KR20170018740A

KR20170018740A - 레이저 가공장치

Info

Publication number: KR20170018740A
Application number: KR1020150112721A
Authority: KR
Inventors: 성진우
Original assignee: 주식회사 이오테크닉스
Priority date: 2015-08-10
Filing date: 2015-08-10
Publication date: 2017-02-20
Also published as: WO2017026747A1; KR101742132B1; TWI632971B; TW201711780A

Abstract

레이저 가공장치가 개시된다. 개시된 레이저 가공장치는, 복수의 레이저 빔을 출사시키는 빔 생성부와, 상기 빔 생성부에서 출사된 복수의 레이저 빔들의 경로를 조절하는 복수의 스캐너 및 상기 스캐너들에서 반사된 레이저 빔들이 입사되며, 입사된 레이저 빔들이 가공물에 수직하게 입사되도록 상기 레이저 빔들을 집광하는 텔레센트릭 렌즈부를 포함한다.

Description

레이저 가공장치{Laser processing apparauts}

레이저 가공장치에 관한 것으로, 가공물에 조사되는 레이저 빔의 위치와 각도의 조절이 가능한 레이저 가공장치에 관한 것이다.

일반적으로 레이저 가공 공정이라 함은 가공물의 표면에 레이저 빔을 주사하여 가공물 표면의 형상이나 물리적 성질 등을 가공하는 공정을 말한다.. 이러한 가공물에는 여러가지 예가 있을 수 있으며 그 형상은 2 D 평면 형상일 수 있다. 레이저 가공 공정의 일 예로 실리콘 웨이퍼 상에 레이저 빔을 주사함으로써 비정질 실리콘(amorphous silicon)막을 결정화시켜 다결정 실리콘(polysilicone) 막으로 형성하는 공정이 있을 수 있다.

이러한 가공 공정의 결과물의 품질은 레이저 빔이 가공물에 조사되는 위치, 방향, 시간 등에 의존한다. 레이저 가공공정 중에는 광원에서 출사된 빔을 복수로 분할하여 동시에 조사하거나 광원에서 출사된 레이저 빔이 가공물에 조사되는 위치를 스캐너의 조작을 통해 이동시킨다. 그런데, 이러한 경우 레이저 빔이 가공물에 조사되는 각도가 레이저 빔의 경로에 따라 달라지게 된다. 그리고, 이로 인해 레이저 빔에 의한 가공물의 가공모양이 달라지게 되어 레이저 가공품질에 악영향을 줄 수 있다.

따라서, 복수의 레이저 빔을 동시에 조사하거나, 레이저 빔의 조사위치를 변경하더라도 레이저 빔이 가공물에 조사되는 각도를 일정하게 유지시켜줄 필요가 있다. 또한, 가공위치를 정밀하게 제어하기 위해 레이저 가공공정 과정을 관측할 수 있는 관측기술이 필요하다.

본 발명은, 레이저 가공 공정을 위해 레이저 광원으로부터 방출되는 레이저 빔을 측정빔과 가공빔으로 분할한 다음, 측정빔의 광 특성을 측정함으로써 레이저 빔의 불량여부를 판단할 수 있는 레이저 측정장치와 레이저 가공 시스템 및 레이저 측정방법을 제공한다.

일 측면에 있어서,

복수의 레이저 빔을 출사시키는 빔 생성부;

상기 빔 생성부에서 출사된 복수의 레이저 빔들의 경로를 조절하는 복수의 스캐너; 및

상기 스캐너들에서 반사된 레이저 빔들이 입사되며, 입사된 레이저 빔들이 가공물에 수직하게 입사되도록 상기 레이저 빔들을 집광하는 텔레센트릭 렌즈부;를 포함하는 레이저 가공장치가 제공된다.

상기 스캐너들에서 반사된 레이저 빔들은 상기 텔레센트릭 렌즈부의 어퍼쳐 중심을 통과할 수 있다.

상기 레이저 가공장치는, 상기 스캐너들의 위치와 각도를 조절하는 스캐너 구동부를 더 포함할 수 있다.

상기 스캐너 구동부는 상기 스캐너들에서 반사된 레이저 빔들이 상기 텔레센트릭 렌즈부의 어퍼쳐 중심을 통과하도록 상기 스캐너의 위치와 각도를 조절할 수 있다.

상기 레이저 가공장치는, 상기 텔레센트릭 렌즈부로부터 출사된 레이저 빔들이 상기 가공물에 조사되는 것을 촬영하기 위한 촬영부;를 더 포함할 수 있다.

