KR100789279B1 - 레이저 가공장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저 가공장치에 관한 것으로서, 특히 레이저빔을 발생하는 레이저 발진기; 상기 레이저 발진기에서 출사된 단일의 레이저빔을 복수의 레이저빔으로 분할하기 위한 빔 분할수단; 상기 빔 분할수단에 의해 분할된 복수의 레이저빔이 각각 입사되며, 입사된 레이저빔을 원하는 각도로 편향시키기 위한 복수의 갈바노미터 스캐너; 상기 복수의 갈바노미터 스캐너로부터 상기 복수의 레이저빔이 입사하며, 입사된 복수의 레이저빔의 수차를 보정하면서 기판 상에 집속시켜 조사하기 위한 스캔 렌즈; 및 상기 기판 상에 조사되는 레이저빔이 광축에 평행하게 조사되도록 하기 위한 광평행수단; 을 포함하는 레이저 가공장치에 관한 것이다.

Description

레이저 가공장치{Laser machining apparatus}

도 1은 단일의 레이저빔을 복수의 레이저빔으로 분할하여 사용하는 종래의 레이저 가공장치를 개략적으로 도시한 도면.

도 2는 도 1의 레이저 가공장치의 스캔 렌즈를 통과하는 레이저빔의 진행경로를 개략적으로 도시한 도면.

도 3은 도 1의 레이저 가공장치에 의해 기판에 가공된 구멍의 형상 및 마킹된 문자의 형상을 나타낸 도면.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공장치를 개략적으로 도시한 도면.

도 5는 도 4의 레이저 가공장치의 스캔 렌즈를 통과하는 레이저빔의 진행경로를 개략적으로 도시한 도면.

도 6은 도 4의 레이저 가공장치의 프리즘 렌즈의 다양한 실시예를 도시한 도면.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 가공장치를 개략적으로 도시한 도면.

도 8은 도 7의 레이저 가공장치의 스캔 렌즈를 통과하는 레이저빔의 진행경로를 개략적으로 도시한 도면.

도 9는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 레이저 가공장치의 스캔 렌즈를 통과하는 레이저빔의 진행경로를 개략적으로 도시한 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 레이저빔 2 : 기판

3 : 광축 10 : 레이저 발진기

20 : 빔 스플리터 30 : 반사 미러

41 : 제1갈바노미터 스캐너 42 : 제2갈바노미터 스캐너

42a : X축 미러 42b : Y축 미러

50 : 스캔 렌즈 52 : 전방초점위치

60 : XY-스테이지 70 : 컨트롤 유닛

80 : 프리즘 렌즈 80a : 입사면

80b : 출사면 90 : 반사미러부재

본 발명은 레이저 가공장치에 관한 것으로, 특히 단일의 레이저빔을 복수의 레이저빔으로 분할하고, 기판 상에 조사되는 각 레이저빔이 광축에 평행하게 조사되도록 할 수 있는 레이저 가공장치에 관한 것이다.

통상적으로, 레이저빔을 이용하여 기판 상에 드릴링이나 마킹 등의 작업을 수행하는 레이저 가공장치는, 레이저 발진기로부터 출사되는 레이저빔을, 반사 미 러와, 갈바노미터 스캐너와, 스캔 렌즈 등과 같은 레이저빔 전달수단을 통해 가공하고자 하는 기판 상의 원하는 위치에 집속, 조사하도록 구성된다. 상기 레이저 가공장치에 있어서, 단일의 레이저빔을 이용하여 가공 작업을 수행하게 되면, 레이저 가공장치의 구성 및 제어하는 기술을 단순하게 할 수 있어 생산단가나 보존점검 면에서 유리하게 되는 장점이 있으나, 기판을 가공하는 시간이 길어지게 되어 단위 시간당 생산량(UPH)효율이 떨어지게 되는 문제점이 발생한다. 이를 보완하기 위하여, 레이저 발진기로부터 출사되는 단일의 레이저빔을 복수의 레이저빔으로 분할하고, 복수의 레이저빔을 동시에 기판 상에 조사하면서 기판 상의 복수의 개소에서 드릴링이나 마킹 등의 작업을 동시에 수행하는, 개선된 장치나 방법 등이 제시되었다.

