KR101912891B1 - 레이저 가공 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법이 개시된다. 개시된 레이저 가공 장치는 음향 광학 변조부를 이용하여 펄스 레이저 빔을 복수의 가공 빔으로 시분할 한다. 레이저 가공 장치는 복수의 가공 빔이 서로 다른 위치에 조사되도록 하여 가공 패턴을 형성한다.

Description

레이저 가공 장치 및 방법{Apparatus and method for laser processing}
레이저 가공 장치 및 방법에 관한 것으로, 음향 광학 변조부를 이용한 레이저 가공 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 레이저 가공 공정이라 함은 가공물의 표면에 레이저 빔을 주사하여 가공물 표면의 형상이나 물리적 성질 등을 가공하는 공정을 말한다.. 이러한 가공물에는 여러가지 예가 있을 수 있으며 그 형상은 2 D 평면 형상일 수 있다. 레이저 가공 공정의 일 예로 실리콘 웨이퍼 상에 레이저 빔을 주사함으로써 비정질 실리콘(amorphous silicon)막을 결정화시켜 다결정 실리콘(polysilicone) 막으로 형성하는 공정이 있을 수 있다.
레이저 가공에서 가공 조건에 맞게 레이저 빔을 변조하는 것이 중요하다. 레이저 빔의 세기, 진행 방향, 간섭 조건, 편광 성분 등을 조절 함으로써 레이저 가공의 정밀도가 향상될 수 있다.
레이저 빔을 변조하는 기술로 전자 광학 변조 방식(Electro optic modulation)과 음향 광학 변조 방식(Acousto optic modulation) 등이 있다. 전자 광학 변조 방식은 매질에 가해지는 전기장에 의해 매질의 굴절률이 바뀌는 현상을 이용하며, 음향 광학 변조 방식은 매질에 가해지는 음향파에 의해 매질의 굴절률이 바뀌는 현상을 이용한다.
실시예들에 따르면, 음향 광학 변조부를 이용한 레이저 가공 장치 및 방법이 개시된다.
일 측면에 있어서,
펄스 레이저 빔을 방출하는 단계;
음향 광학 변조부를 이용하여 상기 펄스 레이저 빔을 복수의 가공 빔으로 시분할(Time division)하는 단계; 및
상기 복수의 가공 빔의 진행 경로를 조절하여 상기 복수의 가공 빔이 서로 다른 위치에 조사되도록 하는 단계;를 포함하는 레이저 가공 방법이 제공된다.
상기 복수의 가공 빔으로 분할하는 단계는,
상기 펄스 레이저 빔이 방출되는 동안 상기 음향 광학 변조부에 인가하는 음향파를 시간에 따라 변경함으로써 상기 펄스 레이저 빔을 시분할할 수 있다.
상기 복수의 가공 빔으로 분할하는 단계는,
상기 음향파의 주파수를 조절함으로써 상기 복수의 가공빔 각각의 진행방향이 달라지도록 할 수 있다.
상기 복수의 가공 빔으로 분할하는 단계는,
상기 펄스 레이저 빔에서 하나의 펄스를 복수의 가공 빔으로 시분할 할 수 있다.
상기 복수의 가공 빔으로 분할하는 단계는,
동일한 시간 간격으로 상기 펄스 레이저 빔을 복수의 가공 빔으로 시분할할 수 있다.
상기 복수의 가공 빔으로 분할하는 단계는,
서로 다른 시간 간격으로 상기 펄스 레이저 빔을 복수의 가공 빔으로 시분할할 수 있다.
복수의 가공 빔이 서로 다른 위치에 조사되도록 하는 단계는,
상기 복수의 가공 빔이 하나의 가공 패턴을 분할하여 형성하도록 상기 복수의 가공 빔 각각의 조사 위치를 이동 시킬 수 있다.
복수의 가공 빔이 서로 다른 위치에 조사되도록 하는 단계는,
상기 복수의 가공 빔 각각이 서로 다른 가공 패턴을 형성하도록 상기 복수의 가공 빔의 조사 위치를 이동 시킬 수 있다.
