KR20170096812A - 다기능 레이저 가공장치 및 이를 이용한 레이저 가공방법 - Google Patents

다기능 레이저 가공장치 및 이를 이용한 레이저 가공방법 Download PDF

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Abstract

다기능 레이저 가공장치 및 이를 이용한 레이저 가공방법이 개시된다. 개시된 레이저 가공장치는, 제1 레이저 빔을 방출하는 레이저 광원과, 필요에 따라 상기 제1 레이저 빔의 펄스를 조절하여 제2 레이저 빔으로 출사하는 펄스 조절 유닛과, 상기 제1 또는 제2 레이저 빔의 크기를 조절하여 가공하고자 하는 기판에 조사하는 빔사이즈 조절 유닛을 포함한다. 여기서, 상기 제1 레이저 빔에 의한 제1 가공공정과 상기 제2 레이저 빔에 의한 제2가공공정 중 어느 하나를 필요에 따라 선택적으로 수행할 수 있다.

Description

다기능 레이저 가공장치 및 이를 이용한 레이저 가공방법{Multi-functional laser processing apparatus and laser processing method using the laser processing apparatus}
본 발명은 다양한 기능을 수행할 수 있는 다기능 레이저 가공장치 및 이를 이용한 레이저 가공방법에 관한 것이다.
일반적으로, CO2 레이저 드릴링 장치 등과 같은 레이저 가공장치는 가공되는 기판의 종류에 따라 레이저 빔의 피크 파워(peak power) 및 빔 모드가 달라지게 된다. 예를 들어, 높은 피크 파워의 레이저 빔이 요구되는 기판을 가공하는 경우에는 레이저 빔의 펄스를 조절함으로써 높은 피크 파워의 빔만을 선택적으로 사용하는 펄스 컨트롤러가 요구된다. 그러나, 이러한 펄스 컨트롤러는 장시간 사용에 의해 손상되는 문제가 있다. 그리고, 비교적 낮은 피크 파워의 레이저 빔이 요구되는 기판을 가공하는 경우에도 레이저 빔이 펄스 컨트롤러를 경유하여야 하므로 이에 따라 손상에 지속적으로 노출될 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 기존에는 가공되는 기판의 종류에 따라 펄스 컨트롤러를 포함하는 장비와 펄스 컨트롤러를 포함하지 않는 장비를 분리하여 사용하여야 하였다.
본 발명의 실시예는 다양한 기능을 수행할 수 있는 다기능 레이저 가공장치 및 이를 이용한 레이저 가공방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 있어서,
제1 레이저 빔을 방출하는 레이저 광원;
필요에 따라 상기 제1 레이저 빔의 펄스를 조절하여 제2 레이저 빔으로 출사하는 펄스 조절 유닛; 및
상기 제1 또는 제2 레이저 빔의 크기를 조절하여 가공하고자 하는 기판에 조사하는 빔사이즈 조절 유닛;을 포함하여,
상기 제1 레이저 빔에 의한 제1 가공공정과 상기 제2 레이저 빔에 의한 제2가공공정 중 어느 하나를 필요에 따라 선택적으로 수행하는 레이저 가공장치가 제공된다.
상기 펄스 조절 유닛은,
상기 제1 레이저 빔의 경로 상으로 이동하여 상기 제1 레이저 빔의 경로를 바꾸는 제1 이동형 반사미러;
상기 제1 이동형 반사미러로부터 입사된 상기 제1 레이저 빔의 펄스를 변화시켜 상기 제2 레이저 빔으로 출사하는 펄스 컨트롤러; 및
상기 제1 레이저 빔의 경로 상으로 이동하여 상기 펄스 컨트롤러로부터 출사된 상기 제2 레이저 빔을 상기 빔사이즈 조절 유닛으로 입사시키는 제2 이동형 반사미러;를 포함할 수 있다.
상기 펄스 컨트롤러는 예를 들면, 음향 광학 변조기(AOM; Acousto-Optical Modulator) 또는 음향 광학 편향기(AOD; Acousto-Optic Deflector)를 포함할 수 있다.
상기 펄스 조절 유닛은 상기 제1 및 제2 이동형 반사미러를 왕복 이동시키는 제1 및 제2 실린더를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 펄스 조절 유닛은 상기 펄스 컨트롤러로부터 출사된 상기 제2 레이저 빔을 상기 제2 이동형 반사미러 쪽으로 반사하는 반사 미러를 더 포함할 수 있다.
상기 레이저 가공장치는 필요에 따라 상기 제1 또는 제2 레이저 빔의 형상을 조절하는 빔형상 조절 유닛을 더 포함할 수 있다. 상기 빔형상 조절 유닛은 상기 제1 또는 제2 레이저 빔의 경로 상으로 이동하여 상기 제1 또는 제2 레이저 빔의 형상을 변화시키는 빔 성형기 및 상기 빔 성형기를 왕복 이동시키는 제3 실린더를 포함할 수 있다. 상기 빔 성형기는 예를 들면 Gaussian 형태의 빔 모드를 Top hat 형태의 빔 모드로 변화시킬 수 있다.
상기 빔사이즈 조절 유닛은 빔 확대기(BET; Beam Expanding Telescope)를 포함할 수 있다. 상기 빔사이즈 조절 유닛과 상기 기판 사이의 광 경로 상에는 빔 분리기(beam splitter)가 더 마련될 수 있다.
상기 제2 레이저 빔은 상기 제1 레이저 빔보다 큰 피크 파워(peak power)를 가질 수 있다. 상기 레이저 가공장치는 CO2 레이저 드릴링 장치를 포함할 수 있다.
