KR20230092043A

KR20230092043A - 레이저 가공 장치

Info

Publication number: KR20230092043A
Application number: KR1020210180242A
Authority: KR
Inventors: 아키후미 산구; 김형주; 유정화; 정일영
Original assignee: 삼성디스플레이 주식회사
Priority date: 2021-12-16
Filing date: 2021-12-16
Publication date: 2023-06-26
Also published as: CN116265168A; US20230191533A1

Abstract

레이저 가공 장치가 제공된다. 레이저 가공 장치는 레이저 광원, 레이저 광원에서 방출된 레이저 빔의 너비를 조절하는 너비 조절부, 및 너비 조절부를 통과한 레이저 빔의 조사 방향을 조절하는 스캐너부를 포함하고 너비 조절부는 레이저 빔의 진행 방향에 중첩되어 배치되는 제1 너비 조절 유닛 및 제2 너비 조절 유닛을 포함하되, 제1 너비 조절 유닛 및 제2 너비 조절 유닛의 초점 거리는 20000mm 이상이다.

Description

레이저 가공 장치 {LASER MACHINING DEVICE}

본 발명은 레이저 가공 장치에 관한 것이다.

레이저 가공 장치란 레이저 빔을 사용하여 재료의 절단, 패턴 형성, 용접 등의 가공을 하는 장치이다. 레이저 가공 시 사용하는 레이저 빔은 지향성(指向性)이 강하고, 밀도가 큰 특성을 갖는다. 특히, 고출력의 레이저는 주위에 영향을 주지 않으며, 정밀 가공이 가능하여 디스플레이 패널의 가공에 사용될 수 있다.

레이저 가공 장치는 레이저 빔을 출력하는 레이저 광원, 출력된 레이저 빔의 조사 위치를 조절하는 스캐너와 조사 위치가 정해진 레이저 빔을 집광시키는 F/Theta 렌즈로 이루어지는 레이저 조사부 및 가공 대상이 정렬되는 스테이지 등을 포함할 수 있다.

레이저 가공 장치에서 레이저 빔의 스캐닝 라인은 스캐너에 의하여 정해진다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 단순한 구조로 레이저 빔의 단면이 타원인 경우 레이저 가공 장치의 가공 경로에 따라 레이저 빔이 조사되는 면적이 상이해지는 현상을 방지하여 레이저 가공 장치의 신뢰성을 향상시키고자 하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 단순한 방법으로 단면이 타원인 레이저 빔을 단면이 진원인 레이저 빔으로 조절하여 레이저 빔의 조사 면적의 차이에 따른 불량을 방지하는 레이저 가공 방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따른 레이저 가공 장치는 레이저 광원, 상기 레이저 광원에서 방출된 레이저 빔의 너비를 조절하는 너비 조절부 및 상기 너비 조절부를 통과한 레이저 빔의 조사 방향을 조절하는 스캐너부,를 포함하고 상기 너비 조절부는 상기 레이저 빔의 진행 방향에 중첩되어 배치되는 제1 너비 조절 유닛 및 제2 너비 조절 유닛을 포함하되, 상기 제1 너비 조절 유닛 및 상기 제2 너비 조절 유닛의 초점 거리는 20000mm 이다.

상기 제1 너비 조절 유닛 및 상기 제2 너비 조절 유닛은 동일한 형상을 갖고 동일한 물질로 이루어질 수 있다.

상기 스캐너를 통과한 레이저 빔을 가공하고자 하는 영역에 포커싱 하는 에프 쎄타 렌즈를 더 포함할 수 있다.

상기 제1 너비 조절 유닛 및 상기 제2 너비 조절 유닛은 각각 기준선을 포함하고 상기 제1 너비 조절 유닛 및 상기 제2 너비 조절 유닛은 입사되는 레이저 빔의 단면을 상기 기준선과 수직한 방향으로 조절할 수 있다.

상기 제1 너비 조절 유닛 및 상기 제2 너비 조절 유닛은 각각 볼록면과 오목면을 포함하고, 상기 볼록면과 상기 오목면의 곡률은 서로 상이할 수 있다.

상기 제1 너비 조절 유닛 및 상기 제2 너비 조절 유닛의 볼록면은 모두 레이저 빔이 너비 조절부에 입사하는 방향으로 배치되고, 상기 레이저 빔은 상기 제1 너비 조절 유닛 및 상기 제2 너비 조절 유닛을 투과하며 상기 제1 너비 조절 유닛의 기준선 및 상기 제2 너비 조절 유닛의 기준선과 수직인 방향으로 수축될 수 있다.

상기 볼록면의 곡률 반경은 23 내지 24mm 이고, 상기 오목면의 곡률 반경은 19mm 내지 21mm 이며, 상기 제1 너비 조절 유닛 및 상기 제2 너비 조절 유닛의 두께는 9mm 내지 11mm 일 수 있다.

상기 너비 조절부는 개구부를 포함하고, 상기 개구부를 통해 상기 제1 너비 조절 유닛 및 상기 제2 너비 조절 유닛의 배치를 조절할 수 있다.

상기 레이저 빔은 상기 제1 너비 조절 유닛 및 상기 제2 너비 조절 유닛을 투과하며 상기 제1 너비 조절 유닛의 기준선 및 상기 제2 너비 조절 유닛의 기준선과 수직인 방향으로 수축되고, 상기 제1 너비 조절 유닛의 배치 및 상기 제1 너비 조절 유닛의 기준선과 상기 제2 너비 조절 유닛의 기준선 사이의 각도를 조절하여 너비 조절부에 입사하는 레이저 빔의 단면을 조절할 수 있다.

상기 레이저 광원과 상기 너비 조절부 사이에 상기 레이저 빔의 직경을 전체적으로 증가시키는 빔 익스팬더를 더 포함할 수 있다.

상기 빔 익스팬더에서 출사된 레이저 빔의 진행 방향과 수직인 방향의 단면적은 상기 제1 너비 조절 유닛 및 상기 제2 너비 조절 유닛의 단면적보다 작을 수 있다.

상기 제1 너비 조절 유닛과 상기 제2 너비 조절 유닛은 서로 다른 형상을 갖을 수 있다.

상기 제1 너비 조절 유닛의 볼록면은 레이저 빔이 너비 조절부에 입사하는 방향으로 배치되고, 상기 제2 너비 조절 유닛의 볼록면은 레이저 빔이 너비 조절부에서 출사하는 방향으로 배치될 수 있다.

상기 제1 너비 조절 유닛 및 상기 제2 너비 조절 유닛은 각각 기준선을 포함하고, 상기 제1 너비 조절 유닛 및 상기 제2 너비 조절 유닛은 입사되는 레이저 빔의 단면을 상기 기준선과 수직한 방향으로 조절할 수 있다.

상기 제1 너비 조절 유닛은 상기 제1 너비 조절 유닛을 투과하는 레이저 빔의 단면을 상기 제1 너비 조절 유닛의 기준선과 수직하는 방향으로 수축하고, 상기 제2 너비 조절 유닛은 상기 제2 너비 조절 유닛을 투과하는 레이저 빔의 단면을 상기 제2 너비 조절 유닛의 기준선과 수직하는 방향으로 이완할 수 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 다른 실시예에 따른 레이저 가공 방법은 레이저 빔의 단면을 측정하는 단계, 상기 레이저 빔의 단면을 분석하여 장축 및 단축의 방향 및 비율을 판단하는 단계 및 상기 레이저 빔의 장축 및 단축의 방향 및 비율을 고려하여, 제1 너비 조절 유닛 및 제2 너비 조절 유닛의 기준선과 상기 레이저 빔의 장축 및 단축의 상대적인 각도를 조절하여 상기 레이저 빔의 진행 방향에 중첩되도록 상기 제1 너비 조절 유닛 및 상기 제2 너비 조절 유닛을 배치하는 단계를 포함한다.

상기 제1 너비 조절 유닛 및 상기 제2 너비 조절 유닛을 배치하는 단계 이후에 상기 제1 너비 조절 유닛 및 상기 제2 너비 조절 유닛을 향하여 상기 레이저 빔을 방출하여 상기 레이저 빔의 단면을 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 레이저 빔의 단면을 조절하는 단계 이후에 상기 레이저 빔을 이용하여 대상물을 가공하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 레이저 빔의 진행 방향에 중첩되도록 스캐너부를 배치하는 단계를 더 포함할 수 있다.

실시예들에 따른 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법에 의하면, 단면이 타원인 레이저 빔을 단면이 진원인 레이저 빔으로 조절할 수 있다. 이에 따라 레이저 가공 장치의 가공 경로에 따라 레이저 빔이 조사되는 면적이 달라지는 현상을 방지할 수 있다.

실시예들에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 장치의 사시도이다.
도 2는 너비 조절부의 뚜껑이 닫힌 상태의 개략적인 측면도이다.
도 3은 너비 조절부의 뚜껑이 열린 상태의 개략적인 측면도이다.
도 4는 너비 조절 유닛의 형상을 도시한 개략도이다.
도 5 내지 도 7은 경통 내부의 너비 조절 유닛의 배치에 따른 레이저 빔의 형상을 나타낸 개략도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 제1 갈바노 미러와 제2 갈바노 미러에 의해 반사되는 레이저 빔의 경로를 나타내는 사시도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 제1 갈바노 미러의 경사각에 따른 레이저 빔의 경로를 나타내는 평면도이다.
도 10은 일 실시예에 따른 제2 갈바노 미러의 경사각에 따른 레이저 빔의 경로를 나타내는 정면도이다.
도 11은 일 실시예에 따른 제1 갈바노 미러 및 제2 갈바노 미러에 의해 반사되는 레이저 빔의 경로를 나타낸 사시도이다.
도 12는 레이저 빔의 단면이 진원인 경우와 타원인 경우 방향에 따른 빛의 단면적의 넓이를 비교한 개략도이다.
도 13은 스캐너부에 입사하는 레이저 빔이 진원인 경우 기판에 조사되는 레이저 빔의 단면도이다.
도 14는 레이저 빔의 단면이 진원인 경우 기판에 조사되는 레이저 빔의 너비를 나타낸 개략도이다.
도 15는 다른 실시예에 따른 레이저 가공 장치의 사시도이다.
도 16은 다른 실시예에 따른 경통 내부의 너비 조절 유닛의 배치에 따른 레이저 빔의 형상을 나타낸 개략도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 구체적인 실시예들에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 장치의 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 장치(10)는 레이저를 이용하여 기판(S) 등을 가공하는 데 사용된다. 예를 들어, 레이저 가공 장치(10)는 기판(S)을 절단하거나, 기판(S) 또는 기판(S) 상의 구조물에 열을 가하거나, 패터닝을 하는 데에 사용될 수 있다.

