KR100492245B1 - 펨토초 레이저를 이용한 고정도 가공장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 펨토초 레이저를 이용한 고정도 가공장치에 관한 것으로서, 고정도 정밀가공이 가능한 펨토초 레이저에 의한 가공에서 펨토초 레이저의 정밀도에 부합하도록 가공장치의 정밀도를 향상시키기 위해 개발된 것이다.

본 발명에 따른 펨토초 레이저를 이용한 고정도 가공장치는 레이저를 발진시키는 레이저발진기와 상기 레이저를 전송시키는 레이저 전송부를 포함하는 레이저 발생부와, 상기 레이저발생부를 거친 레이저의 방향을 바꾸어주고 레이저를 가공부에 집중시키는 빔집속부와 가공부를 비추도록 된 조명광원과 상기 빔집속부와 조명광원등을 내장된 경통으로 이루어진 레이저 가공부와, 가공물을 올려 놓고 이송하는 스테이지와 모든 동작을 제어하는 컴퓨터로 이루어진 제어부로 구성되는 레이저 가공장치에 있어서, 상기 레이저발진기의 전방에는 펨토초 레이저를 하나 이상으로 분리하는 빔스플리터가 형성되며, 각각의 분리된 레이저는 별도의 레이저 가공부를 가지고, 상기 빔집속부에는 레이저를 한곳에 집중되도록 하는 포커싱렌즈가 구비되어 있으며 상기 경통의 상부에는 가공물에 주사되는 레이저와 동일 축선상에서 가공부를 측정하는 동축CCD카메라가 장착되어 제어부와 연결되되, 상기 경통은 포커싱렌즈의 상부가 분리되어 신축 가능한 플렉서블커버로 밀폐되며 상기 제어부의 제어를 받는 수직구동 모터에 의하여 분리된 경동의 하부가 Z축 방향으로 운동되는 것을 특징으로 한다.

Description

펨토초 레이저를 이용한 고정도 가공장치{A precision processing tool by use of femtosecond laser}

본 발명은 펨토초 레이저를 이용한 고정도 가공장치에 관한 것으로서, 각종 산업용 정밀 부품등의 초정밀 미세가공을 위해 기존에 사용되던 나노초 레이저의 문제점을 해결하여 가공시간이 줄어들고 열변형이 적으며 소재의 제약이 적은 펨토초 레이저를 이용한 고정도 가공장치에 관한 것이다.

일반적으로 레이저를 이용한 융삭은 고정도 정밀부품의 제작을 위하여 많이 사용되고 있으며 빠른 펄스를 사용하면 주위에 미치는 열적인 손상이 적은 장점을 가지고 있어 나노초 즉 10^-2m/s 단위의 펄스를 가지는 YAG레이저나 엑시머 레이저 등을 이용한 레이저 가공기가 제공되고 있으며 이를 일반적으로 나노초 레이저 가공기라 불리우고 있다.

이중 산화알루미늄을 인공적으로 결정체로 만들어 레이저를 발생토록 하는 YAG레이저를 사용한 가공기의 경우 가공된 측벽(side wall)이 거칠게 되는 경향이 있고, 적외선계인 CO₂레이저는 가공부위에 크레이터가 만들어지는 단점을 가지고 있기에 마이크로미터단위 이상의 정밀도를 요구하는 미세가공에서는 그 사용의 제약을 받고 있다.

즉 상기 가공은 광에너지를 열에너지로 변형하여 수행하는 레이저 열가공이라고 할 수 있으며 결과적으로 가공된 형상은 붕괴되기 쉬워 정밀가공이 어렵게 된다.

반면에 엑시머 레이저의 경우 탄소원자의 공유결합을 끊는 광화학적 반응에 의한 승화 에칭이 되어 정밀한 가공이 가능하게 되는데 이는 엑시머 레이저광이 가공물표면에 방사될 때 그 부분이 플라즈마 방사 및 충격 노이즈와 함께 분산되어 분해되도록 융삭 광분해(Ablative photodecompostion)가공이 실시됨으로 흡열증발가공이 되기 때문이다.

하지만 상기 엑시머 레이저의 에너지는 원자들의 공유결합을 끊는데 전부 사용되는 것이 아니고 일부는 열에너지로 변환되는데 높은 에너지 밀도를 가지기 때문에 그 열영향도 상당한 수준이므로 높은 열전달율을 가지는 금속, 세라믹, 실리콘과 같은 광물과 낮은 광흡수율을 가지는 석영 및 유리를 가공하는 것이 어렵게 되며 전자에 비하여 상대적으로 적은 열에너지라도 열적변형은 가공된 제품의 내구성에 영향을 미치게 된다.

