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▶ イーオー テクニックス カンパニー， リミテッドの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-09-12
(54)【発明の名称】溝形成装置
(51)【国際特許分類】
B23K 26/364 20140101AFI20240905BHJP
B23K 26/073 20060101ALI20240905BHJP
【ＦＩ】
B23K26/364
B23K26/073
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024516823
(86)(22)【出願日】2022-09-14
(85)【翻訳文提出日】2024-03-28
(86)【国際出願番号】 KR2022013743
(87)【国際公開番号】W WO2023043204
(87)【国際公開日】2023-03-23
(31)【優先権主張番号】10-2021-0123419
(32)【優先日】2021-09-15
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(31)【優先権主張番号】10-2022-0016426
(32)【優先日】2022-02-08
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】524099371
【氏名又は名称】イーオー テクニックス カンパニー， リミテッド
【氏名又は名称原語表記】ＥＯ ＴＥＣＨＮＩＣＳ ＣＯ．，ＬＴＤ．
【住所又は居所原語表記】９１， Ｄｏｎｇｐｙｅｏｎ－ｒｏ， Ｄｏｎｇａｎ－ｇｕ， Ａｎｙａｎｇ－ｓｉ， Ｇｙｅｏｎｇｇｉ－ｄｏ １３９３０， Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
(74)【代理人】
【識別番号】110003281
【氏名又は名称】弁理士法人大塚国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ジョン， ウン ヒ
(72)【発明者】
【氏名】パク， ジョン レ
(72)【発明者】
【氏名】キム， ビョン オ
(72)【発明者】
【氏名】イ， ドン ジュン
(72)【発明者】
【氏名】イ， ジュン ヨン
(72)【発明者】
【氏名】イ， グン ヘン
(72)【発明者】
【氏名】カン， チャン ヒ
【テーマコード（参考）】
4E168
【Ｆターム（参考）】
4E168AD01
4E168CB03
4E168CB07
4E168DA43
4E168EA05
4E168EA07
4E168EA12
4E168EA19
4E168JA11
4E168KA02
4E168KA04
(57)【要約】
溝形成装置は、レーザビームを放出するレーザ光源、レーザビームを複数のサブレーザビームに分割するマルチビーム生成器、複数のサブレーザビームを集光するフォーカシングレンズユニット、マルチビーム生成器とフォーカシングレンズユニットとの間に提供される第１テレセントリックレンズ、及び第１テレセントリックレンズと前記フォーカシングレンズユニットとの間に提供される第２テレセントリックレンズを含む。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
レーザビームを放出するレーザ光源と、前記レーザビームを複数のサブレーザビームに分割するマルチビーム生成器と、
前記複数のサブレーザビームを加工対象に集光するフォーカシングレンズユニットと、
前記マルチビーム生成器とフォーカシングレンズユニットとの間に提供される第１テレセントリックレンズと、
前記第１テレセントリックレンズと前記フォーカシングレンズユニットとの間に提供される第２テレセントリックレンズと、を含む、溝形成装置。
【請求項2】
前記第１テレセントリックレンズの後方焦点面、及び前記第２テレセントリックレンズの前方焦点面は、互いに重畳する、請求項１に記載の溝形成装置。
【請求項3】
前記第１テレセントリックレンズは、前記マルチビーム生成器から最大角度に分割される前記複数のサブレーザビームを収容する大きさを有する、請求項１に記載の溝形成装置。
【請求項4】
前記最大角度は、±３°である、請求項３に記載の溝形成装置。
【請求項5】
前記マルチビーム生成器は、前記加工対象上において、前記複数のサブレーザビーム間の間隔が５０μｍ以上になるように、前記複数のサブレーザビームを分割する、請求項１に記載の溝形成装置。
【請求項6】
前記加工対象上において、前記複数のサブレーザビーム間の間隔は、互いに同一である、請求項１に記載の溝形成装置。
【請求項7】
前記加工対象上の前記複数のサブレーザビーム間の間隔のうち少なくとも二つは、互いに異なる、請求項１に記載の溝形成装置。
【請求項8】
前記加工対象上において、前記複数のサブレーザビームは、対称的に配列される、請求項１に記載の溝形成装置。
【請求項9】
前記複数のサブレーザビームは、互いに同一強度を有する、請求項１に記載の溝形成装置。
【請求項10】
前記複数のサブレーザビームのうち少なくとも二つは、互いに異なる強度を有する、請求項１に記載の溝形成装置。
【請求項11】
スキャンヘッドをさらに含むが、前記フォーカシングレンズユニットは、前記スキャンヘッド内に配され、
