KR101026356B1

KR101026356B1 - Laser scanning device

Info

Publication number: KR101026356B1
Application number: KR1020100095755A
Authority: KR
Inventors: 이석준
Original assignee: 이석준
Priority date: 2010-10-01
Filing date: 2010-10-01
Publication date: 2011-04-05

Abstract

본 발명은 보다 정확한 스캐닝이 가능하면서, 레이저 빔 폭 및 출력을 조절하여 하나의 레이저 발진기와 스캐너의 구성으로서 다양한 폭의 스캐닝 빔을 형성하는 레이저 스캐닝 장치에 관한 것으로서, 레이저를 발생시키는 레이저 발진기, 상기 레이저 발진기에서 발생된 레이저가 스캔의 대상이 되는 기판상에 조사된는 위치의 XY 평면상의 위치를 이동시키는 스캐너, 볼록렌즈와 오목렌즈의 조합으로 구성되며, 상기 레이저 발진기와 스캐너의 사이에 구비되어 상기 볼록렌즈와 오목렌즈의 거리가 조절되어 상기 레이저 발진기로부터 방출된 레이저의 빔폭을 조절하는 빔 확장유닛을 포함하여 이루어지는 광학계 및, 기판상의 스캔 지점의 XY 평면상의 위치에 따라 해당 위치에 레이저가 조사되도록 상기 스캐너를 제어하며, 상기 기판상에 레이저가 조사되는 위치에 따라 달라지는 초점거리를 보정하여 상기 기판상에 초점이 형성되도록 상기 광학계를 제어하고, 상기 기판상의 레이저에 의해 스캔되는 선폭의 너비에 따라 상기 레이저의 빔폭을 제어하도록 상기 광학계를 제어하며, 조사되는 레이저 빔 폭에 상관없이 상기 기판에 일정한 에너지가 조사되도록 상기 레이저의 출력을 제어하는 제어부를 포함하여 이루어지는 레이저 스캐닝 장치가 제공된다.The present invention relates to a laser scanning device for generating a scanning beam of various widths as a configuration of one laser oscillator and a scanner by adjusting the laser beam width and output while enabling a more accurate scanning, the laser oscillator for generating a laser, the The laser generated from the laser oscillator is composed of a combination of a scanner, a convex lens and a concave lens, which move a position on an XY plane of a position irradiated onto a substrate to be scanned, and is provided between the laser oscillator and the scanner. An optical system including a beam expansion unit for controlling a beam width of a laser emitted from the laser oscillator by adjusting a distance between a convex lens and a concave lens, and irradiating a laser to a corresponding position according to a position on an XY plane of a scan point on a substrate; Controls the scanner, and a laser is mounted on the substrate. The optical system is controlled to correct a focal length that varies according to the position to be used, and the optical system is controlled to control the beam width of the laser according to the width of the line width scanned by the laser on the substrate. And a control unit for controlling the output of the laser so that a constant energy is irradiated onto the substrate irrespective of the laser beam width to be irradiated.

Description

Laser Scanning Device

본 발명은 가공대상물을 스캔하면서 패턴을 형성하거나 컷팅하거나, 용접하는 레이저 스캐닝 장치에 관한 것으로서, 좀 더 자세하게는, 보다 정확한 스캐닝이 가능하면서, 레이저 빔 폭 및 출력을 조절하여 레이저 발진기와 스캐너의 구성으로서 다양한 폭의 스캐닝 빔을 형성하는 레이저 스캐닝 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a laser scanning device for forming, cutting, or welding a pattern while scanning a workpiece, and more particularly, to configure a laser oscillator and a scanner by adjusting a laser beam width and output while enabling more accurate scanning. And a laser scanning device for forming scanning beams of various widths.

근래에 들어 재료의 절단, 용접 및 재료상에 패턴을 형성하는 공정에 있어서, 레이저의 사용이 증대되고 있다. In recent years, the use of a laser is increasing in the process of cutting, welding, and forming a pattern on a material.

상기 레이저를 사용하는 방법은 종래의 가공방법에 비해 가공속도 및 정밀도에서 현격한 우위를 보이므로 근래에 들어 그 사용이 여러 분야에 적용되고 있다.Since the method using the laser shows a sharp advantage in the processing speed and precision compared to the conventional processing method, the use of the laser has recently been applied to various fields.

한편, 근래에 들어 키보드나 마우스와 같은 입력장치를 사용하지 않고, 화면에 나타난 문자나 특정위치에 사람의 손 또는 물체가 닿으면 그 위치를 바악하여 특정한 기능을 처리하도록 하는 터치패널의 사용이 증대되고 있는데, 상기 터치패널 중 정전용량식 터치패널의 사용이 급증하고 있는 추세이다.On the other hand, in recent years, without using input devices such as a keyboard or a mouse, when a person's hand or an object touches a character or a specific location displayed on the screen, the use of the touch panel to fix a specific function is increased. The use of capacitive touch panels among the touch panels is increasing rapidly.

상기 정전용량식 터치패널에는 투명전극이 사용되는데, 종래에는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 투명전극을 생산하기 위해 증착과 세정, PR도포 및 노광, 현상, 식각, PR 박리, 검사 등의 공정을 순차적으로 진행해야 하였다. A transparent electrode is used for the capacitive touch panel. Conventionally, as illustrated in FIG. 1, processes such as deposition and cleaning, PR coating and exposure, development, etching, PR peeling, and inspection are performed to produce the transparent electrode. It was necessary to proceed sequentially.

그러나, 상기와 같은 방식은 공정이 복잡하고 여러 공정을 거쳐야 하므로 생산비가 증대하고 생산속도가 느린 단점이 있으며, 공정에 화학물질이 사용되어 환경오염의 우려가 있는 문제점이 있었다.However, the above-described method has a disadvantage in that the production cost is increased and the production speed is slow because the process is complicated and has to go through several processes, and there is a concern of environmental pollution due to the use of chemicals in the process.

근래에 들어 상기와 같은 투명전극등의 기판 생산에 레이저를 사용하는 가공장치가 소개되고 있는데, 이는 도 2에 도시된 바와 같이, 레이저 발진기(10) 반사경(20), 호모나이저(30) 및 기판(50)이 안착되는 XY 스테이지(40)등으로 이루어진다.Recently, a processing apparatus using a laser for producing a substrate such as a transparent electrode has been introduced. As shown in FIG. 2, the laser oscillator 10, the reflector 20, the homogenizer 30, and the substrate are illustrated. It consists of XY stage 40 etc. in which 50 is seated.

즉, 상기 레이저 발진기(10)에서 방출된 레이저가 반사경(20)을 통해 상기 호모나이저(30)로 입사되며, 상기 호모나이저(30)를 통과한 레이저가 상기 기판(50)으로 조사되어 기판 표면에 패턴을 형성시키는 것이다.That is, the laser emitted from the laser oscillator 10 is incident to the homogenizer 30 through the reflecting mirror 20, and the laser beam passing through the homogenizer 30 is irradiated onto the substrate 50 to expose the substrate surface. To form a pattern.

이 때, 상기 XY스테이지(40)가 평면상에서 이동하면서 상기 기판(50)상에 패턴이 형성되는 것이다.At this time, a pattern is formed on the substrate 50 while the XY stage 40 moves in a plane.

그러나, 상기와 같은 종래의 레이저 방식 가공장치는 다음과 같은 문제점이 있다.However, the conventional laser processing apparatus as described above has the following problems.

첫째, 상기 호모나이저를 통과한 빔이 수직 이외의 경로로 이동하면 광수차가 발생하여 동일한 높이의 평면상에 초점이 일정하게 맺히지 않는 현상이 있어, 상기 호모나이저의 바로 하측에 기판을 두고 상기 레이저는 고정되면서 하측의 XY스테이지가 이동하는 방식을 취하고 있는데, 이는 높은 질량의 XY스테이지가 이동되므로 관성에 의해 이동-정지시 오차가 발생할 수 있고 곡선가공 및 고속 가공에서 많은 위치 왜곡이 발생하는 문제점이 있다.First, when the beam passing through the homogenizer is moved in a path other than vertical, optical aberration occurs and the focus is not uniformly formed on a plane having the same height. Thus, the laser is placed on a substrate directly below the homogenizer. While the fixed XY stage moves while being fixed, this is because the high mass XY stage is moved, which may cause errors in movement-stop due to inertia, and there is a problem that many position distortions occur in curve processing and high speed machining. .