상기 레이저 가공장치는, 상기 텔레센트릭 렌즈부의 어퍼쳐에 마련된 다이크로익 미러;를 더 포함할 수 있다.

상기 레이저 가공장치는, 상기 다이크로익 미러를 향해 조명광을 조사하는 조명광원;을 더 포함할 수 있다.

상기 다이크로익 미러는, 상기 레이저 빔들의 파장에 대해서는 광을 투과시키고 조명광의 파장에 대해서는 광을 반사시키도록 구성될 수 있다.

다른 측면에 있어서,

광원;

상기 광원에서 출사된 빔을 적어도 둘 이상으로 분할하는 회절 광학 소자(Diffractive Optical Element; DOE);

상기 회절 광학 소자에서 분할된 빔들이 가공물에 수직으로 입사되도록 하는 텔레센트릭 렌즈부;를 포함하는 레이저 가공장치가 제공된다.

상기 레이저 가공장치는, 상기 제1 회절 광학 소자의 회전각도를 제어하는 회전 스테이지;를 더 포함할 수 있다.

다른 측면에 있어서,

복수의 레이저 빔을 출사시키는 빔 출사단계;

상기 빔 출사단계에서 출사된 복수의 레이저 빔들이 텔레센트릭 렌즈부로 입사되도록 상기 레이저 빔들의 광 경로를 조절하는 단계; 및

상기 텔레센트릭 렌즈부를 이용하여 상기 레이저 빔들이 가공물에 수직하게 입사되도록 상기 레이저 빔들을 집광하는 단계;를 포함하는 레이저 가공방법이 제공된다.

상기 레이저 가공방법은, 상기 텔레센트릭 렌즈부의 어퍼쳐에 마련된 다이크로익 미러를 향해 조명광을 조사하는 단계; 및

상기 가공물에 의해 반사된 상기 조명광 측정함으로써 상기 레이저 빔들이 상기 가공물에 조사되는 것을 촬영하는 단계;를 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 따르면, 복수의 레이저 빔을 조사하거나 레이저 빔의 조사위치를 변경하더라도 레이저 빔이 가공물에 조사되는 각도를 일정하게 유지시켜줄 수 있는 레이저 가공장치가 제공된다. 또한, 레이저 가공품질에 영향을 주지 않으면서 레이저 가공공정을 관측할 수 있는 레이저 가공장치가 제공된다.

도 1은 일반적인 포커싱 렌즈부를 통해 레이저 빔이 집광되는 모습을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에서 나타낸 렌즈부를 통과한 레이저 빔들에 의한 레이저 가공모양을 대략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 예시적인 실시예에 따른 텔레센트릭 렌즈부에 빔들이 조사되는 것을 나타낸 도면이다.
도 4는 예시적인 실시예에 따른 레이저 가공장치를 대략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 다른 예시적인 실시예에 따른 레이저 가공장치를 대략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 스캐너 구동부가 스캐너의 위치 및 각도를 조절하는 예를 나타낸 도면이다.
도 7은 다른 예시적인 실시예에 따른 레이저 가공장치를 나타낸 도면이다.
도 8은 다른 예시적인 실시예에 따른 레이저 가공장치를 대략적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 도 8에서 나타낸 회절 광학 소자를 회전시킨 예를 나타낸 도면이다.

이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다.

제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서에 기재된 “...부”, “모듈” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미한다.

도 1은 일반적인 포커싱 렌즈부(10)를 통해 레이저 빔이 집광되는 모습을 나타낸 도면이다. 도 1에서는 렌즈부(10)가 제1 내지 제4 렌즈(12, 14, 16, 18)를 포함하는 예를 나타냈지만 이는 예시적인 것에 불과할 뿐, 렌즈부(10)에 포함된 렌즈의 개수 및 모양은 바뀔 수 있다.

