KR101735674B1 - 레이저 빔 단면의 에너지 변형을 포함하는 빔 모니터 장치 - Google Patents

레이저 빔 단면의 에너지 변형을 포함하는 빔 모니터 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101735674B1
KR101735674B1 KR1020150136780A KR20150136780A KR101735674B1 KR 101735674 B1 KR101735674 B1 KR 101735674B1 KR 1020150136780 A KR1020150136780 A KR 1020150136780A KR 20150136780 A KR20150136780 A KR 20150136780A KR 101735674 B1 KR101735674 B1 KR 101735674B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
laser beam
laser
irradiated
monitor
measuring
Prior art date
Application number
KR1020150136780A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20170037329A (ko
Inventor
최종립
임재원
유영동
김병겸
Original Assignee
주식회사 루세로텍
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 루세로텍 filed Critical 주식회사 루세로텍
Priority to KR1020150136780A priority Critical patent/KR101735674B1/ko
Publication of KR20170037329A publication Critical patent/KR20170037329A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101735674B1 publication Critical patent/KR101735674B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/13—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/02—Constructional details
    • G01J5/08—Optical arrangements
    • G01J5/0859—Sighting arrangements, e.g. cameras
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10—Beam splitting or combining systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/0014—Monitoring arrangements not otherwise provided for

Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 레이저 빔 모니터 장치는 레이저로부터 출사된 빔을 성형하여 출력하는 레이저 빔 성형부와, 상기 레이저 빔 성형부로부터 촬상면(target)으로 조사되는 빔의 특성을 측정하는 빔 모니터부 및 상기 조사되는 레이저 빔의 길이 방향으로 구비되어 레이저 빔 단면상의 온도 프로파일을 필요한 형태로 변환시키는 셰이드 장치를 포함한다.

Description

레이저 빔 단면의 에너지 변형을 포함하는 빔 모니터 장치{MONITORING APPARATUS WITH ENERGY ADJUSTMENT FOR LASER BEAM}
본 발명은 레이저 빔 모니터 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공정 중 실시간으로도 레이저 빔의 다양한 특성을 모니터링하며, 이에 기초하여 레이저 빔을 초기 레시피의 설정으로 보상해줄 수 있는 레이저 빔 모니터 장치에 관한 것이다.
최근 반도체, 디스플레이 등의 미세공정에 있어서 기판 표면의 개질이나 비아(via)홀 머시닝, 혹은 특정 패턴의 형성에 레이저 장치가 많이 사용되고 있다. 이를 위해 레이저 빔을 특수한 형태로 가공하는 기술이 다수 개발되었으며 여전히 새로운 레이저 활용 공정을 위해 특수한 형태로 가공하는 기술이 요구되고 있다.
이에 레이저의 공간적인 형태를 선, 면 등으로 성형하는 기술, 즉 빔의 공간적인 세기(intensity)를 특정 형태로 유지하거나 에지 부분의 트랜지션 폭을 최소화 하는 등의 기술이 개발되고 있다.
그러나, 이와 같이 정밀하게 성형된 레이저는 촬상면, 즉 목표물에 조사되기 전까지 초기 레시피(recipe)의 설정과는 다르게 환경적인 요인 등에 의해 빔의 특성이 변형되어, 레이저 빔의 이상에 따라 가공 물품에 연속적으로 이상이 발생되는 문제가 발생하기도 한다.
따라서, 공정 중 실시간으로도 레이저 빔의 다양한 특성을 모니터링하며, 레이저 빔을 초기 레시피의 설정으로 보상해 줄 수 있는 장치가 필요하다.
대한민국 공개특허 10-2013-0115887호 대한민국 등록특허 10-0967072호
따라서 본 발명의 목적은 전술된 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 공정 중 실시간으로도 레이저 빔의 다양한 특성을 모니터링하며, 레이저 빔을 초기 레시피의 설정으로 보상해 줄 수 있는 레이저 빔 모니터 장치를 제공하는데 있다.
