KR101299234B1 - 2빔 가공이 가능한 레이저 가공 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

개시된 레이저 가공 장치는 2빔 가공이 가능한 레이저 가공 장치로서, 입사되는 레이저 빔을 제1방향과 이와 직교하는 제2방향 중 적어도 한 방향으로 편향시키는 제1스캐너와, 제1스캐너의 입사점에 입사되는 제1레이저 빔과, 제1레이저 빔과 평행하지 않은 제2레이저 빔과, 제1레이저 빔에 대한 제2레이저 빔의 각도를 조절하여 제2레이저 빔을 입사점에 입사시키는 제2스캐너와, 제1스캐너의 출사측에 배치되어 제1, 제2레이저 빔을 각각 가공 대상물의 서로 다른 위치에 집광시키는 집광 렌즈를 포함한다.

Description

2빔 가공이 가능한 레이저 가공 장치 및 방법{Laser machining apparatus and method being capable of 2-beam-machining}

본 발명은 2빔을 이용하여 동시에 가공할 수 있는 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법에 관한 것이다.

레이저 가공 장치는 레이저 발진기로부터 출사되는 레이저 빔을 스캐너를 통하여 가공 대상물에 조사한다. 이에 의하여 대상물의 일 평면에 대한 마킹, 노광, 식각, 펀칭, 스크라이빙 등의 레이저 가공이 수행될 수 있다.

정밀한 가공을 위하여 레이저 빔은 가공 대상물에 수직으로 입사될 필요가 있다. 이를 위하여, 소정의 입사각도 범위의 광을 가공 대상물에 수직으로 입사시키기 위한 텔레센트릭 렌즈가 채용된다.

가공 속도를 향상시키기 위하여, 스캐너는 레이저 빔을 예를 들어 X, Y 방향으로 편향시킬 수 있다. 두 방향으로 레이저 빔을 편향시키기 위하여 일반적으로 두 개의 스캔수단이 채용된다. 예를 들어 요동되는 X-스캔미러를 구비하는 X-스캔수단과, 요동되는 Y-스캔미러를 구비하는 Y-스캔수단이 채용될 수 있다. 광학계의 설계시에 일반적으로 텔레센트릭 렌즈의 입사동(aperture stop)을 X-스캔미러와 Y-스캔미러 사이에 위치시켜 광학계를 설계하게 된다.

두 개의 레이저 빔을 이용하여 동시에 가공을 수행하고자 하는 경우에는 두 개의 레이저 빔을 각각 편향시키기 위한 두 개의 스캐너가 필요하다. 이 경우, 개별적으로 스캔된 두 개의 레이저 빔을 하나의 텔레센트릭 렌즈로 집광시키는 경우에, 두 개의 스캐너에 대한 텔레센트릭 렌즈의 입사동이 서로 달라 두 개의 레이저 빔의 광학적 특성이 서로 달라질 수 있으며, 이는 균일한 가공품질에 장애가 될 수 있다.

본 발명은 하나의 스캐너를 이용하여 두 개의 레이저 빔을 편향시켜 집광 렌즈에 입사시킬 수 있는 레이저 가공 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 2빔 가공이 가능한 레이저 가공 장치는, 입사되는 레이저 빔을 제1방향과 이와 직교하는 제2방향 중 적어도 한 방향으로 편향시키는 제1스캐너; 상기 제1스캐너의 입사점에 입사되는 제1레이저 빔; 상기 제1레이저 빔과 평행하지 않은 제2레이저 빔; 상기 제1레이저 빔에 대한 상기 제2레이저 빔의 각도를 조절하여 상기 제2레이저 빔을 상기 입사점에 입사시키는 제2스캐너; 상기 제1스캐너의 출사측에 배치되어 상기 제1, 제2레이저 빔을 각각 가공 대상물의 서로 다른 위치에 집광시키는 집광 렌즈;를 포함한다.

상기 레이저 가공 장치는, 각각 상기 제1, 제2레이저 빔을 발생시키는 제1 제2레이저 발생기;를 포함할 수 있다.

상기 레이저 가공 장치는, 레이저 발생기로부터 조사되는 레이저 빔을 상기 제1, 제2레이저 빔으로 분할하는 광 분리기;를 구비할 수 있다.

상기 제2스캐너는, 상기 제1방향과 상기 제2방향 중 어느 한 방향으로 이동가능하며 상기 제2레이저 빔을 반사시켜 상기 입사점으로 입사시키는 제3편향유닛;을 포함할 수 있다.