둘째, 상기와 같은 문제점을 보완하고자, 상기 레이저와 기판이 고정되며, 상기 레이저를 기판으로 반사시키는 반사경의 각도를 조절하는 스캐너가 구비되어 기판상에 패턴을 형성하는 방식이 제안되고 있으나, 이러한 경우, 반사경에 의해 반사되는 각도에 따라 기판 표면까지 도달하는 거리에 차이가 발생하게 되며 그에 따라 초점이 기판상에 형성되지 않는 문제점이 발생하게 된다.Second, in order to compensate for the above problems, the laser and the substrate are fixed, and a scanner is provided to control the angle of the reflector reflecting the laser to the substrate. As a result, a difference occurs in the distance to the substrate surface depending on the angle reflected by the reflector, thereby causing a problem in that the focal point is not formed on the substrate.

셋째, 상기 둘째 문제점을 해결하기 위해서 f-θ 렌즈나 텔레센트릭(telecentric)렌즈 등의 플랫 필드 렌즈(flat field lens)등이 더 구비되는 안이 연구되고 있으나, 상기 플랫 필드 렌즈는 일반적으로 고가이며 플랫 필드 렌즈가 구비된다고 하여도 초점이 모두 같은 평면에 위치하지 않는 등의 문제점이 있다.Third, in order to solve the second problem, a plan for further including a flat field lens such as an f-θ lens and a telecentric lens has been studied, but the flat field lens is generally expensive. Even if a flat field lens is provided, there is a problem that the focus is not all located at the same plane.

넷째, 호모나이저를 사용하게 되면 초점이 상하로 이동되는 폭의 조절이 매우 불리하여 평면 기판만 가공이 가능하며, 기판에 굴곡이 있는 등 높이의 변화가 있는 기판은 가공이 불가한 문제점이 있다. 또한, 평면 기판이라고 하여도 기판이 정밀하지 못하여 다소 굴곡이 있을 때엔 가공품질이 불량해지는 문제점이 있다.Fourth, the use of the homogenizer is very disadvantageous in the adjustment of the width to move the focus up and down is possible only processing a flat substrate, there is a problem that the substrate with a change in height, such as the bending of the substrate can not be processed. In addition, even when the substrate is not precise because the substrate is somewhat curved, there is a problem that the processing quality is poor.

다섯째, 기판에 조사되는 레이저 빔의 굵기(선폭)이 일정하므로, 상기 기판에 레이저를 이용하여 패턴을 형성할 때 일정한 폭의 패턴만을 형성할 수 있으며, 레이저의 굵기보다 굵은 폭의 패턴을 상기 레이저를 복수회 조사하여 형성해야 하는데 이러한 경우, 가공시간이 오래 소요되는 것은 물론 레이저가 겹치는 부분에는 레이저가 두번 조사되게 되므로 가공두께가 균일하지 않게 되는 문제점이 있다.Fifth, since the thickness (line width) of the laser beam irradiated onto the substrate is constant, only a certain width of the pattern may be formed when the pattern is formed on the substrate by using the laser, and the width of the laser beam is greater than the thickness of the laser. In this case, it is required to form a plurality of times, in this case, the processing time is long, as well as the laser overlaps the portion where the laser overlaps, there is a problem that the processing thickness is not uniform.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 다음과 같은 해결하고자 하는 과제를 가진다.The present invention is to solve the above problems, has the following problem to be solved.

첫째, 무거운XY스테이지를 움직이지 않고도 기판의 평면상에 레이저를 스캔할 수 있는 레이저 스캐닝 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.First, it is a problem to provide a laser scanning device capable of scanning a laser on a plane of a substrate without moving a heavy XY stage.

둘째, 레이저의 초점의 상하 조절이 가능하여, 초점이 기판상에 정확히 일치하도록 하며 단차진 부분 및 곡면의 표면 까지도 가공이 가능한 레이저 스캐닝 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.Second, it is an object of the present invention to provide a laser scanning device capable of vertically adjusting the focus of the laser so that the focus is exactly matched on the substrate and processing even the stepped portion and the curved surface.

셋째, 레이저 빔의 굵기(선폭) 및 출력을 조절하여 가공하고자 하는 패턴의 폭에 대응하여 패턴의 폭이 변하여도 한번에 스캔할 수 있는 레이저 스캐닝 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.Third, it is an object of the present invention to provide a laser scanning apparatus capable of scanning at one time even if the width of the pattern changes in response to the width of the laser beam (line width) and the output of the pattern to be processed.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 가우시안 형태의 레이저를 발생시키는 레이저 발진기, X축 미러와 Y축 미러 및 각 미러를 구동시키도록 구비되는 구동모터를 포함하여 이루어져, 상기 레이저 발진기에서 발생된 레이저가 스캔의 대상이 되는 기판상에 조사된는 위치의 XY 평면상의 위치를 이동시키는 스캐너, 볼록렌즈와 오목렌즈의 조합으로 구성되며, 상기 레이저 발진기와 스캐너의 사이에 구비되어 상기 볼록렌즈와 오목렌즈의 거리가 조절되어 상기 레이저 발진기로부터 방출된 레이저의 빔폭을 조절하는 빔 확장유닛을 포함하여 이루어지는 광학계 및, 기판상의 스캔 지점의 XY 평면상의 위치에 따라 해당 위치에 레이저가 조사되도록 상기 스캐너를 제어하며, 상기 기판상에 레이저가 조사되는 위치에 따라 달라지는 초점거리를 보정하여 상기 기판상에 초점이 형성되도록 상기 광학계를 제어하고, 상기 기판상의 레이저에 의해 스캔되는 선폭의 너비에 따라 상기 레이저의 빔폭을 제어하도록 상기 광학계를 제어하며, 조사되는 레이저 빔 폭에 상관없이 상기 기판에 일정한 에너지가 조사되도록 상기 레이저의 출력을 제어하는 제어부를 포함하여 이루어지는 레이저 스캐닝 장치가 제공된다.In order to solve the above problems, according to an embodiment of the present invention, comprising a laser oscillator for generating a Gaussian type laser, an X-axis mirror and a Y-axis mirror and a drive motor provided to drive each mirror. And a combination of a convex lens and a concave lens to move a position on an XY plane of a position at which the laser generated from the laser oscillator is irradiated onto a substrate to be scanned, and provided between the laser oscillator and the scanner. An optical system including a beam expansion unit configured to adjust the distance between the convex lens and the concave lens to adjust the beam width of the laser emitted from the laser oscillator, and the laser at the corresponding position according to the position on the XY plane of the scan point on the substrate. Controlling the scanner to be irradiated, depending on the position of the laser being irradiated on the substrate The large laser is controlled to control the optical system to correct the focal length to form a focal point on the substrate, and to control the optical system to control the beam width of the laser according to the width of the line width scanned by the laser on the substrate. There is provided a laser scanning device including a control unit for controlling the output of the laser so that a constant energy is irradiated to the substrate irrespective of the beam width.

또한, 볼록렌즈와 오목렌즈의 조합으로 구성되며, 상기 레이저 발진기로부터 방출된 레이저의 Z축상 초점의 위치를 조절하는 포커싱 유닛이 더 구비될 수 있다.In addition, a focusing unit may be further comprised of a combination of a convex lens and a concave lens, and adjusts the position of the Z-axis focus of the laser emitted from the laser oscillator.

상기 제어부는, 상기 기판상에 레이저가 조사되는 위치에 따라 달라지는 초점거리를 보정하여 상기 기판상에 초점이 형성되도록 상기 포커싱 유닛을 제어하여 Z축상의 초첨 위치를 제어하도록 이루어질 수 있다.The control unit may be configured to control the focusing unit on the Z-axis by controlling the focusing unit so as to form a focus on the substrate by correcting a focal length that varies depending on a position at which the laser is irradiated on the substrate.

