KR20160071788A - Apparatus laser processing and method for driving the same - Google Patents

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Abstract

Disclosed are a laser processing device and a driving method thereof. The disclosed laser processing device comprises: a sliding guide member allowing a stage moving unit and a condensing lens moving unit to slide in an axis along a reference surface of a base; a processing actuator providing an accelerating force to the stage moving unit and the condensing lens moving unit; a condensing lens position measuring unit measuring a position of the condensing lens moving unit; a stage position measuring unit measuring a position of the stage moving unit; and a control unit controlling a difference in speed of the stage moving unit and the condensing lens moving unit within a processing region at a specific value based on the measurements of the condensing lens position measuring unit and the stage position measuring unit. The purpose of the present invention is to provide the laser processing method capable of reducing a time required to process while reducing an error for processing.

Description

레이저 가공 장치 및 그 구동 방법{Apparatus laser processing and method for driving the same}[0001] The present invention relates to a laser processing apparatus and a driving method thereof,

레이저 가공 장치 및 그 구동 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 진동을 최소화하여 고속 정밀 가공이 가능한 무진동 레이저 가공 장치 및 그 구동 방법에 관한 것이다.More particularly, to a vibrationless laser processing apparatus capable of minimizing vibration and capable of high-speed precision machining, and a driving method thereof.

레이저 가공은 레이저 발진기로부터 출사되는 레이저빔을 집광 렌즈로 포커싱하여 가공 대상물에 조사하는 위치를 변화시키면서 진행된다. 이러한 레이저 가공을 위해, 가공 대상물은 스테이지에 탑재되며, 스테이지를 이동시키거나, 집광 렌즈를 이동시켜, 레이저빔이 가공 대상물에 조사되는 위치를 변화시키게 된다.The laser processing proceeds while changing the position where the laser beam emitted from the laser oscillator is focused by the condensing lens and irradiated to the object to be processed. For such laser processing, the object to be processed is mounted on a stage, and the stage is moved or the condenser lens is moved to change the position where the laser beam is irradiated on the object.

가공 시간을 단축하기 위해서는, 스테이지나 집광 렌즈의 최대 가속력을 높여야 하는데, 높은 가속력은 높은 반발력에 의해 큰 진동을 초래하고, 이에 의해 큰 가공 오차가 초래될 수 있다.In order to shorten the machining time, it is necessary to increase the maximum acceleration force of the stage or the condenser lens, and a high acceleration force causes a large vibration due to a high repulsive force, thereby causing a large machining error.

스테이지나 집광 렌즈의 최대 가속력을 높여도 진동이 발생하지 않아, 가공 오차는 줄이면서 가공 시간을 단축할 수 있는 레이저 가공 장치 및 그 구동 방법을 제공한다.Provided is a laser machining apparatus and a method of driving the laser machining apparatus, in which no vibration is generated even when the maximum acceleration force of the stage or the condenser lens is increased, and the machining error can be reduced and the machining time can be shortened.

실시예에 따른 레이저 가공 장치는, 가공용 레이저빔을 집광하여 가공 대상물에 조사하는 집광 렌즈를 이동시키는 집광 렌즈 이동부와; 가공 대상물이 탑재되는 스테이지를 이동시키도록 마련된 스테이지 이동부와; 베이스의 기준면을 따라 상기 스테이지 이동부와 집광 렌즈 이동부가 일 축 방향으로 미끄러지도록 하는 미끄럼 가이드 구조와; 상기 스테이지 이동부 및 집광 렌즈 이동부에 가속력을 제공하는 가공 액츄에이터와; 상기 집광 렌즈 이동부의 위치를 측정하는 집광 렌즈 위치 측정부와; 상기 스테이지 이동부의 위치를 측정하는 스테이지 위치 측정부와; 상기 집광 렌즈 위치 측정부와 상기 스테이지 위치 측정부의 측정치를 이용하여, 가공 영역 내에서 상기 스테이지 이동부와 집광 렌즈 이동부 사이의 속도가 특정값이 되도록 제어하는 제어부;를 포함한다.A laser processing apparatus according to an embodiment includes a condensing lens moving unit that moves a condensing lens for condensing a working laser beam and irradiating the object to be processed; A stage moving section provided to move a stage on which the object to be processed is mounted; A sliding guide structure for sliding the stage moving part and the focusing lens moving part in a single axial direction along a reference plane of the base; A processing actuator for providing an acceleration force to the stage moving unit and the focusing lens moving unit; A condensing lens position measuring unit for measuring a position of the condensing lens moving unit; A stage position measuring unit for measuring a position of the stage moving unit; And a control unit for controlling the velocity between the stage moving unit and the focusing lens moving unit to be a specific value in the machining area by using the measurement values of the focusing lens position measuring unit and the stage position measuring unit.

상기 제어부는, 집광 렌즈가 특정 범위 안에 자동으로 유지되도록 중심 복원 제어를 할 수 있다.The control unit may perform central restoration control such that the focusing lens is automatically held within a specific range.

상기 제어부는, 상기 집광 렌즈 이동부의 질량 및 위치를 각각 M1, X1 이라 하고, 상기 스테이지의 질량 및 위치를 각각 M2, X2라 할 때, (M1+M2) X2 + M1 (X1-X2) = 0을 만족하도록 상기 스테이지 및 집광 렌즈 이동부의 위치 X1, X2를 제어할 수 있다.(M1 + M2) X2 + M1 (X1-X2) = 0 when the mass and position of the condensing lens moving unit are M1 and X1, respectively, and the mass and position of the stage are M2 and X2, The positions X1 and X2 of the stage and the condensing lens moving unit can be controlled.

상기 미끄럼 가이드 구조에서, 상기 스테이지 이동부와 집광 렌즈이동부 각각은 상기 기준면과 접촉하거나 비접촉하도록 마련될 수 있다.In the sliding guide structure, each of the stage moving part and the focusing lens moving part may be in contact with or not in contact with the reference plane.

상기 미끄럼 가이드 구조는, 상기 스테이지 이동부가 상기 베이스의 기준면을 따라 미끄러지도록 하는 제1리니어 가이드 및 상기 집광 렌즈 이동부가 상기 베이스의 기준면을 따라 미끄러지도록 하는 제2리니어 가이드 중 적어도 하나의 리니어 가이드를 포함하며, 상기 적어도 하나의 리니어 가이드는 상기 베이스에 마련될 수 있다.The sliding guide structure may include at least one linear guide among a first linear guide for allowing the stage moving unit to slide along the reference surface of the base and a second linear guide for sliding the condensing lens moving unit along the reference plane of the base And the at least one linear guide may be provided on the base.

상기 집광 렌즈 위치 측정부는, 상기 베이스의 기준면에 마련되는 제1스케일과; 상기 집광 렌즈 이동부에 상기 제1스케일에 대향하도록 마련되어 상기 제1스케일을 센싱하는 제1스케일 센싱 헤드;를 포함할 수 있다. The condensing lens position measuring unit may include: a first scale provided on a reference surface of the base; And a first scale sensing head arranged to face the first scale and sense the first scale on the condensing lens moving unit.

상기 스테이지 위치 측정부는, 상기 집광 렌즈 이동부에 마련되는 제2스케일과; 상기 스테이지 이동부에 상기 제2스케일에 대향하도록 마련되어 상기 제2스케일을 센싱하는 제2스케일 센싱 헤드;를 포함할 수 있다.The stage position measuring unit may include: a second scale provided in the condensing lens moving unit; And a second scale sensing head provided to the stage moving unit so as to face the second scale and sensing the second scale.

상기 가공 액츄에이터는, 상기 집광 렌즈 이동부에 가속력을 제공하도록 마련된 제1가공 액츄에이터와; 상기 스테이지 이동부에 가속력을 제공하도록 마련된 제2가공 액츄에이터;를 포함할 수 있다.The processing actuator includes: a first processing actuator provided to provide an acceleration force to the condensing lens moving unit; And a second processing actuator provided to provide an acceleration force to the stage moving unit.

상기 제1가공 액츄에이터는, 상기 집광 렌즈 이동부와 베이스 중 어느 하나에 설치된 제1자석과; 상기 제1자석과 상호 작용하도록 상기 집광 렌즈 이동부와 베이스 중 나머지 하나에 설치된 제1코일;을 포함하며, 상기 제1코일에 인가되는 전류에 따라 상기 집광 렌즈 이동부의 가속력 및 위치를 제어하도록 마련될 수 있다.The first processing actuator may include: a first magnet installed on the focusing lens moving part and the base; And a first coil installed on the other one of the condenser lens moving part and the base so as to interact with the first magnet and controlling an acceleration force and a position of the condenser lens moving part according to a current applied to the first coil .

상기 제1가공 액츄에이터는, 상기 베이스와 진동 측면에서 고립된 앵커 부재와 상기 집광 렌즈 이동부 중 어느 하나에 설치된 제1자석과; 상기 제1자석과 상호 작용하도록 상기 앵커 부재와 상기 집광 렌즈 이동부 중 나머지 하나에 설치된 제1코일;을 포함하며, 상기 제1코일에 인가되는 전류에 따라 상기 집광 렌즈 이동부의 가속력 및 위치를 제어하도록 마련될 수 있다.The first processing actuator may include: a first magnet disposed on the base, an anchor member isolated from the vibration side, and the focusing lens moving unit; And a first coil provided on the other one of the anchor member and the condenser lens moving unit so as to interact with the first magnet, and controlling an acceleration force and a position of the condenser lens moving unit according to a current applied to the first coil .

