KR102143187B1 - Laser processing apparatus and laser processing method using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 장치는, 가공용 레이저 광원; 상기 가공용 레이저 광원에서 방출된 가공용 레이저 빔의 경로에 배치된 제 1 빔 스플리터; 상기 제 1 빔 스플리터를 투과한 가공용 레이저 빔을 가공 대상물로 집속시키는 제 1 광 집속부; 및 상기 가공 대상물에서 반사되는 광의 이미지를 감지하여 상기 가공용 레이저 빔의 포커스 위치를 측정하는 포커스 측정 모듈;을 포함하되, 상기 포커스 측정 모듈은, 상기 가공 대상물에서 반사되도록 측정용 레이저 빔을 방출하는 측정용 레이저 광원; 상기 측정용 레이저 빔의 상기 가공 대상물을 향하는 경로에 배치되어, 상기 측정용 레이저 빔의 일부를 차단시켜서 단일 빔 형태를 두 개의 분할 빔 형태로 변형시키는 마스크; 및 상기 마스크를 통과하여 상기 가공 대상물에서 반사된 상기 두 개의 분할 빔의 이미지를 감지하는 이미지 센서;를 포함한다.A laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention includes a laser light source for processing; A first beam splitter disposed in a path of the processing laser beam emitted from the processing laser light source; A first light focusing unit focusing the processing laser beam transmitted through the first beam splitter onto an object to be processed; And a focus measurement module configured to measure a focus position of the processing laser beam by detecting an image of light reflected from the processing object; wherein the focus measurement module includes a measurement for emitting a measurement laser beam to be reflected from the processing object Dragon laser light source; A mask disposed on a path of the measuring laser beam toward the object to be processed, and blocking a part of the measuring laser beam to transform a single beam shape into two split beam shapes; And an image sensor configured to detect images of the two split beams reflected from the object to be processed through the mask.
Description
본 발명은 레이저 가공 장치 및 이를 이용한 레이저 가공 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a laser processing apparatus and a laser processing method using the same.
레이저 가공 기술은, 가공 대상물에 레이저를 조사하여 가공 대상물의 표면에 홈을 형성하고나, 가공 대상물의 내부에 변질층을 형성하거나, 가공 대상물에 열을 가하여 물질 특성을 변화시키는 등의 다양한 방법으로 응용되고 있다.Laser processing technology uses various methods such as forming a groove on the surface of the object to be processed by irradiating a laser to the object to be processed, forming a deteriorated layer inside the object to be processed, or changing material properties by applying heat to the object to be processed. It is being applied.
최근에는 반도체, 디스플레이 분야에서 고밀도, 고집적화, 고정밀화 경향이 뚜렷해지면서, 초정밀 초고속 레이저 가공 기술의 필요성이 확대되고 있다. In recent years, as the trend of high density, high integration, and high precision has become clear in the semiconductor and display fields, the need for ultra-precise ultra-high-speed laser processing technology is expanding.
초정밀 초고속 레이저 가공 기술은, 고해상도의 나노 스케일 3D 패턴을 제작할 수 있는 능력을 통해, 나노 광학, 나노 광자, 플라즈몬, 나노 전자 및 나노 자성과 같은 과학 및 산업 분야에서 많은 응용 가능성을 가지고 있다.Ultra-precision ultra-fast laser processing technology has many application possibilities in scientific and industrial fields such as nano optics, nano photons, plasmons, nano electrons, and nano magnetism through the ability to produce high-resolution nano-scale 3D patterns.
그러나, 초고속으로 작업이 진행되어야 하기 때문에, 레이저 가공은 포커싱(focusing) 조건에 한계가 있다. 포커싱 조건의 한계로 인해, 가공 품질 저하, 가공 대상물의 파괴, 분해능의 감소, 낮은 생산성 등을 초래하는 문제가 있다.However, since the work must be performed at an ultra-high speed, laser processing has a limit in focusing conditions. Due to the limitation of the focusing condition, there are problems that result in a decrease in processing quality, destruction of an object to be processed, a decrease in resolution, and low productivity.
특히, 초정밀 가공성이 요구되는 분야에서는, 가장 높은 광 에너지와 가장 작은 빔 스폿 크기가 얻어지는 레이저 빔의 포커스(focus, 초점) 위치에 가공 대상물을 정확하게 위치되도록 조정하는 것은 매우 중요하다. Particularly, in a field requiring ultra-precise workability, it is very important to accurately position the object to be processed at the focus (focus) position of the laser beam where the highest light energy and the smallest beam spot size are obtained.
본 발명의 일 측면은, 포커스 측정이 가능한 레이저 가공 장치를 제공하고자 한다.An aspect of the present invention is to provide a laser processing apparatus capable of measuring focus.
본 발명의 다른 측면은, 포커스 측정이 가능한 레이저 가공 장치를 이용하여 포커스 위치에서 레이저 가공이 가능한 레이저 가공 방법을 제공하고자 한다.Another aspect of the present invention is to provide a laser processing method capable of laser processing at a focus position by using a laser processing device capable of measuring focus.
본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 장치는, 가공용 레이저 광원; 상기 가공용 레이저 광원에서 방출된 가공용 레이저 빔의 경로에 배치된 제 1 빔 스플리터; 상기 제 1 빔 스플리터를 투과한 가공용 레이저 빔을 가공 대상물로 집속시키는 제 1 광 집속부; 및 상기 가공 대상물에서 반사되는 광의 이미지를 감지하여 상기 가공용 레이저 빔의 포커스 위치를 측정하는 포커스 측정 모듈;을 포함하되, 상기 포커스 측정 모듈은, 상기 가공 대상물에서 반사되도록 측정용 레이저 빔을 방출하는 측정용 레이저 광원; 상기 측정용 레이저 빔의 상기 가공 대상물을 향하는 경로에 배치되어, 상기 측정용 레이저 빔의 일부를 차단시켜서 단일 빔 형태를 두 개의 분할 빔 형태로 변형시키는 마스크; 및 상기 마스크를 통과하여 상기 가공 대상물에서 반사된 상기 두 개의 분할 빔의 이미지를 감지하는 이미지 센서;를 포함한다.A laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention includes a laser light source for processing; A first beam splitter disposed in a path of the processing laser beam emitted from the processing laser light source; A first light focusing unit focusing the processing laser beam transmitted through the first beam splitter onto an object to be processed; And a focus measurement module configured to measure a focus position of the processing laser beam by detecting an image of light reflected from the processing object; wherein the focus measurement module includes a measurement for emitting a measurement laser beam to be reflected from the processing object Dragon laser light source; A mask disposed on a path of the measuring laser beam toward the object to be processed, and blocking a part of the measuring laser beam to transform a single beam shape into two split beam shapes; And an image sensor configured to detect images of the two split beams reflected from the object to be processed through the mask.
상기 마스크에는 상기 측정용 레이저 빔의 진행 방향을 따라 마스크를 관통하는 제 1 관통홀 및 제 2 관통홀이 형성되고, 상기 제 1 관통홀은 상기 측정용 레이저 빔의 단면을 기준으로 중심에 배치되고, 상기 제 2 관통홀은 상기 측정용 레이저 빔의 단면 내에서 상기 제 1 관통홀과 소정거리 이격되어 배치되는 될 수 있다.In the mask, a first through-hole and a second through-hole penetrating the mask along a traveling direction of the measuring laser beam are formed, and the first through-hole is disposed at a center based on a cross section of the measuring laser beam. , The second through-hole may be disposed to be spaced apart from the first through-hole by a predetermined distance within the cross-section of the measuring laser beam.