다른 측면에 있어서,
펄스 레이저 빔을 방출하는 광원;
상기 펄스 레이저 빔이 입사되며, 상기 펄스 레이저 빔을 회절에 의해 복수의 가공 빔으로 시분할(Time division)하는 음향 광학 변조부;
상기 음향 광학 변조부에 음향파를 인가하는 음향파 구동부; 및
상기 복수의 가공 빔의 진행 경로를 조절하여 복수의 가공 빔이 서로 다른 위치에 조사되도록 하는 광 경로 조절부;를 포함하는 레이저 가공 장치가 제공된다.
상기 음향 광학 변조부는, 제1 방향으로 상기 복수의 가공 빔의 출력 각도를 변경하는 제1 변조부 및 제2 방향으로 상기 복수의 가공 빔의 출력 각도를 변경하는 제2 변조부를 포함할 수 있다.
상기 음향파 구동부는, 상기 펄스 레이저 빔이 방출되는 동안 상기 음향 광학 변조부에 인가하는 음향파를 시간에 따라 변경함으로써 상기 음향 광학 변조부가 상기 펄스 레이저 빔을 시분할하도록 할 수 있다.
상기 음향 광학 변조부는, 상기 펄스 레이저 빔에서 하나의 펄스를 복수의 가공 빔으로 시분할 할 수 있다.
상기 음향파 구동부는, 상기 음향파의 주파수를 조절함으로써 상기 복수의 가공빔 각각의 진행방향이 달라지도록 할 수 있다.
상기 음향 광학 변조부는, 동일한 시간 간격으로 상기 펄스 레이저 빔을 복수의 가공 빔으로 시분할할 수 있다.
상기 음향 광학 변조부는, 서로 다른 시간 간격으로 상기 펄스 레이저 빔을 복수의 가공 빔으로 시분할 수 있다.
상기 광 경로 조절부는,
상기 복수의 가공 빔이 상기 하나의 가공 패턴을 분할하여 형성하도록 상기 복수의 가공 빔의 조사 위치를 이동 시킬 수 있다.
상기 광 경로 조절부는,
상기 복수의 가공 빔 각각이 서로 다른 가공 패턴을 형성하도록 상기 복수의 가공 빔의 조사 위치를 이동 시킬 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 광원에서 출사된 펄스 레이저 빔을 복수의 가공 빔으로 시분할할 수 있다. 따라서, 광원에 요구되는 펄스 폭 제한을 넓힐 수 있다. 또한, 복수의 가공 빔을 이용하여 가공 패턴을 형성함으로써, 레이저 가공 공정에 요구되는 시간을 단축할 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 레이저 가공 장치를 대략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 제1 및 제2 변조부에 의해 레이저 빔의 진행 경로가 변경되는 것을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1에서 나타낸 레이저 가공 장치를 이용한 레이저 가공 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4는 펄스 레이저 빔을 시분할 되는 것을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 펄스 레이저 빔을 시분할 되는 것을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 비교예에 따른 레이저 가공 방법에 의해 가공 패턴이 형성되는 것을 나타낸 도면이다.
도 7은 도 3에서 나타낸 실시예에 따라 복수의 가공 빔에 의해 가공 패턴이 형성되는 예를 나타낸 도면이다.
도 8은 도 3에서 나타낸 실시예에 따라 복수의 가공 빔에 의해 가공 패턴이 형성되는 예를 나타낸 도면이다.
도 9는 도 3에서 나타낸 실시예에 따라 복수의 가공 빔에 의해 가공 패턴이 형성되는 예를 나타낸 도면이다.
도 10은 도 3에서 나타낸 실시예에 따라 복수의 가공 빔에 의해 가공 패턴이 형성되는 예를 나타낸 도면이다.
이하, 예시적인 실시예에 따른 레이저 가공장치용 미러 마운트에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다.
이하에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 “...부”, “모듈” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미한다.