도 1은 단일의 레이저빔을 복수의 레이저빔으로 분할하여 사용하는 종래의 레이저 가공장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 레이저 가공장치의 스캔 렌즈를 통과하는 레이저빔의 진행경로를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 도 1의 레이저 가공장치에 의해 기판에 가공된 구멍의 형상 및 마킹된 문자의 형상을 나타낸 도면이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 종래의 레이저 가공장치는, 레이저 발진기(10)와, 빔 분할수단과, 복수의 갈바노미터 스캐너(41)(42)와, 스캔 렌즈와, 컨트롤 유닛(70)을 포함하고 있다.

상기 레이저 발진기(10)로부터 출사된 레이저빔(1)은, 빔 분할수단, 예컨대 입사되는 레이저빔(1)의 50%는 통과시키고 나머지 50%는 레이저빔(1)이 입사되는 방향과 직각방향으로 반사시키는 빔 스플리터(20)를 거치게 된다. 상기 빔 스플리터(20)에 의해 반사된 레이저빔(1a)은 제1갈바노미터 스캐너(41)를 통과하고, 상기 빔 스플리터(20)를 통과한 레이저빔은 반사 미러(30)에 의해 그 진행 경로가 조정되고 제2갈바노미터 스캐너(42)를 통과한다.

상기 제1갈바노미터 스캐너(41)를 통과한 레이저빔(1a)은, 광축(3)을 기준으로 상기 스캔 렌즈, 예컨대 스캔 렌즈(50)의 입사면(51) 우측으로 입사되고, 상기 제2갈바노미터 스캐너(42)를 통과한 레이저빔(1b)은, 광축(3)을 기준으로 상기 스캔 렌즈(50)의 입사면(51) 좌측으로 입사된다. 상기 복수의 레이저빔(1a)(1b)은, 상기 스캔 렌즈(50)에 의해 집속되며, 가공하고자 하는 기판(2) 상에 동시에 조사된다.

상기 기판(2)은 수평 방향으로 이동 가능한 XY-스테이지(60)에 안착되어 있다. 상기 스캔 렌즈(50)에 의해 형성되는 작업영역이 상기 기판(2)의 가공될 부분의 전체 면적보다 크지 않은 경우, 상기 기판(2)의 가공될 부분을 복수 개의 영역으로 분할한 후, 상기 XY-스테이지(60)를 이용하여 상기 기판(2)을 이동시키며 가공 작업을 수행할 수 있다. 상기 컨트롤 유닛(70)은, 레이저 발진기(10), 갈바노미터 스캐너(41)(42), XY-스테이지(60)를 제어하며, 상기 컨트롤 유닛(70)의 정밀한 제어에 의해, 원하는 가공위치에 레이저빔(1a)(1b)을 정확하게 조사하는 것이 가능해진다.

그러나, 종래의 레이저 가공장치에 있어서, 상기 스캔 렌즈(50)를 통과한 두 개의 레이저빔(1a)(1b)은, 광축(3)과 평행하게 진행하지 않고 기판(2)과 일정한 각 도를 이루며 경사지게 진행하면서 상기 기판(2)에 입사된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 스캔 렌즈(50)의 입사면(51) 우측으로 입사된 레이저빔(1a)은 우측방향으로 경사지게 기판(2)으로 입사되고, 상기 스캔 렌즈의 입사면(51) 좌측으로 입사된 레이저빔(1b)은 좌측방향으로 경사지게 기판(2)으로 입사된다.