제1 레이저 빔을 방출하는 레이저 광원과, 필요에 따라 상기 제1 레이저 빔의 펄스를 조절하여 제2 레이저 빔으로 출사하는 펄스 조절 유닛과, 상기 제1 또는 제2 레이저 빔의 크기를 조절하여 가공하고자 하는 기판에 조사하는 빔사이즈 조절 유닛을 포함하는 레이저 가공장치를 이용한 레이저 가공방법에 있어서,
제1 레이저 빔에 의한 제1 가공공정과 상기 제2 레이저 빔에 의한 제2가공공정 중 어느 하나를 필요에 따라 선택적으로 수행하는 레이저 가공방법이 제공된다.
상기 펄스 조절 유닛은, 상기 제1 레이저 빔의 경로 상으로 이동하여 상기 제1 레이저 빔의 경로를 바꾸는 제1 이동형 반사미러; 상기 제1 이동형 반사미러로부터 입사된 상기 제1 레이저 빔의 펄스를 변화시켜 상기 제2 레이저 빔으로 출사하는 펄스 컨트롤러; 및 상기 제1 레이저 빔의 경로 상으로 이동하여 상기 펄스 컨트롤러로부터 출사된 상기 제2 레이저 빔을 상기 빔사이즈 조절 유닛으로 입사시키는 제2 이동형 반사미러;를 포함할 수 있다.
상기 제1 가공공정은 상기 레이저 광원으로부터 출사된 상기 제1 레이저 빔이 상기 빔사이즈 조절 유닛을 경유하여 상기 기판에 조사됨으로써 수행될 수 있다.
상기 제2 가공공정은 상기 레이저 광원으로부터 방출된 상기 제1 레이저 빔이 상기 펄스 조절 유닛에 의해 상기 제2 레이저 빔으로 변화되고, 상기 제2 레이저 빔이 상기 빔사이즈 조절 유닛을 경유하여 상기 기판에 조사됨으로써 수행될 수 있다.
상기 제1 또는 제2 가공공정은 상기 제1 또는 제2 레이저 빔의 형상을 조절하여 상기 빔사이즈 조절 유닛에 입사시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 레이저 광원으로부터 방출되는 레이저 빔을 그대로 이용하여 기판에 가공작업을 수행하거나, 또한 펄스 조절 유닛을 구동함으로써 레이저 광원으로부터 방출되는 레이저 빔의 펄스를 조절하여 다른 피크 파워를 가지는 레이저 빔으로 변화시켜 기판에 다른 가공작업을 수행할 수 있다. 이에 따라, 가공하고자 하는 기판의 종류에 따라 서로 다른 피크 파워를 가지는 레이저 빔들 중 하나를 선택적으로 사용하여 필요한 가공작업을 수행할 수 있다. 이와 같이, 본 실시예에 따른 레이저 가공장치는 별도의 장비 없이 하나의 장비를 이용하여 복수의 가공공정 중 어느 하나를 필요에 따라 선택적으로 수행할 수 있다.
또한, 펄스 컨트롤러는 예를 들어 비교적 높은 피크 파워가 요구되는 가공 작업 등과 같은 특정한 가공공정에서만 사용됨으로써 펄스 컨트롤러가 레이저 빔의 노출에 의해 손상되는 것을 줄일 수 있다. 그리고, 빔형상 조절 유닛이 레이저 빔의 진행 경로 상으로 움직일 수 있도록 마련되어 레이저 빔을 원하는 형태로 조절함으로써 기판의 가공에 필요로 하는 공정을 정확하게 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 레이저 가공장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 도 1에 도시된 레이저 가공장치가 제1 레이저 빔을 이용한 제1 가공공정을 수행하는 모습을 도시한 것이다.
도 3은 도 1에 도시된 레이저 가공장치가 제2 레이저 빔을 이용한 제2 가공공정을 수행하는 모습을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 레이저 가공장치를 개략적으로 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 아래에 예시되는 실시예는 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니며, 본 발명을 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다. 또한, 소정의 물질층이 기판이나 다른 층에 존재한다고 설명될 때, 그 물질층은 기판이나 다른 층에 직접 접하면서 존재할 수도 있고, 그 사이에 다른 제3의 층이 존재할 수도 있다. 그리고, 아래의 실시예에서 각 층을 이루는 물질은 예시적인 것이므로, 이외에 다른 물질이 사용될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 레이저 가공장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 1에 도시된 레이저 가공장치(100)는 예를 들면 인쇄 회로 기판(PCB; Printed Circuit Board) 등과 같은 기판(W)에 레이저를 이용하여 드릴링(drilling) 작업을 수행하는 레이저 드릴링 장치를 포함할 수 있다. 여기서, 레이저 드릴링 장치로는 예를 들면 CO2 레이저 드릴링 장치가 사용될 수 있다. 하지만, 이는 단지 예시적인 것으로 본 실시예에 따른 레이저 가공장치(100)는 레이저 드릴링 작업 외에 다른 다양한 레이저 가공작업을 수행할 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 레이저 가공장치(100)는 레이저 광원(110)과, 펄스 조절 유닛과 빔사이즈 조절 유닛(130)을 포함한다. 레이저 광원은 펄스형 레이저 빔으로서 제1 레이저 빔(L1)을 방출할 수 있다. 여기서, 제1 레이저 빔(L1)은 후술하는 바와 같이 펄스가 조절된 제2 레이저 빔(L2) 보다는 작은 피크 파워(peak power)를 가질 수 있다. 상기 레이저 광원(110)으로는 예를 들면 CO2 레이저 광원이 사용될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
레이저 광원(110)으로부터 출사된 제1 레이저 빔(L1)은 제1 및 제2 반사미러(121,122)에 의해 반사될 수 있으며, 이렇게 반사된 제1 레이저 빔(L1)은 빔사이즈 조절 유닛(130)에 입사될 수 있다. 빔사이즈 조절 유닛(130)은 입사되는 빔의 크기를 조절하기 위한 것으로, 예를 들면, 빔 확대기(BET; Beam Expanding Telescope)를 포함할 수 있다. 이러한 빔사이즈 조절 유닛(130)으로 입사된 제1 레이저 빔(L1)은 그 크기가 조절되어 스테이지(S)에 적재된 기판(W)에 조사될 수 있다. 이에 따라, 기판(W) 상에는 후술하는 바와 같이 제1 레이저 빔(L1)을 이용한 제1 가공 공정이 수행될 수 있다.