레이저 가공 장치(10)는 레이저 빔(L)을 방출하는 레이저 광원(LS), 레이저 빔(L)의 단면의 너비를 조절하는 너비 조절부(100), 레이저 빔(L)의 진행방향을 제어하는 스캐너부(200), 스캐너부(200)를 통과한 레이저 빔(L)의 초점을 조절하는 에프 쎄타 렌즈(F/Theta lense; 300), 및 기판(S)이 배치되는 스테이지(400)를 포함할 수 있다.

설명의 편의를 위해서 도 1에 x, y, z 좌표계를 정의하기로 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 스테이지(400) 상에는 레이저 가공 처리되는 대상 기판(S)이 배치된다. 스테이지(400)의 표면은 xy 평면과 평행할 수 있다. 스테이지(400)는 xy 평면 상에 서로 직교하는 방향을 따라 이동할 수 있다. 예를 들어, 스테이지(400)는 서로 직교하는 x축 및 y축을 따라 이동할 수 있다.

스테이지(400)의 상부(z축 방향)에는 레이저 광원(LS), 너비 조절부(100), 스캐너부(200) 및 에프 쎄타 렌즈(300) 배치된다. 예를 들어, 스테이지(400) 상부에 스테이지(400)와 제3 방향으로 이격되어 에프 쎄타 렌즈(300)가 배치되고, 에프 쎄타 렌즈(300)의 상부에 에프 쎄타 렌즈(300)와 제3 방향으로 이격되어 스캐너부(200)가 배치될 수 있다. 레이저 광원(LS) 및 너비 조절부(100)는 스테이지(400) 평면을 기준으로 스캐너부(200)와 동일한 높이에 위치할 수 있다. 예를 들어, 스캐너부(200), 너비 조절부(100), 레이저 광원(LS)은 동일한 xy 평면 상에서 제2 방향(x축 방향)으로 이격되어 스캐너부(200), 너비조절부, 레이저 광원(LS)의 순서로 배치될 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 예를 들면, 스테이지(400) 평면을 기준으로 너비 조절부(100)는 스캐너부(200)보다 높이 배치되고, 레이저 광원(LS)은 너비 조절부(100)보다 높이 배치될 수 있으나 이 경우에도 스캐너부(200), 너비 조절부(100) 및 레이저 광원(LS)은 하나의 직선상에 배치된다.

레이저 광원(LS)은 공지의 다양한 레이저 발생 장치일 수 있다. 레이저 광원(LS)은 레이저 빔(L)을 방출한다. 레이저 광원(LS)은 연속 또는 불연속적으로 레이저 빔(L)을 방출할 수 있다. 레이저 빔(L)의 파장, 진폭, 에너지 밀도 등은 레이저 광원(LS)에 의하여 조절될 수 있다. 레이저 빔(L)의 파장은 340nm 내지 360nm 일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 레이저 빔(L)의 파장은 360nm를 초과할 수도 있다. 레이저 빔(L)의 방출 시간은 1 나노 초보다 짧을 수 있다. 예를 들면 레이저 빔(L)의 방출 시간은 수십 피코(pico) 초 또는 수십 펨토(femto) 초일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니고, 레이저 빔(L)의 방출 시간은 오히려 수십초 내지 수분으로 충분히 긴 시간일 수도 있다.

레이저 광원(LS)은 단일빔(Single-beam)을 방출할 수도 있고, 복수의 다중빔(Multi-beam)을 방출할 수도 있다. 본 실시예에서는 단일빔(Single-beam)을 방출하는 경우를 예시한다.

별도로 구비한 빔 프로파일러(미도시)를 이용하여 레이저 광원(LS)에서 방출하는 레이저 빔(L)을 분석할 수 있다. 구체적으로, 레이저 광원(LS)에서 방출하는 레이저 빔(L)의 단면을 측정하고, 단면이 진원인지 타원인지 판단할 수 있다. 레이저 빔(L)의 단면이 타원인 경우 타원의 장축 및 단축의 방향과 장축의 길이와 단축의 길이 사이의 비율 등을 측정할 수 있다.

단일의 레이저 빔(L)은 방출된 방향으로 직진하여 너비 조절부(100)에 도달한다. 너비 조절부(100)는 레이저 광원(LS)과 동일 평면 상 레이저 빔(L)의 진행 방향에 배치될 수 있다. 따라서 레이저 광원(LS)에서 방출된 레이저 빔(L)은 너비 조절부(100)를 통과할 수 있다. 구체적으로, 레이저 빔(L)은 너비 조절부(100)의 입사부에 입사하여 경통 내부를 통과해 너비 조절부(100)의 출사부를 통해 출사될 수 있다. 너비 조절부(100)는 레이저 빔(L)의 단면의 너비를 조절할 수 있다. 구체적으로 너비 조절부(100)는 레이저 빔(L)의 단면의 상하 및/또는 좌우의 너비를 조절하여 단면이 타원인 레이저 빔(L)을 단면이 진원인 레이저 빔(L)으로 조절할 수 있다. 너비 조절부(100)에 관한 구체적인 설명은 도 2 내지 도 7에서 후술한다.

너비 조절부(100)에서 출사된 레이저 빔(L)은 스캐너부(200)에 도달한다. 스캐너부(200)는 레이저 광원(LS), 너비 조절부(100)와 동일 평면 상 레이저 빔(L)의 진행 방향에 배치될 수 있다. 따라서 너비 조절부(100)에서 출사된 레이저 빔(L)은 스캐너부(200)를 통과할 수 있다. 스캐너부(200)는 입사된 레이저 빔(L)의 진행 방향을 스테이지(400) 측으로 변경하고, 단일의 레이저 빔(L)을 복수개의 레이저 빔(L)으로 나눌 수 있다. 레이저 빔(L)의 출사 각도 및 출사되는 빔의 개수는 스캐너부(200)에 의해 제어될 수 있다. 이와 같은 레이저 빔(L)의 출사 각도 및 출사되는 빔의 개수 제어를 위해 스캐너부(200)는 적어도 하나의 갈바노 미러(도 8의 211, 212)를 포함할 수 있다. 스캐너부(200)에 관한 구체적인 설명은 도 8 내지 도 11에서 후술한다.

스캐너부(200)에서 출사된 레이저 빔(L)은 에프 쎄타 렌즈(300)에 도달한다. 에프 쎄타 렌즈(300)는 스캐너부(200)와 이격되어 스캐너부(200)와 스테이지(400) 사이에 배치될 수 있다. 따라서 스캐너부(200)에서 출사된 레이저 빔(L)은 에프 쎄타 렌즈(300)를 통과할 수 있다.

에프 쎄타 렌즈(300)는 한 개 또는 복수개의 렌즈로 구성된 공지의 다양한 에프 쎄타 렌즈(300)일 수 있다. 에프 쎄타 렌즈(300)는 스캐너부(200)에서 출사된 복수의 레이저 빔(L)의 초점 거리를 일정하게 조절하여, 레이저 빔(L)을 기판(S) 상 가공하고자 하는 영역에 포커싱할 수 있다.

에프 쎄타 렌즈(300)를 투과한 레이저 빔(L)은 스테이지(400) 상에 배치된 기판(S)에 도달할 수 있다. 레이저 빔(L)은 기판(S)을 절단하거나, 표시 장치의 디스플레이 제조 시 콘텍홀 형성 등 다양한 용도로 사용될 수 있다.

도 2는 너비 조절부의 뚜껑이 닫힌 상태의 개략적인 측면도이다. 도 3은 너비 조절부의 뚜껑이 열린 상태의 개략적인 측면도이다. 도 4는 너비 조절 유닛의 형상을 도시한 개략도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 너비 조절부(100)는 경통 및 한 쌍의 너비 조절 유닛(120)을 포함한다. 경통은 내부가 비어있는 기둥 형상일 수 있다. 도면 상에는 경통의 형상을 원기둥으로 도시하였으나, 이에 제한되지 않는다. 예를 들면 경통은 내부가 비어있는 사각 기둥, 삼각 기둥 등 공지의 다양한 형상일 수 있다. 이하에서 경통이 원기둥 형상인 경우를 전제로 설명한다. 한 쌍의 너비 조절 유닛(120)은 동일한 형상을 갖고 동일한 물질로 이루어진다. 경통은 개구부(110)를 포함할 수 있다. 개구부(110)를 이용하여 경통의 상면은 오픈될 수 있다. 개구부(110)를 오픈하여 경통의 내부에 너비 조절 유닛(120)을 배치하고 개구부(110)를 닫아 경통 내부에 배치되는 너비 조절 유닛(120)의 배치를 조절할 수 있다. 경통은 내부 표면 상에 고정부(미도시)를 포함할 수 있다. 고정부를 이용하여 너비 조절 유닛(120)을 고정할 수 있다.

경통의 내부에는 너비 조절 유닛(120)이 배치된다. 너비 조절 유닛(120)은 2개가 한쌍으로 배치되며, 이 중 좌측에 배치되는 너비 조절 유닛(120)을 제1 너비 조절 유닛(121), 우측에 배치되는 너비 조절 유닛(120)을 제2 너비 조절 유닛(122)이라 정의한다. 또한, 너비 조절 유닛(120)의 배치 및 상대적인 각도를 설명하기 위해 기준선(121a, 122a)를 도입한다. 너비 조절 유닛(120)은 휘어진 타원 형상일 수 있다. 한쌍의 너비 조절 유닛(120)은 동일한 물질로 구성되며 동일한 형상을 갖고 일정한 굴절률을 가질 수 있다. 각 너비 조절 유닛(120)은 볼록면과 오목면을 가질 수 있다. 너비 조절 유닛(120)은 볼록면과 오목면의 곡률이 상이한 무한원일 수 있다. 무한원이란 렌즈의 초점거리가 한없이 멀어 렌즈의 도수가 없거나 없는 것으로 판단할 수 있는 것을 의미한다. 너비 조절 유닛의 초점 거리는 20000mm 이상일 수 있다. 레이저 가공 장치 및 가공 대상의 크기를 고려할 때, 레이저 가공 장치에 사용되는 너비 조절 유닛(120)의 초점 거리가 20000mm 이상이 되면, 실질적으로 초점거리가 무한에 근사한 것으로 볼 수 있다. 따라서 너비 조절 유닛(120)의 초점 거리가 20000mm 이상인 경우 실질적으로 도수가 없다고 볼 수 있고, 너비 조절 유닛(120)에 평행하게 입사한 빛은 너비 조절 유닛(120)을 투과하며 입사 방향 표면에서 한번, 출사 방향 표면에서 한번 총 두번의 굴절을 통해 다시 평행하게 출사될 수 있다. 한 쌍의 너비 조절 유닛(120)을 배치하여 평행하게 너비 조절부(100)에 입사된 레이저 빔(L)은 총 4번의 굴절 후 평행하게 출사될 수 있다. 이와 같이 레이저 가공 장치에 초점 거리가 실질적으로 무한에 가까운 너비 조절 유닛(120)을 배치해 너비 조절 유닛(120)에 입사하는 레이저 빔(L)과 출사하는 레이저 빔(L)의 진행 경로를 평행하는 경우, 너비 조절 유닛(120)에서 출사한 레이저 빔(L)이 에프 쎄타 렌즈(300)를 투과할 때 페츠발 상면 만곡과 같은 수차 문제가 발생하지 않아 레이저 빔(L)의 진원 보정에 효과적일 수 있다.

도 4를 참조하면, 너비 조절 유닛(120)은 휘어진 타원 형상일 수 있다.

너비 조절 유닛(120)은 장축과 단축을 갖는 타원을 양 장축의 끝단이 가까워지는 방향으로 벤딩한 모양일 수 있다. 구체적으로, 너비 조절 유닛(120)은 볼록면과 오목면을 갖고, 볼록면과 오목면은 같은 방향으로 벤딩되며 볼록면과 오목면의 곡률반경은 상이할 수 있다. 예를 들면, 볼록면의 곡률 반경은 23 내지 24mm이고 오목면의 곡률 반경은 19 내지 21mm일 수 있다. 볼록면의 곡률반경을 23.348mm, 오목면의 곡률반경을 20mm로 설정하고, 두께를 10mm로 설정하는 경우 너비 조절 유닛(120)의 유효 초점 거리(EFL, effective focal length)는 38040mm로 사실상 무한대에 근접할 수 있으나 오목면 및 볼록면의 곡률 반경은 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 오목면의 곡률반경과 볼록면의 곡률반경은 너비 조절 유닛(120)이 무한대의 초점 거리를 갖는 무한원이 되게 하는 다양한 값을 가질 수 있다.

단면도 상 너비 조절 유닛(120)은 한쪽 방향으로 휘어진 기둥 모양일 수 있다. 너비 조절 유닛(120)의 곡률의 영향으로 오목면의 상부 중 일부와 오목면의 하부 중 일부는 서로 대향할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 오목면의 곡률이 충분히 큰 경우 오목면의 상부 중 일부와 오목면의 하부 중 일부는 서로 대향하나, 오목면의 곡률이 작은 경우 오목면의 상부와 하부는 서로 대향하는 부분이 존재하지 않을 수도 있다.

너비 조절 유닛(120)의 측면은 평탄한 형상으로 서로 대향하는 측면과 평행할 수 있다. 너비 조절 유닛(120)의 측면의 형상을 평탄하며, 대향하는 측면과 평행하게 함으로써 너비 조절 유닛(120)을 경통 내부에 배치시 외부 충격의 영향을 줄이고 너비 조절 유닛(120)을 회전하여 배치하는 경우에도 너비 조절 유닛(120)이 차지하는 공간이 동일하여 경통 내부에 수월하게 배치할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면 너비 조절 유닛(120)의 측면은 대향하는 측면과 평행하지 않고, 경통 내부 너비 조절 유닛(120)의 배치 공간에 너비가 조절 가능한 별도의 고정부가 제공될 수도 있다.

평면도 상 너비 조절 유닛(120)은 상하의 길이와 좌우의 길이가 동일한 진원일 수 있다. 너비 조절 유닛(120)의 평면도상 형상을 진원으로 하여 너비 조절 유닛(120)을 회전시켜 배치하는 경우에도 경통 내부에 동일한 공간을 차지하여 경통 내부 공간 자체의 변화 없이 수월하게 너비 조절 유닛(120)을 회전시켜 배치할 수 있다.

이상에서 너비 조절 유닛(120)의 평면도상 형상이 원인 것을 전제로 설명하였으나, 너비 조절 유닛(120)의 형상은 이에 제한되지 않는다. 예를 들면, 너비 조절 유닛(120)은 평면도 상 정사각형 또는 직사각형의 형상을 가질 수 있고, 삼각형의 형상을 가질 수도 있다. 다만, 이 경우에도 너비 조절 유닛(120)은 단면도상 휘어진 기둥 모양을 갖고, 오목면 및 볼록면을 가질 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 너비 조절 유닛(120)이 평면도상 원 형상을 갖는 것을 전제로 설명한다.

너비 조절 유닛(120)은 공지의 렌즈를 구성하는 다양한 광학 유리로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 너비 조절 유리는 판 유리, 주물 유리, 파이렉스 유리, 듀란 유리, 제로 듀어 유리 등을 포함할 수 있다. 너비 조절 유닛(120)은 투명하며 공기와 다른 굴절률을 갖는 물질을 포함하여, 입사되는 레이저는 볼록면에서 한번, 오목면에서 한번 총 두번 굴절하며 너비 조절 유닛(120)을 투과할 수 있다.

레이저 광원(LS)에서 방출되는 레이저 빔(L)의 단면 형상에 따라 경통의 개구부(110)를 열어 제1 너비 조절 유닛(121)의 배치 및 제1 너비 조절 유닛(121)과 제2 너비 조절 유닛(122) 사이의 각도를 조정하여 단면이 다양한 비율의 타원인 레이저 빔(L)을 단면이 진원인 레이저 빔(L)으로 조정할 수 있다.

도 5 내지 도 7은 경통 내부의 너비 조절 유닛의 배치에 따른 레이저 빔의 형상을 나타낸 개략도이다.

도 5를 참조하면, 경통 내부에 제1 너비 조절 유닛(121) 및 제2 너비 조절 유닛(122)을 양 기준선(121a, 122a)이 서로 평행하도록 배치할 수 있다. 경통에 입사된 레이저 빔(L)은 제1 너비 조절 유닛(121)을 투과하며 굴절되어 기준선(121a)과 수직 방향인 상하 방향으로 수축하고 입사된 방향과 동일한 방향으로 출사한다. 제1 너비 조절 유닛(121)은 무한원이기 때문에, 제1 너비 조절 유닛(121)에 입사하는 레이저와 출사하는 레이저는 서로 평행할 수 있다. 제1 너비 조절 유닛(121)에서 출사된 레이저 빔(L)은 제2 너비 조절 유닛(122)을 투과하며 굴절되어 기준선(122a)과 수직 방향인 상하 방향으로 다시 한번 수축할 수 있다. 제2 너비 조절 유닛(122) 역시 제1 너비 조절 유닛(121)과 같은 무한원이기 때문에, 제2 너비 조절 유닛(122)에 입사하는 레이저와 출사하는 레이저는 서로 평행할 수 있다. 종합하면 너비 조절부(100)에 입사된 레이저 빔(L)은 상하 방향으로 두번 수축 후 입사된 방향과 평행하게 출사될 수 있다. 따라서 단면이 상하 방향은 장축, 좌우 방향은 단축인 타원 형상인 레이저 빔(L)을 한 쌍의 너비 조절 유닛(120)을 투과시켜 장축은 수축하고 단축은 유지되어 단면이 진원 형상인 레이저 빔(L)으로 조절할 수 있다.

구체적인 설명을 위해 경통에 입사되는 레이저 빔(L)의 단면도, 제1 너비 조절 유닛(121)을 투과한 후의 레이저 빔(L)의 단면도 및 제2 너비 조절 유닛(122)을 투과한 후의 레이저 빔(L)의 단면도를 비교한다. 세 지점의 단면도를 비교하면, 가로축의 길이는 세 지점 모두 x로 동일한 값을 갖고, 세로축의 길이는 경통에 입사되는 레이저 빔(L)의 세로축의 길이인 y1이 가장 큰 값을 갖고, 제1 너비 조절 유닛(121)을 투과한 레이저 빔(L)의 세로축의 길이인 y2는 y1보다 작은 값을 갖으며, 제2 너비 조절 유닛(122)을 투과한 레이저 빔(L)의 세록축의 길이인 y3은 y2보다도 작은 값을 가질 수 있다. 그리고 y3이 x와 동일한 값을 갖도록 설정하면 레이저 빔(L)의 세로축의 길이와 가로축의 길이가 같아지므로, 단면이 타원인 레이저 빔(L)을 단면이 진원인 레이저 빔(L)으로 조정할 수 있다.

특히, 이와 동일한 배치를 함으로써, 너비 조절 유닛(120)의 볼록면의 곡률반경을 23.348mm, 오목 면의 곡률반경을 20mm로 하고, 두께를 10mm로 하는 경우 장축 대 단축의 비가 1.5 대 1인 타원 형상의 단면을 갖는 레이저 빔(L)을 진원 형상의 단면을 갖는 레이저 빔(L)으로 조정할 수 있다.

도 6을 참조하면, 경통 내부에 제1 너비 조절 유닛(121) 및 제2 너비 조절 유닛(122)을 양 기준선(121a, 122a)이 서로 수직하도록 배치할 수 있다. 경통에 입사된 레이저 빔(L)은 제1 너비 조절 유닛(121)을 투과하며 굴절되어 기준선(121a)과 수직 방향인 상하 방향으로 수축하고 입사된 방향과 동일한 방향으로 출사한다. 제1 너비 조절 유닛(121)은 무한원이기 때문에, 제1 너비 조절 유닛(121)에 입사하는 레이저와 출사하는 레이저는 서로 평행할 수 있다. 제1 너비 조절 유닛(121)에서 출사된 레이저 빔(L)은 제2 너비 조절 유닛(122)을 투과하며 굴절되어 기준선(122a)과 수직 방향인 좌우 방향으로 다시 한번 수축할 수 있다. 제2 너비 조절 유닛(122) 역시 제1 너비 조절 유닛(121)과 같은 무한원이기 때문에, 제2 너비 조절 유닛(122)에 입사하는 레이저와 출사하는 레이저는 서로 평행할 수 있다. 종합하면 너비 조절부(100)에 입사된 레이저 빔(L)은 상하 방향으로 한번 수축하고 좌우 방향으로 한번 수축 후 입사된 방향과 평행하게 출사될 수 있다. 따라서 진원인 레이저 빔(L)이 입사하여 한 쌍의 너비 조절 유닛(120)을 투과하며 상하 방향 및 좌우 방향이 모두 수축하여 단면의 넓이가 줄어든 진원 형상의 레이저 빔(L)으로 조절될 수 있다.

구체적인 설명을 위해 경통에 입사되는 레이저 빔(L)의 단면도, 제1 너비 조절 유닛(121)을 투과한 후의 레이저 빔(L)의 단면도 및 제2 너비 조절 유닛(122)을 투과한 후의 레이저 빔(L)의 단면도를 비교한다. 세 지점의 단면도를 비교하면, 가로축의 길이는 경통에 입사되는 레이저 빔(L)의 가로축의 길이인 x1과 제1 너비 조절 유닛(121)을 투과한 레이저 빔(L)의 가로축의 길이인 x2는 동일한 값을 갖고, 제2 너비 조절 유닛(122)을 투과한 레이저 빔(L)의 가로축의 길이인 x3은 x1 및 x2 보다 작은 값을 가질 수 있다. 또한, 세로축의 길이는 경통에 입사되는 레이저 빔(L)의 세로축의 길이인 y1이 가장 큰 값을 갖고, 제1 너비 조절 유닛(121)을 투과한 레이저 빔(L)의 세로축의 길이인 y2 및 제2 너비 조절 유닛(122)을 투과한 레이저 빔(L)의 세로축의 길이인 y3은 동일한 값을 가질 수 있다.

도 7을 참조하면, 경통 내부에 제1 너비 조절 유닛(121) 및 제2 너비 조절 유닛(122)을 양 기준선(121a, 122a)이 서로 45°의 각도를 갖도록 배치할 수 있다. 경통에 입사된 레이저 빔(L)은 제1 너비 조절 유닛(121)을 투과하며 굴절되어 기준선(121a)과 수직 방향인 상하 방향으로 수축하고 입사된 방향과 동일한 방향으로 출사한다. 제1 너비 조절 유닛(121)은 무한원이기 때문에, 제1 너비 조절 유닛(121)에 입사하는 레이저와 출사하는 레이저는 서로 평행할 수 있다. 제1 너비 조절 유닛(121)에서 출사된 레이저 빔(L)은 제2 너비 조절 유닛(122)을 투과하며 굴절되어 기준선(122a)과 수직 방향인 상하 및 좌우 방향으로 수축하고 입사된 방향과 동일한 반향으로 출사한다. 제2 너비 조절 유닛(122) 역시 제1 너비 조절 유닛(121)과 같은 무한원이기 때문에, 제2 너비 조절 유닛(122)에 입사하는 레이저와 출사하는 레이저는 서로 평행할 수 있다. 종합하면 너비 조절부(100)에 입사된 레이저 빔(L)은 상하 방향으로 한번, 상하 및 좌우 방향으로 한번 수축 후 입사된 방향과 평행하게 출사될 수 있다. 따라서 단면이 상하 방향은 장축, 좌우 방향은 단축인 타원 형상인 레이저 빔(L)이 입사하여 제1 너비 조절 유닛(121)을 투과하며 단면이 진원인 레이저 빔(L)이 되고, 제2 너비 조절 유닛(122)을 투과하며 단면의 넓이가 줄어든 진원 형상의 레이저 빔(L)으로 조절될 수 있다.

구체적인 설명을 위해 경통에 입사되는 레이저 빔(L)의 단면도, 제1 너비 조절 유닛(121)을 투과한 후의 레이저 빔(L)의 단면도 및 제2 너비 조절 유닛(122)을 투과한 후의 레이저 빔(L)의 단면도를 비교한다. 세 지점의 단면도를 비교하면, 가로축의 길이는 경통에 입사되는 레이저 빔(L)의 가로축의 길이인 x1과 제1 너비 조절 유닛(121)을 투과한 레이저 빔(L)의 가로축의 길이인 x2는 동일한 값을 갖고, 제2 너비 조절 유닛(122)을 투과한 레이저 빔(L)의 가루축의 길이인 x3은 x1 및 x2 보다 작은 값을 가질 수 있다. 또한 세로축의 길이는 경통에 입사되는 레이저 빔(L)의 세로축의 길이인 y1이 가장 큰 값을 갖고, 제1 너비 조절 유닛(121)을 투과한 레이저 빔(L)의 세로축의 길이인 y2는 y1 보다 작은 값을 갖으며, 제2 너비 조절 유닛(122)을 투과한 레이저 빔(L)의 세로축의 길이인 y3은 y2 보다 작은 값을 가질 수 있다.

이 경우 기준선(121a, 122a)과 수직 방향으로의 길이 변화량은 기준선(121a, 122a)과 45°의 각도를 이루는 방향의 길이 변화량보다 크기 때문에, y2/y1의 값은 y3/y2의 값보다 작을 수 있다.

이상에서 각 경우에 제1 너비 조절 유닛(121)은 동일한 배치를 갖고 제2 너비 조절 유닛(122)의 배치를 조절하여 제1 너비 조절 유닛(121)과 제2 너비 조절 유닛(122) 사이의 다양한 각도를 설명하였으나, 이에 제한되지 않는다. 예를 들면, 제2 너비 조절 유닛(122)이 고정되어 있고 제1 너비 조절 유닛(121)의 배치를 조절하여 제1 너비 조절 유닛(121)과 제2 너비 조절 유닛(122) 사이의 각도를 조절할 수 있고, 제1 너비 조절 유닛(121)과 제2 너비 조절 유닛(122)의 배치를 함께 조절할 수도 있다.

상술한 바와 같이 별도로 구비한 빔 프로파일러(미도시)를 사용하여 분석한 레이저 광원(LS)이 방출하는 레이저 빔(L)의 단면 형상에 따라 너비 조절부(100)가 포함하는 너비 조절 유닛(120)의 배치를 조절하여 레이저 빔(L)의 단면을 조절할 수 있다. 구체적으로, 레이저 광원(LS)이 방출하는 레이저 빔(L)의 단면이 진원인 경우 너비 조절부(100)에서 방출되는 레이저 빔(L)의 단면을 진원으로 유지하기 위하여 제1 너비 조절 유닛(121) 및 제2 너비 조절 유닛(122)의 기준선(121a, 122a)이 서로 수직한 방향으로 배치할 수 있다. 이를 통해 제1 너비 조절 유닛(121)이 레이저 빔(L)을 수축하는 방향과 제2 너비 조절 유닛(122)이 수축하는 레이저 빔(L)의 방향이 서로 수직이 되게 하여 결과적으로 너비 조절부(100)를 투과한 레이저 빔(L)의 단면 역시 진원으로 만들 수 있다.

레이저 빔(L)의 단면이 장축과 단축의 비가 1.5:1 또는 그 이상 차이가 나는 타원인 경우, 제1 너비 조절 유닛(121) 및 제2 너비 조절 유닛(122)을 제1 너비 조절 유닛(121) 및 제2 너비 조절 유닛(122)의 기준선(121a, 122a)이 모두 레이저 빔(L)의 단면의 장축과 수직하도록 배치하여 레이저 빔(L)의 장축과 단축의 길이 차이를 줄일 수 있다.

레이저 빔(L)의 단면이 장축과 단축의 비가 1:1과 1.5:1 사이의 값을 갖는 경우 제1 너비 조절 유닛(121)과 제2 너비 조절 유닛(122)의 기준선(121a, 122a) 사이의 각도를 0° 내지 90° 사이에서 조절하여 레이저 빔(L)의 단면을 진원으로 맞출 수 있다. 예를 들면, 제1 너비 조절 유닛(121)의 기준선(121a)이 레이저 빔(L)의 장축과 수직이 되도록 제1 너비 조절 유닛(121)을 배치하고, 제2 너비 조절 유닛(122)의 기준선(122a)이 제1 너비 조절 유닛(121)의 기준선(121a)과 45°의 각도를 갖도록 제2 너비 조절 유닛(122)을 배치하여 레이저 빔(L)의 단면의 장축과 단축 사이의 길이 차이를 완화할 수 있다.

도 8은 일 실시예에 따른 제1 갈바노 미러와 제2 갈바노 미러에 의해 반사되는 레이저 빔의 경로를 나타내는 사시도이다. 도 9는 일 실시예에 따른 제1 갈바노 미러의 경사각에 따른 레이저 빔의 경로를 나타내는 평면도이다. 도 10은 일 실시예에 따른 제2 갈바노 미러의 경사각에 따른 레이저 빔의 경로를 나타내는 정면도이다.

도 8 내지 도 10을 참조하면, 스캐너는 제1 갈바노 미러(211) 및 제2 갈바노 미러(212)를 포함할 수 있다. 제1 갈바노 미러(211) 및 제2 갈바노 미러(212)는 입사하는 레이저 빔(L) 또는 빛을 반사할 수 있는 다양한 물질로 이루어질 수 있다. 제1 갈바노 미러(211)는 레이저 광원(LS) 및 너비 조절부(100)와의 상대적인 각도를 조절할 수 있고, 제2 갈바노 미러(212)는 제1 갈바노 미러(211)와의 상대적인 각도를 조절할 수 있다.

제1 갈바노 미러(211)는 xy 평면 상의 경사각을 조절함으로써, 레이저 빔(L)의 제1 방향(y축 방향) 경로를 조절한다.

제2 갈바노 미러(212)는 xz 평면 상의 경사각을 조절함으로써, 레이저 빔(L)의 제2 방향(x축 방향) 경로를 조절한다. 여기서 제2 방향(x축 방향)이라 함은 상기 제1 방향(y축 방향)과 평행하지 않는 방향을 의미한다.

