KR100883969B1

KR100883969B1 - 에어플로팅스테이지를 이용한 레이저가공장치

Info

Publication number: KR100883969B1
Application number: KR1020070062088A
Authority: KR
Inventors: 민성욱; 김창현
Original assignee: (주)하드램
Priority date: 2007-06-25
Filing date: 2007-06-25
Publication date: 2009-02-17
Also published as: KR20080113521A

Abstract

본 발명은 에어플로팅스테이지를 이용한 레이저가공장치에 관한 것으로, 광을 발생하는 광원(100)과, 상기 광원(100)에서 발생한 광을 소정의 굴절각을 이루도록 반사하는 스캔부(103, 104, 200)와, 상기 스캔부(103, 104, 200)에서 반사된 광을 스테이지(400)에 의해 지지되는 기판(10)으로 안내하는 광학유닛(105, 106)과, 상기 스캔부(103, 104, 200)에서 반사된 광의 유효 광 경로 중 초기 광 경로를 갖는 광을 수광하는 제1수광부(108)와 마지막 광 경로를 갖는 광을 수광하는 제2수광부(109)로 이루어진 광로인식부(108, 109)와, 상기 광로인식부(108, 109)에서 수신한 동기신호에 의해 상기 광원(100)을 제어하는 제어부(110)와, 상기 기판(10)에 수행할 작업정보를 상기 제어부(110)로 제공하는 외부정보부(120)로 구성되는 레이저 가공장치에 있어서, 상기 스테이지(400)는 상기 기판(10)을 탈착하는 기판지지부(410)와, 상기 스테이지(400)에 다수가 내설되어 상기 기판(10)이 안착되는 스테이지(400) 상면으로 에어를 분출시키는 플로팅유닛(430, 440)과, 상기 플로팅유닛(430, 440)으로 에어를 공급하는 에어공급부(420)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는, 광 경로의 미세한 조절을 통하여 요구되는 규격에 맞추어 섬세하고 신속한 절단작업을 수행할 수 있도록 하여 기판과 스테이지의 물리적 접촉을 방지하여 기판의 오염 및 스크래치를 방지함으로써 제품의 생산품질과 작업성을 향상시키는 발명이다.

레이저, 스캐너, 에어플로팅

Description

에어플로팅스테이지를 이용한 레이저가공장치{Laser manufacturing device with airfloating stage}

도 1은 종래기술에 의한 레이저가공장치를 나타내는 사시도,

도 2는 본 발명에 의한 에어플로팅스테이지를 이용한 레이저가공장치를

나타내는 사시도,

도 3의 (a) 및(b)는 본 발명에 의한 에어플로팅스테이지를 이용한 레이저

가공장치에 장착되는 플로팅유닛을 나타내는 상세도,

도 4는 본 발명에 의한 에어플로팅스테이지를 이용한 레이저가공장치에

사용되는 폴리곤스캐너와 스핀들모터에 대한 구성도,

도 5는 본 발명에 의한 레이저절단장치에 사용되는 폴리곤스캐너와

스핀들모터에 대한 구성도,

도 6의 (a) 및 (b)는 본 발명에 의한 에어플로팅스테이지를 이용한 레이저

가공장치에 사용되는 보정광학계의 실시예를 나타내는 평면도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 기판 100 : 광원

101 : 콜리메이팅렌즈 102 : 촛점렌즈

103 : 폴리곤스캐너 104 : 스핀들모터

105 : 이미징렌즈 106 : 반사미러

108 : 제1수광부 109 : 제2수광부

110 : 제어부 120 : 외부정보원

200 : 갈바노미터스캐너 300 : 보정광학계

400 : 스테이지 410 : 기판지지부

420 : 에어공급부 430, 440 : 플로팅유닛

본 발명은 에어플로팅스테이지를 이용한 레이저가공장치에 관한 것으로, 레이저의 경로를 조절하는 스캐너(scanner) 및 보정광학계를 이용하여 광 경로의 미세한 조절을 통하여 레이저에 의해 기판이나 글라스에 대해 마킹, 패턴, 커팅 및 드릴링 작업을 할 수 있도록 구성하되, 스테이지내에 기판과의 물리적 접촉을 방지할 수 있는 플로팅 유닛을 구비하여 기판의 오염 및 스크래치를 방지함으로써 제품의 품질과 작업성을 향상시키는 발명이다