특히, 조사되는 레이저 빔의 길이 방향으로 셰이드 장치를 구비하여 레이저 빔 단면상의 온도 프로파일을 변화시킴으로써, 최종적으로는 촬상면에 단면상의 온도분포에 변형을 주고 이를 모니터일 하기 위한 레이저 빔 모니터 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 빔 모니터 장치는 레이저로부터 출사된 빔을 성형하여 출력하는 레이저 빔 성형부와, 상기 레이저 빔 성형부로부터 촬상면(target)으로 조사되는 빔의 특성을 측정하는 빔 모니터부 및 상기 조사되는 레이저 빔의 길이 방향으로 구비되어 레이저 빔 단면상의 온도 프로파일을 변화시키는 셰이드 장치를 포함한다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 레이저 빔 모니터 장치에 의하면, 레이저 빔을 이용한 가공 중에도 실시간으로 레이저 빔을 모니터링하여, 검출된 문제를 보상하기 때문에, 레이저 빔의 이상 문제에 따라 가공 물품에 연속적으로 이상이 발생되는 문제를 사전에 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 빔 모니터 장치는 레이저 빔의 조사에 영향을 미치지 않으면서 레이저 빔을 모니터할 수 있고, 빔의 파워, 빔의 이미지, 빔이 조사된 표면의 온도, 빔에 의한 물성 변화 중 적어도 하나를 측정 가능하기 때문에, 빔의 특성을 다양하게 모니터할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 빔 모니터 장치는 레이저 빔의 길이 방향으로 셰이드 장치를 구비하여 레이저 빔 단면상의 온도 프로파일을 역구배(변화)함으로써, 최종적으로는 촬상면에 단면상의 온도가 균일하거나 다양한 형태를 갖도록 레이저 빔이 조사되도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 빔 모니터 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 빔 모니터 장치에 의한 빔의 조사를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 이용되는 빔 프로파일을 도시한 이미지이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 셰이드 장치의 일 예를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
실시 예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 또한, 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성 요소들에 대해서는 상세한 설명을 생략하도록 한다.
마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 따라서 본 발명은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되어지지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 레이저 빔 모니터 장치의 실시예를 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 빔 모니터 장치의 구성을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 빔 모니터 장치에 의한 빔의 조사를 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 빔 모니터 장치는 레이저 빔 성형부(100), 셰이드 장치(450, 450a), 빔 모니터부(210, 220, 230) 및 제어부(미도시)를 포함하여 구성된다.
이때 상기 셰이드 장치는 빔의 평행광이 통과하는 어느 부분에도 설치가 가능하다.
도 1을 참조하면, 레이저 빔 성형부(100)는 일반적으로 레이저 소스에서 출력되는 레이저를 어플리케이션의 요건에 맞게 성형하여 최종 광을 출력시키기 위한 구성으로서, 레이저 소스(110), 콜리메이터(120), 포커싱 렌즈(130) 및 빔 형상 마스크(140)을 포함하여 구성된다.
콜리메이터(120)는 레이저 소스(110)로부터 출사되는 레이저를 평행광으로 만들고, 빔 형상 옵틱은 빔의 형태를 예를 들어, cylindrical lens의 조합을 통해 직사각형이나 정사각형 형태로 성형할 수 있고, 원형 또는 다각형 형태로도 성형할 수 있다. 각각 형태의 빔의 사이즈는 앞 단의 광학계와 광 파이버의 형태와 사이즈에 따라 달라질 수 있다.
포커싱 렌즈(130)는 콜리메이터(120)에 입력되는 레이저 광 파면의 유니폼(uniform)을 결정하며, 빔 형상 마스크(140)는 포커싱 렌즈(130)를 투과하여 출사되는 레이저에서 주변광을 제거하기 위해 구비된다. 각 형태의 빔 사이즈와 형태는 마스크의 사이즈와 형태에 따라서 크기가 변경될 수 있으며, 마스크는 여러 가지 형태로 가공 가능하며, 빔 릴레이 단의 광학계를 이용하여 최종 빔 단에 조사할 수 있다.
한편, 레이저 빔 성형부(100)에 대한 더 상세한 설명은 대한민국 공개특허 10-2013-0115887호에 게시된 기술을 참조할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의한 빔 모니터부(210, 220 230)는 레이저 빔 성형부(100)로부터 촬상면(target, 500)으로 조사되는 빔의 특성을 측정하기 위해 구비되고, 위치상으로는 레이저 빔 성형부(100)와 촬상면(500) 사이에 구비된 릴레이 렌즈부(400) 및 콜리메이터와 포커싱 렌즈 사이에 구비된다.
