KR20100020727A - 레이저 가공장치 및 레이저 가공방법 - Google Patents

레이저 가공장치 및 레이저 가공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 레이저 가공장치는 복수개의 작업영역을 가진 기판을 종축 및 횡축으로 이동시키고, 소정의 각도로 회전축을 따라 회전시키는 스테이지 장치; 상기 기판에 홀을 가공하도록 레이저 빔을 발진시키는 레이저 발진장치; 각각의 작업 영역에 대해 홀이 가공될 가공 위치에 상기 레이저 빔이 조사되도록 상기 레이저 빔을 반사시키는 스캐너 장치; 각각의 작업 영역을 촬영하여 촬영 이미지를 제공하는 카메라 장치; 및 상기 촬영 이미지를 통해 가공위치 데이터를 보정하여 상기 레이저 발진장치와 상기 스캐너 장치가 상기 기판에 홀을 가공하도록 제어하는 제어부;를 포함한다.

Description

레이저 가공장치 및 레이저 가공방법{LASER PROCESSING APPARATUS AND LASER PROCESSING METHOD}
본 발명은 레이저 가공장치 및 레이저 가공방법에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 기판의 정확한 위치에 레이저를 이용하여 홀을 가공하는 가공 장치 및 그 장치를 이용한 가공 방법에 관한 것이다.
일반적으로 기판상에는 기판들 간에 서로 전기적으로 연결하는 비아홀 등의 수많은 홀이 형성된다.
이때, 기판에는 수천 개에서 수십만 개 이상의 홀이 형성된다. 이렇게 많은 홀을 각각 기판에 가공하는 방법으로 레이저 빔을 사용하는 레이저 가공장치가 가장 많이 사용된다.
레이저 가공장치는 스테이지 상에 기판을 위치시키고, 스캐너 장치를 사용하여 기판상에 레이저가 발사되도록 각도를 조절하고, 미리 설계된 가공위치 데이터의 명령에 따라 원하는 위치에 홀을 가공하는 방법을 사용하는데, 상대적으로 다른 방법보다 기판상에 빠르고 정확하게 홀을 가공한다는 장점이 있다.
그러나, 레이저 가공방법을 사용한다고 해서 홀의 위치를 만족스러울 정도로 정확하게 가공할 수 있는 것은 아니며, 여러 가지 요인에 의해 홀이 가공되는 위치에 대한 오차가 종종 발생한다.
이때, 오차를 발생시키는 주요 요인으로는 미리 설계된 가공위치 데이터와 실제 기판상에 형성될 홀의 위치가 서로 다른 경우이다. 이러한 경우는 기판에 패턴을 형성하는 공정을 거칠 때에 열과 압력에 의해서 기판이 임의 방향으로 수축 또는 팽창하여 가공할 홀의 위치가 달라지기 때문에 발생한다.
또한, 기판을 가공위치 데이터에 기준점에 정확하게 이동시켜야 하는데, 스테이지 장치의 기계적인 한계에서 발생하는 오차가 있으며, 레이저 스캐너의 제어 값이 정확하지 못한 경우에도 이러한 오차가 발생할 수 있다.
결과적으로, 홀 위치에 대한 가공 오차가 발생할수록 제품에 대한 신뢰도가 떨어지고, 심할 경우에는 전혀 다른 위치에 홀을 가공하여 제품 자체를 사용할 수 없는 불량이 발생한다.
따라서, 레이저 가공장치를 사용한 가공장치 및 가공방법에서는 상기 요인들에 대한 오차를 바로잡아 기판의 정확한 위치에 홀을 가공하는 기술들이 요구된다.