도 1을 참조하면, 렌즈부(10)의 어퍼쳐(aperture)를 통과한 빔들이 렌즈부(10)를 거쳐 집광면에 집광점들(P0, P1, P2)을 형성할 수 있다. 렌즈부(10)의 광축과 평행하게 입사된 빔의 중심광은 집광면에 수직하게 조사될 수 있다. 즉, 중심광과 집광면 사이의 각도 θ0가 90도에 근접할 수 있다. 하지만, 렌즈부(10)의 광축에 평행하지 않게 입사된 빔들의 중심광은 집광면에 수직하지 않게 조사될 수 있다. 예를 들어, 집광점 P1을 형성하는 빔의 중심광과 집광면 사이 각도 θ1은 90도보다 작아질 수 있다. 또한, 집광점 P2를 형성하는 빔의 중심광과 집광면 사이 각도 θ2는 θ1보다 더 작아질 수 있다. 즉, 렌즈부(10)의 광축과 집광점 사이 거리가 멀어질수록 빔의 중심광과 집광면 사이 각도가 작아질 수 있다.

도 1에서 나타낸 바와 같이, 렌즈부(10)의 어퍼쳐 내에 빔들이 조사되더라도 빔들의 입사각에 따라 집광면에서 레이저 빔이 집광되는 모양과 입사각도가 달라질 수 있다.

도 2는 도 1에서 나타낸 렌즈부(10)를 통과한 레이저 빔들에 의한 레이저 가공모양을 대략적으로 나타낸 도면이다. 도 2의 (a)는 렌즈부(10)의 광축 근처 즉, 집광점 P0 근처에서 레이저 가공이 이루어진 모습을 나타낸다. 또한, 도 2의 (b)는 렌즈부(10)의 광축으로부터 벗어난 지점, 즉, 집광점 P1, P2 근처에서 레이저 가공이 이루어진 모습을 나타낸다.

도 2의 (a)를 참조하면, 렌즈부(10)의 광축 근처에서는 레이저 빔의 중심광이 가공물에 대해 수직하게 조사되어 레이저 가공모양이 대칭적인 모양을 가질 수 있다. 반면, 도 2의 (b)를 참조하면, 렌즈부(10)의 광축을 벗어난 지점에서는 레이저 빔의 중심광이 가공물에 대해 비스듬하게 조사되어 레이저 가공모양이 바뀔 수 있다. 이와 같이 레이저 가공모양이 바뀌면 레이저 가공품질에 악영향을 줄 수 있다.

도 3은 예시적인 실시예에 따른 텔레센트릭 렌즈부(20)에 빔들이 조사되는 것을 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, 텔레센트릭 렌즈부(20)의 어퍼쳐 중심(C)을 통과한 광은 입사각에 관계없이 항상 입사면에 수직하게 조사될 수 있다. 텔레센트릭 렌즈부(20)는 출사동(Exit pupil)이 무한대에 가깝기 때문에 어퍼쳐로 조사되는 광은 입사각에 관계없이 같은 모양으로 집광할 수 있다. 다만, 어퍼쳐에 조사되는 입사빔의 입사각에 따라 집광점의 위치가 달라질 수 있다. 예시적으로, 입사빔의 입사각과 집광점과 광축 사이의 거리 사이에는 수학식 1과 같은 관계가 만족할 수 있다.

h= f* θ .....(수학식 1)

수학식 1에서 h는 집광점과 텔레센트릭 렌즈부(20)의 광축 사이의 거리, f는 텔레센트릭 렌즈부(20)의 유효초점거리, θ는 텔레센트릭 렌즈부(20)의 광축과 입사빔 사이의 각도를 나타낸다. 수학식 1을 참조하면, 텔레센트릭 렌즈부(20)의 광축과 입사빔 사이의 각도가 커질수록 집광점과 텔레센트릭 렌즈부(20)의 광축 사이의 거리도 커짐을 알 수 있다. 따라서, 입사빔의 입사방향을 조절함으로써, 집광점의 위치를 조절할 수 있다. 예를 들어, 도 3에서 광축에 대해 α1의 각도로 입사된 빔은 광축으로부터 h1=f* α1만큼 떨어진 지점에 집광점을 형성할 수 있다. 또한, 광축에 대해 α2의 각도로 입사된 빔은 광축으로부터 h2=f* α2만큼 떨어진 지점에 집광점을 형성할 수 있다.

