 가공 부위에는 직선 레이저 빔이 반복 조사되는 결과를 얻을 수 있다. 아울러, 레이저 빔의 주사거리는 대상물의 최대 가공 예정선 크기보다 예를 들어 3내지 5% 길게 설정된다.The laser beam emitted from the light source 110 is incident to the first reflection mirror 130 after the focus is optimized through the beam expander 120. The laser beam reflected from the first reflection mirror 130 is incident to the rotation mirror 230 by the second reflection mirror 210, since the rotation mirror 230 rotates at the angle and speed specified by the actuator 220. The laser beam is incident to the condensing lens 250 in a straight line, and is then irradiated in a straight line form on the surface of the object 50 while the focus is kept constant. Since the laser beam is continuously emitted and the actuator 220 continues to rotate during the processing of the corresponding site, a result of repeatedly irradiating a straight laser beam to the processing site of the object. In addition, the scanning distance of the laser beam is set, for example, 3 to 5% longer than the maximum processing line size of the object.

이와 같이 하여, 가공 부위에 레이저 빔을 직선으로 반복 조사하여, 가공 부위에 대한 가공이 완료되면, 제어부(40)는 기 설정된 파라미터를 참조하여 이송장치에 의해 대상물을 이송하여야 하는지 판단한다(S50). 대상물(50)을 이송하여 계속 가공해야 하는 경우는 가공 예정선의 길이보다 최대 주사거리가 짧아 가공 예정선을 분할 가공해야 하는 경우, 해당 가공 예정선에 대한 가공은 완료되었으나 타 가공 예정선을 더 가공해야 하는 경우 등이 있다. 이 경우, 상기 대상물을 이송장치에 안착한 후 레이저 빔 방출을 개시하기 전, 대상물의 비 가공 부위를 차폐수단으로 마스킹하는 단계를 더 수행할 수 있다.In this way, the laser beam is repeatedly irradiated to the machining site in a straight line, and when the machining of the machining site is completed, the controller 40 determines whether the object should be transferred by the transfer device with reference to the preset parameter (S50). . If the object 50 is to be transported and continues to be machined, the maximum scanning distance is shorter than the length of the machined line. If the machined line is to be divided, the machining of the machined line is completed but other machined lines are machined. If you have to. In this case, the step of masking the unprocessed portion of the object with the shielding means after the object is seated in the transfer device and before starting the laser beam emission.

제어부(40)의 판단 결과, 대상물(50)의 이송이 필요한 경우, 제어부(40)는 레이저 빔의 방출을 일시 중지시키고(S60), 이송장치(30)를 이송한다(S70). 그리고, 대상물(50)이 해당 위치로 이송되면 다시 레이저를 방출하여(S30) 레이저 빔을 직선 반복 조사함으로써 대상물을 가공하는 과정(S40)을 반복 수행한다.As a result of the determination of the control unit 40, when the transfer of the object 50 is necessary, the control unit 40 pauses the emission of the laser beam (S60) and transfers the transfer device 30 (S70). When the object 50 is transferred to the corresponding position, the laser is emitted again (S30), and the process of processing the object is repeatedly performed by repeatedly repeating irradiation of the laser beam (S40).

도 3 및 도 4는 본 발명을 적용하여 대면적 가공물의 분할 가공 방법을 설명하기 위한 도면이다.3 and 4 are views for explaining the division processing method of a large-area workpiece by applying the present invention.

먼저, 도 3은 가공 예정선이 최대 주사거리보다 2배 이하로 긴 경우 대상물을 2회 분할 가공하는 경우를 설명하기 위한 도면이다.First, FIG. 3 is a view for explaining the case where the object is divided twice when the machining schedule line is longer than twice the maximum scanning distance.

예를 들어, 대상물(50)이 직경이 200㎜인 반도체 웨이퍼이고, 레이저 빔의 최대 주사거리가 106㎜인 경우, 도 3에 도시한 것과 같이 대상물(50)을 2회 분할 가공할 수 있다. 이를 위하여 대상물(50)을 이송장치(30) 상에 설치한 후, 차폐수단(60)을 대상물(50)의 2차 가공 영역에 위치시킨다. 차폐수단(60)의 위치와 움직임, 그리고 가공 대상물에 정보(가공 위치, 대상물 종류 등) 제어부(40)에 기 설정되어 있는 파라미터에 의해 제어된다.For example, when the object 50 is a semiconductor wafer having a diameter of 200 mm and the maximum scanning distance of the laser beam is 106 mm, the object 50 can be divided and processed twice as shown in FIG. 3. To this end, after the object 50 is installed on the transfer device 30, the shielding means 60 is positioned in the secondary processing region of the object 50. The position and movement of the shielding means 60, and the information (processing position, object type, etc.) on the object to be processed are controlled by the parameters preset in the control unit 40.