상기 제2가공 액츄에이터는, 상기 집광 렌즈 이동부와 스테이지 이동부 중 어느 하나에 설치된 제2자석과; 상기 제2자석과 상호 작용하도록 상기 집광 렌즈 이동부와 스테이지 이동부 중 나머지 하나에 설치된 제2코일;을 포함하며, 상기 제2코일에 인가되는 전류에 따라 상기 스테이지 이동부의 가속력 및 위치를 제어하도록 마련될 수 있다.The second processing actuator includes a second magnet provided on the condensing lens moving unit and the stage moving unit; And a second coil provided on the other one of the condensing lens moving part and the stage moving part so as to interact with the second magnet and controlling an acceleration force and a position of the stage moving part according to a current applied to the second coil .

상기 집광 렌즈 이동부의 위치를 X1 이라 하고, 상기 스테이지 이동부의 위치를 X2라 하고, X1-X2값을 X라 할 때, 상기 가공 액츄에이터에 의해 X값이 변하게 되며, 상기 가공 액츄에이터에 의해 변경되는 X 값을 상기 스테이지 위치 측정부를 통해 측정하여, 정해진 속도 프로파일에 따라 독립적으로 제어하도록 마련될 수 있다.The X value is changed by the machining actuator when the position of the condensing lens moving part is X1, the position of the stage moving part is X2, and the value of X1-X2 is X, Value can be measured through the stage position measuring unit and controlled independently in accordance with the determined speed profile.

상기 스테이지 이동부 및 집광 렌즈 이동부 중 적어도 어느 하나와 베이스 사이에 복원력을 제공하는 복원 액츄에이터;를 더 포함할 수 있다.And a restoring actuator for providing a restoring force between at least one of the stage moving unit and the focusing lens moving unit and the base.

상기 집광 렌즈 이동부의 질량 및 위치를 각각 M1, X1 이라 하고, 상기 스테이지 이동부의 질량 및 위치를 각각 M2, X2라 하고, X1-X2값을 X라 할 때, 상기 복원 액츄에이터는, 상기 스테이지 위치 X2가 M1/(M1+M2) X값이 되도록 제어하도록 마련될 수 있다.The mass and position of the converging lens moving part are M1 and X1, respectively, and the mass and position of the stage moving part are M2 and X2, respectively, and the value of X1-X2 is X, the restoring actuator moves the stage position X2 (M1 + M2) X value.

상기 집광 렌즈 이동부의 위치를 X1 이라 하고, 상기 스테이지 이동부의 위치를 X2라 하고, X1-X2값을 X라 할 때, 상기 가공 액츄에이터에 의해 X값이 변하게 되며, 상기 가공 액츄에이터에 의해 변경되는 X 값을 상기 스테이지 위치 측정부를 통해 측정하여, 정해진 속도 프로파일에 따라 독립적으로 제어하도록 마련될 수 있다.The X value is changed by the machining actuator when the position of the condensing lens moving part is X1, the position of the stage moving part is X2, and the value of X1-X2 is X, Value can be measured through the stage position measuring unit and controlled independently in accordance with the determined speed profile.

실시예에 따른 레이저 가공 장치 구동 방법은, 가공용 레이저빔을 집광하여 가공 대상물에 조사하는 집광 렌즈를 이동시키는 집광 렌즈 이동부와 가공 대상물이 탑재되는 스테이지를 이동시키도록 마련된 스테이지 이동부에 각각 가속력을 제공하여, 베이스의 기준면에 대해 일 축에 평행한 방향을 따라 미끄러지면서 구동되도록 하는 단계와; 상기 집광 렌즈 이동부의 위치나 상기 스테이지 이동부의 위치를 측정하는 단계와; 상기 집광 렌즈 이동부의 위치 측정치와 상기 스테이지 이동부의 위치 측정치를 이용하여, 가공 영역 내에서 상기 스테이지 이동부와 집광 렌즈 이동부 사이의 속도가 특정값이 되도록 제어하는 단계;를 포함한다.The laser machining apparatus driving method according to the embodiment is characterized in that an acceleration force is applied to a condensing lens moving section for moving a condensing lens for condensing a working laser beam to irradiate an object to be processed and a stage moving section for moving a stage on which the object to be processed is mounted, So as to be slid and driven along a direction parallel to one axis with respect to a reference plane of the base; Measuring a position of the condensing lens moving part and a position of the stage moving part; And controlling the speed between the stage moving unit and the focusing lens moving unit to be a specific value within the processing region using the position measurement value of the focusing lens moving unit and the position measurement value of the stage moving unit.

상기 집광 렌즈가 특정 범위 안에 자동으로 유지되도록 중심 복원 제어를 할하는 수 있다.The central restoration control may be performed so that the focusing lens is automatically held within a specific range.

상기 집광 렌즈 이동부의 질량 및 위치를 각각 M1, X1 이라 하고, 상기 스테이지의 질량 및 위치를 각각 M2, X2라 할 때, (M1+M2) X2 + M1 (X1-X2) = 0을 만족하도록 상기 스테이지 및 집광 렌즈 이동부의 위치 X1, X2를 제어할 수 있다.(M1 + M2) X2 + M1 (X1-X2) = 0 when the mass and position of the focusing lens moving unit are M1 and X1 and the mass and position of the stage are M2 and X2, The positions X1 and X2 of the stage and the condensing lens moving unit can be controlled.

상기 집광 렌즈 이동부의 위치를 X1 이라 하고, 상기 스테이지 이동부의 위치를 X2라 하고, X1-X2값을 X라 할 때, 상기 집광 렌즈 이동부나 스테이지 이동부의 구동에 의해 X값이 변하게 되며, 상기 X 값을 상기 스테이지 이동부의 위치 측정치를 이용하여, 정해진 속도 프로파일에 따라 독립적으로 제어하도록 마련될 수 있다.The X value is changed by driving the condenser lens moving unit or the stage moving unit when the position of the condensing lens moving unit is X1, the position of the stage moving unit is X2, and the value of X1-X2 is X, Value can be independently controlled using a position measurement of the stage moving unit according to a predetermined speed profile.

상기 스테이지 이동부 및 집광 렌즈 이동부 중 적어도 어느 하나와 베이스 사이에 복원력을 제공하여, 상기 집광 렌즈 이동부의 질량 및 위치를 각각 M1, X1 이라 하고, 상기 스테이지 이동부의 질량 및 위치를 각각 M2, X2라 하고, X1-X2값을 X라 할 때, 상기 스테이지 위치 X2가 M1/(M1+M2) X값이 되도록 제어할 수 있다.Wherein a mass and a position of the focusing lens moving unit are M1 and X1, respectively, and a mass and a position of the stage moving unit are M2 and X2, respectively, by providing a restoring force between at least one of the stage moving unit and the focusing lens moving unit and the base, And the X1-X2 value is X, the stage position X2 can be controlled to be M1 / (M1 + M2) X.

실시예에 따른 레이저 가공 장치 및 그 구동 방법에 따르면, 스테이지 이동부 및 집광 렌즈 이동부의 최대 가속력을 높여도 진동에 취약한 레이저 빔 경로를 포함한 영역에서 진동이 발생하지 않아, 무진동 레이저 가공(vibration free laser processing)을 구현할 수 있으며, 또한 고정밀 고속 레이저 가공을 구현할 수 있다. According to the laser processing apparatus and the driving method thereof according to the embodiment, even when the maximum acceleration force of the stage moving unit and the condensing lens moving unit is increased, vibration does not occur in a region including a laser beam path vulnerable to vibration, processing can be implemented, and high-speed high-speed laser processing can be realized.

도 1은 실시예에 따른 레이저 가공 장치를 보인 블록도이다.
도 2는 실시예에 따른 레이저 가공 장치를 개략적으로 보인 사시도이다.
도 3은 도 2의 레이저 가공 장치의 주요 부분을 보인 평면도이다.
도 4는 실시예에 따른 레이저 가공 장치의 광학적 구성을 예시적으로 보여준다.
도 5는 도 1의 레이저 가공 장치의 베이스에 배치되는 구성요소를 보여준다.
도 6은 다른 실시예에 따른 레이저 가공 장치의 주요 부분을 보인 평면도이다.
도 7은 기준점에 대한 집광 렌즈 이동부의 위치와 스테이지 이동부의 위치 를 예시적으로 보여준다.1 is a block diagram showing a laser machining apparatus according to an embodiment.
2 is a perspective view schematically showing a laser processing apparatus according to an embodiment.
3 is a plan view showing a main part of the laser processing apparatus of FIG.
Fig. 4 exemplarily shows an optical configuration of the laser processing apparatus according to the embodiment.
Fig. 5 shows components arranged on the base of the laser machining apparatus of Fig.
6 is a plan view showing a main part of a laser processing apparatus according to another embodiment.
7 exemplarily shows the position of the focusing lens moving part and the position of the stage moving part with respect to the reference point.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 실시예에 따른 레이저 가공 장치를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위해 과장되어 있을 수 있다.Hereinafter, a laser processing apparatus according to an embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, like reference numerals refer to like elements, and the size or thickness of each element may be exaggerated for clarity of explanation.