빔사이즈 조절 유닛(130)과 기판(W) 사이에는 빔 분리기(beam splitter, 150)가 더 마련될 수도 있다. 이 경우, 빔사이즈 조절 유닛(130)으로부터 출사되는 제1 레이저 빔(L1)은 빔 분리기(150)에 의해 2개의 빔으로 분리될 수 있다. 여기서, 하나의 제1 레이저 빔(L1)은 빔 분리기(150)에서 반사되어 기판(W)의 일 영역에 조사될 수 있으며, 다른 하나의 제1 레이저 빔(L1)은 빔 분리기(150)를 투과하여 제3 반사미러(123)에 의해 반사된 다음 기판(W)의 다른 영역에 조사될 수 있다. 이와 같이, 빔 분리기(150)를 이용하여 제1 레이저 빔(L1)을 복수개로 분리하여 가공작업을 진행하게 되면 제1 가공 공정을 보다 신속하게 할 수 있다. 한편, 빔사이즈 조절 유닛(130)과 빔 분리기(150) 사이에는 이미지 어퍼쳐(image aperture,140)가 더 마련될 수 있다. 이러한 이미지 어퍼쳐(140)는 마스크를 이용하여 빔사이즈 조절 유닛(130)으로부터 출사된 제1 레이저 빔(L1) 중 원하는 부분만을 통과시키는 역할을 할 수 있다.
레이저 광원(110)으로부터 방출되는 제1 레이저 빔(L1)은 펄스가 조절된 제2 레이저 빔(L2) 보다 작은 피크 파워를 가질 수 있다. 따라서, 제1 레이저 빔(L1)을 이용한 제1 가공공정에는 가공에 비교적 낮은 피크 파워가 요구되는 기판(W) (예를 들면, HDI(High Density Interconnect) PCB)을 드릴링하는 작업 등이 포함될 수 있다. 하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
펄스 조절 유닛은 필요에 따라 선택적으로 구동됨으로써 레이저 광원(110)으로부터 출사된 제1 레이저 빔(L1)의 펄스를 조절하여 제2 레이저 빔(L2)으로 출사시킬 수 있다. 이러한 펄스 조절 유닛에 의해 기판(W) 상에는 제2 레이저 빔(L2)을 이용한 제2 가공공정이 수행될 수 있다. 펄스 조절 유닛은 제1 이동형 반사미러(172), 펄스 컨트롤러(160) 및 제2 이동형 반사미러(192)를 포함할 수 있다.
제1 이동형 반사미러(172)는 제1 레이저 빔(L1)의 진행 경로 상으로 움직일 수 있도록 마련되어 있다. 이를 위해, 제1 이동형 반사미러(172)에는 제1 실린더(171)가 연결될 수 있다. 제1 실린더(171)는 제1 이동형 반사미러(172)를 왕복 이동시킴으로써 제1 이동형 반사미러(172)를 제1 레이저 빔(L1)의 진행 경로 상으로 움직이거나 또는 제1 레이저 빔(L1)의 진행 경로 상에 위치하고 있는 제1 이동형 반사미러(172)를 제1 레이저 빔(L1)의 진행 경로 밖으로 움직일 수 있다. 제1 실린더(171)에 의해 제1 이동형 반사미러(172)가 제1 레이저 빔(L1)의 진행 경로 상으로 이동하게 되면, 레이저 광원(110)으로부터 출사되어 제1 반사미러(121)에 의해 반사된 제1 레이저 빔(L1)은 제1 이동형 반사미러(172)에 의해 반사됨으로써 그 경로가 바뀌게 된다.
제1 이동형 반사미러(172)에 의해 반사되어 그 진행 경로가 바뀐 제1 레이저 빔(L1)은 펄스 컨트롤러(160)에 입사하게 된다. 여기서, 펄스 컨트롤러(160)는 입사된 제1 레이저 빔(L)의 펄스를 변화시켜 제2 레이저 빔(L2)으로 출사할 수 있다. 이렇게 펄스가 조절된 제2 레이저 빔(L2)은 예를 들면 제1 레이저 빔(L1) 보다 큰 피크 파워를 가질 수 있다.
펄스 컨트롤러(160)로는 예를 들면 음향 광학 변조기(AOM; Acousto-Optical Modulator) 또는 음향 광학 편향기(AOD; Acousto-Optic Deflector) 등이 사용될 수 있다. 하지만, 이는 단지 예시적인 것으로 이외에도 다른 다양한 장비가 펄스 컨틀로러(160)로 사용될 수 있다. 한편, 도 1에는 도시되어 있지 않으나, 펄스 컨트롤러(160)에는 펄스 컨트롤러(160)에 의해 선택되지 않고 버려지는 빔을 수용하는 빔 덤퍼(beam dumper)가 연결될 수 있다.
펄스 컨트롤러(160)에 의해 펄스가 조절되어 출사된 제2 레이저 빔(L2)은 제2 이동형 반사미러(192)에 입사될 수 있다. 펄스 컨트롤러(160)와 제2 이동형 반사미러(192) 사이의 제2 레이저 빔(L2)의 진행 경로 상에는 반사미러(180)가 더 마련될 수 있다. 이 반사미러(180)는 펄스 컨트롤러(160)로부터 출사된 제2 레이저 빔(L2)을 제2 이동형 반사미러(192) 쪽으로 반사시키는 역할을 한다.
