KR20240035660A - 레이저 가공 모니터링 방법 및 장치 - Google Patents

레이저 가공 모니터링 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이저 가공 모니터링 방법 및 장치에 관한 것으로, 목표물의 가공시작 신호에 따라 목표물에 레이저를 조사하는 단계, 목표물에 의해 레이저가 반사되는 반사광을 수신하는 단계, 반사광에 대한 반사량 패턴을 확인하는 단계 및 반사량 패턴을 기반으로 레이저 조사에 의해 발생된 홀의 불량여부를 검출하는 단계를 포함하며 다른 실시 예로도 적용이 가능하다.

Description

레이저 가공 모니터링 방법 및 장치{Method and Apparatus for Monitoring of Laser Processing}
본 발명은 레이저 가공 모니터링 방법 및 장치에 관한 것이다.
반도체, 디스플레이 등의 미세공정에 있어서 기판 표면의 재질이나 비아홀 머시닝 또는 특정 패턴 형성에 레이저 장치를 많이 사용한다. 이를 위해, 레이저 빔을 특수한 형태로 가공하는 기술, 레이저의 공간적인 형태를 선, 면 등으로 성형하는 기술 즉, 빔의 공간적인 세기를 특정 형태로 유지하거나 에지 부분의 트랜지션 폭을 최소화하는 등의 기술이 개발되고 있다.
그러나, 이와 같이 정밀하게 성형된 레이저빔은 촬상면, 즉 목표물에 조사되기 이전까지 초기 레시피(recipe)의 설정과는 다르게 환경적인 요인 등에 의해 빔의 특성이 변형될 수 있어, 가공 물품에 이상이 발생되는 문제점이 존재한다. 특히, 초정밀 레이저 가공 장비를 사용할 경우, 가공 품질 검사는 공정이 완료된 이후에 진행되는 경우가 대부분이므로 불량 금형에 대해 수정이나 재작업이 어려워 금형 폐기의 비용이 많이 발생하는 문제점이 있다.
이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 실시 예들은 목표물 가공 시에 목표물의 종류에 따라 실시간으로 가공의 불량을 확인할 수 있는 레이저 가공 모니터링 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 실시 예들은 목표물 가공 시에 실시간으로 가공의 불량을 확인함으로써 불량검수를 위한 별도의 불량검수공정을 생략할 수 있는 레이저 가공 모니터링 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 레이저 가공 모니터링 방법은, 목표물의 가공시작 신호에 따라 상기 목표물에 레이저를 조사하는 단계, 상기 목표물에 의해 상기 레이저가 반사되는 반사광을 수신하는 단계, 상기 반사광에 대한 반사량 패턴을 확인하는 단계 및 상기 반사량 패턴을 기반으로 상기 레이저 조사에 의해 발생된 홀의 불량여부를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 홀의 불량여부를 검출하는 단계는, 기저장된 학습패턴과 상기 확인된 반사량 패턴을 비교하는 단계 및 상기 학습패턴과 상기 반사량 패턴이 임계치 이상 상이하면 상기 홀에 불량이 발생한 것으로 확인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목표물의 종류를 고려하여 상기 학습패턴을 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 홀의 간격 및 상기 홀의 직경을 고려하여 상기 학습패턴을 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 학습패턴을 저장하는 단계는, 비지도 방식인 오토엔코더를 이용하여 생성된 상기 학습패턴을 저장하는 단계인 것을 특징으로 한다.
아울러, 레이저 가공 모니터링 장치는, 목표물에 레이저를 조사하는 광원부와 상기 레이저가 상기 목표물에 의해 반사되는 반사광을 수신하는 수광부를 포함하는 가공부 및 상기 가공부를 제어하여 상기 레이저를 조사하고, 상기 수광부에서 수신된 반사광에 대한 반사량 패턴을 확인하고, 상기 반사량 패턴을 기반으로 상기 레이저 조사에 의해 발생된 홀의 불량여부를 검출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제어부는, 기저장된 학습패턴과 상기 확인된 반사량 패턴을 비교하여 임계치 이상 상이하면 상기 홀에 불량이 발생한 것으로 확인하는 것을 특징으로 한다.
