KR20130113101A - 레이저가공장치 - Google Patents

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KR20130113101A
KR20130113101A KR1020120035419A KR20120035419A KR20130113101A KR 20130113101 A KR20130113101 A KR 20130113101A KR 1020120035419 A KR1020120035419 A KR 1020120035419A KR 20120035419 A KR20120035419 A KR 20120035419A KR 20130113101 A KR20130113101 A KR 20130113101A
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이무찬
고훈
유태식
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(주)제이티
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Abstract

본 발명은 레이저가공장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 레이저를 이용하여 시료에 대하여 천공, 마킹, 소잉, 커팅 등을 수행하는 레이저가공장치에 관한 것이다.
본 발명은 레이저빔을 발생시키는 하나 이상의 레이저소스와; 레이저가공될 시료가 안착되는 스테이지와; 상기 레이저소스의 레이저빔을 전달받아 스캐너를 이용하여 상기 스테이지에 안착된 시료를 레이저가공하는 하나 이상의 스캐너부와; 상기 레이저소스의 레이저빔을 전달받아 포커싱렌즈로 집광하여 상기 스테이지에 안착된 시료를 레이저가공하는 하나 이상의 포커싱부와; 상기 레이저소스에서 발생된 레이저빔을 상기 스캐너부 및 상기 포커싱부 중 적어도 어느 하나로 전달시키는 하나 이상의 빔전달부를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저가공장치를 개시한다.

Description

레이저가공장치 {Laser processing apparatus}
본 발명은 레이저가공장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 레이저를 이용하여 시료에 대하여 천공, 마킹, 소잉, 커팅 등을 수행하는 레이저가공장치에 관한 것이다.
레이저가공장치란 보다 상세하게는 레이저를 이용하여 시료에 대하여 천공, 마킹, 소잉, 커팅 등을 수행하는 장치를 말한다.
레이저가공장치는 한국공개특허공보 제10-2011-0119086에 개시된 바와 같이, 구성방법 및 사용목적에 따라 레이저를 일정한 지점에 주사시키고 포커싱렌즈로 집광시킨 상태에서 X.Y축 스테이지만 구동시켜 원하는 형상을 가공하는 방법, 피가공물을 정지한 상태에서 2축 혹은 3축 갈바노모터에 미러를 부착한 스캐너로 형상을 가공하는 방법, 다관절 로봇을 이동시키면서 레이저 스캐너로 용접하는 기술 및 저속 x.y스테이지 콘트롤러와 고속스캐너 콘트롤러의 데이터를 분석처리하는 다중속도위치설정시스템을 별도로 제작하여 처리하는 방법 중 어느 하나를 수행하도록 구성된다.
한편 레이저가공장치는 가공대상인 시료의 물성 및 가공의 종류에 따라서 레이저빔의 종류, 강도, 가공방식 등이 결정된다.
그러나 종래의 레이저가공장치의 경우 단일의 레이저소스 및 포커싱 렌즈를 이용한 가공방법, 스캐너를 이용한 가공방법 등 그 가공방법이 이미 결정된 상태로 구성됨으로써 보다 다양한 종류의 시료에 대한 가공이 불가능하며, 단일의 가공방법을 수행하여 그 활용도가 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 레이저소스의 레이저빔을 선택적으로 분리하여 포커싱렌즈를 이용한 가공방법 및 스캐너를 이용한 가공방법 모두 수행이 가능한 레이저가공장치를 제공하는 데 있다.
본 발명은 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명은 레이저빔을 발생시키는 하나 이상의 레이저소스와; 레이저가공될 시료가 안착되는 스테이지와; 상기 레이저소스의 레이저빔을 전달받아 스캐너를 이용하여 상기 스테이지에 안착된 시료를 레이저가공하는 하나 이상의 스캐너부와; 상기 레이저소스의 레이저빔을 전달받아 포커싱렌즈로 집광하여 상기 스테이지에 안착된 시료를 레이저가공하는 하나 이상의 포커싱부와; 상기 레이저소스에서 발생된 레이저빔을 상기 스캐너부 및 상기 포커싱부 중 적어도 어느 하나로 전달시키는 하나 이상의 빔전달부를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저가공장치를 개시한다.