제1 갈바노 미러(211)와 제2 갈바노 미러(212)는 스테이지(400) 평면을 기준으로 레이저 광원(LS)과 동일한 높이에 위치할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니며, 제1 갈바노 미러(211)와 스테이지(400)사이에 제2 갈바노 미러(212)가 위치할 수도 있다.

제1 갈바노 미러(211)는 너비 조절부(100)로부터 방출되어 직진하는 레이저 빔(L)의 경로 상에 배치될 수 있다.

제2 갈바노 미러(212)는 제1 갈바노 미러(211)로부터 반사되어 진행하는 레이저 빔(L)의 경로 상에 배치될 수 있다.

이하, 제1 갈바노 미러(211)의 경사각에 따른 레이저 빔(L)의 진행 경로에 대한 더욱 상세한 설명을 위하여 도 9가 참조된다.

제1 갈바노 미러(211)의 반사면은 레이저 광원(LS) 및 너비 조절부(100)를 향하여 배치될 수 있다. 레이저 광원(LS)으로부터 방출된 레이저 빔(L)은 너비 조절부(100)를 투과하여 제1 갈바노 미러(211)의 반사면으로 입사될 수 있다. 일 방향으로 직진하던 레이저 빔(L)은 제1 갈바노 미러(211)에 의하여 상기 일 방향과 평행하지 않은 타 방향으로 반사된다. 예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 레이저 빔(L)이 제1 방향(y축 방향)으로 직진하는 경우, 제1 갈바노 미러(211)에 의해 반사된 레이저 빔(L)은 대략 제2 방향(x축 방향)과 근사한 방향으로 진행하여 그 방면에 위치하는 제2 갈바노 미러(212)에 도달하게 된다.

제1 갈바노 미러(211)는 xy 평면 상에서 단속적인 복수의 기울기(회전각)를 갖도록 회전할 수 있다. 예를 들어, 제1 갈바노 미러(211)는 xy 평면 상에서 제1 기울기 및 그와 상이한 제2 기울기를 갖도록 회전할 수 있다. 제1 기울기와 제2 기울기의 평균 기울기를 갖는 가상의 직선을 제1 보조선(CL1)이라 정의하면, 제1 보조선(CL1)을 기준으로 제1 기울기는 반시계 방향으로 α의 각도를 갖고, 제2 기울기는 시계 방향으로 α의 각도를 갖는다. 제1 기울기와 제2 기울기 사이의 각도는 2α가 된다.

제1 갈바노 미러(211)에 입사하는 레이저 빔(L)은 제1 갈비노 미러(111)가 어떤 기울기를 갖는지에 따라 입사각이 달라진다. 예를 들어, 레이저 빔(L)이 제1 보조선(CL1)에 대해 45°의 입사각을 갖는다고 가정하면, 제1 갈바노 미러(211)가 제1 기울기를 가질 때에는 입사각이 (45°+α)의 각도를 갖고, 제1 갈바노 미러(211)가 제2 기울기를 가질 때에는 입사각이 (45°-α)의 각도를 갖는다.

제1 갈바노 미러(211)가 제1 기울기를 가질 때, 반사의 법칙에 의해 레이저 빔(L)은 (45°+α)의 반사각을 가지며, 제2 기울기를 가질 때에는 (45°-α)의 각도의 반사각을 가진다.

제1 기울기를 가지는 제1 갈바노 미러(211)에 의해 반사된 레이저 빔(L)이 제2 갈바노 미러(212)와 만나는 지점을 P_L1이라 하고, 제2 기울기를 가지는 제1 갈바노 미러(211)에 의해 반사된 레이저 빔(L)이 제2 갈바노 미러(212)와 만나는 지점을 P_L2라 한다. P_L1과 P_L2는 xy 평면 상에서 제1 방향(y축 방향)을 따라 서로 이격된다.

제1 갈바노 미러(211)의 기울기에 따라 레이저 빔(L)의 입사각 및 반사각이 달라지므로, 레이저 빔(L)이 제1 갈바노 미러(211)의 동일 지점에 입사되어도 제2 갈바노 미러(212)에 입사되는 지점은 달라진다.

이하, 제2 갈바노 미러(212)의 경사각에 따른 레이저 빔(L)의 진행 경로에 대한 더욱 상세한 설명을 위하여 도 10이 참조된다.

제2 갈바노 미러(212)의 반사면은 제1 갈바노 미러(211)를 향하여 배치될 수 있다. 제1 갈바노 미러(211)로부터 반사된 레이저 빔(L)은 제2 갈바노 미러(212)의 반사면으로 입사된다. 일 방향으로 직진하던 레이저 빔(L)은 제2 갈바노 미러(212)에 의하여 에프 쎄타 렌즈(300)를 향하여 반사될 수 있다. 도 10은 제2 방향(x축 방향)으로 직진하던 레이저 빔(L)이 에프 쎄타 렌즈(300)를 향하여 반사되는 경우를 예시한다.

제2 갈바노 미러(212)는 xz 평면 상에서 연속적인 복수의 기울기(회전각)를 갖도록 회전할 수 있다. 제2 갈바노 미러(212)는 xz 평면 상에서 제3 기울기 및 그와 상이한 제4 기울기 범위 내에서 연속적으로 회전할 수 있다. 제3 기울기와 제4 기울기의 평균 기울기를 갖는 가상의 직선을 제2 보조선(CL2)이라 정의하면, 제2 보조선(CL2)을 기준으로 제3 기울기는 반시계 방향으로 β의 각도를 갖고, 제4 기울기는 시계 방향으로 β의 각도를 갖는다. 제3 기울기와 제4 기울기 사이의 각도는 2β가 된다.

제2 갈바노 미러(212)에 입사하는 레이저 빔(L)은 제2 갈바노 미러(212)가 어떤 기울기를 갖는지에 따라 입사각이 달라진다. 예를 들어, 레이저 빔(L)이 제2 보조선(CL2)을 기준으로 45°의 입사각을 갖는다고 가정하면, 제2 갈바노 미러(212)가 제3 기울기를 가질 때에는 입사각이 (45°+β)의 각도를 갖고, 제2 갈바노 미러(212)가 제2 보조선(CL2)과 동일한 기울기를 가질 때에는 입사각이 45°의 각도를 가지며, 제2 갈바노 미러(212)가 제4 기울기를 가질 때에는 입사각이 (45°- β)의 각도를 갖는다.

반사각은 제2 갈바노 미러(212)의 기울기에 따라 달라진다. 반사의 법칙에 따라 입사각이 변하면 반사각은 입사각과 동일한 값으로 변한다.

도 11은 일 실시예에 따른 제1 갈바노 미러 및 제2 갈바노 미러에 의해 반사되는 레이저 빔의 경로를 나타낸 사시도이다.

도 1 및 도 11을 참조하면, 제2 갈바노 미러(212)에 의해 반사된 레이저 빔(L)은 에프 쎄타 렌즈(300)를 통과한다. 에프 쎄타 렌즈(300)는 스캐너부(200)와 스테이지(400) 사이에 위치할 수 있다. 에프 쎄타 렌즈(300)는 공지의 에프 쎄타 렌즈(300)와 같이 복수개의 렌즈로 구성될 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 예를 들면, 에프/쎄타는 입사하는 각 지점마다 상이한 다양한 굴절률을 갖는 하나의 렌즈로 구성될 수 있고, 동일한 굴절률을 갖는 하나의 렌즈로 구성될 수도 있다.

에프 쎄타 렌즈(300)는 레이저 빔(L)의 초점 거리를 일정하게 조절하여, 레이저 빔(L)을 기판(S) 상 가공하고자 하는 영역에 포커싱할 수 있다. 에프 쎄타 렌즈(300)를 통과한 레이저 빔(L)은 기판(S)에 도달할 수 있다.

이하, 제1 갈바노 미러(211)와 제2 갈바노 미러(212)의 기울기에 따른 레이저 빔(L)의 광 경로에 대해 상세히 설명한다.

먼저 제1 갈바노 미러(211)가 제1 기울기를 갖고, 제2 갈바노 미러(212)가 제3 기울기를 가질 때의 제1 레이저 빔(L1)의 광 경로에 대해 설명한다. 제1 레이저 빔(L1)은 제1 기울기를 갖는 제1 갈바노 미러(211)에 입사 후 반사되어 제2 갈바노 미러(212) 측으로 입사한다. 도면에서 제1 레이저 빔(L1)이 입사되는 지점이 PL1로 표시되어 있다.

제3 기울기를 갖는 제2 갈바노 미러(212)에 입사한 제1 레이저 빔(L1)은 반사의 법칙에 따라 입사각과 동일한 반사각으로 제2 갈바노 미러(212)에 의해 반사된다. 제2 갈바노 미러(212)에 의해 반사된 제1 레이저 빔(L1)은 에프 쎄타 렌즈(300)를 통과하여 기판(S)에 도달한다. 구체적으로 기판(S) 상의 가상의 일 직선인 SL1 상의 한 점인 P1에 도달한다. 상기 SL1은 제2 방향(x축 방향)과 평행할 수 있다.

이어, 제1 갈바노 미러(211)가 제1 기울기를 갖고, 제2 갈바노 미러(212)가 제2 보조선(CL2)과 동일한 기울기를 가질 때의 제2 레이저 빔(L2)의 광 경로에 대해 설명한다.

제2 레이저 빔(L2)은 제1 레이저 빔(L1)과 마찬가지로 제1 갈바노 미러(211) 측으로 입사 및 반사되어 제2 갈바노 미러(212)의 PL1 지점에 도달한다. 제2 갈바노 미러(212)에 입사한 제2 레이저 빔(L2)은 반사의 법칙에 따라 입사각과 동일한 반사되는데, 제2 갈바노 미러(212)가 제2 보조선(CL2)과 동일한 기울기를 갖기 때문에 반사되어 나가는 방향은 제1 레이저 빔(L1)과 상이하게 된다. 이렇게 제2 갈바노 미러(212)에서 반사된 제2 레이저 빔(L2)은 에프 쎄타 렌즈(300)를 통과하여 기판(S) 상에 존재하는 SL1 상의 P2에 도달한다. 여기서 P2는 P1으로부터 제2 방향(x축 방향)을 따라 이격된다.

다음으로, 제1 갈바노 미러(211)가 제1 기울기를 갖고, 제2 갈바노 미러(212)가 제3 기울기를 가질 때의 제3 레이저 빔(L3)의 광 경로에 대해 설명한다.