상기 제1스캐너는 상기 입사되는 레이저 빔을 제1방향 및 이와 직교하는 제2방향으로 각각 순차로 편향시키는 제1, 제2편향유닛;을 포함하며, 상기 입사점은 상기 제1편향유닛에 위치될 수 있다.

상기 제2스캐너는, 상기 제1방향과 상기 제2방향 중 어느 한 방향으로 이동가능하며 상기 제2레이저 빔을 상기 제1방향과 상기 제2방향 중 다른 방향으로 반사시키는 제3편향유닛; 상기 제1방향 및 제2방향으로 이동가능하며, 상기 제3편향유닛에 의하여 반사된 상기 제2레이저 빔을 상기 입사점으로 입사시키는 제4편향유닛;을 포함할 수 있다. 상기 제3편향유닛은 상기 제1방향과 상기 제2방향 중 어느 한 방향으로 이동가능한 제1스테이지에 설치되며, 상기 제4편향유닛은 상기 제1스테이지에 상기 제1방향과 상기 제2방향 중 다른 방향으로 이동가능하게 설치되는 제2스테이지에 설치될 수 있다. 상기 제4편향유닛은 반사미러와, 상기 반사미러를 회동시켜 반사각도를 조절하는 구동 모터를 포함할 수 있다.

상기 집광 렌즈는 텔레센트릭 렌즈일 수 있다.

본 발명에 따른 2빔 가공이 가능한 레이저 가공 장치는, 입사되는 레이저 빔을 제1방향과 이와 직교하는 제2방향으로 순차로 편향시키는 제1, 제2편향유닛을 포함하는 제1스캐너; 상기 제1편향유닛의 입사점에 입사되는 제1레이저 빔; 상기 제1방향으로 조사되는 제2레이저 빔; 상기 제1방향으로 이동가능하며, 상기 제2레이저 빔을 반사시켜 상기 입사점으로 입사시키는 제3편향유닛; 상기 제1스캐너의 출사측에 배치되어 상기 제1, 제2레이저 빔을 각각 가공 대상물의 서로 다른 위치에 집광시키는 텔레센트릭 렌즈;를 포함한다.

상기 제3편향유닛은 상기 제2레이저 빔을 상기 제2방향으로 반사시키며, 상기 제2방향으로 이동가능하며, 상기 레이저 가공 장치는, 상기 제3편향유닛에 의하여 반사된 제2레이저 빔을 상기 입사점에 입사시키는 제4편향유닛;을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 2빔 가공이 가능한 레이저 가공 방법은, (a) 제1레이저 빔을 제1스캐너의 입사점에 입사시켜 제1방향과 이와 직교되는 제2방향 중 적어도 한 방향으로 편향시키는 단계; (b) 제2레이저 빔을 상기 제1레이저 빔에 대하여 기울어지게 상기 제1스캐너의 입사점에 입사시켜 상기 제1방향과 상기 제2방향 중 적어도 한 방향으로 편향시키는 단계; (c) 집광 렌즈를 이용하여 상기 편향된 제1, 제2레이저 빔을 가공 대상물에 집속시키는 단계;를 포함한다.

상기 (b) 단계는, 상기 제2레이저 빔을 상기 제1, 제2방향 중 어느 한 방향으로 조사하는 단계; 제3편향유닛을 상기 어느 한 방향으로 이동시키고, 상기 제3편향유닛을 이용하여 상기 제2레이저 빔을 반사시켜 상기 입사점으로 입사시키는 단계를 포함할 수 있다.

상기 (b) 단계는, 상기 제2레이저 빔을 상기 제1, 제2방향 중 어느 한 방향으로 조사하는 단계; 제3편향유닛을 어느 한 방향으로 이동시키고, 상기 제3편향유닛을 이용하여 상기 제2레이저 빔을 상기 제1방향과 상기 제2방향 중 다른 방향으로 반사시키는 단계; 제4편향유닛을 상기 다른 방향으로 이동시키고, 상기 제4편향유닛을 이용하여 상기 제3편향유닛에 의하여 반사된 제2레이저 빔을 반사시켜 상기 입사점으로 입사시키는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 집광 렌즈는 텔레센트릭 렌즈일 수 있다.

상술한 본 발명의 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법에 따르면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 두 개의 레이저 빔이 상호 각도를 이루도록 스캐너의 동일한 입사점에 입사시킴으로써, 가공 대상물 상의 상호 편위된 두 위치에서 동시에 가공이 가능하다. 따라서, 신속하고 효율적인 가공이 가능하며, 가공 범위를 확장할 수 있다.