*도 1은 예시적인 실시예에 따른 레이저 가공 장치(100)를 대략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 예시적인 실시예에 따른 레이저 가공 장치(100)는 펄스 레이저 빔을 방출하는 광원(110)과, 펄스 레이저 빔이 입사되며, 펄스 레이저 빔을 회절에 의해 복수의 가공 빔으로 시분할(Time division)하는 음향 광학 변조부(120), 음향 광학 변조부(120)에 음향파를 인가하는 음향파 구동부(127) 및 상기 복수의 가공 빔의 진행 경로를 조절하여 복수의 가공 빔이 서로 다른 위치에 조사되도록 하는 광 경로 조절부(150)를 포함할 수 있다.
광원(110)은 펄스 레이저 빔을 방출할 수 있다. 펄스 레이저 빔이란 레이저 빔의 강도가 시간에 따라 펄스 형태로 변하는 것을 의미한다. 광원(110)에서 방출되는 펄스 레이저 빔의 펄스 폭 및 주기는 일정할 수도 있고 불규칙 적일 수도 있다. 광원(110)에서 방출된 펄스 레이저 빔은 음향 광학 변조부(120)로 입사될 수 있다.
음향 광학 변조부(120)는 음향 광학 변조부(120)에 입사된 펄스 레이저 빔을 회절 시킬 수 있다. 예시적으로, 음향 광학 변조부(120)는 제1 방향으로 펄스 레이저 빔을 회절 시키는 제1 변조부(122) 및 제2 방향으로 펄스 레이저 빔을 회절 시키는 제2 변조부(124)를 포함할 수 있다.
제1 및 제2 변조부(122, 124)는 각각 소정의 매질을 포함할 수 있다. 상기 매질은 유리, 석영 등을 포함할 수 있으나 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 제1 및 제2 변조부(122, 124)의 회절 특성은 음향파 구동부(127)에 의해 조절될 수 있다. 예를 들어, 음향파 구동부(127)는 제1 및 제2 변조부(122, 124)에 음향파를 인가함으로써 제1 및 제2 변조부(122, 124)에 포함된 매질의 굴절률을 변화시킬 수 있다. 제1 및 제2 변조부(122, 124)에 포함된 매질의 굴절률은 주기적으로 변할 수 있다. 제1 및 제2 변조부(122, 124)에 입사된 광은 간섭 효과에 의해 브래그 회절(Bragg diffraction)과 유사한 회절 현상을 일으킬 수 있다.
레이저 빔이 제1 및 제2 변조부(122, 124)에서 회절을 일으키면 회절 차수에 따라 진행 경로가 변경될 수 있다. 예를 들어, 0차 회절 빔(L0)은 진행 경로가 변하지 않고 그대로 진행하며, 고차 회절 빔(L1, L2, L3)회절 차수가 높아질수록 회절 각도가 커질 수 있다.
0차 회절 빔(L0)은 레이저 빔의 경로가 변경되지 않기 때문에 변조가 용이하지 않으므로 가공 빔으로 쓰이지 않을 수 있다. 따라서, 0차 회절 빔(L0)은 덤퍼(132)를 이용해 덤핑(dumping) 시켜버릴 수 있다. 고차 회절 빔(L1, L2, L3)은 미러(134)를 이용해 진행 방향을 변경시킬 수 있다.
고차 회절 빔(L1, L2, L3)들 가운데에서도 1차 회절 빔(L1)은 강도가 음향파 구동부(127)가 인가하는 음향파의 강도에 거의 비례할 수 있다. 1차 회절 빔(L1)은 빔 강도 제어가 용이하며 다른 고차 회절 빔들(L2, L3)에 비해 안정성이 높을 수 있다. 따라서, 1차 회절 빔(L1)이 가공용 빔으로 이용될 수 있다. 레이저 가공 장치(100)는 갤보 시스템(140)을 이용하여 1차 회절 빔(L1)을 선택적으로 광 경로 변경부(150)에 입사시킬 수 있다. 갤보 시스템(140)은 복수의 갤보 미러(142, 144)를 포함할 수 있다. 갤보 미러들(142, 144)의 배열 각도는 1차 회절 빔(L1)의 출사 방향에 따라 조절될 수 있다. 갤보 미러들(142, 144)은 고차 회절 빔들(L1, L2, L3) 가운데 1차 회절 빔(L1)을 선택적으로 광 경로 변경부(150)에 입사시킬 수 있다.