상기 포커스 측정 모듈은, 상기 마스크를 통과한 측정용 레이저 빔의 경로에 배치되는 제 2 빔 스플리터; 상기 제 2 빔 스플리터와 상기 이미지 센서 사이에 배치되는 제 2 광 집속부;를 더 포함하며, 상기 제 1 빔 스플리터는 상기 가공 대상물에서 반사된 측정용 레이저 빔이 입사되어 상기 제 2 빔 스플리터를 향해 반사되도록 배치되고, 상기 제 2 빔 스플리터는 상기 제 1 빔 스플리터에서 반사된 측정용 레이저 빔이 입사되어 상기 이미지 센서로 향해 반사되도록 배치될 수 있다.The focus measurement module may include a second beam splitter disposed in a path of a measurement laser beam that has passed through the mask; And a second light focusing unit disposed between the second beam splitter and the image sensor, wherein the first beam splitter receives a measurement laser beam reflected from the object to be processed and is directed toward the second beam splitter. The second beam splitter may be disposed to be reflected, and the second beam splitter may be disposed such that the measuring laser beam reflected from the first beam splitter is incident and reflected toward the image sensor.
상기 이미지 센서에서 감지된 이미지에서, 상기 두 개의 분할 빔 간의 거리값이 설정된 기준값이 되도록 상기 가공 대상물의 위치를 조정하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.In the image sensed by the image sensor, a control unit for adjusting the position of the object to be processed so that a distance value between the two split beams becomes a set reference value.
상기 포커스 측정 모듈은, 상기 측정용 레이저 광원과 상기 마스크 사이에 배치되어 상기 측정용 레이저 빔의 발산 각도를 조정하는 광 발산부;를 더 포함할 수 있다.The focus measurement module may further include a light emission unit disposed between the measurement laser light source and the mask to adjust a divergence angle of the measurement laser beam.
상기 광 발산부는 광을 발산시키는 제 1 렌즈, 및 광을 집속하는 제 2 렌즈를 포함할 수 있다.The light emitting unit may include a first lens to emit light and a second lens to focus light.
상기 가공 대상물을 지지하는 스테이지를 더 포함하며, 상기 스테이지는 상기 제어부에 의해 상기 가공용 레이저 빔이 진행되는 방향을 따라 이동될 수 있다.A stage for supporting the object to be processed may be further included, and the stage may be moved along a direction in which the processing laser beam travels by the control unit.
상기 포커스 측정 모듈은, 상기 제 2 빔 스플리터와 상기 제 2 광 집속부 사이에 배치되어 상기 측정용 레이저 빔 만을 통과시키는 광 필터;를 더 포함할 수 있다.The focus measurement module may further include an optical filter disposed between the second beam splitter and the second optical focusing unit to pass only the measurement laser beam.
본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 방법은, 상기 레이저 가공 장치를 이용한 레이저 가공 방법으로서, 상기 가공 대상물 대신에 측정용 시편을 배치하여 상기 가공용 레이저 빔의 포커스 위치를 찾는 단계; 상기 측정용 레이저 빔을 상기 상기 가공용 레이저 빔의 포커스 위치에 위치된 상기 측정용 시편에 조사시켜서 반사되는 이미지에서의 측정값을 기준값으로 설정하는 단계; 상기 측정용 시편 대신에 상기 가공 대상물을 배치하고, 상기 측정용 레이저 빔을 상기 가공 대상물에서 조사시켜서 반사되는 이미지에서의 측정값이 상기 기준값과 일치하도록 상기 가공 대상물의 위치를 조정하는 단계; 및 상기 가공용 레이저 빔을 조사하여 상기 가공 대상물을 가공하는 단계;를 포함한다.A laser processing method according to an embodiment of the present invention is a laser processing method using the laser processing device, comprising: finding a focus position of the processing laser beam by placing a measurement specimen instead of the processing object; Setting a measurement value in the reflected image as a reference value by irradiating the measurement laser beam onto the measurement specimen positioned at a focus position of the processing laser beam; Arranging the object to be processed instead of the specimen for measurement, and irradiating the laser beam for measurement from the object to adjust the position of the object to be processed so that the measured value in the reflected image matches the reference value; And processing the object to be processed by irradiating the laser beam for processing.
상기 포커스 위치를 찾는 단계는, 상기 측정용 시편을 상기 가공용 레이저 빔의 진행 방향을 따라 이동시키면서 상기 측정용 시편에 가공된 선폭이 최소값이 되는 지점을 찾을 수 있다.In the step of finding the focus position, while moving the measurement specimen along the traveling direction of the processing laser beam, a point at which the line width processed on the measurement specimen becomes a minimum value may be found.
상기 마스크에는 상기 측정용 레이저 빔이 통과하는 단면을 기준으로 중심에 배치되는 제 1 관통홀, 및 상기 제 1 관통홀과 소정거리 이격되어 배치되는 제 2 관통홀이 형성되고, 상기 기준값으로 설정하는 단계는, 상기 단일 빔 형태를 상기 두 개의 분할 빔 형태로 변형시켜서 상기 포커스 위치에서의 상기 측정용 시편에 조사하는 단계; 상기 측정용 시편에서 반사되는 두 개의 분할 빔의 제 1 이미지를 상기 이미지 센서에서 감지하는 단계; 및 상기 제 1 이미지에서 상기 두 개의 분할 빔 간의 거리를 측정한 제 1 측정값을 기준값으로 설정하는 단계;를 포함할 수 있다.In the mask, a first through hole disposed in the center based on a cross section through which the measurement laser beam passes, and a second through hole disposed spaced apart from the first through hole by a predetermined distance are formed, and set as the reference value. The step includes transforming the single beam shape into the two split beam shapes and irradiating the measurement specimen at the focus position; Sensing, by the image sensor, a first image of two split beams reflected from the measurement specimen; And setting a first measurement value obtained by measuring a distance between the two split beams in the first image as a reference value.
상기 조사하는 단계에서, 상기 측정용 레이저 빔의 발산 각도를 조정할 수 있다.In the irradiating step, it is possible to adjust the divergence angle of the measuring laser beam.
상기 가공 대상물의 위치를 조정하는 단계는, 상기 측정용 시편 대신에 상기 가공 대상물을 배치하는 단계; 상기 측정용 레이저 빔을 상기 두 개의 분할 빔으로 변형시켜서 상기 가공 대상물에 조사하는 단계; 상기 가공 대상물에서 반사되는 두 개의 분할 빔의 제 2 이미지를 상기 이미지 센서에서 감지하는 단계; 상기 제 2 이미지에서 상기 두 개의 분할 빔 간의 거리를 측정한 제 2 측정값을 상기 기준값과 비교하는 단계; 및 상기 제 2 측정값이 상기 기준값과 일치하도록 상기 가공 대상물의 위치를 조정하는 단계;를 포함할 수 있다..Adjusting the position of the object to be processed may include placing the object to be processed instead of the specimen for measurement; Transforming the measuring laser beam into the two split beams and irradiating the object to be processed; Sensing, by the image sensor, second images of two split beams reflected from the object to be processed; Comparing a second measurement value obtained by measuring a distance between the two split beams in the second image with the reference value; And adjusting the position of the object to be processed so that the second measured value matches the reference value.