현재 정보화시대의 도래에 따라 텔레비젼 등 AV 기기, OA용의 모니터로 사용 되는 각종 표시장치 등에 있어 고선명화와 동시에 대형화가 요구되고 이를 위해 PDP, S/M(Shadow Mask), PCB, C/F(Color Filter), LCD, 반도체 등의 수요가 꾸준히 증대되고 있다.

상기 PDP, S/M(Shadow Mask), PCB, C/F(Color Filter), LCD, 반도체 등을 제조하는 공정에서 사용되는 노광장치는 기판에 패턴을 형성하는 것으로, 마스크와 광학계, 조정용 스테이지 및 자외선을 이용하여 구성하되, 마스크 패턴을 소정의 포토레지스트막에 대응되게 위치시키고, UV 램프 등을 이용하여 상기 포토레지스트막을 마스크 패턴에 따라 노광하는 공정을 거쳐, 현상에 의해 제거된 포토레지스트막 패턴을 통해 기판에 원하는 패턴을 형성하는 포토 리소그라피(Photo Lithography) 방법을 사용하여 왔다.

그러나 상기 포토 리소그라피(Photo Lithography) 방법에 의한 패터닝 작업의 경우 그 공정이 까다롭고 설비에 많은 비용이 드는 문제점이 있어, 최근 레이저를 이용하여 ITO막이나 칼라 필터의 블랙 매트릭스에 패턴 및 마킹작업을 수행하는 레이저를 이용한 노광장치가 사용되고 있다.

또한 상기 LCD의 경우 종래의 다른 표시 장치와 비교하여 슬림화 및 경량화를 실현하여 좁은 공간에도 용이하게 설치할 수 있는 장점이 있어 그 수요가 매년 증가하는데, 이러한 LCD는 액정표시패널, 구동회로 및 백라이트 등으로 구성되어 액정표시패널의 제조과정에 있어 공지된 프로세스에 의해 전기배선이 형성된 유리기판을 소정의 사이즈로 절단하는 공정을 필요로 하여, 앞서 언급한 PDP, S/M(Shadow Mask), PCB, C/F(Color Filter), LCD, 반도체 등의 제조에 있어, 유리기판의 정확한 접속면의 절단 여부가 고정밀도의 관점에서 중요하게 인식되어 왔는데, 이를 위해 레이저를 기판상에 조사하여 정밀하게 기판을 절단하는 등 최근의 첨단 산업분야에 있어 레이저를 이용한 가공장치에 대한 수요가 증대되고 있다.

이에 종래 기술에 의한 레이저가공장치를 대해 첨부한 도면을 통하여 상세하게 알아본다.

도 1은 종래기술에 의한 레이저가공장치를 나타내는 사시도이다.

도 1에서 도시하는 바와 같이 종래의 기술에 의한 레이저가공장치는 광을 발생하는 광원(100)과, 상기 광원(100)에서 발생되는 광을 반사시키기 위한 다수의 반사면을 가지는 폴리곤스캐너(103)와, 상기 폴리곤스캐너(103)를 회전시키기 위한 스핀들모터(104)와, 상기 폴리곤스캐너(103)의 반사면에서 반사되는 광을 상기 기판(10)상으로 안내하는 광학유닛(105, 106)과, 상기 폴리곤스캐너(103)의 반사면에서 반사된 광의 반사경로를 인식하여 동기신호를 발생하는 광로 인식부(108, 109)와, 상기 광로 인식부(108, 109)로부터의 동기신호에 동기하여 상기 광원(100)의 점멸을 조정하여 원하는 패턴이 상기 기판(10)상에 형성되도록 제어하는 제어 부(110)와, 상기 기판(10)에 형성될 패턴에 대한 패턴정보를 상기 제어부(110)로 제공하는 외부정보원(120)을 구비하여 구성된다.