또한, 메모리를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 목표물의 종류를 고려하여 상기 학습패턴을 상기 메모리에 저장하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제어부는, 상기 홀의 간격 및 상기 홀의 직경을 고려하여 상기 학습패턴을 상기 메모리에 저장하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제어부는, 비지도 방식인 오토엔코더를 이용하여 상기 학습패턴을 생성하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 레이저 가공 모니터링 방법 및 장치는, 목표물 가공 시에 목표물의 종류에 따라 실시간으로 가공의 불량을 확인하여 별도의 불량검수공정을 생략함으로써 목표물의 종류에 따른 불량 유형 및 특징을 확인할 수 있고, 불량검수공정에 소비되는 시간을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 가공 모니터링을 위한 전자장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 가공 모니터링을 수행하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략할 수 있고, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 가공 모니터링을 위한 전자장치를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전자장치(100)는 통신부(110), 가공부(120), 입력부(130), 표시부(140), 메모리(150) 및 제어부(160)를 포함할 수 있고, 가공부(120)는 광원부(121)와 수광부(122)를 포함할 수 있다.
통신부(110)는 외부서버(미도시)와의 통신을 통해 외부서버로부터 학습패턴(이하, 학습데이터라 함)을 수신할 수 있다. 이를 위해, 통신부(110)는 외부서버와 5G(5th generation communication), LTE-A(Long Term Evolution-Advanced), LTE(Long Term Evolution), Wi-Fi(Wireless Fidelity) 등의 무선 통신을 수행할 수 있다.
이때, 학습데이터는 가공조건과 학습패턴이 매핑된 학습데이터로, 외부서버에 저장된 AI알고리즘을 이용하여 생성될 수 있다. 가공조건은, 목표물의 종류(예컨대, 금속, 세라믹 등), 목표물의 두께, 비아홀 간격, 비아홀 직경 및 비아홀의 개수 등에 대한 조건이며, 학습패턴은 가공조건에 따라 목표물이 정상적으로 가공될 때의 반사량 패턴이 학습되어 생성된 패턴일 수 있다.
아울러, 외부서버는 목표물이 정상적으로 가공되는 시점에 전자장치(100)에서 획득된 정상적인 반사량 패턴을 AI알고리즘에 입력으로 적용할 수 있다. 아울러, 외부서버는 목표물 가공 시에 설정된 환경 즉, 목표물의 종류, 목표물의 두께, 비아홀 간격, 비아홀 직경 및 비아홀의 개수 등에 대한 가공조건과 반사량 패턴을 AI알고리즘의 입력으로 적용하여 비지도 방식으로 훈련된 인공 신경망인 autoencoder 모델을 생성할 수 있고, 이를 이용해 가공조건과 학습패턴이 매핑된 학습데이터를 생성할 수 있다.
가공부(120)는 레이저 광(이하, 레이저로 통칭함)을 조사하기 위한 광원부(121)와 반사광을 수신하기 위한 수광부(122)를 포함할 수 있다. 광원부(121)에서 조사된 레이저는 목표물에 의해 반사되어 반사광이 생성되고, 수광부(122)는 목표물에 의해 반사되어 생성된 반사광을 수신한다. 이때, 광원부(121)는 가공조건에 포함된 비아홀의 개수에 따라 조사할 수 있도록 복수의 광원을 구비하여 형성될 수 있다. 수광부(122)는 수신된 반사광을 이용하여 수광데이터를 생성하고, 이를 제어부(160)로 제공한다. 이때, 수광부(122)는 포토 다이오드 센서 등을 의미할 수 있다.
입력부(130)는 전자장치(100)를 운영하는 운영자 입력에 대응하여 입력데이터를 발생시킨다. 입력부(130)는 키패드(key pad), 돔 스위치(dome switch), 터치 패널(touch panel), 터치 키(touch key) 및 버튼(button) 중 적어도 하나의 입력수단을 포함할 수 있다.
표시부(140)는 전자장치(100)의 동작에 따른 출력 데이터를 출력한다. 이를 위해, 표시부(140)는 액정 디스플레이(LCD; liquid crystal display), 발광 다이오드(LED; light emitting diode) 디스플레이, 유기 발광 다이오드(OLED; organic LED) 디스플레이, 마이크로 전자기계 시스템(MEMS; micro electro mechanical systems) 디스플레이 및 전자 종이(electronic paper) 디스플레이를 포함할 수 있다. 표시부(140)는 입력부(130)와 결합되어 터치 스크린(touch screen)으로 구현될 수 있다.