제2 이동형 반사미러(192)는 제1 레이저 빔(L1)의 진행 경로 상으로 움직일 수 있도록 마련되어 있다. 이를 위해, 제2 이동형 반사미러(192)에는 제2 실린더(191)가 연결될 수 있다. 제2 실린더(191)는 제2 이동형 반사미러(192)를 왕복 이동시킴으로써 제2 이동형 반사미러(192)를 제1 레이저 빔(L1)의 진행 경로 상으로 움직이거나 또는 제1 레이저 빔(L1)의 진행 경로 상에 위치하고 있는 제2 이동형 반사미러(192)를 제1 레이저 빔(L1)의 진행 경로 밖으로 움직일 수 있다. 제2 실린더(191)에 의해 제2 이동형 반사미러(192)가 제1 레이저 빔(L1)의 진행 경로 상으로 이동하게 되면, 펄스 컨트롤러(160)에서 출사되어 반사미러(180)에 의해 반사된 제2 레이저 빔(L2)은 제2 이동형 반사미러(192)에 입사하게 되고, 제2 이동형 반사미러(192)는 제2 레이저 빔(L2)을 반사시켜 제1 레이저 빔(L1)의 진행 경로를 따라 진행시키게 된다.
제2 이동형 반사미러(192)에 의해 반사된 제2 레이저 빔(L2)은 빔사이즈 조절 유닛(130)에 입사되어 그 크기가 조절된 다음, 스테이지(S)에 적재된 기판(W)에 조사될 수 있다. 이에 따라, 기판(W) 상에는 제2 레이저 빔(L2)을 이용한 제2 가공 공정이 수행될 수 있다.
한편, 빔사이즈 조절 유닛(130)과 기판(W) 사이에 빔 분리기(150)가 마련되는 경우에는 빔사이즈 조절 유닛(130)으로부터 출사되는 제2 레이저 빔(L2)은 빔 분리기(150)에 의해 2개의 빔으로 분리될 수 있다. 여기서, 하나의 제2 레이저 빔(L2)은 빔 분리기(150)에서 반사되어 기판(W)의 일 영역에 조사될 수 있으며, 다른 하나의 제2 레이저 빔(L2)은 빔 분리기(150)를 투과하여 제3 반사미러(123)에 의해 반사된 다음 기판(W)의 다른 영역에 조사될 수 있다. 이와 같이, 빔 분리기(150)를 이용하여 제2 레이저 빔(L2)을 복수개로 분리하여 가공작업을 진행하게 되면 제2 가공 공정을 보다 신속하게 할 수 있다.
펄스 컨트롤러(160)에 의해 펄스가 조절된 제2 레이저 빔(L2)은 레이저 광원(110)으로부터 방출되는 제1 레이저 빔(L1)보다 높은 피크 파워를 가질 수 있다. 이에 따라, 제2 레이저 빔(L2)을 이용한 제2 가공공정에는 가공에 비교적 높은 피크 파워가 요구되는 기판(W), (예를 들면, 일반적인 패키지(package) PCB)을 드릴링하는 작업 등이 포함될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
이하에서는 도 2 및 도 3을 참조하면, 도 1에 도시된 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 레이저 가공장치(100)에서 제1 레이저 빔(L1)을 이용한 제1 가공공정과 제2 레이저 빔(L2)을 이용한 제2 가공공정 중 어느 하나를 선택적으로 수행하는 방법에 대해서 설명한다.
도 2는 도 1에 도시된 레이저 가공장치(100)가 제1 레이저 빔(L1)을 이용한 제1 가공공정을 수행하는 모습을 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 제1 레이저 빔(L1)을 이용한 제1 가공공정을 수행하는 경우에는 펄스 조절 유닛은 제1 레이저 빔(L1)의 진행 경로 상에서 이격된 상태로 위치하여 작동을 하지 않게 된다. 구체적으로, 제1 이동형 반사미러(172)는 제1 실린더(171)에 의해 이동하여 제1 레이저 빔(L1)의 진행 경로에서 이격되어 있다. 그리고, 제2 이동형 반사미러(192)도 제2 실린더(191)에 의해 이동하여 제1 레이저 빔(L1)의 진행 경로에서 이격되어 있다.
레이저 광원(110)으로부터 방출된 제1 레이저 빔(L1)은 제1 및 제2 반사미러(121,122)에 의해 반사된 다음, 빔사이즈 조절 유닛(130)에 입사된다. 그리고, 빔사이즈 조절 유닛(130)에 입사된 제1 레이저 빔(L1)은 그 크기가 조절된 다음 이미지 어퍼쳐(140)를 경유하여 기판(W)에 조사됨으로써 제1 가공공정이 수행된다.
한편, 제1 레이저 빔(L1)의 진행 경로 상에 빔 분리기(150)가 마련될 수 있으며, 이 빔 분리기(150)에 의해 빔사이즈 조절 유닛(130)으로부터 출사되는 제1 레이저 빔(L1)은 2개의 빔으로 분리될 수 있다. 여기서, 하나의 제1 레이저 빔(L1)은 빔 분리기(150)에서 반사되어 기판(W)의 일 영역에 조사될 수 있으며, 다른 하나의 제1 레이저 빔(L1)은 빔 분리기(150)를 투과하여 제3 반사미러(123)에 의해 반사된 다음 기판(W)의 다른 영역에 조사될 수 있다.