상기 제 2 이미지를 상기 이미지 센서에서 감지하는 단계에서, 상기 이미지 센서의 위치를 조정할 수 있다.In the step of detecting the second image by the image sensor, the position of the image sensor may be adjusted.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 두 개의 분할 빔의 이미지를 이용하여 가공용 레이저 빔의 포커스 위치를 용이하고 정밀하게 측정할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to easily and accurately measure a focus position of a laser beam for processing by using an image of two split beams.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 가공 대상물을 가공용 레이저 빔의 포커스 위치에 위치시킴으로써, 가공 대상물을 보다 정밀하게 가공할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, by positioning the object to be processed at the focus position of the laser beam for processing, the object to be processed can be processed more precisely.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 장치를 2차원으로 도시한 개략도이다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시한 레이저 가공 장치 중 마스크를 도시한 도면이다.
도 4는 도 1 및 도 2에 도시한 레이저 가공 장치 중 이미지 센서에서 감지되는 예시적인 이미지를 도시한 도면이다.
도 5는 도 1 및 도 2에 도시한 레이저 가공 장치 중 광 발산부의 일 형태를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 방법을 도시한 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 방법 중 포커스 위치를 찾는 과정을 도시한 도면이다.
도 8은 도 7에 도시한 과정에서 측정용 시편의 위치 변화에 따른 가공된 선폭의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 방법 중 측정용 레이저 빔을 이용하여 기준값을 설정하는 과정을 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 방법 중 가공 대상물을 포커스 위치에 위치시키는 과정을 도시한 도면이다.
도 11은 도 10에 도시한 과정에서 이미지 센서에서 감지되는 측정용 레이저 빔의 예시적인 이미지를 도시한 도면이다.
도 12는 도 10에 도시된 과정 중 이미지 센서를 이동시켜서 이미지의 측정 범위를 확장하는 모습을 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 방법 중 포커스 위치에 위치된 가공 대상물을 가공용 레이저 빔으로 가공하는 과정을 도시한 도면이다.1 is a perspective view schematically showing a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram showing a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention in two dimensions.
3 is a view showing a mask in the laser processing apparatus shown in FIGS. 1 and 2.
4 is a diagram illustrating an exemplary image detected by an image sensor among the laser processing apparatuses shown in FIGS. 1 and 2.
FIG. 5 is a diagram illustrating an embodiment of a light emitting unit of the laser processing apparatus shown in FIGS. 1 and 2.
6 is a flowchart illustrating a laser processing method according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating a process of finding a focus position in a laser processing method according to an embodiment of the present invention.
8 is a graph showing a change in a processed line width according to a position change of a specimen for measurement in the process shown in FIG. 7.
9 is a diagram illustrating a process of setting a reference value using a laser beam for measurement in a laser processing method according to an embodiment of the present invention.
10 is a diagram illustrating a process of positioning an object to be processed at a focus position in a laser processing method according to an embodiment of the present invention.
11 is a diagram illustrating an exemplary image of a laser beam for measurement detected by an image sensor in the process shown in FIG. 10.
12 is a diagram illustrating a state in which the measurement range of an image is expanded by moving an image sensor during the process illustrated in FIG. 10.
13 is a diagram illustrating a process of processing an object to be processed at a focus position with a laser beam for processing in a laser processing method according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art to which the present invention pertains can easily practice. The present invention can be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.
도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다. In the drawings, parts not related to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and the same reference numerals are attached to the same or similar elements throughout the specification.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.In addition, the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of description, so the present invention is not necessarily limited to the illustrated bar.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 만 아니라, 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"된 것도 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. Throughout the specification, when a part is said to be "connected" with another part, this includes not only the case of being "directly connected", but also "indirectly connected" with another member therebetween. Also, when a part is said to “include” a certain component, this means that other components may be further included rather than excluding other components, unless otherwise stated.
또한, 본 명세서에서 레이저 빔의 경로에서 "전방" 및 "후방"은 각각 "레이저 빔이 진행하는 방향으로 더 나아간 위치" 및 "레이저 빔이 진행하는 반대 방향으로 더 나아간 위치"를 의미한다.In addition, in the present specification, "forward" and "rear" in the path of the laser beam mean "a position further advanced in the direction in which the laser beam travels" and "a position further advanced in the opposite direction in which the laser beam travels".
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 장치를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 장치를 2차원으로 도시한 개략도이다.1 is a perspective view schematically showing a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic diagram showing a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention in two dimensions.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 장치(100)는 가공용 레이저 광원(120), 제 1 빔 스플리터(141), 제 1 광 집속부(131), 및 가공용 레이저 빔(L2)의 포커스 위치를 측정하기 위한 포커스 측정 모듈을 포함한다.1 and 2, the
가공용 레이저 광원(120)은 가공 대상물(10)을 가공하기 위한 가공용 레이저 빔(L2)을 방출하는 구성으로, 초정밀 가공을 위한 나노초 레이저, 피코초 레이저 또는 펨토초 레이저 펄스를 가지는 가공용 레이저 빔을 생성할 수 있다. 예를 들어, 가공용 레이저 빔(L2)은 1064nm 파장을 가질 수 있다.The processing
제 1 빔 스플리터(141)는 가공용 레이저 빔(L2)의 경로에 배치되어 가공용 레이저 빔(L2)의 일부를 반사시키고 일부를 투과시킨다. The
제 1 광 집속부(131)는 가공용 레이저 빔(L2)의 가공 대상물(10)을 향하는 경로에서 전술한 제 1 빔 스플리터(141)의 후방에 배치되어, 제 1 빔 스플리터(141)를 투과한 가공용 레이저 빔(L2)을 가공 대상물(10)로 집속시킨다.The first
가공 대상물(10)에 미세한 스폿(spot) 형태로 집속된 가공용 레이저 빔(L2)은 가공 대상물(10)의 표면에 홈을 형성하는 등의 방법으로 가공 대상물(10)을 가공하게 되는데, 매우 미세한 가공을 위해서는 가공용 레이저 빔(L2)의 포커스가 정확히 가공 대상물(10)의 가공 위치에 위치될 필요가 있다. 예를 들어, 가공 대상물(10)은 다축 이동이 가능한 제 1 스테이지(미도시)에 고정되어 가공용 레이저 빔(L2)에 대하여 상대적인 위치가 조정될 수 있는데, 가공 대상물(10)의 표면을 가공하는 경우, 가공용 레이저 빔(L2)의 포커스는 가공 대상물(10)의 표면에 위치될 수 있도록 제어부(미도시)를 통해 제 1 스테이지의 이동시켜서 가공 대상물(10)의 위치를 조정할 필요가 있다. 즉, 가공 대상물(10)을 가공용 레이저 빔(L2)의 포커스 위치에 위치시키기 위해서, 가공용 레이저 빔(L2)의 정확한 포커스 위치를 찾는 것은 레이저 가공 작업에 선행되어야 하는 중요한 일이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 장치(100)는 가공용 레이저 빔(L2)의 정확한 포커스 위치를 찾기 위한 포커스 측정 모듈을 포함하는 바, 이하 상세히 설명한다.The processing laser beam L2, which is focused on the
도 3은 도 1 및 도 2에 도시한 레이저 가공 장치 중 마스크를 도시한 도면이고, 도 4는 도 1 및 도 2에 도시한 레이저 가공 장치 중 이미지 센서에서 감지되는 예시적인 이미지를 도시한 도면이다.3 is a diagram illustrating a mask among the laser processing apparatuses shown in FIGS. 1 and 2, and FIG. 4 is a diagram illustrating an exemplary image detected by an image sensor among the laser processing apparatuses shown in FIGS. 1 and 2. .