릴레이 렌즈부(400)는 제1 릴레이 렌즈(410)와 제2 릴레이 렌즈(430)가 서로 소정 간격 이격되어 배치되되, 제1 릴레이 렌즈(410)와 제2 릴레이 렌즈(430) 사이에는 레이저 빔이 평행하게 진행하므로, 제1 릴레이 렌즈(410)와 제2 릴레이 렌즈(430) 사이의 거리는 제한을 두지 않을 수 있다. 최종 촬상면(500)에 조사되는 빔 사이즈는 릴레이 렌즈부(400)의 제1 릴레이 렌즈(410)와 제2 릴레이 렌즈(420)의 조합 배율에 따라 크기가 조정될 수 있다.
빔 모니터부(210, 220)는 이러한 제1 릴레이 렌즈(410)와 제2 릴레이 렌즈(430) 사이에 적어도 하나의 빔 모니터를 위한 구성을 갖출 수 있는데, 특히 본 발명의 실시 예서는 측정하고자 하는 빔의 특성에 따라서, 제1 빔 모니터부(210) 및 제2 빔 모니터부(220) 중 하나만 구비하거나 또는 제1 빔 모니터부(210) 및 제2 빔 모니터부(220)를 둘 다 구비할 수 있다.
제1 빔 모니터부(210)는 레이저 빔 성형부(100)로부터 출력되는 빔의 특성을 측정하고, 제2 빔 모니터부(220)는 촬상면(500)으로부터 반사되는 빔의 특성을 측정한다.
제3 빔 모니터부(230)는 콜리메이터(120)와 포커싱 렌즈(140) 사이에 구비되어 빔 형상 옵틱에 의해 성형된 레이저 빔의 성형 결과를 모니터링 할 수 있다.
제어부(미도시)는 제1 빔 모니터부(210) 및 제2 빔 모니터부(220)로부터 측정된 빔의 특성을 분석함으로써, 레이저 빔 성형부(100)로부터 성형되어 출력된 빔이 정상적으로 촬상면(500)에 조사되는지 모니터링할 수 있다. 이를 위해 제어부(미도시)는 빔 모니터부(210, 220)에 의해 측정된 상기 빔의 특성 정보가 미리 설정된 기준 범위와 비교하여 오차 범위를 벗어나는지 분석할 수 있고, 상기 분석 결과에 따라 레이저 빔 조사를 정지하거나 라인 환경에 따른 조치를 시스템에 명령할 수 있다. 상기 빔의 특성 정보에 대해서 상세한 설명은 후술하기로 한다.
구체적으로 도 2를 참조하여 제1 빔 모니터부(210), 제2 빔 모니터부(220) 및 제어부(미도시)에 대해 설명한다.
제1 빔 모니터부는(210)는 제1 빔 스플리터(211), 빔 스플리터(213), 포토 디텍터(215) 및 카메라(217)를 포함하여 구성된다.
제1 빔 스플리터(211)는 레이저 빔 성형부(100)로부터 출력되어 제1 릴레이 렌즈(410)를 투과하여 평행하게 입사하는 빔의 일부를 제2 릴레이 렌즈(430)방향으로 투과시키고, 나머지 빔을 반사시킨다. 여기서 제1 빔 스플리터(211)에 의한 투과도 및 반사도는 빔 스플리터를 코팅하는 정도에 따라 조정될 수 있다.
포토 디텍터(215)는 제1 빔 스플리터(211)로부터 반사된 빔의 일부가 하프 미러(213)에 의해 투과된 빔의 광량(즉 에너지)을 측정함으로써, 빔의 파워를 실시간으로 측정한다.
카메라(217)는 빔스플리터(213)에 의해 반사된 빔의 이미지를 획득하고 빔의 파워를 측정한다. 카메라(217)로 빔의 파워를 측정 시에는 스텝 투 스텝 이동하여 빔 조사시에는 파워 모니터링 및 빔의 특성 정보를 매 샷마다 측정 가능하다. 이로써 상시 전체 빔의 정보를 모니터링 하는 것이 가능하다.