前記マルチビーム生成器、前記第１テレセントリックレンズ及び前記第２テレセントリックレンズは、前記スキャンヘッドの外部に配される、請求項１に記載の溝形成装置。
【請求項12】
前記加工対象を支持するステージをさらに含むが、前記ステージは、前記加工対象上に前記複数のサブレーザビームが集光される位置を調節する、請求項１に記載の溝形成装置。
【請求項13】
レーザビームを放出するレーザ光源と、前記レーザビームを複数のサブレーザビームに分割するマルチビーム生成器と、
前記複数のサブレーザビームを加工対象に集光するフォーカシングレンズユニットと、を含むが、
前記フォーカシングレンズユニットは、前記マルチビーム生成器から最大角度に分割される前記複数のサブレーザビームを収容するように、前記マルチビーム生成器から離隔される、溝形成装置。
【請求項14】
前記最大角度は、±３°である、請求項１３に記載の溝形成装置。
【請求項15】
前記マルチビーム生成器は、前記加工対象上において、前記複数のサブレーザビーム間の間隔が５０μｍ以上になるように、前記複数のサブレーザビームを分割する、請求項１３に記載の溝形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、溝形成装置に関する。
【背景技術】
【0002】
一般的に、レーザ加工とは、集光レンズを利用し、レーザビームを１つの焦点形態に集光させ、その焦点を加工対象の表面または内部に照射して加工する方式を言う。
【0003】
溝を形成するために、マルチビームが１つの加工経路に沿って続けて移動し、加工対象を加工する方法が利用されうる。マルチビーム間の間隔が狭ければ、溝周辺の加工対象にＨＡＺ（heat affected zone）が生じ、溝底面が不均一になったり、過度に加工（bottom over加工）され、溝の側壁に過度な傾きが生じてしまう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
解決しようとする課題は、マルチビーム生成器から、最大角度に分割されるサブレーザビームを溝形成工程に利用しうる溝形成装置を提供しうる。従って、高い効率及び速度を有する溝形成工程を遂行しうる溝形成装置が提供するところにある。
【0005】
解決しようとする課題は、要求される形状（例えば、ＨＡＺが発生せず、底面が均一であり、溝の最下部幅が最上部幅の７５％以上である形状）を有する溝を形成する溝形成装置を提供するところにある。
【0006】
ただし、解決しようとする課題は、前述の開示に限定されるものではない。
【課題を解決するための手段】
【0007】
一態様において、レーザビームを放出するレーザ光源と、前記レーザビームを複数のサブレーザビームに分割するマルチビーム生成器と、前記複数のサブレーザビームを加工対象に集光するフォーカシングレンズユニットと、前記マルチビーム生成器と前記フォーカシングレンズユニットとの間に提供される第１テレセントリックレンズと、前記第１テレセントリックレンズと前記フォーカシングレンズユニットとの間に提供される第２テレセントリックレンズと、を含む溝形成装置が提供されうる。
【0008】
前記第１テレセントリックレンズの後方焦点面、及び前記第２テレセントリックレンズの前方焦点面は、互いに重畳しうる。
【0009】
前記第１テレセントリックレンズは、前記マルチビーム生成器から最大角度に分割される前記複数のサブレーザビームを収容する大きさを有しうる。
【0010】
前記最大角度は、±３°でもある。
【0011】
前記マルチビーム生成器は、前記加工対象上において、前記複数のサブレーザビーム間の間隔が５０μｍ以上になるように、前記複数のサブレーザビームを分割しうる。
【0012】
前記加工対象上において、前記複数のサブレーザビーム間の間隔は、互いに同一でもある。
【0013】
前記加工対象上の前記複数のサブレーザビーム間の間隔のうち少なくとも二つは、互いに異なりうる。
【0014】
前記加工対象上において、前記複数のサブレーザビームは、対称的に配列されうる。
【0015】
前記複数のサブレーザビームは、互いに同一強度を有しうる。
【0016】
前記複数のサブレーザビームのうち少なくとも二つは、互いに異なる強度世紀を有しうる。
【0017】
スキャンヘッドをさらに含むものの、前記フォーカシングレンズユニットは、前記スキャンヘッド内に配され、前記マルチビーム生成器、前記第１テレセントリックレンズ及び前記第２テレセントリックレンズは、前記スキャンヘッド外部に配されうる。
【0018】
前記加工対象を支持するステージをさらに含むものの、前記ステージは、前記加工対象上に前記複数のサブレーザビームが集光される位置を調節しうる。
【0019】
一態様において、レーザビームを放出するレーザ光源と、前記レーザビームを複数のサブレーザビームに分割するマルチビーム生成器と、前記複数のサブレーザビームを加工対象に集光するフォーカシングレンズユニットと、を含むものの、前記フォーカシングレンズユニットは、前記マルチビーム生成器から最大角度に分割される前記複数のサブレーザビームを収容するように、前記マルチビーム生成器から離隔される溝形成装置が提供されうる。
【0020】
前記最大角度は、±３°でもある。
【0021】
前記マルチビーム生成器は、前記加工対象上において、前記複数のサブレーザビーム間の間隔が５０μｍ以上になるように、前記複数のサブレーザビームを分割しうる。
【発明の効果】
【0022】
本開示は、マルチビーム生成器から最大角度に分割されるサブレーザビームを溝形成工程に利用しうる溝形成装置を提供しうる。従って、高い効率及び速度を有する溝形成工程が遂行されうる。