제3 레이저 빔(L3)은 제1 레이저 빔(L1)과 마찬가지로 제1 갈바노 미러(211) 측으로 입사 및 반사되어 제2 갈바노 미러(212)의 PL1 지점에 도달한다. 제2 갈바노 미러(212)에 입사한 제3 레이저 빔(L3)은 반사의 법칙에 따라 입사각과 동일한 반사되는데, 제2 갈바노 미러(212)가 제3 기울기를 갖기 때문에 반사되어 나가는 방향은 제1 레이저 빔(L1) 및 제2 레이저 빔(L2)과 상이하게 된다. 이렇게 제2 갈바노 미러(212)에서 반사된 제3 레이저 빔(L3)은 에프 쎄타 렌즈(300)를 통과하여 기판(S) 상에 존재하는 SL1 상의 P3에 도달한다. 여기서 P3는 P1으로부터 제2 방향(x축 방향)을 따라 더욱 이격된다.

제1 레이저 빔(L1) 내지 제3 레이저 빔(L3)은 제2 갈바노 미러(212)의 회전 정도에 따라 기판(S) 상에 도달하는 지점이 달라진다. 제2 갈바노 미러(212)는 연속적으로 회전할 수 있으므로, 레이저 빔(L)은 실질적으로 제1 레이저 빔(L1) 내지 제3 레이저 빔(L3) 사이의 모든 경로를 통해 기판(S)에 도달할 수 있다. 즉, 레이저 빔(L)은 P1과 P3을 연결하는 가상의 선에 포함되는 모든 영역에서 기판(S)과 만난다. 여기서 P1과 P3를 연결하는 가상의 선분은 제1 스캐닝 라인(SL2)이 된다.

다음으로, 제1 갈바노 미러(211)가 제2 기울기를 갖고, 제2 갈바노 미러(212)가 제3 기울기를 가질 때의 제4 레이저 빔(L4)의 광 경로에 대해 설명한다.

제4 레이저 빔(L4)은 제2 기울기를 갖는 제1 갈바노 미러(211)에 입사 후 반사되어 제2 갈바노 미러(212) 측으로 입사한다. 도면에서 제4 레이저 빔(L4)이 입사되는 지점이 PL2로 표시되어 있다.

제3 기울기를 갖는 제2 갈바노 미러(212)에 입사한 제4 레이저 빔(L4)은 반사의 법칙에 따라 입사각과 동일한 반사각으로 제2 갈바노 미러(212)에 의해 반사된다. 제2 갈바노 미러(212)에 의해 반사된 제4 레이저 빔(L4)은 에프 쎄타 렌즈(300)를 통과하여 기판(S)에 도달한다. 구체적으로 기판(S) 상의 가상의 일 직선인 SL2 상의 한 점인 P4에 도달한다. 상기 SL2는 제2 방향(x축 방향)과 평행할 수 있다.

이어, 제1 갈바노 미러(211)가 제2 기울기를 갖고, 제2 갈바노 미러(212)가 제2 보조선(CL2)과 동일한 기울기를 가질 때의 제5 레이저 빔(L5)의 광 경로에 대해 설명한다.

제5 레이저 빔(L5)은 제4 레이저 빔(L4)과 마찬가지로 제1 갈바노 미러(211) 측으로 입사 및 반사되어 제2 갈바노 미러(212)의 PL2 지점에 도달한다. 제2 갈바노 미러(212)에 입사한 제5 레이저 빔(L5)은 반사의 법칙에 따라 입사각과 동일한 반사되는데, 제2 갈바노 미러(212)가 제2 보조선(CL2)과 동일한 기울기를 갖기 때문에 반사되어 나가는 방향은 제4 레이저 빔(L4)과 상이하게 된다. 이렇게 제2 갈바노 미러(212)에서 반사된 제5 레이저 빔(L5)은 에프 쎄타 렌즈(300)를 통과하여 기판(S) 상에 존재하는 SL2 상의 P5에 도달한다. 여기서 P5는 P4으로부터 제2 방향(x축 방향)을 따라 이격된다.

다음으로, 제1 갈바노 미러(211)가 제2 기울기를 갖고, 제2 갈바노 미러(212)가 제3 기울기를 가질 때의 제6 레이저 빔(L6)의 광 경로에 대해 설명한다.

제6 레이저 빔(L6)은 제4 레이저 빔(L4)과 마찬가지로 제1 갈바노 미러(211) 측으로 입사 및 반사되어 제2 갈바노 미러(212)의 PL2 지점에 도달한다. 제2 갈바노 미러(212)에 입사한 제6 레이저 빔(L6)은 반사의 법칙에 따라 입사각과 동일한 반사되는데, 제2 갈바노 미러(212)가 제3 기울기를 갖기 때문에 반사되어 나가는 방향은 제4 레이저 빔(L4) 및 제5 레이저 빔(L5)과 상이하게 된다. 이렇게 제2 갈바노 미러(212)에서 반사된 제6 레이저 빔(L6)은 에프 쎄타 렌즈(300)를 통과하여 기판(S) 상에 존재하는 SL2 상의 P6에 도달한다. 여기서 P6는 P4으로부터 제2 방향(x축 방향)을 따라 더욱 이격된다.

제2 갈바노 미러(212)는 연속적으로 회전할 수 있으므로, 제1 갈바노 미러(211)가 제1 기울기를 가졌을 때, 레이저 빔(L)은 제4 레이저 빔(L4)과 제6 레이저 빔(L6) 사이의 모든 경로로 진행할 수 있다. 다시 말해 레이저 빔(L)은 P4와 P6을 연결하는 가상의 선에 포함되는 모든 영역에 도달할 수 있다. 여기서 P4와 P6을 연결하는 가상의 선분은 제2 스캐닝 라인(SL2)이 된다.

제1 스캐닝 라인(SL2)과 제2 스캐닝 라인(SL2)의 길이는 제2 갈바노 미러(212)의 회전각(2β) 및 스캐너부(200)와 스테이지(400) 사이의 거리에 의하여 결정된다.

제1 스캐닝 라인(SL2)과 제2 스캐닝 라인(SL2)은 제1 방향(y축 방향)을 따라 일정 간격 이격되어 있다. 상기 이격 간격은 제1 갈바노 미러(211)의 제1 기울기와 제2 기울기 사이의 각도(2α) 및 스캐너부(200)와 스테이지(400) 사이의 거리에 비례한다.

도 12는 레이저 빔의 단면이 진원인 경우와 타원인 경우 방향에 따른 빛의 단면적의 넓이를 비교한 개략도이다. 도 13은 스캐너부에 입사하는 레이저 빔이 진원인 경우 기판에 조사되는 레이저 빔의 단면도이다. 도 14는 레이저 빔의 단면이 진원인 경우 기판에 조사되는 레이저 빔의 너비를 나타낸 개략도이다.

도 12를 참조하면, 레이저 빔(L)은 무수히 많은 파장의 집합체인 빛이므로 특정한 방향에 대한 방향성을 갖지 않는다. 따라서 편광판 등을 통과하여 편광되지 않는 한 레이저 빔(L)의 단면적의 넓이에 의하여 레이저 빔(L)이 전달하는 에너지의 크기가 결정된다.

도면에서 좌측에 도시한 바와 같이, 레이저 빔(L)의 단면이 진원인 경우, 단면과 동일한 평면에서 좌우 방향 및 상하 방향은 물론 그 사이의 대각선 방향에서 모두 레이저 빔의 폭은 d1으로 동일할 수 있다. 따라서 단면이 진원인 레이저 빔을 이용하여 가공 대상을 L자 가공 시 상하 방향 및 좌우 방향에서 가공 대상에 조사되는 레이저의 폭이 d1으로 동일하여 방향 의존성이 없을 수 있다. 따라서 단면이 진원인 레이저 빔을 사용하면 방향에 따른 추가적인 가공 없이 효율적으로 가공 대상을 가공할 수 있다.

반면에 도면에서 우측에 도시한 바와 같이, 레이저 빔(L)의 단면이 타원인 경우, 각 방향에 따른 단면적이 상이할 수 있다. 설명을 위해 도면과 같이 레이저 빔의 단면으로 상하 방향이 장축, 좌우 방향이 단축인 타원을 상정한다. 레이저 빔의 단면과 동일한 평면에서 레이저 빔의 상하 방향 폭은 d2일 수 있다. 레이저 빔의 좌우 방향 폭은 d2 보다 큰 값을 갖는 d3 일 수 있다. 상하 방향과 좌우 방향 사이의 방향에서 레이저 빔의 폭은 d2 와 d3의 사이 값을 가질 수 있다. 따라서 이와 같은 레이저 빔을 이용하여 가공 대상을 L자 가공하면 가공 대상이 받는 레이저 빔의 폭은 상하 방향이 좌우 방향보다 좁을 수 있다. 방향에 따라 레이저가 조사되는 면적 및 폭이 상이하여 레이저 빔의 가공 시 방향 의존성이 존재할 수 있다. 이와 같이 레이저 빔의 단면이 타원인 경우, 레이저 빔의 방향 의존성으로 인해 정교한 가공이 불가하거나, 방향에 따른 추가적인 설계가 필요한 문제가 발생할 수 있다.

따라서 레이저 빔(L)의 사용 목적에 따라 단면이 타원인 레이저 빔(L)을 단면이 진원인 레이저 빔(L)으로 조정할 수 있다면 동일한 레이저 광원(LS)으로부터 방출되는 레이저 빔(L)으로 보다 효율적인 가공이 가능할 수 있다.

레이저 빔(L)의 진행 경로를 다양한 방향으로 변경하여 작동하는 레이저 가공 장치는 조사하는 레이저 빔(L)의 단면이 진원인 것이 유리하여 너비 조절부(100)를 사용하여 단면이 타원인 레이저 빔(L)을 진원인 레이저 빔(L)으로 조절할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면 몇몇 실시예에서는 레이저 빔(L)의 진행 경로별 요구되는 에너지의 차이가 있을 수 있고, 레이저 빔(L)의 단면이 타원인 경우가 레이저 빔(L)의 단면이 진원인 경우보다 유리할 수 있어 이 경우 너비 조절부(100)를 사용하여 레이저 빔(L)의 단면을 진원에서 타원으로 조정할 수도 있다. 다만, 이하에서는 너비 조절부(100)를 사용하여 레이저 빔(L)의 단면을 타원에서 진원으로 조정하는 경우를 전제로 설명한다.