라인 빔 형태로 빔을 구성하여 공정 진행시에는 빔이 연속적으로 조사되기 때문에 빔의 특성 정보를 매 샷마다 취득하는 것이 불가능하다. 이에 인터락 기능을 보완하기 위하여 카메라의 프레임 레이트(frame rate)의 범위까지 빔의 특성 정보를 모니터링하거나, 일정 위치마다 빔의 특성 정보를 취득하여 모니터링한다. 한편, 이와 달리 빔의 파워는 포토 디텍터(215)를 통해서는 상시 모니터링이 진행 가능하다.
제어부(미도시)는 포토디텍터(215)와 카메라(217)를 통해 빔의 프로파일링(profiling) 정보를 취득하고, 취득한 프로파일링 정보를 분석하여, 분석에 의해 레이저가 정상적인 동작 범위에서 동작하는지 여부와 레이저 빔 성형부(100)에서 성형된 빔이 정상적으로 조사되는지 여부를 판단한다. 포토디텍터(215)를 통해서 취득한 빔의 세기, 빔의 파워 및 카메라(217)를 통해서 취득한 빔의 이미지가 공정 조건 수립 시 설정된 레시피(recipe)에 설정된 것과 비교했을 때 오차 범위를 벗어나는 경우, 제어부(미도시)는 레이저 빔 조사를 정지하거나 라인 환경에 따른 조치를 명령한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 이용되는 빔 프로파일을 도시한 이미지이다. 제어부(미도시)의 빔 프로파일링 정보 분석에 대해 설명하기 위해 도 3을 참고할 수 있다. 도 3에 도시된 빔 프로파일을 통해 빔 균일성(beam uniformity), 빔 엣지 기울기, 빔 얼라인먼트(alignment), 빔 사이즈 및 빔 파워를 측정할 수 있다.
구체적으로, 적색 플랫 탑(flat top) 면에서의 카메라 픽셀의 그레이 스케일(gray scale) 값을 모니터링하여 빔 균일성을 측정할 수 있다.
또한, 적색의 플랫 탑 면에서 청색의 픽셀부분까지 그레이 스케일 값을 이용하여 기울기를 산출함으로써 빔 엣지 기울기를 측정할 수 있다.
또한, 빔의 외곽 부분, 예를 들어 플랫 탑 면의 외곽 픽셀 부분을 추출하여 각도를 재어 빔 얼라인먼트를 측정할 수 있다.
또한, 빔의 외곽 부분의 픽셀의 수를 모니터링 하여 미리 설정된 기준(recipe)보다 많거나 적을 경우, 마스크가 손상되었거나 빔의 광학 정렬이 틀어져 빔의 형태가 변형된 것으로 판단한다.
또한, 카메라(217)에 찰상되는 빔 전면적의 그레이 스케일 평균값을 읽어, 기 환산 도출한 테이블을 기준으로 빔의 파워를 환산하여, 환산된 빔의 파워를 모니터한다.
한편, 가공 물체를 등속도로 이동시키고 CW(Continuous wavelength)로 레이저를 조사하여 공정을 진행하는 경우, 빔의 특성과, 조사되는 빔의 파워를 모니터링 하는 것이 필요하다. 이를 위해 실시간으로 빔의 특성과 파워를 측정할 수 있는 고속의 포토디텍터(215)를 적용하여 포토디텍터(215)로 입사되는 광자 에너지를 측정함으로써 빔의 파워를 측정 가능하다. 이를 위해 제어부(미도시)는 포토디텍터(215)의 측정값과 실제 조사되는 빔의 파워 간의 상호 환산 테이블을 미리 설정한다.
포토디텍터(215)는 아날로그 신호를 출력하므로 제어부(미도시)에서 신호 입력 후, 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환(converting)하여 이용할 수 있다. 제어부(미도시)는 입력되는 포토디텍터의 아날로그 신호를 예를 들어, 최소 10us 이하로 샘플링하여 공정 물체의 위치 데이터 및 카메라(217)를 통해 취득한 빔의 특성 정보를 함께 저장한다.