이와 같이 차폐수단(60)으로 대상물(50)의 2차 가공 영역을 마스킹한 후, 레이저 빔을 방출하여, 예를 들어 a 부분부터 가공이 시작된다. a 부분의 가공 길이는 레이저 빔의 최대 주사거리(예를 들어, 106㎜)보다 짧으므로, 이 경우에는 액추에이터(220)에 의한 회전 미러(230)의 회전 각도를 조절하여 레이저 빔의 주사거리가 짧게 제어되도록 한다. 이때, 대상물이 복수의 물질이 적층되어 있는 구조인 경우 a 부분에 대한 가공시 각 적층 구조를 이루는 물질의 종류에 따라, 가공 도중 가공 파라미터를 변경하여 가공할 수 있다.In this manner, after masking the secondary processing region of the object 50 with the shielding means 60, the laser beam is emitted, for example, processing starts from the portion a. Since the machining length of the portion a is shorter than the maximum scanning distance of the laser beam (for example, 106 mm), in this case, the scanning distance of the laser beam is adjusted by adjusting the rotation angle of the rotating mirror 230 by the actuator 220. Allow for short control. In this case, when the object is a structure in which a plurality of materials are laminated, processing may be performed by changing processing parameters during processing according to the type of material forming each laminated structure when processing the portion a.

a부분에 대한 가공이 완료되면, 다음 가공 부위를 가공하기 위하여 레이저 빔의 방출을 일시 중단하고, 이송수단을 구동하여 대상물을 해당 방향(예를 들어 y방향)으로 이송시킨다. 대상물의 가공 부위에 따라 필요한 레이저 빔의 주사거리는 최대 주사거리 범위 내에서 가변되며, 예를 들어 b 부분에서 최대가 된다.When the machining of the part a is completed, the laser beam is temporarily suspended for processing the next machining portion, and the conveying means is driven to transfer the object in the corresponding direction (for example, the y direction). The scanning distance of the laser beam required according to the processing part of the object is varied within the maximum scanning distance range, for example, the maximum in the b part.

이상과 같은 방법으로 c 부분까지의 가공이 완료되면, 이송수단(30)을 예를 들어 x 방향으로 이동시켜, 1차 가공 부위를 마스킹하고 2차 가공 부위에 대한 가공을 상기와 같은 방법으로 수행한다. 대상물이 복수의 물질이 적층되어 있는 구조인 경우, 각 가공 부위에 대한 가공시 a 부분에 대한 가공 방법에서 설명한 것과 마찬가지로 적층 구조를 이루는 각 물질의 종류에 따라 가공 파라미터를 변경할 수 있음은 물론이다.When the processing up to the c part is completed by the above method, the transfer means 30 is moved in the x-direction, for example, to mask the primary machining site and perform the machining on the secondary machining site in the same manner as described above. do. When the object is a structure in which a plurality of materials are laminated, the processing parameters may be changed according to the type of each material forming the laminated structure, as described in the processing method for the portion a during the processing of each processing site.

다음으로, 도 4a 및 4b는 가공 예정선이 최대 주사거리보다 3배 이하로 긴 경우 대상물을 3회 분할 가공하는 경우를 설명하기 위한 도면이다.Next, FIGS. 4A and 4B are diagrams for explaining the case where the object is divided into three times when the machining schedule line is longer than three times the maximum scanning distance.

예를 들어, 대상물(50)이 직경이 300㎜인 반도체 웨이퍼이고, 레이저 빔의 최대 주사거리가 106㎜인 경우, 도 4a 및 4b에 도시한 것과 같이 대상물(50)을 3회 분할 가공할 수 있다. 이를 위하여 도 4a에 도시한 것과 같이, 대상물(50)을 이송장치(30) 상에 설치한 후, 차폐수단(60)을 대상물(50)의 2차 및 3차 가공 영역에 위치시킨다. 차폐수단(60)의 위치와 움직임, 그리고 가공 대상물에 정보(가공 위치, 대상물 종류 등) 제어부(40)에 기 설정되어 있는 파라미터에 의해 제어된다.For example, when the object 50 is a semiconductor wafer having a diameter of 300 mm and the maximum scanning distance of the laser beam is 106 mm, the object 50 can be divided and processed three times as shown in FIGS. 4A and 4B. have. To this end, as shown in FIG. 4A, after the object 50 is installed on the transfer device 30, the shielding means 60 is positioned in the secondary and tertiary processing regions of the object 50. The position and movement of the shielding means 60, and the information (processing position, object type, etc.) on the object to be processed are controlled by the parameters preset in the control unit 40.

