KR20130085796A

KR20130085796A - 레이저 가공 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20130085796A
Application number: KR1020120006871A
Authority: KR
Inventors: 윤성진; 신규성; 정훈; 이근행; 지영수
Original assignee: 참엔지니어링(주)
Priority date: 2012-01-20
Filing date: 2012-01-20
Publication date: 2013-07-30
Also published as: CN103212786A; KR101346296B1; CN103212786B

Abstract

본 발명은 레이저 가공 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 레이저 가공 장치는, 레이저 빔(110)을 생성하는 레이저부(100); 레이저부(100)에서 조사된 레이저 빔(110)의 편광 방향을 조정하는 파장판(wave plate; 200); 파장판(200)을 통과한 레이저 빔(110)을 제1 레이저 빔(111) 및 제2 레이저 빔(112)으로 분할하는 편광판(polarizing plate; 300); 제2 레이저 빔(112)을 반사하는 복수의 반사부(400); 제2 레이저 빔(112)을 확대하는 레이저 빔 확대부(500); 제1 레이저 빔(111), 및 복수의 반사부(400)와 레이저 빔 확대부(500)를 통과한 제2 레이저 빔(113)을 집속하는 집속렌즈(focusing lens; 600); 및 가공 대상체(700)가 안착되는 가공부;를 포함하며, 제1 레이저 빔(111) 및 확대된 제2 레이저 빔(113)에 의해서 가공 대상체(700)의 서로 다른 위치를 가공하는 것을 특징으로 한다.

Description

레이저 가공 장치 및 방법{LASER PROCESSING APPARATUS AND METHOD}

본 발명은 레이저 가공 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 제1 레이저 빔 및 레이저 빔 확대부를 통과하여 확대된 제2 레이저 빔을 이용하여 가공 대상체 내부의 서로 다른 위치를 가공하는 레이저 가공 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

레이저를 이용한 재료의 가공은 산업 전반에 걸쳐서 적용 분야가 급속히 확대되어 가고 있다. 정밀성, 공정의 유연성, 비접촉 가공성, 재료에 미치는 열영향 등에 있어서 우수한 특성을 가지는 레이저 가공은, 다이아몬드 등에 의해 절단 라인을 생성한 후, 기계적 응력을 가하여 반도체 웨이퍼나 글래스 등의 가공 대상물을 절단하는 기존의 공정을 대체하고 있다.

도 1은 종래기술에 따른 레이저 가공 장치의 구성을 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 레이저부(10)에서 생성된 레이저 빔(11)이 반사부(20)에 의해 반사된 후 집속렌즈(30)에서 집속되어 가공부에 안착된 가공 대상체(40)를 가공할 수 있다. 이와 같은 종래의 레이저 가공 장치는 한국등록특허공보 제10-0395598호 등에 개시되어 있다.

집속렌즈(30)의 조리개수(numerical aperture, NA)는 레이저부(10)에서 생성되는 레이저 빔(11)의 특성과 집속거리 등을 고려하여 설정할 수 있다. 한편, 레이저 가공 수행시에 집속렌즈(30)의 위치를 조정하여 레이저빔(11)이 가공 대상체(40) 내부에 집속되는 위치(41)를 조정할 수 있다. 가공 대상체(40)가 투명한 재료라면, 가공 대상체(40)의 내부에 레이저 빔(11)을 집속하여 가공 대상체(40)의 내부를 가공하여 절단하는 공정을 수행할 수 있다.

일반적으로 레이저 빔(11)의 에너지 밀도는 레이저 빔 집속점(41)의 정중앙에서 최대값을 가지며, 이를 중심으로 외측으로 갈수록 에너지 밀도가 감소하는 형태를 나타낸다. 따라서 종래에는 가공 대상체(40)의 두께가 레이저 빔(11)의 에너지가 집속되는 영역의 두께보다 두꺼운 경우에는 가공 대상체(40)의 절단을 위해 수회 이상의 레이저 가공을 수행해야 하는 문제점이 있었다.