이상과 같이, 레이저 광원(110)으로부터 출사된 제1 레이저 빔(L1)은 기판(W)의 소정 영역에 조사됨으로써 제1 가공공정을 수행할 수 있다. 여기서, 레이저 광원(110)으로부터 방출되는 제1 레이저 빔(L1)은 후술하는 펄스가 조절된 제2 레이저 빔(L2) 보다 작은 피크 파워를 가질 수 있다. 따라서, 제1 레이저 빔(L1)을 이용한 제1 가공공정에는 가공에 비교적 낮은 피크 파워가 요구되는 기판 예를 들면, HDI(High Density Interconnect) PCB)을 드릴링하는 작업 등이 포함될 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 레이저 가공장치(100)가 제2 레이저 빔(L2)을 이용한 제2 가공공정을 수행하는 모습을 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 제2 가공공정을 수행하는 경우에는 펄스 조절 유닛이 제1 레이저 빔(L1)의 진행 경로 상으로 이동하게 된다. 구체적으로, 제1 이동형 반사미러(172)는 제1 실린더(171)에 의해 제1 레이저 빔(L1)의 진행 경로 상으로 움직이게 된다. 그리고, 제2 이동형 반사미러(192)도 제2 실린더(191)에 의해 제1 레이저 빔(L1)의 진행 경로 상으로 움직이게 된다.
이와 같이, 제1 및 제2 이동형 반사미러(172,192)가 제1 레이저 빔(L1)의 진행 경로에 위치한 상태에서, 레이저 광원(110)으로부터 방출된 제1 레이저 빔(L1)은 제1 반사미러(121)에 의해 반사된 다음, 제1 이동형 반사미러(172)에 의해 반사됨으로써 그 경로가 바뀌게 된다. 이어서, 제1 이동형 반사미러(172)에 의해 반사되어 그 진행 경로가 바뀐 제1 레이저 빔(L1)은 펄스 컨트롤러(160)에 입사하게 되며, 여기서 펄스 컨트롤러(160)는 입사된 제1 레이저 빔(L1)의 펄스를 변화시켜 제2 레이저 빔(L2)으로 출사할 수 있다.
다음으로, 펄스 컨트롤러(160)로부터 출사된 제2 레이저 빔(L2)은 반사미러(180)에 의해 반사된 다음, 제2 이동형 반사미러(192)에 입사된다. 여기서, 제2 이동형 반사미러(192)는 제2 레이저 빔(L2)을 제1 레이저 빔(L1)의 진행 경로를 따라 반사시키게 되고, 이에 따라 제2 레이저 빔(L2)은 빔사이즈 조절 유닛(130)에 입사된다. 그리고, 빔사이즈 조절 유닛(130)에 입사된 제2 레이저 빔(L2)은 그 크기가 조절된 다음 이미지 어퍼쳐(140)를 경유하여 기판(W)에 조사됨으로써 제2 가공공정이 수행된다.
제2 레이저 빔(L2)의 진행 경로 상에 빔 분리기가 마련되는 경우에는, 이 빔 분리기(150)에 의해 빔사이즈 조절 유닛(130)으로부터 출사되는 제2 레이저 빔(L2)은 2개의 빔으로 분리될 수 있다. 여기서, 하나의 제2 레이저 빔(L2)은 빔 분리기(150)에서 반사되어 기판(W)의 일 영역에 조사될 수 있으며, 다른 하나의 제2 레이저 빔(L2)은 빔 분리기(150)를 투과하여 제3 반사미러(123)에 의해 반사된 다음 기판(W)의 다른 영역에 조사될 수 있다.
이상과 같이, 레이저 광원(110)으로부터 출사된 제1 레이저 빔(L1)은 펄스 조절 유닛에 의해 펄스가 조절된 제2 레이저 빔(L2)으로 변화되고, 이러한 제2 레이저 빔(L2)이 기판(W)의 소정 영역에 조사됨으로써 제2 가공공정을 수행할 수 있다. 여기서, 펄스가 조절된 제2 레이저 빔(L2)은 레이저 광원(110)으로부터 방출되는 제1 레이저 빔(L1) 보다 큰 피크 파워를 가질 수 있다. 따라서, 제2 레이저 빔(L2)을 이용한 제2 가공공정에는 가공에 비교적 높은 피크 파워가 요구되는 기판(W) (예를 들면, 일반적인 패키지(package) PCB)을 드릴링하는 작업 등이 포함될 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 실시예에 따르면 레이저 광원으로부터 방출되는 레이저 빔을 그대로 이용하여 기판에 가공작업을 수행하거나, 또한 펄스 조절 유닛을 구동함으로써 레이저 광원으로부터 방출되는 레이저 빔의 펄스를 조절하여 다른 피크 파워를 가지는 레이저 빔으로 변화시켜 기판에 다른 가공작업을 수행할 수 있다. 이에 따라, 가공하고자 하는 기판의 종류에 따라 서로 다른 피크 파워를 가지는 레이저 빔들 중 하나를 선택적으로 사용하여 필요한 가공작업을 수행할 수 있다. 이와 같이, 본 실시예에 따른 레이저 가공장치는 별도의 장비 없이 하나의 장비를 이용하여 복수의 가공공정 중 어느 하나를 필요에 따라 선택적으로 수행할 수 있다. 그리고, 펄스 컨트롤러는 예를 들어 비교적 높은 피크 파워가 요구되는 가공 작업 등과 같은 특정한 가공공정에서만 사용됨으로써 펄스 컨트롤러가 레이저 빔의 노출에 의해 손상되는 것을 줄일 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 레이저 가공장치를 개략적으로 도시한 것이다. 도 4에 도시된 레이저 가공장치(20)는 빔형상 조절 유닛이 추가적으로 마련되어 있다는 점만 제외하면 도 1에 도시된 레이저 가공장치(100)와 동일하다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 레이저 가공장치(200)는 레이저 광원(110)과, 펄스 조절 유닛과, 빔형상 조절 유닛과, 빔사이즈 조절 유닛(130)을 포함한다. 레이저 광원(110)은 펄스형 레이저 빔으로서 제1 레이저 빔(L1)을 방출할 수 있다. 여기서, 제1 레이저 빔(L1)은 후술하는 제2 레이저 빔(L2) 보다는 작은 피크 파워를 가질 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
레이저 광원(110)으로부터 출사된 제1 레이저 빔(L1)은 제1 및 제2 반사미러(121,122)에 의해 반사될 수 있으며, 이렇게 반사된 제1 레이저 빔(L1)은 빔사이즈 조절 유닛(130)에 입사될 수 있다. 이러한 빔사이즈 조절 유닛(130)으로 입사된 제1 레이저 빔(L1)은 그 크기가 조절되어 스테이지(S)에 적재된 기판(W)에 조사됨으로써 제1 가공공정이 수행될 수 있다.