둘째, 두 개의 레이저 빔이 공통의 입사동을 통하여 집광 렌즈에 입사되므로, 두 레이저 빔의 광학적 특성이 동일하다. 따라서, 가공 균일도가 향상된 2빔 레이저 가공 장치 및 방법의 구현이 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 레이저 가공 장치의 일 실시예의 구성도.
도 2는 도 1에 도시된 레이저 가공 장치의 일 실시예에 적용된 제1, 제2스캐너의 광학적 구성의 일 예를 개략적으로 도시한 사시도.
도 3은 도 1에 도시된 레이저 가공 장치의 일 실시예에 적용된 제1, 제2스캐너의 광학적 구성의 다른 예를 개략적으로 도시한 사시도.
도 4는 도 1에 도시된 레이저 가공 장치의 일 실시예에 적용된 제1, 제2스캐너의 광학적 구성의 다른 예를 개략적으로 도시한 사시도.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 2빔 가공이 가능한 레이저 가공 장치, 및 방법의 실시예들을 설명한다.

도 1에는 본 발명에 따른 레이저 가공 장치의 일 실시예를 도시한 구성도이다. 도 1을 참조하면, 본 실시예의 레이저 가공 장치는 두 개의 레이저 빔(L1)(L2)을 집광 렌즈(300)를 이용하여 테이블(50)에 탑재된 가공 대상물(W)에 집광시켜, 예를 들어 마킹, 식각, 노광, 펀칭, 스크라이빙 등의 가공작업을 수행한다. 테이블(50) 및/또는 광학유닛(500)은 후술하는 가공 범위(S, S1, S2, S3)를 이동시키기 위하여 X 방향 및/또는 Y방향으로 이동될 수 있다.

두 개의 레이저 빔(L1)(L2)은 예를 들어 하나의 레이저 발생기(101)로부터 조사되는 레이저 빔(L)을 광 분리기(103)를 이용하여 분기하여 생성할 수 있다. 또한, 두 개의 레이저 빔(L1)(L2)은 레이저 발생기(101)(102)로부터 각각 조사될 수도 있다. 광 분리기(103)는 예를 들어 편광 방향, 예를 들어 S편광 또는 P편광에 따라 광을 투과 또는 반사시키는 편광 분리기일 수 있다. 또한, 광 분리기(103)는 입사되는 레이저 빔을 일부 투과, 일부 반사시키는 하프 미러일 수도 있다.

이하에서는 하나의 레이저 발생기(101)로부터 조사되는 레이저 빔(L)을 광 분리기(103)를 이용하여 분기하여 제1, 제2레이저 빔(L1)(L2)을 생성하는 경우에 대하여 설명한다.

제1레이저 빔(L1)을 가공 대상물(W)의 원하는 위치에 조사하기 위하여 예를 들어 제1스캐너(100)가 채용된다. 제1스캐너(100)는 X 방향(제1방향) 또는 Y 방향(제2방향) 또는 X 방향과 Y 방향으로 레이저 빔을 편향시키는 것이다. 이하에서 설명되는 제1스캐너(100)는 X 방향과 Y 방향으로 레이저 빔을 편향시키는 2축 스캐너이다.

도 2를 보면, 레이저 발생기(101)로부터 조사되는 레이저 빔(L)은 광 분리기(103)에 의하여 제1, 제2레이저 빔(L1)(L2)으로 분기된다. 예를 들어, 제1레이저 빔(L1)은 광 분리기(103)를 투과하며, 제2레이저 빔(L2)은 광 분리기(103)에 의하여 반사되어 X 방향으로 진행된다.

제1스캐너(100)는 제1레이저 빔(L1)을 X 방향으로 편향시키기 위한 제1편향유닛(120)과, 레이저 빔을 Y 방향으로 편향시키기 위한 제2편향유닛(130)이 마련된다. 제1편향유닛(120)은 X-편향 미러(121)와 X-편향 모터(122)를 포함하며, 제2편향유닛(130)은 Y-편향 미러(131)와 Y-편향 모터(132)를 포함한다. 제1레이저 빔(L1)은 제1편향유닛(120)의 입사점(P), 즉 X-편향 미러(121)의 표면의 소정 위치에 입사된다. X-편향 미러(121)가 회동되면 제1레이저 빔(L1)은 X 방향으로 편향된다. X 방향으로 편향된 제1레이저 빔(L1)은 제2편향유닛(130)에 입사된다. Y-편향 미러(131)가 회동됨에 따라 제1레이저 빔(L1)은 Y 방향으로 편향된다.

