KR102584062B1 - 레이저 가공 장치 및 출력 확인 방법 - Google Patents

레이저 가공 장치 및 출력 확인 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복수의 광로로 분기된 각 레이저 빔의 출력을 확인할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
테이블(30)로 유지된 피가공물(W)에 조사하는 레이저 빔을 발진하는 수단(60)과, 레이저 빔을 제1 광로와 제2 광로로 분기하는 수단(63)과, 분기된 레이저 빔을 집광하여 피가공물(W)의 가공면에 각각 집광하는 수단(64)을 구비하고, 분기 수단(63)은, 제1 광로와 제2 광로의 레이저 빔의 출력을 조정하는 조정부(633)를 포함하며, 레이저 빔 발생 유닛(60)으로부터 출사되어 집광기(64)를 통과한 레이저 빔의 출력을 측정하는 출력 측정기(80)와, 집광기(64)와 출력 측정기(80) 사이에 배치되고, 분기된 레이저 빔 중 제1 광로의 레이저 빔만을 차폐하는 제1 레이저 빔 차폐 위치와, 모든 레이저 빔을 차폐하지 않는 퇴피 위치에 차폐 부재(70)를 위치시킬 수 있는 차폐 부재 위치 부여 수단을 구비한 레이저 가공 장치(1)이다.

Description

레이저 가공 장치 및 출력 확인 방법{LASER PROCESSING DEVICE AMD METHOD OF VERIFYING OUTPUT THEREOF}
본 발명은 레이저 빔 발생 유닛으로부터 출사된 레이저 빔을 복수의 광로로 분기하여 피가공물에 조사하는 레이저 가공 장치 및 분기된 각 레이저 빔의 출력을 확인하는 방법에 관한 것이다.
레이저 빔 발생 유닛으로부터 출사된 레이저 빔을 편광판 및 편광 빔 스플리터 등으로 2광로로 분기하여, 피가공물의 가공면의 2개소에 동시에 조사할 수 있는 레이저 가공 장치가 알려져 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조). 이러한 종류의 레이저 가공 장치는, 예컨대 동일 품질의 레이저 가공홈을 동시에 피가공물에 2개 형성할 수 있기 때문에 생산성을 향상시킬 수 있다.
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2015-167969호 공보
그러나, 전술한 종래의 레이저 가공 장치에서는, 부품의 열화에 의해 편광판의 회전 각도가 어긋나는 등 하여, 분기된 레이저 빔의 출력 밸런스가 어긋나는 경우가 있다. 출력 밸런스가 어긋난 상태에서 피가공물에 레이저 가공을 실시하면, 레이저 빔마다 가공 품질이 상이해 버리기 때문에, 레이저 가공홈의 깊이 등에 변동이 발생한다고 하는 문제가 있다.
예컨대, 피가공물의 스트리트에 형성되어 있는 low-k막에 레이저 빔을 조사하여 스트리트의 폭 방향의 양단의 low-k막을 제거하는 2개의 레이저 가공홈을 형성한 후, 양단의 low-k막이 제거된 스트리트를 절삭 블레이드에 의해 절삭하는 경우에, 레이저 가공홈의 깊이가 변동하여, 소정의 깊이보다 얕게 한쪽의 레이저 가공홈이 형성되어 버리면, 그 후의 절삭 가공에 있어서, 블레이드가 사행(蛇行)하거나, 굵은 직경의 레이저 빔에 의해 분단되지 않은 low-k막과 함께 박리가 발생하거나 하는 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 복수의 광로로 분기된 각 레이저 빔의 출력을 확인할 수 있는 출력 확인 방법 및 레이저 가공 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 측면에 의하면, 레이저 가공 장치로서, 피가공물을 유지하는 유지 테이블과, 상기 유지 테이블로 유지된 피가공물에 조사하는 레이저 빔을 발생하는 레이저 빔 발생 유닛과, 상기 레이저 빔 발생 유닛으로부터 출사된 레이저 빔을 적어도 제1 광로와 제2 광로로 분기하는 분기 수단과, 상기 분기 수단으로 분기된 레이저 빔을 집광하여 피가공물의 가공면에 각각 집광하는 집광기와, 상기 레이저 빔 발생 유닛으로부터 출사되어 상기 집광기를 통과한 레이저 빔의 출력을 측정하는 출력 측정기와, 상기 집광기와 상기 출력 측정기 사이에 배치되고, 상기 분기 수단으로 분기된 레이저 빔 중 상기 제1 광로의 레이저 빔만을 차폐하는 제1 레이저 빔 차폐 위치와, 모든 레이저 빔을 차폐하지 않는 퇴피 위치에 차폐 부재를 위치시킬 수 있는 차폐 부재 위치 부여 수단을 구비하고, 상기 분기 수단은, 적어도 제1 광로와 제2 광로로 분기된 레이저 빔의 출력 밸런스를 조정하는 조정부를 포함하는 레이저 가공 장치가 제공된다.
바람직하게는, 레이저 가공 장치는, 상기 차폐 부재를 촬상하는 촬상 수단과, 상기 레이저 빔 발생 유닛과 상기 차폐 부재 위치 부여 수단을 적어도 제어하는 제어 수단을 구비하고, 상기 제어 수단은, 상기 촬상 수단으로 상기 차폐 부재를 촬상한 촬상 화상을 기초로 검출한 상기 차폐 부재의 위치에 기초하여 상기 차폐 부재 위치 부여 수단을 제어한다.
또한, 상기 촬상 수단은, 상기 유지 테이블로 유지된 피가공물을 촬상한다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 레이저 빔 발생 유닛으로부터 출사된 레이저 빔을 분기 수단으로 적어도 제1 광로와 제2 광로로 분기하고 집광기로 유지 테이블에 유지된 피가공물의 가공면에 대해 각각 집광하여 조사하는 레이저 가공 장치에 있어서, 분기된 레이저 빔의 출력을 확인하는 출력 확인 방법으로서, 상기 레이저 빔 발생 유닛으로부터 출사되어 상기 집광기에서 집광된 적어도 제1 광로와 제2 광로의 레이저 빔의 합계 출력을 측정하는 합계 출력 측정 단계와, 상기 레이저 빔 발생 유닛으로부터 출사되어 상기 집광기에서 집광된 제1 광로의 레이저 빔만을 차폐 부재로 차폐하는 차폐 단계와, 상기 차폐 단계를 실시한 상태에서 상기 차폐 부재로 차폐되지 않은 레이저 빔의 출력을 측정하는 비차폐 레이저 빔 출력 측정 단계와, 상기 합계 출력 측정 단계에서 측정한 값과 상기 비차폐 레이저 빔 출력 측정 단계에서 측정한 값을 기초로, 제1 광로로 분기된 레이저 빔의 제1 출력과, 상기 제2 광로로 분기된 레이저 빔의 제2 출력을 각각 산출하는 레이저 빔 출력 산출 단계를 구비한 출력 확인 방법이 제공된다.
본 발명의 레이저 가공 장치에 의하면, 제1 광로와 제2 광로로 분기된 레이저 빔 중 제1 광로의 레이저 빔만을 차폐하는 제1 레이저 빔 차폐 위치에 차폐 부재를 위치시킴으로써, 제2 광로의 레이저 빔을 출력 측정기에 조사하여 제2 광로의 레이저 빔의 출력을 측정할 수 있고, 모든 레이저 빔을 차폐하지 않는 퇴피 위치에 차폐 부재를 위치시킴으로써, 모든 레이저 빔을 출력 측정기에 조사하여 모든 레이저 빔의 출력을 측정할 수 있기 때문에, 이들 측정값에 기초하여, 복수의 광로로 분기된 각 레이저 빔의 출력을 확인하는 것이 가능해진다.
또한, 제어 수단이, 촬상 수단으로 차폐 부재를 촬상한 촬상 화상을 기초로 검출한 차폐 부재의 위치에 기초하여 차폐 부재 위치 부여 수단을 제어하는 것으로 함으로써, 보다 단시간에 제1 광로의 레이저 빔만을 차폐하는 제1 레이저 빔 차폐 위치에 차폐 부재를 위치시키는 것이 가능해진다.
본 발명의 출력 확인 방법에 의하면, 합계 출력 측정 단계에 있어서, 제1 광로와 제2 광로로 분기된 레이저 빔의 합계 출력을 측정하고, 비차폐 레이저 빔 출력 측정 단계에 있어서, 제1 광로의 레이저 빔만을 차폐 부재로 차폐한 상태에서 차폐 부재로 차폐되지 않은 레이저 빔의 출력을 측정한 후, 레이저 빔 출력 산출 단계에 있어서, 합계 출력 측정 단계에서 측정한 값과 비차폐 레이저 빔 출력 측정 단계에서 측정한 값에 기초하여, 제1 광로로 분기된 레이저 빔의 출력과 제2 광로로 분기된 레이저 빔의 출력을 산출함으로써, 복수의 광로로 분기된 각 레이저 빔의 출력을 확인할 수 있다.
도 1은 레이저 가공 장치의 일례를 도시한 사시도이다.
도 2는 레이저 가공 장치의 광학계의 일례를 도시한 모식도이다.
도 3은 분기 수단의 일례를 도시한 블록도이다.
도 4는 차폐 부재 및 부착부의 일례를 도시한 사시도이다.
도 5는 차폐 부재가 대피 위치에 있을 때의 광학계의 모식도이다.
도 6은 촬상 화상 중에 나타나는 차폐 부재의 에지가 분기된 레이저 빔 사이의 중심에 위치된 상태를 설명하는 설명도이다.
도 7은 차폐 부재가 제1 레이저 빔 차폐 위치에 있을 때의 광학계의 모식도이다.
도 1에 도시된 레이저 가공 장치(1)는, 유지 테이블(30)에 유지한 피가공물(W)에 레이저 빔을 조사하여 가공을 실시하는 가공 장치이다. 레이저 가공 장치(1)의 베이스(10) 상에는, 인덱싱 이송 방향인 Y축 방향으로 유지 테이블(30)을 왕복 이동시키는 Y축 이동 유닛(20)이 구비되어 있다. Y축 이동 유닛(20)은, Y축 방향의 축심을 갖는 볼 나사(200)와, 볼 나사(200)와 평행하게 배치된 한 쌍의 가이드 레일(201)과, 볼 나사(200)를 회동시키는 펄스 모터(202)와, 내부의 너트가 볼 나사(200)에 나사 결합되고 바닥부가 가이드 레일(201)에 미끄럼 접촉하는 가동판(203)으로 구성된다. 그리고, 펄스 모터(202)가 볼 나사(200)를 회동시키면, 이에 따라 가동판(203)이 가이드 레일(201)에 가이드되어 Y축 방향으로 이동하고, 가동판(203) 상에 X축 이동 유닛(21)을 통해 배치된 유지 테이블(30)이 가동판(203)의 이동에 따라 Y축 방향으로 이동한다.
가동판(203) 상에는, 가공 이송 방향인 X축 방향으로 유지 테이블(30)을 왕복 이동시키는 X축 이동 유닛(21)이 구비되어 있다. X축 이동 유닛(21)은, X축 방향의 축심을 갖는 볼 나사(210)와, 볼 나사(210)와 평행하게 배치된 한 쌍의 가이드 레일(211)과, 볼 나사(210)를 회동시키는 펄스 모터(212)와, 내부의 너트가 볼 나사(210)에 나사 결합되고 바닥부가 가이드 레일(211)에 미끄럼 접촉하는 가동판(213)으로 구성된다. 그리고, 펄스 모터(212)가 볼 나사(210)를 회동시키면, 이에 따라 가동판(213)이 가이드 레일(211)에 가이드되어 X축 방향으로 이동하고, 가동판(213) 상에 배치된 유지 테이블(30)이 가동판(213)의 이동에 따라 X축 방향으로 이동한다.
피가공물(W)을 유지하는 유지 테이블(30)은, 그 외형이 원형 형상이고, 도시하지 않은 흡인원에 연통(連通)하여 수평면인 유지면(30a) 상에서 피가공물(W)을 흡인 유지한다. 유지 테이블(30)은 바닥면측에 배치된 회전 수단(32)에 의해 연직 방향(Z축 방향)의 축심 주위로 회전 가능하다. 유지 테이블(30) 주위에는, 피가공물(W)이 환형 프레임에 지지된 상태로 되어 있는 경우에 상기 환형 프레임을 고정하는 고정 클램프(33)가, 둘레 방향으로 균등하게 4개 배치되어 있다.
베이스(10)의 후방(+Y 방향측)에는, 칼럼(10A)이 세워져 설치되어 있고, 칼럼(10A)의 전면(前面)에는, Z축 이동 유닛(22)을 통해 레이저 빔 발생 유닛(60)이 배치되어 있다. Z축 이동 유닛(22)은, Z축 방향의 축심을 갖는 볼 나사(220)와, 볼 나사(220)와 평행하게 배치된 한 쌍의 가이드 레일(221)과, 볼 나사(220)를 회동시키는 펄스 모터(222)와, 내부의 너트가 볼 나사(220)에 나사 결합되고 측부가 가이드 레일(221)에 미끄럼 접촉하는 가동판(223)으로 구성된다. 그리고, 펄스 모터(222)가 볼 나사(220)를 회동시키면, 이에 따라 가동판(223)이 가이드 레일(221)에 가이드되어 Z축 방향으로 이동하고, 이에 따라 레이저 빔 발생 유닛(60)이 Z축 방향으로 이동한다.
레이저 빔 발생 유닛(60)은, 가동판(223)에 고정된 케이싱(600)을 갖고 있다. 케이싱(600)은, 가동판(223)으로부터 Y축 방향으로 수평으로 돌출되어 있고, 케이싱(600)의 선단부에는, 조사 헤드(609)와 촬상 수단(50)이 X축 방향으로 나란히 설치되어 있다. 조사 헤드(609)로부터는, 예컨대 둘로 분기한 레이저 빔(LB1, LB2)(도 2 참조)이 -Z 방향을 향해 출사된다.
레이저 빔 발생 유닛(60)은, 케이싱(600) 내에 배치된 도 2에 도시된 YAG 레이저 등의 레이저 발진기(601)와, 반복 주파수 설정부(602)를 갖고 있다. 레이저 발진기(601)로부터 수평으로 출사되는 레이저 빔(LB)은 직선 편광의 레이저 빔이고, 미러(61)에 의해 수직 방향 하방으로 반사된다. 레이저 발진기(601)와 미러(61) 사이에는, 피가공물(W)에 조사하는 레이저 빔(LB)의 파워를 조정하기 위한 출력 조정 수단(62)이 설치되어 있다.
미러(61)와 유지 테이블(30) 사이에는, 분기 수단(63)과 집광기(64)가 설치되어 있다. 미러(61)에서 반사된 레이저 빔(LB)은 분기 수단(63)에 입사한다. 분기 수단(63)은, 입사한 레이저 빔(LB)을 제1 광로(OP1)의 레이저 빔(LB1)과 제2 광로(OP2)의 레이저 빔(LB2)으로 분기한다. 집광기(64)는, 집광 렌즈(640)를 갖고 있고, 분기 수단(63)으로 분기된 레이저 빔(LB1, LB2)을 피가공물(W)의 가공면(Wa)에 각각 집광한다. 미러(61), 분기 수단(63) 및 집광기(64)는, 도 1에 도시된 조사 헤드(609) 내에 배치되어 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 분기 수단(63)은, 1/2 파장판(630)과, 편광 빔 스플리터(631)와, 미러(632)와, 조정부(633)를 구비하고 있다. 1/2 파장판(630)은, 입사한 레이저 빔(LB)에 1/2 파장분의 위상차를 부여한다. 편광 빔 스플리터(631)는, 1/2 파장판(630)을 통과한 레이저 빔(LB)을 서로 직교하는 편광면(S, P)을 갖는 2개의 레이저 빔(LB1, LB2)으로 분기한다. 편광 빔 스플리터(631)에서 반사되어 제1 광로(OP1)로 분기된 S 편광의 레이저 빔(LB1)은, 미러(632)에 의해 수직 방향 하방으로 반사되고, 집광 렌즈(640)를 통과하여 피가공물(W)의 가공면(Wa)에 조사된다. 편광 빔 스플리터(631)를 투과하여 제2 광로(OP2)로 분기된 P 편광의 레이저 빔(LB2)은, 집광 렌즈(640)를 통과하여 피가공물(W)의 가공면(Wa)에 조사된다.
조정부(633)는, 1/2 파장판(630)의 회전 각도를 변경하기 위한 모터를 구비하고, 모터를 구동함으로써 1/2 파장판(630)의 회전 각도를 조정하여 1/2 파장판(630)의 출사광의 편광면을 회전시키는 것이 가능하게 되어 있다. 그리고, 1/2 파장판(630)의 출사광의 편광면을 회전시킴으로써, 편광 빔 스플리터(631)로부터 출력되는 S 편광의 레이저 빔(LB1)과, P 편광의 레이저 빔(LB2)의 강도비를 연속적으로 변화시킬 수 있다. 즉, 분기 수단(63)은, 조정부(633)로 1/2 파장판(630)의 회전 각도를 조정함으로써, 분기된 2개의 레이저 빔(LB1, LB2)의 출력 밸런스를 조정할 수 있도록 되어 있다.
도 1에 도시된 촬상 수단(50)은, 조사 헤드(609)에 대해 소정의 위치 관계로 케이싱(600)의 전단부에 배치되고, 유지 테이블(30)에 유지된 피가공물(W)의 레이저 가공을 실시해야 할 가공 영역을 검출하기 위해서 피가공물(W)을 촬상하는 수단이며, 도 1에 도시된 차폐 부재(70)를 촬상하기 위한 수단이기도 하다. 촬상 수단(50)은, 2차원적으로 배열된 복수의 화소를 갖는 촬상 소자(예컨대, CCD)와, 피사체상을 도 2에 도시된 집광 렌즈(640)를 통해 촬상 소자의 수광면으로 유도하는 촬상 광학계를 갖는 카메라 및 카메라로 촬상된 피사체상을 확대하는 현미경을 포함하고 있다. 또한, 촬상 수단(50)은 현미경에 의해 피사체에 카메라의 핀트를 자동적으로 맞추는 오토포커스 기능을 구비하고 있다. 한편, 촬상 수단(50)의 카메라는, 조사 헤드(609) 내에 내장되어 있어도 좋고, 아울러 상기 현미경의 광축이 집광기(64)의 광축과 동축으로 되어 있어도 좋다.
도 1에 도시된 바와 같이, 레이저 가공 장치(1)는, 유지 테이블(30)의 Y축 방향에 있어서의 위치를 측정하는 Y축 방향 위치 측정 수단(23)을 구비하고 있다. Y축 방향 위치 측정 수단(23)은, 가이드 레일(201)을 따라 Y축 방향으로 연장되는 스케일(230)과, 가동판(203)에 고정되고 스케일(230)을 따라 가동판(203)과 함께 이동하여 스케일(230)의 눈금을 판독하는 도시하지 않은 판독부를 구비하고 있다. 판독부는, 예컨대, 스케일(230)에 형성된 눈금의 반사광을 판독하는 광학식의 것이며, 스케일(230)의 눈금을 검출하여 제어 수단(9)에 펄스 신호를 출력한다.
또한, 레이저 가공 장치(1)는, 스케일(240) 및 도시하지 않은 판독부 등으로 이루어지고 유지 테이블(30)의 X축 방향에 있어서의 위치를 측정하는 X축 방향 위치 측정 수단(24)을 구비하고 있다.
CPU 및 메모리 등의 기억 소자로 구성된 제어 수단(9)은, 예컨대, Y축 방향 위치 측정 수단(23)으로부터 송출된 펄스 신호를 카운트함으로써, 유지 테이블(30)의 Y축 방향에 있어서의 위치를 검출하여 Y축 이동 유닛(20)을 제어하고, X축 방향 위치 측정 수단(24)으로부터 송출된 펄스 신호를 카운트함으로써, 유지 테이블(30)의 X축 방향에 있어서의 위치를 검출하여 X축 이동 유닛(21)을 제어한다.
한편, 본 실시형태에 있어서는, 예컨대, Y축 이동 유닛(20)의 모터(202)는, 도시하지 않은 펄스 발진기로부터 공급되는 구동 펄스에 의해 동작하는 펄스 모터이다. 따라서, 제어 수단(9)은, Y축 이동 유닛(20)에 공급하는 구동 펄스수를 카운트함으로써, 유지 테이블(30)의 Y축 방향에 있어서의 위치를 검출하는 것도 가능하다. 또한, 예컨대, 제어 수단(9)은, 레이저 빔 발생 유닛(60)의 제어를 행한다. 제어 수단(9)에 의한 상기 제어의 일례는, 레이저 발진기(601) 내부의 Q 스위치의 ON/OFF의 제어이다.
가동판(203)에는, 도 2에 도시된 레이저 빔 발생 유닛(60)으로부터 출사되어 집광기(64)를 통과한 레이저 빔(LB1, LB2)의 출력을 측정하는 출력 측정기(80)가 설치되어 있다. 출력 측정기(80)는, 소정의 금속으로 이루어지는 피조사 부분(800)을 상방을 향하게 하여, 가동판(203)의 칼럼(10A)측의 측면의 X축 방향 중앙부에 고정되어 있다. 출력 측정기(80)는, 레이저 빔(LB1, LB2)이 피조사 부분(800)에 조사되어 발생하는 열을 전압으로 변환함으로써, 조사된 레이저 빔(LB1, LB2)의 출력을 측정하는 서멀 센서이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 가동판(213)에는, 차폐 부재(70)가 배치되어 있다. 차폐 부재(70)는, 가동판(213)의 칼럼(10A)측의 측부의 X축 방향의 일단부에 설치되어 있다. 차폐 부재(70)는, 조사 헤드(609)로부터 출사된 각 레이저 빔(LB1, LB2)의 출력을 출력 측정기(80)를 이용하여 측정할 때에, 제1 광로(OP1)의 레이저 빔(LB1)만을 차폐하기 위한 부재이다. 예컨대, 차폐 부재(70)는, 양방의 레이저 빔(LB1, LB2)이 출력 측정기(80)에 조사되는 Y축 방향의 소정 위치에 Y축 이동 유닛(20)이 가동판(203)을 정지시킨 상태에서, X축 이동 유닛(21)이 가동판(213)을 X축 방향으로 이동시킴으로써, 한쪽의 레이저 빔(LB1)만을 차폐하는 제1 레이저 빔 차폐 위치와, 양방의 레이저 빔(LB1, LB2)을 차폐하지 않는 퇴피 위치에 위치된다. 즉, X축 이동 유닛(21)은 차폐 부재 위치 부여 수단으로서도 기능한다.
또는, 차폐 부재 위치 부여 수단은, 제어 수단(9)에 의한 제어하에서, X축 이동 유닛(21)에 의한 가동판(213)의 이동과 Y축 이동 유닛(20)에 의한 가동판(203)의 이동이 동시에 이루어짐으로써, 한쪽의 레이저 빔(LB1)만을 차폐하는 제1 레이저 빔 차폐 위치와, 양방의 레이저 빔(LB1, LB2)을 차폐하지 않는 퇴피 위치에 차폐 부재(70)를 위치시키는 구성으로 되어 있어도 좋다. 즉, 본 실시형태에서는, 차폐 부재 위치 부여 수단은, X축 이동 유닛(21)과 Y축 이동 유닛(20)으로 구성된다.
차폐 부재(70)는, 가동판(213)과 일체로 형성된 부착부(71)에 교환 가능하게 부착되어 있다. 부착부(71)는, 가동판(213)의 측부로부터 상방으로 돌출되어 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 부착부(71)에는, 부착부(71)의 대략 중앙까지 X축 방향으로 연장되는 절결부(710)가 형성되어 있다. 절결부(710)는, 부착부(71)의 Y축 방향의 중간 위치에 Z축 방향으로 관통하여 형성되어 있다.
차폐 부재(70)는, 소정의 파장(예컨대, 355 ㎚)의 레이저 빔(LB)에 대해 가공되기 어려운 세라믹스로 형성된 판형 부재이다. 차폐 부재(70)는, 그 에지(70a)가 절결부(710)의 상방 근방을 비스듬히 가로지르도록 하여, 부착부(71)의 상면에 나사(73)로 조여 붙여 고정되어 있다. 예컨대, 차폐 부재(70)의 에지(70a)와 Y축이 이루는 각도는 대략 45°이다. 차폐 부재(70)의 에지(70a)는 모따기되어 있지 않고 각이 져 있기 때문에, 차폐 부재(70)를 상방으로부터 본 경우에 에지(70a)의 경계가 분별하기 쉽게 되어 있다. 한편, 차폐 부재(70)의 형상은 도 4에 도시된 예에 한정되는 것은 아니다.
상기한 바와 같이 구성된 레이저 가공 장치(1)에 있어서의 출력 확인 동작(출력 확인 방법)에 대해, 이하에 설명한다.
(1) 합계 출력 측정 단계
도 1에 도시된 Y축 이동 유닛(20)이 가동판(203)을 Y축 방향으로 이동시키고, X축 이동 유닛(21)이 가동판(213)을 X축 방향으로 이동시켜, 촬상 수단(50)의 촬상 영역 내에 차폐 부재(70)의 에지(70a)의 일부가 들어가도록 위치된다. Z축 이동 유닛(22)이 가동판(223)을 Z축 방향으로 서서히 이동시켜 촬상 수단(50)을 차폐 부재(70)의 상면을 향해 소정의 거리씩 가까이(또는 멀리) 하고, 촬상 수단(50)이 작동하여, 복수의 높이 위치에서 카메라에 의한 촬상이 순차 행해져 가서 각 촬상 화상이 형성되며, 상기 각 촬상 화상의 화상 처리의 결과에 기초하여, 차폐 부재(70)의 상면의 높이 위치에 촬상 수단(50)의 카메라의 핀트가 자동적으로 맞춰진다. 그리고, 촬상 수단(50)의 카메라의 핀트가 차폐 부재(70)의 상면에 맞는 시점에서 Z축 이동 유닛(22)이 가동판(223)의 이동을 정지한다.
또한, 레이저 가공 장치(1)에는, 촬상 수단(50)의 이러한 오토포커스 동작에 연동하여, 도 5에 도시된 집광기(64)의 집광 렌즈(640)의 집광점의 높이 위치를 조정하는 프로그램이 편입되어 있고, 촬상 수단(50)의 카메라의 핀트가 차폐 부재(70)의 상면에 맞는 시점에서, 집광 렌즈(640)는 집광점의 높이 위치가 차폐 부재(70)의 상면의 높이 위치와 일치하도록 조정된 상태가 된다.
촬상 수단(50)의 카메라의 핀트가 차폐 부재(70)의 상면에 맞는 상태에서, 차폐 부재(70)의 에지(70a)가 찍힌 촬상 화상(G)이 형성되고, 형성된 차폐 부재(70)의 일부가 찍힌 촬상 화상(G)이 도 6에 도시된 소정의 해상도의 모니터 화면(B) 상에 표시된다. 모니터 화면(B) 상에 나타내는 점선은, 촬상 수단(50)의 카메라의 기준선(L1)[본 실시형태에 있어서는, 집광 렌즈(640)의 중심선이기도 하다]을 나타내고 있고, 기준선(L1)의 교점은 모니터 화면(B)의 중심 위치에 항상 표시되도록 설정되어 있다. 또한, 촬상 화상(G) 중의 2개의 원은, 각각, 가상적인 분기 후의 레이저 빔(LB1, LB2)을 나타내고 있다. 예컨대, Y축 방향에 있어서의 레이저 빔(LB1, LB2) 사이의 중심(중점)의 좌표 위치(ym)는, 기준선(L1)에 의해 모니터 화면(B)의 중심 위치가 되도록 연결되어 있다.
촬상 화상(G)으로부터 차폐 부재(70)와 가상적인 분기 후의 레이저 빔(LB1, LB2)의 위치 관계가 파악되고, 제어 수단(9)에 의한 제어하에서, 도 1에 도시된 Y축 이동 유닛(20)이 가동판(203)을 Y축 방향으로 이동시켜, 피조사 부분(800)이 조사 헤드(609) 바로 아래에 위치하도록 출력 측정기(80)를 위치시키고, X축 이동 유닛(21)이 가동판(213)을 X축 방향으로 이동시켜, 조사 헤드(609)로부터 출력 측정기(80)를 향해 출사되는 제1 광로(OP1)의 레이저 빔(LB1) 및 제2 광로(OP2)의 레이저 빔(LB2)의 어느 쪽도 차폐하지 않는 퇴피 위치(P2)(도 5 참조)에 차폐 부재(70)를 위치시킨다. 그 후, 레이저 빔 발생 유닛(60)을 작동시키는, 즉, 레이저 발진기(601)로부터 레이저 빔(LB)을 발진시켜 출력 조정 수단(62)에 의해 레이저 빔(LB)의 출력을 조정하고, 분기된 제1 광로(OP1)와 제2 광로(OP2)의 레이저 빔(LB1, LB2)을 집광기(64)로부터 출력 측정기(80)에 조사함으로써, 양 레이저 빔(LB1, LB2)의 합계 출력을 측정한다. 그리고, 출력 측정기(80)에 의해 측정된 상기 합계 출력이 기록된다.
한편, 출력 측정기(80)로서 측정 파워의 범위가 넓다고 하는 특징을 구비하는 서멀 센서를 이용하고 있기 때문에, 집광 렌즈(640)의 집광점의 높이 위치를 출력 측정기(80)의 피조사 부분(800)이 아니라 차폐 부재(70)의 상면에 맞추고 있는 경우에 있어서도, 양 레이저 빔(LB1, LB2)의 합계 출력을 정확하게 측정할 수 있다. 또한, 후술하는 비차폐 레이저 빔 출력 측정 단계에 있어서도 마찬가지로, 제2 광로(OP2)의 레이저 빔(LB2)의 출력을 정확하게 측정할 수 있기 때문에, 측정 미스가 발생하지 않는다.
(2) 차폐 단계
다음으로, 레이저 빔 발생 유닛(60)으로부터 출사되어 집광기(64)에서 집광된 제1 광로(OP1)의 레이저 빔(LB1)만을 차폐 부재(70)로 차폐하는 차폐 단계를 실시한다. 예컨대 작업자가 모니터 화면(B) 상의 촬상 화상(G)을 보고, 차폐 부재(70)의 중앙 부근의 에지(70a)의 위치를 파악하고, 촬상 화상(G) 중에 있어서의 차폐 부재(70)의 에지(70a)와 모니터 화면(B)의 중심 위치[기준선(L1)의 교점]가 겹쳐지도록, 제어 수단(9)에 대해 차폐 부재(70)의 에지(70a)의 소정 위치를 지정한다. 여기서, 에지(70a)가 각이 져 있는 차폐 부재(70)를 이용함으로써, 촬상 수단(50)에 의해 형성된 촬상 화상(G) 중의 차폐 부재(70)의 에지(70a)의 부분을 선명화할 수 있어, 작업자에 의한 에지(70a)의 위치의 파악 및 제어 수단(9)에 대한 위치 지정을 용이하고 또한 정확하게 행할 수 있다.
예컨대, 모니터 화면(B) 상에 설치된 터치 패널 또는 장치에 구비하는 키보드 등으로부터 작업자에 의한 상기 지정이 제어 수단(9)에 입력되면, 제어 수단(9)이 상기 지정에 기초하여, 출력 측정기(80)의 피조사 부분(800)이 조사 헤드(609) 바로 아래에 위치한 상태를 유지하면서, 도 1에 도시된 Y축 이동 유닛(20)에 의해 가동판(203)을 Y축 방향으로 이동시키고, X축 이동 유닛(21)에 의해 가동판(213)을 X축 방향으로 이동시켜, 도 6에 도시된 바와 같이, 분기 후의 가상적인 레이저 빔(LB1, LB2) 사이의 중심(중점)의 좌표 위치(ym)에 차폐 부재(70)의 에지(70a)를 맞춘다. 즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 분기 수단(63)으로 분기되는 레이저 빔(LB) 중 제1 광로(OP1)의 레이저 빔(LB1)만을 차폐하는 제1 레이저 빔 차폐 위치(P1)에, 차폐 부재(70)가 위치된 상태가 된다.
(3) 비차폐 레이저 빔 출력 측정 단계
차폐 단계를 실시한 상태에서, 도 7에 도시된 레이저 발진기(601)로부터 레이저 빔(LB)을 발진시켜 출력 조정 수단(62)에 의해 레이저 빔(LB)의 출력을 조정하고, 분기 수단(63)에 의해 분기되어 차폐 부재(70)로 차폐되지 않은 제2 광로(OP2)의 레이저 빔(LB2)을, 집광기(64)로부터 부착부(71)의 절결부(710)(도 4 참조)를 통과시켜 출력 측정기(80)에 조사하여, 제2 광로(OP2)의 레이저 빔(LB2)의 출력을 측정한다.
(4) 레이저 빔 출력 산출 단계
다음으로, 합계 출력 측정 단계에서 측정한 값[양 레이저 빔(LB1, LB2)의 합계 출력]과 비차폐 레이저 빔 출력 측정 단계에서 측정한 값[제2 광로(OP2)의 레이저 빔(LB2)의 출력]을 기초로 제1 광로(OP1)로 분기된 레이저 빔(LB1)의 출력값(제1 출력)과, 제2 광로(OP2)로 분기된 레이저 빔(LB2)의 출력값(제2 출력)을 산출한다. 즉, 합계 출력 측정 단계에서 측정한 값으로부터 비차폐 레이저 빔 출력 측정 단계에서 측정한 값을 뺀 값이, 제1 광로(OP1)로 분기된 레이저 빔(LB1)의 출력값으로서 산출된다.
원래, 레이저 가공 장치(1)에 있어서는, 도 3에 도시된 조정부(633)에 의한 1/2 파장판(630)의 회전 각도 조정에 의해, 레이저 빔(LB)이 분기된 2개의 레이저 빔(LB1, LB2)의 출력 밸런스는 원하는 밸런스가 될 것이다. 그러나, 예컨대, 조정부(633)의 모터의 열화 등에 의해, 2개의 레이저 빔(LB1, LB2)의 출력 밸런스가 원하는 밸런스로 되어 있지 않은 경우가 발생할 수 있다. 그러나, 상기한 바와 같이 본 실시형태의 레이저 가공 장치(1)는, 모든 레이저 빔(LB1, LB2)을 차폐하지 않는 퇴피 위치(P2)에 차폐 부재(70)를 위치시킴으로써, 모든 레이저 빔(LB1, LB2)을 출력 측정기(80)에 조사하여 모든 레이저 빔(LB1, LB2)의 출력을 측정할 수 있고, 또한, 제1 광로(OP1)와 제2 광로(OP2)로 분기된 레이저 빔(LB1, LB2) 중 제1 광로(OP1)의 레이저 빔(LB1)만을 차폐하는 제1 레이저 빔 차폐 위치(P1)에 차폐 부재(70)를 위치시킴으로써, 제2 광로(OP2)의 레이저 빔(LB2)을 출력 측정기(80)에 조사하여 제2 광로(OP2)의 레이저 빔(LB2)의 출력을 측정할 수 있기 때문에, 이들 측정값에 기초하여, 제1 광로(OP1)와 제2 광로(OP2)로 분기된 각 레이저 빔(LB1, LB2)의 출력 밸런스를 확인할 수 있다.
또한, 레이저 가공 장치(1)의 제어 수단(9)이, 촬상 수단(50)으로 차폐 부재(70)를 촬상한 촬상 화상(G)을 기초로 검출한 차폐 부재(70)의 위치에 기초하여 차폐 부재 위치 부여 수단을 제어하는 것으로 함으로써, 제1 광로의 레이저 빔(LB1)만을 차폐하는 제1 레이저 빔 차폐 위치(P1)에 차폐 부재(70)를 보다 단시간에 위치시키는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시형태의 출력 확인 방법에 의하면, 합계 출력 측정 단계에 있어서, 제1 광로(OP1)와 제2 광로(OP2)로 분기된 레이저 빔(LB1, LB2)의 합계 출력을 측정하고, 비차폐 레이저 빔 출력 측정 단계에 있어서, 제1 광로(OP1)의 레이저 빔(LB1)만을 차폐 부재(70)로 차폐한 상태에서 차폐 부재(70)로 차폐되지 않은 레이저 빔(LB2)의 출력을 측정한 후, 레이저 빔 출력 산출 단계에 있어서, 합계 출력 측정 단계에서 측정한 값과 비차폐 레이저 빔 출력 측정 단계에서 측정한 값에 기초하여, 제1 광로(OP1)로 분기된 레이저 빔(LB1)의 출력과 제2 광로(OP2)로 분기된 레이저 빔(LB2)의 출력을 산출함으로써, 분기된 각 레이저 빔(LB1, LB2)의 출력을 확인할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 에지(70a)가 각이 져 있는 차폐 부재(70)를 이용함으로써, 촬상 수단(50)에 의해 형성된 촬상 화상(G) 중의 차폐 부재(70)의 에지(70a)의 부분을 선명화할 수 있어, 양 레이저 빔(LB1, LB2) 사이의 중심에 차폐 부재(70)의 에지(70a)를 정확하게 위치시키는 것이 용이해진다.
한편, 본 발명의 실시형태는 상기한 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경, 치환, 변형되어도 좋다.
예컨대, 상기한 실시형태에 있어서는, 합계 출력 측정 단계 후에, 차폐 단계 및 비차폐 레이저 빔 출력 측정 단계를 실시하고 있으나, 차폐 단계 및 비차폐 레이저 빔 출력 측정 단계 후에 합계 출력 측정 단계를 실시해도 좋다.
또한, 본 발명에 따른 출력 확인 방법을 반복해서 실시함으로써 차폐 부재(70)는 레이저 빔에 의해 서서히 가공되어 가기 때문에, 복수 회 사용된 차폐 부재(70)는 일정한 타이밍에서 부착부(71)로부터 제거되어, 새로운 차폐 부재(70)와 교환된다.
또한, 상기한 실시형태에 있어서는, 레이저 빔 발생 유닛(60)으로부터 출사된 레이저 빔(LB)을 분기 수단(63)이 제1 광로(OP1)와 제2 광로(OP2)의 2광로로 분기하는 구성으로 하였으나, 3광로 이상으로 분기하는 구성으로 하는 것도 가능하다.