상기 레이저소스는 복수개로 설치되며, 상기 복수개의 레이저빔들은 각 레이저빔이 서로 평행하게 주사하도록 배치될 수 있다.
상기 레이저소스는 2개로 설치되며, 상기 2개의 레이저빔들은 각 레이저빔이 서로 평행하게 주사하도록 배치되며 서로 반대방향으로 주사될 수 있다.
상기 빔전달부는 상기 레이저소스의 레이저빔이 주사되는 광경로상에 배치되어, 상기 레이저소스에서 발생된 레이저빔을 2개의 경로로 분할하여 상기 스캐너부 및 상기 포커싱부 모두로 전달하는 빔분할부를 포함할 수 있다.
상기 빔분할부에 의하여 분할된 2개의 경로 상에는 레이저빔이 상기 스캐너부 및 상기 포커싱부에 전달되는 것을 선택적으로 차단하는 빔차단부가 추가로 설치될 수 있다.
상기 레이저소스는 레이저빔의 주사방향을 X축으로 하여 동일한 X-Y평면 상에 배치되며, 상기 스테이지는 시료의 표면이 상기 X-Y평면으로부터 평행을 이루어 배치되며, 상기 스캐너부 또는 상기 포커싱부는 상기 X-Y평면과 수직인 Z축방향으로 상기 X-Y평면 및 상기 스테이지 사이에 배치될 수 있다.
상기 포커싱부 및 상기 스캐너부는 상기 레이저소스의 레이저빔의 주사방향과 평행한 제1축방향으로 이동가능하게 설치되며, 상기 스테이지는 상기 제1축방향과 수직을 이루어 이동가능하게 설치될 수 있다.
본 발명에 따른 레이저가공장치는 하나의 레이저소스의 레이저빔을 2개 이상으로 분할하여 스캐너를 구비한 스캐너부 및 포커싱렌즈를 구비한 포커싱부로 전달하여 스캐너를 이용한 레이저가공 및 포커싱 렌즈를 이용한 레이저가공의 수행이 가능하여 보다 다양한 레이저가공을 수행할 수 있는 이점이 있다.
특히 본 발명에 따른 레이저가공장치는 적은 수의 레이저소스를 이용하여 스캐너를 이용한 레이저가공 및 포커싱 렌즈를 이용한 레이저가공 중 어느 하나, 또는 모두의 수행이 가능하여 다양한 조합의 레이저가공이 가능한 이점이 있다.
또한 본 발명에 따른 레이저가공장치는 시료의 종류에 따라서 레이저의 종류, 파장, 펄스폭, 출력 등이 결정되는바, 레이저소스를 분할하여 다양한 레이저가공의 수행이 가능하여 보다 다양한 시료에 대한 대응이 가능한 이점이 있다.
또한 본 발명에 따른 레이저가공장치는 레이저소스를 분할하여 다양한 조건의 레이저가공의 수행테스트가 가능하여 장치의 시스템화 전에 다양한 테스트를 수행할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 레이저가공장치를 보여주는 측면도이다.
도 2는 도 1의 레이저가공장치의 평면도이다.
도 3은 도 1의 레이저가공장치 중 스테이지, 포커싱부 및 스캐너부를 보여주는 평면도이다.
도 4는 각 빔전달부의 작동을 보여주는 개념도들이다.
이하 본 발명에 따른 레이저가공장치에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 레이저가공장치는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 레이저빔(L1, L2)을 발생시키는 하나 이상의 레이저소스(110, 120)와; 레이저가공될 시료(10)가 안착되는 스테이지(210)와; 레이저소스(110, 120)의 레이저빔을 전달받아 스캐너를 이용하여 스테이지(210)에 안착된 시료(10)를 레이저가공하는 하나 이상의 스캐너부(310)와; 레이저소스(110, 120)의 레이저빔(L1, L2)을 전달받아 포커싱렌즈로 집광하여 스테이지(210)에 안착된 시료(10)를 레이저가공하는 하나 이상의 포커싱부(320)와; 레이저소스(110, 120)에서 발생된 레이저빔(L1, L2)을 스캐너부(310) 및 포커싱부(320) 중 적어도 어느 하나로 전달시키는 하나 이상의 빔전달부(410, 420)를 포함한다.