도 13 및 도 14를 참조하면, 일 실시예에 따른 너비 조절부(100)를 사용하여 단면이 타원인 레이저 빔(L)을 단면이 진원인 레이저 빔(L)으로 조정하면 기판(S)의 각 위치에 도달하는 레이저 빔(L)의 단면은 모두 진원일 수 있다. 상술한 바와 같이 단면이 진원인 레이저 빔(L)은 평면상 방향성이 없기 때문에 스캐너부(200)에서 반사되고, 에프 쎄타 렌즈(300)에서 굴절된 후에도 모든 조사 위치에서 여전히 단면이 진원일 수 있다. 기판(S)에 조사되는 레이저 빔(L)의 단면의 지름을 d라고 정의한다. 기판(S)의 하면 상에 배치되는 스테이지(400)가 평면상 다양한 방향으로 움직여 기판(S)을 절단 할 수 있다. 단면이 진원인 레이저 빔(L)은 방향성이 없고, 기판(S) 상에 조사되는 레이저 빔(L)은 모두 진원이기 때문에, 다양한 방향으로 움직임에도 불구하고 레이저 빔(L)이 조사되는 영역의 너비는 항상 레이저 빔(L)의 지름과 동일한 d일 수 있다. 따라서, 레이저 광원(LS)이 방출하는 레이저 빔(L)의 단면이 타원인 경우에도, 너비 조절부(100)를 사용하여 레이저 빔(L)이 조사되는 모든 위치에 동일한 너비 및 동일한 강도로 레이저 빔(L)을 조사할 수 있다. 기판(S)에 조사되는 레이저 빔(L)의 너비 및 강도를 일정하게 유지하면, 스테이지(400)의 움직임만을 조정하여 레이저 빔(L)을 사용해 기판(S)의 미세한 가공을 할 수 있다.

일 실시예에 따른 너비 조절 유닛(120)은 초점 거리가 무한인 무한원이므로, 너비 조절 유닛(120)은 도수가 없을 수 있다. 따라서 너비 조절 유닛(120)을 구비한 너비 조절부(100)에 입사된 레이저 빔(L)의 각 부분의 빔은 모두 입사한 빔과 평행한 방향으로 출사하여 출사된 레이저 빔(L)은 모두 서로 평행한 방향으로 진행할 수 있다. 따라서 에프 쎄타 렌즈(300)를 통과하며 각 레이저 빔(L)이 굴절되더라도 상면 만곡 등의 수차가 발생하지 않을 수 있다.

도 15는 다른 실시예에 따른 레이저 가공 장치의 사시도이다.

본 실시예에 따른 레이저 가공 장치는 레이저 광원(LS)과 너비 조절부(100) 사이에 배치되는 빔 익스팬더(500)를 더 포함하는 점, 제1 너비 조절 유닛(121)과 제2 너비 조절 유닛(122)이 다른 형상을 갖는다는 점 및 제1 너비 조절 유닛(121)의 오목면과 제2 너비 조절 유닛(122)의 오목면이 서로 대향하게 배치되는 점에서 도 1의 실시예와 차이가 있다.

도 15를 참조하면, 레이저 가공 장치(10)는 레이저 빔(L)을 방출하는 레이저 광원(LS), 레이저 빔(L)의 전체적인 직경을 증가시키는 빔 익스팬더(500), 레이저 빔(L)의 단면의 너비를 조절하는 너비 조절부(100), 레이저 빔(L)의 진행방향을 제어하는 스캐너부(200), 스캐너부(200)를 통과한 레이저 빔(L)의 초점을 조절하는 에프 쎄타 렌즈(300), 및 기판(S)이 배치되는 스테이지(400)를 포함할 수 있다.

도 15에 도시된 바와 같이, 스테이지(400) 상에는 레이저 가공 처리되는 대상 기판(S)이 배치된다. 스테이지(400)의 표면은 xy 평면과 평행할 수 있다. 스테이지(400)는 xy 평면 상에 서로 직교하는 방향을 따라 이동할 수 있다. 예를 들어, 스테이지(400)는 서로 직교하는 x축 및 y축을 따라 이동할 수 있다.

스테이지(400)의 상부(z축 방향)에는 레이저 광원(LS), 너비 조절부(100), 스캐너부(200) 및 에프 쎄타 렌즈(300) 배치된다. 예를 들어, 스테이지(400) 상부에 스테이지(400)와 제3 방향으로 이격되어 에프 쎄타 렌즈(300)가 배치되고, 에프 쎄타 렌즈(300)의 상부에 에프 쎄타 렌즈(300)와 제3 방향으로 이격되어 스캐너부(200)가 배치될 수 있다. 레이저 광원(LS), 빔 익스팬더(500) 및 너비 조절부(100)는 스테이지(400) 평면을 기준으로 스캐너부(200)와 동일한 높이에 위치할 수 있다. 예를 들어, 스캐너부(200), 너비 조절부(100), 빔 익스팬더(500) 및 레이저 광원(LS)은 동일한 xy 평면 상에서 제2 방향(x축 방향)으로 이격되어 스캐너부(200), 너비조절부, 빔 익스팬더(500), 레이저 광원(LS)의 순서로 배치될 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 예를 들면, 스테이지(400) 평면을 기준으로 너비 조절부(100)는 스캐너부(200)보다 높이 배치되고, 빔 익스팬더(500)는 너비 조절부(100)보다 높이 배치되고, 레이저 광원(LS)은 빔 익스팬더(500)보다 높이 배치될 수 있으나 이 경우에도 스캐너부(200), 너비 조절부(100), 빔 익스팬더(500) 및 레이저 광원(LS)은 하나의 직선상에 배치된다.

레이저 광원(LS), 스캐너부(200), 에프 쎄타 렌즈(300), 기판(S) 및 스테이지(400)에 관해서는 상술한 일실시예와 동일한바 생략한다.

빔 익스팬더(500)는 레이저 광원(LS)과 너비 조절부(100) 사이에 배치되어 너비 조절부(100)로 전달되는 레이저의 직경을 조절하여 전달한다. 빔 익스팬더(500)는 레이저 광원(LS)으로부터 작은 직경으로 출력되는 레이저의 전체적인 직경을 증가시키는 역할을 한다. 이를 통해, 너비 조절부(100)로 전달된 레이저가 너비 조절부(100)의 너비 조절 유닛(120)과의 상대적인 크기를 조절한다. 다만, 빔 익스팬더(500)를 통과해 직경이 증가되어 너비 조절부(100)로 입사되는 레이저 빔(L)의 직경은 너비 조절 유닛(120)의 직경보다 작아야 한다.

도 16은 다른 실시예에 따른 경통 내부의 너비 조절 유닛의 배치에 따른 레이저 빔의 형상을 나타낸 개략도이다.

다른 실시예에 따른 제1 너비 조절 유닛(121)과 제2 너비 조절 유닛(122)은 서로 형상 및/또는 물질 등이 상이할 수 있다. 구체적으로, 제1 너비 조절 유닛(121)의 오목면의 굴절률은 제2 너비 조절 유닛(122)의 오목면의 굴절률과 상이하고, 제1 너비 조절 유닛(121)의 볼록면의 굴절률은 제2 너비 조절 유닛(122)의 볼록면의 굴절률과 상이할 수 있다. 다만 이 경우에도 제1 너비 조절 유닛(121) 및 제2 너비 조절 유닛(122)은 모두 초점거리가 무한인 무한원이다.

그리고 제1 너비 조절 유닛(121)과 제2 너비 조절 유닛(122)의 구성 물질 및 분자 구조는 상이할 수 있다. 다만 이 경우에도 제1 너비 조절 유닛(121) 및 제2 너비 조절 유닛(122)은 모두 투명한 광학 유리로 이루어진다.

다른 실시예에 따른 너비 조절 유닛(120)도 초점 거리가 무한이며, 광학적으로 투명하여 빛을 투과시키므로, 너비 조절 유닛(120)에 입사한 레이저 빔(L)은 두번의 굴절을 통해 입사한 방향과 동일한 방향으로 출사할 수 있다. 레이저 빔(L)이 너비 조절 유닛(120)의 볼록면으로 입사하여 오목면으로 출사되는 경우, 상술한 바와 같이 너비 조절 유닛(120)의 굴절률은 공기의 굴절률 보다 높기 때문에 레이저 빔(L)의 전체적인 단면적이 축소된다. 레이저 빔(L)이 너비 조절 유닛(120)의 오목면으로 입사하여 볼록면으로 출사되는 경우에는 이와 반대로 레이저 빔(L)의 전체적인 단면적이 증가한다.

보다 구체적인 설명을 위해 도 16과 같이 제1 너비 조절 유닛(121) 및 제2 너비 조절 유닛(122)의 오목면이 서로 대향하며, 제1 너비 조절 유닛(121)의 기준선(121a)과 제2 너비 조절 유닛(122)의 기준선(122a)이 서로 수직하도록 배치한 경우를 상정한다.

경통에 입사된 레이저 빔(L)은 제1 너비 조절 유닛(121)을 투과하며 굴절되어 기준선(121a)과 수직 방향인 상하 방향으로 수축하고 입사된 방향과 동일한 방향으로 출사한다. 제1 너비 조절 유닛(121)은 무한원이기 때문에, 제1 너비 조절 유닛(121)에 입사하는 레이저와 출사하는 레이저는 서로 평행할 수 있다. 제1 너비조절 유닛에서 출사된 레이저 빔(L)은 제2 너비 조절 유닛(122)에 도달한다. 제2 너비 조절 유닛(122)은 제1 너비 조절 유닛(121)과 다르게 오목면이 레이저 빔(L)의 진행 경로에 배치되어 있을 수 있다. 제2 너비 조절 유닛(122)에 도달한 레이저 빔(L)은 제2 너비 조절 유닛(122)을 투과하며 굴절되어 기준선(122a)과 수직 방향인 좌우 방향으로 이완한다. 즉, 제2 너비 조절 유닛(122)에 입사하는 레이저 빔(L)의 단면적보다 제2 너비 조절 유닛(122)에서 출사되는 레이저 빔(L)의 단면적이 넓을 수 있다. 제2 너비 조절 유닛(122) 역시 제1 너비 조절 유닛(121)과 같은 무한원이기 때문에, 제2 너비 조절 유닛(122)에 입사하는 레이저와 출사하는 레이저는 서로 평행할 수 있다. 종합하면, 너비 조절부(100)에 입사된 레이저 빔(L)은 상하 방향으로 한번 수축하고, 좌우 방향으로 한번 이완 후 입사된 방향과 평행하게 출사될 수 있다. 따라서 단면이 상하 방향은 장축, 좌우 방향은 단축인 타원 형상인 레이저 빔(L)을 한 쌍의 너비 조절 유닛(120)을 투과시켜 장축은 수축하고 단축은 이완하여 단면이 진원 형상인 레이저 빔(L)으로 조절할 수 있다.