광 경로 변경부(150)는 복수의 광학 요소(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 복수의 광학 요소는 렌즈, 미러 등을 포함할 수 있다. 광 경로 변경부(150)는 내부에 포함된 광학 요소들의 배열 위치를 조절함으로써 가공 빔이 조사되는 위치를 변경할 수 있다.
도 2는 제1 및 제2 변조부(122, 124)에 의해 레이저 빔의 진행 경로가 변경되는 것을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 제1 변조부(122)에 의해 레이저 빔은 제1 방향(x 방향)으로 회절 될 수 있다. 또한, 제2 변조부(124)에 의해 레이저 빔은 제2 방향(y 방향)으로 회절 될 수 있다. 제1 및 제2 방향은 서로 실질적으로 직교할 수 있다.
제1 변조부(122)를 통과한 광 가운데 0차 회절 빔은 제1 덤퍼(132a)에 의해 덤핑될 수 있다. 제1 변조부(122)에서 회절된 빔의 x 방향 회절 각도(θx)는 제1 변조부(122)에 인가되는 음향파에 의존하여 변경될 수 있다. 예를 들어, 음향파 구동부(127)는 제1 변조부(122)에 인가하는 음향파의 주파수를 변경함으로써 x 방향 회절 각도(θx)가 달라지도록 할 수 있다.
제2 변조부(124)를 통과한 광 가운데 0차 회절 빔은 제2 덤퍼(132b)에 의해 덤핑될 수 있다. 제2 변조부(124)에서 회절된 빔의 y 방향 회절 각도(θy)는 제2 변조부(124)에 인가되는 음향파에 의존하여 변경될 수 있다. 예를 들어, 음향파 구동부(127)는 제2 변조부(124)에 인가하는 음향파의 주파수를 변경함으로써 y 방향 회절 각도(θy)가 달라지도록 할 수 있다.
음향파의 파장과 회절 빔의 회절 각도는 브래그 회절 조건으로부터 수학식 1의 관계를 만족할 수 있다.
Figure 112018027837325-pat00001
수학식 1에서 θ는 회절 각도를 의미하며, m은 회절 차수를 의미한다. m은 임의의 정수일 수 있다. 또한, λ는 매질 내부에서 빛의 파장을 의미하고, Λ는 매질 내부에서 음향파의 파장을 의미한다.
수학식 1에서 나타낸 바와 같이, 회절 광의 회절 각도는 매질 내부에서 빛의 파장 λ와, 매질 내부에서 음향파의 파장 Λ 사이의 비율에 의존할 수 있다. 음향파 구동부(127)는 제1 및 제2 변조부(122, 124) 각각에 인가하는 음향파의 주파수를 조절할 수 있다. 음향파 구동부(127)는 음향파의 주파수를 조절함으로써 음향파의 파장을 변경할 수 있다. 즉, 음향파 구동부(127)는 제1 및 제2 변조부(122, 124) 각각에 인가하는 음향파의 주파수를 변경함으로써 x 방향 회절 각도 (θx)와 y 방향 회절 각도(θy)를 변경할 수 있다. x 방향 회절 각도 (θx)와 y 방향 회절 각도(θy)가 조절됨에 따라 음향 광학 변조부(120)에서 출력되는 가공 빔의 출력 방향이 2차원 적으로 조절될 수 있다.
도 3은 도 1에서 나타낸 레이저 가공 장치(100)를 이용한 레이저 가공 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 예시적인 실시예에 따른 레이저 가공 방법은 펄스 레이저 빔을 방출하는 단계(1110), 펄스 레이저 빔을 복수의 가공 빔으로 시분할(Time division)하는 단계(1120) 및 복수의 가공 빔의 진행 경로를 조절하는 단계(1130)를 포함할 수 있다.