또한, 상기 레이저 발진기에서 방출되는 레이저 빔 출력 분포를 변환시키는 빔 모드 변환기가 더 구비될 수도 있다.In addition, a beam mode converter for converting the laser beam power distribution emitted from the laser oscillator may be further provided.

상기 제어부는, 상기 빔 모드 변환기의 위치를 변화시키면서, 상기 빔 모드 변환기를 통하여 방출되는 레이저의 빔 출력 분포를 변화시키도록 이루어질 수 있다.The control unit may be configured to change the beam output distribution of the laser emitted through the beam mode converter while changing the position of the beam mode converter.

상기 빔 모드 변환기는 호모제나이저일 수도 있다.The beam mode converter may be a homogenizer.

상기 빔 모드 변환기는 상기 빔 확장유닛의 후측과 스캐너의 사이에 구비될 수 있다.The beam mode converter may be provided between the rear side of the beam expansion unit and the scanner.

그리고, 상기 스캐너에 의해 기판에 조사되는 레이저의 초첨을 평면의 기판상에 맺히도록 하는 플랫 필드 렌즈가 더 구비될 수 있다.In addition, a flat field lens may further include a focusing laser beam irradiated onto the substrate by the scanner on a flat substrate.

또 한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르며, 기판상의 스캔지점의 XY 평면상의 위치에 따라 해당 위치에 레이저가 조사되도록 상기 스캐너의 X축 미러와 Y축 미러를 제어하며, 상기 스캐너에 의해 상기 기판상에 레이저가 조사되는 위치에 따라 달라지는 초점거리를 보정하여 상기 초점이 기판상에 형성되도록 광학계를 제어하고, 상기 기판상에 레이저에 의해 스캔되는 선폭의 너비에 따라 상기 레이저의 빔폭을 제어하도록 상기 광학계를 제어하며, 상기 기판에 일정한 에너지가 조사되도록 상기 레이저의 출력을 조절하는 레이저 스캐닝 장치의 제어방법이 제공된다.According to another embodiment of the present invention, an X-axis mirror and a Y-axis mirror of the scanner are controlled so that the laser is irradiated to the corresponding position according to the position on the XY plane of the scan point on the substrate, and the substrate is controlled by the scanner. The optical system is controlled so as to correct the focal length depending on the position at which the laser is irradiated onto the substrate so that the focus is formed on the substrate, and the beam width of the laser is controlled according to the width of the line width scanned by the laser on the substrate. There is provided a control method of a laser scanning device that controls an optical system and adjusts the output of the laser to irradiate constant energy to the substrate.

상기 기판상에 스캔되는 레이저의 빔폭이 넓어질 경우, 상기 레이저의 출력을 상승시킬 수 있다.When the beam width of the laser scanned on the substrate is widened, the output of the laser can be increased.

상기와 같은 본 발명의 레이저 스캐닝 장치에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.According to the laser scanning device of the present invention as described above has the following effects.

첫째, 기판 및 레이저를 고정시킨 체로 저 질량의 반사경이 가동되면서 기판의 평면상에 레이저를 스캔하므로 무거운 XY스테이지가 구동되지 않아 관성에 따른 오차가 줄어들게 되므로 보다 정밀하고 보다 빠른 가공속도를 구현할 수 있다.First, since the laser is scanned on the plane of the substrate while the reflector of the mass is fixed with the substrate and the laser fixed, the heavy XY stage is not driven so that the error due to inertia is reduced, thereby enabling more accurate and faster processing speed. .

둘째, 레이저 초점의 상하 조절이 가능하므로 초점이 기판상에 정확히 일치하도록 조절할 수 있어 가공정밀도가 향상되며 단차진 부분 및 곡면의 표면 까지도 가공이 가능한 효과를 발휘한다.Second, since the laser focus can be adjusted up and down, the focus can be adjusted exactly on the substrate, which improves the processing precision and enables the processing of even the stepped portions and curved surfaces.

셋째, 초점의 상하 조절이 가능하므로 고가의 플랫 필드 렌즈를 사용할 필요가 없으며, 플랫 필드 렌즈를 사용할 경우에도 플랫 필드 렌즈에 따른 왜곡을 보정할 수 있어 보다 정밀한 가공이 가능한 효과를 가진다.Third, since the focus can be adjusted up and down, there is no need to use an expensive flat field lens, and even when the flat field lens is used, distortion due to the flat field lens can be corrected, thereby enabling more precise processing.

넷째, 레이저 빔의 굵기(선폭) 및 출력을 조절하여 가공하고자 하는 패턴의 폭에 대응하여 패턴의 폭이 변하여도 한번에 스캔할 수 있어 가공속도가 빨라지며, 레이져가 두번 조사되는 부분이 없어지게 되므로 가공 두께가 일정해지는 효과가 있다.Fourth, by adjusting the thickness (line width) and output of the laser beam, scanning can be performed at a time even if the width of the pattern changes to correspond to the width of the pattern to be processed, thereby increasing the processing speed and eliminating the part irradiated twice by the laser There is an effect that the processing thickness is constant.

다섯째, 종래에 정전용량식 터치패널에 구비되는 투명전극에 패턴을을 생산형성시키기 위해서는 증착과 세정, PR도포 및 노광, 현상, 식각, PR 박리, 검사 등의 공정을 순차적으로 진행해야 했으나, 본 발명의 레이저 스캐닝 장치를 사용하면 PR도포 및 노광, 현상, 식각, PR 박리의 공정을 하나의 공정으로 단축시킬 수 있으며 유해한 화학물질을 사용할 필요가 없어 환경오염의 우려가 없다.Fifth, in order to produce and form a pattern on a transparent electrode provided in a capacitive touch panel, processes such as deposition, cleaning, PR coating and exposure, development, etching, PR peeling, and inspection have to be sequentially performed. The laser scanning device of the present invention can shorten the process of PR coating, exposure, development, etching, and PR peeling to one process, and there is no fear of environmental pollution since there is no need to use harmful chemicals.

여섯째, 빔 모드 변환기를 이동시킴으로서 조사되는 레이저 빔의 모드를 조절할 수 있어, 패터닝이나 용접, 컷팅 등 해당 공정에 최적화된 빔의 모드를 제공할 수 있어 하나의 장치로 다양한 공정에 적용될 수 있는 범용성을 제공한다.Sixth, it is possible to adjust the mode of the laser beam to be irradiated by moving the beam mode converter, it is possible to provide a mode of the beam optimized for the process, such as patterning, welding, cutting, versatility that can be applied to various processes with a single device to provide.