펄스 조절 유닛은 필요에 따라 선택적으로 구동됨으로써 레이저 광원(110)으로부터 출사된 제1 레이저 빔(L1)의 펄스를 조절하여 제2 레이저 빔(L2)으로 출사시킬 수 있다. 이러한 펄스 조절 유닛은 제1 이동형 반사미러(172), 펄스 컨트롤러(160) 및 제2 이동형 반사미러(192)를 포함할 수 있다.
제1 이동형 반사미러(172)는 제1 레이저 빔(L1)의 진행 경로 상으로 움직일 수 있도록 마련되어 있다. 제1 실린더(171)는 제1 이동형 반사미러(172)를 왕복 이동시킴으로써 제1 이동형 반사미러(172)를 제1 레이저 빔(L1)의 진행 경로 상으로 움직이거나 또는 제1 레이저 빔(L1)의 진행 경로 상에 위치하고 있는 제1 이동형 반사미러(172)를 제1 레이저 빔(L1)의 진행 경로 밖으로 움직일 수 있다. 이러한 제1 실린더(171)에 의해 제1 이동형 반사미러(172)가 제1 레이저 빔(L1)의 진행 경로 상으로 이동하게 되면, 레이저 광원(110)으로부터 출사되어 제1 반사미러(121)에 의해 반사된 제1 레이저 빔(L1)은 제1 이동형 반사미러(172)에 의해 반사됨으로써 그 경로가 바뀌게 된다.
제1 이동형 반사미러(172)에 의해 반사되어 그 진행 경로가 바뀐 제1 레이저 빔(L1)은 펄스 컨트롤러(160)에 입사하게 된다. 여기서, 펄스 컨트롤러(160)는 입사된 제1 레이저 빔(L)의 펄스를 변화시켜 제2 레이저 빔(L2)으로 출사할 수 있다. 이렇게 펄스가 조절된 제2 레이저 빔(L2)은 예를 들면 제1 레이저 빔(L1) 보다 큰 피크 파워를 가질 수 있다.
펄스 컨트롤러(160)에 의해 펄스가 조절되어 출사된 제2 레이저 빔(L2)은 제2 이동형 반사미러(192)에 입사될 수 있다. 펄스 컨트롤러(160)와 제2 이동형 반사미러(192) 사이의 제2 레이저 빔(L2)의 진행 경로 상에는 반사미러(180)가 더 마련될 수 있다.
제2 이동형 반사미러(192)는 제1 레이저 빔(L1)의 진행 경로 상으로 움직일 수 있도록 마련되어 있다. 제2 실린더(191)는 제2 이동형 반사미러(192)를 왕복 이동시킴으로써 제2 이동형 반사미러(192)를 제1 레이저 빔(L1)의 진행 경로 상으로 움직이거나 또는 제1 레이저 빔(L1)의 진행 경로 상에 위치하고 있는 제2 이동형 반사미러(192)를 제1 레이저 빔(L1)의 진행 경로 밖으로 움직일 수 있다. 이러한 제2 실린더(191)에 의해 제2 이동형 반사미러(192)가 제1 레이저 빔(L1)의 진행 경로 상으로 이동하게 되면, 펄스 컨트롤러(160)에서 출사되어 반사미러(180)에 의해 반사된 제2 레이저 빔(L2)은 제2 이동형 반사미러(192)에 입사하게 되고, 제2 이동형 반사미러(192)는 제2 레이저 빔(L2)을 반사시켜 제1 레이저 빔(L1)의 진행 경로를 따라 진행시키게 된다.
제2 이동형 반사미러(192)에 의해 반사된 제2 레이저 빔(L2)은 빔사이즈 조절 유닛(130)에 입사되어 그 크기가 조절된 다음, 스테이지(S)에 적재된 기판(W)에 조사될 수 있다. 이에 따라, 기판(W) 상에는 제2 레이저 빔(L2)을 이용한 제2 가공 공정이 수행될 수 있다.
레이저 가공장치(200)는 제1 또는 제2 레이저 빔(L1, L2)의 진행 경로 상으로 이동가능하게 마련되는 빔형상 조절 유닛을 더 포함할 수 있다. 이러한 빔형상 조절 유닛은 제2 반사미러(122)(또는 제2 이동형 반사미러(192))와 빔사이즈 조절 유닛(130) 사이에 마련될 수 있다.
빔형상 조절 유닛은 입사되는 빔의 형상을 변화시키는 성형기(212)와, 이 빔 성형기를 이동시키는 제3 실린더(211)를 포함할 수 있다. 제3 실린더(211)는 빔 성형기(212)를 왕복 이동시킴으로써 빔 성형기(212)를 제1 또는 제2 레이저 빔(L1, L2)의 진행 경로 상으로 움직이거나 또는 제1 또는 제2 레이저 빔(L1, L2)의 진행 경로 상에 위치하고 있는 빔 성형기(212)를 제1 또는 제2 레이저 빔(L1, L2)의 진행 경로 밖으로 움직일 수 있다. 이러한 제3 실린더(211)에 의해 빔 성형기(212)가 제1 또는 제2 레이저 빔(L1, L2)의 진행 경로 상으로 이동하게 되면, 빔 성형기(212)에 입사되는 제1 또는 제2 레이저 빔(L1, L2)의 형상이 변화될 수 있다.