이와 같이, 기판(2)에 수직으로 입사하지 않는 레이저빔(1a)(1b)을 이용하여 기판(2)에 구멍을 뚫는 드릴링 작업을 수행하는 경우, 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이, 기판(2)에 형성된 구멍들(4a)(4b)의 종단면이, 입사하는 레이저빔(1a)(1b)의 각도와 동일한 각도로 경사지게 형성된다. 좌측방향으로 경사지게 기판으로 입사되는 레이저빔(1b)에 의해 형성된 구멍(4b)과, 우측방향으로 경사지게 기판으로 입사되는 레이저빔(1a)에 의해 형성된 구멍(4a)이 서로 다른 방향으로 경사지도록 형성된다. 따라서, 상기 구멍들(4a)(4b)의 종단면이 수직으로 형성되지 못하고, 기판 전체에 걸쳐 구멍들의 가공 품질이 균일하지 못하게 되는 문제점이 있다. 또한, 종래의 레이저 가공장치를 이용하여 기판에 숫자나 문자 등을 마킹하는 작업을 수행하는 경우, 레이저빔의 스팟의 형상이 원형이 아닌 타원형으로 형성되므로, 마킹된 숫자나 문자의 선폭 및 명암이 고르지 못하게 되는 문제점이 있다. 예컨대, 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이, "F"를 마킹하는 경우, 원형의 스팟으로 마킹한 "F"(5a)는 종횡의 선폭이 일정하고 그 명암도 균일하나, 타원형의 스팟으로 마킹한 "F"(5b)는 종횡의 선폭이 다르고 그 명암도 일정하지 못하게 된다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 기판 상에 동시 에 조사되는 복수의 레이저빔이 광축에 평행하게 조사되도록 함으로써, 기판의 전면적에 걸쳐 균일한 가공 품질을 유지할 수 있도록 구조가 개선된 레이저 가공장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 레이저 가공장치는, 레이저빔을 발생하는 레이저 발진기; 상기 레이저 발진기에서 출사된 단일의 레이저빔을 복수의 레이저빔으로 분할하기 위한 빔 분할수단; 상기 빔 분할수단에 의해 분할된 복수의 레이저빔이 각각 입사되며, 입사된 레이저빔을 원하는 각도로 편향시키기 위한 복수의 갈바노미터 스캐너; 상기 복수의 갈바노미터 스캐너로부터 상기 복수의 레이저빔이 입사하며, 입사된 복수의 레이저빔의 수차를 보정하면서 기판 상에 집속시켜 조사하기 위한 스캔 렌즈; 및 상기 기판 상에 조사되는 레이저빔이 광축에 평행하게 조사되도록 하기 위한 광평행수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 레이저 가공장치에 있어서, 바람직하게는, 상기 광평행수단은 프리즘 렌즈를 포함하며, 상기 프리즘 렌즈는, 상기 레이저빔이 진행하는 방향과 수직으로 평탄하게 형성되며 상기 레이저빔이 입사되는 입사면과, 상기 프리즘 렌즈의 중심축 둘레에 동일 각도 간격으로 배치되게 형성된 복수 개의 출사면을 구비하며, 상기 각 출사면은, 상기 입사면과 일정 각도를 이루며 상기 프리즘 렌즈의 측부에서 중심부를 향해 갈수록 하방으로 경사지게 형성된다.

본 발명에 따른 레이저 가공장치에 있어서, 바람직하게는, 상기 프리즘 렌즈는, 상기 복수의 갈바노미터 스캐너와 상기 스캔 렌즈 사이에 배치된다.

본 발명에 따른 레이저 가공장치에 있어서, 바람직하게는, 상기 프리즘 렌즈는, 상기 스캔 렌즈와 상기 기판 사이에 배치된다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 레이저 가공장치는, 레이저빔을 발생하는 레이저 발진기; 상기 레이저 발진기에서 출사된 단일의 레이저빔을 복수의 레이저빔으로 분할하기 위한 빔 분할수단; 상기 빔 분할수단에 의해 분할된 복수의 레이저빔이 각각 입사되며, 입사된 레이저빔을 원하는 각도로 편향시키기 위한 복수의 갈바노미터 스캐너; 및 상기 복수의 갈바노미터 스캐너로부터 상기 복수의 레이저빔이 입사하며, 입사된 복수의 레이저빔의 수차를 보정하면서 기판 상에 집속시켜 조사하기 위한 스캔 렌즈;를 포함하고, 상기 갈바노미터 스캐너는, 입사된 레이저빔을 X축 방향으로 편향시키는 X축 미러와, 입사된 레이저빔을 Y축 방향으로 편향시키는 Y축 미러를 포함하며, 상기 X축 미러와 상기 Y축 미러 중 상기 레이저빔이 먼저 입사되는 어느 하나가, 상기 스캔 렌즈의 전방초점위치에 배치됨으로써, 상기 기판 상에 조사되는 레이저빔이 광축에 평행하게 조사되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 레이저 가공장치에 있어서, 바람직하게는, 상기 갈바노미터 스캐너와 상기 스캔 렌즈 사이에 배치되어, 상기 갈바노미터 스캐너에 의해 반사된 레이저빔을 상기 스캔 렌즈 측으로 반사시키는 반사미러부재를 더 포함한다.