【0023】
本開示は、要求される形状（例えば、ＨＡＺ発生が最小化され、底面が過度ではなく、均一に加工され、溝の最下部幅が最上部幅の７５％以上である形状）を有する溝を形成する溝形成装置を提供しうる。
【0024】
ただし、発明の効果は、前述の開示に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1】例示的な実施形態による溝形成装置の概念図である。
【図3】例示的な実施形態による溝形成装置の概念図である。
【図4】例示的な実施形態による、加工対象に照射されるサブレーザビームについて説明するための加工対象の平面図である。
【図5】例示的な実施形態による、加工対象に照射されるサブレーザビームについて説明するための加工対象の平面図である。
【図6】４５μｍのビーム間隔を有する５筋のサブレーザビームによって加工された溝を示す図である。
【図7】２５μｍのビーム間隔を有する８筋のサブレーザビームによって加工された溝を示す図である。
【図8】１５０μｍのビーム間隔を有する５筋のサブレーザビームによって加工された溝を示す図である。
【図9】２００μｍのビーム間隔を有する８筋のサブレーザビームによって加工された溝を示す図である。
【図10】例示的な実施形態によるサブレーザビームの相対的な強度を示すグラフである。
【図11】例示的な実施形態によるサブレーザビームの相対的な強度を示すグラフである。
【図12】例示的な実施形態による、加工対象とフォーカシングレンズユニットとの位置関係について説明するための概念図である。
【図13】例示的な実施形態による、加工対象とフォーカシングレンズユニットとの位置関係について説明するための概念図である。
【発明を実施するための形態】
【0026】
以下、添付図面を参照し、本発明の実施形態について詳細に説明する。図面において、同一参照符号は、同一構成要素を称し、各構成要素の大きさや厚みは、説明の明瞭性のために誇張されもいる。
【0027】
「第１」、「第２」のように序数を含む用語は、多様な構成要素についての説明に使用されうるが、該構成要素は、該用語によって限定されるものではない。該用語は、１つの構成要素を他の構成要素から区別する目的のみに使用される。例えば、本発明の権利範囲を外れずに、第１構成要素は、第２構成要素とも命名され、類似して、該第２構成要素も、該第１構成要素とも命名される。「及び／または」という用語は、複数の関連項目の組み合わせ、または複数の関連項目のうちいずれか１つの項目を含む。
【0028】
【0029】
図１を参照すれば、レーザ光源１１０、コリメータ１２０、ビーム拡張器１３０、マルチビーム生成器１４０、テレセントリックレンズユニット２００、フォーカシングレンズユニット１５０及びステージ４００を含む溝形成装置１０が提供されうる。レーザ光源１１０は、レーザビームＬＢを放出しうる。例えば、レーザビームＬＢは、パルスレーザでもある。レーザ光源１１０は、レーザビームＬＢをコリメータ１２０に提供しうる。レーザ光源１１０から放出されたレーザビームＬＢは、発散光でもある。例えば、レーザビームＬＢは、コリメータ１２０に逹するまで、進行方向に沿って広くなる幅を有しうる。
【0030】
コリメータ１２０は、レーザビームＬＢを平行光に変換しうる。レーザビームＬＢは、コリメータ１２０を通過した後、実質的に一定幅を有しうる。レーザビームＬＢの幅は、レーザビームＬＢの進行方向に実質的に垂直方向に沿うレーザビームＬＢの幅でもある。コリメータ１２０は、単一レンズまたは複数レンズの組み合わせを含むものでもある。コリメータ１２０は、平行光であるレーザビームＬＢをビーム拡張器１３０に提供しうる。
【0031】
ビーム拡張器１３０は、レーザビームＬＢの幅を拡張しうる。ビーム拡張器１３０は、複数レンズを含む光学系でもある。ビーム拡張器１３０は、拡張された幅を有するレーザビームＬＢを、マルチビーム生成器１４０に提供しうる。
【0032】
マルチビーム生成器１４０は、レーザビームＬＢを、サブレーザビームＳＬＢに分割しうる。３筋のサブレーザビームＳＬＢが図示されているが、それは、例示的なものである。他の例において、３筋以上のサブレーザビームＳＬＢが提供されうる。例えば、マルチビーム生成器１４０は、回折光学素子（ＤＯＥ：diffractive optical element）、キューブ型ビームスプリッタ及びプリズム型ビームスプリッタのうち少なくとも一つを含むものでもある。説明の簡潔さのために、以下において、マルチビーム生成器１４０は、回折光学素子を含むとして説明される。サブレーザビームＳＬＢは、レーザビームＬＢが、マルチビーム生成器１４０によって回折されたものでもある。一例において、サブレーザビームＳＬＢは、対称となりうる。例えば、中央に位置するサブレーザビームＳＬＢは、０次回折ビームでもある。中央に位置するサブレーザビームＳＬＢから遠くなる方向に沿って配列されるサブレーザビームＳＬＢは、±１次回折ビーム、±２次回折ビーム、...、±ｎ次回折ビームでもある。＋と－は、中央のサブレーザビームＳＬＢから遠くなる方向を示しうる。例えば、中央のサブレーザビームＳＬＢの一側に、＋１次次回折ビーム、＋２次次回折ビーム、...、＋ｎ次回折ビームが順に配列され、他側に、－１次回折ビーム、－２次回折ビーム、...、－ｎ次回折ビームが順に配列されうる。一例において、マルチビーム生成器１４０から放出されるサブレーザビームＳＬＢが、いずれも溝形成工程に利用されうる。他の例において、マルチビーム生成器１４０から放出されるサブレーザビームＳＬＢのうち、低次回折ビームが、溝形成工程に利用されうる。該低次回折ビームを溝形成工程に利用することは、後述される。