도 3에서는 텔레센트릭 렌즈부(20)가 하나의 오목렌즈(22)와 두 개의 볼록렌즈(26, 28), 그리고 좌측은 오목하고 우측은 볼록한 렌즈(24)를 포함하는 예를 나타냈다. 하지만, 텔레센트릭 렌즈부(20)는 어퍼쳐 중심(C)에 입사된 광을 평행하게 출사시킬 수 있는 임의의 다른 렌즈배열을 가질 수도 있다. 본 발명에서는 발명의 이해를 돕기 위해 어퍼쳐(29)를 도시하였으나, 어퍼쳐는 렌즈 특성의 위치와 범위를 표현하기 위한 것이며 실제로 존재하는 구성품은 아닐 수 있다. 전술한 바와 같이 텔레센트릭의 어퍼쳐를 통과한 빔은 출사동(Exit pupil)이 무한대로 될 수 있으며, 어펴처로 입사하는 광은 입사각에 관계없이 같은 모양으로 집광할 수 있다.도 4는 예시적인 실시예에 따른 레이저 가공장치를 대략적으로 나타낸 도면이다. 도 4에서 나타낸 레이저 가공장치는 도 3에서 나타낸 텔레센트릭 렌즈부(20)를 포함할 수 있다. 편의상 도 4에서는 텔레센트릭 렌즈부(20)를 간단하게 블록으로 나타내었다.

도 4를 참조하면, 예시적인 실시예에 따른, 레이저 가공장치는, 복수의 레이저 빔을 출사시키는 빔 생성부(미도시)와, 빔 생성부(미도시)에서 출사된 복수의 레이저 빔들의 경로를 조절하는 복수의 스캐너(32, 34, 36, 38) 및 스캐너들(32, 34, 36, 38)에서 반사된 레이저 빔들이 조사되며, 입사된 레이저 빔들이 가공물에 수직하게 조사되도록 상기 레이저 빔들을 집광하는 텔레센트릭 렌즈부(20)를 포함할 수 있다.

빔 생성부(미도시)는 도 4에서 나타낸 바와 같이 제1 내지 제4 빔(L1, L2, L3, L4)을 각각 제1 내지 제4 스캐너(32, 34, 36, 38)에 입사시킬 수 있다. 빔 생성부의 구성은 다양하게 변경될 수 있다. 예를 들어, 빔 생성부는 복수의 광원을 포함할 수 있다. 다른 예로, 빔 생성부는 하나의 광원과 상기 하나의 광원에서 출사된 빔을 복수의 빔(L1, L2, L3, L4)으로 분할하여 제1 내지 제4 스캐너(32, 34, 36, 38)에 전달하는 빔 분할 광학계를 포함할 수도 있다.

제1 내지 제4 스캐너(32, 34, 36, 38)는 제1 내지 제4 빔들(L1, L2, L3, L4)이 텔레센트릭 렌즈부(20)의 어퍼쳐(29) 중심(C)을 지나도록 할 수 있다. 여기서, 텔레센트릭 렌즈부(20)의 어퍼쳐(29)의 개구의 위치 및 크기는 텔레센트릭 렌즈부(20)의 크기와 렌즈 특성에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 제1 내지 제4 스캐너(32, 34, 36, 38)의 위치 및 배열 각도 또한 텔레센트릭 렌즈부(20)의 크기와 렌즈 특성에 따라 달라질 수 있다.

제1 내지 제4 스캐너(32, 34, 36, 38)에 의해 제1 내지 제4 빔들(L1, L2, L3, L4)이 텔레센트릭 렌즈부(20)의 어퍼쳐(29) 중심(C)을 지나면, 제1 내지 제4 빔들(L1, L2, L3, L4)은 텔레센트릭 렌즈부(20)를 지나 서로 평행하게 가공물(5)에 조사될 수 있다. 즉, 제1 내지 제4 빔들(L1, L2, L3, L4) 가공물(5)에 대해 같은 각도로 조사될 수 있다. 이를 통해, 복수의 레이저 빔들(L1, L2, L3, L4)이 동일한 방향 및 동일한 빔 모양으로 가공물(5)에 조사될 수 있다. 복수의 레이저 빔(L1, L2, L3, L4)을 한꺼번에 동일한 특성으로 가공물(5)에 입사시킴으로써 레이저 가공공정의 속도를 높이고, 레이저 가공 품질을 높일 수 있다.

도 4에서는 제1 내지 제4 스캐너(32, 34, 36, 38)의 위치 및 각도가 고정되어 동일한 특성의 레이저 빔들(L1, L2, L3, L4)을 한꺼번에 가공물(5)에 입사시키는 예를 나타냈다. 하지만, 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다.

도 5는 다른 예시적인 실시예에 따른 레이저 가공장치를 대략적으로 나타낸 도면이다. 도 5의 실시예를 설명함에 있어서, 도 4와 중복되는 내용은 생략하기로 한다.