이하, 본 발명에 따른 레이저 가공장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 5는 도 4의 레이저 가공장치의 스캔 렌즈를 통과하는 레이저빔의 진행경로를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 6은 도 4의 레이저 가공장치의 프리즘 렌즈의 다양한 실시예를 도시한 도면이다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 실시예의 레이저 가공장치는, 기판(2) 상에 조사되는 복수의 레이저빔(1a)(1b) 각각이 광축(3)에 평행하게 조사되도록 하기 위한 것으로서, 레이저 발진기(10)와, 빔 분할수단과, 복수의 갈바노미터 스캐너(41)(42)와, 광평행수단과, 스캔 렌즈를 포함한다.

상기 레이저 발진기(10)는, 레이저빔(1)을 발생시킨다. 가공하고자 하는 기판(2)의 종류나 가공하는 방법 등에 따라 다양한 파장, 예컨대 자외선, 가시광 또는 적외선 등의 파장 중 원하는 가공에 가장 적합한 파장을 갖는 레이저빔(1)이 선택된다. 또한, 다양한 가공 형태에 따라 원하는 가공에 적합하도록 상기 레이저빔(1)의 출력 및 주파수가 조정된다.

상기 빔 분할수단은, 상기 레이저 발진기(10)에서 출사된 단일의 레이저빔(1)을 복수의 레이저빔(1a)(1b)으로 분할하여 분할된 복수의 레이저빔(1a)(1b)이 각기 다른 방향으로 진행하도록 한다. 본 실시예에서는, 상기 빔 분할수단으로서 빔 스플리터(20)를 이용한다. 상기 빔 스플리터(20)는, 입사되는 레이저빔의 50%는 레이저빔(1)이 입사되는 방향과 평행하게 통과시키고, 나머지 50%의 레이저빔은 레이저빔(1)이 입사되는 방향과 직각방향으로 반사시킨다.

상기 갈바노미터 스캐너(41)(42)는, 입사된 레이저빔(1a)(1b)을 원하는 각도로 편향시키기 위한 것으로서, 상기 레이저빔(1a)(1b)을 반사시키는 미러부와, 상 기 미러부를 회전시키는 구동모터로 이루어지는 것이 일반적이다. 상기 갈바노미터 스캐너(41)(42)를 이용하여 평면 상 임의의 위치로 레이저빔(1a)(1b)을 위치시킬 수 있도록, 상기 갈바노미터 스캐너들(41)(42)은 각각 X축 갈바노미터 스캐너와 Y축 갈바노미터 스캐너를 구비하는데, 본 명세서에서는 X축 갈바노미터 스캐너 및 Y축 갈바노미터 스캐너 한 쌍을 갈바노미터 스캐너라고 칭하기로 한다.

본 발명에서는, 복수 개로 분할된 레이저빔(1a)(1b)의 수에 따라 각각의 레이저빔(1a)(1b)의 위치를 편향하기 위한 갈바노미터 스캐너(41)(42)가 일대일로 대응되며 복수 개 마련된다. 본 실시예에서는, 단일의 레이저빔(1)을 두 개의 레이저빔(1a)(1b)으로 분할하는 빔 스플리터(20)를 사용하므로, 두 개의 갈바노미터 스캐너(41)(42)가 마련된다. 상기 빔 스플리터(20)에 의해 반사된 레이저빔(1a)은, 제1갈바노미터 스캐너(41) 측으로 전달되고, 상기 빔 스플리터(20)를 통과한 레이저빔(1b)은, 반사 미러(30)에 의해 그 진행 경로가 조정되어 제2갈바노미터 스캐너(42) 측으로 전달된다.