상기 발명의 경우 폴리곤스캐너(103)의 반사면에서 반사된 광의 경로를 인식하여 동기신호를 발생하는 광로인식부(108, 109)를 도입함으로써, 상기 동기 신호에 기반하여 제어부(110)가 광원(100)의 점멸, 스테이지의 이동 등을 제어함으로써 막에 원하는 패턴을 형성시키고 마킹 작업을 수행할 수 있다. 또한 상기 장비의 광원(100)의 출력을 조절함으로써 작업물에 대한 절단 작업을 수행하거나 드릴링 공정을 가능하게 한다.

다만 이러한 장점에 불구하고 종래의 발명은 광의 수평경로는 상기 폴리곤스캐너(103)에 비교적 용이하게 조절할 수 있으나, 광의 수직경로를 조절하기 위한 굴절각의 조정은 상기 폴리곤스캐너(103)를 지지하는 지지프레임의 지지각도를 변경하는 수단에 한정되어, 그 효과가 미미하고 폴리곤스캐너(103)의 회전에 의해 발생하는 경면 기울기에 의해 광 경로의 오차가 발생하여 작업불량이 발생하는 원인이 되었다.

또한 기판(10) 등의 가공 대상물을 스테이지(130)에 흡착하여 고정후 가공작업을 거치고 작업물의 이송 역시 스테이지(130)가 이동하는 방식을 취하고 있으나, 스테이지(130) 상에 고정된 가공물에 광을 주사시 가공물을 투과한 광 에너지가 스 테이지(130)를 미세하게 손상시켜 이때 발생하는 분진이 미세가공에 영향을 주어 기판(10)을 오염시키고, 스테이지(130)와 가공물과의 접촉에 의한 스크레치 등의 손상이 발생하여 가공품질을 저하시키는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 레이저 및 레이저의 경로를 조절하는 스캐너(scanner)와 보정광학계를 이용하여 광 경로의 미세한 조절을 통해 레이저에 의해 기판이나 글라스에 대해 마킹, 패턴, 커팅 및 드릴링 작업을 할 수 있도록 구성하되, 기판을 지지하는 스테이지에 기판과의 물리적 접촉을 방지할 수 있는 플로팅 유닛을 구비하여 기판과 스테이지와의 물리적 접촉을 차단하여 기판의 오염 및 스크래치를 방지함으로써 제품의 생산품질과 작업성을 향상시키는 에어플로팅스테이지를 이용한 레이저가공장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 광을 발생하는 광원과, 상기 광원에서 발생한 광을 소정의 굴절각을 이루도록 반사하는 스캔부와, 상기 스캔부에서 반사된 광을 스테이지에 의해 지지되는 기판으로 안내하는 광학유닛과, 상기 스캔부에서 반사된 광의 유효 광 경로 중 초기 광 경로를 갖는 광을 수광하는 제1수광부와 마지막 광 경로를 갖는 광을 수광하는 제2수광부로 이루어진 광로인식부와, 상기 광로인식부에서 수신한 동기신호에 의해 상기 광원을 제어하는 제어부와, 상기 기판에 수행할 작업정보를 상기 제어부로 제공하는 외부정보부로 구성되는 레이저 가공장치에 있어서, 상기 스테이지는 상기 기판을 탈착하는 기판지지부와, 상기 스테이지에 다수가 내설되어 상기 기판이 안착되는 스테이지 상면으로 에어를 분출시키는 플로팅유닛과, 상기 플로팅유닛에 에어를 공급하는 에어공급부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이하 첨부한 도면에 의하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 에어플로팅스테이지를 이용한 레이저가공장치를 나타내는 사시도이고, 도 3의 (a) 및(b)는 본 발명에 의한 에어플로팅스테이지를 이용한 레이저 가공장치에 장착되는 플로팅유닛을 나타내는 상세도이다. 도 4는 본 발명에 의한 에어플로팅스테이지를 이용한 레이저가공장치에 사용되는 폴리곤스캐너와 스핀들모터에 대한 구성도이고, 도 5는 본 발명에 의한 레이저절단장치에 사용되는 폴리곤스캐너와 스핀들모터에 대한 구성도이며, 도 6의 (a) 및 (b)는 본 발명에 의한 에어플로팅스테이지를 이용한 레이저 가공장치에 사용되는 보정광학계의 실시예를 나타내는 평면도이다.