집광 렌즈(300)는 X 방향과 Y 방향으로 편향된 제1레이저 빔(L1)을 가공 대상물(W)의 소정 위치에 집광시킨다. 집광 렌즈(300)는 예를 들어 텔레센트릭 렌즈일 수 있으며, 소정 각도 범위 이내로 입사되는 빔을 가공 대상물(W)에 수직으로 입사시킨다. 집광 렌즈(300)는 입사각도에 따라 결상점의 위치가 선형적으로 결정되는 에프-세타 기능을 갖는 에프-세타 텔레센트릭 렌즈일 수도 있다. 집광 렌즈(300)의 광학 설계의 기준이 되는 입사동(400)은 텔레센트릭 오차가 X 방향 또는 Y 방향으로 일방적으로 편중되지 않도록 예를 들어 제1, 제2편향유닛(120)(130) 사이로 결정될 수 있다.

상술한 구성에 의하여 제1스캐너(100)를 이용하여 제1레이저 빔(L1)을 X 방향과 Y 방향으로 편향시켜 가공 대상물(W)의 원하는 위치에 조사할 수 있다.

가공 속도를 향상시키기 위하여 두 개의 레이저 빔으로 동시에 가공을 수행할 수 있다. 이 경우에 두 개의 레이저 빔을 위한 별도의 집광 렌즈(300)를 마련하는 것은 추가적인 비용부담을 초래할 수 있다. 또한, 두 개의 레이저 빔을 각각의 집광 렌즈로 집광하는 경우에는 두 개의 레이저 빔의 광학적 특성의 차이로 인하여 가공의 균일성이 저해될 수도 있다. 본 실시예의 레이저 가공 장치 및 방법은, 제2레이저 빔(L1)(L2)을 제1스캐너(100)를 이용하여 X 방향 및/또는 Y 방향으로 편향시키고, 공용의 집광 렌즈(300)를 이용하여 가공 대상물(W) 상에 제1, 제2레이저 빔(L1)(L2)을 조사함으로써 2빔 가공이 가능한 것을 특징으로 한다. 제1, 제2레이저 빔(L1)(L2)을 가공 대상물(W) 상의 다른 위치에 조사하기 위하여 제2스캐너(200)가 마련된다.

도 2를 참조하면, 제2스캐너(200)는 제3편향유닛(210)을 포함할 수 있다. 제3편향유닛(210)은 반사 미러(211)와 구동 모터(212)를 포함할 수 있다. 제3편향유닛(210)은 X 방향으로 이동될 수 있다. 예를 들어 제3편향유닛(210)은 X 방향으로 이동되는 스테이지(213)에 탑재될 수 있다. 광 분리기(103)에 의하여 레이저 빔(L)으로부터 분리된 제2레이저 빔(L2)은 예를 들어 X 방향으로 진행된다. 제3편향유닛(210)은 제1레이저 빔(L1)에 대하여 X 방향으로 소정 거리 이격된 위치에서 제2레이저 빔(L2)을 반사시켜 제1스캐너(100)의 입사점(P), 예를 들어 제1편향유닛(120)의 입사점(P)에 입사시킨다. 스테이지(213)가 X 방향으로 이동됨에 따라 제3편향유닛(210)의 위치가 X 방향으로 변하면, 도시되지 않은 제어부는 예를 들어 도시되지 않은 엔코더의 검출신호로부터 제3편향유닛(210)의 위치를 검출하고, 이 위치정보에 기반하여 구동 모터(212)를 구동하여 제2레이저 빔(L1)이 입사점(P)으로 입사되도록 반사 미러(211)를 회동시킨다. 따라서, 제2레이저 빔(L2)은 제3편향유닛(210)의 X 방향의 위치에 무관하여 항상 입사점(P)으로 입사될 수 있다. 제2레이저 빔(L2)은 제1스캐너(100)에 의하여 X 방향 및 Y 방향으로 편향되며 집광 렌즈(300)에 의하여 가공 대상물(W)에 집광된다.

상기한 구성에 의하여 제1레이저 빔(L1)과 제2레이저 빔(L2)을 동일한 제1스캐너(100) 및 집광 렌즈(300)를 이용하여 가공 대상물(W)에 조사할 수 있다. 가공 대상물(W) 상에서 제1레이저 빔(L1)에 대한 제2레이저 빔(L2)의 X 방향의 편위량은 XZ평면에서 입사점(P)에 입사되는 제1, 제2레이저 빔(L1)(L2) 사이의 각도와 집광 렌즈(300)의 초점 거리에 의하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 집광 렌즈(300)의 초점 거리를 f, 제1, 제2레이저 빔(L1)(L2) 사이의 각도를 Θ_X(radian)라 하면, X 방향의 편위량 dx는

dx = f× Θ_X

가 된다.