도 1은 종래의 투명전극 기판의 제조과정을 도시한 도면;
도 2는 종래의 레이저 스캐닝 장치를 도시한 도면;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 스캐닝 장치의 구성을 간략하게 도시한 도면;
도 4는 본 발명의 레이저 스캐닝 장치에 의해 패터닝 가공되는 기판을 도시한 평면도;
도 5는 도 3의 빔 확장유닛의 구성의 일 예를 간략하게 도시한 측면도;
도 6은 도 3의 빔 확장유닛의 구성의 다른 예를 간략하게 도시한 측면도;
도 7은 도 4의 스캐너의 구성을 간략하게 도시한 사시도;
도 8은 입력되는 레이저 빔의 직경과 초점위치에서의 레이저 빔의 직경이 반비례 하는 모습을 도시한 도면;
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 스캐닝 장치에 구성을 간략하게 도시한 도면;
도 10은 도 8의 포커싱 유닛의 구성을 간략하게 도시한 측면도;
도 11은 기판상에 조사되는 레이저가 스캔됨에 따라 레이저의 초점이 형성되는 위치가 변하는 형태를 간략하게 도시한 측면도;
도 12는 단차진 형태의 기판상에 조사되는 레이저가 스캔됨에 따라 레이저의 초점이 형성되는 위치가 변하는 형태를 간략하게 도시한 측면도;
도 13은 곡률진 형태의 기판상에 조사되는 레이저가 스캔됨에 따라 레이저의 초점이 형성되는 위치가 변하는 형태를 간략하게 도시한 측면도; 그리고,
도 14는 빔 모드 변환기의 위치가 변함에 따라 레이저의 모드가 변하는 형태를 도시한 도면 이다.1 is a view showing a manufacturing process of a conventional transparent electrode substrate;
2 shows a conventional laser scanning device;
3 is a diagram schematically showing a configuration of a laser scanning apparatus according to an embodiment of the present invention;
4 is a plan view showing a substrate patterned by the laser scanning device of the present invention;
5 is a side view briefly showing an example of the configuration of the beam expansion unit of FIG.
6 is a side view briefly showing another example of the configuration of the beam expansion unit of FIG.
7 is a perspective view briefly showing a configuration of the scanner of FIG. 4;
FIG. 8 is a view showing that the diameter of an input laser beam is inversely proportional to the diameter of the laser beam at a focus position;
9 is a view briefly showing a configuration of a laser scanning apparatus according to another embodiment of the present invention;
FIG. 10 is a side view briefly showing the configuration of the focusing unit of FIG. 8; FIG.
FIG. 11 is a side view briefly illustrating a form in which a position where a focal point of the laser is formed changes as the laser irradiated onto the substrate is scanned; FIG.
FIG. 12 is a side view briefly illustrating a form in which a position where a focal point of a laser is formed changes as a laser beam irradiated onto a stepped substrate is scanned; FIG.
FIG. 13 is a side view briefly illustrating a form in which a position where a focal point of a laser is formed changes as a laser beam irradiated onto a curved curved substrate is scanned; FIG. And,
14 is a diagram illustrating a mode in which a laser mode changes as the position of the beam mode converter changes.

이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of this embodiment, the same name and the same reference numerals are used for the same configuration and additional description thereof will be omitted.

본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 스캐닝 장치는 도 3에 도시된 바와 같이, 레이저 발진기(110)와 광학계, 스캐너(150) 및 제어부(180)를 포함하여 이루어질 수 있다.As shown in FIG. 3, the laser scanning apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention may include a laser oscillator 110, an optical system, a scanner 150, and a controller 180.

상기 레이저 스캐닝 장치는 가공의 대상물이 되는 기판(170)에 패턴을 형성하거나 용접 또는 컷팅 등의 가공을 하는 장치로서, 이하의 설명에서는 정전용량식 터치패널의 글래스 기판에 투명전극의 패턴을 형성하는데 적용되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.The laser scanning device is a device for forming a pattern on the substrate 170 to be processed, such as welding or cutting, and in the following description, forms a pattern of a transparent electrode on a glass substrate of a capacitive touch panel. The application will be described by way of example.

상기 글래스 기판(170)은 도 4에 도시된 바와 같이 일면에 소정 형태의 패턴이 형성되어야 한다. 그리고, 상기 패턴은 그 선폭이 서로 다를 수 있다. 즉, 폭이 가는 패턴(172)과 폭이 두꺼운 패턴(174)이 혼재되는 것이다.
As shown in FIG. 4, the glass substrate 170 should have a predetermined pattern formed on one surface thereof. The patterns may have different line widths. That is, the narrow pattern 172 and the thick pattern 174 are mixed.

상기 레이저 발진기(110)는 일반적으로 가우시안 형태의 가운데 부분의 출력이 세고 주변부로 갈수록 출력이 약해지는 형태의 출력 분포를 나타내는 상태로 출력된다.
The laser oscillator 110 is generally output in a state indicating an output distribution in the form of a Gaussian-shaped center portion of the output is strong and the output is weakened toward the peripheral portion.

상기 광학계는 상기 레이저 발진기(110)로부터 방출된 레이저의 빔폭을 조절하는 빔 확장유닛(120)을 포함하여 이루어진다.
The optical system includes a beam expansion unit 120 that adjusts the beam width of the laser emitted from the laser oscillator 110.

상기 빔 확장유닛은 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 볼록렌즈(122, 128)와 오목렌즈(124, 126)로 구비되며, 볼록렌즈(122)의 후측에 오목렌즈(124)가 구비되거나, 오목렌즈(126)의 후측에 볼록렌즈(128)가 구비될 수도 있다. As shown in FIGS. 5 and 6, the beam extension unit includes convex lenses 122 and 128 and concave lenses 124 and 126, and a concave lens 124 is provided on the rear side of the convex lens 122. Alternatively, the convex lens 128 may be provided on the rear side of the concave lens 126.

상기와 같은 볼록렌즈와 오목렌즈들은 어느 하나가 이동하거나 모두 이동하여 상호 가까워지거나 멀어지는 방향으로 위치가 이동되면서 각 렌즈를 통과한 레이저 빔의 폭(굵기)가 넓어지거나 좁아지게된다.As the convex lens and the concave lens are moved in one or both of the convex lenses, the positions (or thicknesses) of the laser beams passing through each lens become wider or narrower as the position is moved toward or away from each other.

또한, 상기와 같이 볼록렌즈(122, 128)와 오목렌즈(124, 126)로 이루어진 빔 확장유닛은 상기 레이저 빔의 폭뿐만 아니라 볼록렌즈(122, 128)와 오목렌즈(124, 126)간의 거리 조절로서 상기 레이저 빔의 초점이 형성되는 위치도 위치도 상기 레이저의 진행방향으로 어느정도 조절 가능하다.
In addition, as described above, the beam extension unit including the convex lenses 122 and 128 and the concave lenses 124 and 126 may have a distance between the convex lenses 122 and 128 and the concave lenses 124 and 126 as well as the width of the laser beam. As an adjustment, the position and position where the focal point of the laser beam is formed can be adjusted to some extent in the advancing direction of the laser.

상기 스캐너(150)는 상기 광학계를 통과한 레이저 빔이 상기 기판(170)상의 스캔 지점의 XY평면상에 위치에 따라 해당 위치에 조사되도록 상기 레이저 빔을 반사시키는 구성요소이다.The scanner 150 is a component that reflects the laser beam such that the laser beam passing through the optical system is irradiated at the corresponding position according to the position on the XY plane of the scan point on the substrate 170.

상기와 같은 스캐너(150)는 도 7에 도시된 바와 같이, X축 미러(152)와 Y축 미러(154), X축 모터(156)와 Y축 모터(158)를 포함하여 이루어질 수 있다.As illustrated in FIG. 7, the scanner 150 may include an X-axis mirror 152, a Y-axis mirror 154, an X-axis motor 156, and a Y-axis motor 158.

즉, 상기 레이저 빔이 X축 미러(152)와 Y축 미러(154)에 순차적으로 반사되면서 상기 X축 모터(156)와 Y축 모터(158)에 의해 각도가 변경되는 X축 미러(152)와 Y축 미러(154)에 의해 상기 기판(170)으로 반사되면서 기판(170)에 조사되는 위치가 이동되면서 스캐닝 되는 것이다.That is, the X-axis mirror 152 whose angle is changed by the X-axis motor 156 and the Y-axis motor 158 while the laser beam is sequentially reflected to the X-axis mirror 152 and the Y-axis mirror 154. And the position reflected by the Y-axis mirror 154 to the substrate 170 while being irradiated to the substrate 170 is moved and scanned.

여기서, 스캐닝이란, 상기 레이저 빔이 기판(170) 표면을 훑어 내려가는 것을 의미하며, 레이저 빔의 출력 및 조사량 등의 변수에 따라 스캐닝되는 지점에 패터닝을 할 수도 있고, 용접을 할 수도 있고 컷팅을 할 수도 있다.Here, the scanning means that the laser beam sweeps down the surface of the substrate 170, and may be patterned, welded, or cut at the point to be scanned according to variables such as the output and the irradiation amount of the laser beam. It may be.