상기 스캔 렌즈는, 복수의 갈바노미터 스캐너(41)(42)를 거쳐 입사되는 복수의 레이저빔(1a)(1b)을 가공하고자 하는 기판(2) 상에 집속시켜 조사하기 위한 것이다. 본 발명의 레이저 가공장치에서, 갈바노미터 스캐너(41)(42)는 분할된 복수의 레이저빔(1a)(1b)의 수에 따라 복수 개가 사용되지만, 스캔 렌즈는 하나가 사용된다. 분할된 각각의 레이저빔(1a)(1b)과 일대일로 대응되도록 복수 개의 스캔 렌즈를 사용할 수도 있으나, 레이저빔을 분할하는 수가 증가됨에 따라, 전체 레이저 가공장치를 구성하는 비용이 증가하게 되어 경제적인 측면에서 바람직하지 않다. 상기 분할된 복수의 레이저빔(1a)(1b)을, 그 각각의 레이저빔에 대응되는 갈바노미터 스캐너(41)(42)에 의해, 상기 스캔 렌즈의 입사면 상의 서로 다른 영역으로 입사되도록 함으로써, 하나의 스캔 렌즈를 사용하여 복수의 레이저빔(1a)(1b)을 집속하는 것이 가능하게 된다. 본 실시예에서는, 상기 스캔 렌즈로서 스캔 렌즈(50)가 사용된다. 상기 스캔 렌즈(50)는 통과하는 레이저빔(1a)(1b)을 집속할 뿐만 아니라, 작업영역의 가장자리측의 수차를 보정할 수도 있다.

상기 광평행수단은, 상기 기판(2) 상에 조사되는 레이저빔(1a)(1b)이 광축(3)에 평행하게 조사되도록 하기 위한 것이다. 본 실시예에서는, 상기 광평행수단으로서 프리즘 렌즈(80)가 사용되며, 상기 프리즘 렌즈(80)는 갈바노미터 스캐너(41)(42)와 스캔 렌즈(50) 사이에 배치된다. 상기 프리즘 렌즈(80)는, 입사하는 레이저빔(1a)(1b)이 진행하는 방향과 수직으로 평탄하게 형성된 입사면(80a)과, 프리즘 렌즈(80)의 중심축, 즉 광축(3) 둘레에 동일 각도 간격으로 배치되게 형성된 복수 개의 출사면(80b)으로 이루어져 있다.

본 실시예에서는, 단일의 레이저빔(1)을 두 개의 레이저빔(1a)(1b)으로 분할하여 사용하므로, 상기 프리즘 렌즈(80)도, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 분할된 레이저빔의 수에 맞게 두 개의 출사면(80b)을 포함하고 있다(도 6의 (a)에 도시된 프리즘 렌즈(80)는, 그 출사면(80b)의 형상이 잘 이해되도록 하기 위하여, 도 4 및 도 5에 도시된 상태로부터 상하방향으로 반전된 상태로 도시되어 있다). 각 출사면(80b)은, 상기 입사면(80a)과 일정 각도, 예컨대 약 12도 정도의 각도를 이루며 프리즘 렌즈(80)의 일측부에서 중심부를 향해 갈수록 하방으로 경사지게 형성되 어 있다. 단일의 레이저빔(1)이 분할되는 수에 따라 상기 프리즘 렌즈(80)의 출사면(80b)의 수가 결정된다. 예컨대, 단일의 레이저빔(1)을 3개의 레이저빔으로 분할하여 사용하는 경우, 도 6의 (b)와 같이, 프리즘 렌즈(81)는, 단일의 입사면(81a)과, 3개의 출사면(81b)을 포함할 수 있다. 또한, 단일의 레이저빔(1)을 4개의 레이저빔으로 분할하여 사용하는 경우, 도 6의 (c)와 같이, 프리즘 렌즈(82)는, 단일의 입사면(82a)과, 4개의 출사면(82b)을 포함할 수 있다.

이하, 상술한 바와 같이 구성된 본 실시예의 레이저 가공장치를 이용하여, 복수의 레이저빔이 광축에 평행하게 조사되도록 하는 작동원리에 대하여, 도 4 내지 도 6을 참조하면서 설명하기로 한다.

상기 레이저 발진기(10)로부터 출사된 단일의 레이저빔(1)은, 빔 스플리터(20)에 의해 복수의 레이저빔(1a)(1b)으로 분할된다. 즉, 빔 스플리터(20)로 입사된 레이저빔(1)의 50%는, 상기 빔 스플리터(20)를 통과하고, 나머지 50%의 레이저빔은, 레이저빔(1)이 입사되는 방향과 직각방향으로 반사된다. 상기 빔 스플리터(20)에 의해 반사된 레이저빔(1a)은 제1갈바노미터 스캐너(41) 측으로 향하고, 상기 빔 스플리터(20)를 통과한 레이저빔(1b)은 반사 미러(30)에 의해 그 진행 경로가 조정되고 제2갈바노미터 스캐너(42) 측으로 향한다.