특히, 제어부(미도시)는 제1 빔 스플리터(211)를 통해 추출된 레이저 빔과 제1 빔 스플리터(211)를 통해 투과되어 촬상면(500)에 조사된 레이저 빔 간의 비율을 미리 설정하여, 상기 비율을 빔의 특성에 관한 수치를 산출하는데 이용한다.
예를 들어, 제1 빔 스플리터(211)를 통해 추출된 레이저 빔과, 투과되어 촬상면(500)에 조사된 레이저 빔 간의 비율을 1:9로 설정한 경우, 포토디텍터(215)나 카메라(217)에서 측정된 빔의 특성에 관한 수치에 1:9의 비율로 배수 관계식을 적용하여 촬상면(500)에 조사되는 레이저 빔의 특성을 산출할 수 있으며, 여기서 상기 배수 관계식에 공정 환경 등에 의한 변수를 반영하는 파라미터 값이 적용될 수 있음은 당연하다.
제2 빔 모니터부(220)는 촬상면(500)으로부터 반사되어 제2 릴레이 렌즈(430)를 투과하여 평행하게 입사하는 빔의 일부를 반사시키는 제2 빔 스플리터(221)를 포함하고, 제2 빔 스플리터(221)에 의해 반사된 빔이 조사되는 표면에서의 온도를 실시간 측정하는 파이로미터(223)를 포함하여 구성된다.
제어부(미도시)는 파이로미터(223)를 통해 레이저 빔이 조사되는 표면에서의 온도를 실시간 측정하고, 이를 통하여 촬상면(500)에서 레이저 빔 조사에 의한 표면 온도를 예측할 수 있다. 파이로미터(223)를 통해 획득한 온도를 공정 조건 수립 시 설정된 표면 온도를 기준으로 측정된 레이저 빔에 의한 표면 온도를 비교 분석한다. 상기 비교 분석 결과에 따라서 제어부(미도시)는 레이저 빔의 파워 레벨과 조사 시간을 제어함으로써, 초기에 설정된 공정 조건에 따라 공정이 정상적으로 진행되도록 보상할 수 있다.
또는, 제2 빔 모니터부(220)는 제2 빔 스플리터(221)와 제2 빔 스플리터(221)에 의해 반사된 빔을 픽셀 대 픽셀(pixel by pixel)로 측정하여 실제 물성 변화를 측정할 수 있는 IR 카메라(자외선 카메라)를 구비할 수 있다.
위와 같이 서술한 방법에 의해 본 발명의 실시 예에 의한 레이저 빔 모니터 장치에 의하면, 레이저 빔을 이용한 가공 중에도 실시간으로 레이저 빔을 모니터링하여, 검출된 문제를 보상하기 때문에, 레이저 빔의 이상 문제에 따라 가공 물품에 연속적으로 이상이 발생되는 문제를 사전에 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 빔 모니터 장치는 레이저 빔의 조사에 영향을 미치지 않으면서 레이저 빔을 모니터할 수 있고, 빔의 파워, 빔의 이미지, 빔이 조사된 표면의 온도, 빔에 의한 물성 변화 중 적어도 하나를 측정 가능하기 때문에, 빔의 특성을 다양하게 모니터할 수 있다.
한편, 조사되는 레이저 빔 단면의 온도 프로파일이 일정할 경우 촬상면의 온도의 거동을 보면 빔의 경계부분에서는 온도는 촬상면의 경계 밖으로 이동하기 때문에 도 3에 도시된 바와 같이 촬상면의 중심부분으로 갈수록 온도가 높고, 바깥쪽으로 갈수록 온도가 낮다. 즉, 조사되는 레이저 빔 단면의 온도는 균일하다 하더라도 열의 흐름 때문에, 촬상면(500)의 중심으로 갈수록 온도가 높은 특성을 보이기 때문에 촬상면의 재질을 개질시키고자 하는 등의 목적으로 이용될 때 유익하지 않다.
따라서, 본 발명은 레이저 빔 단면의 온도프로파일을 변화시켜 촬상면의 온도분포를 균일하게 하기 위해서, 레이저 빔의 길이 방향으로 셰이드 장치(450)를 구비한다.