【0033】
溝形成工程に利用されるサブレーザビームＳＬＢが、マルチビーム生成器１４０によって分割される分割角度１４２の最大値（以下、最大角度）は、約±３°でもある。該最大角度は、０次回折ビームの主光線（chief ray）と、最高次数を有するビームの主光線との角度でもある。例えば、最高次数が±３である場合、±３次回折ビームの主光線と、０次回折ビームの主光線との角度がそれぞれ±３°でもある。互いに隣接したサブレーザビームＳＬＢ間の角度は、必要によって定められうる。回折光学素子に形成されたパターンに係わる条件（例えば、パターン間の距離、パターンの配置形態、パターンの大きさなど）は、サブレーザビームＳＬＢが要求される角度に分割されるように決定されうる。サブレーザビームＳＬＢのそれぞれは、一定幅を有する平行光でもある。マルチビーム生成器１４０は、サブレーザビームＳＬＢをテレセントリックレンズユニット２００に提供しうる。
【0034】
テレセントリックレンズユニット２００は、サブレーザビームＳＬＢをフォーカシングレンズユニット１５０に伝達しうる。テレセントリックレンズユニット２００は、光学系の長さを増大させるリレーレンズ（relay lens）の役割を行うことができる。テレセントリックレンズユニット２００は、サブレーザビームＳＬＢの光路に沿い、マルチビーム生成器１４０から遠くなる方向に配列される第１テレセントリックレンズ２１０及び第２テレセントリックレンズ２２０を含むものでもある。
【0035】
第１テレセントリックレンズ２１０は、マルチビーム生成器１４０側に、無限大の焦点距離を有し、第２テレセントリックレンズ２２０側に、第１焦点距離２１４を有しうる。言い換えれば、第１テレセントリックレンズ２１０の前方焦点距離は、無限大であり、その後方焦点距離は、第１焦点距離２１４でもある。第１テレセントリックレンズ２１０の中心から、第２テレセントリックレンズ２２０側に、第１焦点距離２１４ほど離隔された位置に、第１焦点面２１２が位置しうる。第１テレセントリックレンズ２１０は、サブレーザビームＳＬＢを、第１焦点面２１２に集束しうる。一例において、第１テレセントリックレンズ２１０を過ぎたサブレーザビームＳＬＢの主光線は、実質的に互いに平行でもある。
【0036】
第２テレセントリックレンズ２２０は、第１テレセントリックレンズ２１０側に、第２焦点距離２２４を有し、後述されるフォーカシングレンズユニット１５０側に、無限大の焦点距離を有しうる。言い換えれば、第２テレセントリックレンズ２２０の前方焦点距離は、第２焦点距離２２４でもあり、後方焦点距離は、無限大でもある。第２テレセントリックレンズ２２０の中心から、第１テレセントリックレンズ２１０側に、第２焦点距離２２４ほど離隔された位置に、第２焦点面２２２が位置しうる。第２焦点面２２２は、第１焦点面２１２と実質的に重畳しうる。第１テレセントリックレンズ２１０により、第１焦点面２１２（すなわち、第２焦点面２２２）に集束されたサブレーザビームＳＬＢは、第１焦点面２１２を過ぎた後、発散されうる。言い換えれば、サブレーザビームＳＬＢの幅は、第１テレセントリックレンズ２１０を過ぎ、第１焦点面２１２に近くなるほど狭くなり、第１焦点面２１２を過ぎ、第２テレセントリックレンズ２２０に近くなるほど広くなりうる。サブレーザビームＳＬＢは、第２テレセントリックレンズ２２０により、一定幅を有する平行光に変換されうる。第２テレセントリックレンズ２２０は、サブレーザビームＳＬＢを、フォーカシングレンズユニット１５０に提供しうる。
【0037】
一例において、第１テレセントリックレンズ２１０と第２テレセントリックレンズ２２０は、実質的に互いに同一でもある。例えば、第１焦点距離２１４と第２焦点距離２２４は、実質的に同一でもある。一例において、第１テレセントリックレンズ２１０と第２テレセントリックレンズ２２０は、互いに異なりうる。例えば、第１焦点距離２１４と第２焦点距離２２４は、異なりうる。第１テレセントリックレンズ２１０及び第２テレセントリックレンズ２２０は、単一レンズまたは複合レンズを含むものでもある。
【0038】
一例において、低次回折ビーム（例えば、０次回折ビーム、±１次回折ビーム、±２次回折ビーム、±３次回折ビーム）が、溝形成工程に選択的に利用されうる。言い換えれば、高次回折ビーム（例えば、４次以上の回折ビーム）は、溝形成工程に利用されないのである。一例において、要求されない高次回折ビームに該当するサブレーザビームＳＬＢが溝形成工程に利用されることを防止するために、溝形成装置１０は、高次回折ビームを遮断する第１マスク（図示せず）及び第２マスク（図示せず）のうち少なくとも一つをさらに含むものでもある。
【0039】
第１マスクは、マルチビーム生成器１４０と第１テレセントリックレンズ２１０との光路上に提供されうる。該第１マスクは、マルチビーム生成器１４０で形成されるサブレーザビームＳＬＢのうち、溝形成工程に利用されない高次回折ビームが、第１テレセントリックレンズ２１０に提供されることを遮断しうる。例えば、第１マスクは、絞りでもある。
【0040】