포커스 측정 모듈은 가공용 레이저 빔(L2)의 포커스 위치를 측정하기 위한 구성들로 이루어지며, 도 1 및 도 2를 참조하면 측정용 레이저 광원(110), 마스크(150), 및 이미지 센서(190)를 포함한다. 즉, 측정용 레이저 광원(110)에서 방출한 측정용 레이저 빔(L1)을 마스크(150)를 통해 두 개의 분할 빔 형태로 변형시키고, 가공 대상물(10)에 조사하여 반사되어 나온 두 개의 분할 빔의 이미지를 이미지 센서(190)로 감지함으로써, 포커스 위치를 측정할 수 있다. The focus measurement module consists of components for measuring the focus position of the processing laser beam L2, and referring to FIGS. 1 and 2, the measurement
보다 상세히, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이미지 센서(190)에서 감지한 이미지에서, 두 개의 분할 빔 간의 위치를 측정한 측정값과 미리 설정된 기준값을 비교하여 현재 가공 대상물(10)이 가공용 레이저 빔(L2)의 포커스 위치에 위치하는 지 여부를 확인할 수 있으며, 전술한 측정값이 기준값과 일치하도록 가공 대상물(10)의 위치를 조정함으로써, 가공 대상물(10)을 정확하게 가공용 레이저 빔(L2)의 포커스 위치에 위치시킬 수 있다. In more detail, according to an embodiment of the present invention, in the image detected by the
측정용 레이저 광원(110)은 가공용 레이저 빔(L2)의 포커스 위치를 측정하기 위한 측정용 레이저 빔(L1)을 방출하는 구성으로, 예를 들어 다이오드 레이저(diode laser)일 수 있으며, 측정용 레이저 빔(L1)은 655nm 파장을 가질 수 있다.The measurement
마스크(150)는 측정용 레이저 빔(L1)의 가공 대상물(10)을 향하는 경로에 배치되어, 측정용 레이저 빔(L1)의 일부를 차단시켜서 단일 빔 형태를 두 개의 분할 빔 형태로 변형시키는 구성이다. 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 마스크(150)에는 측정용 레이저 빔(L1)의 진행 방향을 따라 마스크(150)를 관통하는 제 1 관통홀(151) 및 제 2 관통홀(152)이 형성됨으로써, 마스크(150)를 통과하는 단일 빔 형태의 측정용 레이저 빔(L1)을 두 개의 분할 빔 형태로 변형시킬 수 있다.The
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 관통홀(151)은 측정용 레이저 빔(L1)이 통과하는 단면(도 3에서 점선으로 도시한 영역)을 기준으로 중심에 배치되고, 제 2 관통홀(152)은 측정용 레이저 빔(L1)의 단면 내에서 제 1 관통홀(151)과 소정거리(dm) 이격되어 배치될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the first through
이미지 센서(190)는 가공 대상물(10)에 조사하여 반사되어 나온 두 개의 분할 빔 형태의 측정용 레이저 빔(L1)에 대한 이미지를 감지하는 구성이며, 다양한 이미지 센서(image sensor)로 구성될 수 있다. 예를 들어, CCD로 구성될 수 있는데 이에 한정되는 것은 아니다. The
도 4를 참조하면, 이미지 센서(190)에서는 두 개의 분할 빔에 대한 이미지(I1, I2)가 감지됨을 확인할 수 있다. 이와 같이, 마스크(150)를 통해 측정용 레이저 빔(L1)을 단일 빔 형태에서 두 개의 분할 빔 형태로 변형시킴으로써, 단일 빔에 대한 이미지가 아닌 두 개의 분할 빔에 대한 이미지를 감지할 수 있다.Referring to FIG. 4, it can be seen that the
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이미지 센서(190)는 도 1 및 도 2에서 xy 평면 상을 이동 가능한 제 2 스테이지(미도시)에 고정됨으로서, 제어부(미도시)를 통해 xy 평면 상에서 위치 조정이 가능할 수 있는데, 이에 대해서는 뒤의 관련 내용에서 다시 설명한다.According to an embodiment of the present invention, the
도 1 및 도 2를 참조하면, 포커스 측정 모듈은 광 발산부(170), 제 2 빔 스플리터(142), 광 필터(180), 제 2 광 집속부(132) 및 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다.1 and 2, the focus measurement module further includes a
광 발산부(170)는 측정용 레이저 빔(L1)의 발산 각도를 조정하는 구성으로, 측정용 레이저 광원(110)과 마스크(150) 사이에 배치될 수 있다. 도 5는 도 1 및 도 2에 도시한 레이저 가공 장치 중 광 발산부의 일 형태를 도시한 도면이다.The
도 5를 참조하면, 광 발산부(170)는 측정용 레이저 광원(110)에서 방출된 측정용 레이저 빔(L1)이 소정 각도(θ)만큼 발산되어 진행하도록 할 수 있다. 이는 가공용 레이저 빔(L2)의 포커스 위치에서의 기준값을 설정하기 용이하게 하기 위함이다. Referring to FIG. 5, the
보다 상세히, 광 발산부(170)가 없는 경우, 마스크(150)를 통해 두 개의 분할 빔 형태로 변형된 측정용 레이저 빔(L1)이 이미지 센서(190)에서 감지되는 이미지에서, 두 개의 분할 빔 간의 거리는 실질적으로 매우 근접한 거리이므로, 이미지 상의 두 개의 분할 빔 간의 거리에 대한 측정 분해능이 좋지 못할 수 있다. 그러나, 광 발산부(170)를 통해 두 개의 분할 빔의 소정 각도로 발산시키면, 이미지 센서에서 감지되는 두 개의 분할 빔의 이미지에서 두 개의 분할 빔 간의 거리가 더 멀어지게 될 수 있다. 따라서, 이미지 상의 두 개의 분할 빔 간의 거리에 대한 측정 분해능을 향상시킬 수 있다.In more detail, in the absence of the
도 5를 참조하면, 광 발산부(170)는 광을 발산시키는 제 1 렌즈(171)와 광을 집속시키는 제 2 렌즈(172)를 포함할 수 있다. 제 1 렌즈(171)와 제 2 렌즈(172)는 측정용 레이저 빔(L1)의 경로 상에 순차적으로 배치될 수 있으며, 소정 거리(D)만큼 이격되어 배치될 수 있다. Referring to FIG. 5, the
이 때, 제 1 렌즈(171)와 제 2 렌즈(172)가 이격된 거리(D)를 조절함으로써, 측정용 레이저 빔(L1)의 발산 각도(θ)를 조절할 수 있다. 예를 들어, 제 1 렌즈(171)와 제 2 렌즈(172)의 초점 거리를 합산한 값을 기준으로 그보다 이격된 거리(D)를 크게 조절할수록 발산 각도(θ)는 커진다. 이를 위해 제 1 렌즈(171) 및 제 2 렌즈(172) 중 적어도 하나는 도 5를 기준으로 y축 방향으로 이동 가능한 제 3 스테이지(미도시)에 고정되어, 제어부(미도시)를 통한 제 3 스테이지의 제어를 통해 발산 각도(θ)를 조절할 수 있다.At this time, by adjusting the distance D between the
도 1 및 도 2를 참조하면, 제 2 빔 스플리터(142)는 광의 일부를 투과시키고 일부를 반사시키는 구성으로서, 마스크(150)를 통과한 측정용 레이저 빔(L1)의 경로에 배치될 수 있다. 즉, 제 2 빔 스플리터(142)는 측정용 레이저 빔의 경로를 기준으로 마스크(150)의 후방에 배치될 수 있다. 이에 따라, 두 개의 분할 빔 형태의 측정용 레이저 빔(L1)의 일부를 투과시킬 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 2, the