이러한 셰이드 장치(450)를 통해 레이저 빔 단면상의 온도 프로파일을 역구배 형태로 변형시킴으로써, 최종적으로는 촬상면에 단면상의 온도분포가 균일하도록 한다.
여기서 셰이드 장치(450)는 실제 빔 단면상에 설치되어 빔의 이동을 방해하여 그늘을 형성시키는 셰이드와 상기 셰이드를 이동시키는 이동장치(미도시)로 구성된다.
이때 세이드의 형태는 도 4에 도시된 바와 같이 다양하게 구현될 수 있다. 도 4a에 도시된 바와 같이 빔의 단면을 투과하는 얇은 선으로 구현되거나, 도 4b에 도시된 바와 같이 빔의 가장자리 양쪽에서 중심방향을 향해 일부 투과되는 얇고 곧은 선으로 구현되거나, 도 4c에 도시된 바와 같이 빔의 가장자리 양쪽에서 중심방향을 향해 이동할 수 있는 엣지 형상의 부재로 구현되거나, 도 4d에 도시된 바와 같이 빔을 투과하는 단면을 가진 얇은 면 형태로 구비되되, 기울이는 각도에 따라 빔의 단면에 빔의 이동을 방해하는 면적을 조절되는 형태로 구비될 수 있다.
이러한 셰이드는 멤스 공정으로 제조될 수 있다.
레이저빔의 단면 온도프로파일은 촬상면에 조사되어 결국은 촬상면의 온도분포를 결정하게 되며, 이때 빔 단면의 온도프로파일을 역구배를 줌으로써 촬상면의 단면상 온도분포가 균일하게 할 수 있다.
이때 촬상면(빔이 조사되는 시료면)의 온도분포는 필요에 따라 다양한 형태로 요구될 수 있다.
즉 필요에 따라 빔이 조사되는 시료 면인 촬상면의 매질과 표면에 도포된 재질에 따라 요구되는 온도분포가 다를 수 있는데, 일예로 촬상면의 온도분포가 x축방향 볼 때 균일하거나 중앙부근의 온도가 경계부근의 온도보다 높거나, 낮은 온도분포가 요구될 수 있다.
이와 같이 촬상면의 온도분포가 결정되면, 그에 빔의 단면에 설치되는 맞추어 세이드 형태가 결정된다.
이와 같이 세이드 형태가 결정되면, 세이드를 레이져 빔 경로에 삽입시켜 적용함으로써, 빔 모니터링 장치를 통해 실시간으로 빔의 이미지와 에너지 분포를 확인할 수 있다.
도 5는 빔의 강도를 x축(도4 참조)을 기준으로 나타낸 그림이다.
일반적으로 빔 단면의 온도 프로파일은 빔의 강도와 비례하게 된다. 따라서 x축에 따른 빔의 강도는 세이드 장치가 없을 경우 대략 일정한 값(500)을 갖고 온도프로파일도 거의 균일한 값을 갖는다. 그러나 빔의 단면에 세이드 장치를 설치할 경우 x축에 따른 빔의 강도는 안쪽의 강도가 경계부분보다 낮아 중앙부위가 경계부위보다 빔의 강도가 낮은 역구배 형태가 되므로, 결국 온도프로파일도 중앙부위가 경계부위보다 낮은 역구배 값(510)을 갖는다.
이와 같이 빔이 강도를 안쪽보다 경계부분을 높도록 형성하는 역구배를 줌으로써 촬상면은 온도구배를 균일하게 제어할 수 있을 뿐 아니라 촬상면의 재질이나, 변형시키고자 하는 형태에 따라 다양한 형태로 온도 프로파일을 얻을 수 있다.
도 5의 아래그림은 실제 빔 단면에 셰이드 장치를 삽입하고 그에 따른 빔의 온도프로파일을 측정한 결과를 도시한 그림으로, 그림에서 빔의 단면이미지(600 , 601, 602, 603)와, 셰이드 장치가 삽입됨에 따라 변형된 온도프로파일 값(610, 611, 612, 613)을 볼 수 있다.
