CN101304154A - 多激光系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种多激光系统。所述多激光系统包括：发射第一激光束的第一激光振荡器；发射第二激光束的第二激光振荡器；接收由第一激光振荡器发射的第一激光束并将该入射的第一激光束反射到要被加工的基片上的希望位置的第一扫描器对；接收由第二激光振荡器发射的第二激光束并将该入射的第二激光束反射到要被加工的基片上的希望位置的第二扫描器对；和扫描透镜，所述扫描透镜接收已经从第一和第二扫描器对反射的激光束，将接收的激光束聚焦在具有预定直径的光斑上从而将光斑照射在基片上。

Description

多激光系统
相关申请的交叉引用
本申请要求的是在2007年5月9日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2007-0045105的权利，其全文内容通过引用在此结合到本文中。
技术领域
本发明涉及一种多激光系统，更特别的是，涉及一种多激光系统，其能够在从一对激光振荡器发射的各种激光束中选择最适合将被加工的基片的每一种材料的激光束。
背景技术
一般地，激光系统通过激光束传输装置(例如反射镜、扩束器、扫描器对、扫描透镜等)传送从激光振荡器发射的激光束，然后通过将激光束投射到将要被加工的基片上执行例如打孔、打标或切割的任务。
图1是传统激光系统的示意图，且图2图示了使用图1中的传统的激光系统加工的基片2的横截面。
参照图1和2，在传统的激光系统中，从激光振荡器发射并入射在射束分裂器20上的激光束的50％通过射束分裂器20，而剩下的50％由射束分裂器20反射。由射束分裂器20反射的激光束沿第一路径1a通过扫描器对41和扫描透镜50，并且被照射在基片2上，而透过射束分裂器20的激光束沿第二路径1b入射在反射镜30上，通过扫描器对42和扫描透镜50，并照射在基片2上。
在基于这种传统的激光系统的加工操作的过程中，应该首先考虑将被加工的基片的材料基于激光束的波长的吸收。由不同材料形成的基片根据投射的激光束的波长对于光热效应、光化学效应以及光机械效应具有不同的反应。因此，根据基片的材料选择最适合加工的激光束在执行良好品质的加工中是非常重要的。
例如，如图2中所示，当基片2(其是SiO2层2a在Si层2b上的叠层)使用从激光振荡器10发射的并具有紫外(UV)射线波段的波长的激光束被加工时，加工的质量不会很好，因为SiO2层2a和Si层2b相对于激光束的波长具有不同的光学特性。换言之，因为SiO2层2a透射绝大部分入射的UV光而Si层2b吸收UV光的很大一部分，UV射线的入射在基片2的顶面上的激光束通过SiO2层2a而被Si层2b的顶面吸收。如此，基片2被加工。因此，由于加工而产生的热和气体聚积在SiO2层2a和Si层2b上，且由于聚积的热量和气体出现了爆裂。这导致使用激光的加工操作的品质降低的现象。
随着近来在半导体工业的快速发展以及新领域的要求增加的趋势，需要加工由以前没有使用的新材料形成的基片以及需要加工由以前使用的材料堆叠形成的基片的情况日益增加。然而，如上所述，当两种或更多材料需要使用具有单一特性(例如固定波长)的激光加工时，由于两种或更多材料的光学特性之间的不同，不能保证良好的加工品质。
发明内容
本发明提供了一种多激光系统，所述多激光系统具有改良的结构，从而从激光束中选择出对于基片的多种材料中的每一种最合适的激光束，以便通过使用选择的激光束执行激光加工操作。该激光束具有彼此不同的特性并且该多种材料也彼此不同。
根据本发明的一个方面，提供了一种多激光系统，包括：发射第一激光束的第一激光振荡器；发射第二激光束的第二激光振荡器；接收由第一激光振荡器发射的第一激光束并将该入射的第一激光束反射到要被加工的基片上的希望位置的第一扫描器对；接收由第二激光振荡器发射的第二激光束并将该入射的第二激光束反射到要被加工的基片上的希望位置的第二扫描器对；和扫描透镜，所述扫描透镜接收已经从第一和第二扫描器对反射的激光束，将接收的激光束聚焦在具有预定直径的光斑上从而将光斑照射在基片上。