메모리(150)는 전자장치(100)의 동작 프로그램들을 저장한다. 메모리(150)는 수광부(122)에서 생성된 수광데이터를 기반으로 반사량 패턴을 생성하기 위한 알고리즘과, 반사량 패턴으로 학습데이터를 생성하기 위한 알고리즘을 저장할 수 있다. 메모리(150)는 목표물의 종류, 목표물의 두께, 비아홀 간격, 비아홀 직경 및 비아홀의 개수 등의 가공조건에 따라 목표물이 정상적으로 가공될 때의 학습패턴이 매핑된 학습데이터를 저장할 수 있다. 이때, 학습패턴은, 가공조건에 따라 목표물이 정상적으로 가공될 때의 반사량 패턴이 학습된 패턴을 의미한다.
제어부(160)는 테스트를 통해 학습데이터를 생성하여 메모리(150)에 저장할 수 있고, 외부서버와의 통신을 통해 외부서버로부터 수신된 학습데이터를 메모리(150)에 저장할 수 있다. 학습데이터를 생성하기 위해서 제어부(160)는 메모리(150)에 저장된 AI알고리즘을 호출하고, 목표물이 정상적으로 가공되는 시점에 획득된 정상적인 반사량 패턴을 AI알고리즘의 입력으로 적용할 수 있다. 아울러, 제어부(160)는 목표물 가공 시에 설정된 환경 즉, 목표물의 종류, 목표물의 두께, 비아홀 간격, 비아홀 직경 및 비아홀의 개수 등에 대한 가공조건을 AI알고리즘의 입력으로 적용하여 비지도 방식으로 훈련된 인공 신경망인 autoencoder 모델을 생성할 수 있다.
제어부(160)는 가공부(120)를 제어하여 목표물에 레이저를 조사한다. 제어부(160)는 레이저가 목표물에 의해 반사되는 반사광을 수광한 수광부(122)에 의해 생성된 수광데이터를 이용하여 반사량 패턴을 확인한다. 제어부(160)는 확인된 반사량 패턴을 기반으로 레이저 조사에 의해 발생된 목표물 가공 시에 발생된 불량여부를 검출할 수 있다.
보다 구체적으로, 제어부(160)는 입력부(130)로부터 목표물을 레이저로 가공하기 위한 가공시작신호가 수신되면 가공시작신호에 따라 광원부(121)를 제어하여 목표물에 레이저를 조사한다. 이때, 가공시작신호는, 가공하고자 하는 목표물의 종류, 목표물의 두께, 비아홀 간격, 비아홀 직경 및 비아홀의 개수 등에 대한 가공조건을 포함할 수 있다. 광원부(121)에서 조사된 레이저는 목표물에 의해 반사되어 반사광이 생성된다. 생성된 반사광은 수광부(122)에서 수신되고 수광부(122)는 반사광을 기반으로 하는 수광데이터를 생성한다. 수광부(122)는 확인된 수광데이터를 제어부(160)로 제공한다.
제어부(160)는 수신된 수광데이터를 이용하여 반사광에 대한 반사량 패턴을 확인한다. 이때, 레이저가 목표물에 최초로 조사되었을 때 반사광은 가장 크고, 목표물에 비아홀 등의 가공이 완료될 때 반사광이 가장 작을 수 있다. 즉, 반사광의 크기는 레이저가 목표물에 조사되는 시간의 경과에 따라 점차 작아질 수 있다. 제어부(160)는 레이저가 목표물에 조사되는 시간의 경과에 따라 발생되는 반사광에 대한 반사량 패턴을 확인할 수 있다.
제어부(160)는 메모리(150)에 기저장된 학습데이터를 호출한다. 제어부(160)는 확인된 반사량 패턴과 호출된 학습데이터에 포함된 학습패턴을 비교한다. 제어부(160)는 학습데이터 중에서 가공시작신호에 포함된 가공조건과 동일한 가공조건에 매핑된 학습패턴을 확인한다. 이때, 제어부(160)는 확인된 반사량 패턴과 호출된 학습패턴을 비교할 수 있다. 제어부(160)는 두 반사량 패턴의 차이가 임계치 이상이면 제어부(160)는 목표물 가공 시에 불량이 검출된 것으로 확인하여 이를 표시부(140)에 표시할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 가공 모니터링을 수행하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2를 참조하면, 201단계에서 제어부(160)는 입력부(130)로부터 목표물을 레이저로 가공하기 위한 가공시작신호가 수신되면 203단계를 수행하고, 가공시작신호가 수신되지 않으면 가공시작신호의 수신을 대기한다. 이때, 가공시작신호는, 가공하고자 하는 목표물의 종류, 목표물의 두께, 비아홀 간격, 비아홀 직경 및 비아홀의 개수 등에 대한 가공조건을 포함할 수 있다.