도 5를 참조하면, 예시적인 실시예에 따른 레이저 가공장치는, 제1 및 제2 레이저 빔(L1, L2)을 출사시키는 빔 생성부(미도시)와 제1 및 제2 빔(L1, L2)이 각각 조사되는 제1 및 제2 스캐너(31, 33)를 포함할 수 있다. 여기서, 빔 생성부(미도시)에서 출사되는 레이저 빔의 개수 및 스캐너의 개수는 예시적인 것에 불과하며 이에 제한되는 것은 아니다. 도 5에서 나타낸 실시예에서는 제1 및 제2 스캐너(31, 33)의 위치 및 각도가 변할 수 있다. 따라서 제1 및 제2 빔(L1, L2)이 가공물(5)에 집광점을 형성하는 위치 또한, 제1 및 제2 스캐너(31, 33)의 위치 및 각도에 따라 변할 수 있다.

도면에는 나타내지 않았지만, 예시적인 실시예에 따른 레이저 가공장치는, 제1 및 제2 스캐너(31, 33)의 위치 및 각도를 조절하는 스캐너 구동부(미도시)를 포함할 수 있다. 스캐너 구동부는 스캐너들(31, 33)의 위치와 배열각도를 조절할 수 있다. 스캐너 구동부는, 스캐너들(31, 33)에서 반사된 빔들(L1, L2)이 텔레센트릭 렌즈부(20)의 어퍼쳐(29) 중심을 통과하도록 스캐너들(31, 33)의 위치 및 각도를 조절할 수 있다.

도 6은 스캐너 구동부가 스캐너의 위치 및 각도를 조절하는 예를 나타낸 도면이다.

도 6을 참조하면, 스캐너가 광원(50)으로부터 나온 빔과 β1의 각도를 이룰 때, 스캐너에서 반사된 빔(L1)이 텔레센트릭 렌즈부(20)의 광축을 따라 텔레센트릭 렌즈부(20)의 어퍼쳐(29) 중심을 지나서 가공물(5)에 수직하게 조사될 수 있다. 여기서, 빔이 가공물(5)에 집광되는 위치를 바꾸기 위해서 수학식 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 스캐너에서 반사되는 빔의 진행방향과 텔레센트릭 렌즈부(20)의 광축 사이의 각도를 변경할 수 있다. 그런데 스캐너에서 반사되는 빔의 각도를 조절하면 스캐너에서 반사된 빔(L21)이 텔레센트릭 렌즈부(20)의 어퍼쳐(29) 중심(C)을 통과하지 않을 수 있다. 그렇게 되면, 빔(L21)이 텔레센트릭 렌즈부(20)를 통과하더라도 가공물(5)에 비스듬하게 조사될 수 있다.

따라서, 스캐너에서 반사된 빔이 텔레센트릭 렌즈부(20)의 어퍼쳐(29) 중심(C)을 통과하도록 스캐너의 위치를 변경해줄 수 있다. 즉, 스캐너의 각도를 β1에서 β2로 변경함에 따라 스캐너의 위치를 P1에서 P2로 변경할 수 있다. 이를 통해, 스캐너에서 반사된 빔(L22)이 가공물(5)에 수직하게 조사되면서 가공물(5)에 빔(L22)이 조사되는 위치를 변경할 수 있다.

도 6에서 나타낸 스캐너 구동부의 동작 등을 정밀하게 제어하기 위해서는 레이저 가공공정 과정을 수시로 측정할 필요가 있다. 이를 위해, 도 4 및 도 5에서 나타낸 예시적인 실시예들에 따른 레이저 가공장치는, 텔레센트릭 렌즈부(20)로부터 출사된 레이저 빔들이 가공물(5)에 조사되는 것을 촬영하기 위한 촬영부를 더 포함할 수 있다. 이하에서는 도 5에서 나타낸 실시예에 따른 레이저 가공장치가 촬영부를 더 포함하는 예를 도면을 참조하여 설명한다.

도 7은 다른 예시적인 실시예에 따른 레이저 가공장치를 나타낸 도면이다.