도 2 내지 도 6을 참조하면, 본 발명은 광을 발생하는 광원(100)과, 상기 광원(100)에서 발생한 광을 소정의 굴절각을 이루도록 반사하는 스캔부(103, 104, 200)와, 상기 스캔부(103, 104, 200)에서 반사된 광을 스테이지(400)에 의해 지지되는 기판(10)으로 안내하는 광학유닛(105, 106)과, 상기 스캔부(103, 104, 200)에서 반사된 광의 유효 광 경로 중 초기 광 경로를 갖는 광을 수광하는 제1수광부(108)와 마지막 광 경로를 갖는 광을 수광하는 제2수광부(109)로 이루어진 광로인식부(108, 109)와, 상기 광로인식부(108, 109)에서 수신한 동기신호에 의해 상기 광원(100)을 제어하는 제어부(110)와, 상기 기판(10)에 수행할 작업정보를 상기 제어부(110)로 제공하는 외부정보부(120)로 구성되는 레이저 가공장치에 있어서, 상기 스테이지(400)는 상기 기판(10)을 탈착하는 기판지지부(410)와, 상기 스테이지(400)에 다수가 내설되어 상기 기판(10)이 안착되는 스테이지(400) 상면으로 에어를 분출시키는 플로팅유닛(430, 440)과, 상기 플로팅유닛(430, 440)에 에어를 공급하는 에어공급부(420)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

도 2에서 도시하는 바와 같이, 한 쌍 또는 두 쌍으로 이루어진 기판지지부(410)는 통상적인 집게, 에어흡착판 등의 탈착수단으로 형성되어 기판(10)의 측면부를 지지하고 하단부에 리니어모터 및 휠 등을 내장하여 운송구간(T) 및 작업구간(P)으로 구분된 상기 스테이지(400)의 길이방향으로 이송될 수 있도록 형성함이 타당하되, 상기 기판지지부(410)의 이송 경로에 따라 상기 스테이지(400)와 평행하게 가이드레일(미도시)을 설치하여 실시할 수 있다.

상기 스테이지(400)의 내부에 장착되는 다수개의 플로팅유닛(430, 440)은 스 테이지(400) 상면으로 에어를 분출시키되, 상기 플로팅유닛(430, 440)에 에어를 공급하는 에어공급부(420)를 통상적인 에어펌프 및 엑츄에이터로 형성한다.

특히 상기 플로팅유닛(430, 440)의 일 예로서 도 3의 (a)에서 도시하는 바와 같이 상기 스테이지(400) 내부에 설치된 플로팅튜브(433)와, 상기 플로팅튜브(433)의 끝단부에 상기 스테이지(400)를 관통하여 형성되어 상기 스테이지(400) 표면으로 에어를 분출시키는 에어관통공(431)과, 상기 플로팅튜브(433) 내부에 형성되어 상기 에어관통공(431)에 에어를 공급하기 위한 에어공급통로(432)로 구성하여 실시할 수 있다.

이때 상기 플로팅튜브(433)는 연직 방향으로 상기 스테이지(400)내에 내설되고, 상기 플로팅튜브(433) 내에 형성된 에어공급통로(432)는 외부에 장착된 에어공급부(420)와 연결되어 상기 에어공급부(420)가 공급하는 정압의 에어를 공급받아 에어관통공(431)을 통하여 상기 스테이지(400) 상면으로 분출시킨다.

도 3의 (b)에서는 플로팅유닛에 대한 다른 예를 도시하는데, 스테이지(400) 상에 형성된 수개의 에어관통공(441)을 연결하는 에어공급통로(442)를 스테이지(400) 내부에 수평으로 형성하고, 상기 에어공급부(420)을 통하여 에어공급통로(442)로 에어를 공급하여 스테이지(400) 상면으로 정압의 에어를 분출하도록 형성할 수 있다.