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 2 빔 스플리터(142)는 제 1 빔 스플리터(141)와 나란히 배치될 수 있다. 즉, 도 1 및 도 2를 참조하면, 제 1 빔 스플리터(141)는 가공 대상물(10)에서 반사된 측정용 레이저 빔(L1)이 입사되어 제 2 빔 스플리터(142)를 향해 반사되도록 배치되고, 제 2 빔 스플리터(142)는 제 1 빔 스플리터(141)에서 반사된 측정용 레이저 빔(L1)이 입사되어 이미지 센서(190)를 향해 반사되도록 배치될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the
제 2 광 집속부(132)는 제 2 빔 스플리터(142)와 이미지 센서(190) 사이에 배치되어, 제 2 빔 스플리터(142)를 통해 반사된 광을 이미지 센서(190)로 집속시키는 구성이다.The second
광 필터(180)는 일정 파장 대역의 광 만을 통과시키기 위한 구성으로서, 제 2 빔 스플리터(142)와 제 2 광 집속부(132) 사이에 배치될 수 있다. 이 때, 광 필터(180)는 입사되는 측정용 레이저 빔(L1)과 가공용 레이저 빔(L2) 중 측정용 레이저 빔(L1) 만을 통과시키도록 구성될 수 있다. The
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 장치(100)는 가공 대상물(10)에서 반사된 가공용 레이저 빔(L2)의 반사광과 측정용 레이저 빔(L1)의 반사광 모두 이미지 센서(190)를 향해서 진행되도록 구성된다. 이 때, 정밀한 가공을 위하여 고출력의 가공용 레이저 광원(120)을 사용하는 경우, 가공용 레이저 빔(L2)이 출력이 보다 낮은 측정용 레이저 빔(L1)을 덮어버릴 수 있다. 이러한 경우에 이미지 센서(190)에서 상대적으로 저출력인 측정용 레이저 빔(L1)의 이미지를 제대로 측정하기 어렵기 때문에, 광 필터(180)를 통해 측정용 레이저 빔(L1) 만이 투과되도록 구성할 수 있다.1 and 2, the
이하, 전술한 레이저 가공 장치(100)를 이용한 레이저 가공 방법에 대해 설명한다.Hereinafter, a laser processing method using the above-described
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 방법을 도시한 순서도이다.6 is a flowchart illustrating a laser processing method according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 방법은, 측정용 시편을 이용하여 가공용 레이저 빔의 포커스 위치를 찾는 포커스 위치 확인 단계(S601), 포커스 위치에서의 측정용 레이저 빔의 이미지를 이용하여 기준값을 설정하는 기준값 설정 단계(S602), 가공 대상물에 대한 측정용 레이저 빔의 이미지를 기준값과 비교하여 가공 대상물의 위치를 조정하는 위치 조정 단계(S603), 및 가공 단계를 포함한다.6, in the laser processing method according to an embodiment of the present invention, a focus position checking step of finding a focus position of a processing laser beam using a measurement specimen (S601), of a measurement laser beam at a focus position A reference value setting step (S602) of setting a reference value using an image, a position adjustment step (S603) of adjusting the position of the object to be processed by comparing the image of the laser beam for measurement on the object to be processed (S603), and a processing step. .
먼저 포커스 위치 확인 단계(S601)를 설명한다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 방법 중 포커스 위치를 찾는 과정을 도시한 도면이고, 도 8은 도 7에 도시한 과정에서 측정용 시편의 위치 변화에 따른 가공된 선폭의 변화를 나타낸 그래프이다.First, the step of confirming the focus position (S601) will be described. 7 is a view showing a process of finding a focus position in a laser processing method according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a view showing a change in a processed line width according to a change in the position of a specimen for measurement in the process shown in FIG. 7. This is the graph shown.
도 7을 참조하면, 가공 대상물 대신에 측정용 시편(11)을 제 1 스테이지(미도시)에 고정시키고, 가공용 레이저 광원(120)을 작동하여 가공용 레이저 빔(L2)을 측정용 시편(11)에 조사한다. 이 때, 가공용 레이저 빔(L2)은 제 1 빔 스플리터(141)와 제 1 광 집속부(131)를 거쳐서 측정용 시편(11)에 조사되어 측정용 시편(11)은 가공용 레이저 빔(L2)에 의해 가공된다. 예를 들어, 측정용 시편(11)의 표면에 선을 형성하는 가공 작업이 진행된다고 하면, 도 8에 도시된 바와 같이, 측정용 시편(11)에 가공되는 선폭은 가공용 레이저 빔(L2)의 포커스 위치에서 가장 미세하게 형성된다. 따라서, 도 7 및 도 8을 참조하면, 측정용 시편(11)을 가공용 레이저 빔(L2)의 진행 방향, 다시 말해 도 7에서 z축 방향으로 이동시키면서 가공을 진행하다 보면, 가장 미세한 선폭이 나타나는 가공용 레이저 빔(L2)의 포커스 위치를 확인할 수 있다. 이에 따라, 포커스 위치에서 측정용 시편(11)의 위치를 고정시키면 그 때 측정용 시편(11)의 가공 위치가 가공용 레이저 빔(L2)의 포커스 위치가 된다.Referring to FIG. 7, instead of the object to be processed, the
이상의 과정을 통해 가공용 레이저 빔(L2)의 포커스 위치(이하, 포커스 위치)를 확인하고, 측정용 시편을 포커스 위치에 고정시킨 다음, 기준값 설정 단계(S602)가 진행되는데, 이하 기준값 설정 단계(S602)를 상세히 설명한다. Through the above process, the focus position (hereinafter, the focus position) of the processing laser beam L2 is checked, the specimen for measurement is fixed to the focus position, and then the reference value setting step (S602) proceeds. The reference value setting step (S602) ) Will be described in detail.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 방법 중 측정용 레이저 빔을 이용하여 기준값을 설정하는 과정을 도시한 도면이다.9 is a diagram illustrating a process of setting a reference value using a laser beam for measurement in a laser processing method according to an embodiment of the present invention.
도 9를 참조하면, 포커스 위치에 위치된 측정용 시편(11)에 측정용 레이저 빔(L1)을 조사하여 반사되는 광을 이미지 센서(190)에서 감지한다. Referring to FIG. 9, the
보다 상세히, 측정용 레이저 광원(110)에서 방출된 측정용 레이저 빔(L1)은 광 발산부(170)를 거쳐서 소정 각도(θ) 발산되며, 제 1 관통홀(151, 도 3 참조) 및 제 2 관통홀(152, 도 3 참조)이 형성된 마스크(150)를 통과하면서 두 개의 분할 빔 형태로 변형되어 진행된다. 두 개의 분할 빔 형태의 측정용 레이저 빔(L1)은 제 2 빔 스플리터(142)를 투과하고 제 1 빔 스플리터(141)에서 반사된 후, 제 1 광 집속부(131)에서 집속되어 측정용 시편(11)에 조사된다. 이 때, 측정용 레이저 빔(L1)은 광 발산부(170)를 통해 발산되어 진행되었기 때문에 통해 두 개의 분할 빔 간의 간격이 이격된 상태로 측정용 시편(11)에 조사된다. 조사된 두 개의 분할 빔 형태의 측정용 레이저 빔(L1)은 측정용 시편(11)에서 반사되어 제 1 광 집속부(131)를 거쳐 제 1 빔 스플리터(141) 및 제 2 빔 스플리터(142)에서 각각 반사되어 이미지 센서(190)를 향해 진행한다. 제 2 빔 스플리터(142)에서 반사된 후 광 필터(180)를 통해 측정용 레이저 빔(L2) 만이 통과되고 제 2 광 집속부(132)를 지나서 이미지 센서(190)에 집속된다. 결과적으로 측정용 레이저 빔(L1)은 광 발산부(170)를 통해 발산되어 진행되었기 때문에 통해 두 개의 분할 빔 간의 간격이 이격된 상태로 이미지 센서(190)에 수광될 수 있다. In more detail, the measurement laser beam L1 emitted from the measurement
이 때, 이미지 센서(190)에서 감지된 이미지는 서로 이격된 두 개의 분할 빔 형태로 감지된다. 도 3을 참조하면, 제 1 관통홀(151)을 통과한 분할 빔의 이미지(I1)와 제 2 관통홀(152)를 통과한 분할 빔의 이미지(I2)를 이미지 센서에서 감지할 수 있는데, 두 이미지(I1, I2) 간의 거리는 포커스 위치에서의 거리(df)이며, 이를 기준값으로 설정한다. 즉, 측정용 시편(11)에서 반사되는 두 개의 분할 빔 형태의 측정용 레이저 빔(L1)의 이미지(이하, 제 1 이미지)에서, 두 개의 분할 빔 간의 거리(df)를 기준값으로 설정한다.In this case, the images detected by the
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 이미지에서 두 개의 분할 빔 간의 거리(df)의 측정 분해능을 높이기 위하여 광 발산부(170)를 통해 측정용 레이저 빔(L1)의 발산 각도를 크게 조절할 수 있다. 또한, 제 1 이미지에서 두 개의 분할 빔 간의 거리(df)가 너무 큰 경우에는 반대로 광 발산부(170)를 통해 측정용 레이저 빔(L1)의 발산 각도를 작게 조절할 수 있다.At this time, according to an embodiment of the present invention, in order to increase the measurement resolution of the distance d f between the two split beams in the first image, the divergence angle of the measuring laser beam L1 through the
전술한 방법으로 기준값을 설정한 이후, 가공 대상물의 위치를 조정하는 위치 조정 단계(S603)가 진행되는데, 이하 위치 조정 단계(S603)을 설명한다.After setting the reference value by the above-described method, a position adjustment step (S603) of adjusting the position of the object to be processed proceeds, and the position adjustment step (S603) will be described below.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 방법 중 가공 대상물을 포커스 위치에 위치시키는 과정을 도시한 도면이고, 도 11은 도 10에 도시한 과정에서 이미지 센서에서 감지되는 측정용 레이저 빔의 예시적인 이미지를 도시한 도면이며, 도 12는 도 10에 도시된 과정 중 이미지 센서를 이동시켜서 이미지의 측정 범위를 확장하는 모습을 도시한 도면이다. 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 방법 중 포커스 위치에 위치된 가공 대상물을 가공용 레이저 빔으로 가공하는 과정을 도시한 도면이다.FIG. 10 is a view showing a process of placing a target object at a focus position in a laser processing method according to an embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a view of a laser beam for measurement detected by an image sensor in the process shown in FIG. FIG. 12 is a diagram illustrating an exemplary image, and FIG. 12 is a diagram illustrating a state in which a measurement range of an image is expanded by moving an image sensor during the process illustrated in FIG. 10. 13 is a diagram illustrating a process of processing an object to be processed at a focus position with a laser beam for processing in a laser processing method according to an embodiment of the present invention.
도 10을 참조하면, 측정용 시편(11) 대신 실제로 가공해야 하는 가공 대상물(10)을 배치한 후, 측정용 레이저 빔(L1)을 조사한다. 예를 들어, 측정용 시편(11)이 고정되어 있던 제 1 스테이지에서 측정용 시편(11)이 제거한 후, 가공 대상물(10)을 제 1 스테이지에 고정시킨다. Referring to FIG. 10, instead of the
이 때, 제 1 스테이지는 가공용 레이저 빔(L2)의 포커스 위치에 대응되도록, 다시 말해, 제 1 스테이지는 제 1 스테이지에 측정용 시편이 고정될 경우 측정용 시편이 포커스 위치에 있도록 위치되어 있지만, 측정용 시편(11)과 가공 대상물(10)은 사이즈나 두께 등에서 완전히 동일하지 않기 때문에 가공 대상물(10)을 포커스 위치에 대응되어 있는 제 1 스테이지에 고정시키면 가공 대상물(10)은 정확한 포커스 위치에 있지 아니하고 위치 오차가 발생된다. 따라서, 가공 대상물(10)의 위치를 이동시킴으로써, 가공 대상물(10)을 정확하게 포커스 위치에 위치시킨 후에 가공을 진행해야 한다.At this time, the first stage is positioned to correspond to the focus position of the processing laser beam L2, that is, the first stage is positioned so that the measurement specimen is in the focus position when the measurement specimen is fixed to the first stage. Since the
도 10에 도시된 바와 같이, 위치 조정 단계(S603)에서는, 포커스 위치에서 측정용 시편(11)을 가공 대상물(10)로 교체한 후, 앞선 기준값 설정 단계(S602)에서와 동일하게 측정용 레이저 빔(L1)을 가공 대상물(10)에서 반사시켜서 이미지 센서에서 제 2 이미지를 감지해보면, 도 11에서와 같이 서로 소정 거리(dr)가 이격된 두 개의 분할 빔에 대한 이미지(I1', I2')를 확인할 수 있다. As shown in FIG. 10, in the position adjustment step (S603), after replacing the
다만, 가공 대상물(10)은 측정용 시편(11)과 사이즈나 두께 등이 완전히 동일할 수는 없으므로, 가공 대상물(10)의 표면은 포커스 위치에서 벗어나게 된다. 예를 들어, 포커스 위치에 있었던 측정용 시편(11)을 고정하던 제 1 스테이지를 위치 고정시킨 채로 가공 대상물(10)을 제 1 스테이지에 고정시키는데, 만약 가공 대상물(10)이 측정용 시편(11)보다 두께가 두꺼운 경우, 도 10에서 가공 대상물(10)의 표면이 포커스 위치보다 (-)z축 방향으로 이동되어 위치하게 된다. However, since the
이러한 경우, 가공 대상물(10) 표면에서 반사된 두 개의 분할 빔 형태의 측정용 레이저 빔(L1)은, 이전 기준값 설정 단계(S602)에서 감지한 포커스 위치에서의 제 1 이미지와 비교할 때, 이미지 센서에서 감지된 제 2 이미지에서 두 개의 분할 빔에 대한 이미지(I1', I2') 간의 이격 거리(dr)가 더 커지게 된다. In this case, the measurement laser beam L1 in the form of two split beams reflected from the surface of the object to be processed 10 is compared with the first image at the focus position detected in the previous reference value setting step S602, the image sensor The separation distance d r between the images I 1 ′ and I 2 ′ for the two split beams in the second image detected in FIG.