이와 같이 차폐수단(60)으로 대상물(50)의 2차 및 3차 가공 영역을 마스킹한 후, 레이저 빔을 방출하여, 예를 들어 d 부분부터 가공이 시작된다. d 부분의 가공 길이는 레이저 빔의 최대 주사거리(예를 들어, 106㎜)보다 짧으므로, 이 경우에는 엑추에이터(220)에 의한 회전 미러(230)의 회전 각도를 조절하여 레이저 빔의 주사거리가 짧게 제어되도록 한다. d부분에 대한 가공이 완료되면, 다음 가공 부위를 가공하기 위하여 레이저 빔의 방출을 일시 중단하고, 이송수단을 구동하여 대상물을 해당 방향(예를 들어 y방향)으로 이송시킨다. 대상물의 가공 부위에 따라 필요한 레이저 빔의 주사거리는 최대 주사거리 범위 내에서 가변되며, 예를 들어 e 부분에서 최대가 된다.In this manner, after masking the secondary and tertiary processing regions of the object 50 with the shielding means 60, the laser beam is emitted, for example, processing starts from the portion d. Since the processing length of the portion d is shorter than the maximum scanning distance of the laser beam (for example, 106 mm), in this case, the scanning distance of the laser beam is adjusted by adjusting the rotation angle of the rotating mirror 230 by the actuator 220. Allow for short control. When the processing for the portion d is completed, the emission of the laser beam is temporarily suspended in order to process the next processing portion, and the conveying means is driven to transfer the object in the corresponding direction (for example, the y direction). The scanning distance of the laser beam required according to the processing part of the object is varied within the maximum scanning distance range, for example, the maximum at the e part.

이상과 같은 방법으로 f 부분까지의 가공이 완료되면, 도 4b에 도시한 것과 같이, 이송수단(30)을 예를 들어 x 방향으로 이동시키고, 차폐수단(60) 또한 이동시켜, 1차 및 3차 가공 부위를 마스킹하고 2차 가공 부위에 대한 가공을 상기와 같은 방법으로 수행한다. 이어서, 3차 가공 부위에 대해서도 상기와 같은 방법에 의해 가공이 이루어진다.When the processing up to the portion f is completed in the above manner, as shown in FIG. 4B, the transfer means 30 is moved in the x direction, for example, and the shielding means 60 is also moved, and the primary and third The secondary machining site is masked and the machining of the secondary machining site is carried out in the same manner as above. Subsequently, processing is also performed by the method similar to the above about a 3rd process site | part.

이와 같이, 본 발명에서는 대면적의 대상물을 분할 가공하기 위하여 적어도 하나의 차폐 수단(60)이 필요하며, 차폐수단(60)은 타 가공부위에 레이저 빔이 조사되는 것을 방지하는 역할과, 회전 미러의 회전 반환점에서 레이저 빔이 대상물에 반복 조사되는 것을 방지하는 역할을 한다.As described above, in the present invention, at least one shielding means 60 is required in order to divide and process a large-area object, and the shielding means 60 serves to prevent the laser beam from being irradiated to other machining portions, and a rotating mirror. It serves to prevent the laser beam from being repeatedly irradiated to the object at the return point of rotation of.

이와 같이, 대면적의 대상물을 분할 가공하는 이유와 그 이점에 대하여 설명하면 다음과 같다. 예를 들어, 직경이 200㎜ 또는 300㎜ 웨이퍼를 절단할 경우 주사거리가 각각 200㎜, 300㎜인 빔 스캐너를 이용하여 가공할 수 있으나, 최대 주사거리가 증가함에 따라 집광 렌즈의 초점이 길어지고 렌즈의 직경이 증가하며 초점 크기가 증가되어 미세 가공에 적합하지 않다. 또한, 웨이퍼의 크기에 따라 이에 상응하는 집광 렌즈를 교체해야 하는 번거로움이 있다. 분할가공은 최대 주사거리가 106㎜인 스캐너를 이용하여 200㎜ 웨이퍼를 가공할 때 최대 2분할하여 가공이 가능하다. 그리고, 웨이퍼의 중심으로부터 멀어질수록 분할 없이 가공이 가능하게 된다. 이와 같은 방식으로 300㎜ 웨이퍼 가공시 최대 3분할, 중심선에서 멀어짐에 따라 2분할, 외곽의 경우 분할 없이 가공이 가능하다.Thus, the reason and the advantage which divide and process a large area object are as follows. For example, in the case of cutting a 200 mm or 300 mm wafer, a beam scanner having a scanning distance of 200 mm or 300 mm can be processed, but as the maximum scanning distance increases, the focusing lens becomes longer in focus. The diameter of the lens increases and the focal size increases, which is not suitable for micromachining. In addition, there is a need to replace a corresponding condenser lens according to the size of the wafer. Dividing processing can be performed by dividing up to 2 times when processing 200mm wafer using scanner with maximum scanning distance of 106mm. Further, the further away from the center of the wafer, the more processing is possible without division. In this way, a 300mm wafer can be processed up to three divisions, two divisions as it moves away from the center line, and an outer part without division.