이때 공급되는 에어압은 약 20 ~ 500kpa정도의 정압으로 설정하여 실시함이 타당하며, 1000 ~ 7000g 정도의 중량을 가지는 기판(10) 등의 작업물이 상기 기판지지부(410)에 거치하지 않은 상태에서 스테이지(400) 표면으로부터 약 150 ~ 300μm정도 상승하여 스테이지(400)와의 물리적인 접촉을 피할 수 있도록 구성한다.

상기 구성을 가지는 스테이지(400)에 의해 지지되는 기판(10)상에 광을 투사하여 마킹 또는 커팅등의 작업을 하게 되는데 이를 위하여 상기 광원(100)은 점광의 레이저 광을 출사하는 레이저 다이오드를 사용하여 실시할 수 있으며, 광원(100)에 채용되는 레이저 다이오드는 반도체 소자로 온도에 따라 광 출력이 변동하므로 온도변화에 따른 레이저 출력의 변동과 구동전류를 지속적으로 감시하여 고효율의 레이저 출력이 유지되도록 반전 앰프(Amp)와, 버퍼(Buffer)를 구비한 일반적인 광원 드라이버(111)를 제어부(100)에 장착하여 실시할 수 있다.

상기 광원(100)에서 출사된 광을 광축에 대해 평행광 또는 수렴광으로 만들어주는 콜리메이팅렌즈(101)가 광원(100)에서 출사된 광 경로 상에 설치되고, 콜리메이팅렌즈(101)를 통과한 레이저 광을 수평방향의 선형으로 결상시키는 촛점렌즈(102)는 광의 경로 상에 설치함이 타당한데, 상기 콜리메이팅렌즈(101)와 촛점렌즈(102)는 광원(100)과 갈바노미터스캐너(200) 사이의 레이저 경로 상에 차례로 배치하여 실시한다.

도 2, 도 4 및 도 5에서 도시하는 바와 같이, 상기 갈바노미터스캐너(200)는 광원에서 발생한 광을 소정의 굴절각을 이루도록 반사함으로써 광 경로를 조절하여 상기 광을 폴리곤스캐너(103)로 유도하는데, 상기 광을 반사하도록 회전가능하게 장착된 미러부(201)와, 상기 미러부(201)를 지지하며 상기 미러부(201)를 회동시키는 구동부(202)로 구성된 통상적인 갈바노미터스캐너를 장착하여 상기 제어부(110)에 의해 그 구동이 제어되도록 실시함이 타당하다. 또한 상기 갈바노미터스캐너(200)의 일 예로 미러부(201)의 설치위치를 조절할 수 있도록 상기 광원(100)에서 발생된 광의 수직경로를 변경시키는 전반사미러(203)를 구비하여 실시할 수 있다.

상기 촛점렌즈(102)를 통과한 광은 전반사미러(203)를 거치며 그 경로가 수직으로 굴절되며 상기 전반사미러(203)의 설치각도에 따라 굴절정도를 조정할 수 있으며, 전반사미러(203)에서 굴절된 광은 원하는 패턴형성을 위해 계산된 위치에 용이하게 투사될 수 있도록 상기 제어부(120)에 의해 회동이 제어되는 미러부(201)로 투과된 후 회동하는 미러부(201)에 의해 반사되어 적절한 굴절률로 폴리곤스캐너(103)로 입사한다.

상기 갈바노미터스캐너(200)로부터 입사된 광을 재차 반사시키는 폴리곤스캐너(103)는 그 둘레면이 다각면으로 형성되어 고속으로 회전되게 되며, 그 회전에 따른 반사면의 각도 변화에 따라 상기 광원(100)에서 출사되는 레이저 광을 반사하는 각도가 상이하게 되어 있다. 따라서, 회전하는 폴리곤스캐너(103)의 반사면에서 상이한 방향으로 반사되는 레이저 광이 연속됨으로써, 주주사방향(A)으로 스캔된다.

