KR100691924B1 - 재료 가공 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
Description
이러한 목적과 관련하여 본 발명은 워크피이스(12) 상의 작동 필드(field of operation : 38)에 대해 다차원 가공을 가능하게 하며, 서로 분리된 복수의 이산 가공빔(a plurality of discrete machining beams : 22a, 22b)을 공급하는 공급수단(20, 24, 26, 30)을 갖는 재료 가공 장치(10)에 있어서, 상기 복수의 이산 가공빔들의 각각에 대해 하나씩 대응하고, 상기 가공빔들을 편향시켜 다수의 독립 빔(multiple independent beams : 22c, 22d)을 생성하는 편향장치들(28, 32)과, 상기 편향장치(28, 32)에서 생성된 상기 다수의 독립 빔(22c, 22d)의 모두가 상기 작동 필드(38)의 모든 부분을 동시에 엑세스할 수 있도록 하며, 복수의 개별 렌즈(60a - 60e)를 포함하는 스캔렌즈(34) - 여기서, 상기 스캔렌즈(34)는 입사동공(entrance pupil : 62)를 가지며, 상기 입사동공은 상기 스캔렌즈(34)의 후방 및 상기 스캔렌즈(34)의 입사동공(62)의 평면 또는 그것에 가능한 가까운 곳에 위치한 상기 편향장치들(28, 32)로부터 생성된 상기 다수의 독립 빔(22c, 22d)를 수신함 - 와, 상기 편향장치들(28, 32)을 적절한 타이밍 간격으로 동시에 제어하여 상기 작동 필드 내에서 적어도 하나의 좌표방향으로 상기 다수의 독립 빔(22c, 22d)의 각각의 위치를 변경시키는 제어수단(40)을 포함하는 것을 일 특징으로 한다.
또한 본 발명은 복수의 이산 가공빔을 생성하는 레이저(20)를 사용하여, 워크피이스(12) 상의 작동 필드(38)에 대해 다차원 가공을 가능하게 하는 재료 가공 방법에 있어서, (a) 다수의 독립 빔(22c, 22d)을 생성하기 위하여 상기 복수의 이산 가공빔의 각각을 편향시키는 단계와, (b) 상기 편향 단계에서 생성된 상기 다수의 독립 빔을 스캔렌즈(34)의 입사동공(62)에서 수신하는 단계 - 여기서, 상기 스캔렌즈(34)는 상기 편향 단계로부터 생성된 상기 다수의 독립 빔(22c, 22d)의 모두가 상기 작동 필드(38)의 모든 부분을 동시에 엑세스할 수 있도록 함 - 와, (c) 상기 작동 필드(38) 내에서 적어도 하나의 좌표방향으로 상기 다수의 독립 빔(22c, 22d)의 각각의 위치를 적절한 타이밍 간격으로 변경시키기 위해 상기 편향 단계를 제어하는 단계를 포함하는 것을 다른 특징으로 한다.
또한 본 발명은 파장 λ1에서 동작하며 제 1 소스빔을 생성하는 제 1 레이저 소스(82)와 파장 λ2에서 동작하며 제 2 소스빔을 생성하는 제 2 레이저 소스(84)를 사용하여 워크피이스(12) 상의 작동 필드(38)에 대해 다차원 가공을 가능하게 하는 재료 가공 장치(80)에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 소스빔의 각각을 각도 분할하여 상기 제 1 및 제 2 소스빔의 각각에 연관된 복수의 빔렛(beamlets)을 생성함으로써 각각의 빔렛이 저강도로 상기 각각의 소스빔과 대략 매칭하도록 하는 수단(24, 26, 30)과, 상기 제 1 및 제 2 소스빔의 각각의 상기 빔렛을 집속(focusing)하여 상기 빔렛의 각각이 상기 작동 필드의 모든 부분을 동시에 액세스할 수 있도록 하는 수단(86, 88)과, 상기 제 1 및 제 2 소스빔 각각의 집속된 빔렛의 각각을 분리 제어하여 상기 워크피이스 내의 관통구멍(via)으로 상기 집속된 빔렛을 동시에 스캔하는 수단(28, 32, 40)을 포함하고, 이로써 상기 빔렛들 중의 하나가 제 1 위치에서의 처리를 완료한 경우 또 다른 위치로 이동할 수 있는 것을 또 다른 특징으로 한다.
또한 본 발명은 제 1 독립 레이저빔(22c) 및 제 2 독립 레이저빔(22d)을 사용하여 워크피이스(12)에 피처(feature)를 가공하는 방법 - 여기서, 제 1 독립 레이저빔과 제 2 독립 레이저빔은 워크피이스(12)의 표면에 수직하지 않은 여각(complementary angles)을 갖는 유사한 빔이고, 상기 제 1 및 제 2 독립 빔을 수신하는 스캔렌즈의 후방에 위치하는 입사동공(62)을 갖는 하나의 스캔렌즈(34)를 통하여 하나의 처리필드(process field : 38)의 모든 부분을 동시에 액세스함 - 에 있어서, 피처의 가공 중 적절한 간격으로 상기 빔들의 교체 배치(alternating placement)를 명령하는 단계와, 상기 피처가 상기 워크피이스 상에 가공될 때까지 상기 제 1 독립 레이저빔과 제 2 독립 레이저빔을 교대로 펄싱(pulse)하는 단계를 포함하는 것을 또 다른 특징으로 한다.
