KR20110062884A - 레이저 가공장치 및 가공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저를 이용하여 가공대상물을 가공하는 레이저 가공장치 및 가공방법에 관한 것으로, 1차 레이저빔을 이용하여 가공대상물을 가공하고, 1차 레이저에 의해 발생하는 파티클을 하나 이상의 2차 레이저빔을 이용하여 동시에 제거하거나 가공대상물로의 파티클의 고착 정도를 약화시킴으로써 별도로 진행되었던 파티클 제거공정을 생략하거나 그 파티클 제거공정의 효율성을 높일 수 있는 레이저 가공장치 및 가공방법을 제공하는데 그 목적이 있다. 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 레이저빔을 발생시키는 레이저빔 발생원; 및 상기 레이저빔 발생원으로부터 발생한 레이저빔이 가공대상물을 가공하도록 조사되는 제1 레이저빔과 제1 레이저빔에 의하여 발생하는 파티클을 가공과 동시에 제거하거나 가공대상물로의 고착 정도를 약화시키도록 조사되는 하나 이상의 제2 레이저빔으로 분할시키는 멀티 광학계를 포함하는 레이저 가공장치 및 가공방법을 제공한다.

레이저가공장치, 가공방법, 제1레이저빔, 제2레이저빔, 광학계, 파티클

Description

레이저 가공장치 및 가공방법{LASER PROCESSING APPARATUS AND PROCESSING METHOD}

본 발명은 레이저를 이용하여 가공대상물을 가공하는 레이저 가공장치 및 가공방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 가공용 레이저를 통해 가공대상물을 가공하고, 가공용 레이저에 의해 발생하는 파티클을 제거용 레이저를 이용하여 가공과 동시에 제거하거나 가공대상물로 고착되는 고착 정도를 감소시킴으로써 후속공정으로서 별도로 진행되었던 파티클 제거공정을 생략하거나 그 파티클 제거공정의 작업성을 높여 전체 공정의 효율성을 증대시킨, 레이저가공과 파티클 제거를 동시에 실행할 수 있는 레이저 가공장치 및 가공방법에 관한 것이다.

최근 반도체 산업은 많은 발전을 해오고 있고, 이에 따라 레이저를 이용하여 반도체 재료기판, 압전 재료기판이나 유리기판 등의 기재를 절단, 스크라이빙, 또는 패터닝 등의 가공 기술에 있어서도 많은 발전이 이루어지고 있다.

일반적으로 메모리 반도체 소자의 집적도가 증가함에 따라 디바이스(device) 에 영향을 주는 요인들이 발생하는데, 그 대표적인 장애 요인으로는 레이저 가공시 발생하는 파티클(particle)을 예로 들 수 있다.

이러한 파티클 중에서도 종류에 따라서 디바이스에 영향을 미치는 것과 그렇지 않은 것이 있다. 특히 반도체 제조 공정 중 기재의 절단, 스크리이빙과 같은 가공에 의해 발생하는 파티클은 제품 자체에 손상을 주거나, 제품 수율에 악영향을 미치게 된다.

따라서 이러한 레이저가공에 의해서 발생하는 파티클의 제거는 반드시 후속되는 제거공정 또는 세정공정이 따라야만 한다. 이와 같은 파티클을 제거하기 위해 사용되고 있는 방법으로서는 수세방식, 블로잉(blowing) 방식 또는 스크러버를 이용하는 방식이 있다.

먼저 수세방식은 기재(가공대상물)를 조(bath)에 넣은 후, 조의 하부로부터 탈이온수(deionized water)를 공급하여 기재 표면을 세정한 탈이온수가 조를 넘쳐 흐르게 하는 방식을 말한다. 이와 같은 수세 방식은 기재 표면에 직접적으로 어떠한 물리적인 힘을 가하지 않는 장점이 있으나, 기재 표면에 물리 화학적으로 고착된 파티클을 완전히 제거하기 어려운 문제점이 있다.

다음으로 블로잉 방식은 가공대상물을 레이저에 의해 발생한 파티클을 토출 공기를 이용하여 비산시키고, 비산되는 파티클을 흡입을 통해 외부로 배출하는 방식을 말한다. 그러나 이와 같은 블로잉 방식은 토출 공기를 이용하여 파티클이 비산되는 과정에서 기재 표면의 다른 부분, 특히 가공대상물의 표면에 형성된 반도체 소자 등으로 떨어질 가능성이 있는 문제가 있다. 또한, 상기한 수세 방식에서와 같 이 기재 표면에 물리 화학적으로 고착된 파티클에 대해서는 완전히 불어내지 못하는 문제점이 있다.