이러한 폴리곤스캐너(103)는 6개의 반사면이 등간격으로 배치되어 있으며, 스핀들모터(104)에 회전 가능하게 지지되어 있다. 상기 스핀들모터(104)는 지지프레임(140)에 결합되어 제어부(110)에 의해 정속으로 회전하도록 제어된다.

이때 스핀들모터(104)의 중심축과 폴리곤스캐너(103)의 회전축이 일치하지 않는 경우 폴리곤스캐너(103)의 회전시 경면 기울기가 발생하게 되고 이는 폴리곤스캐너(103)에 의해 반사되는 광 경로에 영향을 미치어 작업 정밀도를 훼손하는 원인이 되므로 이를 방지하기 위해 폴리곤스캐너(103)의 출력단에 광 경로의 오차보정을 위한 보정광학계(300)를 장착하여 실시함이 타당하다.

상기 보정광학계(300)는 일반적인 워블프리(Wobble-Free)광학계를 사용할 수 있으며, 도 6의 (a)에서 도시하는 바와 같이 본 발명에서는 상기 보정광학계(300)에 대한 일 예로 전, 후면이 각각 소정곡률의 네거티브곡면을 가지는 3개의 보정렌즈(301, 302, 303)로 구성하여 실시할 수 있다.

이때 상기 보정렌즈 중, 전방렌즈(301)와 중앙렌즈(302)의 전, 후면 좌우 곡률반경(r1, r2), (r3, r4)은 상, 하 곡률반경과 동일한 치수로 하고, 후방렌즈(303)의 경우 전면 좌우 곡률 반경(r5)과 상하 곡률 반경은 같고 후면의 좌우 곡률반경(r6)과 상하 곡률반경은 서로 다르게 형성하여 전방렌즈(301)의 전, 후면, 중앙렌즈(302)의 전, 후면, 후방렌지(303)의 전면까지는 구면이고, 후방렌즈(303)의 후면은 원환표면(Toric Surfac)으로 형성하여 실시할 수 있다.

상기의 네가티브 곡면으로 이루어진 3매의 보정렌즈(301, 302, 303)는 광속의 주사속도를 일정하게 하고, 광속의 주사방향과 수직으로 미세이동 하는 오차를 보정하는 역학을 하며, 특히 보정광학계(300)의 후방렌즈(303) 후면의 좌우 곡률(r6)은 상하 곡률 반경과 서로 다르게 형성되어, 상기 후방렌즈(303)의 좌우곡률(r6)은 주사방향으로의 광속주사 속도를 일정하게 하는데 기여하고 상하곡률은 폴리곤스캐너(103)의 경면 기울기에 의해 발생하는 광속의 이동을 방지하는데 기여하여 광 경로의 오차를 방지하고 광의 정확한 결상을 요구하는 자유도를 향상시켜준다.

또한, 상기 보정렌즈(301, 302, 303)의 제1면에서 6면은 네가티브 곡면으로 형성되므로, 주사방향의 초점거리 f1과, 주사방향과 수직인 방향으로의 초점거리 f2의 비를 3.0＜f1＜f2＜4.0의 범위에 오도록 설계하고, 상기 전방렌즈(301)의 후면 곡률반경(r2)을 중앙렌즈(302)의 전면 곡률 반경(r3)보다 크게 형성하여 광속을 효과적으로 집속할 수 있도록 실시함이 타당하다.

상기 보정광학계(300)의 또 다른 예로써 도 6의 (b)에서 도시하는 바와 같이, 평탄면과 요철면을 가지는 한쌍의 프리넬렌즈(304, 305)를 상기 평탄면이 상기 폴리곤스캐너(103)를 향하도록 배치하여 실시할 수 있다.

상기 구성에 의한 보정광학계(300)는 평탄면과 요철면으로 구성된 1개 이상의 프레넬 렌즈(304) (305)를 그 평탄면이 폴리곤스캐너(103)측으로 향하도록 나란히 설치하여, 광원(100)에서 발생한 광이 콜리메이팅렌즈(101) 및 촛점렌즈(102)를 통과하여 평행광을 형성한 후 폴리곤스캐너(103)에 의해 반사되면, 전방에 평탄면이 위치한 프레넬렌즈(304, 305)가 광의 투과율을 향상시키고 주사속도를 일정하게 하여 선형적인 초점 궤적을 형성시키며 특히 프레넬렌즈(304, 305)를 광학유닛(105, 106)과 근접하여 설치하는 경우 폴리곤스캐너(103)의 경면기울기에 의해 발생하는 흔들림을 보정하게 된다.