상기한 구성에 의하여, 가공 대상물(W) 상에서 제1레이저 빔(L1)을 이용한 가공과 함께 제1레이저 빔(L1)으로부터 dx 만큼 떨어진 위치에 제2레이저 빔(L2)을 조사하여 동시에 두 위치에 대한 가공이 가능한다. 즉, 제1레이저 빔(L1)에 의하여 S로 표시된 가공 범위에 걸쳐 가공이 가능하며, 제2레이저 빔(L2)에 의하여 가공 범위(S)로부터 X 방향으로 dx 만큼 편위된 가공범위(S1)에 대한 가공이 동시에 가능하다. 이와 같이 제2스캐너(200)를 이용하여 제2레이저 빔(L2)의 제1레이저 빔(L1)에 대한 각도를 조절함으로써 2빔을 이용한 가공에 의하여 보다 신속하고 효율적인 가공이 가능하다.

또한, 제1, 제2레이저 빔(L1)(L2)이 제1스캐너(100)에 의하여 함께 편향되기 때문에 제1, 제2레이저 빔(L1)(L2)은 공통의 입사동(400)을 통하여 집광 렌즈(300)에 입사된다. 제1, 제2레이저 빔(L1)(L2)의 텔레센트릭 오차는 동일하여 제1, 제2레이저 빔(L1)(L2) 사이의 상대적인 텔레센트릭 오차의 차이가 없다. 그러므로 제1, 제2레이저 빔(L1)(L2)을 동시에 이용하더라고 가공의 균일성을 확보할 수 있다. 또한, 하나의 레이저 빔을 이용하는 경우에 대하여 상대적으로 넓은 가공 범위를 확보할 수 있다.

상술한 실시예에서는 제1레이저 빔(L1)에 대하여 제2레이저 빔(L2)을 X 방향으로 편위시키는 제2스캐너(200)에 대하여 설명하였으나, 제2스캐너(200)는 제2레이저 빔(L2)을 제1레이저 빔(L1)에 대하여 Y 방향으로 편위시킬 수도 있다.

도 3을 보면, 제2스캐너(200)는 제2레이저 빔(L2)을, Y 방향으로 편위시키기 위하여, 반사 미러(221)와 구동 모터(222)를 포함하는 제3편향유닛(220)을 구비할 수 있다. 제3편향유닛(220)은 Y 방향으로 이동될 수 있다. 예를 들어 제3편향유닛(220)은 Y 방향으로 이동되는 스테이지(223)에 탑재될 수 있다. 광 분리기(103)에 의하여 분리된 제2레이저 빔(L2)은 예를 들어 Y 방향으로 진행된다. 제3편향유닛(220)은 제1레이저 빔(L1)에 대하여 Y 방향으로 소정 거리 이격된 위치에서 제2레이저 빔(L2)을 반사시켜 제1스캐너(100)의 입사점(P), 예를 들어 제1편향유닛(120)의 입사점(P)에 입사시킨다. 제3편향유닛(220)의 위치가 Y 방향으로 변하면 구동 모터(222)는 제2레이저 빔(L2)이 입사점(P)으로 입사되도록 하기 위하여 반사 미러(221)를 회동시킨다. 따라서, 제2레이저 빔(L2)은 제3편향유닛(220)의 Y 방향의 위치에 무관하여 항상 입사점(P)으로 입사될 수 있다. 제2레이저 빔(L2)은 제1스캐너(100)에 의하여 X 방향 및 Y 방향으로 편향되며 집광 렌즈(300)에 의하여 가공 대상물(W)에 집광된다.

가공 대상물(W) 상에서 제1레이저 빔(L2)에 대한 제2레이저 빔(L2)의 Y 방향의 편위량은 YZ평면에서 입사점(P)에 입사되는 제1, 제2레이저 빔(L1)(L2) 사이의 각도와 집광 렌즈(300)의 초점 거리에 의하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 집광 렌즈(300)의 초점 거리를 f, 제1, 제2레이저 빔(L1)(L2) 사이의 각도를 Θ_y(radian)라 하면, Y 방향의 편위량 dy는

dy = f× Θ_y

가 된다.

