KR102131685B1 - 이중 스캐너를 이용한 연속 가공 장치 및 연속 가공 방법 - Google Patents

이중 스캐너를 이용한 연속 가공 장치 및 연속 가공 방법 Download PDF

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Abstract

연속 가공 장치, 연속 가공 방법이 제공된다.
개시된 연속 가공 장치는, 광원, 입사광의 광경로를 제1 경로 및 제2 경로로 변경하는 광변조기, 제1 경로로 전달되는 입사광을 대상물에서 이동시키는 제1 스캐너, 제2 경로로 전달되는 입사광을 대상물에서 이동시키는 제2 스캐너를 포함하는 스캐너 모듈, 및 광원, 광변조기 및 스캐너 모듈의 작동을 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

이중 스캐너를 이용한 연속 가공 장치 및 연속 가공 방법 {Continuous processing device using double scanner and continuous processing method}
레이저 반복 가공에 있어서, 가공 간격을 최소화할 수 있는 이중 스캐너를 이용한 연속 가공 장치 및 연속 가공 방법이 개시된다.
최근 여러 산업에서 대상물을 절단, 천공, 패터닝 하기 위한 가공 기술이 발전하고 있다. 이러한 가공 기술은 일반적으로 레이저 빔을 가공물의 표면에 주사하여 가공물의 표면의 형상이나 물리적 성질들을 가공한다. 가공 대상물에는 여러가지 예시가 있을 수 있으며, 예를 들어 실리콘 웨이퍼 등의 2차원 평면 대상물을 포함한다. 가공 대상물을 빠르게 가공하는 기술은 공정성을 향상시켜 비용 측면에서 많은 이득을 가져올 수 있으므로 이에 대한 기술 개발이 지속되고 있다.
통상적으로 가공 대상물의 가공은 스캐너를 통해 레이저 빔의 조사위치를 이동하며 빔 에너지를 대상물에 조사함으로써 이루어진다. 가공 대상물의 가공은 일반적으로 수회에 걸쳐 반복적으로 이루어질 것을 요구한다. 종래의 대상물 가공 기술은 가공 벡터의 시작점에서 끝점까지 가공한 이후에, 레이저 스팟을 시작점으로 되돌려야 하고, 스캐너의 물리적 제어에 걸리는 시간이 크다는 점에서 시간 손실이 많고 공정성을 저하시키는 단점이 있었다.
레이저 반복 가공에 있어서, 가공 간격을 최소화할 수 있는 이중 스캐너를 이용한 연속 가공 장치 및 연속 가공 방법을 제공하고자 한다.
일 개시에 따른 연속 가공 장치는, 광원; 상기 광원에서 전달된 광의 경로를 제1 경로 및 제2 경로로 변경하는 광변조기; 제1 경로로 전달되는 입사광을 대상물에서 이동시키는 제1 스캐너, 제2 경로로 전달되는 입사광을 대상물에서 이동시키는 제2 스캐너를 포함하는 스캐너 모듈; 및 상기 광원, 광변조기 및 스캐너 모듈의 작동을 제어하는 제어부;를 포함한다.
상기 스캐너 모듈과 대상물의 사이에 마련되는 렌즈 모듈;을 더 포함할 수 있다.
상기 렌즈 모듈은 광이 대상물에 수직하게 입사시키는 텔레센트릭 렌즈 또는 입사각에 따라 대상물의 가공 위치가 결정되는 f-세타 렌즈를 포함할 수 있다.
상기 제1 경로 상에 마련되는 제1 직경 조절기;를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 경로 상에 마련되는 제2 직경 조절기;를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는 대상물의 가공 벡터를 결정할 수 있다.
상기 제어부는 제1 스캐너의 제1 가공 벡터와 제2 스캐너의 제2 가공 벡터를 결정하고, 상기 제1 가공 벡터와 상기 제2 가공 벡터는 서로 일치하지 않을 수 있다.
상기 제어부는 상기 제1 스캐너의 빔 스팟이 제1 가공 벡터를 따라 가공하도록 제어하고, 상기 제2 스캐너의 빔 스팟이 상기 제2 가공 벡터를 따라 가공하도록 제어할 수 있다.
상기 제어부는 광을 제1 경로로 조사하도록 상기 광변조기를 제어하고, 상기 제1 스캐너의 빔 스팟이 상기 가공 벡터의 시작 위치에서 종료 위치를 따라 가공하도록 상기 제1 스캐너를 제어하고, 상기 제2 스캐너의 빔 스팟은 상기 가공 벡터의 시작 위치에 위치하도록 제2 스캐너를 제어할 수 있다.
상기 제어부는 상기 제1 스캐너의 빔 스팟이 종료 위치에 도착할 때 광이 제2 경로로 조사하도록 상기 광변조기를 제어하고, 상기 제2 스캐너의 빔 스팟이 상기 가공 벡터를 따라 가공하도록 상기 제2 스캐너를 제어할 수 있다.