실험을 통해 355㎚ 파장의 UV 레이저 빔을 직경 6㎜ 크기로 초점거리 110㎜인 집광 렌즈에 입사시켜 주사거리를 100㎜로 설정한 상태에서 두께 125㎛인 실리콘 웨이퍼를 다중조사 방식으로 절단한 결과 최대 20㎛ 이하의 절단폭을 얻었다. 또한, 직경 100㎜ 이하의 실리콘 웨이퍼는 분할하지 않고 단지 주사 각도만 조절하여 절단하여도 충분히 좁은 절단폭을 얻을 수 있음이 확인되었다.Through experiments, a UV laser beam with a wavelength of 355 nm was incident on a condenser lens with a diameter of 6 mm and a focal length of 110 mm, and a silicon wafer having a thickness of 125 µm was cut by a multi-irradiation method with a scanning distance of 100 mm. A cut width of up to 20 μm was obtained. In addition, it was confirmed that a silicon wafer having a diameter of 100 mm or less can obtain a sufficiently narrow cut width even when the wafer is cut by adjusting only the scanning angle without dividing.

상술한 본 발명에 의하면, 대상물 가공시 대상물을 이송하지 않으므로, 이송장치(30)의 운동 정밀도를 향상시킬 필요가 없어, 이송장치 제작 단가를 낮출 수 있는 이점이 있다. 또한, 가공 중에 가공 깊이에 따라 가공 파라미터를 변경시킬 수 있다. 즉, 대상물 가공시 이송장치를 이송시키는 하이브리드 방식에서는 레이저 빔 조사 방향과 깊이 방향 2곳에서 가공이 일어나므로 가공 중에 가공 파라미터를 변경시킬 수 없지만, 본 발명에서는 레이저 빔 조사 횟수에 따라 가공 부위의 전 구간에서 일정한 깊이로 가공이 이루어지므로, 조사 속도, 레이저 출력 크기 등의 파라미터를 변화시켜 가공하고자 하는 깊이에 따라, 또는 가공 대상물이 복수 물질의 적층 구조로 이루어진 경우에는 구성 물질의 종류(산화막층, 메탈층, 표면 코팅층 등)에 따라 파라미터를 적절하게 변경할 수 있다.According to the present invention described above, there is no need to improve the movement accuracy of the transfer device 30, because there is no transfer of the target object during object processing, there is an advantage that the manufacturing cost of the transfer device can be lowered. It is also possible to change the machining parameters in accordance with the machining depth during machining. That is, in the hybrid method for transferring the conveying device during the processing of the object, processing occurs in two places in the laser beam irradiation direction and the depth direction, but the machining parameters cannot be changed during the machining. Since the processing is performed at a constant depth in the section, it is possible to change the parameters such as the irradiation speed, laser output size, etc. according to the depth to be processed, or when the object to be processed has a laminated structure of a plurality of materials (type of oxide film, Parameters may be appropriately changed depending on the metal layer, surface coating layer, etc.).

실험 결과에 의하면, 웨이퍼 최상층부의 산화막은 낮은 레이저 출력으로 고속 주사하고, 메탈층은 고출력으로 저속 주사하여 절단하는 것이 바람직한 것으로 나타났으며, 가공 대상물의 절단 깊이가 깊어짐에 따라 고출력으로 저속 주사함으로써 절단 품질이 개선되는 것을 확인할 수 있었다.According to the experimental results, it is preferable that the oxide film of the uppermost layer of the wafer is scanned at high speed with low laser power, and the metal layer is cut at low speed with high power, and cut by slow scanning at high power as the cutting depth of the object becomes deeper. It was confirmed that the quality is improved.

이와 같이, 본 발명은 레이저 빔을 스캐너를 이용하여 왕복 조사함으로써, 즉 다중 조사함으로써, 조사시마다 일정 부분을 용융, 기화, 승화 작용을 통해 제거하며, 원하고자 하는 깊이에 도달하기 위하여 해당 깊이에 적절하게 조사 횟수를 증가시킬 수 있다. 조사시마다 제거되는 층의 두께는 레이저 출력, 주파수 또는 주사 속도를 변화시켜 조절할 수 있으며, 제거되는 양을 적게 제어함에 따라 깊이 조절을 정밀하게 제어할 수 있다.As described above, the present invention removes a portion of the laser beam by melting, vaporizing, and sublimating each time by irradiating the laser beam reciprocally using a scanner, that is, by multi-irradiation, and suitable for the depth to reach the desired depth. Can increase the number of surveys. The thickness of the layer removed at each irradiation can be adjusted by varying the laser power, frequency or scanning speed, and the depth adjustment can be precisely controlled by controlling the amount of removal removed.