第２マスクは、第１テレセントリックレンズ２１０と第２テレセントリックレンズ２２０との光路上に提供されうる。例えば、該第２マスクは、第１後方焦点面（または、第２前方焦点面）に位置しうる。該第２マスクは、第１テレセントリックレンズ２１０を通過したサブレーザビームのうち、溝形成工程に利用されない高次回折ビームが、第２テレセントリックレンズ２２０に提供されることを遮断しうる。例えば、該第２マスクは、空間フィルタ（spatial filter）でもある。
【0041】
第１マスクと第２マスクとが同時に提供される場合、溝形成工程に利用されない高次回折ビームを９９％以上遮断しうる。
【0042】
フォーカシングレンズユニット１５０は、サブレーザビームＳＬＢを加工対象３００に集束しうる。フォーカシングレンズユニット１５０は、単一レンズまたは複合レンズを含むものでもある。例えば、フォーカシングレンズユニット１５０は、焦点距離が５０ｍｍであるｆ５０テレセントリックレンズを含むものでもある。図２に図示されているように、フォーカシングレンズユニット１５０は、スキャンヘッド１５２内に配されうる。スキャンヘッド１５２は、フォーカシングレンズユニット１５０以外の他の構成を含むものでもある。例えば、スキャンヘッド１５２は、テレセントリックレンズユニット２００から提供されたサブレーザビームＳＬＢをフォーカシングレンズユニット１５０に伝達するための鏡、及び／またはサブレーザビームＳＬＢが照射される加工対象３００上の位置を調整するガルバニックスキャナをさらに含むものでもある。加工対象３００上において、サブレーザビームＳＬＢ間の間隔は、ビーム間隔とも称される。該ビーム間隔は、５０μｍ以上でもある。例えば、ビーム間隔は、５０μｍないし１，０００μｍでもある。
【0043】
ステージ４００は、フォーカシングレンズユニット１５０と対向しうる。ステージ４００は、加工対象３００を支持し、加工対象３００の位置を調節しうる。ステージ４００は、水平方向及び垂直方向に沿い、加工対象３００を移動させることができる。例えば、該水平方向は、ステージ４００の上面に平行な方向であり、該垂直方向は、ステージ４００の上面に垂直方向でもある。ステージ４００が加工対象３００を移動する間、サブレーザビームＳＬＢが加工対象３００に照射され、溝形成工程が遂行されうる。
【0044】
必要により、前述の光学要素間に、光路を変更させる光学要素（例えば、鏡）が配されうる。
【0045】
マルチビーム生成器１４０によって最大角度に分割されるサブレーザビームＳＬＢが、溝形成工程に使用される場合、該溝形成工程の効率及び速度が増大されるのである。例えば、サブレーザビームＳＬＢが最大角度（例えば、±３°）に分割され、加工対象３００上において、最も外側に位置した１対のサブレーザビームＳＬＢ間の間隔が最大４，０００μｍでもあり、ビーム間隔は、５００μｍ以上であることが要求される場合、最大９筋のサブレーザビームＳＬＢが、溝形成工程に利用されうる。このとき、マルチビーム生成器１４０から放出されるサブレーザビームＳＬＢを収容する光学要素が、マルチビーム生成器１４０から放出されるサブレーザビームＳＬＢをいずれも収容することができないのであるならば、９筋より少数のサブレーザビームＳＬＢが溝形成工程に利用されうる。その場合、溝形成工程の効率及び速度が低減されてしまう。
【0046】
本開示の溝形成装置１０は、マルチビーム生成器１４０によって最大角度に分割されるサブレーザビームＳＬＢを溝形成工程に利用するので、溝形成工程の効率及び速度を増大させることができる。また、本開示は、第１テレセントリックレンズ２１０と第２テレセントリックレンズ２２０とを利用し、光学系構成の自由度を高めうる。
【0047】
【0048】
図３を参照すれば、溝形成装置１１が提供されうる。溝形成装置１１のフォーカシングレンズユニット１５０は、図１及び図２を参照して説明された溝形成装置１０のフォーカシングレンズユニット１５０と異なり、マルチビーム生成器１４０にすぐ隣接するように配されうる。サブレーザビームＳＬＢは、マルチビーム生成器１４０から放出され、フォーカシングレンズユニット１５０にすぐ提供されうる。テレセントリックレンズユニット２００は、提供されない。フォーカシングレンズユニット１５０が収容しうるサブレーザビームＳＬＢの最大分割角度は、フォーカシングレンズユニット１５０とマルチビーム生成器１４０との離隔距離によっても異なる。フォーカシングレンズユニット１５０が、マルチビーム生成器１４０から遠く離れるほど、フォーカシングレンズユニット１５０が収容しうるサブレーザビームＳＬＢの最大分割角度が小さくなるのである。フォーカシングレンズユニット１５０は、マルチビーム生成器１４０において、最大角度（例えば、±３°）に分割されるサブレーザビームＳＬＢを全部収容することができるように、マルチビーム生成器１４０に隣接するように配されうる。例えば、フォーカシングレンズユニット１５０が、焦点距離が５０ｍｍであり、入射瞳径（ＥＰＤ：entrance pupil diameter）が２４ｍｍであるｆ５０テレセントリックレンズを含む場合、フォーカシングレンズユニット１５０とマルチビーム生成器１４０との離隔距離は、１０ｍｍ以下でもある。
【0049】
本開示の溝形成装置１１は、マルチビーム生成器１４０によって最大角度に分割されるサブレーザビームＳＬＢを溝形成工程に利用するので、該溝形成工程の効率及び速度を増大させることができる。
【0050】
以下において、サブレーザビームＳＬＢを利用する溝形成方法について説明される。
【0051】
図４は、例示的な実施形態による、加工対象に照射されるサブレーザビームについて説明するための加工対象の平面図である。
【0052】