한편, 상기 실시형태와 같이, (2) 차폐 단계에 있어서, 작업자가 촬상 화상(G)을 보고 차폐 부재(70)의 에지(70a)의 소정 위치를 파악하여 제어 수단(9)에 지정하는 등의 작업자의 작업을 개재시키지 않고, (2) 차폐 단계가 레이저 가공 장치(1)에 의해 오토로 행해져 가도록 제어 수단(9)에 프로그램을 인풋해도 좋다. 이 경우에는, 예컨대, 레이저 가공 장치(1)의 소정의 조작 버튼이 눌려지면, 자동으로 촬상 수단(50)에 의한 차폐 부재(70)의 촬상이 실시되고, 계속해서, 촬상 화상 중의 차폐 부재(70)의 에지(70a)가 화상 처리에 의해 검출되며, 또한, 차폐 부재 위치 부여 수단에 의해, 검출된 에지(70a)의 좌표 위치와 분기 후의 레이저 빔(LB1, LB2) 사이의 중심(중점)의 좌표 위치가 맞도록 차폐 부재(70)가 위치된다.
1: 레이저 가공 장치 10: 베이스
10A: 칼럼 30: 유지 테이블
30a: 유지면 32: 회전 수단
33: 고정 클램프 20: Y축 이동 유닛
200: 볼 나사 201: 가이드 레일
202: 펄스 모터 203: 가동판
21: X축 이동 유닛 210: 볼 나사
211: 가이드 레일 212: 펄스 모터
213: 가동판 22: Z축 이동 유닛
220: 볼 나사 221: 가이드 레일
222: 펄스 모터 223: 가동판
23: Y축 방향 위치 측정 수단 230: 스케일
24: X축 방향 위치 측정 수단 240: 스케일
60: 레이저 빔 발생 유닛 600: 케이싱
601: 레이저 발진기 602: 반복 주파수 설정부
609: 조사 헤드 61: 미러
62: 출력 조정 수단 63: 분기 수단
630: 1/2 파장판 631: 편광 빔 스플리터
632: 미러 633: 조정부
64: 집광기 640: 집광 렌즈
80: 출력 측정기 800: 피조사 부분
70: 차폐 부재 70a: 에지
71: 부착부 710: 절결부
73: 나사 9: 제어 수단
W: 피가공물 Wa: 가공면
G: 촬상 화상 LB1: 제1 광로의 레이저 빔
LB2: 제2 광로의 레이저 빔

Claims (4)

  1. 레이저 가공 장치로서,
    피가공물을 유지하는 유지 테이블과,
    상기 유지 테이블로 유지된 피가공물에 조사하는 레이저 빔을 발생시키는 레이저 빔 발생 유닛과,
    상기 레이저 빔 발생 유닛으로부터 출사된 레이저 빔을 적어도 제1 광로와 제2 광로로 분기하는 분기 수단과,
    상기 분기 수단으로 분기된 레이저 빔을 집광하여 피가공물의 가공면에 각각 집광하는 집광기와,
    상기 레이저 빔 발생 유닛으로부터 출사되어 상기 집광기를 통과한 레이저 빔의 출력을 측정하는 출력 측정기와,
    상기 집광기와 상기 출력 측정기 사이에 배치되고, 상기 분기 수단으로 분기된 레이저 빔 중 상기 제1 광로의 레이저 빔만을 차폐하는 제1 레이저 빔 차폐 위치와, 모든 레이저 빔을 차폐하지 않는 퇴피 위치에 차폐 부재를 위치시킬 수 있는 차폐 부재 위치 부여 수단과,
    상기 차폐 부재를 촬상하는 촬상 수단과,
    상기 레이저 빔 발생 유닛과 상기 차폐 부재 위치 부여 수단을 적어도 제어하는 제어 수단
    을 구비하고,
    상기 분기 수단은, 적어도 제1 광로와 제2 광로로 분기된 레이저 빔의 출력 밸런스를 조정하는 조정부를 포함하고,
    상기 제어 수단은, 상기 촬상 수단으로 상기 차폐 부재를 촬상한 촬상 화상을 기초로 검출한 상기 차폐 부재의 위치에 기초하여 상기 차폐 부재 위치 부여 수단을 제어하는 것인 레이저 가공 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 촬상 수단은, 상기 유지 테이블로 유지된 피가공물을 촬상하는 것인 레이저 가공 장치.
  4. 레이저 빔 발생 유닛으로부터 출사된 레이저 빔을 분기 수단으로 적어도 제1 광로와 제2 광로로 분기하고 집광기로 유지 테이블에 유지된 피가공물의 가공면에 대해 각각 집광하여 조사하는 레이저 가공 장치에 있어서, 분기된 레이저 빔의 출력을 확인하는 출력 확인 방법으로서,
    상기 레이저 빔 발생 유닛으로부터 출사되어 상기 집광기에서 집광된 적어도 제1 광로와 제2 광로의 레이저 빔의 합계 출력을 측정하는 합계 출력 측정 단계와,
    상기 레이저 빔 발생 유닛으로부터 출사되어 상기 집광기에서 집광된 제1 광로의 레이저 빔만을 차폐 부재로 차폐하는 차폐 단계와,
    상기 차폐 단계를 실시한 상태에서 상기 차폐 부재로 차폐되지 않은 레이저 빔의 출력을 측정하는 비차폐 레이저 빔 출력 측정 단계와,
    상기 합계 출력 측정 단계에서 측정한 값과 상기 비차폐 레이저 빔 출력 측정 단계에서 측정한 값을 기초로, 제1 광로로 분기된 레이저 빔의 제1 출력과, 상기 제2 광로로 분기된 레이저 빔의 제2 출력을 각각 산출하는 레이저 빔 출력 산출 단계를 포함한 출력 확인 방법.
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