도 7을 참조하면, 실시예에 따른 레이저 가공장치는, 촬영부(90)를 더 포함할 수 있다. 촬영부(90)는, 가공물(5) 표면에서 반사된 조명광을 촬영하기 위한 장치로서 CCD 카메라(92)와, 집광렌즈(94)를 포함할 수 있다. CCD 카메라(92)는 예시적인 것에 불과할 뿐, 광 센싱이 가능한 다른 구성으로 대체될 수도 있다. 가공물(5) 표면에서 반사되는 조명광은 실험실 내부 조명에 의한 반사광을 사용할 수도 있지만, 별도 조명용 광원(70)이 추가로 마련될 수 있다. 레이저 가공장치가 별도의 조명용 광원(70)을 포함하는 경우, 조명용 광원(70)에서 나온 광 중 일부를 투과시키고 가공물(5)에서 반사된 조명용 광 중 일부는 CCD 카메라(92) 쪽으로 반사시키기 위한 빔 스플리터(96)가 촬영부(90)에 더 마련될 수도 있다.

일반적으로 가공물(5)에서 가공용 레이저 빔(L1, L2)도 반사가 일어날 수 있으며, 반사된 가공용 레이저 빔(L1, L2)이 촬영부의 CCD 카메라(92)에 조사되면 촬영영상에 악영향을 줄 뿐 아니라 장비의 손상을 야기할 수 있다. 이를 방지하기 위해, 실시예에 따른 레이저 가공장치는, 텔레센트릭 렌즈부(20)의 어퍼쳐(29)에 마련된 다이크로익 미러(dichroic mirror,39)를 포함할 수 있다. 다이크로익 미러(39)는 파장에 따라 광을 투과시키거나 반사시킬 수 있다. 예를 들어, 다이크로익 미러(39)는 가공용 레이저 빔의 파장에 대해서는 광을 대부분 투과시켜버리고 거의 반사시키지 않을 수 있다. 이를 통해 촬영부(90)에 가공용 레이저 빔(L1, L2)이 조사되는 것을 방지할 수 있다. 반면, 다이크로익 미러(39)는 조명용 광원(70)에서 출사되는 조명용 광의 파장에 대해서는 광을 대부분 반사시켜 버릴 수 있다. 이를 통해, 가공물(5)에서 반사된 조명용 광이 촬영부(39)에 대부분 전달되도록 할 수 있다. 다이크로익 미러(39)의 위치는 예시적인 것이며, 광학계 구성 및 제품의 요구사항에 따라 달라질 수 있다.

촬영부(90)의 CCD 카메라(92)는 가공물(5)에서 반사된 조명용 광을 촬영하여 촬영이미지를 제공할 수 있다. 상기 촬영이미지를 통해 레이저 가공공정을 수시로 체크할 수 있다.

이상의 실시예에서는 스캐너를 이용하여 텔레센트릭 렌즈(20)에 복수의 빔을 입사시키는 실시예들을 설명했다. 이하에서는 회절 광학 소자(Diffractive Optical Element; DOE)를 이용하여 텔레센트릭 렌즈(20)에 복수의 빔을 입사시키는 예를 설명한다.

도 8은 다른 예시적인 실시예에 따른 레이저 가공장치를 대략적으로 나타낸 도면이다.

도 8을 참조하면, 예시적인 실시예에 따른 레이저 가공장치는,

레이저 빔을 조사하는 광원(미도시)과, 상기 광원에서 출사된 빔을 적어도 둘 이상으로 분할하는 회절 광학 소자(62) 및 상기 회절 광학 소자(62)에서 분할된 빔들이 가공물에 수직으로 조사되도록 하는 텔레센트릭 렌즈부(20)를 포함할 수 있다.

회절 광학 소자(62)는 레이저 빔의 회절 현상을 이용하여 조사되는 하나의 레이저 빔을 복수개로 분기하여 출사할 수 있다. 회절 광학 소자(62)를 이용하여 레이저 빔을 분기시키면 대상물의 복수의 지점에 복수의 레이저 빔을 동시에 조절할 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 아울러, 대상물의 가공 형태는 회절 광학 소자(62)의 디자인에 따라 결정된다. 광원에서 나온 빔은 회절 광학 소자(62)를 거쳐 복수의 빔으로 분할될 수 있다. 또한, 회절 광학 소자(62)에서 분할된 빔들은 텔레센트릭 렌즈부(20)를 지나 가공물(5)에 수직하게 조사될 수 있다.

도 8에서는 분할된 레이저 빔들이 가공물(5) 상에서 하나의 가공라인(D1)에 조사되고 있다. 이 상태를 회절 광학 소자(62)의 회전각도(θ)가 0°라고 정하면, 회절 광학 소자(62)의 회전각도(θ)를 바꿈에 따라 가공물(5) 상에 레이저 빔이 조사되는 위치를 변경할 수 있다.