상기 제어부는 상기 제2 스캐너가 상기 가공 벡터를 가공하는 동안, 상기 제1 스캐너의 빔 스팟을 상기 가공 벡터의 시작 위치로 위치시키도록 상기 제1 스캐너를 제어할 수 있다.
상기 제어부는 제1 스캐너 트리거 펄스, 제2 스캐너 트리거 펄스, 광변조기 트리거 펄스를 통해 상기 제1 스캐너, 제2 스캐너 및 광변조기를 제어할 수 있다.
일 개시에 따른 연속 가공 방법은,
가공 벡터의 시작위치에 제1 스캐너의 빔 스팟과 제2 스캐너의 빔 스팟이 위치하는 단계;
제1 스캐너의 빔 스팟이 상기 가공 벡터를 따라 이동하며 가공하는 단계;
상기 제1 스캐너의 빔 스팟이 상기 가공 벡터의 종료 위치에 도착할 때, 상기 제2 스캐너의 빔 스팟이 상기 가공 벡터를 따라 이동하며 가공하는 단계; 및
상기 제1 스캐너의 빔 스팟은 상기 가공 벡터의 시작위치로 이동하는 단계;를 포함한다.
상기 제2 스캐너의 빔 스팟이 상기 가공 벡터의 종료 위치에 도착할 때, 상기 제1 스캐너의 빔 스팟이 상기 가공 벡터를 따라 이동하며 가공하는 단계; 및
상기 제2 스캐너의 빔 스팟은 상기 가공 벡터의 시작위치로 이동하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 스캐너의 빔 스팟이 가공 벡터의 시작위치에 도착하는 시점은 상기 제2 스캐너의 빔 스팟이 상기 가공 벡터의 종료 위치에 도착하는 시점보다 이른 시점일 수 있다.
상기 제1 스캐너의 빔 스팟 직경과 상기 제2 스캐너의 빔 스팟 직경은 서로 상이할 수 있다.
상기 제1 스캐너의 빔 스팟이 상기 가공 벡터를 따라 이동하며 가공하는 속도는 상기 제1 스캐너의 빔 스팟이 상기 가공 벡터의 시작위치로 이동하는 속도보다 느릴 수 있다.
상기 제1 스캐너의 빔 스팟이 상기 가공 벡터를 따라 이동하며 가공하는 속도는 등속도 일 수 있다.
상기 제2 스캐너의 빔 스팟이 상기 가공 벡터를 따라 이동하며 가공하는 단계는, 제2 스캐너를 등속도로 구동하는 단계; 트리거 신호를 광변조기에 전달하여 입사광을 제2 스캐너에 전달하는 단계; 및 제2 스캐너가 상기 가공 벡터를 따라 이동하며 가공하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 제2 스캐너의 빔 스팟이 상기 가공 벡터의 종료 위치에 도착할 때, 상기 제1 스캐너의 빔 스팟이 상기 가공 벡터를 따라 이동하며 가공하는 단계는, 제1 스캐너를 등속도로 구동하는 단계; 트리거 신호를 광변조기에 전달하여 입사광을 제1 스캐너에 전달하는 단계; 및 제1 스캐너가 상기 가공 벡터를 따라 이동하며 가공하는 단계;를 포함할 수 있다.
일 개시에 따른 연속 가공 장치 및 연속 가공 방법은 제1 스캐너 및 제2 스캐너와 스위칭 시간이 1μm 이하인 광변조기를 이용하여 가공 벡터를 반복적으로 끊김없이 연속적으로 가공할 수 있다.
도 1은 일 개시에 따른 연속 가공 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2a 내지 2f는 도 1에 따른 연속 가공 장치의 작동 방식을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 다른 개시에 따른 연속 가공 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4a 내지 4f는 도 3에 따른 연속 가공 장치의 작동 방식을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 일 개시에 따른 연속 가공 방법을 나타낸 순서도이다.
도 6은 일 개시에 따른 제1 스캐너 및 제2 스캐너의 구동 상태를 나타내는 속도-시간 그래프이다.
도 7은 일 개시에 따른 제1 스캐너 및 제2 스캐너의 구동 상태 및 광변조기의 펄스 발생 시점을 도시하는 도면이다.
도 8은 다른 개시에 따른 제1 스캐너 및 제2 스캐너의 구동 상태를 나타내는 속도-시간 그래프이다.
도 9는 다른 개시에 따른 제1 스캐너 및 제2 스캐너의 구동 상태 및 광변조기의 펄스 발생 시점을 도시하는 도면이다.
이하, 예시적인 실시예에 따른 연속 가공 장치 및 연속 가공 방법에 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.
도 1은 일 개시에 따른 연속 가공 장치(100)를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 2a 내지 2f는 도 1에 따른 연속 가공 장치의 작동 방식을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 연속 가공 장치(100)는 광원(110), 광변조기(120), 제어부(130), 스캐너 모듈(140), 렌즈 모듈(150)을 포함한다.
광원(110)은 광을 광변조기(120)로 조사할 수 있다. 광원(110)은 대상물을 가공하기 위한 고출력 광을 조사할 수 있다. 예를 들어, 광원(110)은 레이저 광원일 수 있다. 예를 들어, 광원(110)은 탄산가스 레이저, 헬륨-네온 레이저, 아르곤-이온 레이저, 엑시머 레이저, 반도체 레이저, 고체 레이저, 액체 레이저 등 다양한 형태의 레이저 광원이 이용될 수 있으며 특정 실시예에 한정되지 않는다.
광변조기(120)는 광원(110)에서 전달된 광의 경로를 제1 경로 또는 제2 경로로 변경할 수 있다. 예를 들어, 광변조기(120)는 광 경로의 변환 시간이 1μm 이하인 고속 변조기일 수 있다. 예를 들어, 광변조기(120)는 광을 제1 경로에서 제2 경로로 또는 제2 경로에서 제1 경로로 스위칭을 1 μm 이내에 변경할 수 있다. 예를 들어, 광변조기(120)는 광음향 변조기(Accoustic Optical Modulator;AOM) 일 수 있다.
스캐너 모듈(140)은 제1 스캐너(141)와 제2 스캐너(142)를 포함한다. 제1 스캐너(141)는 제1 경로로 전달되는 광을 대상물(ob)에서 이동시킨다. 제2 스캐너(142)는 제2 경로로 전달되는 광을 대상물(ob)에서 이동시킨다. 광변조기(120)의 광경로 스위칭에 따라 제1 스캐너(141) 및 제2 스캐너(142)의 가공상태 또한 스위칭 된다.
제어부(130)는 광원(110), 광변조기(120), 및 스캐너 모듈(140)의 작동을 제어한다. 제어부(130)는 예를 들어, 프로세서(processor), 메모리(memory) 등의 전자 제어 장치로 구성될 수 있으며 특별한 실시예에 한정되지 않는다. 제어부(130)는 입력장치(미도시) 또는 출력장치(미도시)를 포함하여 사용자의 입력을 받아들이고, 제어 상태를 사용자에게 출력할 수 있다. 제어부(130)는 통신부(미도시)를 포함하여 외부 장치와 정보를 송수신할 수 있다. 예를 들어, 상기 정보는 광변조기(120)의 제어와 관련된 제어 데이터, 스캐너 모듈(140)의 제어와 관련된 제어 데이터, 광원(110)의 제어와 관련된 제어 데이터를 포함할 수 있다.
제어부(130)는 대상물(ob)의 가공 벡터를 결정할 수 있다. 가공 벡터는 대상물(ob)을 어떤 형태로 가공하고, 어떤 길이, 두께로 가공할지를 나타내는 가상의 벡터를 의미할 수 있다. 예를 들어, 가공 벡터는 선형 벡터, 나선형 벡터, 곡선형 벡터 등 대상물(ob)의 가공 형태에 따라 다양하게 결정될 수 있다.
제어부(130)는 스캐너 모듈(140) 및 광변조기(120)를 제어하여 가공 벡터를 연속적으로 반복 가공할 수 있다. 이하 상세히 설명한다.
제어부(130)는 광변조기(120)를 제어하여, 광원(110)에서 전달되는 광이 제1 경로를 통해 제1 스캐너(141)에 전달하거나 또는 제2 경로를 통해 제2 스캐너(142)에 전달할 수 있다. 제1 스캐너(141)와 제2 스캐너(142)는 대상물(ob)의 가공 벡터를 순차적으로 번갈아가며 가공할 수 있다.
도 2a를 참조하면, 제어부(130)는 제1 스캐너(141)의 빔 스팟(ℓ1)과 제2 스캐너(142)의 빔 스팟(ℓ2)이 가공 벡터의 시작 위치에 위치하도록 제1 스캐너(141)및 제2 스캐너(142)를 제어할 수 있다.
도 2b를 참조하면, 제어부(130)는 광변조기(120)를 제어하여 제1 스캐너(141)에 제1 경로로 광이 전달되도록 제어하고, 제1 스캐너의 빔 스팟(ℓ1)이 가공 벡터를 따라 가공하도록 제1 스캐너(141)를 제어할 수 있다. 제1 스캐너의 빔 스팟(ℓ1)이 가공 벡터를 따라 가공하는 동안, 제2 스캐너(142)의 빔 스팟(ℓ2)은 가공 벡터의 시작 위치에서 대기할 수 있다.
도 2b 및 2c를 참조하면, 제어부(130)는 제1 스캐너(141)의 빔 스팟(ℓ1)이 가공 벡터의 종료 위치에 도착할 때, 제1 스캐너(141)의 가공을 중지하고 제2 스캐너(142)의 가공을 시작하도록 광을 제1 경로에서 제2 경로로 스위칭 하도록 광변조기(120)를 제어할 수 있다.
도 2c 및 2d를 참조하면, 제어부(130)는 제2 스캐너(142)의 빔 스팟(ℓ2)이 가공 벡터를 따라 가공하도록 제2 스캐너(142)를 제어하고, 제1 스캐너(141)는 가공 벡터의 시작 위치로 이동시키도록 제1 스캐너(141)를 제어할 수 있다.
도 2d 및 2e를 참조하면, 제어부(130)는 제2 스캐너(142)의 빔 스팟(ℓ2)이 가공 벡터의 종료 위치에 도착할 때, 제2 스캐너(142)의 가공을 중지하고 제1 스캐너(141)의 가공을 시작하도록 광을 제2 경로에서 제1 경로로 스위칭 하도록 광변조기(120)를 제어할 수 있다. 제어부(130)는 제2 스캐너(142)의 빔 스팟(ℓ2)을 다시 가공 벡터의 시작 위치로 되돌리도록 제2 스캐너(142)를 제어할 수 있다.
도 2f를 참조하면, 제2 스캐너(142)의 빔 스팟(ℓ2)이 시작 위치에 대기하며, 제1 스캐너(141)의 빔 스팟(ℓ1)이 가공 벡터의 종료 위치에 도착할 때까지 가공 벡터를 따라 대상물을 가공할 수 있다.
제어부(130)는 가공 벡터의 가공이 완료될 때까지 상기 단계들을 반복하며, 연속적으로 가공 벡터를 가공할 수 있다. 광변조기(120)의 광 경로 변경에 소요되는 시간이 1 μm 이하이므로 실질적으로 가공 벡터의 가공이 시간의 흐름에 따라 연속적일 수 있으며, 가공 시간의 효율적인 감소가 가능하다.
제어부(130)는 제1 스캐너(141)의 가공 영역을 결정하는 제1 가공 벡터와 제2 스캐너(142)의 가공 영역을 결정하는 제2 가공 벡터를 별도로 결정할 수 있다. 제1 가공 벡터와 제2 가공 벡터는 서로 영역이 중첩되나 완벽히 일치하지 않을 수 있다. 이러한 경우에, 제어부(130)는 제1 스캐너(141)가 제1 가공 벡터를 따라 가공하도록 제어하고, 제2 스캐너(142)가 제2 가공 벡터를 따라 가공하도록 제어할 수 있다.
본 개시에 따른 연속 가공 장치(100)는 스캐너 모듈(140)과 대상물(ob) 사이에 마련되는 렌즈 모듈(150)을 더 포함할 수 있다. 렌즈 모듈(150)은 제1 스캐너(141)의 빔 스팟과 제2 스캐너(142)의 빔 스팟이 가공 벡터 상에서 효과적으로 집광되도록 광의 경로를 변경하는 광학 부재를 포함할 수 있다.
예를 들어, 렌즈 모듈(150)은 텔레센트릭 렌즈(telecentric lens)를 포함할 수 있다. 렌즈 모듈(150)이 텔레센트릭 렌즈를 포함하는 경우에는 제1 스캐너(141)의 빔 스팟과 제2 스캐너(142)의 빔 스팟이 대상물(ob)의 가공 벡터에 수직하게 입사되도록 마련될 수 있어 광의 집광에 유리할 수 있다. 이 경우 텔레센트릭 렌즈의 면적은 제1 스캐너(141)의 스윙 면적 및 제2 스캐너(142)의 스윙 면적과 유사할 수 있다.
예를 들어, 렌즈 모듈(150)은 f-세타 렌즈(f-theta lens)를 포함할 수 있다. . 렌즈 모듈(150)이 f-세타 렌즈를 포함하는 경우에는 1 스캐너(141)의 빔 스팟과 제2 스캐너(142)의 빔 스팟이 렌즈 모듈(150)에 입사하는 각도에 따라 가공 벡터의 조사 위치가 결정될 수 있어 정교한 가공이 가능할 수 있다.
도 3은 다른 개시에 따른 연속 가공 장치(200)를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 4a 내지 4f는 도 3에 따른 연속 가공 장치의 작동 방식을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 연속 가공 장치(200)는 제1 경로 상에 마련되는 제1 직경 조절기(261)와 제2 경로 상에 마련되는 제2 직경 조절기(262)를 더 포함한다. 나머지 구성요소는 도1에 따른 연속 가공 장치(100)에서 기술된 바와 같으므로 중복되는 설명은 생략한다.
연속 가공 장치(200)는 가공 벡터의 효율적인 가공을 위해 제1 스캐너(141)의 빔 스팟(ℓ1) 및 제2 스캐너(142)의 빔 스팟(ℓ2)의 크기를 다르게 조절할 수 있다.
제1 직경 조절기(261)는 광변조기(120)와 제1 스캐너(141)의 사이에 마련되며, 원 입사광 lin 의 직경을 입사광 l'in 으로 변경할 수 있다. 입사광 l'in 의 직경은 원 입사광의 lin 의 직경보다 작거나 클 수 있으며, 이러한 직경은 제어부(130)의 조절에 의해 변경될 수 있다.
제2 직경 조절기(262)는 광변조기(120)와 제1 스캐너(141)의 사이에 마련되며, 원 입사광 lin 의 직경을 입사광 l''in 으로 변경할 수 있다. 입사광 l''in 의 직경은 원 입사광의 lin 의 직경보다 작거나 클 수 있으며, 이러한 직경은 제어부(130)의 조절에 의해 변경될 수 있다. 결과적으로 제1 직경 조절기(261) 및/또는 제2 직경 조절기(262)의 도입을 통해 제1 스캐너(141)의 빔 스팟(ℓ1) 및 제2 스캐너(142)의 빔 스팟(ℓ2)의 직경이 서로 상이할 수 있다.
도 4a를 참조하면, 제어부(130)는 제1 스캐너(141)의 빔 스팟(ℓ1)과 제2 스캐너(142)의 빔 스팟(ℓ2)이 가공 벡터의 시작 위치에 위치하도록 제1 스캐너(141)및 제2 스캐너(142)를 제어할 수 있다. 이때, 제1 직경 조절기(261)는 입사광의 직경을 확장하여 제1 스캐너(141)의 빔 스팟(ℓ1)의 직경을 확장시킬 수 있다.
도 4b를 참조하면, 제어부(130)는 광변조기(120)를 제어하여 제1 스캐너(141)에 제1 경로로 광이 전달되도록 제어하고, 제1 스캐너의 빔 스팟(ℓ1)이 가공 벡터를 따라 가공하도록 제1 스캐너(141)를 제어할 수 있다. 제1 스캐너의 빔 스팟(ℓ1)이 가공 벡터를 따라 가공하는 동안, 제2 스캐너(142)의 빔 스팟(ℓ2)은 가공 벡터의 시작 위치에서 대기할 수 있다.
도 4b 및 4c를 참조하면, 제어부(130)는 제1 스캐너(141)의 빔 스팟(ℓ1)이 가공 벡터의 종료 위치에 도착할 때, 제1 스캐너(141)의 가공을 중지하고 제2 스캐너(142)의 가공을 시작하도록 광을 제1 경로에서 제2 경로로 스위칭 하도록 광변조기(120)를 제어할 수 있다. 이때, 제2 직경 조절기(262)는 입사광의 직경을 확대하여 제2 스캐너(142)의 빔 스팟(ℓ2)의 직경을 축소시킬 수 있다. 따라서, 제2 스캐너(142)의 빔 스팟(ℓ2)의 직경은 제1 스캐너(141)의 빔 스팟(ℓ1)의 직경보다 작을 수 있다.
도 4c 및 4d를 참조하면, 제어부(130)는 제2 스캐너(142)의 빔 스팟(ℓ2)이 가공 벡터를 따라 가공하도록 제2 스캐너(142)를 제어하고, 제1 스캐너(141)는 가공 벡터의 시작 위치로 이동시키도록 제1 스캐너(141)를 제어할 수 있다. 제2 스캐너(142)의 빔 스팟(ℓ2)의 직경이 제1 스캐너(141)의 빔 스팟(ℓ1)의 직경보다 작음으로써, 가공 벡터의 효율적인 가공이 가능하다.
도 4d 및 4e를 참조하면, 제어부(130)는 제2 스캐너(142)의 빔 스팟(ℓ2)이 가공 벡터의 종료 위치에 도착할 때, 제2 스캐너(142)의 가공을 중지하고 제1 스캐너(141)의 가공을 시작하도록 광을 제2 경로에서 제1 경로로 스위칭 하도록 광변조기(120)를 제어할 수 있다. 제어부(130)는 제2 스캐너(142)의 빔 스팟(ℓ2)을 다시 가공 벡터의 시작 위치로 되돌리도록 제2 스캐너(142)를 제어할 수 있다.
도 4f를 참조하면, 제2 스캐너(142)의 빔 스팟(ℓ2)이 시작 위치에 대기하며, 제1 스캐너(141)의 빔 스팟(ℓ1)이 가공 벡터의 종료 위치에 도착할 때까지 가공 벡터를 따라 대상물을 가공할 수 있다.
제어부(130)는 가공 벡터의 가공이 완료될 때까지 상기 단계들을 반복하며, 연속적으로 가공 벡터를 가공할 수 있다. 광변조기(120)의 광 경로 변경에 소요되는 시간이 1 μm 이하이므로 실질적으로 가공 벡터의 가공이 시간의 흐름에 따라 연속적일 수 있으며, 가공 시간의 효율적인 감소가 가능하다. 또한, 제1 직경 조절기(261) 및/또는 제2 직경 조절기(262)의 도입으로 인해 가공 벡터의 보다 효율적인 가공이 가능하다.
도 5는 일 개시에 따른 연속 가공 방법을 나타낸 순서도이다. 도 5를 참조하면, 본 개시에 따른 연속 가공 방법은, 시작 위치에 제1 스캐너와 제2 스캐너의 빔 스팟이 대기하는 단계(S101), 레이저 빔을 제1 스캐너에 조사하여, 제1 스캐너가 가공 벡터를 가공하는 단계(S102), 제1 스캐너의 가공이 끝나는 시점에 레이저 빔을 제2 스캐너에 조사하여 제2 스캐너가 가공 벡터를 가공하는 단계(S103), 제2 스캐너가 가공벡터를 가공하는 동안, 제1 스캐너의 스팟을 가공 벡터의 시작 위치로 움직이는 단계(S104), 가공 완료 여부에 따라 S102, S103, S104의 과정을 반복하는 단계(S105)를 포함한다.
도 6은 일 개시에 따른 제1 스캐너 및 제2 스캐너의 구동 상태를 나타내는 속도-시간 그래프이다.
도 6을 참조하면, 제1 스캐너는 등속도로 움직이는 구간에 가공 벡터를 가공할 수 있다. 마찬가지로, 제2 스캐너는 등속도로 움직이는 구간에 가공 벡터를 가공할 수 있다. 제1 스캐너가 등속도로 움직이는 구간이 종료하는 시점과 제2 스캐너가 등속도로 움직이는 구간이 시작하는 시점은 실질적으로 동일할 수 있다. 또는, 제1 스캐너가 등속도로 움직이는 구간이 종료하는 시점보다 제2 스캐너가 등속도로 움직이는 구간이 시작하는 시점이 다소 우선할 수 있다. 이러한 구간 조건으로 인해, 가공 벡터의 연속적인 가공이 가능할 수 있다.
제1 스캐너는 가공구간이 종료된 이후에 시작 위치로 복귀하기 위해 반대 방향으로 움직일 수 있다. 예를 들어, 제1 스캐너의 가공구간에서의 속도는 제1 스캐너의 복귀구간에서의 속도보다 느릴 수 있다. 제1 스캐너는 시작 위치에 도착하면 정지할 수 있다.
제2 스캐너는 가공구간이 종료된 이후에 시작 위치로 복귀하기 위해 반대 방향으로 움직일 수 있다. 예를 들어, 제2 스캐너의 가공구간에서의 속도는 제2 스캐너의 복귀구간에서의 속도보다 느릴 수 있다. 제2 스캐너는 시작 위치에 도착하면 정지할 수 있다.
제1 스캐너의 가공구간의 속도와 제2 스캐너의 가공구간의 속도는 서로 동일할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 스캐너의 복귀구간의 속도와 제2 스캐너의 복귀구간의 속도는 서로 동일할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 7은 일 개시에 따른 제1 스캐너 및 제2 스캐너의 구동 상태 및 광변조기의 펄스 발생 시점을 도시하는 도면이다.
도 7을 참조하면, 레이저 펄스는 지속적으로 가공 벡터를 가공한다(LM 참조). 제1 스캐너는 가공 구간과 시작 위치 대기 구간을 번갈아가면서 구동되며, 제2 스캐너는 가공 구간과 시작 위치 대기 구간을 번갈아가면서 구동된다. 레이저 펄스의 지속 가공을 위해, 제1 스캐너와 제2 스캐너의 가공 구간은 서로 교차적으로 위치한다. 제1 스캐너에서 제2 스캐너의 가공 구간으로 넘어가기 위해, 제어부(미도시)는 입사광의 광경로가 제1 스캐너에서 제2 스캐너로 변경되도록 광변조기에 트리거 펄스 신호를 조사할 수 있다. 트리거 펄스 신호가 도착하여 제1 스캐너 및 제2 스캐너의 구동 상태가 변화하기 까지 TAOM 의 시간이 소요될 수 있다. 제어부는 TAOM 의 시간을 고려하여 제1 스캐너 및 제2 스캐너의 구동 상태 및 구동 속도를 적정하게 제어할 수 있다.
도 8은 다른 개시에 따른 제1 스캐너 및 제2 스캐너의 구동 상태를 나타내는 속도-시간 그래프이다.
도 8을 참조하면, 제1 스캐너는 등속도로 움직이는 구간에 가공 벡터를 가공할 수 있다. 마찬가지로, 제2 스캐너는 등속도로 움직이는 구간에 가공 벡터를 가공할 수 있다. 제1 스캐너가 등속도로 움직이는 구간이 종료하는 시점과 제2 스캐너가 등속도로 움직이는 구간이 시작하는 시점은 실질적으로 동일할 수 있다. 또는, 제1 스캐너가 등속도로 움직이는 구간이 종료하는 시점보다 제2 스캐너가 등속도로 움직이는 구간이 시작하는 시점이 다소 우선할 수 있다. 이러한 구간 조건으로 인해, 가공 벡터의 연속적인 가공이 가능할 수 있다.
제1 스캐너는 가공구간이 종료된 이후에 시작 위치로 복귀하기 위해 반대 방향으로 움직일 수 있다. 예를 들어, 제1 스캐너의 가공구간에서의 속도는 제1 스캐너의 복귀구간에서의 속도보다 느릴 수 있다. 제1 스캐너는 시작 위치에 도착하면 정지할 수 있다. 제1 스캐너의 복귀구간의 속도는 제1 스캐너가 시작 위치에 도착하고 소정의 대기 시간을 가지도록 충분히 빠를 수 있다. 이러한 대기 시간을 가짐으로써 제1 스캐너의 관성 제어와 관련된 적절한 레버리지(leverage)를 확보할 수 있다.
제2 스캐너는 가공구간이 종료된 이후에 시작 위치로 복귀하기 위해 반대 방향으로 움직일 수 있다. 예를 들어, 제2 스캐너의 가공구간에서의 속도는 제2 스캐너의 복귀구간에서의 속도보다 느릴 수 있다. 제2 스캐너는 시작 위치에 도착하면 정지할 수 있다. 제2 스캐너의 복귀구간의 속도는 제2 스캐너가 시작 위치에 도착하고 소정의 대기 시간을 가지도록 충분히 빠를 수 있다. 이러한 대기 시간을 가짐으로써 제2 스캐너의 관성 제어와 관련된 적절한 레버리지를 확보할 수 있다.
제1 스캐너의 가공구간의 속도와 제2 스캐너의 가공구간의 속도는 서로 동일할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 스캐너의 복귀구간의 속도와 제2 스캐너의 복귀구간의 속도는 서로 동일할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 9는 다른 개시에 따른 제1 스캐너 및 제2 스캐너의 구동 상태 및 광변조기의 펄스 발생 시점을 도시하는 도면이다.
도 9를 참조하면, 레이저 펄스는 지속적으로 가공 벡터를 가공한다(LM 참조). 제1 스캐너는 가속 구간, 가공 구간, 감속 구간, 시작 위치 대기 구간을 번갈아가면서 구동되며, 제2 스캐너는 가속 구간, 가공 구간, 감속 구간, 시작 위치 대기 구간을 번갈아가면서 구동된다. 레이저 펄스의 지속 가공을 위해, 제1 스캐너와 제2 스캐너의 가공 구간은 서로 시간 축을 빈틈없이 매꾸도록 교차적으로 위치한다.
제1 스캐너에서 제2 스캐너의 가공 구간으로 넘어가기 위해, 제어부(미도시)는 입사광의 광경로가 제1 스캐너에서 제2 스캐너로 변경되도록 광변조기에 트리거 펄스 신호를 조사할 수 있다. 트리거 펄스 신호가 도착하여 제1 스캐너 및 제2 스캐너의 구동 상태가 변화하기 까지 TAOM 의 시간이 소요될 수 있다. 제어부는 TAOM 의 시간을 고려하여 제1 스캐너 및 제2 스캐너의 구동 상태 및 구동 속도를 적정하게 제어할 수 있다.
제1 스캐너에서 제2 스캐너로 가공 구간이 변경되는 시점에 제2 스캐너가 등속 운동 상태를 유지할 수 있도록 제어부는 그 보다 이른 시점에 제2 스캐너의 운동을 트리거하는 트리거 펄스 신호를 제2 스캐너에 조사할 수 있다. 제2 스캐너는 일정 구간동안 가속된 후, 제2 스캐너에 광이 입사되며 가공 구간에 도입하게 되면 등속운동을 유지한다.
제2 스캐너에서 제1 스캐너의 가공 구간으로 넘어가기 위해, 제어부(미도시)는 입사광의 광경로가 제2 스캐너에서 제1 스캐너로 변경되도록 광변조기에 트리거 펄스 신호를 조사할 수 있다. 제2 스캐너에서 입사광이 제거되면, 제2 스캐너는 감속 한 후 시작 위치로 이동하여 대기할 수 있다.
제1 스캐너와 제2 스캐너의 구동은 제어부의 제1 스캐너 트리거 펄스, 제2 스캐너 트리거 펄스, 광변조기 트리거 펄스의 3가지 신호를 통해 적절히 제어될 수 있다. 이러한 펄스를 이용한 구동 방식을 통해 제1 스캐너와 제2 스캐너의 가동 구간이 서로 시간 축을 빈틈없이 매꾸도록 교차적으로 위치할 수 있으며, 연속 가공 장치의 구성이 효율적으로 이루어질 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 : 연속 가공 장치
110 : 광원
120 : 광변조기
130 : 제어부
140 : 스캐너 모듈
141 : 제1 스캐너 142 : 제2 스캐너
150 : 렌즈 모듈

Claims (20)

  1. 광원;
    상기 광원에서 전달된 광의 경로를 제1 경로 또는 제2 경로로 변경하는 광변조기;
    제1 경로로 전달되는 입사광을 대상물에서 이동시키는 제1 스캐너, 제2 경로로 전달되는 입사광을 대상물에서 이동시키는 제2 스캐너를 포함하는 스캐너 모듈; 및
    상기 광원, 광변조기 및 스캐너 모듈의 작동을 제어하는 제어부;를 포함하되,
    상기 제어부는, 상기 대상물의 가공 벡터를 결정하고, 상기 제1 스캐너의 제1 가공 벡터와 상기 제2 스캐너의 제2 가공 벡터를 결정하며, 광을 상기 제1 경로로 조사하도록 상기 광변조기를 제어하고, 상기 제1 스캐너의 빔 스팟이 상기 가공 벡터를 따라 가공하도록 상기 제1 스캐너를 제어하고, 상기 제2 스캐너의 빔 스팟이 상기 가공 벡터의 시작 위치에 위치하도록 상기 제2 스캐너를 제어하며, 상기 제1 스캐너의 빔 스팟이 종료 위치에 도착할 때 광이 상기 제2 경로로 조사하도록 상기 광변조기를 제어하고, 상기 제2 스캐너의 빔 스팟이 상기 가공 벡터를 따라 가공하도록 상기 제2 스캐너를 제어하며, 상기 제어부는 상기 제2 스캐너가 상기 가공 벡터를 가공하는 동안, 상기 제1 스캐너의 빔 스팟을 상기 가공 벡터의 시작 위치로 위치시키도록 상기 제1 스캐너를 제어하되,