따라서, 상기 레이저 발진기(110)에서 출력된 레이저 빔은 상기 광학계의 빔 확장유닛(120)를 거치면서 그 빔 폭이 조절되며, 상기 스캐너(150)에서 상기 기판(170)으로 반사되면서 기판(170)을 스캐닝 하게 되는 것이다.
Accordingly, the laser beam output from the laser oscillator 110 passes through the beam expansion unit 120 of the optical system, and the beam width thereof is adjusted, and the substrate 170 is reflected from the scanner 150 to the substrate 170. ) Will be scanned.

상기 제어부(180)는, 전술한 상기 레이저 발진기(110)와 광학계 및 스캐너(150)를 제어하는 구성요소이다.The controller 180 is a component that controls the laser oscillator 110, the optical system, and the scanner 150 described above.

상기 제어부(180)에는 상기 기판(170)의 형태 및 상기 기판(170)에 스캐닝 하고자 하는 지점들의 XY좌표 및 해당 지점의 Z축상 좌표에 대한 데이터가 사전에 입력되어 있을 수 있다. 또한, 스캐닝되는 지점의 스캔 되어야 할 폭에 대한 데이터도 입력되어 있을 수도 있다.The controller 180 may be previously inputted with the shape of the substrate 170 and data about the XY coordinates of the points to be scanned on the substrate 170 and the Z-axis coordinates of the corresponding points. In addition, data on the width to be scanned of the spot to be scanned may also be input.

따라서, 상기 제어부(180)는 상기 스캐너(150)의 X축 미러(152)와 Y축 미러(154)를 제어하여 상기 기판(170)상의 스캔 지점의 XY평면상 위치에 따라 해당 위치에 레이저 빔이 조사되도록 상기 스캐너(150)를 제어할 수 있다.Accordingly, the controller 180 controls the X-axis mirror 152 and the Y-axis mirror 154 of the scanner 150 to position the laser beam at the corresponding position according to the XY plane position of the scan point on the substrate 170. The scanner 150 may be controlled to irradiate this.

또한, 상기 제어부(180)는 상기 기판(170)의 해당 위치에서 스캐닝 되어야 할 폭에 따라 상기 레이저 빔이 기판(170)상에 맺히는 초점의 폭(굵기)를 조절할 수 있다.In addition, the controller 180 may adjust the width (thickness) of the focal point where the laser beam is formed on the substrate 170 according to the width to be scanned at the corresponding position of the substrate 170.

초점위치의 레이저 빔의 지름은 입력도는 빔의 지름과 반비례 관계에 있는데, 이는 도 8을 참조하여 다음의 식으로 표현될 수 있다.The diameter of the laser beam at the focal position is inversely related to the diameter of the beam, which can be expressed by the following equation with reference to FIG. 8.

즉, 상기 광학계에서 조절되는 레이저 빔의 굵기가 굵을수록 초점위치에 형성되는 레이저 빔의 폭(굵기)는 좁아진다. 반대로 레이저 빔의 굵기가 가늘수록 초점위치에 형성되는 레이저 빔의 폭(굵기)은 넓어지게 된다. 이러한 변화는 선형적으로 일어나며, 상기 광학계의 빔 확장유닛(120)을 제어함으로써 초점위치에 형성되는 레이저 빔의 폭 또한 제어할 수 있다.
That is, as the thickness of the laser beam controlled by the optical system becomes thicker, the width (thickness) of the laser beam formed at the focusing position becomes narrower. On the contrary, the thinner the laser beam, the wider the width of the laser beam formed at the focal position. This change occurs linearly, and by controlling the beam expansion unit 120 of the optical system can also control the width of the laser beam formed at the focus position.

따라서, 상기 광학계의 빔 확장유닛(120)을 제어하면 상기 기판(170)의 스캐닝 되어야 할 지점의 너비에 따라 해당지점에 조사되는 레이저의 빔폭을 제어할 수 있는 것이다.Therefore, by controlling the beam expansion unit 120 of the optical system it is possible to control the beam width of the laser irradiated to the corresponding point according to the width of the point to be scanned of the substrate 170.

또한, 상기 빔 확장유닛(120)의 볼록렌즈(122, 128)와 오목렌즈(124, 126)간의 거리를 조절하면서 상기 레이저 빔이 초점을 형성하는 위치도 소정 폭 조절이 가능하다. 따라서, 상기 제어부(180)에서는 상기 빔 확장유닛(120)의 볼록렌즈(122, 128)와 오목렌즈(124, 126)간의 위치를 적절히 조절하여 상기 레이저의 빔폭을 제어함과 동시에 상기 레이저 빔의 초점이 상기 기판(170)상에 맺히도록 초점의 위치를 조절할 수도 있다.In addition, while adjusting the distance between the convex lens (122, 128) and the concave lens (124, 126) of the beam expansion unit 120, the position where the laser beam forms a focal point can also be adjusted. Therefore, the controller 180 controls the beam width of the laser beam while appropriately adjusting the position between the convex lenses 122 and 128 and the concave lenses 124 and 126 of the beam expansion unit 120 and at the same time. The position of the focus may be adjusted so that the focus is formed on the substrate 170.

한편, 상기 제어부(180)는 상기 레이저의 출력을 조절할 수 있다. 즉, 상기 기판(170) 상에 형성되는 레이저의 빔 폭이 커지면 상기 기판(170)의 단위면적당 가해지는 에너지는 줄어들게 되므로, 상기 레이저 빔 폭의 변화에도 상기 기판(170)의 단위면적당 가해지는 에너지는 동일하도록 상기 레이저의 출력을 변화시키는 것이다.On the other hand, the controller 180 may adjust the output of the laser. That is, as the beam width of the laser formed on the substrate 170 increases, the energy applied per unit area of the substrate 170 decreases, so that the energy applied per unit area of the substrate 170 also changes in the laser beam width. Is to change the output of the laser to be the same.

즉, 상기 기판(170)상에 조사되는 레이저의 빔 폭이 커지면 상기 레이저의 출력을 높이고, 상기 기판(170)상에 조사되는 레이저의 빔 폭이 작아지면 상기 레이저의 출력을 낮추어 상기 기판(170)의 단위면적당 가해지는 에너지는 동일하도록 상기 레이저 발진기(110)를 제어할 수 있다. 이 때, 상기 레이저 발진기(110)의 출력조절은 상기 레이저 발진기(110)에 가해지는 전압 또는 전류를 조절함으로써 이룰 수 있다.
That is, when the beam width of the laser irradiated on the substrate 170 increases, the output of the laser increases, and when the beam width of the laser irradiated on the substrate 170 decreases, the output of the laser decreases to lower the substrate 170. The laser oscillator 110 may be controlled to have the same energy applied per unit area. At this time, the output control of the laser oscillator 110 may be achieved by adjusting the voltage or current applied to the laser oscillator 110.

이하에서는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 스캐닝 장치를 설명하고자 한다.Hereinafter, a laser scanning apparatus according to another embodiment of the present invention will be described.

본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 스캐닝 장치는 도 9에 도시된 바와 같이, 레이저 발진기(110)와 광학계, 빔 모드 변환기(130) 및 스캐너(150)와 제어부(182)를 포함하여 이루어 질 수 있다.As shown in FIG. 9, a laser scanning apparatus according to another embodiment of the present invention may include a laser oscillator 110, an optical system, a beam mode converter 130, a scanner 150, and a controller 182. have.

상기 레이저 발진기(110)와 스캐너(150)는 전술한 실시예와 동일하므로 자세한 설명은 전술한 실시예의 설명으로 갈음하기로 한다.
Since the laser oscillator 110 and the scanner 150 are the same as the above-described embodiment, detailed description will be replaced with the description of the above-described embodiment.

한편, 상기 광학계는 빔 확장유닛(120)과 포커싱 유닛(140)을 포함하여 이루어질 수 있다. 이 중 상기 빔 확장유닛(120)은 전술한 실시예의 빔 확장유닛(120)과 동일하므로 설명을 생략하며 상기 포커싱 유닛(140)에 대하여 설명하기로 한다.The optical system may include a beam expansion unit 120 and a focusing unit 140. Since the beam expansion unit 120 is the same as the beam expansion unit 120 of the above-described embodiment, a description thereof will be omitted and the focusing unit 140 will be described.