図４を参照すれば、加工対象３００に、７筋のサブレーザビームＳＬＢが照射されうる。一例において、サブレーザビームＳＬＢが照射される間、ステージ４００が加工対象３００を移動させることができる。例えば、ステージ４００は、加工対象３００を、第１方向ＤＲ１に移動させることができる。それにより、加工対象３００に溝ＧＲが形成されうる。前述のように、サブレーザビームＳＬＢの筋数は、必要によって定められうる。７筋のサブレーザビームＳＬＢは、０次回折ビーム、±１次回折ビーム、±２次回折ビーム、±３次回折ビームでもある。例えば、中央のサブレーザビームＳＬＢは、０次回折ビームであり、中央のサブレーザビームＳＬＢから第１方向ＤＲ１に沿い、＋１次回折ビーム、＋２次回折ビーム及び＋３次回折ビームに該当するサブレーザビームＳＬＢが順に配列され、中央のサブレーザビームＳＬＢから第１方向ＤＲ１に反対になる第２方向ＤＲ２に沿い、－１次回折ビーム、－２次回折ビーム及び－３次回折ビームに該当するサブレーザビームＳＬＢが順に配列されうる。一例において、サブレーザビームＳＬＢのうち、最も外側に位置する１対のサブレーザビームＳＬＢ（すなわち、±３次回折ビーム）間の距離ＤＴは、１００μｍないし４，０００μｍでもある。サブレーザビームＳＬＢのそれぞれは、第１方向ＤＲ１及び第２方向ＤＲ２と交差する第３方向ＤＲ３に沿って延長されうる。例えば、サブレーザビームＳＬＢの第３方向ＤＲ３に沿う長さＤＬは、３０ないし２００μｍでもある。サブレーザビームＳＬＢの幅ＤＷは、５ないし２０μｍでもある。サブレーザビームＳＬＢの幅ＤＷは、第１方向ＤＲ１または第２方向ＤＲ２に沿うサブレーザビームＳＬＢの幅でもある。
【0053】
サブレーザビームＳＬＢは、実質的に同一間隔Ｄｂに配列されうる。以下において、サブレーザビームＳＬＢ間の間隔は、ビーム間隔Ｄｂと称されうる。ビーム間隔Ｄｂが５０μｍ未満である場合、溝ＧＲは、要求される形状を有しえない。例えば、サブレーザビームＳＬＢによる潜熱が累積され、溝ＧＲ周辺の加工対象３００が変形されるＨＡＺ（heat affected zone）が過度に発生し、それにより、溝ＧＲの底面が不均一になったり、過度に加工されたりするか、あるいは溝ＧＲの最下部幅が最上部幅の７５％以下になり、テーパ比（taper ratio，steepness）が低くなってしまう。また、サブレーザビームＳＬＢが過度に短い間隔でもって、加工対象３００を加工することによって生じる粉塵が溝ＧＲの上部周辺にたまってしまう。すなわち、溝ＧＲ加工の加工性が低くなりうる。
【0054】
本開示の溝形成装置１０，１１は、５０μｍ以上のビーム間隔Ｄｂを有するサブレーザビームＳＬＢでもって溝ＧＲを形成しうる。例えば、ビーム間隔Ｄｂは、５０μｍないし１，０００μｍでもある。サブレーザビームＳＬＢ間のビーム間隔Ｄｂが広いので、ビーム間隔Ｄｂが５０μｍ未満である場合と異なり、サブレーザビームＳＬＢによる潜熱の累積が低減され、ＨＡＺ発生が最小化されうる。それにより、溝ＧＲの底面が過度ではなく、均一に加工され、溝ＧＲの最下部幅が最上部幅の７５％以上になり、テーパ比が増大しうる。すなわち、本開示の溝形成装置１０，１１は、要求される形状を有する溝ＧＲを形成しうる。
【0055】
加工対象が熱に対する反応性が互いに異なる複数の材質を含む場合、一材質に対して要求される品質の加工を遂行しうるビーム間隔を有するサブレーザビームＳＬＢでもって、異なる材質については、要求される品質の加工が遂行されえないのである。すなわち、前述の異なる材質を加工することにより、ＨＡＺが過度に生じ、溝ＧＲの側壁は、低いテーパ比を有し、底部は、不均一になり、過度に加工されうる。本開示の溝形成装置１０は、５０μｍ以上のビーム間隔Ｄｂを有するサブレーザビームＳＬＢでもって加工を行うので、熱に対する反応性が互いに異なる複数の材質につき、要求される品質の加工が行われうる。言い換えれば、本開示の溝形成装置１０は、互いに異なる複数の材質につき、均質した加工性を有しうる。
【0056】
図５は、例示的な実施形態による、加工対象に照射されるサブレーザビームについて説明するための加工対象の平面図である。説明の簡潔さのために、図４を参照して説明されたところと実質的に同一内容は、説明されないのである。
【0057】
【0058】
図４を参照して説明されたところと異なり、サブレーザビームＳＬＢは、異なる間隔に配列されうる。サブレーザビームＳＬＢ間のビーム間隔を、それぞれ＋１ビーム間隔＋Ｄｂ１、＋２ビーム間隔＋Ｄｂ２、＋３ビーム間隔＋Ｄｂ３、－１ビーム間隔－Ｄｂ１、－２ビーム間隔－Ｄｂ２及び－３ビーム間隔－Ｄｂ３と称しうる。±１次回折ビーム、±２次回折ビーム、±３次回折ビームに該当するサブレーザビームＳＬＢは、０次回折ビームに該当する中央のサブレーザビームＳＬＢを中心に対称的に配されうる。＋１ビーム間隔＋Ｄｂ１、＋２ビーム間隔＋Ｄｂ２及び＋３ビーム間隔＋Ｄｂ３は、それぞれ－１ビーム間隔－Ｄｂ１、－２ビーム間隔－Ｄｂ２及び－３ビーム間隔－Ｄｂ３と実質的に同一でもある。＋１ビーム間隔＋Ｄｂ１、＋２ビーム間隔＋Ｄｂ２及び＋３ビーム間隔＋Ｄｂ３（または、－１ビーム間隔－Ｄｂ１、－２ビーム間隔－Ｄｂ２及び－３ビーム間隔－Ｄｂ３）のうち少なくとも二つは異なりうる。＋１ビーム間隔＋Ｄｂ１、＋２ビーム間隔＋Ｄｂ２、＋３ビーム間隔＋Ｄｂ３、－１ビーム間隔－Ｄｂ１、－２ビーム間隔－Ｄｂ２及び－３ビーム間隔－Ｄｂ３のそれぞれは、５０μｍ以上でもある。例えば、＋１ビーム間隔＋Ｄｂ１、＋２ビーム間隔＋Ｄｂ２、＋３ビーム間隔＋Ｄｂ３、－１ビーム間隔－Ｄｂ１、－２ビーム間隔－Ｄｂ２及び－３ビーム間隔－Ｄｂ３のそれぞれは、５０μｍないし１，０００μｍでもある。＋１ビーム間隔＋Ｄｂ１、＋２ビーム間隔＋Ｄｂ２及び＋３ビーム間隔＋Ｄｂ３（または、－１ビーム間隔－Ｄｂ１、－２ビーム間隔－Ｄｂ２及び－３ビーム間隔－Ｄｂ３）は、必要によって定められうる。