한편, 스크러버를 이용하는 방식에서는, 브러쉬를 이용하여 기재 표면을 중심 방향에서 바깥 방향으로 쓸어내는 동작을 하면서 기재의 표면을 세정한다. 그러나 이러한 방법은 브러쉬와 기재 간의 간격의 조정이 잘못될 경우, 상호 마찰에 의한 미세한 긁힘이나 이로 인해 또 다른 파티클을 유발하는 문제점이 있다. 또한 이러한 방식에서도 상기한 방식들에서와 마찬가지로, 기재 표면에 물리 화학적으로 고착된 파티클에 대해서는 완전히 제거하지 못하는 문제점이 있다.

또한, 상기한 종래의 파티클 제거 또는 세정 방법들은 레이저가공 단계 이후에 반드시 진행되어야 하는 별개의 공정이었다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 가공용 레이저를 통해 가공대상물을 가공하고, 가공용 레이저에 의해 발생하는 파티클을 제거용 레이저를 이용하여 가공과 동시에 제거하여 별도로 진행되었던 파티클 제거공정을 생략하거나 간략화할 수 있는 레이저 가공장치 및 가공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 가공용 레이저를 통해 가공대상물을 가공하고, 가공용 레이저에 의해 발생하는 파티클이 가공대상물에 고착되는 고착 정도를 감소시킴으로써 후속되는 파티클 제거공정의 작업성을 높여 전체 공정의 효율성을 증대시킨 레이저 가공장치 및 가공방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 가공용 레이저를 통해 가공대상물을 가공하고, 가공용 레이저에 의해 발생하는 파티클을 제거용 레이저를 이용하여 제거하면서, 레이저 가공장치 일측에 구성되는 파티클 흡입 유닛을 통해 파티클의 양을 최소화할 수 있는 레이저 가공장치 및 가공방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 제1 관점에 따른 본 발명은, 레이저빔을 발생시키는 레이저빔 발생원; 및 상기 레이저빔 발생원으로부터 발생한 레이저빔이 가공대상물을 가공하도록 조사되는 제1 레이저빔과 제1 레이저빔에 의하여 발생하는 파 티클을 가공과 동시에 제거하거나 가공대상물로의 고착 정도를 약화시키도록 조사되는 하나 이상의 제2 레이저빔으로 분할시키는 멀티 광학계를 포함하는 레이저 가공장치를 제공한다.

상기 멀티 광학계는 가공대상물의 재질이나 특성에 따라 레이저빔의 형상, 파장 및 에너지분포 중 어느 하나 이상을 갖고 설정된 광학부재의 조합에 의해 구성되는 제1 광학계; 및 상기 파티클의 화학적 물리적 특성에 따라 레이저빔의 형상, 파장 및 에너지분포 중 어느 하나 이상을 갖고 설정된 광학부재의 조합에 의해 구성되는 제2 광학계로 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 제2 관점에 따르면, 소정 파장 특성을 갖는 제1 레이저빔을 방출하는 제1 레이저빔 발생원; 상기 제1 레이저빔과 다른 파장 특성을 갖는 하나 이상의 제2 레이저빔을 방출하는 제2 레이저빔 발생원; 가공대상물을 가공하도록 상기 제1 레이저빔을 조사하는 제1 광학계; 및 상기 제1 레이저빔의 가공에 의해 발생하는 파티클을 제거하도록 상기 제1 레이저빔의 조사와 동시에 제2 레이저빔을 조사하는 제2 광학계를 포함하는 레이저 가공장치를 제공한다.

상기 제2 광학계는 상기 제1 광학계에서 조사되는 제1 레이저빔으로부터 오프셋되고, 제1 레이저빔에 교차되게 제2 레이저빔을 조사하도록 구성될 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 제1 광학계와 제2 광학계를 수용하는 하우징의 일측 또는 내측에는 제1 레이저빔에 의해 발생하여 비산되는 파티클의 적어도 일부를 외부로 배출하기 위한 파티클 흡입 유닛을 더 포함할 수 있다.

여기에서, 상기 제1 광학계는 라인빔 형태의 제1 레이저빔을 형성하고, 상기 제2 광학계는 환형빔 형태의 제2 레이저빔을 형성할 수 있으며, 상기 제2 레이저빔은 링광학계에 의해 달성된다.

상기 제2 광학계는 상기 제1 레이저빔을 중심으로 대칭 또는 비대칭의 원호빔 형태, 타원빔 형태, 원형빔 형태, 사각빔 형태 중 어느 하나의 제2 레이저빔을 형성할 수 있다.

본 발명의 제3 관점에 따르면, 제1 레이저빔으로 가공대상물을 가공하도록 조사하고, 상기 가공대상물의 가공에 의해 발생하는 파티클을 하나 이상의 제2 레이저빔을 통해 상기 1차 레이저빔 가공과 동시에 제거하도록 조사할 수 있으며, 상기 제1 레이저빔과 제2 레이저빔은 광학계에서 분할되어 각각 조사될 수 있다.

상기 제1 레이저빔과 제2 레이저빔은 단일 파장의 레이저빔이거나, 각기 다른 파장의 레이저빔일 수 있다.

상기 제1 레이저빔은 제1 레이저빔 발생원으로부터 조사되고, 상기 제2 레이저빔은 상기 제1 레이빔과 다른 파장의 제2 레이저빔 발생원으로부터 조사되며, 상기 광학계는 상기 제1 레이저빔을 조사하는 제1 광학계와 상기 제2 레이저빔을 조사하는 제2 광학계를 구비할 수 있다.

상기 1차 레이저빔에 의해 발생하는 가공대상물의 파티클의 적어도 일부를 흡입하여 외부로 방출하는 것을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 레이저 가공장치 및 가공방법은 레이저가공 시 발생하는 파 티클을 제거용 레이저빔을 이용하여 가공과 동시에 제거하거나 가공대상물에 고착되는 고착 정도를 감소시킴으로써 후속 공정으로서 별도로 진행되었던 파티클 제거공정을 생략하거나 그 파티클 제거 공정의 작업성을 높여 전체 공정의 효율성을 증대시킨 효과가 있다.

본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.

본 발명에 따르는 레이저가공 및 파티클 제거를 동시에 실행할 수 있는 레이저 가공장치는, 레이저빔을 발생시키는 레이저빔 발생원; 및 상기 레이저빔 발생원으로부터 발생한 레이저가 가공대상물을 가공하는 가공용 레이저빔과 가공용 레이저빔에 의하여 발생하는 파티클을 가공과 동시에 제거하거나 세정 또는 가공대상물로의 고착 정도를 약화시키는 하나 이상의 파티클 제거용 레이저빔으로 분할하며, 레이저빔의 형상 및 에너지분포를 가공하도록 구성되는 멀티 광학계를 포함한다.

여기에서, 상기 레이저 가공장치는 상기 다중 광학계를 수용하는 하우징 일측에 구성되어 상기 가공용 레이저빔의 가공에 의해 발생하여 비산하는 파티클의 적어도 일부를 흡입하기 위한 파티클 흡입 유닛을 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르는 레이저가공 및 파티클 제거를 동시에 실행할 수 있는 레이저 가공방법은, 1차 레이저빔으로 가공대상물을 가공하도록 조사하고, 상기 가공대상물의 가공에 의해 발생하는 파티클을 하나 이상의 2차 레이저빔을 통해 가 공과 동시에 제거하거나 세정 또는 가공대상물로의 고착 정도를 약화시키도록 조사하는 방법을 포함한다.

여기에서, 상기 레이저 가공방법은 상기 1차 레이저빔에 의해 발생하는 가공대상물의 파티클의 적어도 일부를 흡입하여 외부로 방출하는 것을 더 포함할 수 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따르는 레이저가공 및 파티클 제거를 동시에 실행할 수 있는 레이저 가공장치 및 가공방법에 대한 바람직한 실시 예의 구성 및 특징들에 대해서 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 레이저 가공장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 레이저 가공장치는, 단일 레이저빔을 방출하는 레이저빔 발생원(10); 상기 레이저빔 발생원(10)으로부터 방출된 레이저빔을 스테이지(11) 위에 배치된 가공대상물(20)을 가공하기 위한 가공용 레이저빔(31)과, 상기 가공용 레이저빔(31)의 가공에 의해 발생한 파티클(32)을 제거하거나 세정 또는 파티클이 가공대상물에 떨어져 고착되는 고착 정도를 약화시키기 위한 하나 이상의 파티클 제거용 레이저빔으로 분할하여 조사하는 멀티 광학계(30)를 포함한다.

상기 멀티 광학계(30)는 가공할 대상물의 재질이나 특성에 따라 가공대상물을 가공하기 위한 가공용 레이저빔의 형상이나 파장 및 에너지분포를 갖도록 미리 설정된 광학부재의 조합에 의해 구성되는 제1 광학계 및 상기 가공용 레이저빔의 가공에 의해 형성된 파티클의 화학적 물리적 특성에 따라 해당 파티클을 제거하거나 고착 정도를 약화시키기 위한 제거용 레이저빔의 형상이나 파장 및 에너지분포를 갖도록 미리 설정된 광학부재의 조합에 의해 구성되는 제2 광학계로 구성된다.

구체적으로, 제2 광학계는 가공대상물의 재료에 따라 발생하는 파티클의 특성이 예상되기 때문에, 그 파티클의 특성에 따라 소정 형상이나 파장 또는 에너지분포를 갖는 광학부재를 구성시켜 파티클을 흡열증발 시키거나, 파장에 의한 세정 또는 파티클 자체의 특성 변화에 따른 가공대상물로의 고착 정도를 약화시키도록 하는 것이다.

상기 각 광학계에서의 광학부재의 조합은 요구되는 레이저빔의 형상이나 파장 및 에너지분포에 갖기 위한 빔익스팬더(beam expander), 빔쉐이퍼(beam shaper), 호모저나이저(homogenizer), 스플리터(spliter), 마스크(mask), 편광부재(polarizer) 등의 조합에 의해 이루어지며, 원래 가공대상물의 재료 및 가공대상물에서 발생하는 파티클의 특성에 의해 그 조합은 다양하게 이루어질 수 있음은 해당 분야의 당업자에게 명백한 것이며, 따라서 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

다음으로, 앞서 설명한 광학부재의 조합에 근거하여 본 발명의 제1 실시 예에 따른 레이저 가공장치를 구성하는 광학계가 형성할 수 있는 레이저빔 형상의 예시를 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명한다. 도 2 내지 도 5는 각각 본 발명의 제1 실 시예에 따른 레이저 가공장치의 제1 광학계와 제2 광학계의 의해 형성되는 레이저빔의 형상을 나타낸 것이다.

도 2에서, 제1 광학계는 라인빔 형태의 가공용 레이저빔(31)을 형성하고, 제 2 광학계는 환형빔 형태의 파티클 제거용 레이저빔(33)을 형성하는 예이다. 여기에서, 제2 광학계는 링광학계이며, 이의 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 3에서, 제1 광학계는 라인빔 형태의 가공용 레이저빔(31)을 형성하고, 제2 광학계는 가공용 레이저빔(31)을 중심으로 대칭되는 원호빔 형태의 파티클 제거용 레이저빔(33)을 형성하는 예이다.

유사하게, 도 4에서, 제1 광학계는 라인빔 형태의 가공용 레이저빔(31)을 형성하고, 제2 광학계는 가공용 레이저빔(31)을 중심으로 대칭하는 타원빔 형태의 파티클 제거용 레이저빔(33)을 형성하는 예이다. 도 4에서는 타원빔 형태를 나타내고 있지만, 원형빔 형태로 이루어질 수도 있다.

도 5에서, 제1 광학계는 라인빔 형태의 가공용 레이저빔(31)을 형성하고, 제2 광학계는 가공용 레이저빔(31)을 중심으로 대칭하는 사각빔 또는 직사각빔 형태의 파티클 제거용 레이저빔(33)을 형성하는 예이다.

도 3 내지 도 5의 파티클 제거용 레이저빔(42)의 형태에서, 각 빔이 가공용 레이저빔(31)을 중심으로 대칭하는 형태를 나타내고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 적용 환경에 따라 비대칭 또는 어느 일측의 하나만을 형성하는 형태이어도 무방하다.

이하 상기와 같이 구성되는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 레이저 가공장치의 동작에 대해서 설명한다.

레이저빔 발생원(10)으로부터 단일 레이저빔이 방출되면, 단일 레이저빔은 멀티 광학계(30)를 통해 가공용 레이저빔(31)과 파티클 제거용 레이저빔(33)으로 분할되어 스테이지(11)에 위치된 가공대상물(20)로 동시에 조사된다.

구체적으로, 레이저빔 발생원(10)으로부터 방출된 단일 레이저빔은 멀티 광학계(30)에서 분할되어 제1 광학계를 통해 가공용 레이저빔(31)으로 조사되면서 가공대상물(20)을 절단, 스크라이빙 또는 마킹 등의 가공을 실행한다. 이때, 상기 가공용 레이저빔(31)의 가공에 의해 파티클(32)이 발생하여 비산하게 된다.

이와 동시에, 레이저빔 발생원(10)으로부터 방출된 단일 레이저빔은 멀티 광학계(30)에서 분할되어 제2 광학계를 통해 파티클 제거용 레이저빔(33)으로서 가공되어 가공용 레이저빔(31)과 함께 조사되면서, 가공용 레이저빔(31)에 의해 발생한 파티클을 제거하게 된다.

이때 파티클 제거용 레이저빔(33)은 그 빔 자체의 특성, 발생 파티클의 특성 및 광학계의 구성에 의한 미리 설정된 조건에 따라 파티클을 흡열 증발하여 제거하거나, 파장에 의하여 블로잉(세정)하거나, 파티클의 성질을 변화시켜 해당 파티클이 가공대상물로 다시 떨어져 고착될 때, 그 고착 정도를 약하게 하는 것이다. 따라서, 가공대상물의 가공 공정 이후, 파티클을 제거하는 후속공정을 생략하거나, 종래 고착 정도가 큰 파티클을 제거하는 공정에 비하여 고착 정도가 약해진 파티클을 간단하고 용이하게 제거할 수 있어 작업성을 증대시킬 수 있다.

이와 같은 실시 예에 따른 가공장치의 동작 설명에서, 도 2 내지 도 5에 나타낸 빔의 형상과 관련하여 부가 설명하면, 레이저 가공장치가 가공대상물(20)에 대하여 이동하면서 가공하는 경우, 가공용 레이저빔(31)에 주위에 형성된 파티클 제거용 레이저빔(32)에서, 파티클 제거용 레이저빔(32)의 이동 방향 측은 가공용 레이저빔(31)의 가공에 의한 파티클을 제거하기도 하지만, 가공 지점보다 선행하여 이동하기 때문에 가공 전 가공대상물에 위치되는 이물질을 제거할 수도 있다.

그리고 파티클 제거용 레이저빔(32)의 이동 방향 대향 측은 가공 레이저빔(31)의 이동에 후속하여 진행하기 때문에 가공용 레이저빔(31)에 의해 발생한 파티클을 제거할 수 있다.

이와 같이, 도 2 내지 도 5와 같은 빔 형상을 갖는 파이클 제거용 레어저빔을 갖는 레이저 가공장치는 가공대상물의 이물질을 제거(세정)하는 선행 제거 작용과 가공대상물에서 발생하는 파티클을 제거하는 후속 제거 작용을 동시에 실행할 수 있는 것이다.

상기에서 설명한 레이저 가공장치 및 가공방법은 단파장 레이저빔을 빔분할을 통해 이용하는 것을 예로 설명하였다. 다음으로는 본 발명에 따르는 레이저 가공장치 및 가공방법에서 다파장 레이저빔을 이용하는 제2 실시 예를 도 6을 참조하여 설명한다. 다음의 설명에서 앞서 설명한 실시 예와 동일 또는 유사한 구성에 대해서는 동일 참조 부호를 부여한다.

먼저, 도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따르는 레이저 가공장치를 개략적으로 나타내는 구성도이다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 레이저 가공장치는 소정 파장 특성을 갖는 제1 레이저빔(31)을 방출하는 제1 레이저빔 발생원(10a); 상기 제1 레이저빔(31)과 다른 파장 특성을 갖는 제2 레이저빔(33)을 방출하는 제2 레이저빔 발생원(10b); 상기 제1 레이저빔(31)을 스테이지(11) 위에 배치된 가공대상물(20)을 가공하도록 조사하는 제1 광학계(30a); 및 상기 제1 레이저빔(31)의 가공에 의 해 발생하는 파티클을 제거하거나 특성 변화시키기 위하여 상기 제1 레이저빔(31)의 조사와 동시에 하나 이상의 제2 레이저빔(33)을 조사하는 제2 광학계(30b)를 포함한다.

상기 제1 레이저빔(31)은 가공할 대상물의 재질이나 특성에 따라 그에 맞는 최적의 인자를 갖는 레이저빔이고, 제1 광학계(30a)는 이에 대응하여 최적이고 간단하게 구성될 수 있는 광학계이다. 그리고 제2 레이저빔(33)은 가공대상물에 의해 발생하는 파티클의 특성에 따라 이 파티클의 제거를 위하여 이에 가장 적절한 인자를 갖는 레이저빔이고, 제2 광학계(30b)는 이에 대응하여 최적이고 간단하게 구성될 수 있는 광학계이다.

다시 말해서, 전술한 제1 실시 예는 동일 특성의 단일빔을 이용하여 광학계의 구성을 통해 가공용 레이저빔과 파이클 제거용 레어지빔으로 분할하고 각각 해당 기능을 실행하도록 레이저발생원과 광학계를 구성한 레이저 가공장치인 것임에 대하여, 본 제2 실시 예는 가공대상물 가공과 파티클 제거 가공에 각각 가장 적합한 특성을 갖는 둘 이상의 레이저빔 발생원을 구성함으로써 해당 기능을 실행하는데 최적의 환경을 제공할 수 있고, 아울러 광학계의 구성도 전술한 제1 실시 예에 비하여 간단히 구성할 수 있다.

상기 제1 및 제2 광학계는 전술한 제1 실시 예에서 설명한 바와 같이, 가공대상물을 가공하기 위한 가공용 레이저빔의 형상이나 파장 및 에너지분포를 갖도록 미리 설정된 광학부재의 조합에 의해 구성되며, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

한편, 상기 제2 실시 예의 변형 예를 도 7을 참조하여 설명한다. 도 7은 본 발명에 따른 레이저 가공장치의 제2 실시 예의 변형 예를 개략적으로 나타내는 구성도이다. 도 7에 나타낸 레이저 가공장치는 다른 파장 특성을 갖는 둘 이상의 레이저빔 발생원을 이용하면서 단일 광학계를 통해 가공대상물의 가공과 가공시 발생하는 파티클을 제거할 수 있는 가공을 실행할 수 있는 레이저 가공장치이다.

구체적으로, 본 실시 예의 레이저 가공장치는 소정 파장 특성을 갖는 제1 레이저빔(31)을 방출하는 제1 레이저빔 발생원(10a); 상기 제1 레이저빔(31)과 다른 파장 특성을 갖는 제2 레이저빔(33)을 방출하는 제2 레이저빔 발생원(10b); 상기 제1 레이저빔(31)을 스테이지(11) 위에 배치된 가공대상물(20)을 가공하도록 조사하고, 상기 제1 레이저빔(31)의 가공에 의해 발생하는 파티클을 제거하거나 특성 변화시키기 위하여 상기 제1 레이저빔(31)의 조사와 동시에 하나 이상의 제2 레이저빔(33)을 조사하는 광학계(30)를 포함한다.

이와 같은 변형 예에서도, 가공대상물 가공과 파티클 제거 가공에 각각 가장 적합한 특성을 갖는 다파장 레이저발생원을 구성함으로써 해당 기능을 실행하는데 최적의 환경을 제공할 수 있다.

한편, 상기한 제2 실시 예 및 제2 실시 예의 변형 예의 동작은 앞서 설명한 제1 실시 예와 유사하므로 이에 대한 설명은 생략하며, 제2 실시 예 및 그의 변형 예에 의해 형성될 수 있는 빔 형상은 앞서 설명한 도 2 내지 도 5와 같은 빔 형상을 형성할 수 있으므로 여기에서는 이에 대한 설명 및 작용효과는 생략한다.

다음으로, 도 8을 참조하여 본 발명에 따른 레이저 가공장치의 제3 실시 예 를 설명한다. 도 8은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 레이저 가공장치를 개략적으로 나타내는 구성도이다. 후술하는 제3 실시 예에서 전술한 실시 예들과 동일 또는 유사 구성요소에 대해서는 동일 참조 부호를 부여한다.

도 8에 나타낸 제3 실시 예의 레이저 가공장치는 파티클 제거용 레이저빔이 가공용 레이저빔과 오프셋되어 직교되는 방향으로 조사되도록 한 구성으로서, 구체적으로는 제3 실시 예의 레이저 가공장치는, 단일 레이저빔을 방출하는 레이저빔 발생원(10); 상기 레이저빔 발생원(10)으로부터 방출된 레이저빔을 분할시킨 제1 레이저빔(31)을 스테이지(11) 위에 배치된 가공대상물(20)을 가공하도록 조사하는 제1 광학계(30a); 상기 제1 레이저빔(31)의 가공에 의해 발생하는 파티클을 제거하거나 특성 변화시키기 위하여 분할된 제2 레이저빔(33)을 상기 제1 레이저빔(31)의 조사와 동시에 조사하되, 상기 제1 레이저빔(31)으로부터 오프셋되고 교차하게 조사되는, 즉 가공대상물에 평행하게 조사하는 제2 광학계(30b)를 포함한다.

이와 같은 제3 실시 예의 레이저 가공장치 및 가공방법은 레이저 발생원(10)으로부터 분할된 제1 레이저빔(31)은 제1 광학계(30a)를 통해 가공대상물(20)에 대하여 수직으로 조사되어 가공대상물(20)을 가공한다. 이와 동시에, 분할된 제2 레이저빔(33)은 제2 광학계(30b)를 통해 가공대상물 측으로 조사되는데, 제1 레이저빔(31)으로부터 약간 떨어져 교차하는 직교 방향, 가공대상물(20)에 평행하는 방향으로 조사됨으로써, 제1 레이저빔(31)에 의해 발생하여 비산하는 파티클 또는 가공대상물 표면에 고착되는 파티클을 제거하게 된다.