상기한 구성에 의하여, 가공 대상물(W) 상에서 제1레이저 빔(L1)을 이용한 가공과 함께 제1레이저 빔(L1)으로부터 dy 만큼 떨어진 위치에 제2레이저 빔(L2)을 조사하여 동시에 두 위치에 대한 가공이 가능하며, 제2레이저 빔(L2)에 의하여 제1레이저 빔(L1)의 가공 범위(S)로부터 Y 방향으로 dy 만큼 편위된 가공범위(S2)에 대한 가공이 동시에 가능하다. 이와 같이 2빔을 이용한 가공에 의하여 보다 신속하고 효율적인 가공이 가능하며, 제1, 제2레이저 빔(L1)(L2) 사이의 상대적인 텔레센트릭 오차의 차이가 없으므로 가공의 균일성을 확보할 수 있다.

도 4에는 본 발명에 따른 레이저 가공 장치의 다른 실시예로서, 제2레이저 빔(L2)을 제1레이저 빔(L1)에 대하여 X 방향 및 Y 방향으로 편위시키는 제2스캐너(200)를 구비하는 레이저 가공장치가 도시되어 있다.

도 4를 보면, 제2스캐너(200)는 제3편향유닛(230)과 제4편향유닛(240)을 포함할 수 있다. 제3편향유닛(230)은 X 방향으로 이동될 수 있다. 예를 들어 제3편향유닛(230)은 X 방향으로 이동가능한 스테이지(233)에 설치되는 반사 미러(231)에 의하여 구현될 수 있다. 반사 미러(231)는 X 방향으로 진행되는 제2레이저 빔(L2)을 Y 방향으로 반사시킨다. 즉, 반사 미러(231)는 XY평면에서 45도 각도를 이루도록 스케이지(233)에 고정적으로 설치될 수 있다.

제4편향유닛(240)은 반사 미러(241)와 구동 모터(242)를 포함할 수 있다. 제4편향유닛(240)은 Y 방향으로 이동될 수 있다. 예를 들어 제4편향유닛(240)은 스테이지(233)에 Y 방향으로 이동가능하게 설치된 스테이지(243)에 탑재될 수 있다. 구동 모터(242)는 반사 미러(241)를 회동시켜 반사 미러(231) 및 반사 미러(241)에 의하여 X, Y 방향으로 편위된 제2레이저 빔(L2)을 입사점(P)으로 입사시킨다. 즉, 스테이지(233)와 스테이지(243)의 위치를 예를 들어 도시되지 않은 엔코더에 의하여 검출되며, 이 결과에 따라 도시되지 않은 제어부는 구동 모터(242)를 구동하여 반사 미러(241)를 회동시킴으로써 제2레이저 빔(L2)이 입사점(P)으로 향하도록 제어한다. 따라서, 제2레이저 빔(L2)은 제3, 제4편향유닛(230)(240)의 위치에 무관하여 제1레이저 빔(L1)에 대하여 각도(Θ_xy)를 이루며 항상 입사점(P)으로 입사될 수 있다. 제2레이저 빔(L2)은 제1스캐너(100)에 의하여 X 방향 및 Y 방향으로 편향되며 집광 렌즈(300)에 의하여 가공 대상물(W)에 집광된다.

가공 대상물(W) 상에서 제1레이저 빔(L1)에 대한 제2레이저 빔(L2)의 X 방향과 Y 방향의 편위량은 XZ 평면 및 YZ 평면에서 입사점(P)에 입사되는 제1, 제2레이저 빔(L1)(L2) 사이의 각도와 집광 렌즈(300)의 초점 거리에 의하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 집광 렌즈(300)의 초점 거리를 f, XZ 평면에서의 제1, 제2레이저 빔(L1)(L2) 사이의 각도를 Θ_x(radian), YZ 평면에서의 제1, 제2레이저 빔(L1)(L2) 사이의 각도를 Θ_y(radian)라 하면, X 방향과 Y 방향의 편위량 dx, dy는 각각

dx = f× Θ_x

dy = f× Θ_y

가 된다.

따라서, 제2레이저 빔(L2)은 가공 대상물(W) 상에서 제1레이저 빔(L1)에 대하여 (dx, dy) 떨어진 위치에 조사되어, 동시에 두 위치에 대한 가공이 가능하다. 즉, 제1레이저 빔(L1)에 의하여 S로 표시된 가공 범위에 걸쳐 가공이 가능하며, 제2레이저 빔(L2)에 의하여 가공 범위(S)로부터 (dx, dy) 만큼 편위된 가공범위(S3)에 대한 가공이 동시에 가능하다. 이와 같이 2빔을 이용한 가공에 의하여 보다 신속하고 효율적인 가공이 가능하며, 제1, 제2레이저 빔(L1)(L2)이 입사동(400)을 공유하므로 제1, 제2레이저 빔(L1)(L2) 사이의 상대적인 텔레센트릭 오차의 차이가 없으므로 가공의 균일성을 확보할 수 있다.