또한, 레이저 빔(11)의 에너지가 집속되는 영역의 두께보다 두꺼운 가공 대상체(40)를 가공할 경우에는, 가공 대상체(40)의 절단을 위해 1회의 레이저 가공을 수행한 후 집속렌즈(30)의 위치를 조정하여 차회의 레이저 가공을 수행해야 하므로, 집속렌즈(30)의 위치 조정의 오차에 따른 가공 대상체(40)의 불량 가공 비율이 증가하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 가공 대상체 내부의 가공 깊이를 확대할 수 있는 레이저 가공 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 가공 대상체 내부의 가공 위치를 조정할 수 있는 레이저 가공 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 두 개의 레이저 빔을 이용하여 가공 대상체 내부를 가공함으로써 레이저 가공 시간을 절감함과 동시에 안정적으로 레이저 가공을 수행할 수 있는 레이저 가공 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 하나의 레이저부에서 생성되는 레이저 빔으로 두 개의 레이저 빔 경로를 형성하여 레이저 가공을 함으로써 레이저 출력을 효율적으로 사용할 수 있는 레이저 가공 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 상기의 목적은 레이저 빔을 생성하는 레이저부; 상기 레이저부에서 조사된 레이저 빔의 편광 방향을 조정하는 파장판(wave plate); 상기 파장판을 통과한 상기 레이저 빔을 제1 레이저 빔 및 제2 레이저 빔으로 분할하는 편광판(polarizing plate); 상기 제2 레이저 빔을 반사하는 복수의 반사부; 상기 제2 레이저 빔을 확대하는 레이저 빔 확대부; 상기 제1 레이저 빔, 및 상기 복수의 반사부와 상기 레이저 빔 확대부를 통과한 상기 제2 레이저 빔을 집속하는 집속렌즈(focusing lens); 및 가공 대상체가 안착되는 가공부;를 포함하며,상기 제1 레이저 빔 및 확대된 상기 제2 레이저 빔에 의해서 상기 가공 대상체의 서로 다른 위치가 가공되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치에 의해 달성된다.

상기 복수의 반사부와 상기 레이저 빔 확대부를 통과한 상기 제2 레이저 빔이 상기 편광판을 통과하여 상기 집속렌즈로 집속될 수 있다.

상기 파장판은 제1 파장판 및 제2 파장판을 포함할 수 있다.

상기 제1 파장판은 상기 레이저부와 상기 편광판 사이에 배치되고, 상기 제2 파장판은 상기 편광판과 상기 반사부 사이에 배치될 수 있다.

상기 편광판과 상기 집속렌즈 사이에 콘덴싱 렌즈(condensing lens)를 더 포함할 수 잇다.

상기 콘덴싱 렌즈와 상기 집속렌즈 사이의 거리를 조절하여 상기 가공 대상체가 가공되는 두께를 조절할 수 있다.

상기 레이저 빔은 피코초(picosecond) 레이저 빔 또는 펨토초(femtosecond) 레이저 빔일 수 있다.

상기 레이저 빔 확대부는 빔 확장 망원경(beam expanding telescope)을 포함할 수 있다.

그리고, 본 발명의 상기의 목적은 레이저 빔을 제1 레이저 빔 및 제2 레이저 빔으로 분할하고, 상기 제1 레이저 빔 및 확대된 상기 제2 레이저 빔을 집속렌즈에 집속하여 가공 대상체의 서로 다른 위치를 가공하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법에 의해 달성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 가공 대상체 내부의 가공 깊이를 확대할 수 있다.

또한, 가공 대상체 내부의 가공 위치를 조정할 수 있다.

또한, 두 개의 레이저 빔을 이용하여 가공 대상체 내부를 가공함으로써 레이저 가공 시간을 절감함과 동시에 안정적인 레이저 가공을 수행할 수 있다.

또한, 하나의 레이저부에서 생성되는 레이저 빔으로 두 개의 레이저 빔 경로를 형성하여 레이저 가공을 함으로써 레이저 출력을 효율적으로 사용할 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 레이저 가공 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 빔 확대부의 다양한 구성을 나타내는 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘덴싱 렌즈를 포함한 레이저 가공 장치의 구성을 나타내는 도면이다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.

이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

본 명세서에 있어서, 레이저 가공이란 레이저가 대상체에 조사되어 패턴 가공을 수행하거나, 대상체 절단을 수행하는 의미로 이해될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 장치의 구성을 나타내는 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 장치는 레이저부(100), 파장판(wave plate; 200), 편광판(polarizing plate; 300), 복수의 반사부(400), 레이저 빔 확대부(500), 집속렌즈(focusing lens; 600) 및 가공 대상체(700)가 안착되는 가공부(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다.

레이저부(100)는 레이저 빔(110)을 생성한다. 일 예로 YAG 레이저, 다이오드 레이저, CO₂ 레이저, 엑시머 레이저 등을 생성하여 파장판(200)을 향해 조사할 수 있다.

한편, 레이저 빔(110)은 피코초(picosecond) 레이저 빔 또는 펨토초(femtosecond) 레이저 빔일 수 있다. 피코초 레이저 빔은 수 피코초 이상의 펄스폭을 가지며, 피코초 레이저 빔을 이용한 가공은 비열적 반응인 광화학 반응이 주가 되므로 고정밀 가공을 가능하게 하는 특성이 있다. 펨토초 레이저 빔은 수 펨토초 이상의 펄스폭을 가지며, 증폭을 할 경우 10¹²에 해당하는 테라와트의 출력을 낼 수 있어 어떠한 재질도 가공할 수 있는 특성이 있다. 또한, 펨토초 레이저는 다광자 효과를 이용하여 레이저를 오직 한 점에 모으지 않아도 광자 에너지가 한 점에 모이는 효과를 얻을 수 있고, 그만큼 정밀도가 높은 가공을 수행할 수 있다.

파장판(200)은 레이저부(100)에서 조사된 레이저 빔(110)의 편광 방향을 조정하는 역할을 한다. 파장판(200)은 제1 파장판(210) 및 제2 파장판(220)을 포함할 수 있다. 일 예로, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 파장판(210)은 레이저부(100)와 편광판(300) 사이에 배치되고, 제2 파장판(220)은 편광판(300)과 반사부(400)[특히, 제1 반사부(410)] 사이에 배치되는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 공지된 파장판(200)을 제한없이 사용할 수 있고, 제1 파장판(210)과 제2 파장판(220)을 이용하여 레이저 빔(110)의 편광 방향을 조정하는 것은 공지 기술에 해당하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략하도록 한다.

편광판(300)은 제1 파장판(210)을 통과한 레이저 빔(110)을 제1 레이저 빔(111)과 제2 레이저 빔(112)로 분할할 수 있다. 편광판(300)에 입사되는 레이저 빔(110) 중 일부는 반사되어 진행 경로가 변하는 제1 레이저 빔(111)이 되고, 또 다른 일부는 편광판(300)을 그대로 투과하여 원래의 진행 방향을 유지하는 제2 레이저 빔(112)이 될 수 있다. 제1 파장판(210)에 의해 조정된 레이저 빔(110)의 편광 방향에 따라서 편광판(300)에서 반사되는 레이저 빔(110)의 비율이 조정될 수 있다.

편광판(300)은 제1 파장판(210)을 통해 조사되는 레이저 빔(110)의 방향과 45°의 각도를 이루어 설치될 수 있다. 따라서, 레이저 빔(110)은 편광판(300)에서 반사되어 레이저 빔(110)의 방향과 90°의 각도를 이루며 집속렌즈(600)에 조사되는 제1 레이저 빔(111) 및 편광판(300)을 통과하는 제2 레이저 빔(112)으로 분할될 수 있다.

복수의 반사부(400)는 편광판(300)을 통과한 제2 레이저 빔(112)을 수차례 반사하고, 제2 레이저 빔(112)이 반사부(400)에 의해 반사되는 과정에서 레이저 빔 확대부(500)를 통과하여 확대된 제2 레이저 빔(113)을 다시 편광판(300)에 반사하도록 할 수 있다. 반사부(400)의 개수는 제2 레이저 빔(112)을 수차례 반사하고, 확대된 제2 레이저 빔(113)이 다시 편광판(300)을 통과하여 집속렌즈(600)로 조사될 수 있다면, 그 수에 있어서는 제한이 없다. 다만, 본 명세서에서는 도 2와 같이 반사부(400)가 제1 반사부(410), 제2 반사부(420) 및 제3 반사부(430)로 이루어진 것으로 상정하여 설명한다.

일 예로, 도 2를 다시 참조하면, 편광판(300)과 제2 파장판(220)을 통과한 제2 레이저 빔(112)은, 제2 레이저 빔(112)의 방향과 45°의 각도를 이루며 설치된 제1 반사부(410)에 의해 90°의 각도로 경로 변환되어 제2 반사부(420)로 진행하고, 제2 레이저 빔(112)의 방향과 45°의 각도를 이루며 설치된 제2 반사부(420)에 의해 다시 90°의 각도로 경로 변환되어 제3 반사부(430)로 진행하고, 확대된 제2 레이저 빔(113)의 방향과 45°의 각도를 이루며 설치된 제3 반사부(430)에 의해 다시 90°의 각도로 경로 변환되어 편광판(300)을 향해 조사될 수 있다.

레이저 빔 확대부(500)는 이를 통과한 레이저 빔의 크기를 확대하는 역할을 한다. 제2 레이저 빔(112)이 레이저 빔 확대부(500)를 통과하면 확대된 제2 레이저 빔(113)으로 변할 수 있다. 레이저 빔 확대부(500)는 제2 반사부(420)와 제3 반사부(430) 사이에 배치되는 것이 바람직하나, 확대된 제2 레이저 빔(113)이 편광판(300)을 통과하여 집속렌즈(600)로 조사될 수 있다면, 레이저 빔 확대부(500)는 제1 반사부(410)와 제2 반사부(420) 사이, 또는 제3 반사부(430)와 편광판(300) 사이에 배치되어도 무방하다.

레이저 빔 확대부(500)는 빔 확장 망원경(beam expanding telescope, BET)를 포함하는 것이 바람직하다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 확장 망원경의 다양한 구성을 나타내는 도면이다.

도 3의 (a)에 도시된 빔 확장 망원경은 순차적으로 배치된 구형 오목 렌즈(spherical concave lens; 510)와 구형 볼록 렌즈(spherical convex lens; 520)를 포함하여 레이저 빔을 확대시키는 형태이다.

도 3의 (b)에 도시된 빔 확장 망원경은 구형 오목 렌즈(530) 및 2개의 실린더형 볼록 렌즈들(540, 550)이 순차적으로 배치되며, 2개의 실린더형 볼록 렌즈들(540, 550)의 만곡(curvature) 방향이 서로 직교함으로써 레이저 빔을 확대시키는 형태이다.

도 3의 (c)에 도시된 빔 확장 망원경은 2개의 실린더형 오목 렌즈들(560, 570)과 2개의 실린더형 볼록 렌즈들(580, 590)이 순차적으로 배치되며, 각 렌즈의 만곡 방향이 이웃하는 렌즈(들)의 만곡 방향과 서로 직교함으로써 레이저 빔을 확대시키는 형태이다.

집속렌즈(focusing lens; 600)는 조리개수에 따라 집속렌즈(30)에 조사된 제1 레이저 빔(111) 및 확대된 제2 레이저 빔(113)이 가공부에 안착된 가공 대상체(700)의 내부에 집속되도록 할 수 있다.

가공부에는 가공 대상체(700)가 안착되어 레이저 빔(111, 113)이 가공 대상체(700)의 가공을 수행한다. 가공 대상체(700)는 반도체 웨이퍼, 글래스 등일 수 있다. 특히, 가공 대상체(700)의 내부에 레이저 빔(111, 113)이 집속할 수 있도록 가공 대상체는 투명한 재질인 것이 바람직하다.

한편, 집속렌즈(600)를 통과하는 제1 레이저 빔(111)과 확대된 제2 레이저 빔(113)은 크기가 다르기 때문에 가공 대상체(700)의 내부에 집속되는 레이저 빔 집속점(610, 620)이 다른 위치에 형성될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 레이저 빔(111)이 확대되어 상대적으로 더 큰 제2 레이저 빔(113)보다 집속되는 각도가 더 작기 때문에 가공 대상체(700)의 더 깊은 영역에 제1 레이저 빔 집속점(610)의 초점이 맞춰질 수 있다. 따라서, 가공 대상체(700) 내부의 서로 다른 위치, 즉 제1 레이저 빔 집속점(610)과 제2 레이저 빔 집속점(620)에 대한 레이저 가공을 수행할 수 있다. 다시 말하면, 레이저 빔의 에너지 밀도는 레이저 빔 집속점(610, 620)의 정중앙에서 최대값을 가지며, 이를 중심으로 외측으로 갈수록 에너지 밀도가 감소하는 형태를 나타내므로, 제1 레이저 빔 집속점(610)부터 제2 레이저 빔 집속점(620)을 연결하는 부분까지 레이저 가공을 수행할 수 있게 된다.

이와 같이, 하나의 레이저부(100)로부터 생성된 하나의 레이저 빔(110)을 분할하여 두 개의 레이저 빔(111, 113)으로 레이저 가공을 수행함으로써, 가공 대상체(700) 내부의 가공 깊이를 확대할 수 있다.

또한, 제1 파장판(210) 및 제2 파장판(220)을 조정하거나, 레이저 빔 확대부(500)의 빔 확장 망원경을 조정하여, 제2 레이저 빔(113)이 확대되는 크기를 조절할 수 있어 제2 레이저 빔 집속점(620)이 형성되는 위치를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제2 레이저 빔(113)이 확대될수록 제2 레이저 빔 집속점(620)은 가공 대상체(700) 내부로 깊이 들어가지 못하게 형성될 것이고, 제2 레이저 빔(113)의 덜 확대될수록 제2 레이저 빔 집속점(620)은 가공 대상체(700) 내부로 깊이 들어가서 제1 레이저 빔 집속점(620)과 가까워지게 될 것이다. 따라서, 본 발명의 레이저 가공 장치는 가공 대상체(700)의 내부의 가공 위치를 조정할 수 있다.

도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘덴싱 렌즈를 포함한 레이저 가공 장치의 구성을 나타내는 도면이다. 도 4 및 도 5에서는 설명의 편의를 위해 집속렌즈(600), 가공 대상체(700) 및 콘덴싱 렌즈(800)의 구성만을 확대 도시하였다.

본 발명의 레이저 가공 장치는 콘덴싱 렌즈(800)를 더 포함할 수 있다. 콘덴싱 렌즈(800)는 편광판(300)과 집속렌즈(600)의 사이에 배치되는 것이 바람직하다. 콘덴싱 렌즈(800)는 편광판(300)에서 반사된 제1 레이저 빔(111) 및 편광판(300)을 통과한 확대된 제2 레이저 빔(113)을 경로를 휘게 하여 집속렌즈(600)로 조사되게 하는 역할을 한다.

예를 들어, 도 4를 참조하면, 콘덴싱 렌즈(800)를 통과한 레이저 빔은 각각 휘는 정도를 달리하여 집속렌즈(600)에 조사되고, 집속렌즈(600)에 의해 가공 대상체(700) 내부에 각각 다른 레이저 빔 집속점(621, 622, 623)을 형성할 수 있다. 도 4에서는 설명의 편의를 위해 불연속적으로 나누어진 3개의 레이저 빔이 콘덴싱 렌즈(800)를 통과하면서 경로가 휘는 것을 도시하였으나, 실제로 레이저 빔은 연속적으로 경로가 휘는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 콘덴싱 렌즈(800)를 더 포함함으로써 레이저 빔 집속점들(621, 622, 623)이 연결되는 부분까지 레이저 가공을 수행할 수 있게 됨으로써 가공 대상체(700)의 내부의 가공 깊이를 더욱 확대할 수 있다.

한편, 콘덴싱 렌즈(800)와 집속렌즈(600)의 거리(d)를 조절하여 가공 대상체(700)의 내부의 가공되는 두께를 조절할 수 있다. 도 4와 도 5를 비교하면 콘덴싱 렌즈(800)와 집속렌즈(600)의 거리(d)는 도 5의 경우가 더 짧기 때문에 가공 대상체(700)의 내부의 가공되는 두께, 즉 레이저 빔 집속점들(621, 622, 623)이 연결되는 거리가 더 짧아지게 된다. 이는 콘덴싱 렌즈(800)와 집속렌즈(600)가 가까워질수록 콘덴싱 렌즈(800)를 통과한 레이저 빔이 휘어서 진행하는 경로가 짧아짐으로 인해 가공 대상체(700) 내부 깊숙이 초점이 형성되지 못한 결과이다.

이하 본 발명에 따른 레이저 가공 장치를 이용한 레이저 가공 과정을 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 레이저부(100)에서 레이저 빔(110)이 생성되어 제1 파장판(210)을 향해 조사된다.

제1 파장판(210)을 통과하여 편광 방향이 조정된 레이저 빔(110)은 편광판(300)에 입사되어 제1 레이저 빔(111)과 제2 레이저 빔(112)으로 분할된다. 편광판(300)은 레이저 빔(110)의 입사 방향과 45°의 각도를 이루어 설치되어 있어, 제1 레이저 빔(111)은 레이저 빔(110)의 입사 방향에 수직하도록 집속렌즈(600)를 향하여 조사되고, 제2 레이저 빔(112)은 편광판(300)을 통과하게 된다.

제2 레이저 빔(112)은 제2 파장판(220)을 통과하고, 제1 반사부(410)에 의해 반사되어 90°의 경로 변환을 하고, 다시 제2 반사부(420)에 의해 반사되어 90°의 경로 변환을 한다.

이후, 제2 레이저 빔(112)은 레이저 빔 확대부(500)의 빔 확장 망원경을 통과하면서 확대될 수 있다. 확대된 제2 레이저 빔(113)은 제3 반사부(430)에 의해 반사되어 90°의 경로 변환을 하고, 편광판(300)을 통과하여 집속렌즈(600)를 향하여 조사된다.

집속렌즈(600)를 통과한 제1 레이저 빔(111)은 투명한 가공 대상체(700) 내부의 제1 레이저 빔 집속점(610)에 초점이 맞도록 조사되고, 확대된 제2 레이저 빔(113)은 제2 레이저 빔 집속점(620)에 초점이 맞도록 조사된다. 따라서 투명한 가공 대상체(700) 내부 제1 레이저 빔 집속점(610)과 제2 레이저 빔 집속점(620)을 연결하는 부분에 대해서 레이저 가공을 수행할 수 있다.