이에 펄스 방사시간이 m/s대인 펨토초(femtosecond) 레이저의 경우 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있는 우수한 특성을 가지고 있는데 이는 1피코초(picosecond) 즉 1 ×m/s 이하의 극초단 펠스 방사시간에 발진하는 레이저를 이용하면 레이저 에너지의 발진 밀도는 매우 크기 때문이다.

일반적으로 1mJ의 광에너지를 가지고 100펨토초 이하의 펠스 방사시간을 가지면 레이저 빔의 에너지 밀도는 대략 10기가와트의 수준에 달해 어떠한 재질의 가공도 가능하게 된다.

또한 펨토초 레이저와 같이 극초단 펄스 레이저빔을 가공물에 방사하면 재료의 구성격자에 멀티포튼현상이 발생하고 이에 의한 원자의 들뜸 현상이 일어나는 동안 광자가 주위의 구성격자에 열을 전달하는 시간보다 입사 펄스가 짧으므로 가공물이 가공되는 동안 열확산으로 인한 가공 정밀도의 저하와 재질의 물리, 화학적 변화와 가공물의 가공부위가 일부분 용융되는 문제점이 해결되어 고정밀도의 가공 수행이 가능하게 된다.

뿐만 아니라 펨토초 레이저 가공시 가공에 의한 파티클의 적층이나 크레이터등 부산물이 거의 생산되지 않아 종래에 요구되던 초음파 세정등의 부산물 제거 단계가 필요없게 된다.

또한 높은 열전달 계수를 가지거나 적은 광흡수율을 가지는 물질의 가공이 가능하며 또한 두 종류 이상의 상이한 재료의 가공과 다층으로 적층된 복합재질을 단일 공정으로 가공이 가능하게 된다.

하지만 이러한 펨토초 레이저를 이용한 가공장치를 제작하기 위해서 열적 영향이 적고 펨토초 특성에서 치명적인 에어 브레이크 다운현상을 억제할 수 있고 무엇보다 기존의 가공장치에서의 정밀도보다 우수한 펨토초 레이저에 적합한 고정밀 가공장치의 개발은 아직 이루어지지 않고 있다.

즉 펨토초 레이저의 단순한 이용보다 나노초 이상의 고정밀 가공이 가능한 펨토초 레이저의 특성을 이용한 고정도 미세가공장치의 개발은 그만큼 중요하다고 하겠다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 발명된 것으로서 그 목적은 펨토초 레이저를 이용한 기존 나노초 레이저 보다 고정밀 미세 가공이 가능하도록 정밀한 측정 제어가 가능하며 단일의 레이저 발진기를 이용하여 멀티 가공이 가능한 시스템을 제공하는데 있다.

또한 고정밀 가공을 위하여 레이저 빔의 에너지를 정밀하게 조절 할 수 있도록 하는데 있다.

또한 외부의 영향을 받지 않고 가공물의 정확한 이송작업이 가능하도록 하여 정밀도를 높이도록 하는데 있다.

또한 에어 브레이크 다운 현상을 최대한 억제 할 수 있도록 가공부의 이물질을 제거하도록 하는데 있다.

또한 전체적인 작업 환경에서 청정도를 유지 할 수 있도록 하는데 있다.

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상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 레이저를 발진시키는 레이저발진기와 상기 레이저를 전송시키는 레이저 전송부를 포함하는 레이저 발생부와, 상기 레이저발생부를 거친 레이저의 방향을 바꾸어주고 레이저를 가공부에 집중시키는 빔집속부와 가공부를 비추도록 된 조명광원과 상기 빔집속부와 조명광원등을 내장된 경통으로 이루어진 레이저 가공부와, 가공물을 올려 놓고 이송하는 스테이지와 모든 동작을 제어하는 컴퓨터로 이루어진 제어부로 구성되는 레이저 가공장치에 있어서, 상기 레이저발진기의 전방에는 펨토초 레이저를 하나 이상으로 분리하는 빔스플리터가 형성되며, 각각의 분리된 레이저는 별도의 레이저 가공부를 가지고, 상기 빔집속부에는 레이저를 한곳에 집중되도록 하는 포커싱렌즈가 구비되어 있으며 상기 경통의 상부에는 가공물에 주사되는 레이저와 동일 축선상에서 가공부를 측정하는 동축CCD카메라가 장착되어 제어부와 연결되되, 상기 경통은 포커싱렌즈의 상부가 분리되어 신축 가능한 플렉서블커버로 밀폐되며 상기 제어부의 제어를 받는 수직구동 모터에 의하여 분리된 경동의 하부가 Z축 방향으로 운동되는 것을 특징으로 한다.