상기 제1갈바노미터 스캐너(41)를 통과한 레이저빔(1a)은, 광축(3)을 기준으로 상기 프리즘 렌즈(80)의 입사면(80a)의 우측으로 입사하고, 상기 제2갈바노미터 스캐너(42)를 통과한 레이저빔(1b)은, 광축(3)을 기준으로 상기 프리즘 렌즈(80)의 입사면(80b)의 좌측으로 입사한다. 상기 프리즘 렌즈(80)의 입사면(80a)의 좌측으 로 입사한 레이저빔(1b)은, 프리즘 렌즈(80)의 좌측 출사면(80b)과 공기가 만나는 경계면에서 광축(3) 방향으로 굴절되면서 프리즘 렌즈(80)로부터 출사한다. 상기 프리즘 렌즈(80)의 좌측 출사면의 경사각이 상기 광축(3)으로 갈수록 하방으로 경사지게 형성되어 있고, 밀한 매질에서 소한 매질로 광이 진행할 때는 입사각보다는 출사각이 더 크게 되는 스넬의 법칙에 의해 상기와 같이 광축(3) 방향으로 굴절되게 된다. 마찬가지로, 상기 프리즘 렌즈(80)의 입사면(80a)의 우측으로 입사한 레이저빔(1a)은, 프리즘 렌즈(80)의 우측 출사면(80b)과 공기가 만나는 경계면에서 광축(3) 방향으로 굴절되면서 프리즘 렌즈(80)로부터 출사한다.

이와 같이, 단일의 레이저빔(1)에서 두 개의 레이저빔(1a)(1b)으로 분할된 레이저빔은, 상기 스캔 렌즈(50)를 통과한 후에도 좌측 또는 우측으로 경사지게 진행하지 않고, 상기 프리즘 렌즈(80)에 의해 그 진행경로가 교정되어 광축(3)에 평행하게 조사될 수 있게 된다.

상술한 바와 같이 구성된 본 실시예에 따른 레이저 가공장치를 이용하면, 분할된 복수의 레이저빔을 이용하여 기판 상의 복수의 위치에서 동시에 가공 작업을 수행할 수 있고, 일정 각도 경사지게 진행하는 레이저빔의 진행 경로를 교정하여 기판에 수직으로 입사하도록 함으로써, 기판 전면적에 걸쳐 가공 품질을 균일하게 할 수 있는, 예컨대 가공되는 구멍의 종단면을 수직하게 구현할 수 있고, 마킹되는 문자의 종횡의 폭 및 명암을 일정하게 구현할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

한편, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 가공장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 8은 도 7의 레이저 가공장치의 스캔 렌즈를 통과하는 레이저 빔의 진행 경로를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 7 및 도 8을 참조하면, 본 실시예의 레이저 가공장치는, 상기 프리즘 렌즈(90)가 스캔 렌즈(50)와 기판(2) 사이에 배치된다는 점에서, 프리즘 렌즈(80)가 갈바노미터 스캐너(41)(42)와 스캔 렌즈(50) 사이에 배치된 도 4의 레이저 가공장치와 차이가 있다.

본 실시예의 프리즘 렌즈(90) 역시, 입사하는 레이저빔(1a)(1b)이 진행하는 방향과 수직으로 평탄하게 형성된 입사면(90a)과, 프리즘 렌즈(90)의 중심축, 즉 광축(3) 둘레에 동일 각도 간격으로 배치되게 형성된 복수 개의 출사면(90b)으로 이루어져 있다. 본 실시예에서는, 상기 광축(3) 둘레에 180도 간격으로 배치된 두 개의 출사면(90b)이 마련되어 있다.