도 4에서는 제3편향유닛(230)이 X 방향의 편위를, 제4편향유닛(240)이 Y 방향의 편위를 구현하는 실시예에 대하여 설명하였으나, 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 도면으로 도시되지는 않았지만, 제3편향유닛(230)이 탑재되는 스테이지(233)가 Y 방향으로 이동되고, 제3편향유닛(230)은 Y 방향으로 진행되는 제2레이저 빔(L2)을 X 방향으로 반사시킬 수 있다. 또한, 제4편향유닛(240)은 스테이지(233)에 X 방향으로 이동될 수 있게 설치된 스테이지(240)에 탑재되어, 제3편향유닛(230)에 의하여 Y 방향으로 반사된 제2레이저 빔(L2)을 입사점(P)으로 반사시킬 수 있다.

상술한 바와 같이, 제1레이저 빔(L1)을 X 방향 및/또는 Y 방향으로 편형시키는 제1스캐너(100)의 입사점(P)에, 제2스캐너(200)를 이용하여 제1레이저 빔(L1)과 각도를 이루는 제2레이저 빔(L2)을 입사시킴으로써, 제1스캐너(100)를 이용하여 제1, 제2레이저 빔(L1)(L2)을 동시에 편향시켜 하나의 집광 렌즈(300)를 이용하여 가공 대상물(W)에 조사할 수 있다. 가공 대상물(W) 상에서의 제1레이저 빔(L1)에 대한 제2레이저 빔(L2)의 상대적인 위치, 즉 편위량은 입사점(P)에 입사되는 제2레이저 빔(L2)의 제1레이저 빔(L1)에 대한 각도를 조절함으로써 조절될 수 있다. 이러한 조절은 제3편향유닛(230) 및/또는 제4편향유닛(240)을 X 방향 및/또는 Y 방향으로 이동시킴으로써 가능하다.

상기한 구성에 의하여, 신속하고 효과적인 2빔 레이저 가공이 가능함은 물론 가공 범위를 확대할 수 있는 레이저 가공 장치 및 방법이 구현될 수 있다. 또한, 제1, 제2레이저 빔(L1)(L2)이 집광 렌즈(300)의 입사동(400)을 공유하므로 텔레센트릭 오차의 상대적인 차이가 없다. 따라서, 2빔 가공에 의한 가공 품질의 균일도를 향상시킬 수 있다.

상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상을 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.

50...테이블 100...제1스캐너
101, 102...레이저 발생기 103...광 분리기
120...제1편향유닛 130...제2편향유닛
121...X-편향 미러 131...Y-편향 미러
122...X-편향 모터 132...Y-편향 모터
200...제2스캐너 210, 220, 230...제3편향유닛
240...제4편향유닛

Claims (15)