통상 이동부가 존재하지 않는 스캐너 미러 회전 방식은 스캐너 미러 회전에 의한 가공 대상물에 대한 빔 위치를 이동시키도록 된 것으로, 스캐너 미러 질량이 작아 진동도 작다. 따라서, 스캐너 미러 회전 방식은 무거운 스테이지 이동 방식 보다 고속 가공이 가능하다. 반면, 렌즈의 크기 대비 가공 대상물에 대한 빔 위치 이동이 크면 가공면과 가공면에 입사한 빔이 이루는 각도가 수직에서 벗어나 원치 않는 가공 품질 저하가 발생할 수 있다. 이러한 이유로 집광 렌즈에 레이저빔이 수직으로만 입사하도록 하는 수직 입사 광학계를 채택하고 가공 면적을 넓히기 위해 수직 입사 광학계와 가공 대상물 모두 또는 그 중 1개만 이동시키는 방식을 채택하게 된다. 이때, 가공 대상물을 이동 시키는 스테이지 이동부 또는 광학계의 질량이 크거나 고속 동작을 위한 급격한 가속시 큰 기계적 진동을 유발될 수 있다. 이러한 진동은 진동 진폭이 크고 주파수가 낮을수록 오랜 시간 계속될 수 있다. 예로서 최대 가속력이 1G이고 이동부 질량이 100kg 경우, 이 기계적 진동에 의한 스테이지 위치 오차는 수십~수백 마이크로미터에 이르고 진동 유지 시간은 수백 ms에 이를 수 있다. 이러한 기계적인 진동은 레이저 광 경로 진동을 초래하고, 이에 의해 생성된 레이저빔 경로 오차는 스테이지 위치 제어 오차와 더해져 큰 가공 오차를 유발할 수 있다. The scanner mirror rotation method in which the normal moving part does not exist is for moving the beam position with respect to the object to be processed by the scanner mirror rotation, and the scanner mirror mass is small and the vibration is small. Therefore, the scanner mirror rotation system can be processed at a higher speed than the heavy stage movement system. On the other hand, if the beam position shift with respect to the object to be processed is large relative to the size of the lens, the angle formed between the machined surface and the beam incident on the machined surface deviates from the vertical direction. For this reason, a vertical incidence optical system which allows the laser beam to be incident only vertically on the condensing lens is adopted and a method of moving both the vertical incidence optical system and the object to be processed or only one of them is adopted. At this time, the mass of the stage moving part or the optical system for moving the object to be processed may be large, or a large mechanical vibration may be caused at the time of rapid acceleration for high-speed operation. Such vibration can be continued for a long time as the vibration amplitude is large and the frequency is low. For example, when the maximum acceleration is 1 G and the mass of the moving part is 100 kg, the stage position error due to the mechanical vibration reaches several tens to several hundreds of micrometers, and the vibration holding time can reach several hundreds of milliseconds. This mechanical vibration causes laser beam path vibration, and the laser beam path error generated thereby may cause a large processing error in addition to the stage position control error.

이하에서 설명하는 실시예에 따른 레이저 가공 장치에 따르면, 수직 입사 광학계를 채택하는 구조로, 진동이 없어야 하는 베이스와 마찰을 최소화 하면서, 집광 렌즈와 스테이지에 탑재된 가공 대상물을 서로 반대 방향으로 이동시켜, 감가속시 발생하는 반발력을 최소화 예컨대, 영(zero)으로 할 수 있으므로, 스테이지 이동부 및 집광 렌즈 이동부의 최대 가속력을 높여도 진동이 발생하지 않게 되어, 가공 오차를 줄이면서 가공 시간을 단축할 수 있다.According to the laser machining apparatus according to the embodiment described below, the converging lens and the object to be processed mounted on the stage are moved in opposite directions to each other while minimizing the friction between the base and the base, , It is possible to minimize the repulsive force generated during the deceleration, for example, zero. Therefore, even if the maximum acceleration force of the stage moving unit and the condensing lens moving unit is increased, vibration is not generated, .

도 1은 실시예에 따른 레이저 가공 장치를 보인 블록도이다. 도 2는 실시예에 따른 레이저 가공 장치를 개략적으로 보인 사시도이고, 도 3은 도 2의 레이저 가공 장치의 주요 부분을 보인 평면도이다. 도 3에서는 도 2의 집광 렌즈유니트(30)의 도시가 생략되어 있다. 도 4는 실시예에 따른 레이저 가공 장치의 광학적 구성을 예시적으로 보여준다. 1 is a block diagram showing a laser machining apparatus according to an embodiment. Fig. 2 is a perspective view schematically showing a laser machining apparatus according to an embodiment, and Fig. 3 is a plan view showing a main part of the laser machining apparatus of Fig. In Fig. 3, the illustration of the focusing lens unit 30 of Fig. 2 is omitted. Fig. 4 exemplarily shows an optical configuration of the laser processing apparatus according to the embodiment.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 레이저 가공 장치는, 집광 렌즈 이동부(10)와, 스테이지 이동부(50), 미끄럼 가이드 구조(100), 가공 액츄에이터(200), 집광 렌즈 위치 측정부(300), 스테이지 위치 측정부(400) 및 제어부(500)를 포함한다.1 to 4, the laser processing apparatus includes a condensing lens moving unit 10, a stage moving unit 50, a sliding guide structure 100, a machining actuator 200, a condensing lens position measuring unit 300 A stage position measurement unit 400, and a control unit 500.

상기 집광 렌즈 이동부(10)는, 레이저 광원부(40)(40)로부터 제공되는 가공용 레이저빔을 집광하여 가공 대상물에 조사하는 집광 렌즈(35)를 이동시키기 위한 것으로, 집광 렌즈(35)를 포함하는 집광 렌즈유니트(30)가 탑재될 수 있다. The condensing lens moving unit 10 is for moving a condensing lens 35 for condensing a working laser beam provided from the laser light source units 40 and 40 to irradiate an object to be processed and includes a condenser lens 35 A condenser lens unit 30 can be mounted.

도 4를 참조하면, 상기 집광 렌즈유니트(30)는 집광 렌즈(35)에 부가하여, 레이저빔이 상기 집광 렌즈(35)에 수직으로 입사하도록 하는 수직 입사 광학계를 더 포함할 수 있다. 도 4에서는 상기 수직 입사 광학계로, 레이저 광원부(40)(40)로부터 입사되는 레이저빔을 집광 렌즈(35)로 향하도록 반사시키는 반사 미러(31)를 구비하는 예를 보여준다. 실시예에 따른 레이저 가공 장치는 레이저 광원부(40)로부터의 광을 집광 렌즈(35)로 레이저빔 전달부(45)를 이용하여 전달하도록 마련될 수도 있으며, 이 경우 상기 집광 렌즈 이동부(10)에는, 레이저 광원부(40)로부터 제공되는 가공용 레이저빔을 집광 렌즈(35)로 전달하는 레이저빔 전달부(45)의 적어도 일부분이 탑재될 수 있으며, 집광 렌즈 이동부(10)의 질량은 이러한 집광 렌즈(35) 및 레이저빔 전달부(45) 등을 포함하는 광학계의 질량까지 포함할 수 있다. 즉, 상기 집광 렌즈 이동부(10)는 탑재된 상기 레이저빔 전달부(45) 등을 포함하는 광학계와 집광 렌즈(35)를 함께 이동시킬 수 있다. 4, the condensing lens unit 30 may further include a vertical incidence optical system for allowing the laser beam to enter the condensing lens 35 vertically in addition to the condensing lens 35. 4 shows an example of the vertical incidence optical system including a reflection mirror 31 that reflects a laser beam incident from the laser light source units 40 and 40 toward the condenser lens 35. [ The laser processing apparatus according to the embodiment may be configured to transmit light from the laser light source unit 40 to the condenser lens 35 using the laser beam transmission unit 45. In this case, At least a part of the laser beam transmitting section 45 for transmitting the working laser beam provided from the laser light source section 40 to the condensing lens 35 can be mounted and the mass of the condensing lens moving section 10 can be Up to the mass of the optical system including the lens 35 and the laser beam transmitting portion 45 and the like. That is, the condensing lens moving unit 10 can move the condensing lens 35 together with the optical system including the mounted laser beam transmitting unit 45 and the like.

상기 레이저 광원부(40)는 가공용 레이저빔을 제공하는 것으로, 가공용 레이저빔을 출사하는 레이저 광원(41)을 포함하며, 가공 대상물에 적절한 가공 레이저빔을 조사할 수 있도록 다양한 광학적 구성을 가질 수 있다. 상기 레이저 광원부(40)는 예를 들어, 가공용 레이저빔을 스테이지(51)와 집광 렌즈(35) 이동 축 방향으로 출사하도록 베이스(1)에 고정될 수 있다. 상기 레이저 광원부(40)는 적어도 일부 구성이 상기 집광 렌즈 이동부(10)에 고정될 수도 있다. 레이저빔 전달부(45)로 광섬유(46) 등을 사용하는 경우, 상기 레이저 광원부(40)는 가공용 레이저빔을 출사하는 방향이 한정되지 않으므로, 베이스(1)에 고정시, 배치가 보다 자유로울 수 있다. 상기 레이저빔 전달부(45)는 상기 레이저 광원부(40)로부터의 레이저빔을 집광 렌즈(35)에 입사시키기 위한 것으로, 예를 들어, 광섬유(46) 등으로 구성될 수 있다. 여기서, 상기 레이저 광원부(40)는 집광 렌즈 이동부(10)에 탑재될 수도 있다. 이때, 상기 레이저 광원부(40)는 예를 들어 상기 스테이지(51)와 집광 렌즈(35) 이동 축 방향으로 레이저빔을 출사하거나 스테이지(51) 및 집광 렌즈(35) 이동 축 방향에 크로스되는 방향으로 레이저빔을 출사하도록 배치될 수 있으며, 상기 레이저빔 전달부(45)로 레이저 광원부(40)로부터 출사되느 레이저빔을 집광 렌즈(35) 쪽으로 진행하도록 하는 미러들의 조합일 수 있다. 예를 들어, 도 4에서 집광 렌즈유니트(30)(30)의 반사 미러(31)는 상기 레이저빔 전달부(45)의 구성요소일 수 있으며, 다른 예로서, 상기 레이저 광원부(40)와 집광 렌즈유니트(30)(30) 사이에 별도의 레이저빔 전달부(45)를 구비하지 않을 수도 있다.The laser light source unit 40 provides a processing laser beam and includes a laser light source 41 for emitting a processing laser beam and may have various optical configurations to irradiate an object to be processed with a suitable laser beam. The laser light source unit 40 may be fixed to the base 1 to emit, for example, a working laser beam in the direction of the movement axis of the stage 51 and the condenser lens 35. At least a part of the laser light source unit 40 may be fixed to the converging lens moving unit 10. When the optical fiber 46 or the like is used as the laser beam transmitting portion 45, the direction in which the laser beam is emitted from the laser beam source 40 is not limited, have. The laser beam transmission unit 45 is for making the laser beam from the laser light source unit 40 enter the condenser lens 35 and may be composed of an optical fiber 46 or the like. Here, the laser light source unit 40 may be mounted on the condensing lens moving unit 10. At this time, the laser light source unit 40 emits a laser beam in the direction of the movement axis of the stage 51 and the condenser lens 35, or in the direction of crossing the movement direction of the stage 51 and the condenser lens 35 And may be a combination of mirrors arranged so as to emit a laser beam and to advance the laser beam emitted from the laser beam source unit 40 to the laser beam transmitting unit 45 toward the condenser lens 35. For example, in FIG. 4, the reflecting mirror 31 of the focusing lens units 30 and 30 may be a component of the laser beam transmitting unit 45, and as another example, the laser beam source unit 40, A separate laser beam transmission unit 45 may not be provided between the lens units 30 and 30.

상기 집광 렌즈(35)는, 상기 레이저빔 전달부(45)에 의해 전달되는 레이저빔을 집광하여 스테이지(51)에 탑재된 가공 대상물에 집광점을 만들기 위한 것으로, 예를 들어, 굴절형 집광 렌즈를 사용하거나 집광 기능의 오목 미러를 사용할 수 있다. 도 4에서는 예시적으로 집광 렌즈(35)로 굴절형 집광 렌즈를 사용하는 경우를 예시적으로 보여준다.The condensing lens 35 condenses a laser beam transmitted by the laser beam transmitting portion 45 and makes a light-converging point on the object to be processed mounted on the stage 51. For example, Or a concave mirror of a condensing function can be used. FIG. 4 exemplarily shows a case where the converging lens 35 is an inflection type focusing lens.

상기와 같은 레이저빔 전달부(45) 등을 포함하는 광학계 및 집광 렌즈(35)의 조합에 의해, 실시예에 따른 레이저 가공 장치는 레이저빔이 집광 렌즈(35)에 수직으로 입사하는 수직 입사 광학계를 채택할 수 있으므로, 스캐너 미러를 사용할 때와 같은 가공 품질 저하 문제가 생기지 않게 된다.By the combination of the optical system including the laser beam transmitting portion 45 and the like and the condenser lens 35 as described above, the laser processing apparatus according to the embodiment can be realized by the combination of the vertical incidence optical system It is possible to avoid the problem of lowering of the machining quality as in the case of using the scanner mirror.

이상에서는 도 4를 참조로, 실시예에 따른 레이저 가공 장치에 적용되는 레이저 광원부(40), 레이저빔 전달부(45), 집광 렌즈(35) 등의 광학계 구성을 설명하였는데, 이는 예시적인 것으로, 실시예에 따른 레이저 가공 장치의 광학계 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 레이저 가공 장치의 광학계 구성은 다양하게 변형될 수 있다. The optical system configuration of the laser beam source unit 40, the laser beam transmitting unit 45, and the condenser lens 35 applied to the laser processing apparatus according to the embodiment has been described above with reference to FIG. 4, The optical system configuration of the laser processing apparatus according to the embodiment is not limited thereto, and the optical system configuration of the laser processing apparatus can be variously modified.

상기 스테이지 이동부(50)는, 가공 대상물 예컨대, 칩이 어레이된 웨이퍼가 탑재된 스테이지(51)를 이동시키도록 마련되는 것으로, 스테이지 이동부(50)의 질량은 스테이지(51) 및 가공 대상물의 질량을 포함할 수 있다. 레이저 가공 동작시, 상기 스테이지 이동부(50)와 집광 렌즈 이동부(10)는 동일 축을 따라 서로 반대 방향으로 진동이 최소화되도록 위치 제어될 수 있다.The stage moving part 50 is provided so as to move a stage 51 on which an object to be processed, for example, a wafer on which chips are arrayed is mounted. The mass of the stage moving part 50 is set so that the mass of the stage 51 and the object to be processed Mass < / RTI > In the laser machining operation, the stage moving part 50 and the focusing lens moving part 10 can be position-controlled such that the vibration is minimized in opposite directions along the same axis.

상기 미끄럼 가이드 구조(100)는, 베이스(1)의 기준면(1a)을 따라 상기 스테이지 이동부(50)와 집광 렌즈 이동부(10)가 일 축 방향으로 미끄러지도록 가이드한다. 상기 미끄럼 가이드 구조(100)에서 상기 스테이지 이동부(50)와 집광 렌즈 이동부(10) 각각은 상기 기준면(1a)과 접촉하거나 비접촉할 수 있다. The sliding guide structure 100 guides the stage moving part 50 and the focusing lens moving part 10 to slide along the reference surface 1a of the base 1 in one axial direction. In the slide guide structure 100, each of the stage moving part 50 and the focusing lens moving part 10 may be in contact with or not in contact with the reference surface 1a.

상기 미끄럼 가이드 구조(100)는 도 5에서와 같이, 상기 스테이지 이동부(50)가 상기 베이스(1)의 기준면(1a)을 따라 미끄러지도록 하는 제1리니어 가이드(101)와, 상기 집광 렌즈 이동부(10)가 상기 베이스(1)의 기준면(1a)을 따라 미끄러지도록 하는 제2리니어 가이드(103)를 포함할 수 있다. 상기 제1리니어 가이드(101)는 베이스(1)에 마련될 수 있다. 또한, 상기 제2리니어 가이드(103)는 베이스(1)에 마련될 수 있다. 상기 제1리니어 가이드(101) 및 제2리니어 가이드(103) 각각은, 도 5에서와 같이 서로 대칭되게 한쌍이 구비될 수 있다. 또한, 상기 제1리니어 가이드(101) 및 제2리니어 가이드(103)는 서로 평행하게 배열될 수 있다. 여기서, 상기 미끄럼 가이드 구조(100)는 상기 제1리니어 가이드(101) 및 제2리니어 가이드(103) 중 어느 하나의 리니어 가이드만을 포함할 수도 있다. 이하에서는, 미끄럼 가이드 구조(100)가 제1리니어 가이드(101) 및 제2리니어 가이드(103)를 모두 포함하는 경우를 예를 들어 설명한다.5, the slide guide structure 100 includes a first linear guide 101 for allowing the stage moving unit 50 to slide along the reference surface 1a of the base 1, And a second linear guide 103 for slidably moving the part 10 along the reference surface 1a of the base 1. The first linear guide 101 may be provided on the base 1. The second linear guide 103 may be provided on the base 1. Each of the first linear guide 101 and the second linear guide 103 may be symmetrical to each other as shown in FIG. The first linear guide 101 and the second linear guide 103 may be arranged parallel to each other. Here, the sliding guide structure 100 may include only one linear guide of the first linear guide 101 and the second linear guide 103. Hereinafter, a case where the sliding guide structure 100 includes both the first linear guide 101 and the second linear guide 103 will be described as an example.

상기 스테이지 이동부(50)에는 제1리니어 가이드(101)가 미끄러짐 가능하게 결합되는 구조가 형성될 수 있다. 또한, 상기 집광 렌즈 이동부(10)에는 제2리니어 가이드(103)가 미끄러짐 가능하게 결합되는 구조가 형성될 수 있다.The stage moving part 50 may have a structure in which the first linear guide 101 is slidably coupled. In addition, the condensing lens moving unit 10 may include a structure in which the second linear guide 103 is slidably coupled.

상기와 같은 미끄럼 가이드 구조(100)에 의해, 상기 스테이지 이동부(50) 및 집광 렌즈 이동부(10)는 일 축 방향으로 마찰력이 거의 없는 상태로 미끄러질 수 있으며, 이 일축 방향을 따라 가공 액츄에이터(200)에 의해 이동될 수 있다. The stage moving part 50 and the focusing lens moving part 10 can be slid in a state in which there is little frictional force in one axial direction by the sliding guide structure 100 as described above, 200).