또한, 대상물이 웨이퍼인 경우, 웨이퍼는 깊이 방향에 따라 물성이 다른 구조를 가질 수 있으므로 해당 층에 적합하게 가공 파라미터를 변경하여 효율적인 가공을 수행할 수 있다. 아울러, 조사시 제거되는 부피를 작게 하면 잔류물이 효율적으로 제거되어 절단면 품질이 우수하고 열적 손상이 없는 양호한 가공 결과를 얻을 수 있다.In addition, when the object is a wafer, since the wafer may have a structure having different physical properties depending on the depth direction, the processing parameters may be changed to suit the corresponding layer, and thus efficient processing may be performed. In addition, if the volume removed during irradiation is small, residues can be efficiently removed to obtain good processing results with excellent cutting surface quality and no thermal damage.

도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 레이저 가공 장치의 구조도이다.5 is a structural diagram of a laser processing apparatus according to a second embodiment of the present invention.

본 실시예는 회전 미러의 회전 반환점에서 대상물의 가공 불균일성을 해결하고, 대면적 대상물 가공시 비 가공 영역에 레이저 빔이 조사되는 것을 방지하기 위한 차폐수단(260)이 회전 미러(230)와 집광 렌즈(250) 사이에 설치된 경우를 나타낸다.In the present embodiment, the shielding means 260 for solving the processing nonuniformity of the object at the return point of rotation of the rotating mirror and preventing the laser beam from being irradiated to the non-processed area during the processing of the large-area object includes the rotating mirror 230 and the condenser lens. The case where it is installed between 250 is shown.

도 5에 도시한 것과 같이, 본 실시예에 따른 레이저 가공 장치는 도 1에 도시한 레이저 가공 장치에 더하여, 빔 스캐너(220)의 회전 미러(230)와 집광 렌즈(250) 사이에 설치되는 차폐수단(260)을 더 포함한다. 회전 미러(230)에서 반사되는 빔은 차폐수단(260)에 의해 비정속 구간이 차폐되어 정속구간의 빔만 집광 렌즈 (250)로 입사된다.As shown in FIG. 5, the laser processing apparatus according to the present embodiment includes, in addition to the laser processing apparatus shown in FIG. 1, shielding provided between the rotating mirror 230 and the condenser lens 250 of the beam scanner 220. Means 260 are further included. The beam reflected from the rotating mirror 230 is shielded by the shielding means 260 in a non-constant interval, and only the beam of the constant speed section is incident on the condenser lens 250.

차폐수단을 도입함에 의해, 액추에이터의 회전 반환점에서 레이저 빔이 대상물에 과도하게 주사되는 것을 방지할 수 있고, 이에 따라 가공 균일성을 향상시킬 수 있다.By introducing the shielding means, it is possible to prevent the laser beam from being excessively scanned at the object at the return point of rotation of the actuator, thereby improving processing uniformity.

도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 의한 레이저 가공 장치의 구조도이다.6 is a structural diagram of a laser processing apparatus according to a third embodiment of the present invention.

본 실시예에서는 대상물(50)의 가공 영역에 레이저 빔을 조사할 때, 레이저 빔을 타원 형상으로 성형하여 조사하며, 특히 타원 형상의 레이저 빔의 장축과 가공 방향이 일치하도록 제어하여 조사한다. 이를 위하여, 본 실시예에 따른 레이저 가공 장치는 도 1에 도시한 레이저 가공 장치에 더하여 빔 스캐너(20)의 회전 미러(230)와 집광 렌즈(250) 사이 또는, 집광 렌즈(250)와 대상물(50) 사이에 설치되는 성형 렌즈(270)를 더 포함한다. 성형 렌즈(270)에 의해 타원 형상으로 성형된 레이저 빔의 크기는 성형 렌즈(270)의 높이를 조절하는 것에 의해 변경할 수 있다.In the present embodiment, when the laser beam is irradiated to the processing region of the object 50, the laser beam is formed into an elliptic shape and irradiated, and in particular, the laser beam is controlled so that the long axis and the processing direction of the elliptic laser beam coincide with each other. To this end, in addition to the laser processing apparatus shown in FIG. 1, the laser processing apparatus according to the present embodiment is provided between the rotating mirror 230 and the condenser lens 250 of the beam scanner 20, or the condenser lens 250 and the object ( It further comprises a shaping lens 270 provided between 50). The size of the laser beam molded into the ellipse shape by the shaping lens 270 can be changed by adjusting the height of the shaping lens 270.