상기 스캔 렌즈(50)를 통과한 레이저빔(1a)(1b)은 그 진행 경로를 따라 진행해 갈수록 상기 광축(3)으로부터 멀어지는 방향으로 경사지게 진행한다. 상기 광축(3)과 가까운 위치에서 통과하는 레이저빔은 광축(3)으로부터 이탈하는 정도가 미미하지만, 광축(3)과 먼 위치에서 통과하는 레이저빔은 광축(3)으로부터 이탈하는 정도가 크다. 본 실시예의 프리즘 렌즈(90)은, 상기 스캔 렌즈(50)를 거쳐 어느 정도 진행된 레이저빔을 통과시키므로, 도 4에 도시된 프리즘 렌즈(80)보다 상기 광축(3)으로부터 더 먼 위치까지 레이저빔(1a)(1b)을 위치시킬 수 있다. 따라서, 도 4 및 도 7의 갈바노미터 스캐너(41)(42) 각각을 동일한 각도만큼 편향시키더라도, 도 8에 도시된 레이저빔에 의해 형성되는 작업영역이, 도 5에 도시된 레이저빔에 의해 형성되는 작업영역보다 그 면적이 넓게 된다. 하지만, 작업영역이 확대되는 만큼 레이저빔의 위치 정밀도는 저하되는 문제점을 내포하게 된다.

따라서, 가공 작업에 소요되는 시간은 큰 문제가 되지 않고, 레이저빔의 위치 정밀도가 중요한 요소가 되는 가공 작업에 있어서는, 도 4에 도시된 레이저 가공장치를 이용하여 가공 작업을 수행하고, 레이저빔의 위치 정밀도를 높이 요구하지는 않으나, 한 장의 기판을 가공하는 데 소요되는 시간을 단축하는 문제가 중요한 요소가 되는 가공 작업에서는, 도 7에 도시된 레이저 가공장치를 이용하여 가공 작업을 수행하는 것이 바람직하다.

한편, 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 레이저 가공장치의 스캔 렌즈를 통과하는 레이저빔의 진행경로를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 9에서는, 많은 레이저빔의 도시됨으로 인해 도면이 복잡해 지는 것을 방지하기 위해, 복수의 갈바노미터 스캐너(41)(42) 중 제2갈바노미터 스캐너(42) 및 스캔 렌즈(50)를 통과하는 레이저빔(1a)의 진행경로만을 도시하였다. 도 9에 도시되지는 않았지만, 상기 광축(3)에 대해 도 9에 도시된 레이저빔(1a)의 진행경로와 대칭되는 레이저빔의 진행경로가 존재한다.

도 9를 참조하면, 본 실시예의 레이저 가공장치는, 상기 갈바노미터 스캐너(42)를 구성하는 X축 미러(42a)와 Y축 미러(42b) 중 레이저빔이 먼저 입사되는 어느 하나가, 상기 스캔 렌즈(50)의 가상 전방초점위치(52')에 배치됨으로써, 상기 기판(2) 상에 조사되는 레이저빔이 광축에 평행하게 조사되는 점에 있어서 도 4 및 도 7의 레이저 가공장치와 차이가 있다.

본 실시예의 갈바노미터 스캐너(42)는, 입사된 레이저빔을 X축 방향으로 제어하기 위한 X축 갈바노미터(미도시)와, 입사된 레이저빔을 Y축 방향으로 제어하기 위한 Y축 갈바노미터(미도시)와, 상기 X축 갈바노미터에 회전 가능하게 결합된 X축 미러(42a)와, 상기 Y축 갈바노미터에 회전 가능하게 결합된 Y축 미러(42b)를 포함하고 있다.

또한, 상기 갈바노미터 스캐너(42)와 상기 스캔 렌즈(50) 사이에는 반사미러부(90)가 배치된다. 상기 반사미러부(90)는 상기 갈바노미터 스캐너(42)에 의해 반사된 레이저빔을 상기 스캔 렌즈(50) 측으로 반사시키게 된다.

본 실시예에 있어서, 상기 빔 분할 수단으로부터 입사되는 레이저빔(1a)은 상기 X축 미러(42a), 상기 Y축 미러(42b) 및 상기 반사미러부(90)에 의해 반사되어 상기 스캔 렌즈(50) 측으로 진행하게 된다. 상기 진행경로에 있어서, 상기 X축 미러(42a)가 상기 스캔 렌즈(50)의 가상 전방초점위치(52')에 배치되게 되면, 상기 X축 미러(42a), 상기 Y축 미러(42b) 및 상기 반사미러부(90)를 거치는 레이저빔은 광축(3)에 평행하게 상기 기판(2) 상으로 조사되게 된다. 즉, 도 9에 도시된 상기 스캔 렌즈(50)의 전방초점위치(52)와 상기 반사미러부재(90) 사이의 가상적인 진행경로의 길이(도 9에서 이점쇄선으로 표시된 부분)와, 상기 X축 미러(42a) 상에 있는 스캔 렌즈(50)의 가상 전방초점위치(51')와 상기 Y축 미러(42b)와 상기 반사미러부재(90) 사이의 실질적인 진행경로의 길이가 동일하게 되면, 상술한 바와 같이 레이저빔(1a)은 광축(3)에 평행하게 상기 기판(2) 상으로 조사되게 된다.