상기 광학유닛(105, 106)은 이미징렌즈(105)와, 반사미러(106)로 구성되는데, 상기 이미징렌즈(105)는 상기 주주사방향(A)으로 주사되는 스캔되는 광을 상기 기판(10)에 초점이 맞추어지도록 결상시킨다. 상기 반사미러(106)는 상기 이미징렌즈(105)에서 결상되는 광을 소정 경로로 반사시킴으로써, 상기 기판(10)으로 결상되도록 실시한다.

상기 광로인식부(108, 109)는 제1수광부(108)와, 제2수광부(109)를 구비한다. 상기 제1수광부(108)는 상기 폴리곤스캐너(103)에서 반사되는 광의 유효 광 경로 중에서 초기 광 경로를 갖는 광을 수광하여 초기 동기신호를 인식하기 위한 것으로서, 포토 다이오드를 사용하여 실시할 수 있다. 제1수광부(108)에서 수광된 신호는 상기 제어부(110)로 전달되고, 상기 제2수광부(109)는 상기 폴리곤스캐너(103)에서 반사되는 광의 유효 광 경로 중 마지막 광 경로를 갖는 광을 수광하여 마지막 동기신호를 인식하기 위한 것으로서 역시 포토 다이오드를 사용하여 실시할 수 있다. 이 제2수광부(109)에서의 수광신호는 제어부(110)로 전달된다.

상기 제어부(110)는 상기 광원 드라이버(111)와, 상기 모터 구동드라이버(113)와, 스테이지(400)를 구동시키는 스테이지 구동드라이버(115) 및 조정유닛 구동드라이버(117)를 구비하며, 상기 제어부(110)는 외부 정보원(120)에서 제공되는 절단정보를 근거로 상기 광원(100)의 온/오프 제어는 물론 그 온/오프 시간을 제어하되 상기 제1 및 제2수광부(108, 109)에서 전달되는 동기신호를 기초로 하여 상기 광원 드라이버(111)를 제어한다.

상기 외부 정보원(120)은 작업패턴를 프로그래밍할 수 있는 컴퓨터를 포함할 수 있다. 따라서 상기 컴퓨터는 미리 설정 또는 저장된 데이터를 작업패턴으로 프로그래밍하여 상기 제어부(110)로 공급한다. 상기 스테이지(130)에 놓이는 기 판(10)은 반도체 웨이퍼, LCD, PDP 패널, PCB 등 다양한 작업물을 대상으로 실시할 수 있다.

상기 구성에 의하면, 광원(100)에서는 일정한 파워로 레이저 광을 출사하고, 광원(100)에서 출사되는 레이저 광의 파워는 상기 드라이버(111)에 의해 제어된다. 또한 출사된 광의 파워는 상기 제1 및 제2수광부(108, 109)에 의해서 모니터링됨으로서, 제어부(100)는 모니터링된 출사광의 파워를 근거로 상기 드라이버(111)를 제어하게 된다.

출사된 광은 상기 콜리메이팅렌즈(101)와 촛점렌즈(102)를 통과하여 폴리곤스캐너(103)의 반사면으로 결상되는데, 상기 촛점렌즈(102)는 통상적인 실린드리컬렌즈(cylindrical lens) 또는 텔레센트릭렌즈(telecentric lens)를 사용하여 실시함이 타당하다. 이때, 폴리곤스캐너(103)는 고속으로 정속 회전하면서, 입사되는 광을 주주사 방향(A)으로 반사하여 스캔광을 형성하고 상기 보정광학계(300)는 스캔광의 오차를 보정하게 된다.