그림에서와 빔이 이동하는 경로에 세이드 장치를 삽입시킴으로서 레이저 빔 단면의 온도 프로파일을 얻을 수 있음을 알 수 있으며 이러한 온도 프로파일을 통해 촬상면을 원하는 형태로 변형시킬 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면을 통해 본 발명의 바람직한 실시 예들에 대하여 설명하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것일 뿐, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 발명된 실시 예외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100: 레이저 빔 성형부 210, 220, 230: 빔 모니터부
400: 릴레이 렌즈부 450: 셰이드 장치

Claims (9)

  1. 레이저로부터 출사된 빔을 성형하여 출력하는 레이저 빔 성형부;
    상기 레이저 빔 성형부로부터 촬상면(target)으로 조사되는 빔의 특성을 측정하는 빔 모니터부; 및
    상기 레이저 빔이 조사되는 이동경로에 삽입되어 레이저 빔 단면상의 온도 프로파일을 변화시키는 셰이드 장치;를 포함하되
    상기 빔 모니터부는 상기 레이저 빔 성형부와 상기 촬상면 사이에 구비된 제1 릴레이 렌즈 및 제2 릴레이 렌즈의 사이에 구비되되, 상기 레이저 빔 성형부로부터 출력되는 빔의 특성을 측정하기 위한 제1 빔 모니터부; 및 상기 촬상면으로부터 반사되는 빔의 특성을 측정하기 위한 제2 빔 모니터부를 포함하며,
    상기 제1 빔 모니터부는,
    상기 레이저 빔 형성부로부터 출력되어 상기 제1 릴레이 렌즈를 투과하여 평행하게 입사하는 빔의 일부를 투과시키고, 나머지 빔을 반사시키는 제1 빔 스플리터;와,
    상기 제1 빔 스플리터로부터 반사된 빔의 일부가 하프 미러에 의해 투과된 빔의 파워를 실시간 측정하는 포토 디텍터; 및
    상기 하프 미러에 의해 반사된 빔의 이미지를 획득하는 카메라;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 레이저 빔 모니터 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 셰이드 장치는,
    상기 셰이드 장치는 상기 레이저 빔의 이동경로에 배치하여, 그림자가 생성됨에 따라 촬상면에 조사되는 빔의 강도를 변화시켜 빔의 단면상의 온도프로파일을 변화시키는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 모니터 장치.
  3. 제2항에 있어서
    상기 셰이드 장치에 사용되는 셰이드의 형태는 상기 레이저 빔의 단면을 투과하는 얇은 선, 혹은 상기 레이저 빔의 가장자리 양쪽에서 중심방향을 향해 일부 투과되는 곧은 선, 혹은 레이저 빔 가장자리 양쪽에서 중심방향을 향해 엣지부재, 혹은 레이저 빔을 투과하는 단면을 가진 면의 형태 중 적어도 하나로 구비되는 것을 특징으로 하는, 레이저 빔 모니터 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 제2 빔 모니터부는,
    상기 촬상면으로부터 반사되어 상기 제2 릴레이 렌즈를 투과하여 평행하게 입사하는 빔의 일부를 반사시키는 제2 빔 스플리터를 포함하고,
    상기 제2 빔 스플리터에 의해 반사된 빔이 조사되는 표면에서의 온도를 실시간 측정하는 파이로미터; 및
    상기 제2 빔 스플리터에 의해 반사된 빔을 픽셀 대 픽셀(pixel by pixel)로 측정하여 실제 물성 변화를 측정할 수 있는 IR 카메라 중 적어도 하나를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 레이저 빔 모니터 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 빔 모니터부에 의해 측정된 상기 빔의 특성이 미리 설정된 기준 범위와 비교하여 오차 범위를 벗어나는 경우, 레이저 빔 조사를 정지하거나 공정 환경에 따른 조치를 명령하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 레이저 빔 모니터 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 빔 스플리터를 통해 추출된 레이저 빔과 상기 제1 빔 스플리터를 통해 투과되어 상기 촬상면에 조사된 레이저 빔 간의 비율을 미리 설정하고, 상기 제1 빔 모니터부에서 측정된 빔의 특성에 관한 수치에 상기 비율로 배수 관계식을 적용하여 상기 촬상면에 조사되는 레이저 빔의 특성을 산출하는 것을 특징으로 하는, 레이저 빔 모니터 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 빔 모니터부를 통해 획득한 빔 프로파일을 통해 빔 균일성(beam uniformity), 빔 엣지 기울기, 빔 얼라인먼트(alignment), 빔 사이즈 및 빔 파워를 측정하는 것을 특징으로 하는, 레이저 빔 모니터 장치.