【0059】
本開示の溝形成装置１０，１１は、５０μｍ以上の値を有する＋１ビーム間隔＋Ｄｂ１、＋２ビーム間隔＋Ｄｂ２、＋３ビーム間隔＋Ｄｂ３、－１ビーム間隔－Ｄｂ１、－２ビーム間隔－Ｄｂ２及び－３ビーム間隔－Ｄｂ３を有するサブレーザビームＳＬＢでもって、溝ＧＲを形成するので、先に加工を行ったサブレーザビームＳＬＢによる潜熱は、すぐに次のサブレーザビームＳＬＢが加工を行うとき、十分に小さくなりうる。それにより、本開示の溝形成装置１０，１１は、要求される形状（例えば、ＨＡＺ発生が最小化され、底面が過度ではなく、均一に加工され、溝ＧＲの最下部幅が最上部幅の７５％以上である形状）を有する溝ＧＲを形成しうる。
【0060】
一例において、溝ＧＲは、加工対象物をカッティングするために形成されうる。溝ＧＲの側面は、垂直に近いほど理想的であり、溝ＧＲの上部幅と下部幅との差が大きくなるほど、溝ＧＲの側面が緩やかな傾斜を有する。レーザを利用した溝形成（grooving加工）後、溝ＧＲに沿い、ブレードでもって加工対象物をカッティングするが、溝ＧＲの側面傾きが緩やかであるほど、回転するブレードが溝の下部まで挿入されている最中、溝の側壁に着いてクラックが生じる可能性が高い。従って、溝ＧＲは、溝ＧＲの上部幅対比で、下部幅が７５％以上になるように加工されうる。または、溝ＧＲの深さを考慮し、溝ＧＲの両側壁の傾きの平均が２以上になるように加工されうる。両側壁の傾きの平均は、「溝の深さ／（溝の上部幅－溝の下部幅）／２」であると言える。
【0061】
本開示の溝形成装置１０，１１によって形成された溝ＧＲを利用した加工対象物のカッティング工程が遂行された。本実験に使用されたブレードは、幅が３０μｍであり、ブレードの加工公差±５μｍを勘案し、溝ＧＲの下部幅は、４０μｍ以下のもの、上部幅は、５２μｍ以下のものを規格にした。そして、実験に使用された各ビームのエネルギーは、５Ｗであった。
【0062】
非金属パターンウェーハの加工において、ビーム間隔Ｄｂ、＋Ｄｂ１，＋Ｄｂ２，＋Ｄｂ３，－Ｄｂ１，－Ｄｂ２，－Ｄｂ３が５０μｍ以上である場合、溝ＧＲの上部幅と下部幅との差が１２μｍ以下であり、ビーム間隔Ｄｂ，＋Ｄｂ１，＋Ｄｂ２，＋Ｄｂ３，－Ｄｂ１，－Ｄｂ２，－Ｄｂ３が４０μｍ以上である場合、両側壁の傾き平均が２以上である。
【0063】
また、金属パターンウェーハの加工において、ビーム間隔Ｄｂ，＋Ｄｂ１，＋Ｄｂ２，＋Ｄｂ３，－Ｄｂ１，－Ｄｂ２，－Ｄｂ３が４０μｍ以上である場合、溝ＧＲの上部幅と下部幅との差が１２μｍ以下であり、ビーム間隔Ｄｂ，＋Ｄｂ１，＋Ｄｂ２，＋Ｄｂ３，－Ｄｂ１，－Ｄｂ２，－Ｄｂ３が２０μｍ以上である場合、両側壁の傾き平均が２以上である。
【0064】
すなわち、ビーム間隔Ｄｂ，＋Ｄｂ１，＋Ｄｂ２，＋Ｄｂ３，－Ｄｂ１，－Ｄｂ２，－Ｄｂ３が５０μｍ以上である場合、非金属パターンウェーハと金属パターンウェーハとの加工において、いずれも溝ＧＲの上部幅対比の下部幅の比率と、両側壁の傾き平均値とを満足しうる。
【0065】
なお、ＨＡＺは、加工対象物の強度を低下させると共に、該ＨＡＺの分量が多くなり、該ＨＡＺの高さが高くなれば、溝ＧＲの上部幅と下部幅との差が大きくなってしまう。従って、該ＨＡＺの高さは低いほど好ましい。実験結果、ビーム間隔Ｄｂ，＋Ｄｂ１，＋Ｄｂ２，＋Ｄｂ３，－Ｄｂ１，－Ｄｂ２，－Ｄｂ３が広くなるほど、該ＨＡＺの高さが低くなることを確認した。すなわち、ビーム間隔Ｄｂ，＋Ｄｂ１，＋Ｄｂ２，＋Ｄｂ３，－Ｄｂ１，－Ｄｂ２，－Ｄｂ３が広いほど、該ＨＡＺ発生防止において有利でありうる。ただし、ビーム間隔Ｄｂ，＋Ｄｂ１，＋Ｄｂ２，＋Ｄｂ３，－Ｄｂ１，－Ｄｂ２，－Ｄｂ３が４０μｍより狭ければ、該ＨＡＺの幅が急激に増大した。また、金属パターンウェーハにおいても、ビーム間隔Ｄｂ，＋Ｄｂ１，＋Ｄｂ２，＋Ｄｂ３，－Ｄｂ１，－Ｄｂ２，－Ｄｂ３が、４０μｍより大きい場合、該ＨＡＺの高さが低減されが、非金属パターンウェーハにおいては、ビーム間隔Ｄｂ，＋Ｄｂ１，＋Ｄｂ２，＋Ｄｂ３，－Ｄｂ１，－Ｄｂ２，－Ｄｂ３が４０μｍより大きい場合、該ＨＡＺの高さが急激に低減された。従って、ビーム間隔Ｄｂ，＋Ｄｂ１，＋Ｄｂ２，＋Ｄｂ３，－Ｄｂ１，－Ｄｂ２，－Ｄｂ３が４０μｍ以上である場合、非金属パターンウェーハと金属パターンウェーハとにおいて、いずれも該ＨＡＺの高さと幅とにおいて、有利な加工結果を得ることができる。
【0066】
前記の実験結果を総合すれば、結論として、ビーム間隔Ｄｂ，＋Ｄｂ１，＋Ｄｂ２，＋Ｄｂ３，－Ｄｂ１，－Ｄｂ２，－Ｄｂ３が５０μｍ以上である場合には、加工対象３００の材料に関係なく、テーパ比、傾き、ＨＡＺの高さと幅とにおいて、いずれも満足すべき加工結果を得ることができる。
【0067】
【0068】
図６及び図７を参照すれば、溝ＧＲの平面写真と、溝ＧＲの断面形状グラフとが重畳されて図示されている。溝ＧＲは、大きいＨＡＺ １、及び過度に加工された下部領域 ２を有している。溝ＧＲの底面は、低い均一性を有している。
【0069】
【0070】
図８及び図９を参照すれば、溝ＧＲの平面写真と、溝ＧＲの断面形状グラフとが重畳されて図示されている。溝ＧＲは、図６及び図７に図示された溝ＧＲと異なり、小さいＨＡＺ １を有し、過度に加工された下部領域は、有していない。溝ＧＲは、均一に加工された底面を有している。