한편, 콘덴싱 렌즈(800)와 집속렌즈(600)의 거리(d)를 조절하여 레이저 빔 집속점들(621, 622, 623)이 연결되는 거리를 변화시킴으로써, 가공 대상체(700)의 내부의 가공되는 두께를 더 조절할 수도 있다. 예를 들어, 콘덴싱 렌즈(800)와 집속렌즈(600)의 거리(d)를 좁히면 레이저 빔 집속점들(621, 622, 623)이 연결되는 거리가 줄어들어 가공 대상체(700)의 내부의 가공되는 두께가 줄어들고, 콘덴싱 렌즈(800)와 집속렌즈(600)의 거리(d)를 늘리면 레이저 빔 집속점들(621, 622, 623)이 연결되는 거리가 늘어나므로 가공 대상체(700)의 내부의 가공되는 두께가 늘어나게 된다.

본 발명은 두 개의 레이저 빔을 이용하여 가공을 수행함으로써 가공 대상체 내부의 가공 깊이를 확대할 수 있고, 레이저 빔의 확대되는 정도를 조절하여 가공 대상체 내부의 가공 위치를 조정할 수 있는 이점이 있다. 또한, 두 개의 레이저 빔을 이용하여 가공 대상체 내부를 가공함으로써 레이저 가공 시간을 절감함과 동시에 불량 가공의 비율을 줄여 안정적으로 레이저 가공을 수행할 할 수 있으며, 레이저 출력을 효율적으로 사용할 수 있는 이점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.

10, 100: 레이저부
11, 110: 레이저 빔
111: 제1 레이저 빔
112: 제2 레이저 빔
113: 확대된 제2 레이저 빔
200: 파장판
300: 편광판
20, 400: 반사부
500: 레이저 빔 확대부
30, 600: 집속렌즈
610, 620: 레이저 빔 집속점
40, 700: 가공 대상체
800: 콘덴싱 렌즈

Claims

레이저 빔을 생성하는 레이저부;
상기 레이저부에서 조사된 레이저 빔의 편광 방향을 조정하는 파장판(wave plate);
상기 파장판을 통과한 상기 레이저 빔을 제1 레이저 빔 및 제2 레이저 빔으로 분할하는 편광판(polarizing plate);
상기 제2 레이저 빔을 반사하는 복수의 반사부;
상기 제2 레이저 빔을 확대하는 레이저 빔 확대부;
상기 제1 레이저 빔, 및 상기 복수의 반사부와 상기 레이저 빔 확대부를 통과한 상기 제2 레이저 빔을 집속하는 집속렌즈(focusing lens); 및
가공 대상체가 안착되는 가공부;
를 포함하며,
상기 제1 레이저 빔 및 확대된 상기 제2 레이저 빔에 의해서 상기 가공 대상체의 서로 다른 위치를 가공하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
제1항에 있어서,
상기 복수의 반사부와 상기 레이저 빔 확대부를 통과한 상기 제2 레이저 빔이 상기 편광판을 통과하여 상기 집속렌즈로 집속되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
제1항에 있어서,
상기 파장판은 제1 파장판 및 제2 파장판을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
제3항에 있어서,
상기 제1 파장판은 상기 레이저부와 상기 편광판 사이에 배치되고, 상기 제2 파장판은 상기 편광판과 상기 반사부 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
제1항에 있어서,
상기 편광판과 상기 집속렌즈 사이에 콘덴싱 렌즈(condensing lens)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
제5항에 있어서,
상기 콘덴싱 렌즈와 상기 집속렌즈 사이의 거리를 조절하여 상기 가공 대상체가 가공되는 두께를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
제1항에 있어서,
상기 레이저 빔은 피코초(picosecond) 레이저 빔 또는 펨토초(femtosecond) 레이저 빔인 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
제1항에 있어서,
상기 레이저 빔 확대부는 빔 확장 망원경(beam expanding telescope)을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
레이저 빔을 제1 레이저 빔 및 제2 레이저 빔으로 분할하고, 상기 제1 레이저 빔 및 확대된 상기 제2 레이저 빔을 집속렌즈에 집속하여 가공 대상체의 서로 다른 위치를 가공하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.