전술한 실시 예들에서는 가공용 레이저빔(31)과 파티클 제거용 레이저빔(32) 이 평행하게 조사되도록 구성하는 임에 반하여, 제3 실시 예는 가공용 레이저빔(31)과 파티클 제거용 레이저빔(32)이 간섭없이 교차하게 조사되도록 한 구성이다.

여기에서, 제3 실시 예는 단일파장 레이저 발생원을 구성하는 것을 예로 설명하였지만, 앞의 다른 실시 예들에서와 같이 둘 이상의 레이저 발생원과 이에 따른 광학계를 갖는 구성으로도 구성할 수 있다. 이에 대한 설명은 앞서 설명으로부터 명백히 알 수 있으므로, 이에 대한 설명은 생략한다.

다음으로, 도 9를 참조하여 본 발명의 제4 실시 예에 따른 레이저 가공장치 및 가공방법에 대하여 설명한다. 도 9는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 레이저 가공장치의 주요부를 개략적으로 나타낸 구성도이다.

도 9에 나타낸 바와 같이, 본 실시 예의 레이저 가공장치는 하나 이상의 레이저빔 발생원(미도시); 상기 레이저빔 발생원으로부터 방출된 레이저빔을 스테이지(11) 위에 배치된 가공대상물(20)을 가공하기 위한 가공용 레이저빔(31)과, 상기 가공용 레이저빔(31)의 가공에 의해 발생한 파티클(32)을 제거하거나 세정 또는 파티클이 가공대상물에 떨어져 고착되는 고착 정도를 약화시키기 위한 하나 이상의 파티클 제거용 레이저빔(33)으로 분할하여 조사하는 광학계(미도시); 및 상기 광학계를 수용하는 하우징(50) 일측 또는 내부에 형성되어 가공용 레이저빔(31)에 의해 발생하여 비산되는 파티클의 적어도 일부를 흡입하여 외부로 배출하기 위한 흡입 유닛(미도시)을 포함한다.

상기 레이저빔 발생원 및 광학계에 대해서는 앞서 설명한 실시 예들과 동일 또는 유사한 구성이 채용될 수 있는 것은 전술한 내용으로부터 명백한 것이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기 흡입 유닛(미도시)은 하우징의 내부 또는 일측에 형성되는 흡입 통로(51); 상기 흡입 통로(51)에 흡입력을 발생시키기 위한 구동부재; 및 흡입되는 파티클을 여과하기 위한 필터부재 등을 포함한다.

이와 같은 제4 실시 예의 레이저 가공장치 및 가공방법의 동작을 설명하면, 가공용 레이저빔(31)은 가공대상물(20)을 가공하고, 가공 중에 발생하여 비산하는 파티클(32)의 적어도 일부는 파티클 제거용 레이저빔(33)에 의해 제거되기 전 또는 제거와 동시에 흡입 유닛에 의하여 흡입 통로(51)를 통해 외부로 배출된다. 이후, 파티클 제거용 레이저빔(33)은 흡입 통로(51)를 통해 배출된 나머지 파티클을 제거하게 된다.

이와 같은 본 실시 예는 가공용 레이저빔(31)의 가공에 의해 발생한 파티클을 파티클 제거용 레이저빔(33)에 의해 제거하기 전 또는 제거와 동시에, 흡입 유닛에 의하여 그 파티클의 적어도 일부를 외부로 배출시킴으로써, 파티클 제거용 레이저빔(33)에 의해 제거될 파티클의 양을 최소화하고, 결국 파티클 제거용 레이저빔(33)에 의해 나머지 파티클이 제거됨으로써 파티클 처리 효율을 보다 향상시킬 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경의 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 레이저 가공장치를 개략적으로 나타낸 구성도.

도 2 내지 도 5는 각각 본 발명의 제1 실시 예에 따른 레이저 가공장치의 제1 광학계와 제2 광학계의 의해 형성되는 레이저빔의 형상을 나타낸 도면.

도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따르는 레이저 가공장치를 개략적으로 나타내는 구성도.

도 7은 본 발명에 따른 레이저 가공장치의 제2 실시 예의 변형 예를 개략적으로 나타내는 구성도.

도 8은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 레이저 가공장치를 개략적으로 나타내는 구성도.

도 9는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 레이저 가공장치의 주요부를 개략적으로 나타낸 구성도.