여기서 레이저가공의 대상이 되는 시료(10)는 마킹(Marking), 소잉(Sawing), 스크라이빙(Scribing), 커팅(Cutting), 천공, 홈형성, 열처리 등 레이저 가공을 요하는 대상이면 어떠한 대상도 가능하다.
레이저가공의 대상은 특히 반도체 공정을 마친 반도체 제조용 웨이퍼, 반도체기판, 태양전지기판, LCD기판, OLED기판 등이 그 대상이 될 수 있다.
상기 레이저소스(110, 120)는 레이저가공을 위한 레이저빔을 발생시키는 구성으로서, 레이저가공의 종류, 시편(10)의 종류 및 재질에 따라서 CO레이저, IR레이저, Green레이저, UV레이저 등이 사용될 수 있으며, 가공조건에 따라서 파장, 펄스폭, 출력 등이 결정된다.
상기 레이저소스(110, 120)는 레이저빔(L1, L2)의 광경로가 정밀하게 형성될 수 있도록 지지프레임(130)에 고정된다. 여기서 상기 레이저소스(110, 120)는 그 교체가 가능하도록 지지프레임(130)과 탈착가능하게 고정결합됨이 바람직하다.
상기 지지프레임(130)은 레이저소스(110, 120)를 안정적으로 지지할 수 있는 구성이면 어떠한 구성도 가능하며, 베이스프레임(190)에 별도의 구성 또는 일체로 설치될 수 있다.
여기서 상기 베이스프레임(190)은 지지프레임(130), 스테이지(210) 등을 지지하기 위한 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.
한편 상기 레이저소스(110, 120)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 레이저빔(L1, L2)의 주사방향을 X축으로 하여 동일한 X-Y평면 상에 배치됨이 바람직하다.
그리고 상기 레이저소스(110, 120)는 하나 이상으로 설치되며, 복수개로 설치되는 경우 레이저빔(L1, L2)이 서로 평행하게 주사하도록 배치되고, 특히 2개가 설치된 경우 그 주사방향이 서로 반대로 배치될 수 있다.
한편 상기 레이저소스(110, 120)는 복수개로 설치된 경우 같은 종류로 구성되거나, 파장, 펄스폭, 출력 등이 서로 다르게 구성되는 등 다양한 조합이 가능하다.
또한 상기 레이저소스(110, 120)는 복수개로 설치된 경우 레이저빔(L1, L2)의 주사방향을 X축으로 하여 동일한 X-Y평면 상에 배치됨이 바람직하다.
한편 후술하는 스테이지(210)는 시료(10)의 표면이 X-Y평면으로부터 평행을 이루어 배치될 수 있다. 그리고 후술하는 스캐너부(310) 및 포커싱부(320)는 X-Y평면과 수직인 Z축방향으로 X-Y평면 및 스테이지(210) 사이에 배치될 수 있다.
상기 스테이지(210)는 레이저가공의 대상이 되는 시료(10)를 지지하는 구성으로서 시료(10)의 종류 및 안착상태에 따라서 다양한 구성이 가능하다.
일예로서, 상이 스테이지(210)는 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 시료(10)가 안착되는 안착면을 형성하는 플레이트 형태로 구성될 수 있다.
아울러, 상기 시료(10)가 레이저가공을 수행하기 위하여 포커싱부(310) 및 스캐너부(320)에 대하여 상대이동이 필요한바, 시료(10)가 안착되는 스테이지(210)는 제1축방향(X축방향, Y축방향, Z축방향)의 일차원이동, X-Y축방향 등 2차원이동, X-Y-Z방향, X-Y-θ방향 등 3차원이동이 가능하도록 설치될 수 있다.
예를 들면, 상기 스테이지(210)는 제11축방향(X축방향)으로 이동하는 포커싱부(310) 및 스캐너부(320)에 대하여 제1축방향(X축방향)과 수직인 제2축방향(Y축방향)의 일차원이동이 가능하도록 설치될 수 있다.
이때 상기 스테이지(210)는 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 스테이지(210)의 1차원이동, 선형구동부(미도시)에 의하여 선형이동이 가능하도록 가이드레일(220)에 지지되어 설치될 수 있다.
상기 가이드레일(220)은 베이스프레임(190)에 설치되어 스테이지(210)의 선형이동을 가이드할 수 있는 구성이면 어떠한 구성도 가능하다.
한편 상기 스테이지(210) 상에 시료(10)의 안착은 수작업에 의하거나, 리프트핀, 로봇 등 다양한 방식에 의하여 수행될 수 있다.
상기 스캐너부(310)는 레이저소스(110, 120)의 레이저빔(L1, L2)을 전달받아 스캐너를 이용하여 스테이지(210)에 안착된 시료(10)를 레이저가공하는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.
상기 스캐너부(210)는 레이저빔을 이용하여 시료(10)에 소정의 패턴으로 가공할 수 있도록 하는 구성으로서 갈바노미러 등을 구비하는 등 다양한 구성이 가능하다.
그리고 상기 스캐너부(210)는 레이저소스(110, 120)에서 발생된 레이저빔(L1, L2)을 빔전달부(410, 420)에 의하여 전달받을 수 있도록 거울, 렌즈 등 적절한 광학계(미도시)를 구비한다.
여기서 상기 스캐너부(210)는 레이저소스(110, 120)의 레이저빔(L1, L2)의 수에 대응되어 구성되거나, 레이저소스(110, 120)의 레이저빔(L1, L2)을 선택적으로 전달받거나 모두 전달받도록 구성되는 등 다양한 구성이 가능하다.
상기 포커싱부(320)는 레이저소스(110, 120)의 레이저빔(L1, L2)을 전달받아 포커싱렌즈로 집광하여 스테이지(210)에 안착된 시료(10)를 레이저가공하는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.
그리고 상기 포커싱부(320)는 스캐너부(310)와 유사하게 레이저소스(110, 120)에서 발생된 레이저빔(L1, L2)을 빔전달부(410, 420)에 의하여 전달받을 수 있도록 거울, 렌즈 등 적절한 광학계를 구비한다.
또한 상기 포커싱부(320)는 스캐너부(310)와 유사하게 레이저소스(110, 120)의 레이저빔(L1, L2)의 수에 대응되어 구성되거나, 레이저소스(110, 120)의 레이저빔(L1, L2)을 선택적으로 전달받거나 모두 전달받도록 구성되는 등 다양한 구성이 가능하다.
한편 상기 스캐너부(310)및 포커싱부(320)는 지지프레임(130)에 고정된 상태로 설치되거나, 스캐너부(310)및 포커싱부(320) 중 적어도 어느 하나는 지지프레임(130)에 설치된 가이드레일(140)을 따라서 이동가능하도록 설치될 수 있다.
특히 상기 포커싱부(310) 및 스캐너(320)는 레이저소스(110, 120)의 레이저빔(L1, L2)의 주사방향과 평행한 제1축방향(X축방향)으로 이동가능하게 설치될 때, 스테이지(210)는 제1축방향(X축방향)과 수직을 이루어, 즉 Y축방향으로 이동가능하게 설치될 수 있다.
또한 상기 포커싱부(310) 및 스캐너(320)는 위치가 고정설치되거나, 서로 독립되어 이동가능하게 설치되거나, 서로 연동하여 이동가능하게 설치되는 등 다양하게 설치될 수도 있다.
상기 빔전달부(410, 420)는 도 1, 도 4에 도시된 바와 같이, 레이저소스(110, 120) 각각에서 발생된 레이저빔(L1, L2)을 스캐너부(310) 및 포커싱부(320) 중 적어도 어느 하나로 전달시키는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.
일예로서, 상기 빔전달부(410, 420)는 레이저소스(110, 120)의 레이저빔(L1, L2)이 주사되는 광경로상에 배치되어, 레이저소스(110, 120)에서 발생된 레이저빔(L1, L2)을 2개의 경로(S1, S2)로 분할하여 스캐너부(410) 및 포커싱부(420) 모두로 전달하는 빔분할부(411, 421)를 포함할 수 있다.
상기 빔분할부(411, 421)는 레이저소스(110, 120)에서 발생된 레이저빔(L1, L2)을 2개의 경로(S1, S2)로 분할하는 구성으로서 레이저빔(L1, L2)을 2개의 경로(S1, S2)로 분할할 수 있는 구성이면 반투명거울, 프리즘 등 다양하게 구성될 수 있다.