【0071】
図１０は、例示的な実施形態によるサブレーザビームの相対的な強度を示すグラフである。
【0072】
図１０を参照すれば、サブレーザビームＳＬＢは、実質的に同一強度を有しうる。図４及び図５に図示された０次回折ビーム、±１次回折ビーム、±２次回折ビーム、±３次回折ビームに該当するサブレーザビームＳＬＢは、それぞれ、０、±１、±２、±３と表示されている。サブレーザビームＳＬＢの絶対的な強度は、必要によって定められうる。例えば、サブレーザビームＳＬＢの絶対的な強度は、加工対象３００の種類、及び／またはサブレーザビームＳＬＢ間のビーム間隔によって決定されうる。
【0073】
本開示の溝形成装置１０，１１は、５０μｍ以上のビーム間隔Ｄｂを有するサブレーザビームＳＬＢでもって溝ＧＲを形成するので、要求される形状（例えば、ＨＡＺ発生が最小化され、底面が過度ではなく、均一に加工され、溝の最下部幅が最上部幅の７５％以上である形状）を有する溝ＧＲが形成されうる。
【0074】
図１１は、例示的な実施形態によるサブレーザビームの相対的な強度を示すグラフである。
【0075】
図１１を参照すれば、サブレーザビームＳＬＢは、互いに異なる強度を有しうる。図４及び図５に図示された０次回折ビーム、±１次回折ビーム、±２次回折ビーム、±３次回折ビームに該当するサブレーザビームＳＬＢは、それぞれ０、±１、±２、±３と表示されている。０次回折ビーム及び±２次回折ビームに該当するサブレーザビームＳＬＢの強度は、±１次回折ビーム及び±３次回折ビームに該当するサブレーザビームＳＬＢの強度の半分でもある。ただし、サブレーザビームＳＬＢの相対的な強度は、図示されているところに限定されるものではなく、必要によって定められうる。サブレーザビームＳＬＢの絶対的な強度は、必要によって定められうる。例えば、サブレーザビームＳＬＢの絶対的な強度は、加工対象３００の種類、及び／またはサブレーザビームＳＬＢ間のビーム間隔によって決定されうる。
【0076】
本開示の溝形成装置１０，１１は、５０μｍ以上のビーム間隔Ｄｂを有するサブレーザビームＳＬＢでもって溝ＧＲを形成するので、要求される形状（例えば、ＨＡＺ発生が最小化され、底面が過度ではなく、均一に加工され、溝の最下部幅が最上部幅の７５％以上である形状）を有する溝ＧＲが形成されうる。
【0077】
図１２及び図１３は、例示的な実施形態による、加工対象とフォーカシングレンズユニットとの位置関係について説明するための概念図である。説明の簡潔さのために、図１及び図２を参照して説明されたところ、及び図３を参照して説明されたところと実質的に同一な内容は、説明されない。
【0078】
図１２及び図１３を参照すれば、フォーカシングレンズユニット１５０は、ステージ４００上に配された加工対象３００に、サブレーザビームＳＬＢを集束しうる。フォーカシングレンズユニット１５０は、焦点ＦＰとフォーカシングレンズユニット１５０との間に位置する第１イメージ面ＩＰ１、及び焦点ＦＰに対し、第１イメージ面ＩＰ１の反対側に位置する第２イメージ面ＩＰ２を有しうる。
【0079】
図１２に図示されてように、フォーカシングレンズユニット１５０は、フォーカシングレンズユニット１５０の焦点が、加工対象３００内に位置するように配されうる。例えば、フォーカシングレンズユニット１５０は、第１イメージ面ＩＰ１が加工対象３００の表面に位置するように配されうる。その場合、加工対象３００は、第１イメージ面ＩＰ１のサブレーザビームＳＬＢによって加工されうる。
【0080】
図１３に図示されているように、フォーカシングレンズユニット１５０は、フォーカシングレンズユニット１５０の焦点が、加工対象３００とフォーカシングレンズユニット１５０との間に位置するように配されうる。例えば、フォーカシングレンズユニット１５０は、第２イメージ面ＩＰ２が、加工対象３００の表面に位置するように配されうる。その場合、加工対象３００は、第２イメージ面ＩＰ２のサブレーザビームＳＬＢによって加工されうる。
【0081】
フォーカシングレンズユニット１５０の位置は、必要によって定められうる。
【0082】
第１イメージ面ＩＰ１のサブレーザビームＳＬＢによって形成された溝の側壁は、第２イメージ面ＩＰ２のサブレーザビームＳＬＢによって形成された溝の側壁よりも傾きが生じうる。溝をどのイメージ面のサブレーザビームＳＬＢでもって形成するかということは、要求される溝の形状によって決定されうる。
【0083】
本開示の溝形成装置１０，１１は、５０μｍ以上のビーム間隔Ｄｂを有するサブレーザビームＳＬＢでもって溝ＧＲを形成するので、要求される形状（例えば、ＨＡＺ発生が最小化され、底面が過度ではなく、均一に加工され、溝の最下部幅が最上部幅の７５％以上である形状）を有する溝ＧＲが形成されうる。
【0084】
本発明の技術的思想の実施形態に係わる以上の説明は、本発明の技術的思想の説明のための例示を提供する。従って、本発明の技術的思想は、以上の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内において、当該技術分野の通常の知識を有する者により、前述の実施形態を組み合わせて実施するというように、さまざまな多くの修正及び変更が可能であるということは、明白である。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【国際調査報告】