KR1020150136780A 2015-09-25 2015-09-25 레이저 빔 단면의 에너지 변형을 포함하는 빔 모니터 장치 KR101735674B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150136780A KR101735674B1 (ko) 2015-09-25 2015-09-25 레이저 빔 단면의 에너지 변형을 포함하는 빔 모니터 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150136780A KR101735674B1 (ko) 2015-09-25 2015-09-25 레이저 빔 단면의 에너지 변형을 포함하는 빔 모니터 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170037329A KR20170037329A (ko) 2017-04-04
KR101735674B1 true KR101735674B1 (ko) 2017-05-15

Family

ID=58588607

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150136780A KR101735674B1 (ko) 2015-09-25 2015-09-25 레이저 빔 단면의 에너지 변형을 포함하는 빔 모니터 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101735674B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200052031A (ko) 2018-11-06 2020-05-14 주식회사 이솔 레이저빔을 이용한 가공대상물 특정영역의 어닐링(annealing) 가공 방법

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007110064A (ja) 2005-09-14 2007-04-26 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd レーザアニール方法及び装置
KR101344614B1 (ko) 2012-04-13 2013-12-26 주식회사 에프에스티 안정화된 레이저 빔 성형장치

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200052031A (ko) 2018-11-06 2020-05-14 주식회사 이솔 레이저빔을 이용한 가공대상물 특정영역의 어닐링(annealing) 가공 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170037329A (ko) 2017-04-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9925715B2 (en) Systems and methods for monitoring a melt pool using a dedicated scanning device
EP3351323A1 (en) Additive manufacturing apparatus with systems of in-build assessment and correction of laser pointing accuracy for multiple-laser apparatus
DE102013210078B4 (de) Vorrichtung, Verfahren und Computerprogrammprodukt zur Bestimmung der Fokusposition eines Hochenergiestrahls
EP3049235B1 (en) Additive manufacturing apparatus and optical apparatus therefore
US11135679B2 (en) Apparatus for additive manufacturing of a product with a calibration device and method for calibration of an apparatus of this kind
US20170368640A1 (en) Device for the additive production of three-dimensional components
US20180185959A1 (en) System and methods for fabricating a component based on local thermal conductivity of a build material
US10761037B2 (en) Laser processing device for determining the presence of contamination on a protective window
US11530946B2 (en) Method and device for detecting a focal position of a laser beam
JP2012533434A (ja) レーザ加工ヘッドおよびレーザ加工ヘッドの焦点位置の変化を補償するための方法
CN110325319B (zh) 在激光材料加工时监测激光加工头中的射束引导光学器件的方法和设备
US10310086B2 (en) Method and device for local stabilization of a radiation spot on a remote target object
US20200016691A1 (en) Laser machining device
JP6880135B2 (ja) ３次元の物体を付加製造する装置
TWI483296B (zh) 形成時間平均線影像之系統及方法
CN113195148B (zh) 检测生成制造设备工作区域的方法及由粉末材料生成制造构件的制造设备
KR101735674B1 (ko) 레이저 빔 단면의 에너지 변형을 포함하는 빔 모니터 장치
US9726462B2 (en) Method and device for local stabilization of a radiation spot on a remote target object
KR101866825B1 (ko) 레이저 빔 에너지 프로파일 제어에 의한 촬상면 스케닝 방법
EP2932212B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum berührungslosen bestimmen der temperatur eines bewegten gegenstands mit unbekanntem emissionsgrad
KR20160127461A (ko) 레이저 가공 장치 및 그 가공방법
KR101735678B1 (ko) 에너지 프로파일 피드백을 갖는 레이저 빔 모니터 방법
CN109895395B (zh) 用于添加式地制造三维物体的设备
CN107764400B (zh) 用于确定条状物的温度的方法
KR20160073785A (ko) 레이저 가공 시스템 및 이를 이용한 레이저 가공 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant