KR102213923B1 - 레이저 가공 시스템 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 시스템은 극초단 레이저 빔을 발생시키는 레이저 발생기, 상기 극초단 레이저 빔을 조사하여 가공되는 가공 대상물이 탑재되는 스테이지, 상기 레이저 발생기와 상기 스테이지 사이의 광 경로 상에 위치하며 상기 극초단 레이저 빔의 조사 위치를 조절하는 스캐너, 그리고 상기 스테이지와 상기 스캐너를 동기화시켜 상기 스테이지와 상기 스캐너의 이동을 조절하는 모션 컨트롤러를 포함한다.

Description

레이저 가공 시스템 및 그 방법{LASER PROCESSING SYSTEM AND METHOD}

본 발명은 레이저 가공 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

최근에는 스마트 워치, 전자 자동차 계기판(곡선 및 다각형상), 대형 표시 장치 등과 같은 다양한 형상의 표시 장치에 대한 제조가 시도되고 있다. 그러나, 이러한 다양한 형상의 표시 장치의 제조를 위해서는 대형 면적의 스테이지와 형상 가공을 위한 스캐너(Scanner)가 필요하다. 그러나, 일반적인 레이저 가공 시스템의 스캐너(scanner)의 가공 면적은 렌즈의 성능에 의존하며, 200 * 200 mm 이내의 가공 면적 내에서 레이저 가공이 진행되고 있으므로 그 이상의 면적까지 가공하는 것은 어렵다.

또한, 플렉서블 표시 장치의 기판은 폴리이미드(Polyimide, PI) 필름으로 제조되므로, 플렉서블 표시 장치의 기판을 CO₂ 레이저, 나노세컨드(Nano second) 레이저 등의 고출력 레이저를 이용하여 가공하는 경우, 기판이 용융되거나 가공 품질을 확보하기 더욱 어렵게 된다.

또한, 일반적인 레이저 가공 시스템에는 카메라를 이용하여 가공 상황을 확인하므로, 실시간으로 가공 품질을 확보하기 어려우며, 가공 깊이를 실시간으로 검사하기도 어렵다.

본 발명은 전술한 배경 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 다양한 형상과 대면적까지 가공 가능하며, 플렉서블 표시 장치에도 적용가능하고, 실시간으로 가공 깊이 및 가공 품질을 확인할 수 있는 레이저 가공 시스템 및 그 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 시스템은 극초단 레이저 빔을 발생시키는 레이저 발생기, 상기 극초단 레이저 빔을 조사하여 가공되는 가공 대상물이 탑재되는 스테이지, 상기 레이저 발생기와 상기 스테이지 사이의 광 경로 상에 위치하며 상기 극초단 레이저 빔의 조사 위치를 조절하는 스캐너, 그리고 상기 스테이지와 상기 스캐너를 동기화시켜 상기 스테이지와 상기 스캐너의 이동을 조절하는 모션 컨트롤러를 포함한다.

상기 가공 대상물의 가공 정도를 실시간으로 검사하여 상기 모션 컨트롤러에 피드백하는 광간섭 단층 검사기를 더 포함할 수 있다.

상기 가공 대상물은 고분자 재료, 무기 재료, 플렉서블 재료 중에서 선택된 어느 하나로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 방법은 극초단 레이저 빔을 발생시키는 단계, 상기 극초단 레이저 빔을 스테이지 위에 탑재된 가공 대상물에 조사하여 상기 가공 대상물을 가공하는 단계, 스캐너를 이용하여 상기 극초단 레이저 빔의 조사 위치를 조절하는 단계, 그리고 상기 스테이지 및 상기 스캐너에 연결된 모션 컨트롤러를 이용하여 상기 스테이지와 상기 스캐너를 동기화시켜 상기 스테이지 및 상기 스캐너의 이동을 조절하는 단계를 포함한다.

광간섭 단층 검사기를 이용하여 상기 가공 대상물의 가공 정도를 실시간으로 검사하여 상기 모션 컨트롤러에 피드백하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 가공 대상물은 고분자 재료, 무기 재료, 플렉서블 재료 중에서 선택된 어느 하나로 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 시스템 및 그 방법은 극초단 레이저 빔을 이용하여 가공 대상물에 대한 열 손상을 최소화하며 가공 대상물을 가공할 수 있다.

또한, 스캐너 및 스테이지가 모션 컨트롤러에 의해 동기화 됨으로써, 스캐너가 200 * 200 mm 이내의 가공 면적 내에서 레이저 가공을 진행하더라도 스테이지가 스캐너의 이동에 맞추어 이동함으로써, 200 * 200 mm 이내의 가공 면적보다 더 넓은 가공 면적의 대면적 가공을 진행할 수 있다.

또한, 모션 컨트롤러에 연결된 광간섭 단층 검사기를 이용함으로써, 가공 대상물의 가공 선폭 및 가공 깊이 등의 가공 품질을 실시간으로 확인할 수 있다. 따라서, 레이저 가공 공정 시간을 단축시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 시스템의 개략적인 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 방법의 순서도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

그러면 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 시스템에 대하여 도 1을 참고로 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 시스템의 개략적인 도면이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 시스템은 레이저 발생기(10), 스테이지(Stage)(20), 스캐너(Scanner)(30), 모션 컨트롤러(Motion controller)(40), 그리고 광간섭 단층 검사기(Optical coherence tomography, OCT)(50)를 포함한다.

레이저 발생기(10)는 극초단 레이저 빔(1)을 발생시킬 수 있다. 레이저 발생기(10)에서 생성한 극초단 레이저 빔(1)은 피코초(=10^-12초) 내지 펨토초(=10^-15초)의 짧은 펄스폭(지속 시간)을 갖는 레이저 빔이다.

극초단 레이저 빔(1)은 가공 대상물(100)의 열 영향 영역(HAZ) 또는 열 손상을 최소화할 수 있어 가공 중에 발생하는 잔해(Debris) 또는 재질 변형을 최소화할 수 있다. 가공 대상물(100)는 폴리이미드(Polyimide, PI)와 같은 고분자 재료, 글래스(glass)와 같은 무기 재료, 플렉서블 재료 등으로 이루어질 수 있다. 따라서, 극초단 레이저 빔(1)을 이용하여 열에 취약한 물질로 이루어지는 가공 대상물(100)에 대한 열 손상을 최소화하며 가공 대상물(100)를 가공할 수 있다.

스테이지(20)는 극초단 레이저 빔(1)에 의해 가공되는 가공 대상물(100)가 탑재될 수 있다. 이러한 스테이지(20)는 모션 컨트롤러(40)에 연결되어 그 위치를 이동시킬 수 있다. 따라서, 스테이지(20)를 이동시킴으로써 가공 대상물(100)에 조사되는 극초단 레이저 빔(1)의 조사 위치를 조절할 수 있다.

스캐너(30)는 레이저 발생기(10)와 스테이지(20) 사이의 광 경로 상에 위치할 수 있다. 이러한 스캐너(30)는 극초단 레이저 빔(1)이 가공 대상물(100)에 조사되는 조사 위치를 조절할 수 있다.

모션 컨트롤러(40)는 스테이지(20) 및 스캐너(30)에 모두 연결될 수 있다. 이러한 모션컨트롤러는 스테이지(20)와 스캐너(30)를 동기화시켜 스테이지(20)와 스캐너(30)의 이동을 조절하여 곡면 형상 등의 다양한 형상으로 가공 대상물(100)를 가공할 수 있다.

따라서, 스캐너(30)가 대물렌즈의 시계(Field of view, FOV)의 범위인 200 * 200 mm 이내의 가공 면적 내에서 레이저 가공을 진행하더라도 스테이지(20)가 스캐너(30)의 이동에 맞추어 이동함으로써, 200 * 200 mm 이내의 가공 면적보다 더 넓은 가공 면적의 대면적 가공을 진행할 수 있다. 이 때, 대면적 가공의 가공 면적은 스테이지(20)의 스트로크(stroke)에 따라 가변될 수 있다. 스테이지(20)의 스트로크는 스테이지의 X축 및 Y축으로의 최대 이동 거리를 의미한다.

광간섭 단층 검사기(50)는 광간섭을 이용하여 단층 영상을 확보할 수 있는 장치이며, 광간섭 단층 검사기(50) 내부에서 별도의 레이저(2)를 가공 대상물(100)에 조사하고 반사되어 나오는 광을 분석하여 영상 처리하는 장치이다.

광간섭 단층 검사기(50)는 가공 대상물(100)의 가공 정도를 실시간으로 검사할 수 있다. 구체적으로 광간섭 단층 검사기(50)는 가공 대상물(100)의 가공 선폭 및 가공 깊이 등을 실시간으로 확인할 수 있다. 따라서, 광간섭 단층 검사기(50)에 의해 측정된 가공 대상물(100)의 가공 선폭 및 가공 깊이를 모션 컨트롤러(40)에 피드백하여 스테이지(20) 및 스캐너(30)의 이동을 다시 조절할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 시스템을 이용한 레이저 가공 방법에 대해 이하에서 도면을 참고로 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 방법의 순서도이다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 우선 레이저 발생기(10)를 이용하여 극초단 레이저 빔(1)을 발생시킨다(S10). 이 때, 극초단 레이저 빔(1)은 레이저 출력, 주파수(Frequency), 펄스 폭(pulse width), 트리거 온/오프(Trigger on/off) 등을 조절하여 레이저 가공에 적합 조건으로 변경된다. 이러한 극초단 레이저 빔(1)은 가공 대상물(100)의 열 영향 영역(HAZ) 또는 열 손상을 최소화할 수 있어 가공 중에 발생하는 잔해(Debris) 또는 재질 변형을 최소화할 수 있다.

다음으로, 극초단 레이저 빔(1)을 스테이지(20) 위에 탑재된 가공 대상물(100)에 조사하여 가공 대상물(100)를 가공한다(S20).

다음으로, 스캐너(30)를 이용하여 극초단 레이저 빔(1)의 조사 위치를 조절한다(S30). 이러한 스캐너(30)는 레이저 발생기(10)와 스테이지(20) 사이의 광 경로 상에 위치할 수 있다.

다음으로, 스테이지(20) 및 스캐너(30)에 연결된 모션 컨트롤러(40)를 이용하여 스테이지(20)와 스캐너(30)를 동기화시켜 스테이지(20) 및 스캐너(30)의 이동을 조절할 수 있다(S40). 이 때, 스테이지(20) 및 스캐너(30)는 극초단 레이저 빔(1)의 트리거 온/오프에 맞추어 이동할 수 있다.

따라서, 스캐너(30)가 200 * 200 mm 이내의 가공 면적 내에서 레이저 가공을 진행하더라도 스테이지(20)가 스캐너(30)의 이동에 맞추어 이동함으로써, 200 * 200 mm 이내의 가공 면적보다 더 넓은 가공 면적의 대면적 가공을 진행할 수 있다. 이 때, 대면적 가공의 가공 면적은 스테이지(20)의 스트로크(stroke)에 따라 가변될 수 있다

다음으로, 광간섭 단층 검사기(50)를 이용하여 가공 대상물(100)의 가공 선폭 및 가공 깊이 등의 가공 정도를 실시간으로 검사할 수 있다(S50). 그리고, 이러한 검사 결과를 모션 컨트롤러(40)에 피드백하여 스테이지(20) 및 스캐너(30)의 이동을 다시 조절할 수 있다. 따라서, 가공 선폭 및 가공 깊이 등을 실시간으로 조절할 수 있으므로, 레이저 가공 공정 시간을 단축시킬 수 있다.

본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.

10: 레이저 발생기 20: 스테이지
30: 스캐너 40: 모션 컨트롤러
50: 광간섭 단층 검사기

Claims (6)

1. 극초단 레이저 빔을 발생시키는 레이저 발생기,
   상기 극초단 레이저 빔을 조사하여 가공되는 가공 대상물이 탑재되는 스테이지,
   상기 레이저 발생기와 상기 스테이지 사이의 광 경로 상에 위치하며 상기 극초단 레이저 빔의 조사 위치를 조절하는 스캐너,
   상기 스테이지와 상기 스캐너를 동기화시켜 상기 스테이지와 상기 스캐너의 이동을 조절하는 모션 컨트롤러, 그리고
   상기 가공 대상물의 가공 정도를 실시간으로 검사하여 상기 모션 컨트롤러에 피드백하는 광간섭 단층 검사기
   를 포함하고,
   상기 모션 컨트롤러는 상기 광간섭 단층 검사기에 의해 실시간 검사된 상기 가공 대상물의가공 정도를 이용하여 상기 스테이지와 상기 스캐너의 이동을 조절하는 레이저 가공 시스템.
2. 삭제
3. 제1항에서,
   상기 가공 대상물은 고분자 재료, 무기 재료, 플렉서블 재료 중에서 선택된 어느 하나로 이루어지는 레이저 가공 시스템.
4. 극초단 레이저 빔을 발생시키는 단계,
   상기 극초단 레이저 빔을 스테이지 위에 탑재된 가공 대상물에 조사하여 상기 가공 대상물을 가공하는 단계,
   스캐너를 이용하여 상기 극초단 레이저 빔의 조사 위치를 조절하는 단계,
   상기 스테이지 및 상기 스캐너에 연결된 모션 컨트롤러를 이용하여 상기 스테이지와 상기 스캐너를 동기화시켜 상기 스테이지 및 상기 스캐너의 이동을 조절하는 단계, 그리고
   광간섭 단층 검사기를 이용하여 상기 가공 대상물의 가공 정도를 실시간으로 검사하여 상기 모션 컨트롤러에 피드백하는 단계
   를 포함하고,
   상기 모션 컨트롤러는 상기 광간섭 단층 검사기에 의해 실시간 검사된 상기 가공 대상물의 가공 정도를 이용하여 상기 스테이지와 상기 스캐너의 이동을 조절하는 레이저 가공 방법.
5. 삭제
6. 제4항에서,
   상기 가공 대상물은 고분자 재료, 무기 재료, 플렉서블 재료 중에서 선택된 어느 하나로 이루어지는 레이저 가공 방법.

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