根据本发明的另一方面，提出了一种多激光系统，包括发射第一激光束的第一激光振荡器；发射第二激光束的第二激光振荡器；接收由第一激光振荡器发射的第一激光束并将该入射的第一激光束反射到要被加工的基片上的希望位置的第一扫描器对；接收由第二激光振荡器发射的第二激光束并将该入射的第二激光束反射到要被加工的基片上的希望位置的第二扫描器对；和扫描透镜，所述扫描透镜接收已经从第一和第二扫描器对反射的激光束，将接收的激光束聚焦在具有预定直径的光斑上从而将光斑照射在基片上；第一分离单元，所述第一分离单元安装在第一激光振荡器与第一扫描器对之间，接收第一激光束并且将接收的第一激光束分离成两条激光束，使得两条第一激光束能够分别沿两条第一路径前进；和第二分离单元，所述第二分离单元安装在第二激光振荡器与第二扫描器对之间，接收第二激光束并且将接收的第二激光束分离成两条激光束，使得两条第二激光束能够分别沿两条第二路径前进；其中所述第一扫描器对包括对应于沿两条第一路径前进的两条第一激光束的两个扫描器，且所述第二扫描器对包括对应于沿两条第二路径前进的两条第二激光束的两个扫描器。
在本发明后面的实施例中，所述第一分离单元和所述第二分离单元中的每一个都可以包括射束分裂器，所述射束分裂器反射50％的入射激光束并且透射剩下50％的入射激光束。
在本发明的上述实施例中，所述第一激光振荡器和所述第二激光振荡器可以发射波长彼此不同的激光束。
在本发明的上述实施例中，所述第一激光振荡器和所述第二激光振荡器可以发射脉冲宽度彼此不同的激光束。
根据本发明的上述实施例的多激光系统可以进一步包括：包括多个往复运动单元，所述往复运动单元每一个都包括用于完全阻止入射激光束的射束阻止单元，用于完全允许入射激光束透射的射束透射单元，和用于改变射束阻止单元和射束透射单元中的一个的位置使得激光束入射在射束阻止单元和射束透射单元中的一个上的运输装置。
附图说明
通过参照附图详细描述根据本发明的几个实施例，本发明的上述和其他优点将变得更加明显，其中：
图1是传统激光系统的示意图；
图2是图示使用图1中的传统激光系统加工的基片的横截面；
图3是根据本发明的多激光系统的原理图；
图4图3中示出的多激光系统的多个往复移位单元中的一个的透视图；
图5是图4中的往复移位单元的前视图；
图6图示了使用图3中的多激光系统加工的基片；和
图7是根据本发明的另一实施例的多激光系统的原理图。
具体实施方式
下面将参照附图更加详细地描述本发明，在附图中示出了本发明的示范性实施例。
图3是根据本发明的多激光系统的原理图；图4图3中示出的多激光系统的多个往复移位单元中的一个的透视图；图5是图4中的往复移位单元的前视图；图6图示了使用图3中的多激光系统加工的基片。
参照图3至6，根据本发明的多激光系统包括具有彼此不同的特性的激光束111和121，和用于聚焦激光束的单个扫描透镜140，以便对于具有多个不同材料层的基片102提高激光加工操作的质量。根据本实施例的多激光系统包括第一激光振动器110、第二激光振动器120、第一扫描器对131、第二扫描器对132、单个扫描透镜140以及往复移动单元150。
第一和第二激光振荡器110和120分别产生用作激光加工操作的能量源的激光束，更具体地，具有彼此不同的波长的激光束111和121。根据要被加工的基片102的材料，激光加工方法的类型或其它因素，可以选择能够产生在各种波长中最适合希望的加工操作的波长的激光束(例如UV光、可见光和红外光)的激光振荡器作为激光振荡器110和120。