일반적으로, 대상물 가공에 사용되는 레이저 빔의 주파수는 100㎑ 이하이며, 초점의 크기는 절단폭을 최소화하기 위해 10㎛ 이하로 설정한다. 이와 같이 하여 대상물을 가공하는 경우 초점과 초점이 중첩됨이 없이 조사되는 직선 속도는 초당 1m로 산출된다. 만약, 이보다 빠른 속도로 레이저 빔을 조사할 경우 초점과 초점이 이격되어 불연속선이 되므로 최대 조사 속도는 초당 1m를 초과하지 않도록 제어해야한다. 그러나 입열량을 줄이고 절단 깊이의 분해능을 높이기 위해서는 보다 빠른 주사 속도로 대상물을 가공하는 것이 바람직하다. 이를 위하여 레이저 빔의 형상을 타원으로 성형하는 방안을 제시한다. 이때, 타원의 장축이 가공 방향과 일 치하도록 제어한다.In general, the frequency of the laser beam used for processing the object is 100 Hz or less, and the size of the focus is set to 10 µm or less to minimize the cutting width. In the case of processing the object in this way, the linear velocity irradiated without the focal point and the focal point is calculated as 1 m per second. If the laser beam is irradiated at a faster speed than this, the focal point and the focal point are discontinuous lines, so the maximum irradiation speed should be controlled not to exceed 1m per second. However, in order to reduce the amount of heat input and to increase the resolution of the cutting depth, it is desirable to process the object at a faster scanning speed. To this end, a method of forming the shape of a laser beam into an ellipse is proposed. At this time, the long axis of the ellipse is controlled to match the machining direction.

성형 렌즈(270)는 실린드리컬 렌즈를 이용하여 구현할 수 있고, 이 경우 원형의 레이저 빔 단면이 타원형으로 성형되게 된다.The shaping lens 270 may be implemented using a cylindrical lens, and in this case, a circular laser beam cross section is formed in an elliptical shape.

일 예로, 장축을 20㎛로 확대한 경우 주사 속도는 초당 2m로 증가시킬 수 있다. 이때 매 주사시 가해진 열량은 절반으로 함으로써 가공 깊이 또한 이에 상응하게 줄어들게 된다. 이에 따라, 절단 깊이의 분해능을 향상시킬 수 있고, 절단면이 요철 형상으로 가공되는 것을 방지할 수 있다.For example, when the long axis is enlarged to 20 μm, the scanning speed may be increased to 2 m per second. At this time, the amount of heat applied in each scan is halved, so that the processing depth is correspondingly reduced. Thereby, the resolution of cutting depth can be improved and it can prevent that a cut surface is processed into an uneven | corrugated shape.

이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.As such, those skilled in the art will appreciate that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features thereof. Therefore, the above-described embodiments are to be understood as illustrative in all respects and not as restrictive. The scope of the present invention is shown by the following claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention. do.

본 발명에 의하면 레이저를 이용하여 다양한 대상물 즉, 웨이퍼, 유리, 폴리머 및 복합재를 절단, 그루빙 등 가공하는 경우, 레이저 빔을 회전 미러에 의해 직선으로 다중 조사함으로써 가공 품질을 향상시킬 수 있다. 아울러, 대상물 가공 중에 대상물을 이송시키지 않기 때문에 장치의 제조원가를 낮출 수 있으며, 가공 중에도 가공 목적에 따라 파라미터의 변경이 가능하여 보다 용이하게 대상물을 가 공할 수 있다.According to the present invention, when processing various objects, that is, wafers, glass, polymers, and composites using a laser, such as cutting, grooving, etc., the laser beam can be multi-radiated in a straight line by a rotating mirror to improve processing quality. In addition, since the object is not transferred during the object processing, the manufacturing cost of the apparatus can be lowered, and the parameter can be changed according to the processing purpose even during the processing, so that the object can be processed more easily.

또한, 회전 미러에 의해 레이저 빔을 조사할 때 회전 반환점에서 레이저 빔이 과도하게 조사되는 것을 방지함으로써, 가공 균일성을 향상시킬 수 있으며, 레이저 빔을 타원형으로 성형하여 가공하는 경우에는 낮은 에너지로 고속 가공이 가능하여 절단 깊이의 분해능을 향상시킬 수 있다.In addition, by irradiating the laser beam with the rotating mirror, by preventing the laser beam from being irradiated excessively at the rotational return point, processing uniformity can be improved, and when the laser beam is formed into an elliptical shape and processed at high speed with low energy Machining is possible and the resolution of the cutting depth can be improved.