본 발명은 기판상에 홀을 가공할 때 홀의 위치에 대한 오차를 보정하여 기판에 정확하게 홀을 가공하는 레이저 가공장치 및 레이저 가공방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 레이저 가공장치는 복수개의 작업영역을 가진 기판을 종축 및 횡축으로 이동시키고, 소정의 각도로 회전축을 따라 회전시키는 스테이지 장치; 상기 기판에 홀을 가공하도록 레이저 빔을 발진시키는 레이저 발진장치; 각각의 작업 영역에 대해 홀이 가공될 가공 위치에 상기 레이저 빔이 조사되도록 상기 레이저 빔을 반사시키는 스캐너 장치; 각각의 작업 영역을 촬영하여 촬영 이미지를 제공하는 카메라 장치; 및 상기 촬영 이미지를 통해 가공위치 데이터를 보정하여 상기 레이저 발진장치와 상기 스캐너 장치가 상기 기판에 홀을 가공하도록 제어하는 제어부;를 포함한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 기판의 작업 영역 이외의 더미 영역에 형성된 테스트 홀을 상기 카메라 장치가 촬상하여 촬영 이미지를 제공하고, 상기 촬영 이미지를 통해서 상기 스캐너 장치의 오차를 보정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스캐너 장치는, 상기 빔의 이동 경로에 위치하여 상기 빔을 소정의 경로로 진행시키는 제1 광학부, 상기 제1 광학부로부터 전달된 상기 빔을 상기 기판을 향하도록 반사시키는 레이저 스캐너, 및 상기 레이저 스캐너에서 전달된 상기 빔을 상기 기판에 수직하게 진행시키는 제2 광학부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 레이저 스캐너는 갈바노(galvano) 미러, 폴리건(polygon) 미러 및 디지털(digital) 미러 중 하나를 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 카메라 장치는, 복수개의 상기 작업영역을 동시에 촬영하도록 복수개의 카메라를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그러나, 상기 카메라 장치는, 복수개의 카메라를 가지는 것에 한정되는 것은 아니며, 하나의 카메라를 사용하여 필요한 영역을 순차적으로 촬영할 수도 있고, 복수개의 상기 작업영역을 동시에 촬영하도록 복수개의 카메라를 포함할 수도 있다.
또한, 레이저 가공방법은 복수개의 작업영역을 가진 기판에서 가공 대상이 되는 작업영역이 카메라 장치에 의해서 촬상되도록 상기 기판을 이동시키는 단계; 상기 카메라 장치에서 상기 대상 작업영역을 촬상하고, 촬상된 영상에 대응하여 상기 대상 작업영역의 가공위치 데이터를 보정하는 단계; 및 보정된 가공위치 데이터에 의해 상기 대상 작업영역에 레이저 발진장치 및 스캐너 장치를 제어하여 홀을 가공하는 단계;를 포함한다.
또한, 상기 기판을 이동시키는 단계는, 상기 카메라 장치에서 촬영된 촬상 이미지를 통해서 상기 작업 영역의 초기 위치를 확인하여 상기 기판의 위치를 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기판의 더미 영역으로 이동시켜 상기 기판의 더미 영역에 테스트 홀을 가공하는 단계; 및 상기 카메라 장치에서 상기 더미 영역을 촬영하고, 촬영된 상기 테스트 홀의 위치와 의도한 위치를 비교하여 상기 스캐너 장치의 오차를 보정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 대상 작업영역의 가공위치 데이터를 보정하는 단계는, 상기 영상에서 작업영역에 형성된 패턴과 최초에 설계된 패턴을 비교하여 보정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 대상 작업영역에 홀을 가공하는 단계는, 홀을 가공하는 중인 작업영역과 인접한 작업영역을 작업 대상이 되는 대상 작업영역으로 정의하는 단계; 및 모든 작업영역에서 가공이 완료되었는지 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 판단하는 단계는 모든 작업영역에서 가공이 완료되지 않았다면, 상기 대상 작업영역에 대해서 상기 가공위치 데이터를 보정하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 레이저 가공장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 레이저 가공장치는 스테이지 장치(110), 레이저 발진장치(120), 스캐너 장치(130) 및 카메라 장치(140)를 포함한다.
스테이지 장치(110)는 상부에 기판(100)이 배치되며, 스테이지 구동부(112)와 전기적으로 연결된다.
여기서, 스테이지 구동부(112)는 스테이지 장치(110)를 X-Y축 방향으로 이동 시키는 구조이면 바람직하고, 스테이지 장치(110)가 수평한 방향에서 θ방향으로 일정 각도만큼 회전하는 것도 가능하다.
따라서, 스테이지 구동부(112)에 의해서 X-Y방향으로 이동 가능한 스테이지 장치(110)는 상부에 위치한 기판(100)을 스캐너 장치(130)가 위치한 작업 위치 또는 카메라 장치(140)가 위치하여 기판(100)을 촬상할 위치로 이동시킬 뿐만 아니라 의도한 방향으로 이동시킬 수 있다.
레이저 발진장치(120)는 내부에서 레이저 빔(L)이 발생되며, 레이저 빔을 일 방향으로 발진시킨다. 일 방향으로 발진된 레이저는 제1 광학부(132)와 레이저 스캐너(134) 및 제2 광학부(136)를 순차적으로 통과하여 기판(100) 상에 홀을 가공하기 위한 적합한 형태의 레이저 빔이 된다.
따라서, 레이저 발진장치(120)에서 발사되는 레이저 빔(L)은 기판상으로 진행하여 기판(100)에 홀을 형성시키는 역할을 한다.
스캐너 장치(130)는 레이저 발진장치(120)에서 발사되는 레이저 빔(L)의 광로 상에 위치하며, 제1 광학부(132), 레이저 스캐너(134) 및 제2 광학부(136)를 포함한다.
제1 광학부(132)는 레이저 발진장치(120)와 레이저 스캐너(134) 사이에 위치하여 빔의 광로 상에 배치되며, 레이저 빔을 원하는 경로로 유도하고, 레이저 발진장치(120)에서 발생된 빔을 손실 없이 균일하게 원하는 크기로 조절하는 기능을 한다.
제1 광학부(132)는 레이저 빔(L)을 일정 직경의 평행 광으로 확대시키도록 하는 빔 익스팬더와 레이저 빔의 간섭성을 줄이는 역할을 하는 균광기(homogenizer)로 구성되며, 위의 기능을 실현할 수 있는 구조이면 다른 구성도 가능하다.
레이저 스캐너(134)는 제1 광학부(132)를 통과한 레이저 빔을 반사시켜서 레이저 빔(L)이 기판을 향하도록 진행시키는 기능을 한다.
레이저 스캐너(134)는 갈바노 미러를 사용하여 빔의 방향을 바꿔주는 데, 설계자의 의도에 따라 갈바노 미러의 각도를 조절하여 빔의 방향을 임의로 변경해줄 수 있다.
본 실시예에서는 2개로 구성된 갈바노 미러를 사용하여 빔의 방향을 변경하지만 폴리건(polygon) 미러 및 디지털(digital) 미러 중 하나를 사용하는 것도 가능하다.
레이저 스캐너(134)는 갈바노 미러의 각도를 변경해주기 위한 값을 제어하는 스캐너 제어부와 전기적으로 연결된다.
따라서, 기판(100)의 더미 영역에 테스트 홀(102)을 형성시킨 후에, 테스트 홀(102)이 형성된 더미 영역을 촬영하여 얻은 영상을 통해서 미리 설계된 홀의 가공 위치와 비교한다.
그리고, 실제 형성된 테스트 홀(102)의 위치와 실제 의도한 홀의 오차를 판단하여 스케너 제어부(미도시)에서 레이저 스캐너(134)의 제어 값을 변화시킨다.
제2 광학부(136)는 레이저 스캐너(134)와 기판(100) 사이에 배치되며, 레이저 스캐너(134)에서 반사된 레이저 빔의 각도를 기판(100)에 수직한 각도로 변환해 주고, 원하는 빔의 크기로 만들어 주는 기능을 한다.
또한, 제2 광학부(136)는 fθ 렌즈와 마이크로 미러로 구성되나 위의 기능을 수행할 수 있는 다른 구성을 가지는 것도 바람직하다.
카메라 장치(140)는 스캐너 장치(130)와 일정 거리 이격되도록 형성되며, 기판(100)에 작업 영역 을 촬상하는 기능을 한다.
기판(100)에 구비된 작업 영역 은 스캐너 장치(130)의 동작 영역의 크기에 따라 기판(100) 상에 소정의 넓이만큼 구분하여 그 개수가 결정되나 그 수는 한정되는 것은 아니며 설계자의 의도에 따라 복수개로 정의될 수 있다.