1110 단계에서, 광원(110)은 펄스 레이저 빔을 방출할 수 있다. 광원(110)에서 방출된 펄스 레이저 빔은 음향 광학 변조부(120)에 입사될 수 있다.
1120 단계에서, 음향 광학 변조부(120)에 입사된 광은 회절에 의해 진행 경로가 변경될 수 있다. 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이 음향 광학 변조부(120)는 고차 회절 빔을 x 방향 및 y 방향으로 회절 시킬 수 있다. 음향파 구동부(127)는 펄스 레이저 빔이 방출되는 동안 음향파의 음향 광학 변조부(120)에 인가하는 음향파를 시간에 따라 변경함으로써 펄스 레이저 빔을 시분할 할 수 있다.
도 4는 펄스 레이저 빔이 시분할 되는 것을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 펄스 레이저 빔에서 하나의 펄스가 복수의 가공 빔으로 시분할될 수 있다. 예를 들어, 음향 광학 변조부(120)는 하나의 펄스를 제1 내지 제4 시간 영역(a, b, c, d)으로 시분할 할 수 있다. 제1 내지 제4 시간 영역 각각은 시분할 된 복수의 가공 빔에 대응할 수 있다. 예를 들어, 제1 시간 구간(a)으로 시분할 된 제1 가공 빔은 제1 방향으로 진행하고, 제2 시간 구간(b)으로 시분할 된 제2 가공 빔은 제2 방향으로 진행하며, 제3 시간 구간(c)으로 시분할 된 제3 가공 빔은 제3 방향으로 진행하며, 제4 시간 구간(d)으로 시분할 된 제4 가공 빔은 제4 방향으로 진행할 수 있다. 제1 내지 제4 방향은 2차원 평면 상에서 정의될 수 있다.
펄스 빔의 강도가 증가하거나 감소하는 시간 영역(f)에서는 음향파 구동부(127)가 음향 광학 변조부(120)에 음향파를 인가하지 않을 수 있다. 따라서, 펄스 빔의 강도가 증가하거나 감소하는 시간 영역(f)에서의 빔은 회절 되지 않고 0차 빔의 경로로 진행하여 덤퍼(132)에 의해 덤핑될 수 있다.
펄스 빔의 강도가 거의 일정한 시간구간에서 음향파 구동부(127)는 음향 광학 변조부(120)의 제1 및 제2 변조부(122, 124)에 음향파를 인가할 수 있다. 하나의 펄스가 음향 광학 변조부(120)에 입사되는 동안, 음향파 구동부(127)는 제1 및 제2 변조부(122, 124) 각각에 인가하는 음향파의 주파수를 시간에 따라 변경할 수 있다. 예를 들어, 음향파 구동부(127)는 제1 내지 제4 시간 영역(a, b, c, d) 각각에서 인가하는 음향파의 주파수를 다르게 할 수 있다. 음향파 구동부(127)가 시간 영역 별로 음향파의 주파수를 다르게 하면, 제1 내지 제4 시간 영역(a, b, c, d) 각각에서 레이저 빔은 서로 다른 회절 각도로 회절될 수 있다. 따라서, 시분할된 복수의 가공 빔은 음향 광학 변조부(120)로부터 다른 방향으로 출사될 수 있다.
도 4에서는 펄스 레이저 빔이 균등하게 시분할 되는 경우를 나타냈지만 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다.
도 5는 펄스 레이저 빔을 시분할 되는 것을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 펄스 레이저 빔이 복수의 가공 빔으로 시분할 될 수 있다. 이 때 시분할 되는 시간 영역들(a, b, c, d)의 크기는 서로 다를 수 있다. 음향파 구동부(127)가 음향파의 주파수를 변경하는 시간 간격을 달리 함으로써 시분할 되는 시간 영역들(a, b, c, d)의 크기가 달라지도록 할 수 있다. 도 5에서 나타낸 바와 같이 시분할 되는 시간 영역들(a, b, c, d)의 크기를 다르게 하면, 복수의 가공 빔 각각의 출력 비율을 다르게 할 수 있다.