삭제

이에 본 발명의 구성을 첨부된 도면에 의하여 당업자가 용이하게 이해하고 재현 할 수 있도록 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일실시 예를 나타낸 개략적인 장치도로서, 레이저(41)를 발진시키는 레이저발진기(11)와 상기 레이저(41)를 전송시키는 레이저 전송부(1a)를 포함하는 레이저 발생부(1)와;

상기 레이저발생부(1)를 거친 레이저(43)의 방향을 바꾸어주고 레이저(44)를 가공부에 집중시키는 빔집속부(2a)와, 가공부를 비추도록 된 조명광원(23)과, 상기 빔집속부(2a)와 조명광원(23)등을 내장된 경통(24)으로 이루어진 레이저 가공부(2)와;

가공물(5)을 올려 놓고 이송하는 스테이지(6)와, 모든 동작을 제어하는 컴퓨터(32)로 이루어진 제어부(3)로 구성되는 레이저 가공장치에 있어서,

상기 경통(24)의 상부에는 가공물에 주사되는 레이저와 동일 축선상에서 가공부를 측정하는 동축 CCD카메라(33)가 장착되어 제어부(3)와 연결되는 것을 특징으로 하는 펨토초 레이저를 이용한 고정도 가공장치를 나타내었다.

또한 상기 레이저 전송부(1a)는 레이저(41)의 폭을 증가시키는 빔익스펜더(12)와, 상기 빔익스펜더(12)에서 확장된 레이저(42)의 에너지를 조절하는 광감쇄기(13)로 이루어지고; 상기 빔집속부(2a)는 빔익스펜더(12)를 거친 레이저(43)를 반사하여 방향을 바꾸어주는 미러(21)와, 레이저(44)를 가공부에 집중시키는 포커싱렌즈(22)로 이루어지는 일 실시 예를 나타내었다.

또한 레이저 발진기(11)에서 주사되는 레이저는 그 방향을 전환시키는 전반사미러(15)를 거쳐 빔을 차단시키거나 통과시키고 빔이 통과할때 그 단면에 원형인 부분을 제외한 가장자리의 빔을 차단하여 집중도와 효율을 높이도록 하는 셔터(16)를 통과하게 되며 상기 셔터(16)은 빔익스펜더(12)의 전후 어느곳에 설치하여도 무방하나 본 실시 예에서는 앞에 설치된 것을 나타내었다.

또한 상기 빔익스펜더(12)의 전방에 컨포컬 렌즈구조의 광학계를 추가 설치한 후 빔 웨이스트 부분에 빔웨이스트와 거의 근사한 핀홀을 사용하여 단면적 대비 에너지 효율을 높일 수 있다.

또한 상기 빔익스펜더(12)는 빔의 외경을 확대하는 역할을 하는데 이는 빔의 에너지로 인하여 빔을 전송하는 광학계의 손상을 방지하고 수명 연장을 하기 위한 것으로서, 컴퓨터(32)의 제어를 받는 모터에 의하여 배율을 조정 할 수 있도록 하는 것이 효과적일 것이다.

또한 레이저를 이용하여 가공할 재질에 따라서 가공 레이저빔의 에너지를 다르게 하기 위하여 광감쇄기(13)를 사용하게 되는데 상기 광감쇄기(13)는 원판형으로 회전에 따라 감쇄시키는 방법도 있으나 빔 직경이 크면 빔의 단면상에서 각 부위별 감쇄량이 상이하므로 본 발명에서는 모터 구동에 의하여 회전가능한 /2 플레이트, 리니어 폴라라이저 및 /4 플레이트로 구성하도록 하여 최대 99%까지 빔의 세기를 감쇄할 수 있도록 하는 것이 바람직한 실시 예일 것이다.

따라서 상기 /2 플레이트는 회전시키는 각도 차이에 따라 감쇄가 일어나며 /4 플레이트는 선편광을 원평광으로 혹은 원편광을 선편광시키는 기능을 하여 다이크로익미러(21)에 의하여 역류하는 빔을 차단시켜 앞단의 빔 전송계 렌즈들의 손상을 억제할 수 있다.