이 때, 제 1 이미지에서의 이격 거리(df, 도 4 참조)인 설정값과, 전술한 제 2 이미지에서의 이격 거리(dr)인 측정값을 비교하여 측정값을 설정값에 일치시킨다. 이를 위해 가공 대상물(10)의 위치를 이동시키면서 측정값이 설정값과 일치하는 위치에서 가공 대상물(10)을 위치 고정시키면, 가공 대상물(10)이 포커스 위치에 위치하게 된다. 예를 들어, 위치 조정 단계(S603)를 통해 가공 대상물(10)의 표면이 포커스 위치에 위치하게 된다.At this time, a set value that is a separation distance (d f , see FIG. 4) in the first image and a measured value that is a separation distance (d r ) in the second image are compared to match the measured value to the set value. . To this end, by moving the position of the
이후, 가공 단계를 통해 도 13에 도시된 바와 같이, 포커스 위치에 위치한 가공 대상물(10)의 표면을 가공용 레이저 빔(L2)으로 가공하며, 정확한 포커스 위치에 가공 대상물(10)의 표면을 위치시켰기 때문에 매우 정밀한 가공이 가능하다.Thereafter, through the processing step, as shown in FIG. 13, the surface of the
한편, 도 11에 도시된 바와 같이, 측정값(dr)이 클 경우 이미지 측정이 가능한 범위를 벗어날 수 있는데, 이 때 이미지 센서(190)의 위치를 조절함으로써, 측정 범위를 확장시킬 수 있다. On the other hand, as shown in FIG. 11, when the measured value dr is large, the image measurement range may be out of the range. In this case, by adjusting the position of the
예를 들어, 도 10과 같이 이미지의 중심에 위치한 분할 빔의 이미지(I1')의 위치를 도 12와 같이 이미지의 가장자리 부분으로 이동시켜서 측정값(dr)의 측정 범위를 확장시킬 수 있다. 이 때, 도 10에서 이미지 센서(190)를 xy평면 상에서 수평 이동 시킬 수 있으며, 예를 들어, 이미지 센서(190)가 장착된 제 2 스테이지를 xy평면 상에서 이동시킴으로써, 앞서 설명한 도 12와 같이 측정 범위를 확장시킬 수 있다.For example, as shown in FIG. 10, the position of the image I1 ′ of the split beam located at the center of the image may be moved to the edge of the image as shown in FIG. 12 to extend the measurement range of the measured value dr. In this case, the
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 장치(100)는 측정용 레이저 빔(L1)을 방출하는 측정용 레이저 광원을 포함하 포커스 측정 모듈을 구비함으로써, 가공 전에 가공용 레이저 빔(L2)의 정확한 포커스 위치를 알아낼 수 있다. 또한, 포커스 측정 모듈에 구비된 두 개의 관통홀이 형성된 마스크(150)를 이용하여, 측정용 레이저 빔(L1)을 두 개의 분할 빔 형태로 변형시킬 수 있으며, 이를 통해 가공용 레이저 빔(L2)의 포커스 위치를 용이하고 정밀하게 측정할 수 있다.As described above, the
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 방법은, 가공 대상물(10)을 이동시켜서 가공용 레이저 빔(L2)의 포커스 위치에 위치시킨 후에 가공을 진행함으로써, 가공 대상물을 보다 정밀하게 가공할 수 있다. 또한, 광 발산부(170)를 통하여 측정용 레이저 빔(L1)의 발산 각도를 조절함으로써, 이미지 센서(190)에서 감지되는 이미지의 측정 분해능을 조절할 수 있다. 또한, 이미지 센서(190)의 위치를 조절함으로써, 이미지의 측정 범위를 조절할 수 있다.In addition, in the laser processing method according to an embodiment of the present invention, by moving the
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described through the above, the present invention is not limited thereto, and it is possible to carry out various modifications within the scope of the claims and detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it is within the scope of the invention.
10 가공 대상물 11 측정용 시편
100 레이저 가공 장치 110 측정용 레이저 광원
120 가공용 레이저 광원 131 제 1 광 집속부
132 제 2 광 집속부 141 제 1 빔 스플리터
142 제 2 빔 스플리터 150 마스크
170 광 발산부 180 광 필터
190 이미지 센서10 Object to be processed 11 Specimen for measurement
100
120 Processing
132 Second
142
170
190 image sensor
Claims (14)
상기 가공용 레이저 광원에서 방출되는 가공용 레이저 빔의 경로에 배치되는 제 1 빔 스플리터;
상기 제 1 빔 스플리터를 투과한 가공용 레이저 빔을 가공 대상물로 집속시키는 제 1 광 집속부; 및
상기 가공 대상물에서 반사되는 광의 이미지를 감지하여 상기 가공용 레이저 빔의 포커스 위치를 측정하는 포커스 측정 모듈;
을 포함하되,
상기 포커스 측정 모듈은,
상기 가공 대상물에서 반사되도록 측정용 레이저 빔을 방출하는 측정용 레이저 광원;
상기 측정용 레이저 빔의 상기 가공 대상물을 향하는 경로에 배치되어, 상기 측정용 레이저 빔의 일부를 차단시켜서 단일 빔 형태를 두 개의 분할 빔 형태로 변형시키는 마스크; 및
상기 마스크를 통과하여 상기 가공 대상물에서 반사된 상기 두 개의 분할 빔의 이미지를 감지하는 이미지 센서;
를 포함하며,
상기 마스크에는 상기 측정용 레이저 빔의 진행 방향을 따라 마스크를 관통하는 제 1 관통홀 및 제 2 관통홀이 형성되고,
상기 제 1 관통홀은 상기 측정용 레이저 빔의 단면을 기준으로 중심에 배치되고, 상기 제 2 관통홀은 상기 측정용 레이저 빔의 단면 내에서 상기 제 1 관통홀과 소정거리 이격되어 배치되는, 레이저 가공 장치.Processing laser light source;
A first beam splitter disposed in the path of the processing laser beam emitted from the processing laser light source;
A first light focusing unit focusing the processing laser beam transmitted through the first beam splitter onto an object to be processed; And
A focus measurement module configured to detect an image of light reflected from the object to be processed and measure a focus position of the laser beam for processing;
Including,
The focus measurement module,
A measurement laser light source for emitting a measurement laser beam to be reflected from the object to be processed;
A mask disposed on a path of the measuring laser beam toward the object to be processed, and blocking a part of the measuring laser beam to transform a single beam shape into two split beam shapes; And
An image sensor that passes through the mask and detects an image of the two split beams reflected from the object to be processed;
It includes,
A first through hole and a second through hole penetrating the mask along the traveling direction of the measuring laser beam are formed in the mask,
The first through-hole is disposed in the center based on the cross-section of the measuring laser beam, and the second through-hole is disposed to be spaced apart from the first through-hole by a predetermined distance within the cross-section of the measuring laser beam. Processing device.
상기 포커스 측정 모듈은,
상기 마스크를 통과한 측정용 레이저 빔의 경로에 배치되는 제 2 빔 스플리터;
상기 제 2 빔 스플리터와 상기 이미지 센서 사이에 배치되는 제 2 광 집속부;
를 더 포함하며,
상기 제 1 빔 스플리터는 상기 가공 대상물에서 반사된 측정용 레이저 빔이 입사되어 상기 제 2 빔 스플리터를 향해 반사되도록 배치되고,
상기 제 2 빔 스플리터는 상기 제 1 빔 스플리터에서 반사된 측정용 레이저 빔이 입사되어 상기 이미지 센서로 향해 반사되도록 배치되는, 레이저 가공 장치.The method of claim 1,
The focus measurement module,
A second beam splitter disposed in a path of the measuring laser beam passing through the mask;
A second light focusing unit disposed between the second beam splitter and the image sensor;
It further includes,
The first beam splitter is disposed so that the measuring laser beam reflected from the object to be processed is incident and reflected toward the second beam splitter,
The second beam splitter is disposed so that the measuring laser beam reflected from the first beam splitter is incident and reflected toward the image sensor.