*주요 도면부호에 대한 간단한 설명*

10, 10a, 10b: 레이저빔 발생원 11: 스테이지

20: 가공대상물 30, 30a, 30b: 광학계

31: 제1 레이저빔(가공용 레이저빔) 32: 파티클

33: 제2 레이저빔(파티클 제거용 레이저빔) 50: 하우징

Claims (13)

1. 레이저빔을 발생시키는 레이저빔 발생원; 및

   상기 레이저빔 발생원으로부터 발생한 레이저빔이 가공대상물을 가공하도록 조사되는 제1 레이저빔과 제1 레이저빔에 의하여 발생하는 파티클을 가공과 동시에 제거하거나 가공대상물로의 고착 정도를 약화시키도록 조사되는 하나 이상의 제2 레이저빔으로 분할시키는 멀티 광학계

   를 포함하는 레이저 가공장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 멀티 광학계는

   가공대상물의 재질이나 특성에 따라 레이저빔의 형상, 파장 및 에너지분포 중 어느 하나 이상을 갖고 설정된 광학부재의 조합에 의해 구성되는 제1 광학계; 및

   상기 파티클의 화학적 물리적 특성에 따라 레이저빔의 형상, 파장 및 에너지분포 중 어느 하나 이상을 갖고 설정된 광학부재의 조합에 의해 구성되는 제2 광학계로 구성되는

   레이저 가공장치.
3. 소정 파장 특성을 갖는 제1 레이저빔을 방출하는 제1 레이저빔 발생원;

   상기 제1 레이저빔과 다른 파장 특성을 갖는 제2 레이저빔을 방출하는 제2 레이저빔 발생원;

   가공대상물을 가공하도록 상기 제1 레이저빔을 조사하는 제1 광학계; 및

   상기 제1 레이저빔의 가공에 의해 발생하는 파티클을 제거하도록 상기 제1 레이저빔의 조사와 동시에 하나 이상의 제2 레이저빔을 조사하는 제2 광학계

   를 포함하는 레이저 가공장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 제2 광학계는 상기 제1 광학계에서 조사되는 제1 레이저빔으로부터 오프셋되고, 제1 레이저빔에 교차되게 제2 레이저빔을 조사하도록 구성되는

   레이저 가공장치.
5. 제2항 또는 제3항에 있어서,

   상기 제1 광학계와 제2 광학계를 수용하는 하우징의 일측 또는 내측에는 제1 레이저빔에 의해 발생하여 비산되는 파티클의 적어도 일부를 외부로 배출하기 위한 파티클 흡입 유닛을 더 포함하는

   레이저 가공장치.
6. 제2항 또는 제3항에 있어서,

   상기 제1 광학계는 라인빔 형태의 제1 레이저빔을 형성하고,

   상기 제2 광학계는 환형빔 형태의 제2 레이저빔을 형성하는

   레이저 가공장치.
7. 제2항 또는 제3항에 있어서,

   상기 제1 광학계는 라인빔 형태의 제1 레이저빔을 형성하고,

   상기 제2 광학계는 상기 제1 레이저빔을 중심으로 대칭 또는 비대칭의 원호빔 형태, 타원빔 형태, 원형빔 형태, 사각빔 형태 중 어느 하나의 제2 레이저빔을 형성하는

   레이저 가공장치.
8. 제1 레이저빔으로 가공대상물을 가공하도록 조사하고,

   상기 가공대상물의 가공에 의해 발생하는 파티클을 하나 이상의 제2 레이저빔을 통해 상기 1차 레이저빔 가공과 동시에 제거하도록 조사하는

   레이저 가공방법.
9. 제8항에 있어서,

   상기 제1 레이저빔과 제2 레이저빔은 광학계에서 분할되어 각각 조사되는

   레이저 가공방법.
10. 제8항에 있어서,

    상기 제1 레이저빔과 제2 레이저빔은 단일 파장의 레이저빔인

    레이저 가공방법.
11. 제8항에 있어서,

    상기 제1 레이저빔과 제2 레이저빔은 각기 다른 파장의 레이저빔인

    레이저 가공방법.
12. 제8항에 있어서,

    상기 제1 레이저빔은 제1 레이저빔 발생원으로부터 조사되고,

    상기 제2 레이저빔은 상기 제1 레이빔과 다른 파장의 제2 레이저빔 발생원으로부터 조사되며,

    상기 광학계는 상기 제1 레이저빔을 조사하는 제1 광학계와 상기 제2 레이저빔을 조사하는 제2 광학계를 포함하는

    레이저 가공방법.
13. 제8항에 있어서,

    상기 1차 레이저빔에 의해 발생하는 가공대상물의 파티클의 적어도 일부를 흡입하여 외부로 방출하는 것을 더 포함하는

    레이저 가공방법.

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