1. 입사되는 레이저 빔을 제1방향과 이와 직교하는 제2방향 중 적어도 한 방향으로 편향시키는 제1스캐너;
   상기 제1스캐너의 고정된 입사점에 입사되는 제1레이저 빔;
   상기 제1레이저 빔과 평행하지 않은 제2레이저 빔;
   상기 제1레이저 빔에 대한 상기 제2레이저 빔의 각도를 조절하여 상기 제2레이저 빔을 상기 고정된 입사점에 입사시키는 것으로서, 상기 제1방향과 상기 제2방향 중 어느 한 방향으로 이동가능하며 상기 제2레이저 빔을 반사시켜 상기 고정된 입사점으로 입사시키는 제3편향유닛을 포함하는 제2스캐너;
   상기 제1스캐너의 출사측에 배치되어 상기 제1, 제2레이저 빔을 각각 가공 대상물의 서로 다른 위치에 집광시키는 집광 렌즈;를 포함하며 2빔 가공이 가능한 레이저 가공 장치.
2. 제1항에 있어서,
   각각 상기 제1, 제2레이저 빔을 발생시키는 제1 제2레이저 발생기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 2빔 가공이 가능한 레이저 가공 장치.
3. 제1항에 있어서,
   레이저 발생기로부터 조사되는 레이저 빔을 상기 제1, 제2레이저 빔으로 분할하는 광 분리기;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 2빔 가공이 가능한 레이저 가공 장치.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1스캐너는 상기 입사되는 레이저 빔을 제1방향 및 이와 직교하는 제2방향으로 각각 순차로 편향시키는 제1, 제2편향유닛;을 포함하며, 상기 고정된 입사점은 상기 제1편향유닛에 위치되는 것을 특징으로 하는 2빔 가공이 가능한 레이저 가공 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 제3편향유닛은 상기 제2레이저 빔을 상기 제1방향과 상기 제2방향 중 다른 방향으로 반사시키며,
   상기 제2스캐너는,
   상기 제1방향 및 제2방향으로 이동가능하며, 상기 제3편향유닛에 의하여 반사된 상기 제2레이저 빔을 상기 고정된 입사점으로 입사시키는 제4편향유닛;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 2빔 가공이 가능한 레이저 가공 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제3편향유닛은 상기 제1방향과 상기 제2방향 중 어느 한 방향으로 이동가능한 제1스테이지에 설치되며,
   상기 제4편향유닛은 상기 제1스테이지에 상기 제1방향과 상기 제2방향 중 다른 방향으로 이동가능하게 설치되는 제2스테이지에 설치된 것을 특징으로 하는 2빔 가공이 가능한 레이저 가공 장치.
8. 제6항에 있어서,
   상기 제4편향유닛은 반사미러와, 상기 반사미러를 회동시켜 반사각도를 조절하는 구동 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 2빔 가공이 가능한 레이저 가공 장치.
9. 제1항 내지 제3항 또는 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 집광 렌즈는 텔레센트릭 렌즈인 것을 특징으로 하는 2빔 가공이 가능한 레이저 가공 장치.
10. 입사되는 레이저 빔을 제1방향과 이와 직교하는 제2방향으로 순차로 편향시키는 제1, 제2편향유닛을 포함하는 제1스캐너;
    상기 제1편향유닛의 고정된 입사점에 입사되는 제1레이저 빔;
    상기 제1방향으로 조사되는 제2레이저 빔;
    상기 제1방향으로 이동가능하며, 상기 제2레이저 빔을 반사시켜 상기 고정된 입사점으로 입사시키는 제3편향유닛;
    상기 제1스캐너의 출사측에 배치되어 상기 제1, 제2레이저 빔을 각각 가공 대상물의 서로 다른 위치에 집광시키는 텔레센트릭 렌즈;를 포함하며 2빔 가공이 가능한 레이저 가공 장치.
11. 제10항에 있어서,
    상기 제3편향유닛은 상기 제2레이저 빔을 상기 제2방향으로 반사시키며,
    상기 제2방향으로 이동가능하며, 상기 제3편향유닛에 의하여 반사된 제2레이저 빔을 상기 고정된 입사점에 입사시키는 제4편향유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 2빔 가공이 가능한 레이저 가공 장치.
12. (a) 제1레이저 빔을 제1스캐너의 고정된 입사점에 입사시켜 제1방향과 이와 직교되는 제2방향 중 적어도 한 방향으로 편향시키는 단계;
    (b) 제2레이저 빔을 상기 제1레이저 빔에 대하여 기울어지게 상기 제1스캐너의 상기 고정된 입사점에 입사시켜 상기 제1방향과 상기 제2방향 중 적어도 한 방향으로 편향시키는 단계;
    (c) 집광 렌즈를 이용하여 상기 편향된 제1, 제2레이저 빔을 가공 대상물에 집속시키는 단계;를 포함하며,
    상기 (b) 단계는,
    상기 제2레이저 빔을 상기 제1, 제2방향 중 어느 한 방향으로 조사하는 단계;
    제3편향유닛을 상기 어느 한 방향으로 이동시키고, 상기 제3편향유닛을 이용하여 상기 제2레이저 빔을 반사시켜 상기 고정된 입사점으로 입사시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 2빔을 이용한 레이저 가공 방법.
13. 삭제
14. 제12항에 있어서,
    상기 제3편향유닛은 상기 제2레이저 빔을 상기 제1방향과 상기 제2방향 중 다른 방향으로 반사시키며,
    상기 (b) 단계는,
    제4편향유닛을 상기 다른 방향으로 이동시키고, 상기 제4편향유닛을 이용하여 상기 제3편향유닛에 의하여 반사된 제2레이저 빔을 반사시켜 상기 고정된 입사점으로 입사시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 2빔을 이용한 레이저 가공 방법.
15. 제12항 또는 제14항에 있어서,
    상기 집광 렌즈는 텔레센트릭 렌즈인 것을 특징으로 하는 2빔을 이용한 레이저 가공 방법.

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