도 4 및 도 5에서 나타낸 바와 같이 펄스 레이저 빔을 음향 광학 변조부(120)를 이용하여 시분할 하면 하나의 펄스를 복수의 가공 빔으로 시분할 할 수 있다. 하나의 펄스가 복수의 가공 빔으로 시분할 되므로, 펄스 레이저 빔의 펄스 폭이 크더라도 가공 빔 각각의 펄스 폭은 상대적으로 작아질 수 있다. 따라서, 저 성능 레이저 광원을 사용하더라도 정밀한 레이저 가공이 이루어 질 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 1130 단계에서 광 경로 조절부(150)는 복수의 가공 빔이 서로 다른 위치에 조사되도록 가공 빔들의 진행 경로를 변경할 수 있다. 예를 들어, 광 경로 조절부(150)는 복수의 광학 소자들의 배열 방향을 조절함으로써 상기 가공 빔들의 진행 경로를 변경할 수 있다. 광 경로 조절부(150)는 복수의 가공 빔 각각의 조사위치를 변경시켜 가면서 레이저 가공 패턴이 형성되도록 할 수 있다. 레이저 가공 패턴이란, 레이저 빔에 의해 가공물 상에 형성되는 절단 라인, 그루빙 라인, 마킹 모양 등을 포함하는 개념이다.
도 6은 비교예에 따른 레이저 가공 방법에 의해 가공 패턴이 형성되는 것을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 하나의 레이저 빔에 의해 가공 패턴이 형성될 수 있다. 레이저 빔이 조사되는 위치(S1)가 가공 예정 모양을 따라 움직이면서 가공 패턴이 형성될 수 있다. 하지만, 이 경우 레이저 빔이 조사되는 위치(S1)가 가공 예정 모양을 따라 움직이는 데 시간이 소요됨에 따라 고속 가공이 힘들 수 있다.
도 7은 도 3에서 나타낸 실시예에 따라 복수의 가공 빔에 의해 가공 패턴이 형성되는 예를 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 복수의 가공 빔이 하나의 가공 패턴을 분할하여 형성할 수 있다. 예를 들어, 도 7에서 나타낸 바와 같이 원 모양의 가공 패턴을 형성하는 경우, 광 경로 조절부(150)를 통과한 가공 빔들은 서로 다른 위치(1, 2, 3, 4)에 조사될 수 있다. 제1 가공 빔은 제1 위치(1)에 조사되고, 제2 가공 빔은 제2 위치(2)에 조사되며, 제3 가공 빔은 제3 위치(3)에 조사되고, 제4 가공 빔은 제4 위치(4)에 조사될 수 있다. 제1 내지 제4 위치는 원의 호 상에서 90도 간격으로 배열될 수 있다. 그리고, 음향 광학 변조부(120) 및 광 경로 조절부(150)는 제1 내지 제4 가공 빔이 조사되는 위치(1, 2, 3, 4)가 원을 따라 움직이도록 할 수 있다.
예를 들어, 첫 번째 펄스에서 시분할된 가공 빔들은 도 7에서 나타낸 바와 같은 제1 내지 제4 위치(1, 2, 3, 4)에 조사될 수 있다. 그리고, 두 번째 펄스에서 시분할된 가공 빔들은 도 7에서 나타낸 제1 내지 제4 위치(1, 2, 3, 4)로부터 소정의 각도만큼 이동된 위치에 조사될 수 있다. 도 7에서 나타낸 바와 같이 복수의 가공 빔이 하나의 가공 패턴을 분할하여 형성하면, 가공 패턴을 형성하는 시간을 단축시킬 수 있다.
도 7에서는 복수의 가공 빔이 하나의 가공 패턴을 형성하는 예를 나타냈지만 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다.