상기 포커싱 유닛(140)은 상기 빔 확장유닛(120)과 스캐너(150) 사이에 구비될 수 있으며, 상기 레이저 발진기(110)로부터 방출되어 기판(170) 표면에 조사되는 레이저 빔의 초점의 레이저 빔 진행방향 상의 위치를 조절하는 구성요소이다.The focusing unit 140 may be provided between the beam expansion unit 120 and the scanner 150, and the laser beam of the focal point of the laser beam emitted from the laser oscillator 110 and irradiated onto the surface of the substrate 170. It is a component that controls the position on the traveling direction.

상기 포커싱 유닛(140)은 도 10에 도시된 바와 같이 오목렌즈(142)와 볼록렌즈(144)의 조합으로 이루어지며 상기 오목렌즈(142)와 볼록렌즈(144)들 중 어느 하나가 이동하거나 모두 이동하여 상호 가까워지거나 멀어지는 방향으로 위치가 이동되면서 각 렌즈를 통과한 레이저 빔의 초점이 형성되는 위치가 멀어지거나 가까워지도록 실시간으로 조절할 수 있다. As shown in FIG. 10, the focusing unit 140 is a combination of the concave lens 142 and the convex lens 144, and any one of the concave lens 142 and the convex lenses 144 moves or both. The position of the laser beam passing through each lens may be adjusted in real time so that the position of the laser beam passing through each lens moves away from each other.

이 때, 상기 포커싱 유닛(140)은 전술한 빔 확장유닛(120)의 초점 조절능력보다 더 우수하고 폭 넓은 초점 조절능력을 가지도록 이루어지는 것이 바람직하다.At this time, the focusing unit 140 is preferably made to have a wider focusing ability and superior to the focusing ability of the above-described beam expansion unit 120.

상기 스캐너(150)에 의해 기판으로 반사된 레이저 빔(l)은 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 기판(170)상에 조사되는 위치에 따라 스캐너(150)로부터의 거리가 멀어지거나 가까워질 수 있다. 즉, 상기 스캐너(150)의 직하부에 대응되는 지점의 거리가 제일 짧으며, 그로부터 멀어질수록 상기 스캐너(150)로부터의 거리가 멀어지게 되는 것이다. As shown in FIG. 11, the laser beam l reflected by the scanner 150 to the substrate may be closer or closer to the distance from the scanner 150 depending on the position irradiated on the substrate 170. have. That is, the distance of the point corresponding to the lower part of the scanner 150 is the shortest, and the further away from it, the farther the distance from the scanner 150 becomes.

따라서, 항상 상기 평면의 기판(170)의 표면상에 레이저 빔(l)의 초점을 형성시키기 위해서 상기 포커싱 유닛(140)의 제어를 통해 레이저 빔(l)의 초점이 형성되는 거리를 가까워지게 하거나 멀어지게 하는 것이다.Therefore, in order to always form the focus of the laser beam 1 on the surface of the substrate 170 in the plane, the distance at which the focus of the laser beam 1 is formed under the control of the focusing unit 140 is approached or close. It's far away.

또한, 상기와 같이 레이저 빔(l)의 초점이 형성되는 거리를 조절함에 따라 상기 기판(170)으로부터의 상하측(Z축) 방향으로 초점이 맺히는 위치를 조절할 수 있도 있다.In addition, by adjusting the distance at which the focal point of the laser beam 1 is formed as described above, the position where the focal point is focused in the vertical direction (Z axis) direction from the substrate 170 may be adjusted.

즉, 도 12에 도시된 바와 같이 기판에 단차진 부분(176)존재한다던가, 또는 도 13에 도시된 바와 같이 가공대상물인 기판이 곡면(178) 형성된다고 하여도, 상기 포커싱 유닛(140)을 제어하여 레이저 빔(l)의 초점이 형성되는 거리를 조절하여 기판(170)의 가공면에 레이저 빔(l)의 초점이 정확하게 맺히게 하는 것이 가능하다.That is, even if the stepped portion 176 is present on the substrate as shown in FIG. 12, or the substrate that is the object to be processed is formed as shown in FIG. 13, the focusing unit 140 is formed. By controlling the distance at which the focal point of the laser beam 1 is formed, it is possible to accurately focus the laser beam 1 on the processing surface of the substrate 170.

이는, 본 발명의 레이저 스캐닝 장치가 평면형태의 기판뿐만 아니라 단차진 형태의 기판은 물론, 곡면 형태의 기판 표면에도 스캐닝을 할 수 있음을 의미하며, 또한, 평면형태의 기판이라 할 지라도 제작오차나 보관여부에 따라 평면이 다소 뒤틀릴 수도 있는데, 이러한 기판에 대해서도 정밀하게 스캐닝할 수 있음을 의미한다. This means that the laser scanning device of the present invention can scan not only a flat substrate but also a stepped substrate, as well as a curved substrate surface. The plane may be slightly distorted depending on whether it is stored, which means that the substrate can be scanned accurately.

물론, 상기와 같이 단차지거나 곡면 형태이거나 또는 다소 오차가 있는 형태의 기판에 스캐닝하기 위해서는 상기 기판의 단차진 형태 및 곡면 형태 및 오차의 형태에 대한 데이터가 제어부(182)에 입력되어 있어야 함은 물론이며, 별도의 기판의 가공면의 형태에 대한 수치정보를 측정하는 측정장치(미도시)가 구비되어 실시간으로 측정하도록 이루어질 수도 있다
Of course, in order to scan the stepped, curved or somewhat error-like substrate as described above, data about the stepped shape, the curved shape and the error shape of the substrate should be input to the controller 182. And, there is provided a measuring device (not shown) for measuring the numerical information on the shape of the processing surface of the separate substrate may be made to measure in real time.

상기 빔 모드 변환기(130)는 상기 레이저 발진기(110)에서 출력되는 레이저 빔의 출력 분포를 변환시켜 패터닝, 용접, 컷팅 등 가공하고자 하는 공정에 최적화된 형태의 모드의 레이저 빔을 제공하는 구성요소이다.The beam mode converter 130 is a component that provides a laser beam in a mode optimized for a process to be processed by patterning, welding, cutting by converting an output distribution of the laser beam output from the laser oscillator 110. .

상기 레이저 발진기(110)에서 방출되는 레이저 빔은 가우시안 형태의 출력분포를 나타낸다. 이러한 레이저 빔의 출력 분포는 가운데 부분이 피크를 이루고 주변으로 갈 수록 낮아지는 형태를 보이며 이러한 가우시안 형태의 레이저 빔을 두께가 얇거나 강도가 약한 필름과 같은 재질의 기판에 조사하면 가공두께가 균일하지 못하게 되거나 원하지 않게 천공되는 등의 문제점이 있다.The laser beam emitted from the laser oscillator 110 represents a Gaussian type output distribution. The power distribution of the laser beam is peaked at the center and becomes lower toward the periphery. When the Gaussian laser beam is irradiated onto a substrate made of a material such as a thin film or a weak strength, the processing thickness is not uniform. There are problems such as being lost or undesirably punctured.

따라서, 상기 빔 모드 변환기(130)에서 상기 가우시안 형태의 레이저 빔을 가공하고자 하는 공정 및 기판의 재료에 최적화된 모드의 레이저 빔으로 변환시킴으로써 해당 공정을 효율적으로 진행할 수 있도록 하는 것이다.Therefore, the beam mode converter 130 converts the Gaussian-type laser beam into a laser beam in a mode optimized for the process and the material of the substrate, so that the process can be efficiently performed.

상기 빔 모드 변환기(130)는 일종의 호모제나이저(homogenizer)일 수 있으며, 입사된 레이저 빔을 탑플랫(Top-flat)형태 등의 다른 형태의 출력 분포를 가지도록 변환시키는 구성요소이다.The beam mode converter 130 may be a kind of homogenizer, and is a component that converts the incident laser beam to have another form of output distribution such as a top-flat form.