또한 상기 레이저발진기(11)의 전방에는 펨토초 레이저를 하나 이상으로 분리하는 빔스플리터(14)가 형성되며, 각각의 분리된 레이저는 별도의 레이저 가공부(2)를 가짐을 나타내었다.

즉 상기 도면에서는 하나의 펨토초 레이저 발진기(11)로부터 2대의 가공 가능한 시스템을 구성하는 것을 예시한 것으로서 빔스플리터(14)로부터 레이저 빔 분기비를 50%씩 분기하거나 필요시 분기비를 다르게 하는 빔스플리터를 사용할 수 있으며 이 빔스플리터를 여러 개 사용하면 2대 이상의 멀티시스템 구성이 가능하게 된다.

또한 상기 미러(21)는 펨토초 레이저의 파장대의 대부분은 일정각도에서 반사하도록 코팅되어 있으며, 그 일부는 투과되어 제어부(3)에 의하여 레이저의 에너지를 측정할 수 있는 포토다이오드(25)를 통과하도록 구성하여 측정된 레이저의 세기에 따라 상기 광감쇄기(13)을 조절하여 그 정확도를 높이도록 하는 것이 바람직한 실시 예일 것이다.

또 상기와 같이 코팅을 하는 방법 외에 상기 미러(21)에 핀홀을 형성하는 기존의 방법 또한 적용이 가능할 것이다.

도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 레이저 가공부(2) 및 제어부(3)를 나타낸 장치도로서, 있어서 상기 경통(24)은 포커싱렌즈(22)의 상부가 분리되어 신축가능한 플렉서블커버(26)로 밀폐되며, 제어부(3)의 제어를 받는 수직구동 모터(27)에 의하여 분리된 경통(24)의 하부가 Z축 방향으로 운동하도록 하였다.

따라서 레이저 광학계의 정렬 및 청정도를 위하여 레이저 발생부와 레이저 가공부(2)을 외기와 차폐시키고 내부에 질소 가스 등으로 충진하거나 필터를 사용하여 이물질이 유입되지 않도록 하는 상황에서 포커싱렌즈(22)을 상하로 움직임으로서 촛점거리를 맞추기 위하여 수직구동 모터(27)와 플렉시블커버(36)을 구비하도록 하였으며 이로서 가공물(5)을 Z축 즉 수직방향의 이송이 필요 없게 된다.

따라서 상기 스테이지(6)는 제어부(3)의 제어에 따라 XY축으로 운동하도록 구성하며 동시에 3개 축을 제어하는 것 보다 가공 정밀도를 높일 수 있도록 하였다.

또한 상기 동축 CCD카메라(33)의 전방에는 가공물(5)에 대한 영상의 왜곡을 방지하는 이미징렌즈(34)를 장착하여 가공물(5)에서 여러가지 광학계를 거치면서 왜곡되는 영상을 정확한 영상이 되도록 보상하여 상기 동축 CCD카메라(33)에서의 영상의 정확성을 높이도록 하였다.

또한 상기 조명광원(27)은 백색광원 또는 파장 633nm인 He-Ne 레이저를 사용하고 반사미러(28)를 통해 가공물(5)에 주사되도록 하는 것이 바람직할 것이다.

도 3은 경통의 하부에 장착되는 분사 및 흡입튜브를 나타낸 측면도로서, 상기 경통(24)의 하부에는 어시스트 가스(52)를 분사하는 하나 이상의 신축가능한 분사튜브(29a)와, 진공흡입장치와 연결되어 흡입하는 하나 이상의 신축가능한 흡입튜브(29b)가 형성됨을 나타내었다.

따라서 가공물(5)에 주사되는 레이저빔과 가공부 주위에 어시스트 가스(52)를 분사하고 이물질과 가공 파티클(51)을 포함한 가스를 흡입하도록 하여 가공부와 가공물(5)의 청정도를 유지할 수 있도록 하였다.

이때 실리콘 재질의 경우 Cl₂를 500cc/s의 속도로 분사하고 바로 흡입 배기시키는 것이 가장 효과적인 것으로 나타났으며 상기 어시스트 가스(52)의 양이 많거나 인체에 유해할 경우 노즐부와 스테이지 부분을 밀폐시켜 진공상태에서 가공하면 효율적으로 어시스트 가스의 기능을 수행할 수 있으며 에어 브레이크 다운에 의한 광에너지 감소를 억제하고 펨토초 레이저가 가진 가공성을 효율적으로 이끌어 내도록 할 수 있다.