이상 바람직한 실시예들 및 변형례에 대해 설명하였으나, 본 발명에 따른 레이저 가공장치는 상술한 예들에 한정되는 것은 아니며, 그 예들의 변형이나 조합에 의해, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주 내에서 다양한 형태의 레이저 가공장치가 구체화될 수 있다.

본 발명의 레이저 가공장치는, 분할된 복수의 레이저빔을 이용하여 가공하고자 하는 기판 상의 복수의 위치에서 동시에 가공 작업을 수행하는 것이 가능하고, 상기 복수의 레이저빔이 상기 기판에 수직으로 입사되도록 함으로써, 상기 기판의 전면적에 걸쳐 가공 품질을 균일하게 할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 레이저빔을 발생하는 레이저 발진기;

   상기 레이저 발진기에서 출사된 단일의 레이저빔을 복수의 레이저빔으로 분할하기 위한 빔 분할수단;

   상기 빔 분할수단에 의해 분할된 복수의 레이저빔이 각각 입사되며, 입사된 레이저빔을 원하는 각도로 편향시키기 위한 복수의 갈바노미터 스캐너;

   상기 복수의 갈바노미터 스캐너로부터 상기 복수의 레이저빔이 입사하며, 입사된 복수의 레이저빔의 수차를 보정하면서 기판 상에 집속시켜 조사하기 위한 스캔 렌즈; 및

   상기 기판 상에 조사되는 레이저빔이 광축에 평행하게 조사되도록 하기 위한 광평행수단; 을 포함하는 레이저 가공장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 광평행수단은 프리즘 렌즈를 포함하며,

   상기 프리즘 렌즈는, 상기 레이저빔이 진행하는 방향과 수직으로 평탄하게 형성되며 상기 레이저빔이 입사되는 입사면과, 상기 프리즘 렌즈의 중심축 둘레에 동일 각도 간격으로 배치되게 형성된 복수 개의 출사면을 구비하며,

   상기 각 출사면은, 상기 입사면과 일정 각도를 이루며 상기 프리즘 렌즈의 측부에서 중심부를 향해 갈수록 하방으로 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 레 이저 가공장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 프리즘 렌즈는, 상기 복수의 갈바노미터 스캐너와 상기 스캔 렌즈 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
4. 제2항에 있어서,

   상기 프리즘 렌즈는, 상기 스캔 렌즈와 상기 기판 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
5. 레이저빔을 발생하는 레이저 발진기;

   상기 레이저 발진기에서 출사된 단일의 레이저빔을 복수의 레이저빔으로 분할하기 위한 빔 분할수단;

   상기 빔 분할수단에 의해 분할된 복수의 레이저빔이 각각 입사되며, 입사된 레이저빔을 원하는 각도로 편향시키기 위한 복수의 갈바노미터 스캐너; 및

   상기 복수의 갈바노미터 스캐너로부터 상기 복수의 레이저빔이 입사하며, 입사된 복수의 레이저빔의 수차를 보정하면서 기판 상에 집속시켜 조사하기 위한 스캔 렌즈;를 포함하고,

   상기 갈바노미터 스캐너는, 입사된 레이저빔을 X축 방향으로 편향시키는 X축 미러와, 입사된 레이저빔을 Y축 방향으로 편향시키는 Y축 미러를 포함하며,

   상기 X축 미러와 상기 Y축 미러 중 상기 레이저빔이 먼저 입사되는 어느 하나가, 상기 스캔 렌즈의 전방초점위치에 배치됨으로써, 상기 기판 상에 조사되는 레이저빔이 광축에 평행하게 조사되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 갈바노미터 스캐너와 상기 스캔 렌즈 사이에 배치되어, 상기 갈바노미터 스캐너에 의해 반사된 레이저빔을 상기 스캔 렌즈 측으로 반사시키는 반사미러부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.

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