한편, 상기 빔 모드 변환기(130)는 도 14에 도시된 바와 같이, 그 위치가 이동되면서 형성하는 모드가 다를 수 있다. 여기서 모드란 상기 레이저 빔의 출력 분포의 형태를 칭하는 의미이다.Meanwhile, as illustrated in FIG. 14, the beam mode converter 130 may have a different mode formed while the position thereof is moved. Here, the mode means a form of the output distribution of the laser beam.

도 14는 상기 빔 모드 변환기(130)의 일종인 호모제나이저에서 변환된 레이저 빔이 설정된 거리보다 짧거나 길어질 때 해당 위치에서의 레이저 빔의 출력분포를 도시한 도표이다. 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 설정된 거리와 일치할 때 레이저 빔의 모드는 전면이 평평한 탑플랫 형태가 되며, 설정된 거리보다 짧은 거리로 갈수록 세기가 낮아지고 둥그스런 형태를 이루고, 설정된 거리보다 긴 거리로 갈수록 빔의 출력 분포가 양측이 높고 가운데가 낮은 형태로 이루어져 링 형태로 나타나게 된다.FIG. 14 is a diagram illustrating an output distribution of a laser beam at a corresponding position when the laser beam converted by the homogenizer, which is a type of the beam mode converter 130, is shorter or longer than a set distance. As can be seen in the figure, the laser beam mode has a flat top surface in the front when it matches the set distance, and the intensity decreases and becomes rounder as the distance goes shorter than the set distance, and the distance longer than the set distance. As the direction of the beam is distributed, the output of the beam is formed in the form of a ring having a high side and a low center.

한편, 패터닝이나 용접, 컷팅 등의 공정에 따라 보다 좋은 효율을 나타내는 레이저 빔의 모드가 각각 다르다. 일 예를 들면 패터닝 공정에서는 일반적으로 탑플랫형태의 레이저 빔 모드가 적절하며, 용접 공정에서는 링 형태의 레이저 빔 모드가 적절할 수 있다.On the other hand, the mode of the laser beam which shows better efficiency differs according to processes, such as patterning, welding, and cutting. For example, in the patterning process, the top flat laser beam mode is generally suitable, and in the welding process, the ring type laser beam mode may be appropriate.

따라서, 공정에 따라 상기 빔 모드 변환기(130)의 위치를 이동하여 해당 공정에 최적화된 레이저 빔 모드를 제공할 수 있다.Therefore, the position of the beam mode converter 130 may be moved according to a process to provide a laser beam mode optimized for the corresponding process.

그리고, 상기 빔 모드 변환기(130)는 상기 빔 확장유닛(120)과 포커싱 유닛(140)사이에 위치되는 것이 바람직하나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 레이저 발진기(110)와 빔 확장유닛(120)의 사이에 구비될 수도 있고, 상기 포커싱 유닛(140)과 스캐너(150)의 사이에 위치될 수도 있는 등 그 설치위치에 대해서는 한정하지 않는다.
And, the beam mode converter 130 is preferably located between the beam expansion unit 120 and the focusing unit 140, the present invention is not limited to this, the laser oscillator 110 and the beam expansion unit It may be provided between the 120, may be located between the focusing unit 140 and the scanner 150, and the installation position is not limited.

또한, 상기 스캐너(150)와 기판(170)의 사이에 플랫필드렌즈(Flat Field Lens: 160)가 더 구비될 수 있다. 상기 플랫필드렌즈(160)는 상기 스캐너(150)에서 반사되어 기판(170)으로 조사되는 레이저 빔의 초점이 상기 기판(170)의 평면상에 보다 정밀하게 위치되도록 조력(助力)하는 구성요소이며, 상기 플랫필드렌즈(160)가 구비될 경우 상기 레이저 빔의 초점이 상기 기판(170)의 평면상의 보다 정확한 위치에 맺히도록 할 수 있다.In addition, a flat field lens 160 may be further provided between the scanner 150 and the substrate 170. The flat field lens 160 is a component that assists the laser beam reflected from the scanner 150 and irradiated onto the substrate 170 to be positioned more precisely on the plane of the substrate 170. When the flat field lens 160 is provided, the laser beam may be focused at a more accurate position on the plane of the substrate 170.

상기와 같은 플랫필드렌즈(160)로는 f-θ렌즈 및 텔레센트릭(telecentric) 렌즈 등이 사용될 수 있다.
As the flat field lens 160, an f-θ lens and a telecentric lens may be used.

따라서, 상기 레이저 발진기(110)에서 출력된 레이저 빔은 상기 광학계의 빔 확장유닛(120)를 거치면서 그 굵기가 조절되며, 상기 빔 모드 변환기(130)를 거치면서 레이저 빔의 모드가 변환되고, 상기 포커싱 유닛(140)을 거치면서 초점거리가 조절되며 상기 스캐너(150)에서 상기 기판으로 반사되면서 기판을 스캐닝 하게 되는 것이다.
Therefore, the thickness of the laser beam output from the laser oscillator 110 is adjusted while passing through the beam expansion unit 120 of the optical system, the mode of the laser beam is converted while passing through the beam mode converter 130, The focal length is adjusted while passing through the focusing unit 140 and the substrate is scanned by the scanner 150 while being reflected from the scanner 150.

상기 제어부(182)는, 전술한 상기 레이저 발진기(110)와 빔 확장유닛(120), 빔 모드 변환기(130), 포커싱 유닛(140) 및 스캐너(150)를 제어하는 구성요소이다.The controller 182 is a component that controls the laser oscillator 110, the beam expansion unit 120, the beam mode converter 130, the focusing unit 140, and the scanner 150 described above.

상기 제어부(182)에는 상기 기판(170)의 형태 및 상기 기판(170)에 스캐닝 하고자 하는 지점들의 XY좌표 및 해당 지점의 Z축상 좌표에 대한 데이터가 사전에 입력되어 있을 수 있다. 또한, 스캐닝되어야 할 지점의 폭에 대한 데이터도 입력되어 있을 수도 있다.The controller 182 may be previously inputted with the shape of the substrate 170 and data regarding the XY coordinates of the points to be scanned on the substrate 170 and the Z-axis coordinates of the corresponding points. In addition, data on the width of the point to be scanned may also be input.

또한, 스캐닝 되는 대상 기판(170)의 재질 및 공정의 종류와 함께 기판(170)의 스캐닝되는 면의 단차정보 및 곡면정보 또는 오차정보 등도 함께 입력되어있을 수도 있다.In addition, the step information and the curved surface information or the error information of the scanned surface of the substrate 170 may be input together with the material and the type of the process of the target substrate 170 to be scanned.

따라서, 상기 제어부(182)는 상기 스캐너(150)의 X축 미러와 Y축 미러를 제어하여 상기 기판(170)상의 스캔 지점의 XY평면상의 위치에 따라 해당 위치에 레이저 빔이 조사되도록 상기 스캐너(150)를 제어할 수 있다.Accordingly, the controller 182 controls the X-axis mirror and the Y-axis mirror of the scanner 150 so that the laser beam is irradiated to the corresponding position according to the position on the XY plane of the scan point on the substrate 170. 150) can be controlled.

또한, 상기 제어부(182)는 상기 기판(170)의 스캐닝 되어야 할 지점의 폭에 따라 상기 레이저 빔(l)이 기판상에 맺히는 초점의 폭(굵기)를 조절할 수 있다.In addition, the controller 182 may adjust the width (thickness) of the focal point where the laser beam 1 forms on the substrate according to the width of the point to be scanned of the substrate 170.

즉, 상기 광학계에서 조절되는 레이저 빔(l)의 굵기가 굵을수록 초점위치에 형성되는 레이저 빔의 폭(굵기)는 좁아진다. 반대로 레이저 빔의 굵기가 가늘수록 초점위치에 형성되는 레이저 빔의 폭(굵기)은 넓어지게 된다. 이러한 변화는 선형적으로 일어나며, 상기 광학계의 빔 확장유닛(120)을 제어함으로써 초점위치에 형성되는 레이저 빔의 폭 또한 제어할 수 있다.That is, the thicker the thickness of the laser beam 1 controlled by the optical system, the narrower the width of the laser beam formed at the focal position. On the contrary, the thinner the laser beam, the wider the width of the laser beam formed at the focal position. This change occurs linearly, and by controlling the beam expansion unit 120 of the optical system can also control the width of the laser beam formed at the focus position.

따라서, 상기 광학계의 빔 확장유닛(120)을 제어하면 상기 기판의 스캐닝 되어아 할 지점의 폭의 너비에 따라 해당지점에 조사되는 레이저 빔의 빔폭을 제어할 수 있는 것이다.Therefore, by controlling the beam expansion unit 120 of the optical system it is possible to control the beam width of the laser beam irradiated to the corresponding point according to the width of the width of the point to be scanned of the substrate.

또한, 상기 제어부(182)에 기 입력된 기판(170)의 스캐닝되어야 할 지점의 Z축상의 정보를 바탕으로 상기 레이저 빔의 초점거리를 계산하고 이를 바탕으로 상기 포커싱 유닛(140)을 조절하여 레이저 빔의 초점이 기판(170)의 가공면 상에 형성되도록 상기 포커싱 유닛(140)의 렌즈간의 거리를 조절할 수 있다.In addition, the focal length of the laser beam is calculated based on the information on the Z-axis of the point to be scanned of the substrate 170 previously input to the controller 182, and the focusing unit 140 is adjusted based on the laser beam. The distance between the lenses of the focusing unit 140 may be adjusted such that the focal point of the beam is formed on the processed surface of the substrate 170.

그리고, 상기 제어부(182)에 기 입력된 기판(170)의 재질 및 공정의 종류에 따라 상기 빔 모드 변환기(130)의 위치를 조절하여 해당 재질 및 공정에 최적화된 레이저 빔 모드를 제공할 수 있다.In addition, the laser beam mode optimized for the material and the process may be provided by adjusting the position of the beam mode converter 130 according to the type of the material and the process of the substrate 170 previously input to the controller 182. .

한편, 상기 제어부(182)는 상기 레이저 발진기의 출력을 조절할 수 있다. 즉, 상기 기판(170)상에 형성되는 레이저 빔의 폭이 커지면 상기 기판(170)의 단위면적당 가해지는 에너지는 줄어들게 되므로, 상기 레이저 빔 폭의 변화에도 상기 기판(170)의 단위면적당 가해지는 에너지는 동일하도록 상기 레이저 발진기(110)의 출력을 변화시키는 것이다.Meanwhile, the controller 182 may adjust the output of the laser oscillator. In other words, when the width of the laser beam formed on the substrate 170 is increased, the energy applied per unit area of the substrate 170 decreases, and thus the energy applied per unit area of the substrate 170 even when the laser beam width is changed. Is to change the output of the laser oscillator 110 to be the same.

즉, 상기 기판(170)상에 형성되는 레이저 빔의 폭이 커지면 상기 레이저의 출력을 높이고, 상기 기판상에 형성되는 레이저 빔의 폭이 작아지면 상기 레이저의 출력을 낮추어 상기 기판(170)의 단위면적당 가해지는 에너지가 동일하도록 상기 레이저 발진기(110)를 제어할 수 있다. 이 때, 상기 레이저 발진기(110)의 출력 조절은 상기 레이저 발진기(110)에 가해지는 전압 또는 전류를 조절함으로써 이룰 수 있다.
That is, when the width of the laser beam formed on the substrate 170 increases, the output of the laser increases, and when the width of the laser beam formed on the substrate decreases, the output of the laser decreases so that the unit of the substrate 170. The laser oscillator 110 may be controlled to have the same energy applied per area. At this time, the output control of the laser oscillator 110 may be achieved by adjusting the voltage or current applied to the laser oscillator 110.

이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
As described above, a preferred embodiment according to the present invention has been described, and the fact that the present invention can be embodied in other specific forms in addition to the above-described embodiments without departing from the spirit or scope thereof has ordinary skill in the art. It is obvious to them. Therefore, the above-described embodiments should be regarded as illustrative rather than restrictive, and thus, the present invention is not limited to the above description and may be modified within the scope of the appended claims and their equivalents.

110: 레이저 발진기 120: 빔 확장유닛
122, 128: 볼록렌즈 124, 126: 오목렌즈
130: 빔 모드 변환기 140: 포커싱 유닛
142: 오목렌즈 144: 볼록렌즈
150: 스캐너 152: X축 미러
154: Y축 미러 156: X축 모터
158: Y축 모터 160: 플랫 필드 렌즈
170: 기판 172: 가는 폭의 패턴
174: 굵은 폭의 패턴 176: 가공면이 단차진 기판
178: 가공면이 굴곡진 기판 180, 182: 제어부110: laser oscillator 120: beam expansion unit
122, 128: convex lens 124, 126: concave lens
130: beam mode converter 140: focusing unit
142: concave lens 144: convex lens
150: scanner 152: X-axis mirror
154: Y-axis mirror 156: X-axis motor
158: Y-axis motor 160: flat field lens
170: substrate 172: pattern of narrow width
174: Pattern of wide width 176: Substrate with stepped surface
178: substrate with curved surface 180, 182: control unit

Claims

A laser oscillator for generating a laser;
And a driving motor provided to drive the X-axis mirror, the Y-axis mirror, and each mirror, wherein the laser beam generated by the laser oscillator is irradiated onto the substrate to be scanned to position on the X and Y planes. A moving scanner;
Consists of a combination of convex and concave lenses, the beam expansion unit is provided between the laser oscillator and the scanner to adjust the distance between the convex lens and the concave lens to adjust the beam width of the laser emitted from the laser oscillator An optical system made up of;
The scanner is controlled so that the laser is irradiated to the position according to the position on the X, Y plane of the scan point on the substrate,
The optical system is controlled to form a focal point on the substrate by correcting a focal length that varies depending on the position at which the laser is irradiated on the substrate.
The optical system is controlled to control the beam width of the laser according to the width of the line width scanned by the laser on the substrate,
A controller configured to control an output of the laser such that constant energy is irradiated onto the substrate irrespective of the laser beam width irradiated;
Laser scanning device comprising a.

The method of claim 1,
And a focusing unit, comprising a combination of a convex lens and a concave lens, for adjusting a position of a Z-axis focus of the laser emitted from the laser oscillator.

The method of claim 2,
The control unit,
And a focal point on the Z-axis by controlling the focusing unit so as to form a focal point on the substrate by correcting a focal length that varies depending on the position at which the laser is irradiated on the substrate.

The method of claim 1,
And a beam mode converter for converting a laser beam output distribution emitted from the laser oscillator.

The method of claim 4, wherein
The control unit,
And varying the beam power distribution of the laser emitted through the beam mode converter while changing the position of the beam mode converter.

The method of claim 4, wherein
And the beam mode transducer is a homogenizer.

The method of claim 4, wherein
And the beam mode converter is provided between the rear side of the beam expansion unit and the scanner.

The method of claim 1,
And a flat field lens for converging the focus of the laser irradiated onto the substrate by the scanner on a flat substrate.

It controls the X-axis mirror and Y-axis mirror of the scanner including the X-axis mirror and the Y-axis mirror so that the laser is irradiated to the position according to the position on the X, Y plane of the scanning point on the substrate,
The optical system is controlled so that the focal point is formed on the substrate by correcting a focal length that varies depending on the position at which the laser is irradiated onto the substrate by the scanner.
The optical system is controlled to control the beam width of the laser according to the width of the line width scanned by the laser on the substrate,
The control method of the laser scanning device for adjusting the output of the laser so that a constant energy is irradiated to the substrate.

10. The method of claim 9,
And increasing the output of the laser when the beam width of the laser beam scanned on the substrate is widened.

10. The method of claim 9,
A method of controlling a laser scanning device, comprising moving a beam mode converter to provide an output distribution of a laser beam optimized for a required process.