KR20140112136A

KR20140112136A - 레이저 가공장치

Info

Publication number: KR20140112136A
Application number: KR1020130025618A
Authority: KR
Inventors: 유홍준; 이무찬; 고훈; 유태식
Original assignee: (주)제이티
Priority date: 2013-03-11
Filing date: 2013-03-11
Publication date: 2014-09-23

Abstract

본 발명에 실시예에 따른 레이저 가공장치는, 하나의 레이저 가공장치를 이용하여 다양한 가공조건에 맞는 레이저 가공을 수행하기 위한 것으로, 레이저빔을 발생시키는 레이저소스와, 시료가 안착되는 스테이지와, 상기 레이저소스로부터 레이저빔을 전달받아 상기 스테이지에 안착된 시료를 향하여 레이저빔을 조사하는 스캐닝부를 포함하고, 상기 스캐닝부는, 2개 이상의 스캐너들과, 2개 이상의 스캐너들 모두에 레이저빔이 전달되거나 2개 이상의 스캐너들 중 적어도 하나의 스캐너에 레이저빔이 전달되도록 레이저빔의 광경로를 조절하는 광경로조절부를 포함할 수 있다.

Description

레이저 가공장치 {LASER PROCESSING APPARATUS}

본 발명은 레이저 가공장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 레이저를 이용하여 시료에 대하여 천공, 마킹, 소잉, 커팅 등을 수행하는 레이저 가공장치에 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 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 하나의 레이저 가공장치를 이용하여 다양한 가공조건에 맞는 레이저 가공을 수행할 수 있는 레이저 가공장치를 제공하는 데에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공장치는, 시료가 안착되는 스테이지와, 레이저빔을 발생시키는 레이저소스와, 상기 레이저소스로부터 레이저빔을 전달받아 상기 스테이지에 안착된 시료를 향하여 레이저빔을 조사하는 스캐닝부를 포함하고, 상기 스캐닝부는, 2개 이상의 스캐너들과, 2개 이상의 스캐너들 모두에 레이저빔이 전달되거나 2개 이상의 스캐너들 중 적어도 하나의 스캐너에 레이저빔이 전달되도록 레이저빔의 광경로를 조절하는 광경로조절부를 포함할 수 있다.

상기 광경로조절부는, 하나 이상의 빔스플리터 및 하나 이상의 반사부재 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 빔스플리터에 의하여 분할된 복수의 레이저빔의 파워는 서로 다를 수 있다.

상기 복수의 반사부재 중 어느 하나의 반사부재가 다른 하나로 전달되는 레이저빔의 광경로를 차단하는 것에 의하여 2개 이상의 스캐너들 중 적어도 하나의 스캐너에 레이저빔이 전달될 수 있다.

상기 2개 이상의 스캐너들은, 제1스캐너 및 제2스캐너를 포함하고, 상기 광경로조절부는, 상기 제1스캐너로 레이저빔이 전달되도록 설치되는 제1반사부재와, 선형이동 또는 회전에 의하여 상기 제1반사부재로 전달되는 레이저빔의 광경로를 선택적으로 차단함과 아울러 레이저빔을 상기 제2스캐너로 전달하는 제2반사부재를 포함할 수 있다.

상기 2개 이상의 스캐너들은, 제1스캐너 및 제2스캐너를 포함하고, 상기 광경로조절부는, 상기 제1스캐너로 레이저빔이 전달되도록 설치되는 제1반사부재와, 선형이동 또는 회전에 의하여 상기 제1반사부재로 전달되는 레이저빔의 광경로상에 선택적으로 위치되어 레이저빔을 분할하여 상기 제1반사부재 및 상기 제2스캐너로 각각 전달하는 빔스플리터를 포함할 수 있다.

상기 2개 이상의 스캐너들은, 제1스캐너 및 제2스캐너를 포함하고, 상기 광경로조절부는, 상기 제1스캐너로 레이저빔이 전달되도록 설치되는 제1반사부재와, 선형이동 또는 회전에 의하여 상기 제1반사부재로 전달되는 레이저빔의 광경로를 선택적으로 차단함과 아울러 레이저빔을 상기 제2스캐너로 전달하는 제2반사부재와, 선형이동 또는 회전에 의하여 상기 제1반사부재로 전달되는 레이저빔의 광경로상에 선택적으로 위치되어 레이저빔을 분할하여 상기 제1반사부재 및 상기 제2스캐너로 각각 전달하는 빔스플리터를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공장치는, 상기 레이저소스로부터 레이저빔을 전달받아 포커싱렌즈로 집광하여 상기 스테이지에 안착된 시료에 조사하는 포커싱부와, 상기 레이저소스에서 발생된 레이저빔을 상기 스캐닝부 또는 상기 포커싱부로 선택적으로 전달하는 선택전달부를 포함할 수 있다.

상기 선택전달부는, 상기 레이저소스로부터 전달된 레이저빔의 방향을 전환하여 상기 스캐닝부 및 상기 포커싱부에 마련된 레이저수신부들 중 어느 하나로 전달하는 광경로전환부를 포함할 수 있다.