구체적인 설명을 위해 경통에 입사되는 레이저 빔(L)의 단면도, 제1 너비 조절 유닛(121)을 투과한 후의 레이저 빔(L)의 단면도 및 제2 너비 조절 유닛(122)을 투과한 후의 레이저 빔(L)의 단면도를 비교한다. 세 지점의 단면도를 비교하면, 가로축의 길이는 경통에 입사되는 레이저 빔(L)의 가로축의 길이인 x1과 제1 너비 조절 유닛(121)을 투과한 레이저 빔(L)의 가로축의 길이인 x2는 동일한 값을 갖고, 제2 너비 조절 유닛(122)을 투과한 레이저 빔(L)의 가로축의 길이인 x3은 x1 및 x2 보다 큰 값을 가질 수 있다. 또한, 세로축의 길이는 경통에 입사되는 레이저 빔(L)의 세로축의 길이인 y1이 가장 큰 값을 갖고, 제1 너비 조절 유닛(121)을 투과한 레이저 빔(L)의 세로축의 길이인 y2는 제2 너비 조절 유닛(122)을 투과한 레이저 빔(L)의 세로축의 길이인 y3과 동일한 값을 가질 수 있다.

다른 실시예에 따른 제1 너비 조절 유닛(121)과 제2 너비 조절 유닛(122)은 서로 다른 형상 및/또는 물질을 갖고, 따라서 제1 너비 조절 유닛(121) 투과 시 레이저 빔(L)의 단면적의 너비 변화량은 제2 너비 조절 유닛(122) 투과 시 레이저 빔(L)의 단면적의 너비 변화량과 상이할 수 있다.

상술한 과정을 통해 방출되는 레이저 빔(L)의 가로축의 길이는 x3, 세로축의 길이가 y3이므로 x3과 y3이 동일한 값이 되도록 조절하여 단면이 타원인 레이저 빔(L)을 단면이 진원인 레이저 빔(L)으로 조절할 수 있다.

도면에는 제1 너비 조절 유닛(121)과 제2 너비 조절 유닛(122)의 기준선(121a, 122a)이 서로 수직인 경우만을 도시하였으나, 다른 실시예에 따른 레이저 가공 장치 역시 일 실시예에 따른 레이저 가공 장치와 마찬가지로 제1 너비 조절 유닛(121)과 제2 너비 조절 유닛(122)의 기준선(121a, 122a)의 각도를 다양하게 조절할 수 있음은 물론이다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 제한적인 것이며 적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

LS: 레이저 광원 L: 레이저 빔
100: 너비 조절부 121: 제1 너비 조절 유닛
122: 제2 너비 조절 유닛 200: 스캐너부
300: 에프 쎄타 렌즈

Claims

레이저 광원;
상기 레이저 광원에서 방출된 레이저 빔의 너비를 조절하는 너비 조절부; 및
상기 너비 조절부를 통과한 레이저 빔의 조사 방향을 조절하는 스캐너부;를 포함하고
상기 너비 조절부는 상기 레이저 빔의 진행 방향에 중첩되어 배치되는 제1 너비 조절 유닛 및 제2 너비 조절 유닛을 포함하되, 상기 제1 너비 조절 유닛 및 상기 제2 너비 조절 유닛의 초점 거리는 20000mm 이상인 레이저 가공 장치.
제1 항에 있어서,
상기 제1 너비 조절 유닛 및 상기 제2 너비 조절 유닛은 동일한 형상을 갖고 동일한 물질로 이루어지는 레이저 가공 장치.
제2 항에 있어서,
상기 스캐너를 통과한 레이저 빔을 가공하고자 하는 영역에 포커싱 하는 에프 쎄타 렌즈;를 더 포함하는 레이저 가공 장치.
제2 항에 있어서,
상기 제1 너비 조절 유닛 및 상기 제2 너비 조절 유닛은 각각 기준선을 포함하고 상기 제1 너비 조절 유닛 및 상기 제2 너비 조절 유닛은 입사되는 레이저 빔의 단면을 상기 기준선과 수직한 방향으로 조절하는 레이저 가공 장치.
제4 항에 있어서,
상기 제1 너비 조절 유닛 및 상기 제2 너비 조절 유닛은 각각 볼록면과 오목면을 포함하고, 상기 볼록면과 상기 오목면의 곡률은 서로 상이한 레이저 가공 장치.
제5 항에 있어서,
상기 제1 너비 조절 유닛 및 상기 제2 너비 조절 유닛의 볼록면은 모두 레이저 빔이 너비 조절부에 입사하는 방향으로 배치되고, 상기 레이저 빔은 상기 제1 너비 조절 유닛 및 상기 제2 너비 조절 유닛을 투과하며 상기 제1 너비 조절 유닛의 기준선 및 상기 제2 너비 조절 유닛의 기준선과 수직인 방향으로 수축되는 레이저 가공 장치.
제5 항에 있어서,
상기 볼록면의 곡률 반경은 23 내지 24mm 이고, 상기 오목면의 곡률 반경은 19mm 내지 21mm 이며, 상기 제1 너비 조절 유닛 및 상기 제2 너비 조절 유닛의 두께는 9mm 내지 11mm 인 레이저 가공 장치.
제4 항에 있어서,
상기 너비 조절부는 개구부를 포함하고, 상기 개구부를 통해 상기 제1 너비 조절 유닛 및 상기 제2 너비 조절 유닛의 배치를 조절할 수 있는 레이저 가공 장치.
제8 항에 있어서,
상기 레이저 빔은 상기 제1 너비 조절 유닛 및 상기 제2 너비 조절 유닛을 투과하며 상기 제1 너비 조절 유닛의 기준선 및 상기 제2 너비 조절 유닛의 기준선과 수직인 방향으로 수축되고, 상기 제1 너비 조절 유닛의 배치 및 상기 제1 너비 조절 유닛의 기준선과 상기 제2 너비 조절 유닛의 기준선 사이의 각도를 조절하여 너비 조절부에 입사하는 레이저 빔의 단면을 조절할 수 있는 레이저 가공 장치.
제2 항에 있어서,
상기 레이저 광원과 상기 너비 조절부 사이에 상기 레이저 빔의 직경을 전체적으로 증가시키는 빔 익스팬더를 더 포함하는 레이저 가공 장치.
제10 항에 있어서,
상기 빔 익스팬더에서 출사된 레이저 빔의 진행 방향과 수직인 방향의 단면적은 상기 제1 너비 조절 유닛 및 상기 제2 너비 조절 유닛의 단면적보다 작은 레이저 가공 장치.
제1 항에 있어서,
상기 제1 너비 조절 유닛과 상기 제2 너비 조절 유닛은 서로 다른 형상을 갖는 레이저 가공 장치.
제12 항에 있어서,
상기 제1 너비 조절 유닛 및 상기 제2 너비 조절 유닛은 각각 볼록면과 오목면을 포함하고, 상기 볼록면과 상기 오목면의 곡률은 서로 상이한 레이저 가공 장치.
제13 항에 있어서,
상기 제1 너비 조절 유닛의 볼록면은 레이저 빔이 너비 조절부에 입사하는 방향으로 배치되고, 상기 제2 너비 조절 유닛의 볼록면은 레이저 빔이 너비 조절부에서 출사하는 방향으로 배치되는 레이저 가공 장치.
제13 항에 있어서,
상기 제1 너비 조절 유닛 및 상기 제2 너비 조절 유닛은 각각 기준선을 포함하고, 상기 제1 너비 조절 유닛 및 상기 제2 너비 조절 유닛은 입사되는 레이저 빔의 단면을 상기 기준선과 수직한 방향으로 조절하는 레이저 가공 장치.
제15 항에 있어서,
상기 제1 너비 조절 유닛은 상기 제1 너비 조절 유닛을 투과하는 레이저 빔의 단면을 상기 제1 너비 조절 유닛의 기준선과 수직하는 방향으로 수축하고,
상기 제2 너비 조절 유닛은 상기 제2 너비 조절 유닛을 투과하는 레이저 빔의 단면을 상기 제2 너비 조절 유닛의 기준선과 수직하는 방향으로 이완하는 레이저 가공 장치.
레이저 빔의 단면을 측정하는 단계;
상기 레이저 빔의 단면을 분석하여 장축 및 단축의 방향 및 비율을 판단하는 단계; 및
상기 레이저 빔의 장축 및 단축의 방향 및 비율을 고려하여,
제1 너비 조절 유닛 및 제2 너비 조절 유닛의 기준선과 상기 레이저 빔의 장축 및 단축의 상대적인 각도를 조절하여 상기 레이저 빔의 진행 방향에 중첩되도록 상기 제1 너비 조절 유닛 및 상기 제2 너비 조절 유닛을 배치하는 단계;를 포함하는 레이저 가공 방법.
제17 항에 있어서,
상기 제1 너비 조절 유닛 및 상기 제2 너비 조절 유닛을 배치하는 단계 이후에 상기 제1 너비 조절 유닛 및 상기 제2 너비 조절 유닛을 향하여 상기 레이저 빔을 방출하여 상기 레이저 빔의 단면을 조절하는 단계를 더 포함하는 레이저 가공 방법.
제18 항에 있어서,
상기 레이저 빔의 단면을 조절하는 단계 이후에 상기 레이저 빔을 이용하여 대상물을 가공하는 단계를 더 포함하는 레이저 가공 방법.
제17 항에 있어서,
상기 레이저 빔의 진행 방향에 중첩되도록 스캐너부를 배치하는 단계를 더 포함하는 레이저 가공 방법.