상기 스캔광은 이미징렌즈(105)를 통과하여 소정의 경로를 경유하는데, 상기 제1수광부(108)에서는 유효 광 경로를 갖는 광 경로 중에서 초기 광을 수광함으로써, 동기신호를 상기 제어부(110)로 전달한다. 그리고 제2수광부(109)에서는 유효 광 경로의 마지막 광을 수광함으로써, 동기신호를 상기 제어부(110)로 전달한다. 상기 제어부(110)에서는 상기 각 수광부(108,109)에서 전달된 동기신호를 근거로 하여, 상기 스테이지(400), 광원(100) 및 조정유닛(160)을 구동제어함으로써, 기판(10)상에 원하는 패턴, 마킹 및 절단작업을 수행할 수 있게 된다.

전술한 바와 같이 갈바노미터스캐너(200)와 폴리곤스캐너(103) 및 보정 광학계(300)를 이용하여 레이저에 의해 기판(10)의 가공작업을 수행 시, 정밀하고 신속한 가공이 가능하며, 에어플로팅 방식의 스테이지(400)상에서 기판(10)의 이송 및 가공작업을 수행하게 되어 기판(10)의 변형 및 손상을 방지하여 제품의 품질을 향상시키는 이점이 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 레이저 및 레이저의 경로를 조절하는 스캐너(scanner) 및 보정광학계를 이용하여 광 경로의 미세한 조절을 통하여 레이저에 의해 기판이나 글라스에 대해 마킹, 패턴, 커팅 및 드릴링 작업을 할 수 있도록 구성하되, 기판을 지지하는 스테이지에 기판과의 물리적 접촉을 방지할 수 있는 플로팅 유닛을 구비하여 기판과 스테이지와의 물리적 접촉을 방지하여 기판의 오염 및 스크래치를 방지함으로써 제품의 생산품질과 작업성을 향상시키는 탁월한 효력을 발휘하는 발명이다.

Claims

광을 발생하는 광원과, 상기 광원에서 발생한 광을 소정의 굴절각을 이루도록 반사하는 스캔부와, 상기 스캔부에서 반사된 광을 스테이지에 의해 지지되는 기판으로 안내하는 광학유닛과, 상기 스캔부에서 반사된 광의 유효 광 경로 중 초기 광 경로를 갖는 광을 수광하는 제1수광부와 마지막 광 경로를 갖는 광을 수광하는 제2수광부로 이루어진 광로인식부와, 상기 광로인식부에서 수신한 동기신호에 의해 상기 광원을 제어하는 제어부와, 상기 기판에 수행할 작업정보를 상기 제어부로 제공하는 외부정보부로 구성되는 레이저 가공장치에 있어서,

상기 스테이지는 상기 기판을 탈착하는 기판지지부와, 상기 스테이지에 다수가 내설되어 상기 기판이 안착되는 스테이지 상면으로 에어를 분출시키는 플로팅유닛과, 상기 플로팅유닛에 에어를 공급하는 에어공급부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 에어플로팅스테이지를 이용한 레이저 가공장치.
제 1항에 있어서,

상기 플로팅유닛은 상기 스테이지 내부에 설치된 플로팅튜브와, 상기 플로팅튜브의 끝단부에 상기 스테이지를 관통하여 형성되어 상기 스테이지 표면으로 에어를 분출시키는 에어관통공과, 상기 플로팅튜브 내부에 형성되어 상기 에어관통공에 에어를 공급하기 위한 에어공급통로로 형성되는 것을 특징으로 하는 에어플로팅스 테이지를 이용한 레이저 가공장치.
제 1항에 있어서,

상기 스캐너부는 갈바노미터스캐너와 상기 갈바노미터스캐너에서 반사되는 광 경로를 조절하는 다수의 반사면을 가지는 폴리곤스캐너 및 상기 폴리곤스캐너를 구동하는 스핀들모터로 구성되며,

상기 폴리곤스캐너의 출력단에 상기 폴리곤스캐너의 경면 기울기에 의한 광 경로의 오차보정을 위한 보정광학계가 장착된 것을 특징으로 하는 에어플로팅스테이지를 이용한 레이저 가공장치.