상기 광경로전환부는, 상기 레이저소스로부터 전달된 레이저빔을 반사시키는 제1미러와, 상기 제1미러에 의하여 반사된 레이저빔을 반사시키는 제2미러와, 상기 제1미러 및 상기 제2미러를 이동시키는 미러이동부를 포함하고, 상기 미러이동부에 의하여 상기 제2미러가 상기 스캐닝부 및 상기 포커싱부에 마련된 레이저수신부들 중 어느 하나에 대응되는 위치로 이동되어 상기 제2미러에서 반사된 레이저빔이 상기 레이저수신부들 중 어느 하나로 전달될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공장치는 2개 이상의 스캐너들이 마련된 스캐닝부와, 2개 이상의 스캐너들 모두에 레이저빔이 전달되거나 2개 이상의 스캐너들 중 적어도 하나의 스캐너에 레이저빔이 전달되도록 레이저빔의 광경로를 조절하는 광경로조절부를 포함하여 구성됨으로써, 스캐닝부로부터 시료를 향하여 조사되는 레이저빔의 특성을 다양화하여, 하나의 레이저 가공장치로 다양한 가공조건에 맞는 레이저 가공을 수행할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 레이저가공장치는 하나 이상의 레이저소스에 대응하여 스캐너를 구비한 스캐닝부 및 포커싱렌즈를 구비한 포커싱부로 레이저소스의 레이저빔을 선택적으로 전달하는 선택전달부를 구비함으로써 보다 다양한 레이저가공을 수행할 수 있는 이점이 있다.

본 발명의 실시예에 따른 레이저가공장치는, 2개 이상, 즉 복수의 레이저소스들 및 복수의 레이저소스들로부터 발생된 레이저빔을 스캐너를 구비한 스캐닝부 및 포커싱렌즈를 구비한 포커싱부로 선택적으로 전달하여 스캐너를 이용한 레이저 가공 및 포커싱렌즈를 이용한 레이저 가공을 수행할 수 있으며, 이에 따라, 하나의 레이저 가공장치로도 다양한 종류의 레이저 가공을 수행할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 레이저가공장치는 시료의 종류에 따라서 레이저의 종류, 파장, 펄스 폭, 파워 등이 결정할 수 결정되는바, 복수의 레이저소스를 구비함으로써 보다 다양한 시료에 대한 대응이 가능한 이점이 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공장치는 복수의 레이저소스를 구비함으로써 보다 다양한 가공조건의 레이저 가공의 수행테스트가 가능하여 장치의 시스템화 전에 다양한 테스트를 수행할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 제1실시예에 따른 레이저 가공장치가 개략적으로 도시된 측면도이다.
도 2는 도 1의 레이저 가공장치가 개략적으로 도시된 상면도이다.
도 3은 도 1의 레이저 가공장치의 스캐닝부 및 포커싱부에 레이저빔을 선택적으로 전달하는 선택전달부가 개략적으로 도시된 사시도이다.
도 4 내지 도 6은 도 1의 레이저 가공장치의 스캐닝부가 개략적으로 도시된 사시도이다.
도 7은 제2실시예에 따른 레이저 가공장치가 개략적으로 도시된 상면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공장치에 대하여 설명한다.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 제1실시예에 따른 레이저 가공장치는, 베이스프레임(10)과, 베이스프레임(10)상에 설치되며 시료(S)가 안착되는 스테이지(20)와, 레이저빔(L)을 발생시키는 레이저소스(30)와, 스테이지(20)의 상부에서 스테이지(20)를 횡단하도록 설치되는 지지대(40)에 지지대의 길이방향으로 이동가능하게 설치되는 스캐닝부(50)를 포함할 수 있다.

여기서 레이저 가공의 대상이 되는 시료(S)는 마킹(Marking), 소잉(Sawing), 스크라이빙(Scribing), 커팅(Cutting), 천공, 홈형성, 열처리 등 레이저 가공을 요하는 대상이면 어떠한 대상도 가능하다.

레이저 가공의 대상이 되는 시료(S)는, 특히, 반도체 공정을 마친 반도체 제조용 웨이퍼, 반도체기판, 태양전지기판, LCD기판, OLED기판 등이 그 대상이 될 수 있다.

스테이지(20)는 레이저 가공의 대상이 되는 시료(S)를 지지하는 구성으로서, 시료(S)의 종류 및 안착상태에 따라서 다양한 구성이 가능하다.

일 예로서, 스테이지(20)는, 시료(S)가 안착되는 안착면을 가지는 플레이트 형태로 구성될 수 있다.

아울러, 시료(S)에 대하여 레이저 가공을 수행하기 위해서는, 시료(S)가 스캐닝부(50)에 대하여 상대적으로 이동되어야 하는데, 이를 위하여 시료(S)가 안착되는 스테이지(20)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, 스테이지(20)는, 지지대(40)의 길이방향을 따라 제1축방향(X축방향)으로 이동하는 스캐닝부(50)에 대하여 제1축방향(X축방향)과 수직인 제2축방향(Y축방향)으로의 일차원이동이 가능하게 구성될 수 있다. 여기에서, 스테이지(20)의 1차원이동이 선형구동부(미도시)의 구동에 의한 선형이동에 의하여 수행될 수 있도록, 스테이지(20)는 테이블(21)에 지지되어 설치될 수 있다. 테이블(21)은 베이스프레임(10)에 설치되어 스테이지(20)의 선형이동을 안내할 수 있다면, 다양한 구성을 가질 수 있다.

한편, 스테이지(20) 상에 시료(S)를 안착시키는 공정은 수작업에 의해 수행되거나, 리프트핀, 로봇 등의 다양한 장치에 의하여 자동적으로 수행될 수 있다.

레이저소스(30)는 레이저 가공을 위한 레이저빔(L)을 발생시키는 구성으로서, 레이저 가공의 종류, 시료의 종류 및 시료의 재질에 따라서 CO레이저, IR레이저, Green레이저, UV레이저 등이 사용될 수 있으며, 가공조건에 따라서 파장, 펄스 폭, 파워 등이 결정된다.

레이저소스(30)는 레이저빔의 광경로가 정밀하게 형성될 수 있도록 지지프레임(11)에 고정될 수 있다. 여기에서, 레이저소스(30)의 교체가 가능하도록 레이저소스(30)는 지지프레임(11)에 탈착가능하게 고정되는 것이 바람직하다.

지지프레임(11)은 레이저소스(30)를 안정적으로 지지할 수 있는 구성이라면, 다양한 형태로 구성될 수 있다. 지지프레임(11)은 베이스프레임(10)과 별개로 구성되거나 베이스프레임(10)에 일체로 설치될 수 있다.

여기에서, 베이스프레임(10)은, 지지프레임(11), 스테이지(210) 등을 지지하기 위한 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.

지지대(40)는 제1축방향(X축방향)으로 연장되어 스캐닝부(50)의 제1축방향으로의 이동을 안내하는 역할을 한다. 스캐닝부(50)가 제1축방향으로 자동적으로 이동될 수 있도록, 지지대(40)에는 공압 또는 유압으로 작동되는 액추에이터, 리니어모터 또는 볼스크류장치와 같은 선형이송기구가 설치될 수 있다.

한편, 지지대(40)에는 스캐닝부(50)에 대하여 독립적으로 작동되는 포커싱부(60)가 설치될 수 있다. 포커싱부(60)는 지지대(40)에 제1축방향(X축방향)으로 이동가능하게 설치될 수 있다. 이러한 포커싱부(60)는 레이저소스(30)로부터 레이저빔(L)을 전달받아 포커싱 렌즈(미도시)로 집광하여 스테이지(20)에 안착된 시료(S)를 레이저 가공하는 역할을 한다. 그리고, 하나의 지지대(40)에 스캐닝부(50)와 포커싱부(60)가 함께 설치되는 경우, 레이저 가공장치에는, 레이저소스(30)에서 발생된 레이저빔을 스캐닝부(50) 또는 포커싱부(60)로 선택적으로 전달하는 선택전달부(80)가 구비될 수 있다.

스캐닝부(50)는 고속가공에 사용될 수 있고, 포커싱부(60)는 정밀가공에 사용될 수 있다. 스캐닝부(50)와 포커싱부(60)는 별개로 작동될 수 있으며, 함께 동시에 작동될 수 있다.

스캐닝부(50)와 유사하게, 포커싱부(60)에는 레이저소스(30)에서 발생된 레이저빔(L)을 선택전달부(80)에 의하여 선택적으로 전달받을 수 있도록 미러, 렌즈 등의 적절한 광학계가 구비된다.

한편, 본 발명은 스캐닝부(50) 및 포커싱부(60)가 지지대(40)에 이동가능하게 설치되는 구성에 한정되지 않으며, 스캐닝부(50) 및/또는 포커싱부(60)는 지지프레임(11)에 고정된 상태로 설치될 수 있다. 스캐닝부(50) 및/또는 포커싱부(60)가 고정된 상태로 설치되는 경우에는, 스테이지(20)가 제1축방향(X축방향) 및 제2축방향(Y축방향)으로 이동됨에 따라, 시료(S)가 스캐닝부(50) 및/또는 포커싱부(60)에 대하여 상대적으로 이동될 수 있다.

또한, 스캐닝부(50) 및 포커싱부(60)가 제1축방향(X축방향)으로 이동가능하게 설치되는 경우에는, 스테이지(20)는 제1축방향(X축방향)과 수직인 제2축방향(Y축방향)으로 이동가능하게 설치될 수 있다.

또한, 스캐닝부(50) 및 포커싱부(60)는 위치가 고정된 상태로 설치되거나, 서로 독립되어 이동가능하게 설치되거나, 서로 연동하여 이동가능하게 설치되는 등 다양하게 설치될 수도 있다.

선택전달부(80)는 레이저소스(30)에서 발생된 레이저빔(L)을 스캐닝부(50) 또는 포커싱부(60)로 선택적으로 전달하는 구성으로서, 레이저빔(L)의 광경로를 전환시킬 수 있는 구성이라면, 어떠한 구성도 가능하다. 예를 들면, 선택전달부(80)는 레이저빔(L)의 광경로를 전환시키는 하나 이상의 미러를 포함할 수 있다.

예를 들면, 선택전달부(80)는, 지지프레임(11)상에 배치되어 레이저소스(30)로부터 전달되는 레이저빔(L)을 전달하는 전달기구부(70)로부터 전달된 레이저빔(L)을 스캐닝부(50) 또는 포커싱부(60)로 선택적으로 전달하는 역할을 한다.

전달기구부(70)는 레이저소스(30)로부터 전달되는 레이저빔(L)이 선택전달부(80)로 전달되도록 레이저빔(L)의 광경로를 확보하는 역할을 한다. 레이저빔(L)을 선택전달부(80)로 안내할 수 있는 구성이라면, 전달기구부(70)에 의하여 전달되는 레이저빔(L)의 광경로의 방향은 한정되지 않는다.

한편, 전달기구부(70)는 레이저소스(30)는 광섬유 등의 연결수단(71)을 통하여 연결되는 연결부(72)를 포함할 수 있다. 그리고, 전달기구부(70)에는 레이저빔 익스팬더와 같이 레이저빔의 형태를 변환하는 변환부(73) 등이 구비될 수 있으며, 변환부(73)에는 하나 이상의 렌즈(미도시)가 구비될 수 있다.

그리고, 전달기구부(70)에는 레이저빔(L)의 광경로의 방향을 전환하는 반사판(74)이 구비될 수 있다. 예를 들면, 반사판(74)은 제1축방향(X축방향)으로 입사되는 레이저빔(L)을 제2축방향(Y축방향)으로 반사시켜 선택전달부(80)로 전달하는 역할을 한다. 이러한 반사판(74)은 레이저빔(L)의 광경로의 방향을 전환하는 구성으로서, 반사판(74)의 설치위치 및 반사판(74)에 의하여 반사된 레이저빔(L)의 방향은 레이저소스(30) 및 선택전달부(80)의 설치위치에 따라 변경될 수 있다.

예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이, 선택전달부(80)는 레이저빔(L)을 제3축방향(Z축방향) 및 제1축방향(X축방향)으로 반사시키며 지지프레임(11)에 제2축방향(Y축방향)으로 이동이 가능하게 설치되는 광경로전환부(81)와, 스캐닝부(50)에 설치되며 광경로전환부(81)에 의하여 제3축방향(Z축방향)으로 반사된 레이저빔(L)을 수신하는 제1레이저빔수신부(82)와, 포커싱부(60)에 설치되어 선택전달부(80)에 의하여 제3축방향(Z축방향)으로 절곡된 레이저빔(L)을 수신하는 제2레이저빔수신부(83)를 포함할 수 있다.

예를 들면, 광경로전환부(81)는, 전달기구부(70)에 의하여 전달된 레이저빔(L)을 제3축방향(Z축방향)으로 반사시키는 제1미러(811)와, 제1미러(811)에 의하여 반사된 레이저빔(L)을 제1축방향(X축방향)으로 반사하여 제1레이저빔수신부(82) 또는 제2레이저수신부(83)로 전달하는 제2미러(812)와, 제1미러(811) 및 제2미러(812)를 제2축방향(Y축방향)으로 이동시키는 미러이동부(813)를 포함할 수 있다.

미러이동부(813)는 지지프레임(11)에 설치되는 선형이동기구를 포함할 수 있다. 이러한 선형이동기구로는 공압 또는 유압으로 작동하는 액추에이터, 리니어모터 또는 볼스크류장치 등의 다양한 구성이 사용될 수 있다.

제2미러(812)에 의한 레이저빔(L)의 반사방향은 스캐닝부(50) 및 포커싱부(60)가 배치되는 방향, 즉, 지지대(40)의 길이방향과 평행한 방향인 제2축방향(Y축방향)이 된다.

한편, 제1미러(811)와 제2미러(812)의 사이에는 제1미러(811)에서 반사되어 제2미러(812)로 입사되는 레이저빔(L)을 외부환경으로부터 보호하기 위한 보호튜브(814)가 구비될 수 있다. 이러한 보호튜브(814)가 구비되는 경우에는, 보호튜브(814)가 미러이동부(813)에 연결될 수 있다.

스캐닝부(50)에 설치되는 제1레이저빔수신부(82)에는 제2미러(812)와 대응되는 수직위치에 배치되는 제1레이저빔수신미러(821)가 구비될 수 있다. 따라서, 제2미러(812)에 의하여 제2축방향(Y축방향)으로 반사된 레이저빔(L)은 제1레이저빔수신미러(821)에 의하여 반사된 후 스캐닝부(50)의 내부로 입사될 수 있다.

포커싱부(60)에 설치되는 제2레이저빔수신부(83)에는 제2미러(812)와 대응되는 수직위치에 배치되는 제2레이저빔수신미러(831)가 구비될 수 있다. 따라서, 제2미러(812)에 의하여 제2축방향(Y축방향)으로 반사된 레이저빔(L)은 제2레이저빔수신미러(831)에 의하여 반사된 후 포커싱부(60)의 내부로 입사될 수 있다.

스캐닝부(50)에 설치되는 제1레이저빔수신부(82)와 포커싱부(60)에 설치되는 제2레이저빔수신부(83)는 제1축방향(X축방향)과 평행한 서로 다른 두 개의 선 상에 위치될 수 있다. 즉, 제1레이저빔수신부(82)에 입사되는 레이저빔의 광축과 제2레이저빔수신부(83)에 입사되는 레이저빔의 광축은 서로 평행하지만 서로 중첩되지 않는다.

따라서, 미러이동부(813)의 구동에 의하여 제2미러(812)가 제2축방향(Y축방향)으로 이동되는 것에 의하여, 제2미러(812)가 제1레이저빔수신부(82)와 서로 마주보는 위치에 위치되거나 제2레이저빔수신부(83)와 서로 마주보는 위치에 위치될 수 있다.

광경로전환부(81)의 제2미러(812)가 제1레이저빔수신부(82)와 서로 마주보는 위치에 위치되는 경우에는, 제2미러(812)에 의하여 반사된 레이저빔(L)은 제1레이저빔수신부(82)로 입사된 후 스캐닝(50)를 통하여 스테이지(20)상의 시료(S)를 향하여 조사될 수 있다. 그리고, 광경로전환부(81)의 제2미러(812)가 제2레이저빔수신부(83)와 서로 마주보는 위치에 위치되는 경우에는, 제2미러(812)에 의하여 반사된 레이저빔(L)은 제2레이저빔수신부(830로 입사된 후 포커싱부(60)를 통하여 스테이지상(20)의 시료(S)를 향하여 조사될 수 있다.

한편, 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 스캐닝부(50)는 레이저소스(30)에서 발생되는 레이저빔(L)을 전달받아 스캐너(51)를 이용하여 스테이지(20)에 안착된 시료(S)를 레이저 가공하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.

스캐닝부(50)는 레이저빔(L)을 이용하여 시료(S)에 소정의 패턴으로 가공할 수 있도록 하는 구성으로서, 갈바노미러 등을 구비하는 등 다양한 구성이 가능하다.

그리고, 스캐닝부(50)의 내부에는 레이저소스(30)에서 발생된 레이저빔(L)을 전달받을 수 있도록 미러와 렌즈 등이 조합된 광학계가 구비된다.

스캐닝부(50)는 2개 이상의 스캐너들(51)와, 2개 이상의 스캐너들(51) 모두에 레이저빔이 전달되거나 2개 이상의 스캐너들(51) 중 하나 이상의 스캐너(51)에 레이저빔(L)이 전달되도록 레이저빔(L)의 광경로를 전환하는 광경로조절부(58)를 포함할 수 있다.

예를 들면, 스캐닝부(50)는, 레이저빔(L)이 입사되는 제1입사구(513)를 가지는 제1스캐너(511)와, 제1스캐너(511)에 인접되게 배치되며 레이저빔(L)이 입사되는 제2입사구(514)를 가지는 제2스캐너(512)를 포함할 수 있다. 다만, 본 발명은 스캐너(51)의 개수에 한정되지 않으며, 둘 이상의 스캐너(51)가 스캐닝부(50)에 구비될 수 있다.

제1스캐너(511) 및 제2스캐너(512)는 초점 및 배율 등의 광학특성이 서로 동일하게 구성될 수 있으며, 이와 같은 경우, 동일한 파워를 가지는 레이저빔(L)이 제1스캐너(511) 및 제2스캐너(512)로부터 동시에 또는 선택적으로 스테이지(20)상에 안착된 시료(S)를 향하여 조사할 수 있다.

다만, 공정의 효율을 위하여 제1스캐너(511) 및 제2스캐너(512)는 초점 및/또는 배율이 서로 다르게 구성되는 것이 바람직하다. 이와 같은 경우에는, 제1스캐너(511)로부터 조사되는 레이저빔(L)과 제2스캐너(512)로부터 조사되는 레이저빔(L)은 파워, 레이저빔의 파장, 펄스 폭 등 레이저빔(L)의 특성에 있어서 서로 다를 수 있다. 따라서, 시료(S)에 수행되는 레이저 가공의 종류, 시료(S)의 특성, 레이저빔(L)의 특성 등 다양한 가공조건을 기준으로 레이저빔(L)의 특성이 서로 다른 제1스캐너(511)와 제2스캐너(512)를 선택적으로 또는 동시에 작동시키는 것에 의하여, 하나의 레이저 가공장치를 이용하여 상기한 다양한 가공조건에 맞는 레이저 가공을 수행할 수 있다.

제1스캐너(511) 및 제2스캐너(512)가 함께 작동되는 경우에는, 가공속도의 향상에 따른 생산성향상을 도모할 수 있다.

그리고, 광경로조절부(58)는, 하나 이상의 빔스플리터 및 하나 이상의 반사부재를 포함할 수 있다.

보다 구체적으로, 광경로조절부(58)는, 제1스캐너(511)의 제1입사구(513)와 연결되도록 설치되는 제1반사부재(52)와, 제2스캐너(512)의 제2입사구(514)와 선택적으로 연결되도록 이동가능하게 설치되는 제2반사부재(53)와, 제2스캐너(512)의 제2입사구(514)와 선택적으로 연결되도록 이동가능하게 설치되는 빔스플리터(54)와, 제2반사부재(53) 및 빔스플리터(54)를 이동시키는 구동부(56)를 포함할 수 있다.

또한, 제1레이저빔수신부(82)로부터 레이저빔(L)을 전달받아 제1반사부재(52), 제2반사부재(53) 및 빔스플리터(54)로 전달하는 제3반사부재(55)를 더 포함할 수 있다.

예를 들면, 제1스캐너(511)와 제2스캐너(512)는 하우징(57)의 내부에 지지되며, 제1반사부재(52), 제2반사부재(53), 빔스플리터(54), 제3반사부재(55) 및 제1레이저빔수신부(82)는 하우징(57)의 외측에 고정될 수 있다.

제1반사부재(52)는 고정된 상태로 설치될 수 있다. 제1반사부재(52)는 제1레이저빔수신부(82)로부터 제3반사부재(55)를 통하여 전달된 레이저빔(L)을 제1입사구(513)를 향하여 반사시키는 역할을 한다.

제2반사부재(53)는 구동부(56)에 의한 이동에 의하여 제1반사부재(52)와 제3반사부재(53) 사이의 광경로를 선택적으로 차단한다. 제2반사부재(53)가 제1반사부재(52)와 제3반사부재(53) 사이의 광경로를 차단하는 경우에는, 제3반사부재(53)에서 반사된 레이저빔(L)은 제1반사부재(52)로 전달되지 않고 제2반사부재(53)에 의하여 반사되어 제2입사구(514)를 통하여 제2스캐너(512)로 입사된다.

이와 같이, 제2반사부재(53)가 제1반사부재(52)와 제3반사부재(53) 사이의 광경로를 선택적으로 차단하는 것에 의하여 제1스캐너(511) 및 제2스캐너(512) 중 어느 하나에만 레이저빔(L)이 입사될 수 있다. 따라서, 제1스캐너(511) 및 제2스캐너(512)로부터 스테이지(20)상의 시료(S)를 향하여 조사되는 레이저빔의 특성이 다른 경우에는, 제2반사부재(53)를 이동시키는 간단한 과정을 통하여, 스캐닝부(50)에서 조사되는 레이저빔(L)의 특성을 용이하게 조절할 수 있다. 따라서, 하나의 레이저 가공장치를 이용하여 다양한 가공조건에 맞는 레이저 가공을 수행할 수 있다.

빔스플리터(54)는 레이저빔(L)을 분할하는 역할을 하는 것으로, 반투명거울이나 프리즘이 사용될 수 있다. 빔스플리터(54)는 구동부(56)에 의한 이동에 의하여 제1반사부재(52)와 제3반사부재(53) 사이의 광경로상에 선택적으로 위치된다. 빔스플리터(54)가 제1반사부재(52)와 제3반사부재(53) 사이의 광경로상에 위치되는 경우에는, 제3반사부재(53)에서 반사된 레이저빔(L)이 빔스플리터(54)에 의하여 둘로 분할되어 어느 하나는 제1반사부재(52)로 전달된 후 제1입사구(513)를 통하여 제1스캐너(511)로 전달되며, 다른 하나는 제2입사구(514)를 통하여 제2스캐너(512)로 전달된다.

이와 같이, 빔스플리터(54)에 의하여 레이저빔(L)이 둘로 분할되어 제1스캐너(511) 및 제2스캐너(512)로 각각 전달될 수 있다.

한편, 빔스플리터(54)에 의하여 분할되는 두 개의 레이저빔(L)의 광량, 펄스 폭, 파장, 파워 등 레이저빔(L)의 특성은 서로 동일할 수 있으며, 서로 다를 수 있다. 두 개의 레이저빔(L)의 특성은 빔스플리터(54)의 광투과율을 조절하는 것을 통하여 조절할 수 있다.

빔스플리터(54)에 의하여 분할되는 두 개의 레이저빔(L)의 특성이 서로 다른 경우에는, 제1스캐너(511) 및 제2스캐너(512)로 입사되는 두 개의 레이저빔(L)의 특성이 서로 달라지게 되므로, 제1스캐너(511) 및 제2스캐너(512)로부터 스테이지(20)상에 안착된 시료(S)를 향하여 조사되는 레이저빔(L)의 특성이 서로 달라진다.

따라서, 빔스플리터(54)의 투과율을 조절하는 것을 통해서도 제1스캐너(511) 및 제2스캐너(512)로부터 시료(S)를 향하여 조사되는 레이저빔(L)의 특성을 조절할 수 있으며, 이에 따라, 하나의 레이저 가공장치를 이용하여 다양한 가공조건에 맞는 레이저 가공을 수행할 수 있다.

한편, 제2반사부재(53) 및 빔스플리터(54)는 구동부(56)와 연결되어 함께 이동될 수 있다. 도 4 내지 도 6에서는 제2반사부재(53) 및 빔스플리터(54)가 제3축방향(Z축방향)으로 이동되는 구성에 대하여 제시하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 이동에 의하여 제3반사부재(55)로부터 제1반사부재(52)로 입사되는 레이저빔의 광경로상에 위치될 수 있다면, 제2반사부재(53) 및 빔스플리터(54)의 이동방향은 다양한 방향으로 설정될 수 있다.

여기에서, 구동부(56)로는 공압 또는 유압으로 작동되는 액추에이터, 리니어모터 또는 볼스크류장치 등 다양한 선형이송기구가 사용될 수 있다.

본 발명의 실시예에서는, 제2반사부재(53) 및 빔스플리터(54)가 제3축방향(Z축방향)으로 선형으로 이동되는 구성에 대하여 제시하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 제2반사부재(53) 및 빔스플리터(54)가 소정의 회전축을 기준으로 회전되는 구성이 적용될 수 있다.

한편, 제2반사부재(53) 및 빔스플리터(54) 중 어느 하나만이 구비되는 구성이 적용될 수 있다. 제2반사부재(53)만이 구비되는 경우에는, 제1스캐너(511) 및 제2스캐너(512) 중 어느 하나에 레이저빔(L)이 전달되어 제1스캐너(511) 및 제2스캐너(512) 중 어느 하나만이 작동될 수 있다. 또한, 빔스플리터(54)만이 구비되는 경우에는, 제1스캐너(511)에만 레이저빔(L)이 전달되어 제1스캐너(511)만 작동될 수 있거나, 제1스캐너(511) 및 제2스캐너(512)에 모두 레이저빔(L)이 전달되어 제1스캐너(511) 및 제2스캐너(512)가 함께 작동될 수 있다. 이와 같은 경우에도, 서로 다른 레이저빔(L) 조사특성을 갖는 제1스캐너(511) 및 제2스캐너(512)를 선택적으로 이용하는 것을 통하여, 하나의 레이저 가공장치를 이용하여 다양한 가공조건에 맞는 레이저 가공을 수행할 수 있다.

한편, 도 4 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 제1레이저빔수신부(82)는, 광경로전환부(81)의 제2미러(812)로부터 반사된 레이저빔(L)을 제3축방향(Z축방향)으로 반사시키는 제1레이저빔수신미러(821)와, 제1레이저빔수신미러(821)에 의하여 반사된 레이저빔(L)을 제3반사부재(55)를 향하여 제2축방향(Y축방향)으로 반사하는 제4반사부재(823)와, 제1레이저빔수신미러(821)와 제4반사부재(823) 사이에 설치되어 레이저빔(L)의 광경로를 보호하는 보호튜브(822)를 포함할 수 있다.

상기한 바와 같은 구성에 따르면, 광경로전환부(81)의 제2미러(812)가 제1레이저빔수신부(82)와 서로 마주보게 위치된 상태에서, 레이저소스(30)에서 발생된 레이저빔(L)이 전달기구부(70)를 통하여 선택전달부(80)로 전달되면, 제2미러(812)에서 반사된 레이저빔(L)은 제1레이저빔수신부(82)를 통하여 제3반사부재(55)로 전달된다.

여기에서, 도 4에 도시된 바와 같이, 제2반사부재(53) 및 빔스플리터(54)가 제2입사구(514)로부터 모두 후퇴한 상태에서는, 제1반사부재(52)와 제3반사부재(55) 사이의 광경로가 확보되어 제1반사부재(52)로 레이저빔(L)이 전달되며, 제1반사부재(52)와 광학적으로 연결된 제1스캐너(511)가 작동될 수 있다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 빔스플리터(54)가 제1반사부재(52)와 제3반사부재(55)사이의 광경로상에 위치된 경우에는, 빔스플리터(54)에 의하여 분할된 레이저빔(L)이 각각 제1반사부재(52)를 통하여 제1스캐너(511)로 전달되는 것과 동시에 제2스캐너(512)로 전달될 수 있다. 따라서, 제1스캐너(511) 및 제2스캐너(512)가 동시에 작동될 수 있다.

또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 제2반사부재(53)가 제1반사부재(52)와 제3반사부재(55) 사이의 광경로를 차단한 경우에는 레이저빔(L)이 제2반사부재(53)로만 전달되며, 제2반사부재(53)와 광학적으로 연결된 제2스캐너(511)가 작동될 수 있다.

이하, 도 7을 참조하여, 제2실시예에 따른 레이저 가공장치에 대하여 설명한다. 전술한 제1실시예에서 설명한 부분과 동일한 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 제2실시예에 따른 레이저 가공장치는 레이저빔을 발생시키는 복수의 레이저소스(30)와, 복수의 레이저소스(30)로부터 레이저빔(L)을 각각 전달받아 스캐너(51)를 이용하여 스테이지(20)에 안착된 시료(S)를 레이저 가공하는 복수의 스캐닝부(50)와, 복수의 레이저소스(30)로부터 레이저빔(L)을 각각 전달받아 포커싱렌즈로 집광하여 스테이지(20)에 안착된 시료(S)를 레이저 가공하는 복수의 포커싱부(60)와, 복수의 레이저소스(30)에서 각각 발생된 레이저빔(L)을 복수의 스캐닝부(50) 또는 복수의 포커싱부(60)으로 전달하는 복수의 선택전달부(80)를 포함할 수 있다.

복수의 레이저소스(30)는 레이저빔(L)의 광경로가 정밀하게 형성될 수 있도록 지지프레임(11)에 고정될 수 있다.

복수의 레이저소스(30)로부터 발생되는 레이저빔(L)은 그 파장, 펄스 폭, 파워 등의 레이저빔(L)의 특성이 서로 다르게 되는 것이 바람직하다. 복수의 레이저소스(30)로부터 발생되는 레이저빔(L)의 특성이 서로 다른 경우에는, 복수의 스캐닝부(50)에서 시료(S)를 향하여 조사되는 레이저빔(L)의 특성이 서로 다르게 되며, 복수의 포커싱부(60)에서 시료(S)를 향하여 조사되는 레이저빔(L)의 특성이 서로 다르게 된다. 이와 같이, 서로 다른 특성의 레이저빔(L)이 조사되는 복수의 스캐닝부(50) 및 복수의 포커싱부(60)가 구비되는 경우에는, 하나의 레이저 가공장치를 이용하여 다양한 가공조건에 맞는 레이저 가공을 수행할 수 있다.

즉, 제1실시예에 설명한 바와 같이, 하나의 레이저소스(30), 하나의 포커싱부(60) 및 두 개의 스캐너(511, 512)를 가지는 스캐닝부(50)가 구비되는 경우에는, (a)포커싱부(60)에 의한 가공, (b)제1스캐너(511)에 의한 가공, (c)제2스캐너(512)에 의한 가공, (d)제1스캐너(511) 및 제2스캐너(512)에 의한 가공인 총 4 종류의 가공 중 어느 하나 또는 둘 이상을 조합하여 하나의 레이저 가공장치에서 수행할 수 있다.

또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 두 개의 레이저소스(30), 두 개의 포커싱부(60) 및 각각 두 개의 스캐너(511, 512)를 가지는 두 개의 스캐닝부(50)가 구비되는 경우에는, 총 8 종류의 가공공정을 하나의 레이저 가공장치에서 수행할 수 있다.

제2실시예에서 설명하지 않은 구체적인 구성 및 그 작동방법은 전술한 제1실시예에서 설명한 구성 및 그 작동방법과 동일할 수 있다.

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: 베이스프레임 20: 스테이지
30: 레이저소스 40: 지지대
50: 스캐닝부 60: 포커싱부
70: 전달기구부 80: 선택전달부

Claims

시료가 안착되는 스테이지;
레이저빔을 발생시키는 레이저소스; 및
상기 레이저소스로부터 레이저빔을 전달받아 상기 스테이지에 안착된 시료를 향하여 레이저빔을 조사하는 스캐닝부를 포함하고,
상기 스캐닝부는,
2개 이상의 스캐너들과,
2개 이상의 스캐너들 모두에 레이저빔이 전달되거나 2개 이상의 스캐너들 중 적어도 하나의 스캐너에 레이저빔이 전달되도록 레이저빔의 광경로를 조절하는 광경로조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
청구항 1에 있어서,
상기 광경로조절부는, 하나 이상의 빔스플리터 및 하나 이상의 반사부재 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
청구항 2에 있어서,
상기 빔스플리터에 의하여 분할된 복수의 레이저빔의 파워는 서로 다른 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
청구항 2에 있어서,
상기 복수의 반사부재 중 어느 하나의 반사부재가 다른 하나로 전달되는 레이저빔의 광경로를 차단하는 것에 의하여 2개 이상의 스캐너들 중 적어도 하나의 스캐너에 레이저빔이 전달되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
청구항 1항에 있어서,
상기 2개 이상의 스캐너들은, 제1스캐너 및 제2스캐너를 포함하고,
상기 광경로조절부는,
상기 제1스캐너로 레이저빔이 전달되도록 설치되는 제1반사부재와,
선형이동 또는 회전에 의하여 상기 제1반사부재로 전달되는 레이저빔의 광경로를 선택적으로 차단함과 아울러 레이저빔을 상기 제2스캐너로 전달하는 제2반사부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
청구항 1항에 있어서,
상기 2개 이상의 스캐너들은, 제1스캐너 및 제2스캐너를 포함하고,
상기 광경로조절부는,
상기 제1스캐너로 레이저빔이 전달되도록 설치되는 제1반사부재와,
선형이동 또는 회전에 의하여 상기 제1반사부재로 전달되는 레이저빔의 광경로상에 선택적으로 위치되어 레이저빔을 분할하여 상기 제1반사부재 및 상기 제2스캐너로 각각 전달하는 빔스플리터를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
청구항 1항에 있어서,
상기 2개 이상의 스캐너들은, 제1스캐너 및 제2스캐너를 포함하고,
상기 광경로조절부는,
상기 제1스캐너로 레이저빔이 전달되도록 설치되는 제1반사부재와,
선형이동 또는 회전에 의하여 상기 제1반사부재로 전달되는 레이저빔의 광경로를 선택적으로 차단함과 아울러 레이저빔을 상기 제2스캐너로 전달하는 제2반사부재와,
선형이동 또는 회전에 의하여 상기 제1반사부재로 전달되는 레이저빔의 광경로상에 선택적으로 위치되어 레이저빔을 분할하여 상기 제1반사부재 및 상기 제2스캐너로 각각 전달하는 빔스플리터를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
청구항 1에 있어서,
상기 레이저소스로부터 레이저빔을 전달받아 포커싱렌즈로 집광하여 상기 스테이지에 안착된 시료에 조사하는 포커싱부; 및
상기 레이저소스에서 발생된 레이저빔을 상기 스캐닝부 또는 상기 포커싱부로 선택적으로 전달하는 선택전달부를 더 포함하는 레이저 가공장치.
청구항 8에 있어서,
상기 선택전달부는, 상기 레이저소스로부터 전달된 레이저빔의 방향을 전환하여 상기 스캐닝부 및 상기 포커싱부에 마련된 레이저수신부들 중 어느 하나로 전달하는 광경로전환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
청구항 9에 있어서,
상기 광경로전환부는,
상기 레이저소스로부터 전달된 레이저빔을 반사시키는 제1미러;
상기 제1미러에 의하여 반사된 레이저빔을 반사시키는 제2미러;
상기 제1미러 및 상기 제2미러를 이동시키는 미러이동부를 포함하고,
상기 미러이동부에 의하여 상기 제2미러가 상기 스캐닝부 및 상기 포커싱부에 마련된 레이저수신부들 중 어느 하나에 대응되는 위치로 이동되어 상기 제2미러에서 반사된 레이저빔이 상기 레이저수신부들 중 어느 하나로 전달되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.