도 8은 도 3에서 나타낸 실시예에 따라 복수의 가공 빔에 의해 가공 패턴이 형성되는 예를 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 복수의 가공 빔 각각이 서로 다른 가공 패턴을 형성할 수 있다. 예를 들어, 도 8에서 나타낸 바와 같이 4 개의 원 모양의 가공 패턴을 형성하는 경우, 광 경로 조절부(150)를 통과한 가공 빔들은 서로 다른 위치(1, 2, 3, 4)에 조사될 수 있다. 제1 위치(1)에 조사되고, 제2 가공 빔은 제2 위치(2)에 조사되며, 제3 가공 빔은 제3 위치(3)에 조사되고, 제4 가공 빔(4)은 제4 위치에 조사될 수 있다. 제1 내지 제4 가공 빔은 각각 서로 다른 위치에서 원 모양의 가공 패턴을 형성해 나갈 수 있다. 음향 광학 변조부(120) 및 광 경로 조절부(150)는 제1 내지 제4 가공 빔이 조사되는 위치(1, 2, 3, 4)가 각각 서로 다른 원을 따라 움직이도록 할 수 있다.
예를 들어, 첫 번째 펄스에서 시분할된 가공 빔들은 도 9에서 나타낸 바와 같은 제1 내지 제4 위치(1, 2, 3, 4)에 조사될 수 있다. 그리고, 두 번째 펄스에서 시분할된 가공 빔들은 각각 서로 다른 원을 따라 소정의 각도만큼 이동된 위치에 조사될 수 있다. 도 8에서 나타낸 바와 같이 복수의 가공 빔이 복수의 가공 패턴을 동시에 형성하면, 가공 패턴들을 형성하는 시간을 단축시킬 수 있다.
도 9는 도 3에서 나타낸 실시예에 따라 복수의 가공 빔에 의해 가공 패턴이 형성되는 예를 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면, 복수의 가공 빔 각각의 빔 사이즈가 서로 다를 수 있다. 가공 빔들의 빔 사이즈는 가공 빔들에 대응하는 시분할 영역의 크기 및 광 경로 변동부(150)의 광학 소자들의 배열 상태 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 복수의 가공 빔 각각의 조사 위치(1, 2, 3, 4)가 이동하는 방향도 다양하게 변할 수 있다. 예를 들어, 제1 가공 빔의 조사 위치(1)는 원을 따라 움직일 수 있다. 또한, 제2 가공 빔의 조사 위치(2)는 제1 가공 빔의 조사 위치(1)가 움직이면서 그리는 원 보다 작은 원을 따라 움직일 수 있다. 또한, 제3 가공 빔의 조사 위치(3)는 다각형을 따라 움직일 수 있다. 또한, 제4 가공 빔의 조사 위치(4)는 변하지 않을 수 있다. 레이저 가공 장치(100)는 가공 빔들의 빔 사이즈 및 가공 빔들 각각이 조사 되는 위치를 변경함으로써 다양한 모양의 가공 패턴을 빠르게 형성할 수 있다.
도 10은 도 3에서 나타낸 실시예에 따라 복수의 가공 빔에 의해 가공 패턴이 형성되는 예를 나타낸 도면이다.
도 10을 참조하면, 레이저 가공 장치(100)는 복수의 가공 빔의 조사 위치(1, 2, 3, 4)가 일렬로 나열되도록 함으로써 라인 빔 가공을 할 수 있다. 즉, 실시예에 따른 레이저 가공 장치(100)는 광원(110)에서 출사된 스폿 빔(spot beam)을 라인 빔(line beam)으로 변경하는 별도의 광학계를 이용하지 않고 라인 빔 가공을 할 수 있다. 레이저 가공 장치(100)는 음향 광학 변조부(120)를 이용하여 광원(110)에서 출사된 펄스 레이저 빔을 복수의 가공 빔으로 시분할 할 수 있다. 그리고, 레이저 가공 장치(100)는 음향 광학 변조부(120) 및 광 경로 변경부(150)의 동작에 의해 복수의 가공 빔들이 일렬로 조사되도록 함으로써, 라인빔이 조사되는 것과 같은 효과를 발생시킬 수 있다.