도 9는 도 8에서 나타낸 회절 광학 소자(62)를 회전시킨 예를 나타낸 도면이다.

도 9를 참조하면, 회절 광학 소자(62)를 지정된 각도(0<θ<90°) 회전시킬 수 있다. 회절 광학 소자(62)를 회전시키기 위해 레이저 가공장치는, 회전 스테이지를 포함할 수 있다. 회전 스테이지에 의해 회절 광학 소자(62)가 회전되면 분할된 레이저 빔들이 각각 다른 가공라인(D1, D2)에 조사될 수 있다. 즉, 가공물(5)에 2줄 가공이 동시에 수행될 수 있다.

이상의 설명에서 많은 사항들이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.

5 : 가공물
10 : 렌즈부
20 : 텔레센트릭 렌즈부
32, 34, 36, 38 : 제1 내지 제4 스캐너
29 : 텔레센트릭 렌즈부의 어퍼쳐
90 : 촬영부
39 : 다이크로익 미러
70 : 조명용 광원
62 : 회절 광학 소자

Claims

복수의 레이저 빔을 출사시키는 빔 생성부;
상기 빔 생성부에서 출사된 복수의 레이저 빔들의 경로를 조절하는 복수의 스캐너; 및
상기 스캐너들에서 반사된 레이저 빔들이 입사되며, 입사된 레이저 빔들이 가공물에 수직하게 입사되도록 상기 레이저 빔들을 집광하는 텔레센트릭 렌즈부;를 포함하는 레이저 가공장치.
제 1 항에 있어서,
상기 스캐너들에서 반사된 레이저 빔들은 상기 텔레센트릭 렌즈부의 어퍼쳐 중심을 통과하는 레이저 가공장치.
제 1 항에 있어서,
상기 스캐너들의 위치와 각도를 조절하는 스캐너 구동부를 더 포함하는 레이저 가공장치.
제 3 항에 있어서,
상기 스캐너 구동부는 상기 스캐너들에서 반사된 레이저 빔들이 상기 텔레센트릭 렌즈부의 어퍼쳐 중심을 통과하도록 상기 스캐너의 위치와 각도를 조절하는 레이저 가공장치.
제 1 항에 있어서,
상기 텔레센트릭 렌즈부로부터 출사된 레이저 빔들이 상기 가공물에 조사되는 것을 촬영하기 위한 촬영부;를 더 포함하는 레이저 가공장치.
제 5 항에 있어서,
상기 텔레센트릭 렌즈부의 어퍼쳐에 마련된 다이크로익 미러;를 더 포함하는 레이저 가공장치.
제 6 항에 있어서,
상기 다이크로익 미러를 향해 조명광을 조사하는 조명광원;을 더 포함하는 레이저 가공장치.
제 7 항에 있어서,
상기 다이크로익 미러는, 상기 레이저 빔들의 파장에 대해서는 광을 투과시키고 조명광의 파장에 대해서는 광을 반사시키도록 구성되는 레이저 가공장치.
광원;
상기 광원에서 출사된 빔을 적어도 둘 이상으로 분할하는 회절 광학 소자(Diffractive Optical Element; DOE);
상기 회절 광학 소자에서 분할된 빔들이 가공물에 수직으로 입사되도록 하는 텔레센트릭 렌즈부;를 포함하는 레이저 가공장치.
제 8 항에 있어서,
상기 제1 회절 광학 소자의 회전각도를 제어하는 회전 스테이지;를 더 포함하는 레이저 가공장치.
복수의 레이저 빔을 출사시키는 빔 출사단계;
상기 빔 출사단계에서 출사된 복수의 레이저 빔들이 텔레센트릭 렌즈부로 입사되도록 상기 레이저 빔들의 광 경로를 조절하는 단계; 및
상기 텔레센트릭 렌즈부를 이용하여 상기 레이저 빔들이 가공물에 수직하게 입사되도록 상기 레이저 빔들을 집광하는 단계;를 포함하는 레이저 가공방법.
제 11 항에 있어서,
상기 텔레센트릭 렌즈부의 어퍼쳐에 마련된 다이크로익 미러를 향해 조명광을 조사하는 단계; 및
상기 가공물에 의해 반사된 상기 조명광 측정함으로써 상기 레이저 빔들이 상기 가공물에 조사되는 것을 촬영하는 단계;를 포함하는 레이저 가공방법.