Claims (30)
- 워크피이스(12) 상의 작동 필드(field of operation : 38)에 대해 다차원 가공을 가능하게 하며, 서로 분리된 복수의 이산 가공빔(a plurality of discrete machining beams : 22a, 22b)을 공급하는 공급수단(20, 24, 26, 30)을 갖는 재료 가공 장치(10)에 있어서,상기 복수의 이산 가공빔들의 각각에 대해 하나씩 대응하고, 상기 가공빔들을 편향시켜 다수의 독립 빔(multiple independent beams : 22c, 22d)을 생성하는 편향장치들(28, 32)과,상기 편향장치(28, 32)에서 생성된 상기 다수의 독립 빔(22c, 22d)의 모두가 상기 작동 필드(38)의 모든 부분을 동시에 엑세스할 수 있도록 하며, 복수의 개별 렌즈(60a - 60e)를 포함하는 스캔렌즈(34) - 여기서, 상기 스캔렌즈(34)는 입사동공(entrance pupil : 62)를 가지며, 상기 입사동공은 상기 스캔렌즈(34)의 후방 및 상기 스캔렌즈(34)의 입사동공(62)의 평면 또는 그것에 가능한 가까운 곳에 위치한 상기 편향장치들(28, 32)로부터 생성된 상기 다수의 독립 빔(22c, 22d)를 수신함 - 와,상기 편향장치들(28, 32)을 적절한 타이밍 간격으로 동시에 제어하여 상기 작동 필드 내에서 적어도 하나의 좌표방향으로 상기 다수의 독립 빔(22c, 22d)의 각각의 위치를 변경시키는 제어수단(40)을포함하는 것을 특징으로 하는 재료 가공 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 공급수단은소스빔(22)을 제공하는 소스 레이저(20)와,상기 소스빔을 수신하여 처리하는 편광 수정기(polarization modifier : 24)와,상기 편광 수정기로부터의 출력을 수신하여 상기 이산 가공빔(22a, 22b)을 생성하는 빔 스프리터(26)와,상기 이산 가공빔(22a, 22b) 중의 하나를 상기 편향장치(28, 32) 중의 하나로 유도하는 회전거울(30)을포함하는 것을 특징으로 하는 재료 가공 장치.
- 제 2 항에 있어서,상기 소스 레이저는 자외선, 가시광선, 적외선으로 구성된 그룹에서 선택된 파장으로 동작하는 것을 특징으로 하는 재료 가공 장치.
- 제 2 항에 있어서,상기 편광 수정기는 반파장 플레이트(half wave plate)를 갖는 회전장치(rotator)인 것을 특징으로 하는 재료 가공 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 편향장치들의 각각은 한 쌍의 검류계(galvanometer : 28a, 32a)를 포함하는 것을 특징으로 하는 재료 가공 장치.
- 제 5 항에 있어서,상기 한 쌍의 검류계의 각각은 이동소자(moving element : 52)에 장착된 거울(50)을 포함하며, 상기 이동소자는 구동코일(54)에 의해 구동되어 상기 거울의 각도를 제어하는 것을 특징으로 하는 재료 가공 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 스캔렌즈는 축으로 정렬된 복수의 개별 렌즈(a plurality of axially aligned individual lens : 60a - 60e)를 포함하는 것을 특징으로 하는 재료 가공 장치.
- 제 1 항에 있어서,레이저 덤프(laser dump : 43)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 재료 가공 장치.
- 제 8 항에 있어서, 상기 레이저 덤프는상기 작동 필드에 근접하여 위치하며, 상기 다수의 독립 빔으로부터 선택된 원치않는 레이저 빔(unwanted laser beam : 140)를 수신하여 반사하는 반사장치(reflector : 142)와,상기 반사장치로부터 반사되는 원치않는 레이저 빔을 수신하는 흡수장치(absorber : 144)를포함하는 것을 특징으로 하는 재료 가공 장치.
- 제 2 항에 있어서,상기 이산 가공빔에 대한 배율과 이미지 초점을 매칭시키는 경로균형수단(path balancing means)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 재료 가공 장치.
- 제 10 항에 있어서,상기 경로균형수단은 상기 빔 스프리터 뒤에 배치된 복수의 회전거울(30)을 포함하고,객체면(150)으로부터 상기 스캔렌즈까지의 상기 이산 가공빔들 중 하나의 경로길이(A1)와 상기 이산 가공빔들 중 다른 하나의 경로길이(B1)는 동일한 것을 특징으로 하는 재료 가공 장치.
- 제 2 항에 있어서,다수 독립 빔의 파워 출력(power output)의 균형을 맞추는 파워균형수단(power balancing means)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 재료 가공 장치.