이상에서 도 1내지 도 10을 참조하여 예시적인 실시예들에 따른 레이저 가공 장치(100) 및 레이저 가공 방법에 관하여 설명하였다. 상술한 실시예들에 따르면, 광원(110)에서 출사된 펄스 레이저 빔을 복수의 가공 빔으로 시분할할 수 있다. 따라서, 광원(110)에 요구되는 펄스 폭 제한을 넓힐 수 있다. 또한, 복수의 가공 빔을 이용하여 가공 패턴을 형성함으로써, 레이저 가공 공정에 요구되는 시간을 단축할 수 있다.
이상의 설명에서 많은 사항들이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
100 : 레이저 가공 장치
110 : 광원
120 : 음향 광학 변조부
122 : 제1 변조부
124 : 제2 변조부
132 : 덤퍼
150 : 광 경로 변경부

Claims (11)

  1. 펄스 레이저 빔을 방출하는 단계;
    음향 광학 변조부를 이용하여 상기 펄스 레이저 빔을 복수의 가공 빔으로 시분할(Time division)하고, 시분할 되는 시간 영역들의 크기를 다르게 하여 상기 복수의 가공 빔 각각의 출력 비율을 다르게 조절하는 단계; 및
    상기 복수의 가공 빔의 진행 경로를 조절하여 상기 복수의 가공 빔이 서로 다른 위치에 조사되도록 하는 단계;를 포함하고,
    상기 복수의 가공 빔이 서로 다른 위치에 조사되도록 하는 단계는,
    상기 복수의 가공 빔이 하나의 가공 패턴을 분할하여 형성하도록 상기 복수의 가공 빔 각각의 조사 위치를 이동 시키며
    상기 복수의 가공 빔으로 분할하는 단계는,
    상기 펄스 레이저 빔이 방출되는 동안 상기 음향 광학 변조부에 인가하는 음향파의 주파수를 시간에 따라 변경함으로써 상기 펄스 레이저 빔을 시분할하는 레이저 가공 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 가공 빔이 서로 다른 위치에 조사되도록 하는 단계는,
    상기 하나의 가공 패턴은 원형 패턴을 포함하고, 상기 복수의 가공 빔은 상기 원형 패턴을 동일한 비율로 분할하여 형성하도록 상기 복수의 가공빔 각각의 조사 위치를 이동시키는 레이저 가공 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 가공 빔이 서로 다른 위치에 조사되도록 하는 단계는,
    상기 하나의 가공 패턴은 선형 패턴을 포함하고, 상기 복수의 가공 빔은 상기 선형 패턴의 수직한 방향으로 일렬로 나열되도록 상기 복수의 가공빔 각각의 조사 위치를 이동시키는 레이저 가공 방법.
  7. 펄스 레이저 빔을 방출하는 광원;
    상기 펄스 레이저 빔이 입사되며, 상기 펄스 레이저 빔을 회절에 의해 복수의 가공 빔으로 시분할(Time division)하고, 시분할 되는 시간 영역들의 크기를 다르게 하여 상기 복수의 가공 빔 각각의 출력 비율을 다르게 조절하는 음향 광학 변조부;
    상기 음향 광학 변조부에 음향파를 인가하는 음향파 구동부; 및
    상기 복수의 가공 빔의 진행 경로를 조절하여 복수의 가공 빔이 서로 다른 위치에 조사되도록 하는 광 경로 조절부;를 포함하고,
    상기 광 경로 조절부는, 상기 복수의 가공 빔이 하나의 가공 패턴을 분할하여 형성하도록 상기 복수의 가공 빔 각각의 조사 위치를 이동 시키며
    상기 복수의 가공 빔으로 분할하는 단계는,
    상기 펄스 레이저 빔이 방출되는 동안 상기 음향 광학 변조부에 인가하는 음향파의 주파수를 시간에 따라 변경함으로써 상기 펄스 레이저 빔을 시분할하는 레이저 가공 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 음향 광학 변조부는, 제1 방향으로 상기 복수의 가공 빔의 출력 각도를 변경하는 제1 변조부 및 제2 방향으로 상기 복수의 가공 빔의 출력 각도를 변경하는 제2 변조부를 포함하는 레이저 가공 장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
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