第一扫描器对131和第二扫描器对132分别偏转入射激光束111和121到基片102上的希望的位置。典型地，第一和第二扫描器对131和132可以包括用于分别控制在X方向上的入射激光束111和121的X轴振镜扫描器(Galvanometerscanner)，以及用于分别控制在Y轴的方向的入射激光束111和121的Y轴振镜扫描器。每一个扫描器对131和132意味着X轴振镜扫描器和Y轴振镜扫描器的组合。在此实施例中，第一扫描器对131对应于由第一激光振荡器110发射的激光束111，而第二扫描器对132对应于由第二激光振荡器120发射的激光束121。
单个扫描透镜140将从第一和第二扫描器对131和132接收的激光束111和121聚焦以形成具有预定直径的光斑上并将光斑照射在将被加工的基片102上。根据本发明的多激光系统构造成具有彼此不同波长的激光束111和121都入射在单个扫描透镜140的入射表面141上。通常，f-θ透镜可以主要用作扫描透镜140。
往复运动单元150或者阻止激光束沿其各自的射束路径传播或者使得激光束沿其各自的射束路径继续传播，并且每一个都包括射束阻止单元151、射束透射单元152和运输装置。往复运动单元150在激光束111和121的射束路径上位于第一激光振荡器110与第一扫描器对131之间以及第二激光振荡器120与第二扫描器对132之间。
所述射束阻止单元151完全阻止激光束111和121，从而激光束111和121被防止透射到射束阻止单元151的入射侧的相反侧。在此实施例中，阳极氧化的黑(black)铝板用作射束阻止单元151以便增加激光束111和121的吸收。
射束透射单元152允许入射的激光束111和121透射到射束透射单元152的入射侧的相反侧。在本实施例中，具有形成在其中心的通孔的部件用作射束透射单元152。
运输装置改变射束阻止单元151或射束透射单元152的位置从而入射在往复运动单元150上的激光束111和121可以朝向射束阻止单元151或射束透射单元152传播。每一个传送单元包括支撑支架153、基部157、驱动源、小齿轮部件155和齿条部件156。
支撑支架153支撑射束阻止单元151和射束投射单元152。驱动源提供能量用于水平往复移动支撑支架153的动力。一般马达154可以用作驱动源。支撑支架153连接到基部157从而水平移动，且马达154固定在所述基部157上。小齿轮部件125同轴连接到马达124的旋转轴上，并且与固定在支撑支架153上的齿条部件156啮合。当马达154和小齿轮部件155向前或向后方向上旋转时，与小齿轮部件155啮合的齿条部件126直线移动，并且齿条部件156固定其上的支撑支架153与齿条部件156一起移动。因此，可以改变射束阻止单元121和射束投射单元122的位置。
控制射束阻止单元151和射束透射单元152的位置可以使得能够使用从具有彼此不同的特性的激光束111和121中选择的激光束执行激光处理操作。
允许透射到往复运动单元150的射束透射单元152的入射侧的相反侧的激光束111和121从反射镜101反射并且入射在扩束器160上。扩束器160可以控制激光束111和121的直径，且单个扫描透镜140可以根据光束111和121的直径改变激光束111和121的焦距以及光斑大小。因此，根据本实施例的多激光系统可以应付各种类型的加工操作和各种类型的基片102。扩束器160分别安装在第一和第二扫描器对131和132的上游侧，并且分别对应于具有彼此不同的波长的激光束111和121。
下面将参照图6描述使用图3中的多激光系统加工的基片102。例如，将被加工的基片102具有涂覆在其上的四个不同材料层，并且被加工，从而通过使用激光束希望的特征或图形被打标在材料层的顶面上。
参照图6，第一材料层102a、第二材料层102b、第三材料层102c和第四材料层102d顺序叠置在基片102的顶面上。因为第一材料层102a、第二材料层102b、第三材料层102c和第四材料层102d具有彼此不同的光学特性，其激光束吸收性彼此不同并且也根据激光束的参数(例如激光束的波长、频率、和脉冲宽度)而变化。