일반적으로, 레이저 광원(110)으로부터 방출되는 제1 레이저 빔(L1)이나 또는 펄스가 조절된 제2 레이저 빔(L2)은 초기에 예를 들어 Gaussian 형태의 빔 모드를 가질 수 있다. 여기서, Gaussian 형태의 빔 모드라 함은 레이저 빔의 중심 부분에서 세기(intensity)가 가장 크고 그 주변으로 갈수록 세기가 점점 줄어드는 형태의 빔 모드를 말한다. 이러한 Gaussian 형태의 제1 또는 제2 레이저 빔(L1, L2)이 빔 성형기(212)를 경유하게 되면 예를 들어 Top hat 형태의 빔 모드를 가지는 형상으로 변화될 수 있다. 여기서, Top hat 형태의 빔 모드라 함은 레이저 빔의 중심 부분 및 그 주변 부분에서 세기가 거의 일정한 형태의 빔 모드를 말한다.
이상과 같이, 빔형상 조절 유닛이 필요에 따라 제1 또는 제2 레이저 빔(L1, L2)의 진행 경로 상에 위치함으로써 제1 또는 제2 레이저 빔(L1, L2)의 형상을 변화시켜 출사시킬 수 있다. 따라서, 제1 또는 제2 공정을 수행하는데 필요로 하는 제1 또는 제2 레이저 빔(L1, L2)의 형상을 얻을 수 있게 된다.
구체적으로, 제1 또는 제2 공정을 수행함에 있어, Gaussian 형태의 빔 모드를 필요로 하는 경우에는 빔형상 조절 유닛이 제1 또는 제2 레이저 빔(L1, L2)의 진행 경로 상으로부터 이격되게 배치됨으로써 레이저 광원(110)으로부터 출사된 Gaussian 형태의 제1 또는 제2 레이저 빔(L1, L2)이 기판(W)에 조사되어 가공작업이 수행될 수 있다. 한편, 제1 또는 제2 공정을 수행함에 있어, Top hat 형태의 빔 모드를 필요로 하는 경우에는 빔형상 조절 유닛이 제1 또는 제2 레이저 빔(L1, L2)의 진행 경로 상으로 이동하게 되고 이에 따라 Gaussian 형태의 제1 또는 제2 레이저 빔(L1, L2)이 빔 성형기(212)에 의해 Top hat 형태의 제1 또는 제2 레이저 빔(L1, L2)으로 변화된 다음 기판(W)에 조사되어 가공작업이 수행될 수 있다.
빔사이즈 조절 유닛(130)과 기판(W) 사이에는 빔 분리기(150)가 더 마련될 수 있다. 이 경우, 빔사이즈 조절 유닛(130)으로부터 출사되는 제1 또는 제2 레이저 빔(L1, L2)은 빔 분리기(150)에 의해 2개의 빔으로 분리될 수 있다. 여기서, 하나의 제1 또는 제2 레이저 빔(L1, L2)은 빔 분리기(150)에서 반사되어 기판(W)의 일 영역에 조사될 수 있으며, 다른 하나의 제1 또는 제2 레이저 빔(L1, L2)은 빔 분리기(150)를 투과하여 제3 반사미러(123)에 의해 반사된 다음 기판(W)의 다른 영역에 조사될 수 있다.
상기와 같은 구조의 레이저 가공장치에서, 제1 레이저 빔(L1)을 이용한 제1 가공공정과 제2 레이저 빔(L2)을 이용한 제2 가공공정 중 어느 하나를 필요에 따라 선택적으로 수행할 수 있다는 점은 도 1에 도시된 레이저 가공장치와 동일하다. 또한, 본 실시예에서는 제1 또는 제2 가공공정을 수행함에 있어 빔형상 조절 유닛의 선택적인 적용에 의해 기판(W)의 가공에 필요로 하는 형상을 가지는 제1 또는 제2 레이저 빔(L1, L2)을 구현할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면 레이저 광원으로부터 방출되는 레이저 빔을 그대로 이용하여 기판에 가공작업을 수행하거나, 또한 펄스 조절 유닛을 구동함으로써 레이저 광원으로부터 방출되는 레이저 빔의 펄스를 조절하여 다른 피크 파워를 가지는 레이저 빔으로 변화시켜 기판에 다른 가공작업을 수행할 수 있다. 이에 따라, 가공하고자 하는 기판의 종류에 따라 서로 다른 피크 파워를 가지는 레이저 빔들 중 하나를 선택적으로 사용하여 필요한 가공작업을 수행할 수 있다. 이와 같이, 하나의 장비를 이용하여 복수의 가공공정 중 어느 하나를 필요에 따라 선택적으로 수행할 수 있다.
또한, 펄스 컨트롤러는 예를 들어 비교적 높은 피크 파워가 요구되는 가공 작업 등과 같은 특정한 가공공정에서만 사용됨으로써 펄스 컨트롤러가 레이저 빔의 노출에 의해 손상되는 것을 줄일 수 있다. 그리고, 빔형상 조절 유닛이 레이저 빔의 진행 경로 상으로 움직일 수 있도록 마련되어 레이저 빔을 원하는 형태로 조절함으로써 기판의 가공에 필요로 하는 공정을 정확하게 수행할 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.