상기 이미지 센서에서 감지된 이미지에서, 상기 두 개의 분할 빔 간의 거리값이 설정된 기준값이 되도록 상기 가공 대상물의 위치를 조정하는 제어부;
를 더 포함하는, 레이저 가공 장치.The method of claim 1,
A control unit for adjusting a position of the object to be processed so that a distance value between the two split beams becomes a set reference value in the image detected by the image sensor;
The laser processing apparatus further comprising a.
상기 포커스 측정 모듈은,
상기 측정용 레이저 광원과 상기 마스크 사이에 배치되어 상기 측정용 레이저 빔의 발산 각도를 조정하는 광 발산부;
를 더 포함하는, 레이저 가공 장치.The method of claim 3,
The focus measurement module,
A light diffusion unit disposed between the measurement laser light source and the mask to adjust a divergence angle of the measurement laser beam;
The laser processing apparatus further comprising a.
상기 광 발산부는
광을 발산시키는 제 1 렌즈, 및 광을 집속하는 제 2 렌즈를 포함하는, 레이저 가공 장치.The method of claim 5,
The light diverging part
A laser processing apparatus comprising a first lens to emit light, and a second lens to focus light.
상기 가공 대상물을 지지하는 스테이지를 더 포함하며,
상기 스테이지는 상기 제어부에 의해 상기 가공용 레이저 빔이 진행되는 방향을 따라 이동되는, 레이저 가공 장치.The method of claim 4,
Further comprising a stage for supporting the object to be processed,
The stage is moved along a direction in which the processing laser beam travels by the control unit.
상기 포커스 측정 모듈은,
상기 제 2 빔 스플리터와 상기 제 2 광 집속부 사이에 배치되어 상기 측정용 레이저 빔 만을 통과시키는 광 필터;
를 더 포함하는, 레이저 가공 장치.The method of claim 3,
The focus measurement module,
An optical filter disposed between the second beam splitter and the second optical focusing unit to pass only the measurement laser beam;
The laser processing apparatus further comprising a.
상기 가공 대상물 대신에 측정용 시편을 배치하여 상기 가공용 레이저 빔의 포커스 위치를 찾는 단계;
상기 측정용 레이저 빔을 상기 포커스 위치에 위치된 상기 측정용 시편에 조사시켜서 반사되는 이미지에서의 측정값을 기준값으로 설정하는 단계;
상기 측정용 시편 대신에 상기 가공 대상물을 배치하고, 상기 측정용 레이저 빔을 상기 가공 대상물에 조사시켜서 반사되는 이미지에서의 측정값이 상기 기준값과 일치하도록 상기 가공 대상물의 위치를 조정하는 단계; 및
상기 가공용 레이저 빔을 조사하여 상기 가공 대상물을 가공하는 단계;
를 포함하는, 레이저 가공 방법.As a laser processing method using the laser processing device according to claim 1,
Placing a specimen for measurement in place of the object to be processed to find a focus position of the laser beam for processing;
Setting a measurement value in the reflected image as a reference value by irradiating the measurement laser beam onto the measurement specimen positioned at the focus position;
Arranging the object to be processed in place of the specimen for measurement, and irradiating the laser beam for measurement to the object to adjust the position of the object to be processed so that the measured value in the reflected image matches the reference value; And
Processing the object to be processed by irradiating the laser beam for processing;
Containing, laser processing method.
상기 포커스 위치를 찾는 단계는,
상기 측정용 시편을 상기 가공용 레이저 빔의 진행 방향을 따라 이동시키면서 상기 측정용 시편에 가공된 선폭이 최소값이 되는 지점을 찾는, 레이저 가공 방법.The method of claim 9,
The step of finding the focus position,
While moving the measurement specimen along the traveling direction of the processing laser beam, finding a point where the line width processed on the measurement specimen becomes the minimum value.
상기 마스크에는
상기 측정용 레이저 빔의 단면을 기준으로 중심에 배치되는 제 1 관통홀, 및 상기 단면 내에서 상기 제 1 관통홀과 소정거리 이격되어 배치되는 제 2 관통홀이 형성되고,
상기 기준값으로 설정하는 단계는,
상기 단일 빔 형태를 상기 두 개의 분할 빔 형태로 변형시켜서 상기 포커스 위치에서의 상기 측정용 시편에 조사하는 단계;
상기 측정용 시편에서 반사되는 두 개의 분할 빔의 제 1 이미지를 상기 이미지 센서에서 감지하는 단계; 및
상기 제 1 이미지에서 상기 두 개의 분할 빔 간의 거리를 측정한 제 1 측정값을 기준값으로 설정하는 단계;
를 포함하는, 레이저 가공 방법.The method of claim 9,
In the mask
A first through hole disposed in the center based on the cross-section of the measuring laser beam, and a second through hole disposed at a predetermined distance apart from the first through hole within the cross-section,
The step of setting as the reference value,
Transforming the single beam shape into the two split beam shapes and irradiating the measurement specimen at the focus position;
Sensing, by the image sensor, a first image of two split beams reflected from the measurement specimen; And
Setting a first measurement value obtained by measuring a distance between the two split beams in the first image as a reference value;
Containing, laser processing method.
상기 조사하는 단계에서, 상기 측정용 레이저 빔의 발산 각도를 조정하는, 레이저 가공 방법.The method of claim 11,
In the irradiating step, adjusting a divergence angle of the measuring laser beam.
상기 가공 대상물의 위치를 조정하는 단계는,
상기 측정용 시편 대신에 상기 가공 대상물을 배치하는 단계;
상기 측정용 레이저 빔을 상기 두 개의 분할 빔으로 변형시켜서 상기 가공 대상물에 조사하는 단계;
상기 가공 대상물에서 반사되는 두 개의 분할 빔의 제 2 이미지를 상기 이미지 센서에서 감지하는 단계;
상기 제 2 이미지에서 상기 두 개의 분할 빔 간의 거리를 측정한 제 2 측정값을 상기 기준값과 비교하는 단계; 및
상기 제 2 측정값이 상기 기준값과 일치하도록 상기 가공 대상물의 위치를 조정하는 단계;
를 포함하는, 레이저 가공 방법.The method of claim 11,
Adjusting the position of the object to be processed,
Placing the object to be processed instead of the specimen for measurement;
Transforming the measuring laser beam into the two split beams and irradiating the object to be processed;
Sensing, by the image sensor, second images of two split beams reflected from the object to be processed;
Comparing a second measurement value obtained by measuring a distance between the two split beams in the second image with the reference value; And
Adjusting the position of the object to be processed so that the second measured value matches the reference value;
Containing, laser processing method.
상기 제 2 이미지를 상기 이미지 센서에서 감지하는 단계에서, 상기 이미지 센서의 위치를 조정하는, 레이저 가공 방법.The method of claim 13,
In the step of detecting the second image by the image sensor, the position of the image sensor is adjusted.
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