상기 가공 액츄에이터(200)는, 상기 스테이지 이동부(50) 및 집광 렌즈 이동부(10) 사이의 가속력을 제공하기 위한 것으로, 예를 들어, 상기 집광 렌즈 이동부(10)에 가속력을 제공하도록 마련된 제1가공 액츄에이터(210)와, 상기 스테이지 이동부(50)에 가속력을 제공하도록 마련된 제2가공 액츄에이터(230)를 포함할 수 있다.The processing actuator 200 is for providing an acceleration force between the stage moving section 50 and the focusing lens moving section 10 and may be provided with a driving mechanism for moving the focusing lens moving section 10 And may include a first processing actuator 210 and a second processing actuator 230 provided to provide an acceleration force to the stage moving unit 50.

도 3을 참조하면, 상기 제1가공 액츄에이터(210)는, 상기 집광 렌즈 이동부(10)와 베이스(1) 중 어느 하나에 설치된 제1자석(211)과, 상기 제1자석(211)과 상호 작용하도록 상기 집광 렌즈 이동부(10)와 베이스(1) 중 나머지 하나에 설치된 제1코일(215)을 포함할 수 있으며, 상기 제1코일(215)에 인가되는 전류에 따라 상기 집광 렌즈 이동부(10)의 가속력 및 위치를 변화시키도록 마련될 수 있다. 도 2 및 도 3에서는 상기 제1자석(211)이 베이스(1)의 기준면(1a)에 배치되고, 제1코일(215)이 집광 렌즈 이동부(10)에 마련된 경우를 예시적으로 보여준다.3, the first processing actuator 210 includes a first magnet 211 disposed on one of the focusing lens moving unit 10 and the base 1, And may include a first coil 215 mounted on the other one of the focusing lens moving part 10 and the base 1 so as to interact with the first coil 215. In accordance with the current applied to the first coil 215, And may be provided so as to vary the acceleration force and position of the unit 10. 2 and 3 illustrate a case in which the first magnet 211 is disposed on the reference surface 1a of the base 1 and the first coil 215 is provided on the condensing lens moving unit 10. FIG.

다른 예로서, 도 6을 참조하면, 상기 제1가공 액츄에이터(210)는, 상기 베이스(1)와 진동 측면에서 고립된 앵커 부재(5)와 상기 집광 렌즈 이동부(10) 중 어느 하나에 제1자석(211)이 설치되고, 상기 제1자석(211)과 상호 작용하도록 상기 앵커 부재(5)와 상기 집광 렌즈 이동부(10) 중 나머지 하나에 제1코일(215)이 설치될 수도 있다. 도 6에서는 앵커 부재(5)에 제1자석(211)이 설치되고, 집광 렌즈 이동부(10)에 제1코일(215)이 설치된 예를 보여준다. 6, the first processing actuator 210 includes a base 1, an anchoring member 5 isolated from the vibration side, and a condenser lens moving part 10, A first magnet 211 may be installed and a first coil 215 may be installed on the other one of the anchor member 5 and the condenser lens moving part 10 so as to interact with the first magnet 211 . 6 shows an example in which the first magnet 211 is provided on the anchor member 5 and the first coil 215 is provided on the focusing lens moving unit 10. [

한편, 상기 제2가공 액츄에이터(230)는, 도 2, 도 3 및 도 6에서와 같이, 상기 집광 렌즈 이동부(10)와 스테이지 이동부(50) 중 어느 하나에 설치된 제2자석(231)과, 상기 자석과 상호 작용하도록 상기 집광 렌즈 이동부(10)와 스테이지 이동부(50) 중 나머지 하나에 설치된 제2코일(235)을 포함할 수 있으며, 상기 제2코일(235)에 인가되는 전류에 따라 상기 스테이지 이동부(50)의 가속력 및 위치를 변화시키도록 마련될 수 있다. 도 2, 도 3 및 도 6에서는, 상기 제2자석(231)이 집광 렌즈 이동부(10)에 배치되고, 제2코일(235)이 스테이지 이동부(50)에 마련된 경우를 예시적으로 보여준다.2, 3, and 6, the second processing actuator 230 includes a second magnet 231 disposed on one of the focusing lens moving unit 10 and the stage moving unit 50, And a second coil 235 installed on the other one of the condenser lens moving part 10 and the stage moving part 50 to interact with the magnet, And may be provided to change the acceleration force and the position of the stage moving unit 50 according to the current. 2, 3 and 6 illustrate the case where the second magnet 231 is disposed in the condensing lens moving section 10 and the second coil 235 is provided in the stage moving section 50 .

다시 도 1 및 도 2 참조하면, 상기 집광 렌즈 위치 측정부(300)는, 상기 집광 렌즈 이동부(10)의 위치를 측정하며, 상기 스테이지 위치 측정부(400)는, 상기 스테이지 이동부(50)의 위치를 측정한다.1 and 2, the focusing lens position measuring unit 300 measures the position of the focusing lens moving unit 10, and the stage position measuring unit 400 includes a stage moving unit 50 ) Is measured.

상기 집광 렌즈 위치 측정부(300)는, 상기 베이스(1)의 기준면(1a)에 마련되는 제1스케일(310)과, 상기 집광 렌즈 이동부(10)에 상기 제1스케일(310)에 대향하도록 마련되어 상기 제1스케일(310)을 센싱하는 제1스케일 센싱 헤드(315)를 포함할 수 있다. The condensing lens position measuring unit 300 includes a first scale 310 provided on the reference surface 1a of the base 1 and a second scale 310 provided on the condensing lens moving unit 10, And a first scale sensing head 315 for sensing the first scale 310.

상기 스테이지 위치 측정부(400)는, 상기 집광 렌즈 이동부(10)에 마련되는 제2스케일(330)과, 상기 스테이지 이동부(50)에 상기 제2스케일(330)에 대향하도록 마련되어 상기 제2스케일(330)을 센싱하는 제2스케일 센싱 헤드(335)를 포함할 수 있다.The stage position measuring unit 400 includes a second scale 330 provided on the condensing lens moving unit 10 and a second scale 330 provided on the stage moving unit 50 so as to face the second scale 330, And a second scale sensing head 335 for sensing the second scale 330.

도 7을 참조하면, 상기 집광 렌즈 위치 측정부(300)에 의해, 기준점(R)으로부터 상기 집광 렌즈 이동부(10)의 위치 X1이 측정되며, 상기 스테이지 위치 측정부(400)에 의해, 상기 기준점으로부터 상기 스테이지 이동부(50)의 위치 X2가 측정될 수 있다. 또한, 상기 스테이지 위치 측정부(400)의 제2스케일(330)이 집광 렌즈 이동부(10)에 배치되므로, 상기 스테이지 위치 측정부(400)는 상기 집광 렌즈 이동부(10)의 위치 X1과 상기 스테이지 이동부(50)의 위치 X2 사이의 간격 X를 측정할 수 있다. 도 7은 기준점(R)에 대한 집광 렌즈 이동부(10)의 위치 X1과 스테이지 이동부(50)의 위치 X2를 예시적으로 보여준다.7, the position X1 of the condensing lens moving unit 10 is measured from the reference point R by the condensing lens position measuring unit 300, and the position X1 of the condensing lens moving unit 10 is measured by the stage position measuring unit 400 The position X2 of the stage moving part 50 can be measured from the reference point. Since the second scale 330 of the stage position measuring unit 400 is disposed at the condensing lens moving unit 10, the stage position measuring unit 400 can measure the position X1 of the condensing lens moving unit 10 The distance X between the positions X2 of the stage moving part 50 can be measured. FIG. 7 exemplarily shows the position X1 of the condensing lens moving part 10 and the position X2 of the stage moving part 50 with respect to the reference point R. FIG.

상기 집광 렌즈 이동부(10)의 위치 X1과 상기 스테이지 이동부(50)의 위치 X2 사이의 간격 X는 X = X1-X2가 된다. 집광 렌즈 이동부(10)와 스테이지 이동부(50)의 상대적인 위치에 따라 X는 포지티브, 영(zero), 네거티브 값이 될 수 있다. 상기 X값은 가공 액츄에이터(200)의 구동에 의해 변하게 된다. 즉, 상기 X값은 상기 제1가공 액츄에이터(210)에 의한 집광 렌즈 이동부(10)의 위치 이동, 제2가공 액츄에이터(230)에 의한 스테이지 이동부(50)의 위치 이동에 따라 변하게 된다. 또한, 상기 X값이 변하는 속도 즉, V=dX/dt나 가속도는 상기 제1가공 액츄에이터(210) 및 제2가공 액츄에이터(230)에 의한 구동력에 따라 일정하거나 변화될 수 있다. 따라서, 상기 스테이지(51)의 위치 또는 집광 렌즈(35) 위치가 가공 영역에 속할 때, 스테이지(51)와 집광 렌즈(35) 사이의 속도가 특정값이 되도록 제어하면서, 가공 대상물에 레이저빔을 조사하여 가공할 수 있다.The interval X between the position X1 of the condensing lens moving part 10 and the position X2 of the stage moving part 50 becomes X = X1-X2. Depending on the relative positions of the condensing lens moving unit 10 and the stage moving unit 50, X may be a positive, zero, or negative value. The X value is changed by the driving of the machining actuator 200. That is, the X value changes according to the positional movement of the focusing lens moving unit 10 by the first processing actuator 210 and the positional movement of the stage moving unit 50 by the second processing actuator 230. In addition, the speed at which the X value changes, that is, V = dX / dt or the acceleration may be constant or changed according to the driving force of the first processing actuator 210 and the second processing actuator 230. Therefore, when the position of the stage 51 or the position of the condenser lens 35 belongs to the machining area, while controlling the speed between the stage 51 and the condenser lens 35 to be a specific value, Irradiation and processing.

상기와 같이, 가공 액츄에이터(200)에 의해 변경되는 X값은 스테이지 위치 측정부(400)를 통해 측정할 수 있으며, 상기 집광 렌즈 이동부(10) 및 스테이지 이동부(50) 각각은 정해진 속도 프로파일에 따라 독립적으로 제어될 수 있다.As described above, the X value changed by the machining actuator 200 can be measured through the stage position measuring unit 400, and each of the condensing lens moving unit 10 and the stage moving unit 50 can measure the X- As shown in FIG.

이를 위하여, 상기 제어부(500)는, 도 1에서와 같이, 상기 집광 렌즈 위치 측정부(300)와 상기 스테이지 위치 측정부(400)의 측정치를 이용하여, 가공 영역 내에서 상기 스테이지 이동부(50)와 집광 렌즈 이동부(10) 사이의 속도가 특정값이 되도록 제어할 수 있다. 또한, 상기 제어부(500)는 집광 렌즈(35)가 특정 범위 안에 자동으로 유지되도록 중심 복원 제어를 할 수 있다.1, the controller 500 controls the stage moving unit 50 (see FIG. 1) in the machining area using the measurement values of the condensing lens position measuring unit 300 and the stage position measuring unit 400, And the converging lens moving unit 10 can be controlled to be a specific value. In addition, the controller 500 may perform central restoration control so that the focusing lens 35 is automatically maintained within a specific range.

상기 제어부(500)는 상기 가공 액츄에이터(200)의 제1 및 제2가공 액츄에이터(210)(230)를 각각 독립적으로 제어하도록 마련될 수 있다. 상기 제어부(500)는, 제1 및 제2가공 액츄에이터(210)(230)를 제어하여, 상기 집광 렌즈 이동부(10)의 질량 및 위치를 각각 M1, X1 이라 하고, 상기 스테이지(51)의 질량 및 위치를 각각 M2, X2라 할 때, (M1+M2) X2 + M1 (X1-X2) = 0을 만족하도록, 상기 스테이지(51) 및 집광 렌즈 이동부(10)의 위치 X1, X2가 조절되도록 할 수 있다.The control unit 500 may be provided to independently control the first and second processing actuators 210 and 230 of the processing actuator 200, respectively. The control unit 500 controls the first and second processing actuators 210 and 230 so that the mass and position of the converging lens moving unit 10 are M1 and X1 respectively, The positions X1 and X2 of the stage 51 and the converging lens moving section 10 are set so as to satisfy (M1 + M2) X2 + M1 (X1-X2) = 0 when the mass and the position are respectively M2 and X2 .

한편, 실시예에 따른 레이저 가공 장치는, 상기 스테이지 이동부(50)와 집광 렌즈 이동부(10) 중 적어도 어느 하나와 베이스(1) 사이에 복원력을 제공하는 복원 액츄에이터(600)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 복원 액츄에이터(600)는 스테이지 이동부(50)와 베이스(1) 중 어느 하나에 마련된 자석(610)과, 나머지 하나에 마련된 코일(615)을 포함할 수 있다. 도 1에서는 복원 액츄에이터(600)의 자석(610)이 베이스(1)에 마련되고, 코일(615)이 스테이지 이동부(50)에 마련된 예를 보여준다.The laser processing apparatus according to the embodiment further includes a restoring actuator 600 for providing a restoring force between at least one of the stage moving unit 50 and the focusing lens moving unit 10 and the base 1 . For example, the restoring actuator 600 may include a magnet 610 provided on one of the stage moving part 50 and the base 1, and a coil 615 provided on the other. 1 shows an example in which a magnet 610 of the restoring actuator 600 is provided on the base 1 and a coil 615 is provided on the stage moving part 50. [

상기 복원 액츄에이터(600)는 상기 스테이지(51) 위치 X2가 (M1/(M1+M2))X 값이 되도록 제어할 수 있다.The restoring actuator 600 can control the position X2 of the stage 51 to be (M1 / (M1 + M2)) X value.

여기서, 상기 X1 및 X2값들이 각각 특정 범위 즉, 가공 영역 및 가공 영역에서 원하는 가공 속도를 달성하도록 가속력이 부가되는 영역을 포함하는 범위 밖이면, 상기 가공 액츄에이터(200) 및 복원 액츄에이터(600)의 동작들은 자동으로 멈추도록 세팅될 수 있다.If the X1 and X2 values are out of the range including the region to which the acceleration force is applied so as to achieve the desired machining speed in the specific range, that is, the machining region and the machining region, the machining operation of the machining actuator 200 and the restoring actuator 600 Actions can be set to stop automatically.

상기한 바와 같은 실시예에 따른 레이저 가공 장치에 따르면, 가속력을 높여 가공 시간 단축을 실현하면서도, 진동에 의한 가공 오차를 줄일 수 있어, 양호한 가공 품질을 확보할 수 있다.According to the laser machining apparatus according to the embodiment as described above, the machining error due to the vibration can be reduced while realizing the machining time reduction by raising the acceleration force, thereby ensuring the good machining quality.

예를 들어, 10mm x 10mm 크기의 칩들이 만들어져 있는 예컨대, 직경 300mm 웨이퍼를 최소 시간에 레이저 가공하기 위해, 레이저 빔의 위치는 고정되어 있고 웨이퍼를 이동시키며 등속에서만 가공 영역을 가공하는 방식을 고려해보자. 특정 가속력에 대해 등속 구간 속력이 높아짐에 따라 정지 상태부터 가공에 필요한 등속 구간 속력까지 가속하기 위해 필요한 시간은 늘어 나는데, 가공 영역을 가공하는 시간은 줄어 든다. 따라서, 등속 구간 속력의 최적 값이 존재하는데, 단순히 등속 구간 속력을 높인다고 해서 레이저 가공시간이 단축되는 것이 아니며, 가속력을 높일 필요가 있다.For example, consider a method of laser processing a wafer of 10 mm x 10 mm in size, for example, a 300 mm diameter wafer, in which the position of the laser beam is fixed and the wafer is moved and the machining area is machined at constant velocity . As the speed of the constant velocity section increases with respect to a specific acceleration force, the time required to accelerate from the stop state to the constant velocity section required for machining is increased, and the machining time is reduced. Therefore, there is an optimum value of the constant velocity section speed. Even if simply increasing the constant velocity section velocity, the laser processing time is not shortened, and it is necessary to increase the acceleration force.

실시예에 따른 레이저 가공 장치에 따르면, 이러한 가공 시간을 단축하기 위해 스테이지(51) 및 집광 렌즈(35)의 최대 가속력을 높이는 경우에도, 집광 렌즈(35)와 스테이지(51)에 탑재된 가공 대상물을 서로 반대 방향으로 이동시켜, 감가속시 발생하는 반발력을 최소화 예컨대, 영(zero)으로 할 수 있으므로, 진동이 발생하지 않게 되며, 이에 따라 가공 오차를 줄이면서 가공 시간을 단축할 수 있다.According to the laser processing apparatus according to the embodiment, even when the maximum acceleration force of the stage 51 and the condenser lens 35 is increased to shorten the processing time, the condenser lens 35 and the object to be processed The repulsive force generated during the deceleration can be minimized, for example, zero, so that no vibration is generated, and the machining time can be shortened while reducing the machining error.

상기한 바와 같은 레이저 가공 장치에 있어서, 가공 액츄에이터(200) 즉, 제1가공 액츄에이터(210)와 제2가공 액츄에이터(230)에 의해 변경되는 X(=X1-X2)값은 집광 렌즈 이동부(10)에 부착된 제2스케일(330)과, 이에 대응되게 스테이지 이동부(50)에 마련되어 상기 제2스케일(330)을 센싱하는 제2스케일 센싱 헤드(335)를 포함하는 스테이지 위치 측정부(400)를 통해 측정할 수 있다. 이때, 상기 제어부(500)는 상기 제2스케일(330)과 제2스케일 센싱 헤드(335)를 통해 측정된 X값의 시간에 따른 변화 즉, 속도 V(=dX/dt)가 정해진 속도 프로파일에 따르도록 상기 제1가공 액츄에이터(210)와 제2가공 액츄에이터(230)를 제어할 수 있다. In the laser machining apparatus as described above, X (= X1-X2) values changed by the machining actuator 200, that is, the first machining actuator 210 and the second machining actuator 230, And a second scale sensing head 335 provided on the stage moving part 50 to sense the second scale 330 corresponding to the second scale 330, 400). ≪ / RTI > At this time, the controller 500 determines whether a change with time of the X value measured through the second scale 330 and the second scale sensing head 335, that is, a velocity V (= dX / dt) The first processing actuator 210 and the second processing actuator 230 can be controlled so as to follow the first and second processing actuators 210 and 230, respectively.

또한, 상기 제어부(500)는 복원 액츄에이터(600)를 이용하여 스테이지 이동부(50) 위치 즉, 스테이지(51) 위치 X2가 (M1/(M1+M2))X 값이 되도록 X2를 X에 대해 종속적으로 제어할 수 있다. 이와 같이 제어하기 위해 복원 액츄에이터(600)의 자석이 받는 반작용력은 스테이지 이동부(50)와 미끄럼 가이드 구조(100)의 제1리니어 가이드(101) 사이의 마찰력 및 집광 렌즈 이동부(10)와 미끄럼 가이드 구조(100)의 제2리니어 가이드(103) 사이의 마찰력 차이에 해당하므로, 가공 액츄에이터(200)의 자석 즉, 제1가공 액츄에이터(210)의 제1자석(211) 및 제2가공 액츄에이터(230)의 제2자석(231)이 받는 반작용력에 비해 매우 작을 수 있다.The control unit 500 controls the actuator 600 to move the stage moving unit 50 such that the position X2 of the stage 51 becomes (M1 / (M1 + M2)) X, It can be controlled in a dependent manner. The reaction force received by the magnets of the restoring actuator 600 is controlled by the frictional force between the stage moving part 50 and the first linear guide 101 of the sliding guide structure 100 and the frictional force between the focusing lens moving part 10 The magnets of the processing actuator 200, that is, the first magnets 211 of the first machining actuator 210 and the second machining actuators 210 of the first machining actuator 210 correspond to the difference in frictional force between the second linear guides 103 of the sliding guide structure 100, The reaction force of the second magnet 231 of the second magnet 230 may be very small.

한편, 상기 제1가공 액츄에이터(210)의 제1자석(211)을 베이스(1)에 고정하는 대신에, 이 베이스(1)와 진동 측면에서 고립된 앵커 부재(5)에 장착하는 경우, 베이스(1)의 진동을 더욱 줄일 수 있다.On the other hand, when the first magnet 211 of the first processing actuator 210 is mounted on the anchor member 5 isolated from the base 1 and the vibration side in place of fixing the first magnet 211 to the base 1, The vibration of the motor 1 can be further reduced.

진동 측면에서 고립된 앵커 부재(5)의 질량은 스테이지 이동부(50)의 질량과 집광 렌즈 이동부(10)의 질량의 합보다 매우 크므로, 고립된 앵커 부재(5)에 장착된 제1자석(211)과 집광 렌즈 이동부(10)에 장착된 제1코일(215)의 상호 작용력에 의해 앵커 부재(5)가 이동하는 일이 생기지 않는다. 따라서, 앵커 부재(5)가 사용되는 경우, 가공 액츄에이터(200)와 복원 액츄에이터(600)의 전원 및 계측 제어 신호선들이 탑재되는 케이블베이어(cableveyor)들은 앵커 부재(5)에 장착하여, 케이블베이어들에 의한 마찰력 발생을 줄일 수 있다. Since the mass of the anchor member 5 isolated from the vibration side is much larger than the sum of the mass of the stage moving part 50 and the mass of the focusing lens moving part 10, The anchor member 5 does not move due to the mutual action force of the magnet 211 and the first coil 215 mounted on the converging lens moving part 10. [ Therefore, when the anchor member 5 is used, the cable payers on which the power source and the measurement control signal lines of the processing actuator 200 and the restoring actuator 600 are mounted are mounted on the anchor member 5, It is possible to reduce the generation of frictional force caused by the friction.

1…베이스 1a…기준면
10…집광 렌즈 이동부 30…집광 렌즈유니트
35…집광 렌즈 40…레이저 광원부
50…스테이지 이동부 51…스테이지
100…미끄럼 가이드 구조 101…제1리니어 가이드
103…제2리니어 가이드 200…가공 액츄에이터
300…집광 렌즈 위치 측정부 400…스테이지 위치 측정부
500…제어부 600…복원 액츄에이터One… Base 1a ... Reference plane
10 ... Converging lens moving part 30 ... Condensing lens unit
35 ... Condensing lens 40 ... The laser light source unit
50 ... The stage moving section 51 ... stage
100 ... Slide guide structure 101 ... The first linear guide
103 ... The second linear guide 200 ... Machining Actuator
300 ... Condensing lens position measuring unit 400 Stage position measuring unit
500 ... The control unit 600 ... Restorative actuator

Claims (20)

가공용 레이저빔을 집광하여 가공 대상물에 조사하는 집광 렌즈를 이동시키는 집광 렌즈 이동부와;
가공 대상물이 탑재되는 스테이지를 이동시키도록 마련된 스테이지 이동부와;
베이스의 기준면을 따라 상기 스테이지 이동부와 집광 렌즈 이동부가 일 축 방향으로 미끄러지도록 하는 미끄럼 가이드 구조와;
상기 스테이지 이동부 및 집광 렌즈 이동부에 가속력을 제공하는 가공 액츄에이터와;
상기 집광 렌즈 이동부의 위치를 측정하는 집광 렌즈 위치 측정부와;
상기 스테이지 이동부의 위치를 측정하는 스테이지 위치 측정부와;
상기 집광 렌즈 위치 측정부와 상기 스테이지 위치 측정부의 측정치를 이용하여, 가공 영역 내에서 상기 스테이지 이동부와 집광 렌즈 이동부 사이의 속도가 특정값이 되도록 제어하는 제어부;를 포함하는 레이저 가공 장치.A condensing lens moving unit for moving a condensing lens for condensing a working laser beam to irradiate an object to be processed;
A stage moving section provided to move a stage on which the object to be processed is mounted;
A sliding guide structure for sliding the stage moving part and the focusing lens moving part in a single axial direction along a reference plane of the base;
A processing actuator for providing an acceleration force to the stage moving unit and the focusing lens moving unit;
A condensing lens position measuring unit for measuring a position of the condensing lens moving unit;
A stage position measuring unit for measuring a position of the stage moving unit;
And a control unit for controlling the velocity between the stage moving unit and the condensing lens moving unit to be a specific value within the machining area using the measurement values of the condensing lens position measuring unit and the stage position measuring unit. 제1항에 있어서, 상기 제어부는, 집광 렌즈가 특정 범위 안에 자동으로 유지되도록 중심 복원 제어를 하는 레이저 가공 장치. The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the control section performs central restoration control so that the focusing lens is automatically held within a specific range. 제2항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 집광 렌즈 이동부의 질량 및 위치를 각각 M1, X1 이라 하고, 상기 스테이지의 질량 및 위치를 각각 M2, X2라 할 때,
(M1+M2) X2 + M1 (X1-X2) = 0을 만족하도록 상기 스테이지 및 집광 렌즈 이동부의 위치 X1, X2를 제어하는 레이저 가공 장치.3. The apparatus of claim 2,
When the mass and position of the converging lens moving unit are M1 and X1, respectively, and the mass and position of the stage are M2 and X2, respectively,
And the positions X1 and X2 of the stage and the converging lens moving unit are controlled so as to satisfy (M1 + M2) X2 + M1 (X1-X2) = 0. 제1항에 있어서, 상기 미끄럼 가이드 구조에서, 상기 스테이지 이동부와 집광 렌즈이동부 각각은 상기 기준면과 접촉하거나 비접촉하는 레이저 가공 장치.The laser processing apparatus according to claim 1, wherein in the sliding guide structure, each of the stage moving section and the focusing lens moving section contacts or does not contact the reference plane. 제1항에 있어서, 상기 미끄럼 가이드 구조는,
상기 스테이지 이동부가 상기 베이스의 기준면을 따라 미끄러지도록 하는 제1리니어 가이드 및 상기 집광 렌즈 이동부가 상기 베이스의 기준면을 따라 미끄러지도록 하는 제2리니어 가이드 중 적어도 하나의 리니어 가이드를 포함하며, 상기 적어도 하나의 리니어 가이드는 상기 베이스에 마련되는 레이저 가공 장치.The sliding guide structure according to claim 1,
A first linear guide for allowing the stage moving unit to slide along a reference plane of the base and a second linear guide for allowing the focusing lens moving unit to slide along a reference plane of the base, And the linear guide is provided on the base. 제1항에 있어서, 상기 집광 렌즈 위치 측정부는,
상기 베이스의 기준면에 마련되는 제1스케일과;
상기 집광 렌즈 이동부에 상기 제1스케일에 대향하도록 마련되어 상기 제1스케일을 센싱하는 제1스케일 센싱 헤드;를 포함하는 레이저 가공 장치.[2] The apparatus of claim 1,
A first scale provided on a reference surface of the base;
And a first scale sensing head provided to the condensing lens moving section so as to face the first scale and sense the first scale. 제6항에 있어서, 상기 스테이지 위치 측정부는,
상기 집광 렌즈 이동부에 마련되는 제2스케일과;
상기 스테이지 이동부에 상기 제2스케일에 대향하도록 마련되어 상기 제2스케일을 센싱하는 제2스케일 센싱 헤드;를 포함하는 레이저 가공 장치.7. The apparatus according to claim 6,
A second scale provided at the condensing lens moving unit;
And a second scale sensing head provided to the stage moving section so as to face the second scale and to sense the second scale. 제1항에 있어서, 상기 가공 액츄에이터는,
상기 집광 렌즈 이동부에 가속력을 제공하도록 마련된 제1가공 액츄에이터와;
상기 스테이지 이동부에 가속력을 제공하도록 마련된 제2가공 액츄에이터;를 포함하는 레이저 가공 장치.The apparatus according to claim 1,
A first processing actuator provided to provide an acceleration force to the condensing lens moving unit;
And a second processing actuator provided to provide an acceleration force to the stage moving section. 제8항에 있어서, 상기 제1가공 액츄에이터는,
상기 집광 렌즈 이동부와 베이스 중 어느 하나에 설치된 제1자석과;
상기 제1자석과 상호 작용하도록 상기 집광 렌즈 이동부와 베이스 중 나머지 하나에 설치된 제1코일;을 포함하며,
상기 제1코일에 인가되는 전류에 따라 상기 집광 렌즈 이동부의 가속력 및 위치를 제어하도록 된 레이저 가공 장치.9. The apparatus according to claim 8, wherein the first processing actuator
A first magnet disposed on one of the focusing lens moving part and the base;
And a first coil installed on the other one of the condenser lens moving part and the base so as to interact with the first magnet,
And controls an acceleration force and a position of the focusing lens moving unit according to a current applied to the first coil. 제8항에 있어서, 상기 제1가공 액츄에이터는,
상기 베이스와 진동 측면에서 고립된 앵커 부재와 상기 집광 렌즈 이동부 중 어느 하나에 설치된 제1자석과;
상기 제1자석과 상호 작용하도록 상기 앵커 부재와 상기 집광 렌즈 이동부 중 나머지 하나에 설치된 제1코일;을 포함하며,
상기 제1코일에 인가되는 전류에 따라 상기 집광 렌즈 이동부의 가속력 및 위치를 제어하도록 된 레이저 가공 장치.9. The apparatus according to claim 8, wherein the first processing actuator
A first magnet disposed on either the base and the anchor member isolated from the vibration side and the condensing lens moving unit;
And a first coil installed on the other one of the anchor member and the condenser lens moving unit to interact with the first magnet,
And controls an acceleration force and a position of the focusing lens moving unit according to a current applied to the first coil. 제8항에 있어서, 상기 제2가공 액츄에이터는,
상기 집광 렌즈 이동부와 스테이지 이동부 중 어느 하나에 설치된 제2자석과;
상기 제2자석과 상호 작용하도록 상기 집광 렌즈 이동부와 스테이지 이동부 중 나머지 하나에 설치된 제2코일;을 포함하며,
상기 제2코일에 인가되는 전류에 따라 상기 스테이지 이동부의 가속력 및 위치를 제어하도록 된 레이저 가공 장치.9. The apparatus according to claim 8, wherein the second processing actuator comprises:
A second magnet disposed on one of the condensing lens moving unit and the stage moving unit;
And a second coil provided on the other one of the condenser lens moving part and the stage moving part to interact with the second magnet,
And controls an acceleration force and a position of the stage moving unit according to a current applied to the second coil. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 집광 렌즈 이동부의 위치를 X1 이라 하고, 상기 스테이지 이동부의 위치를 X2라 하고, X1-X2값을 X라 할 때, 상기 가공 액츄에이터에 의해 X값이 변하게 되며,
상기 가공 액츄에이터에 의해 변경되는 X 값을 상기 스테이지 위치 측정부를 통해 측정하여, 정해진 속도 프로파일에 따라 독립적으로 제어하도록 된 레이저 가공 장치.12. The image forming apparatus according to any one of claims 1 to 11, wherein the position of the converging lens moving section is X1, the position of the stage moving section is X2, and the value of X1-X2 is X, The value of X is changed,
And an X value changed by the machining actuator is measured through the stage position measuring section and controlled independently in accordance with a predetermined velocity profile. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스테이지 이동부 및 집광 렌즈 이동부 중 적어도 어느 하나와 베이스 사이에 복원력을 제공하는 복원 액츄에이터;를 더 포함하는 레이저 가공 장치.The laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 11, further comprising a restoring actuator for providing a restoring force between at least one of the stage moving section and the focusing lens moving section and the base. 제13항에 있어서, 상기 집광 렌즈 이동부의 질량 및 위치를 각각 M1, X1 이라 하고, 상기 스테이지 이동부의 질량 및 위치를 각각 M2, X2라 하고, X1-X2값을 X라 할 때,
상기 복원 액츄에이터는, 상기 스테이지 위치 X2가 M1/(M1+M2) X값이 되도록 제어하는 레이저 가공 장치.14. The apparatus according to claim 13, wherein when the mass and position of the focusing lens moving unit are M1 and X1, the mass and position of the stage moving unit are respectively M2 and X2, and X1-X2 is X,
Wherein the restoration actuator controls the stage position X2 to be M1 / (M1 + M2) X value. 제14항에 있어서, 상기 집광 렌즈 이동부의 위치를 X1 이라 하고, 상기 스테이지 이동부의 위치를 X2라 하고, X1-X2값을 X라 할 때, 상기 가공 액츄에이터에 의해 X값이 변하게 되며,
상기 가공 액츄에이터에 의해 변경되는 X 값을 상기 스테이지 위치 측정부를 통해 측정하여, 정해진 속도 프로파일에 따라 독립적으로 제어하도록 된 레이저 가공 장치.15. The method according to claim 14, wherein when the position of the converging lens moving part is X1, the position of the stage moving part is X2, and the value of X1-X2 is X, the X value is changed by the processing actuator,
And an X value changed by the machining actuator is measured through the stage position measuring section and controlled independently in accordance with a predetermined velocity profile. 가공용 레이저빔을 집광하여 가공 대상물에 조사하는 집광 렌즈를 이동시키는 집광 렌즈 이동부와 가공 대상물이 탑재되는 스테이지를 이동시키도록 마련된 스테이지 이동부에 각각 가속력을 제공하여, 베이스의 기준면에 대해 일 축에 평행한 방향을 따라 미끄러지면서 구동되도록 하는 단계와;
상기 집광 렌즈 이동부의 위치나 상기 스테이지 이동부의 위치를 측정하는 단계와;
상기 집광 렌즈 이동부의 위치 측정치와 상기 스테이지 이동부의 위치 측정치를 이용하여, 가공 영역 내에서 상기 스테이지 이동부와 집광 렌즈 이동부 사이의 속도가 특정값이 되도록 제어하는 단계;를 포함하는 레이저 가공 장치 구동 방법.An acceleration force is applied to a condensing lens moving section for moving a condensing lens for condensing a working laser beam to irradiate an object to be processed and a stage moving section for moving a stage on which the object to be processed is mounted, So as to be slid and driven along a parallel direction;
Measuring a position of the condensing lens moving part and a position of the stage moving part;
And controlling the speed between the stage moving unit and the focusing lens moving unit to be a specific value in the machining area using the position measurement value of the focusing lens moving unit and the position measurement value of the stage moving unit Way. 제16항에 있어서, 상기 집광 렌즈가 특정 범위 안에 자동으로 유지되도록 중심 복원 제어를 하는 레이저 가공 장치 구동 방법. 17. The driving method of a laser machining apparatus according to claim 16, wherein the centering restoration control is performed so that the focusing lens is automatically held within a specific range. 제17항에 있어서, 상기 집광 렌즈 이동부의 질량 및 위치를 각각 M1, X1 이라 하고, 상기 스테이지의 질량 및 위치를 각각 M2, X2라 할 때,
(M1+M2) X2 + M1 (X1-X2) = 0을 만족하도록 상기 스테이지 및 집광 렌즈 이동부의 위치 X1, X2를 제어하는 레이저 가공 장치 구동 방법.18. The method according to claim 17, wherein when the mass and position of the converging lens moving unit are M1 and X1, respectively, and the mass and position of the stage are M2 and X2, respectively,
And the positions X1 and X2 of the stage and the converging lens moving unit are controlled so as to satisfy (M1 + M2) X2 + M1 (X1-X2) = 0. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 집광 렌즈 이동부의 위치를 X1 이라 하고, 상기 스테이지 이동부의 위치를 X2라 하고, X1-X2값을 X라 할 때, 상기 집광 렌즈 이동부나 스테이지 이동부의 구동에 의해 X값이 변하게 되며,
상기 X 값을 상기 스테이지 이동부의 위치 측정치를 이용하여, 정해진 속도 프로파일에 따라 독립적으로 제어하도록 된 레이저 가공 장치 구동 방법.The apparatus according to any one of claims 16 to 18, wherein the position of the condensing lens moving part is X1, the position of the stage moving part is X2, and the value of X1-X2 is X, The X value is changed by driving the stage moving section,
And the X value is independently controlled according to a predetermined velocity profile by using the position measurement value of the stage moving unit. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스테이지 이동부 및 집광 렌즈 이동부 중 적어도 어느 하나와 베이스 사이에 복원력을 제공하여,
상기 집광 렌즈 이동부의 질량 및 위치를 각각 M1, X1 이라 하고, 상기 스테이지 이동부의 질량 및 위치를 각각 M2, X2라 하고, X1-X2값을 X라 할 때,
상기 스테이지 위치 X2가 M1/(M1+M2) X값이 되도록 제어하는 레이저 가공 장치 구동 방법.19. The image pickup apparatus according to any one of claims 16 to 18, wherein a restoring force is provided between at least one of the stage moving unit and the condensing lens moving unit and the base,
The mass and position of the converging lens moving part are M1 and X1, the mass and position of the stage moving part are M2 and X2, respectively, and X1-X2 is X,
And the stage position X2 is controlled to be M1 / (M1 + M2) X.
KR1020140179361A 2014-12-12 2014-12-12 Apparatus laser processing and method for driving the same KR101720574B1 (en)

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