또한, 카메라 장치(140)는 제1 촬상 카메라(142)를 포함한다. 제1 촬상 카메라(142)의 위치는 기판(100)에서 하나의 작업 영역 이 작업 위치에 위치하면, 인접한 작업 영역 을 촬상할 수 있도록 스캐너 장치(130)에 이격된다.
그러나, 스캐너 장치(130)와 카메라 장치(140)는 설계자의 의도에 따라 도 1과 다른 간격으로 형성되거나 카메라 장치가 고정되는 구조가 아닌 원하는 위치로 이동하는 구조를 가지는 것도 가능하다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 레이저 가공장치에서 테스트 홀을 형성시키는 것을 설명하기 위한 도면들이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 스테이지 장치(110)를 이동하여 기판(100)의 더미 영역이 스캐너 장치(130)의 작업 위치에 위치하도록 이동시킨다. 여기서, 더미 영역이란 기판(100)에서 실제로 사용하지 않고 여분으로 남겨진 부분을 의미한다.
그리고, 스캐너 장치(130)는 기판(100)의 더미 영역에 테스트 홀(102)을 형 성시키고, 기판(100)의 더미 영역이 카메라 장치(140)에 위치하도록 스테이지 장치(110)를 이동시킨다.
이때, 카메라 장치(140)가 촬상할 수 있는 촬상 위치에 기판(100)의 더미 영역이 위치하게 되면, 4개의 테스트 홀(102)이 형성된 더미 영역을 촬영한다.
그리고, 촬영한 영상에서 테스트 홀(102)의 위치와 원래 의도한 홀의 위치를 비교하여 홀 위치에 대한 오차가 발생했는지를 판단한다. 이에 따라, 홀 위치에 대한 오차가 발생하였다면 오차의 정도를 보정하도록 그 정보를 스캐너 제어부(미도시)에 전달한다.
이런 단계를 통해, 스캐너 제어부에서는 오차의 정도에 따라 갈바노 미러의 각도를 변화시키도록 제어 값을 보정하게 된다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 레이저 가공장치에서 스캐너 장치와 카메라 장치에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 기판(100)의 더미 영역에 테스트 홀(102)을 형성시킨 후 스캐너 제어부에서 그에 대한 오차를 보정하는 단계를 완료했으면, 기판(100)의 작업영역에 대해서 작업 위치에 위치하도록 스테이지 장치(110)를 X-Y축을 따라 이동시킨다.
그리고, 스캐너 장치(130)가 하나의 작업영역(A)에 위치하면, 레이저 가공장치를 제어하는 제어부(미도시)에서 홀 가공을 명령하여 스캐너 장치(130)에서 홀 가공을 시작한다.
또한, 제어부에서는 가공되는 작업영역(A)에 인접한 작업영역(B)에 대해서 대상 작업영역(B)으로 정의하고, 제1 촬상 카메라(142)에서 대상 작업영역(B)을 촬상하여 영상을 얻으며, 상기 영상을 이용하여 가공위치 데이터를 보정하게 된다.
여기서, 도 4에서 가공 작업영역(A)과 대상 작업영역(B)의 위치가 서로 인접하게 설정되었지만, 그 위치가 한정되는 것은 아니다.
그리고, 본 발명에서 가공위치 데이터란 기판(100) 상에 형성되는 홀의 위치에 대해서 이미 설계되는 데이터를 의미하며, 작업영역에 대한 홀 가공 시에 가공위치 데이터에 의한 홀의 위치에 대한 명령에 따라 스테이지 장치(110)가 이동하게 된다.
또한, 가공 작업영역이란 스캐너 장치(130)를 이용하여 홀을 가공하기 위하여 설정된 기판(100)의 작업영역을 의미하고, 대상 작업영역이란 가공위치 데이터를 정정하기 위한 기판의 작업영역을 의미한다.
도 4에서 스캐너 장치(130)와 카메라 장치(140)는 서로 다른 작업영역에 위치하도록 이격되어 고정된다. 그러나, 스캐너 장치(130)와 카메라 장치(140) 사이의 간격은 한정되는 것은 아니며 설계자의 의도에 따라 다르게 설정되는 것도 가능하다.
스캐너 장치(130)와 카메라 장치(140)가 서로 다른 작업영역에 위치하도록 배치되는 이유는 스캐너 장치(130)가 가공 작업영역(A)에 위치할 때 위치적으로 카메라 장치(140)는 대상 작업영역(B)을 촬상할 수 있도록 하기 위해서이다.
따라서, 스캐너 장치(130)가 가공 작업영역(A)에 대해서 홀 가공을 하는 동시에 카메라 장치(140)에서는 대상 작업영역(B)에 대해서 촬상하여 가공위치 데이 터의 오차를 보정하는 작업을 실행함으로 작업시간을 단축시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 레이저 가공방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5를 참조하면, 기판(100)을 스테이지 장치(110)의 상부에 고정되도록 장착한다(S1).
그리고, 스테이지 장치(110)를 기판(100)이 스캐너 장치(130)의 작업 위치에 위치하도록 이동시키며, 스캐너 장치(130)에 의해 기판(100)의 더미 영역에 테스트 홀을 가공한다(S2).
기판(100)의 더미 영역에 테스트 홀을 가공한 후에는 기판(100)의 더미 영역이 제1 촬상 카메라(142)의 촬상 위치에 위치하도록 스테이지 장치(110)를 이동시킨다.
그리고, 제1 촬상 카메라(142)에서 테스트 홀(102)이 형성된 더미 영역을 촬상하여 영상을 얻는다(S3).
따라서, 스캐너 제어부에서 상기 영상을 통해서 원래 의도한 홀의 가공위치를 비교하므로 그 오차에 따른 레이저 스캐너(134)의 제어 값을 보정하게 된다(S4).
그리고, 복수개의 작업영역으로 정의된 기판에서 먼저 홀 가공을 하게 되는 대상 작업영역을 정의한다(S6). 기판(100)의 작업영역은 설계자의 의도에 따라 다르게 설정하는 것도 가능하다.
또한, 기판(100)에서 복수개의 작업영역 중 대상 작업영역이 결정되면, 기 판(100)의 대상 작업영역이 촬상 위치에 위치하도록 스테이지 장치(110)를 이동시킨다(S7).
촬상 위치는 제1 촬상 카메라(142)가 기판(100)의 대상 작업영역을 전체적으로 촬상할 수 있는 위치를 의미할 수 있다.
그리고, 제1 촬상 카메라(142)에서 기판(100)의 대상 작업영역을 촬영하여 영상을 얻는다(S8).
이때, 대상 작업영역에서 촬영한 영상은 대상 작업영역에 형성되는 패턴과 가공위치 데이터에서 패턴을 비교하여 위치에 대한 오차를 분석한다.
본 실시예에서는 패턴 매칭을 통해서 가공위치 데이터에 대한 오차를 보정하지만, 설계자의 의도에 따라 대상 작업영역에 보정을 위해 미리 표시한 형상을 통해서 보정하는 방법이나, 기판에 형성되는 패턴 중에서 원형과 같은 비교 가능한 형상을 추출하여 분석하는 방법을 사용하는 등 다양한 분석 방법을 적용할 수 있다.
또한, 제어부에서는 제1 촬상 카메라(142)에서 촬상한 영상을 분석하여 가공위치 데이터를 보정한다(S9).
그리고, 가공위치 데이터의 보정이 완료되면, 스캐너 장치(130)에 대응되어 대상 작업영역의 홀이 가공되는 위치인 작업 위치로 기판(100)이 이동되도록 스테이지 장치(110)를 이동시킨다.
이때, 스테이지 장치(110)는 제어부에서 명령하는 위치 명령에 따라서 이동하여 기판(100)을 작업 위치로 이동시키기 때문에 기계적인 위치 정확도의 한계에 서 오는 오차가 발생할 수 있다.
따라서, 제1 촬상 카메라에서 촬상한 가공위치 영상을 이용하여 작업위치를 다시 보정한다(S10).
이에 따라, 스테이지 장치(110)에 의해서 기판(100)이 보정된 작업위치로 재정렬되고, 보정된 가공위치 데이터에 의해서 대상 작업영역에 홀을 가공한다(S11).
이때, 가공위치 데이터는 전체 작업영역 중에서 대상 작업영역 부분만 보정되는 것을 의미하지만, 그에 한정되는 것은 아니며 먼저 전체 작업영역에 대한 가공위치 데이터를 보정한 후에 가공이 진행되는 것도 가능하다.
그리고, 대상 작업영역에 스캐너 장치(130)를 이용하여 홀 가공이 시작되면, 제어부에서는 가공작업 중인 가공 작업영역에 인접한 작업영역을 새로운 대상 작업영역으로 정의한다(S12).
또한, 기판의 대상 작업영역이 다시 정의되면, 제어부에서는 기판의 모든 작업영역이 가공되었는지 판단한다(S13). 제어부에서 모든 작업영역이 가공되었다고 판단하면 모든 가공 작업은 완료된다. 이때, 결정되지 않은 대상 작업영역이 있는지를 판단하여 가공 작업을 완료시키는 것도 가능하다.
그러나, 모든 작업영역이 가공되지 않은 것으로 판단된다면, 상기 대상 작업영역에 대해서 가공위치 데이터를 보정하는 과정을 수행하게 된다.
이러한 작업은 거의 동시에 진행되므로 한쪽 영역에서는 가공이 이뤄지고 한쪽 영역에서는 동시에 촬상을 하여 가공위치 데이터를 보정하게 된다.
본 실시예에서는 가공하고 있는 작업영역에 인접한 하나의 작업영역에 대해 서 대상 작업영역으로 정의한다. 그러나, 복수개의 촬상 카메라를 이용하는 경우에는 복수개의 작업영역이 대상 작업영역으로 정의되는 것도 가능하다.
그리고, 대상 작업영역으로 정의된 영역에 대해서는 제1 촬상 카메라(142)에서 촬상하여 가공위치 데이터를 보정하는 단계를 다시 수행한다(S8). 따라서, 대상 작업영역에 대해서는 다시 상기 단계들을 거쳐서 보정을 하고, 보정에 의한 홀 가공이 시작되어 가공 작업영역으로 정의되게 된다(S9~S12).
이때, 가공 작업영역에서는 스캐너 장치에 의해서 홀 가공이 되고, 대상 작업영역에서는 제1 촬상 카메라(142)에 의한 보정을 하는 과정이 동시에 진행될 수 있다.
종래에 사용되는 레이저 가공장치는 여러 가지 요인에 의해서 가공되는 홀의 위치에 대한 오차가 발생한다.
주요한 요인으로는 미리 설계된 가공위치 데이터와 실제 기판상에 형성될 홀의 위치가 서로 다른 경우, 기판을 가공위치 데이터의 기준점에 정확하게 이동시켜야 하는 스테이지 장치에서 오차가 발생하는 경우, 레이저 스캐너의 오차가 정확하지 못한 경우 등이 있다.
따라서, 이러한 오차에 의해서 홀 가공이 잘못되면 제품에 대한 신뢰도가 떨어지고, 심할 경우에는 전혀 다른 위치에 홀을 가공됨에 따라 제품 자체를 사용할 수 없는 불량이 발생한다.
그러나, 본 발명에서는 카메라 장치로 작업영역들을 촬상하여 실제 기판상에 형성될 홀의 위치로 가공위치 데이터를 보정할 수 있으며, 스테이지 장치에서 발생 하는 기계적인 한계에 의한 오차도 함께 보정할 수 있다. 또한, 더미 영역에 테스트 홀을 형성시켜서 레이저 스캐너의 오차에 따른 제어 값을 보정할 수 있다.
결과적으로, 레이저 가공장치에서 발생 가능한 오차들에 대해서 각각 보정할 수 있으므로 더욱 정확하게 기판에 홀을 가공할 수 있다.
또한, 기판 상에 형성된 홀의 위치가 설계된 홀의 위치와 다르다면, 각각의 단계를 검수해볼 수 있으므로 오차가 발생하는 주요 원인에 대해서 쉽게 보정할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 레이저 가공장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 레이저 가공장치는 스테이지 장치(210), 레이저 발진장치(220), 스캐너 장치(230) 및 카메라 장치(240)를 포함한다.
스테이지 장치(210)는 기판이 상부에 배치되며, 스테이지 구동부(212)와 전기적으로 연결되고, 스테이지 장치(210)를 X-Y방향으로 이동시키는 구조이면 바람직하다.
또한, 스테이지 장치(210)는 종축-횡축 뿐만 아니라 소정의 각도만큼 회전 가능하도록 설계되어 기판이 기울어지도록 회전축을 따라 회전시킬 수 있다.
레이저 발진장치(220)는 내부에서 레이저 빔이 발생되며, 레이저 빔을 일 방향으로 발진시킨다. 일 방향으로 발진된 레이저는 제1 광학부(232)와 레이저 스캐너(234) 및 제2 광학부(236)를 순차적으로 통과하여 기판(200) 상에 홀을 가공하기 위한 적합한 형태의 레이저 빔으로 조절한다.
스캐너 장치(230)는 레이저 발진장치(220)에서 발사되는 레이저 빔의 광로 상에 위치하며, 제1 광학부(232), 레이저 스캐너(234) 및 제2 광학부(236)를 포함한다.
제1 광학부(232)는 레이저 빔(B)을 일정 직경의 평행 광으로 확대시키도록 하는 빔 익스팬더와 레이저 빔의 간섭성을 줄이는 역할을 하는 균광기(homogenizer)로 구성되며, 위의 기능을 실현할 수 있는 구조이면 다른 구성도 가능하다.
레이저 스캐너(234)는 제1 광학부(232)를 통과한 레이저 빔을 반사시켜서 레이저 빔의 진행 방향을 기판을 향하도록 조절해주는 기능을 한다. 또한, 레이저 스캐너(234)는 갈바노 미러를 사용하여 빔의 방향을 바꿔주는 데, 설계자의 의도에 따라 갈바노 미러의 각도를 조절하여 빔의 방향을 임의로 변경해줄 수 있다.
제2 광학부(236)는 레이저 스캐너(234)와 기판(200) 사이에 배치되며, 레이저 스캐너(234)에서 반사된 레이저 빔의 각도를 기판(200)에 수직한 각도로 변환해주고, 원하는 빔의 크기로 만들어 주는 기능을 한다.
카메라 장치(240)는 제1 촬상 카메라(242) 및 제2 촬상 카메라(244)를 포함한다.
제1 촬상 카메라(242)는 레이저 스캐너(234)가 가공하는 가공 작업영역(A)에서 기판(200)의 상부 측에 위치한 제1 작업영역(B)에 위치하도록 배치된다.
그리고, 제2 촬상 카메라(244)는 레이저 스캐너(234)에 의해 가공되는 가공 작업영역(A)에서 기판(200)의 대각선 방향에 위치한 제2 작업영역(C)에 배치된다.
따라서, 레이저 스캐너(234)가 가공 작업영역(A)에서 홀을 가공하는 동안, 제1 촬상 카메라(242)는 제1 작업영역(B)에 대해서 촬상하고, 제2 촬상 카메라(244)는 제2 작업영역(C)에 대해서 촬상하여 가공위치 데이터를 보정하는 단계를 동시에 실행한다.
이에 따라, 레이저 스캐너(234)가 제1 작업영역(B)에 대해서 홀 가공을 실행한 후에, 홀 가공을 멈추고 제2 작업영역(C)에 대해서 가공위치 데이터를 보정하는 단계를 줄여줌으로 작업 시간을 단축할 수 있고, 레이저 스캐너(234)가 모든 작업영역에서 연속적으로 쉬지 않고 작업을 할 수 있다는 장점이 있다.