首先，第一激光振荡器110控制激光束111的参数(例如激光束111的波长、频率、和脉冲宽度)成适于加工第一材料层102a，并将受控的激光束111(下文称为“第一条件下的第一激光束”)照射到第一材料层102a上。例如，因为希望在其上标记上字母“EO”103b的材料层是第二材料层102b，通过使用在第一条件下的第一激光束从第一材料层102a移除适当的部分，从而字母“EO”103b可以标记在第二材料层102b上。
此后，第二激光振荡器120控制激光束121的参数(例如激光束121的波长、频率、和脉冲宽度)成适于加工第二材料层102b，并将受控的激光束121(下文称为“第一条件下的第二激光束”)照射到第二材料层102b上，从而将字母“EO”103b标记在第二材料层102b上。可选地，在没有通过使用第一条件下的第一激光束移除第一材料层102a的加工的情况下，通过控制在第一条件下的第二激光束的参数使得第二激光束通过第一材料层102a并被第二材料层102b完全吸收而由此将受控的第二激光束直接照射到第二材料层102b上，可以将字母“EO”103b标记在第二材料层102b上。
第一激光振荡器110控制激光束111的参数(例如激光束111的波长、频率、和脉冲宽度)使得激光束111通过第一和第二材料层102a和102b并且被第三材料层102c完全吸收从而适于加工第三材料层102c，并且将受控的激光束111(下文称为“第二条件下的第一激光束”)照射在第三材料层102c上。由此，通过使用在第二条件下的第一激光束可以将字母“MULTI”103c标记在第三材料层102c的顶面上。相似地，第二激光振荡器120控制激光束121的参数(例如激光束121的波长、频率、和脉冲宽度)成适于加工第四材料层102d，并且将受控的激光束121(下文称为“第二条件下的第二激光束”)照射在第四材料层102d上，从而将字母“LASER”103d标记在第四材料层102d的顶面上。
如上所述，因为根据本实施例的多激光系统包括一对用于发射具有彼此不同的特性的激光束的激光振荡器，和用于聚焦激光束的单个扫描透镜，当需要加工具有彼此不同的光学特性的多种材料的基片时，基片不必移动到具有单个激光振荡器的适当的系统(其根据基片的材料的光学特性而不同)。因此，可以在单个系统中执行希望的加工。另外，基片使用被选择成最适于基片的材料的相应的光学特性的激光束而被加工，由此可以获得良好的工艺过程。
另外，根据本实施例的单个多激光系统可以执行所有的加工操作并由此减少加工操作所需要的时间，从而提高了每单位时间的生产量。
而且，在传统技术中，由多种材料形成的基片通过将基片移动到每一个都具有单层振荡器的适当的系统来加工，因此需要昂贵的用于对准的视觉装置(vision device)以便精确加工基片的希望的区域。然而，根据本实施例的多激光系统可以执行所有的加工操作，并且由此节省了需要安装用于对准的装置等的成本。
图7是根据本发明另一实施例的多激光系统的示意图。图7中的构件(由与图3-6中的附图标记相同的附图标记表示)具有与图3-6中的对应的构件的结构和功能相同的结构和功能，因此省略对其的详细描述。
参照图7，根据本实施例的多激光系统构造成从第一激光振荡器110发射的第一激光束111被分成两条激光束，从第二激光振荡器120发出的第二激光束121也被分成两条激光束，由此，四条激光束111和121通过单个扫描透镜140照射在基片102上。
多激光系统包括用于将入射的第一激光束111分离成两条激光束的第一分离单元271，用于将入射的第二激光束121分成两条激光束的第二分离单元272，以及用于控制四条激光束111和121将照射在其上的基片102上的位置的第一、第二、第三和第四扫描器对231、232、233和234。