또한 상기 장치의 외관은 하나 이상 공기흡입부를 가지고 내부에 제어부에 의하여 작동하는 통상의 헤파필터모듈이 장착된 클린펜스의 개념으로 설계하도록 하여 클래스 1000정도의 청정도를 유지하여 레이저 사용 환경 규정을 준수하고 가공물의 2차 오염을 방지하고 광에너지의 감소를 억제하도록 하는 것이 바람직한 실시 예일 것이다.

즉 최근 반도체 분야에 주로 쓰이는 청정실(clean room)의 환경에서 작업할 수도 있으나 상황에 따라 가공장치별로 독립적인 정화시스템이 필요하게 되며 제어부에 의하여 흡배기와 정화작업이 가능한 시스템을 적용한 것이다.

또 펄스가 매우 짧은 펨토초 레이저의 경우 공기중의 아주 미세한 입자와도 충돌할 가능성이 커지게 되므로 이에 따라 발생하는 에어브레이크 다운 현상이 일어나게 되는데 따라서 클린펜스 방식의 도입과 어시스트 가스에 의한 청정도의 유지는 본 발명에서 아주 중요한 비중을 차지하는 것 일 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 가공방법을 나타낸 블록도로서, 가공물(5)을 스테이지(6)에 위치하고 레이저발진기(11)에서 레이저(4)를 발진하는 레이저 발진단계(7)와, 레이저(4)의 세기 및 밀도 등을 조정하는 필터링단계(8)와, 레이저(4)가 빔집속부(2a)에 의하여 집중되어 가공면에 주사되고 제어부(3)의 신호에 따라 스테이지(6)를 이동시키며 가공하는 가공단계(9)와, 가공 상황을 확인하는 모니터링 단계(10)로 이루어지는 레이저를 이용한 가공방법에 있어서,

상기 레이저 발진단계(7)는 레이저(4)와 동일 축상에 설치된 동축 CCD카메라(33)에 의하여 가공위치를 확인하고 가공물(5)의 형상을 디스플레이하는 디스플레이과정(71)과, 이 형상의 명암을 화소로 구분하여 화상처리를 한 가공물(5)의 데이타 신호를 컴퓨터에 보내는 데이타 송신과정(72)과, 상기 데이타 신호를 토대로 설정된 가공부위로 이송하도록 스테이지(6)를 이송시키는 이송과정(73)을 포함함을 특징으로 하는 펨토초 레이저를 이용한 고정도 가공방법을 나타내었다.

즉 종래의 가공 방법은 스테이지 이송장치의 정밀도에 의존하여 가공물을 가공 하여 왔으나 펨토초 레이저의 특성에 부합되는 고정도의 가공방법을 위하여 CCD카메라에 의해 디스플레이되는 형상을 바탕으로 이를 보정하도록 하게 되면 가공정밀도가 향상될 것이다.

또한 기존의 측면 모니터링 CCD카메라(31)로는 가공부와 비스듬하게 장착이 되어 있기에 정확한 가공부의 측정이 힘들게 되므로 경통 상부에 장착되는 별도의 동축 CCD카메라(33)를 장착하여 측정하도록 하였으며 상기 동축 CCD카메라(33)의 경우 가공 중에는 펨토초 레이저나 증발물에 의하여 실시간 관측의 용도로는 부적절하므로 가공 중 실시간 관측용으로는 측면 모니터링 CCD카메라(31)를 그대로 활용하도록 하였다.

즉 상기 모니터링 단계(10)는 측면 모니터링 CCD카메라(31)에 의하여 가공중의 진행상황을 확인하는 실시간 모니터링과정(10a)과, 동축 CCD카메라(33)에 의하여 가공전과 가공후의 화상으로 측정값과 설계값을 비교 측정하는 측정모니터링과정(10b)으로 이루어지도록 하고 있다.

도 5는 필터링단계를 나타낸 블록도로서, 상기 필터링단계(8)는 빔익스펜더(12)에 의하여 레이저(4)를 확장하는 레이저 확장과정(81)과, 광감쇄기(13)에 의하여 레이저(4)의 세기를 조정하는 레이저 감쇄과정(82)과, 일부가 포토다이오드(25)를 거쳐 레이저(4)의 에너지를 측정하여 제어부(3)에 전송하고 상기 제어부(3)는 측정값에 따라 광감쇄기(13)에서의 레이저양을 증가 또는 감소시키도록 하는 피드백과정(83)으로 구성됨을 특징으로 하는 펨토초 레이저를 이용한 고정도 가공방법을 나타내었다.