본 실시예에서 스테이지 장치(210), 레이저 발진장치(220) 및 스캐너 장치(230)는 제1 실시예와 실질적으로 동일한 구성이므로 그 구체적인 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 레이저 가공장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 레이저 가공장치에서 테스트 홀을 형성시키는 것을 설명하기 위한 도면들이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 레이저 가공장치에서 스캐너 장치와 카메라 장치에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 레이저 가공방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 레이저 가공장치를 설명하기 위한 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
110.... 스테이지 장치 120.... 레이저 발진장치
130.... 스캐너 장치 140.... 카메라 장치

Claims (11)

  1. 복수개의 작업영역을 가진 기판을 종축 및 횡축을 따라 이동시키고, 소정의 각도로 회전축을 따라 회전시키는 스테이지 장치;
    상기 기판에 홀을 가공하도록 레이저 빔을 발진시키는 레이저 발진장치;
    상기 작업 영역에 대해 홀이 가공될 가공 위치에 상기 레이저 빔이 조사되도록 상기 레이저 빔을 반사시키는 스캐너 장치;
    상기 작업 영역을 각각 촬영하여 촬영 이미지를 제공하는 카메라 장치; 및
    상기 촬영 이미지를 통해 가공위치 데이터를 보정하여 상기 레이저 발진장치와 상기 스캐너 장치가 상기 기판에 홀을 가공하도록 제어하는 제어부;를 포함하는 레이저 가공장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 기판의 작업 영역 이외의 더미 영역에 형성된 테스트 홀을 상기 카메라 장치가 촬상하여 촬영 이미지를 제공하고, 상기 촬영 이미지를 통해서 상기 스캐너 장치의 오차를 보정하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스캐너 장치는,
    상기 빔의 이동 경로에 위치하여 상기 빔을 소정의 경로로 진행시키는 제1 광학부, 상기 제1 광학부로부터 전달된 상기 빔을 상기 기판을 향하도록 반사시키는 레이저 스캐너, 및 상기 레이저 스캐너에서 전달된 상기 빔을 상기 기판에 수직하게 진행시키는 제2 광학부를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 레이저 스캐너는 갈바노(galvano) 미러, 폴리건(polygon) 미러 및 디지털(digital) 미러 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 카메라 장치는,
    복수개의 상기 작업영역을 동시에 촬영하도록 상기 작업영역에 대응하는 복수개의 카메라를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
  6. 복수개의 작업영역을 가진 기판에서 가공 대상이 되는 대상 작업영역이 카메라 장치에 의해서 촬상되도록 상기 기판을 이동시키는 단계;
    상기 카메라 장치에서 상기 대상 작업영역을 촬상하고, 촬상된 촬상 이미지에 대응하여 상기 대상 작업영역에 대응하는 가공위치 데이터를 보정하는 단계; 및
    보정된 상기 가공위치 데이터에 의해 상기 대상 작업영역에 레이저 발진장치 및 스캐너 장치를 제어하여 홀을 가공하는 단계;
    를 포함하는 레이저 가공방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 기판을 이동시키는 단계는,
    상기 카메라 장치에서 촬영된 상기 촬상 이미지를 통해서 상기 작업 영역의 초기 위치를 확인하여 상기 기판의 위치를 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 스캐너 장치를 이용하여 상기 기판의 더미 영역에 테스트 홀을 가공하는 단계; 및
    상기 카메라 장치에서 상기 테스트 홀을 촬영하고, 촬영된 상기 테스트 홀의 위치와 의도한 위치를 비교하여 상기 스캐너 장치의 오차를 보정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 대상 작업영역의 가공위치 데이터를 보정하는 단계는,
    상기 영상에서 상기 대상 작업영역에 형성된 패턴과 최초에 설계된 기판의 패턴을 비교하여 상기 가공위치 데이터를 보정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 대상 작업영역에 홀을 가공하는 단계는,
    홀을 가공하는 중인 작업영역과 인접한 작업영역을 작업 대상이 되는 대상 작업영역으로 결정하는 단계; 및
    모든 작업영역에서 가공이 완료되었는지 판단하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 판단하는 단계는,
    모든 작업영역에서 가공이 완료되지 않았다면, 결정된 상기 대상 작업영역에 대해서 상기 가공위치 데이터를 보정하기 위해 촬상하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
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