한편 상기 빔분할부(411)에 의하여 분할된 2개의 경로(S1, S2)는 거울, 렌즈 등으로 이루어진 하나 이상의 광학계에 의하여 Z축방향으로 전환되어 스캐너부(410) 및 포커싱부(420)로 전달된다.
여기서 상기 레이저빔이 전달되는 광경로(S1, S2)는 스캐너부(310) 및 포커싱부(320)의 위치 및 구성에 따라서 다양하게 설정될 수 있음은 물론이다.
아울러, 스캐너부(310) 및 포커싱부(320)로 전달하기 위한 광학계는 거울, 렌즈 등 다양하게 구성될 수 있음은 물론이다.
한편 상기 빔분할부(411)에 의하여 분할된 2개의 경로(S1, S2) 상에는 레이저빔이 스캐너부(310) 및 포커싱부(320)에 전달되는 것을 차단하는 빔차단부(미도시)가 추가로 설치될 수 있다.
상기 빔차단부는 레이저가공에서 스캐너부(310) 및 포커싱부(320) 중 어느 하나만을 사용할 필요가 있을 때에만 작동하여 레이저빔이 스캐너부(310) 및 포커싱부(320)에 전달되는 것을 차단한다.
한편 상기 스캐너부(310) 및 포커싱부(320)로 레이저빔(L1, L2)을 도달(도 3에 도시된 예 참조)시키기 위해서는 광경로의 전환 및 증폭 등을 요하는데, 이는 거울, 렌즈 등의 조합에 의하여 구성되며 스캐너부(310) 및 포커싱부(320)의 구체적 구성에 따라서 다양하게 구성이 가능한바 자세한 설명은 생략한다.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.
10 : 시료 110, 120 : 제2레이저소스
210 : 스테이지 310 : 스캐너부
320 : 포커싱부 410, 420 : 빔전달부

Claims (7)

  1. 레이저빔을 발생시키는 하나 이상의 레이저소스와;
    레이저가공될 시료가 안착되는 스테이지와;
    상기 레이저소스의 레이저빔을 전달받아 스캐너를 이용하여 상기 스테이지에 안착된 시료를 레이저가공하는 하나 이상의 스캐너부와;
    상기 레이저소스의 레이저빔을 전달받아 포커싱렌즈로 집광하여 상기 스테이지에 안착된 시료를 레이저가공하는 하나 이상의 포커싱부와;
    상기 레이저소스에서 발생된 레이저빔을 상기 스캐너부 및 상기 포커싱부 중 적어도 어느 하나로 전달시키는 하나 이상의 빔전달부를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저가공장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 레이저소스는 복수개로 설치되며, 상기 복수개의 레이저빔들은 각 레이저빔이 서로 평행하게 주사하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 레이저가공장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 레이저소스는 2개로 설치되며, 상기 2개의 레이저빔들은 각 레이저빔이 서로 평행하게 주사하도록 배치되며 서로 반대방향으로 주사되는 것을 특징으로 하는 레이저가공장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 빔전달부는 상기 레이저소스의 레이저빔이 주사되는 광경로상에 배치되어, 상기 레이저소스에서 발생된 레이저빔을 2개의 경로로 분할하여 상기 스캐너부 및 상기 포커싱부 모두로 전달하는 빔분할부를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저가공장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 빔분할부에 의하여 분할된 2개의 경로 상에는 레이저빔이 상기 스캐너부 및 상기 포커싱부에 전달되는 것을 선택적으로 차단하는 빔차단부가 추가로 설치된 것을 특징으로 하는 레이저가공장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 레이저소스는 레이저빔의 주사방향을 X축으로 하여 동일한 X-Y평면 상에 배치되며,
    상기 스테이지는 시료의 표면이 상기 X-Y평면으로부터 평행을 이루어 배치되며,
    상기 스캐너부 또는 상기 포커싱부는 상기 X-Y평면과 수직인 Z축방향으로 상기 X-Y평면 및 상기 스테이지 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 레이저가공장치.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 포커싱부 및 상기 스캐너부는 상기 레이저소스의 레이저빔의 주사방향과 평행한 제1축방향으로 이동가능하게 설치되며,
    상기 스테이지는 상기 제1축방향과 수직을 이루어 이동가능하게 설치된 것을 특징으로 하는 레이저가공장치.
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