- 제 12 항에 있어서, 상기 파워균형수단은,상기 빔들(22c, 22d)의 에너지를 측정하여 제 1 및 제 2 파워 판독값을 생성하는 파워 미터(power meter : 132)와,상기 편광 수정기에 연결된 편광제어모듈(130)을 포함하고,상기 편광제어모듈은 상기 파워 미터로부터의 파워 판독값을 수신하고 상기 제 1 파워 판독값과 제 2 파워 판독값을 매칭시키기 위해 상기 편광 수정기를 수정하는 것을 특징으로 하는 재료 가공 장치.
- 제 1 항에 있어서,적어도 하나의 추가 스캔렌즈(34)를 구비하는 복수의 스캔렌즈를 추가로 포함하고,각각의 스캔렌즈는 입사동공(entrance pupil)를 가지며, 상기 입사동공은 각각의 스캔렌즈의 후방 및 상기 각각의 스캔렌즈의 입사동공의 평면 또는 그것에 가능한 가까운 곳에 위치한 상기 편향장치들로부터 생성된 상기 다수의 독립 빔을 수신하는 것을 특징으로 하는 재료 가공 장치.
- 복수의 이산 가공빔을 생성하는 레이저(20)를 사용하여, 워크피이스(12) 상의 작동 필드(38)에 대해 다차원 가공을 가능하게 하는 재료 가공 방법에 있어서,(a) 다수의 독립 빔(22c, 22d)을 생성하기 위하여 상기 복수의 이산 가공빔의 각각을 편향시키는 단계와,(b) 상기 편향 단계에서 생성된 상기 다수의 독립 빔을 스캔렌즈(34)의 입사동공(62)에서 수신하는 단계 - 여기서, 상기 스캔렌즈(34)는 상기 편향 단계로부터 생성된 상기 다수의 독립 빔(22c, 22d)의 모두가 상기 작동 필드(38)의 모든 부분을 동시에 엑세스할 수 있도록 함 - 와,(c) 상기 작동 필드(38) 내에서 적어도 하나의 좌표방향으로 상기 다수의 독립 빔(22c, 22d)의 각각의 위치를 적절한 타이밍 간격으로 변경시키기 위해 상기 편향 단계를 제어하는 단계를포함하는 것을 특징으로 하는 재료 가공 방법.
- 제 15 항에 있어서,상기 스캔렌즈와 상기 워크피이스 간의 거리를 변경함으로써 워크피이스 불규칙(workpiece irregularities)을 보상하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 재료 가공 방법.
- 제 15 항에 있어서,상기 스캔렌즈의 상기 빔들의 각도 위치를 조정함으로써 워크피이스 불규칙을 보상하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 재료 가공 방법.
- 파장 λ1에서 동작하며 제 1 소스빔을 생성하는 제 1 레이저 소스(82)와 파장 λ2에서 동작하며 제 2 소스빔을 생성하는 제 2 레이저 소스(84)를 사용하여 워크피이스(12) 상의 작동 필드(38)에 대해 다차원 가공을 가능하게 하는 재료 가공 장치(80)에 있어서,상기 제 1 및 제 2 소스빔의 각각을 각도 분할하여 상기 제 1 및 제 2 소스빔의 각각에 연관된 복수의 빔렛(beamlets)을 생성함으로써 각각의 빔렛이 저강도로 상기 각각의 소스빔과 대략 매칭하도록 하는 수단(24, 26, 30)과,상기 제 1 및 제 2 소스빔의 각각의 상기 빔렛을 집속(focusing)하여 상기 빔렛의 각각이 상기 작동 필드의 모든 부분을 동시에 액세스할 수 있도록 하는 수단(86, 88)과,상기 제 1 및 제 2 소스빔 각각의 집속된 빔렛의 각각을 분리 제어하여 상기 워크피이스 내의 관통구멍(via)으로 상기 집속된 빔렛을 동시에 스캔하는 수단(28, 32, 40)을 포함하고,이로써 상기 빔렛들 중의 하나가 제 1 위치에서의 처리를 완료한 경우 또 다른 위치로 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 재료 가공 장치.
- 제 1 독립 레이저빔(22c) 및 제 2 독립 레이저빔(22d)을 사용하여 워크피이스(12)에 피처(feature)를 가공하는 방법 - 여기서, 제 1 독립 레이저빔과 제 2 독립 레이저빔은 워크피이스(12)의 표면에 수직하지 않은 여각(complementary angles)을 갖는 유사한 빔이고, 상기 제 1 및 제 2 독립 빔을 수신하는 스캔렌즈의 후방에 위치하는 입사동공(62)을 갖는 하나의 스캔렌즈(34)를 통하여 하나의 처리필드(process field : 38)의 모든 부분을 동시에 액세스함 - 에 있어서,피처의 가공 중 적절한 간격으로 상기 빔들의 교체 배치(alternating placement)를 명령하는 단계와,상기 피처가 상기 워크피이스 상에 가공될 때까지 상기 제 1 독립 레이저빔과 제 2 독립 레이저빔을 교대로 펄싱(pulse)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 피처 가공 방법.
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