203단계에서 제어부(160)는 수신된 가공시작신호에 따라 광원부(121)를 제어하여 목표물에 레이저를 조사한다. 205단계에서 제어부(160)는 수광부(122)에서 생성되는 수광데이터를 수신하여 확인한다. 보다 구체적으로, 목표물에 조사되는 레이저가 목표물에 반사되어 반사광이 발생되고, 수광부(122)는 수신되는 반사광을 기반으로 하는 수광데이터를 생성하여 제어부(160)로 제공한다.
207단계에서 제어부(160)는 수신된 수광데이터를 이용하여 반사광에 대한 반사량 패턴을 확인한다. 이때, 레이저가 목표물에 최초로 조사되었을 때 반사광은 가장 크고, 목표물에 비아홀 등의 가공이 완료될 때 반사광이 가장 작을 수 있다. 즉, 반사광의 크기는 레이저가 목표물에 조사되는 시간의 경과에 따라 점차 작아질 수 있다. 제어부(160)는 레이저가 목표물에 조사되는 시간의 경과에 따라 발생되는 반사광에 대한 반사량 패턴을 확인할 수 있다.
209단계에서 제어부(160)는 메모리(150)에 기저장된 학습데이터를 호출한다. 이때, 제어부(160)는 201단계에서 수신된 가공시작신호에 포함된 가공하고자 하는 목표물의 종류, 목표물의 두께, 비아홀 간격, 비아홀 직경, 비아홀의 개수와 동일한 가공조건을 갖는 학습데이터를 호출할 수 있다. 211단계에서 제어부(160)는 207단계에서 확인된 반사량 패턴과 209단계에서 호출된 학습데이터에 포함된 학습패턴을 비교한다.
211단계의 비교결과, 207단계에서 확인된 반사량 패턴과 호출된 학습패턴의 차이가 임계치 이상이면 제어부(160)는 213단계를 수행하고, 차이가 임계치 미만이면 해당 프로세스를 종료할 수 있다. 213단계에서 제어부(160)는 목표물 가공 시에 불량이 검출된 것으로 확인하여 이를 표시부(140)에 표시할 수 있다.
본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 따라서 본 발명의 범위는 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (10)

  1. 목표물의 가공시작 신호에 따라 상기 목표물에 레이저를 조사하는 단계;
    상기 목표물에 의해 상기 레이저가 반사되는 반사광을 수신하는 단계;
    상기 반사광에 대한 반사량 패턴을 확인하는 단계; 및
    상기 반사량 패턴을 기반으로 상기 레이저 조사에 의해 발생된 홀의 불량여부를 검출하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 모니터링 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 홀의 불량여부를 검출하는 단계는,
    기저장된 학습패턴과 상기 확인된 반사량 패턴을 비교하는 단계; 및
    상기 학습패턴과 상기 반사량 패턴이 임계치 이상 상이하면 상기 홀에 불량이 발생한 것으로 확인하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 모니터링 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 목표물의 종류를 고려하여 상기 학습패턴을 저장하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 모니터링 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 홀의 간격 및 상기 홀의 직경을 고려하여 상기 학습패턴을 저장하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 모니터링 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 학습패턴을 저장하는 단계는,
    비지도 방식인 오토엔코더를 이용하여 생성된 상기 학습패턴을 저장하는 단계인 것을 특징으로 하는 레이저 가공 모니터링 방법.
  6. 목표물에 레이저를 조사하는 광원부와 상기 레이저가 상기 목표물에 의해 반사되는 반사광을 수신하는 수광부를 포함하는 가공부; 및
    상기 가공부를 제어하여 상기 레이저를 조사하고, 상기 수광부에서 수신된 반사광에 대한 반사량 패턴을 확인하고, 상기 반사량 패턴을 기반으로 상기 레이저 조사에 의해 발생된 홀의 불량여부를 검출하는 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 모니터링 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    기저장된 학습패턴과 상기 확인된 반사량 패턴을 비교하여 임계치 이상 상이하면 상기 홀에 불량이 발생한 것으로 확인하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 모니터링 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    메모리;
    를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 목표물의 종류를 고려하여 상기 학습패턴을 상기 메모리에 저장하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 모니터링 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 홀의 간격 및 상기 홀의 직경을 고려하여 상기 학습패턴을 상기 메모리에 저장하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 모니터링 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는,
    비지도 방식인 오토엔코더를 이용하여 상기 학습패턴을 생성하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 모니터링 장치.
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