在本实施例中，第一分离单元271和第二分离单元272可以是射束分裂器，其朝向它们的入射侧反射50％的入射激光束111和121并且朝向它们的入射侧的相反侧透射剩余50％的入射激光束111和121。
由第一激光振荡器110发射的第一激光束111由第一分离单元271(例如射束分裂器)分离，被射束分裂器反射的第一激光束111的一部分沿在射束分裂器的入射侧的第一路径111a传播，且由射束分裂器透射的第一激光束111的另一部分沿在射束分裂器的入射侧的相反侧的第一路径111b传播。
相似地，由第二激光振荡器120发射的第二激光束121由第二分离单元272(例如射束分裂器)分离，被射束分裂器反射的第二激光束121的一部分沿在射束分裂器的入射侧的第二路径121a传播，且由射束分裂器透射的第二激光束121的另一部分沿在射束分裂器的入射侧的相反侧的第二路径121b传播。
路径被改变的四条激光束111和121通过四个往复运动单元150和四个扩束器160入射在四个扫描器对231、232、233和234上，然后由单个扫描透镜140聚焦，从而被投射在将被加工的基片102上。
根据本实施例的多激光系统具有与图3中的多激光系统的效果相同的效果，由此，省略对其的详细描述。
在本发明的实施例中，安装了发射彼此波长不同的相应的激光束的第一激光振荡器和第二激光振荡器。例如，可以安装用于发射高能激光束的激光振荡器和用于发射低能激光束的激光振荡器，或可以安装用于发射长脉冲宽度的激光束的激光振荡器和用于发射短脉冲宽度的激光束的激光振荡器，和可以安装用于发射高频激光束的激光振荡器和用于发射低频激光束的激光振荡器。
尽管参考它的示范性实施例详尽示出和描述了本发明，但本领域普通技术人员将会意识到：在不离开由以下权利要求限定的本发明的精神和保护范围的情况下，可以对这些实施例做一些形式与细节的变动。

Claims (6)

1.一种多激光系统，包括：
发射第一激光束的第一激光振荡器；
发射第二激光束的第二激光振荡器；
接收由第一激光振荡器发射的第一激光束并将该入射的第一激光束反射到要被加工的基片上的希望位置的第一扫描器对；
接收由第二激光振荡器发射的第二激光束并将该入射的第二激光束反射到要被加工的基片上的希望位置的第二扫描器对；和
扫描透镜，所述扫描透镜接收已经从第一和第二扫描器对反射的激光束，将接收的激光束聚焦在具有预定直径的光斑上从而将光斑照射在基片上。
2.如权利要求1所述的多激光系统，进一步包括：
第一分离单元，所述第一分离单元安装在第一激光振荡器与第一扫描器对之间，接收第一激光束并且将接收的第一激光束分离成两条第一激光束，使得两条第一激光束能够分别沿两条第一路径前进；和
第二分离单元，所述第二分离单元安装在第二激光振荡器与第二扫描器对之间，接收第二激光束并且将接收的第二激光束分离成两条第二激光束，使得两条第二激光束能够分别沿两条第二路径前进；
其中所述第一扫描器对包括对应于沿两条第一路径前进的两条第一激光束的两个扫描器，且所述第二扫描器对包括对应于沿两条第二路径前进的两条第二激光束的两个扫描器。
3.根据权利要求2所述的多激光系统，其中：所述第一分离单元和所述第二分离单元中的每一个都包括射束分裂器，所述射束分裂器反射50％的入射激光束并且透射剩下50％的入射激光束。
4.根据权利要求1所述的多激光系统，其中所述第一激光振荡器和所述第二激光振荡器发射波长彼此不同的激光束。
5.根据权利要求1所述的多激光系统，其中所述第一激光振荡器和所述第二激光振荡器发射脉冲宽度彼此不同的激光束。
6.根据权利要求1所述的多激光系统，进一步包括多个往复运动单元，所述往复运动单元每一个都包括用于完全阻止入射激光束的射束阻止单元，用于完全允许入射激光束透射的射束透射单元，和用于改变射束阻止单元和射束透射单元中的一个的位置以使得激光束入射在射束阻止单元和射束透射单元中的一个上的运输装置。
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