    상기 제1 가공 벡터와 상기 제2 가공 벡터는 서로 일치하지 않고,
    상기 제어부가 상기 제2 스캐너의 빔 스팟이 상기 제2 가공 벡터를 따라 가공하도록 제어하는 것은:
    상기 제2 스캐너가 등속도로 구동하도록 상기 제어부가 상기 제2 스캐너를 제어하는 것, 상기 광 변조기가 상기 입사광을 제2 스캐너에 전달하도록 상기 제어부가 트리거 신호를 상기 광변조기에 전달하는 것, 및 상기 제2 스캐너가 상기 가공 벡터를 따라 이동하며 가공하도록 상기 제어부가 상기 제2 스캐너를 제어하는 것을 포함하는 연속 가공 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 스캐너 모듈과 대상물의 사이에 마련되는 렌즈 모듈;을 더 포함하는 연속 가공 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 렌즈 모듈은 광이 대상물에 수직하게 입사시키는 텔레센트릭 렌즈 또는 입사각에 따라 대상물의 가공 위치가 결정되는 f-세타 렌즈를 포함하는 연속 가공 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 경로 상에 마련되는 제1 직경 조절기;를 더 포함하는 연속 가공 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제2 경로 상에 마련되는 제2 직경 조절기;를 더 포함하는 연속 가공 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는 제1 스캐너 트리거 펄스, 제2 스캐너 트리거 펄스, 광변조기 트리거 펄스를 통해 상기 제1 스캐너, 제2 스캐너 및 광변조기를 제어하는 연속 가공 장치.
  13. 가공 벡터의 시작위치에 제1 스캐너의 빔 스팟과 제2 스캐너의 빔 스팟이 위치하는 단계;
    제1 스캐너의 빔 스팟이 상기 가공 벡터를 따라 이동하며 가공하는 단계;
    상기 제1 스캐너의 빔 스팟이 상기 가공 벡터의 종료 위치에 도착할 때, 상기 제2 스캐너의 빔 스팟이 상기 가공 벡터를 따라 이동하며 가공하는 단계; 및
    상기 제1 스캐너의 빔 스팟은 상기 가공 벡터의 시작위치로 이동하는 단계;를 포함하되,
    상기 제2 스캐너의 빔 스팟이 상기 가공 벡터를 따라 이동하며 가공하는 단계는:
    상기 제2 스캐너를 등속도로 구동하는 단계;
    트리거 신호를 광변조기에 전달하여 입사광을 상기 제2 스캐너에 전달하는 단계; 및
    상기 제2 스캐너가 상기 가공 벡터를 따라 이동하며 가공하는 단계;를 포함하는 연속 가공 방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제2 스캐너의 빔 스팟이 상기 가공 벡터의 종료 위치에 도착할 때, 상기 제1 스캐너의 빔 스팟이 상기 가공 벡터를 따라 이동하며 가공하는 단계; 및
    상기 제2 스캐너의 빔 스팟은 상기 가공 벡터의 시작위치로 이동하는 단계;를 더 포함하는 연속 가공 방법.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 제1 스캐너의 빔 스팟이 가공 벡터의 시작위치에 도착하는 시점은 상기 제2 스캐너의 빔 스팟이 상기 가공 벡터의 종료 위치에 도착하는 시점보다 이른 시점인 연속 가공 방법.
  16. 제13 항에 있어서,
    상기 제1 스캐너의 빔 스팟 직경과 상기 제2 스캐너의 빔 스팟 직경은 서로 상이한 연속 가공 방법.
  17. 제13 항에 있어서,
    상기 제1 스캐너의 빔 스팟이 상기 가공 벡터를 따라 이동하며 가공하는 속도는 상기 제1 스캐너의 빔 스팟이 상기 가공 벡터의 시작위치로 이동하는 속도보다 느린 연속 가공 방법.
  18. 제13 항에 있어서,
    상기 제1 스캐너의 빔 스팟이 상기 가공 벡터를 따라 이동하며 가공하는 속도는 등속도인 연속 가공 방법.
  19. 삭제
  20. 제14 항에 있어서,
    상기 제2 스캐너의 빔 스팟이 상기 가공 벡터의 종료 위치에 도착할 때, 상기 제1 스캐너의 빔 스팟이 상기 가공 벡터를 따라 이동하며 가공하는 단계는,
    제1 스캐너를 등속도로 구동하는 단계;
    트리거 신호를 광변조기에 전달하여 입사광을 제1 스캐너에 전달하는 단계; 및
    제1 스캐너가 상기 가공 벡터를 따라 이동하며 가공하는 단계;를 포함하는 연속 가공 방법.
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