100, 200.. 레이저 가공장치
110.. 레이저 광원
121,122,123.. 제1, 제2, 제3 반사미러
130.. 빔사이즈 조절 유닛
140.. 이미지 어퍼처
150.. 빔 분리기
160.. 펄스 컨트롤러
171.. 제1 실린더
172.. 제1 이동형 반사미러
180.. 반사미러
191.. 제2 실린더
192.. 제2 이동형 반사미러
211.. 제3 실린더
212.. 빔성형기
L1, L2.. 제1, 제2 레이저 빔

Claims (19)

  1. 제1 레이저 빔을 방출하는 레이저 광원;
    필요에 따라 상기 제1 레이저 빔의 펄스를 조절하여 제2 레이저 빔으로 출사하는 펄스 조절 유닛; 및
    상기 제1 또는 제2 레이저 빔의 크기를 조절하여 가공하고자 하는 기판에 조사하는 빔사이즈 조절 유닛;을 포함하여,
    상기 제1 레이저 빔에 의한 제1 가공공정과 상기 제2 레이저 빔에 의한 제2가공공정 중 어느 하나를 필요에 따라 선택적으로 수행하는 레이저 가공장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 펄스 조절 유닛은,
    상기 제1 레이저 빔의 경로 상으로 이동하여 상기 제1 레이저 빔의 경로를 바꾸는 제1 이동형 반사미러;
    상기 제1 이동형 반사미러로부터 입사된 상기 제1 레이저 빔의 펄스를 변화시켜 상기 제2 레이저 빔으로 출사하는 펄스 컨트롤러; 및
    상기 제1 레이저 빔의 경로 상으로 이동하여 상기 펄스 컨트롤러로부터 출사된 상기 제2 레이저 빔을 상기 빔사이즈 조절 유닛으로 입사시키는 제2 이동형 반사미러;를 포함하는 레이저 가공장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 펄스 컨트롤러는 음향 광학 변조기(AOM; Acousto-Optical Modulator) 또는 음향 광학 편향기(AOD; Acousto-Optic Deflector)를 포함하는 레이저 가공장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 펄스 조절 유닛은 상기 제1 및 제2 이동형 반사미러를 왕복 이동시키는 제1 및 제2 실린더를 더 포함하는 레이저 가공장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 펄스 조절 유닛은 상기 펄스 컨트롤러로부터 출사된 상기 제2 레이저 빔을 상기 제2 이동형 반사미러 쪽으로 반사하는 반사 미러를 더 포함하는 레이저 가공장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    필요에 따라 상기 제1 또는 제2 레이저 빔의 형상을 조절하는 빔형상 조절 유닛을 더 포함하는 레이저 가공장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 빔형상 조절 유닛은 상기 제1 또는 제2 레이저 빔의 경로 상으로 이동하여 상기 제1 또는 제2 레이저 빔의 형상을 변화시키는 빔 성형기 및 상기 빔 성형기를 왕복 이동시키는 제3 실린더를 포함하는 레이저 가공장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 빔 성형기는 Gaussian 형태의 빔 모드를 Top hat 형태의 빔 모드로 변화시키는 레이저 가공장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 빔사이즈 조절 유닛은 빔 확대기(BET; Beam Expanding Telescope)를 포함하는 레이저 가공장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 빔사이즈 조절 유닛과 상기 기판 사이의 광 경로 상에는 빔 분리기(beam splitter)가 더 마련되는 레이저 가공장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 레이저 빔은 상기 제1 레이저 빔보다 큰 피크 파워(peak power)를 가지는 레이저 가공장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 가공장치는 CO2 레이저 드릴링 장치를 포함하는 레이저 가공장치.
  13. 제1 레이저 빔을 방출하는 레이저 광원과, 필요에 따라 상기 제1 레이저 빔의 펄스를 조절하여 제2 레이저 빔으로 출사하는 펄스 조절 유닛과, 상기 제1 또는 제2 레이저 빔의 크기를 조절하여 가공하고자 하는 기판에 조사하는 빔사이즈 조절 유닛을 포함하는 레이저 가공장치를 이용한 레이저 가공방법에 있어서,
    제1 레이저 빔에 의한 제1 가공공정과 상기 제2 레이저 빔에 의한 제2가공공정 중 어느 하나를 필요에 따라 선택적으로 수행하는 레이저 가공방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 펄스 조절 유닛은, 상기 제1 레이저 빔의 경로 상으로 이동하여 상기 제1 레이저 빔의 경로를 바꾸는 제1 이동형 반사미러; 상기 제1 이동형 반사미러로부터 입사된 상기 제1 레이저 빔의 펄스를 변화시켜 상기 제2 레이저 빔으로 출사하는 펄스 컨트롤러; 및 상기 제1 레이저 빔의 경로 상으로 이동하여 상기 펄스 컨트롤러로부터 출사된 상기 제2 레이저 빔을 상기 빔사이즈 조절 유닛으로 입사시키는 제2 이동형 반사미러;를 포함하는 레이저 가공방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 제1 가공공정은 상기 레이저 광원으로부터 출사된 상기 제1 레이저 빔이 상기 빔사이즈 조절 유닛을 경유하여 상기 기판에 조사됨으로써 수행되는 레이저 가공방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제2 가공공정은 상기 레이저 광원으로부터 방출된 상기 제1 레이저 빔이 상기 펄스 조절 유닛에 의해 상기 제2 레이저 빔으로 변화되고, 상기 제2 레이저 빔이 상기 빔사이즈 조절 유닛을 경유하여 상기 기판에 조사됨으로써 수행되는 레이저 가공방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 가공공정은 상기 제1 또는 제2 레이저 빔의 형상을 조절하여 상기 빔사이즈 조절 유닛에 입사시키는 단계를 더 포함하는 레이저 가공방법.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 제2 레이저 빔은 상기 제1 레이저 빔보다 큰 피크 파워를 가지는 레이저 가공 방법.
  19. 제 13 항에 있어서,
    상기 레이저 가공방법은 CO2 레이저 드릴링 공정을 포함하는 레이저 가공방법.
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