Claims (15)

가공 파라미터가 저장되는 제어부;A control unit for storing processing parameters; 상기 제어부의 제어에 의해 레이저 빔을 방출하는 레이저 발생부;A laser generator for emitting a laser beam under the control of the controller; 상기 제어부의 제어에 의해 구동되는 드라이버;A driver driven by the control of the controller; 상기 드라이버에 의해 왕복 회전 운동하는 액추에이터;An actuator reciprocatingly rotated by the driver; 상기 액추에이터에 부착되며, 상기 레이저 발생부로부터 방출되는 레이저 빔을 반사하기 위한 회전 미러;A rotating mirror attached to the actuator and configured to reflect a laser beam emitted from the laser generator; 상기 회전 미러로부터 반사되는 레이저 빔을 집광하는 집광 렌즈; 및A condenser lens for condensing a laser beam reflected from the rotating mirror; And 제어부에 의해 제어되고, 대상물이 안착되며, 상기 레이저 빔 방출시 고정된 상태를 유지하는 이송수단;A conveying means controlled by a controller, the object being seated and maintaining a fixed state when the laser beam is emitted; 을 포함하며, 상기 레이저 빔의 최대 주사 거리는 상기 액추에이터의 회전 각도에 의해 결정되고, 상기 주사 거리는 상기 대상물의 최대 가공 예정선보다 긴 거리를 갖도록 제어되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.Wherein the maximum scanning distance of the laser beam is determined by the rotation angle of the actuator, and the scanning distance is controlled to have a distance longer than the maximum machining schedule of the object. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 레이저 가공 장치는 상기 회전 미러와 상기 집광 렌즈 사이 또는 상기 집광 렌즈와 상기 대상물 사이에 설치되어, 상기 레이저 빔에 의해 가공될 상기 대상물의 일부를 마스킹하기 위한 적어도 하나의 차폐수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.The laser processing apparatus further includes at least one shielding means provided between the rotating mirror and the condenser lens or between the condenser lens and the object to mask a portion of the object to be processed by the laser beam. Laser processing device characterized in that. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 레이저 가공 장치는 상기 회전 미러와 상기 집광 렌즈 사이 또는 상기 집광 렌즈와 상기 대상물 사이에 설치되는 성형 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.The laser processing apparatus further comprises a shaping lens provided between the rotating mirror and the condenser lens or between the condenser lens and the object. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 성형 렌즈는 상기 레이저 빔의 단면을 타원 형상으로 성형하며, 상기 타원의 장축이 상기 대상물의 가공 방향과 일치하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.The shaping lens is configured to shape the cross section of the laser beam into an elliptic shape, wherein the long axis of the ellipse is controlled to coincide with the processing direction of the object. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 레이저 가공 장치는 상기 회전 미러와 상기 집광 렌즈 사이 또는 상기 집광 렌즈와 상기 대상물 사이에 설치되는 차폐수단 및;The laser processing apparatus includes shielding means provided between the rotating mirror and the condenser lens or between the condenser lens and the object; 상기 차폐수단을 통과한 레이저 빔의 형상을 성형하기 위한 성형 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.And a shaping lens for shaping the shape of the laser beam passing through the shielding means. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 성형 렌즈는 상기 레이저 빔의 단면을 타원 형상으로 성형하며, 상기 타원의 장축이 상기 대상물의 가공 방향과 일치하도록 제어되는 것을 특징으로 하 는 레이저 가공 장치.The shaping lens is configured to shape the cross section of the laser beam into an elliptic shape, wherein the long axis of the ellipse is controlled to coincide with the processing direction of the object. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제어부는 상기 대상물을 가공하기 위한 레이저 출력 크기, 주파수, 조사 속도, 가공 부위, 가공 길이, 가공 깊이를 포함하는 가공 파라미터를 저장하고 있으며, 상기 대상물 가공 중 상기 파라미터의 변경이 가능한 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.The control unit stores a processing parameter including a laser output size, frequency, irradiation speed, processing area, processing length, processing depth for processing the object, and wherein the parameter can be changed during processing of the object. Laser processing device. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 레이저 가공 장치는, 상기 회전 미러와 상기 집광 렌즈 사이 또는 상기 집광 렌즈와 상기 대상물 사이에 설치되어, 상기 레이저 빔의 최대 주사 거리가 상기 대상물의 가공 대상 길이보다 작은 경우, 상기 대상물의 비 가공 부위를 마스킹하고,The laser processing apparatus is provided between the rotating mirror and the condensing lens or between the condensing lens and the object, and when the maximum scanning distance of the laser beam is smaller than the processing object length of the object, the unprocessed portion of the object Masking, 상기 대상물의 노출된 부위가 1차 가공된 후, 상기 레이저 빔의 방출을 중단한 상태에서, 상기 이송 장치에 의해 상기 대상물을 이송하여 상기 1차 가공 부위가 마스킹되도록 하는 한편, 상기 1차 가공시 마스킹되어 있던 상기 비 가공 부위를 노출시켜, 상기 레이저 빔에 의해 2차 가공이 이루어지도록 하는 적어도 하나의 차폐수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.After the exposed part of the object is first processed, while the emission of the laser beam is stopped, the object is transferred by the transfer device so that the first processed part is masked. And at least one shielding means for exposing the non-machined portion that has been masked so that secondary processing is performed by the laser beam. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 대상물에 복수의 가공 부위가 존재하는 경우 상기 이송 장치는, 상기 대상물의 가공 부위가 가공된 후, 상기 대상물의 타 가공부위를 가공하기 위하여 상기 제어부의 제어에 따라 상기 레이저 빔의 방출이 일시 중단된 상태에서, 상기 대상물의 타 가공부위가 상기 레이저 빔에 노출되도록 상기 대상물을 이송하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.When there are a plurality of processing sites on the object, the transfer device temporarily stops the emission of the laser beam under the control of the controller to process another processing site of the object after the processing site of the object is processed. In the state, the laser processing apparatus, characterized in that for transporting the object so that the other processing portion of the object is exposed to the laser beam. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 드라이버, 액추에이터, 회전 미러 및 집광 렌즈로 이루어지는 빔 스캐너는 상하 이동 가능한 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.And a beam scanner composed of the driver, the actuator, the rotation mirror, and the condenser lens is movable up and down. 레이저를 이용하여 대상물을 가공하는 방법에 있어서,In the method of processing the object using a laser, 상기 대상물 가공을 위한 파라미터를 설정하는 단계;Setting parameters for processing the object; 상기 대상물을 이송장치에 안착시키는 단계;Mounting the object on a transfer device; 레이저 빔을 방출하는 단계;Emitting a laser beam; 상기 방출된 레이저 빔을 왕복 회전 운동하는 액추에이터에 부착된 회전 미러를 이용하여 상기 레이저 빔을 반사시키고, 상기 반사된 빔을 집광하여 대상물로 조사하는 단계;Reflecting the laser beam using a rotating mirror attached to an actuator reciprocating the emitted laser beam, condensing the reflected beam and irradiating the object with an object; 상기 대상물 가공이 완료되었는지 판단하는 단계;Determining whether the object processing is completed; 상기 대상물 가공이 완료된 경우, 상기 대상물의 이송 여부를 판단하는 단계;Determining whether to transport the object when the object processing is completed; 상기 대상물의 이송이 필요한 경우, 상기 레이저 빔의 방출을 중지하는 단 계; 및Stopping emission of the laser beam when the object needs to be transferred; And 상기 이송장치에 의해 상기 대상물을 이송한 후, 상기 레이저 빔을 방출하는 단계로 복귀하는 단계;Returning to the step of emitting the laser beam after transporting the object by the transport device; 를 포함하는 레이저 가공 방법.Laser processing method comprising a. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 파라미터는 레이저 빔의 출력 크기, 주파수, 액추에이터의 회전 각도, 회전 속도, 원하는 가공 부위, 가공 길이, 가공 깊이를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.The parameters include laser beam output size, frequency, actuator rotation angle, rotation speed, desired machining area, processing length, depth of processing. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 대상물 이송이 필요한 경우는 상기 레이저 빔의 주사거리가 상기 대상물의 가공 길이보다 작은 경우인 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.When the object transfer is necessary, the laser processing method characterized in that the scanning distance of the laser beam is smaller than the processing length of the object. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 대상물 이송이 필요한 경우는 상기 대상물에 복수의 가공 부위가 존재하는 경우인 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.When the object transfer is necessary, the laser processing method, characterized in that a plurality of processing sites exist in the object. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 레이저 빔의 최대 주사 거리가 상기 대상물의 가공 대상 길이보다 작은 경우, 상기 대상물을 이송장치에 안착하고 상기 레이저 빔을 방출하기 전, 상기 대상물의 비 가공 부위를 마스킹한 후 상기 레이저 빔을 방출하여 상기 대상물을 1차 가공하며,If the maximum scanning distance of the laser beam is smaller than the processing object length of the object, the laser beam is emitted after masking the non-processed portion of the object before placing the object in a transport apparatus and emitting the laser beam. Primary processing the object, 상기 대상물의 이송이 필요한 경우, 상기 레이저 빔의 방출을 중지하고 상기 이송장치에 의해 상기 대상물을 이송한 후, 상기 레이저 빔을 방출하는 단계로 복귀하기 전, 상기 대상물의 비 가공 부위를 노출시키고 상기 1차 가공 부위를 마스킹한 후, 레이저 빔을 방출하여 2차 가공을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.If transfer of the object is necessary, the laser beam is stopped and the object is transported by the transfer device, and then the unprocessed portion of the object is exposed before returning to the step of emitting the laser beam. And after masking the primary processing site, emitting the laser beam to perform secondary processing.
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