즉 레이저를 이용한 가공방법에서 정밀도를 높이기 위한 수단으로는 가공물의 정확한 이송에서 정밀도를 높이는 방법이 있고 또 레이저의 세기를 정확하게 하여 정밀도를 높이는 방법있으며 상기 실시예에서는 이러한 레이저의 세기를 정확하게 조절하기 위하여 광감쇄기(13)에 의해 조절되는 레이저의 에너지를 다시 측정하여 오차를 보정하는 피드백과정(83)을 두도록 한 것이다.

도 5는 본 발명의 다른 실시 예를 나타낸 블록도로서, 상기 레이저 발진단계(7)에서 발진된 레이저(4)는 빔스플리터(14)에 의하여 두 개 이상의 레이저로 분리되어 상기 분리된 레이저(4)는 각각 필터링단계(8)를 수행하도록 하는 멀티레이저 공급과정(74)이 추가로 이루어짐을 특징으로 하는 펨토초 레이저를 이용한 고정도 가공방법을 나타내었다.

즉 빔스플리터(14)를 이용하여 레이저 빔 분기비를 50%씩 분기하거나 필요시 분기비를 다르게 하는 빔스플리터(14)를 사용할 수 있으며 이 빔스플리터를 여러 개 사용하면 2대 이상의 멀티시스템 구성이 가능하게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명은 스테이지의 이송정밀도에 의존하던 공작기계에 화상을 통한 이송값의 보정이 가능하도록 하여 펨토초 레이저를 이용한 기존 나노초 레이저 보다 고정밀 미세 가공이 가능하며 단일의 레이저 발진기를 이용하여 각기 독립된 가공과정을 거치도록 하여 복합작업이 가능해지는 효과가 있다.

또한 피드백과정을 통한 레이저 빔의 에너지를 정확하게 조절할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한 수직방향의 이송은 경통에 의하여 이루어지도록 하고 스테이지는 수평방향으로 가공물을 이송하도록 하여 가공부의 이동에서 정밀도를 높이도록 하는 효과가 있다.

또한 레이저의 경로중에 분포되는 미세입자 등을 최대한으로 제거하도록 하여 에어 브레이크 다운 현상을 최대한 억제하고 가공물의 표면의 청정도를 유지하도록 하는데 있다.

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도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 장치도.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 가공부와 제어부를 나타낸 장치도.

도 3은 경통의 하부에 장착되는 분사 및 흡입튜브를 나타낸 측면도.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가공 방법을 나타낸 블록도.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 필터링 단계를 나타낸 블록도

도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 레이저 발진단계를 나타낸 블록도.

<도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 레이저 발생부

1a : 레이저 전송부

11 : 레이저 발진기 12 : 빔익스펜더

13 : 광감쇄기 14 : 빔스플리터

15 : 전반사미러 16 : 셔터

2 : 레이저 가공부

2a : 빔집속부

21 : 미러 22 : 포커싱렌즈

23 : 조명광원 24 : 경통

25 : 포토다이오드 26 : 플렉서블커버

27 : 수직구동모터 28 : 반사미러

29a : 분사튜브 29b : 흡입튜브

3 : 제어부

31 : 측면 모니터링 CCD카메라 32 : 컴퓨터

33 : 동축 CCD카메라 34 : 이미징렌즈

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4 : 레이저

41, 42, 43 : 레이저

5 : 가공물

51 : 파티클 52 : 어시스트 가스

6 : 스테이지

7 : 레이저 발진단계

71 : 디스플레이과정 72 : 데이타 송신과정

73 : 이송과정 74 : 멀티레이저 공급과정

8 : 필터링단계

81 : 레이저 확장과정 82 : 레이저 감쇄과정

83 : 피드백과정

9 : 가공단계

10 : 모니터링단계

10a : 실시간 모니터링단계 10b : 측정 모니터링단계

Claims (13)

1. 레이저(41)를 발진시키는 레이저발진기(11)와 상기 레이저(41)를 전송시키는 레이저 전송부(1a)를 포함하는 레이저 발생부(1)와,

   상기 레이저발생부(1)를 거친 레이저(43)의 방향을 바꾸어주고 레이저(44)를 가공부에 집중시키는 빔집속부(2a)와 가공부를 비추도록 된 조명광원(23)과 상기 빔집속부(2a)와 조명광원(23)등을 내장된 경통(24)으로 이루어진 레이저 가공부(2)와,

   가공물(5)을 올려 놓고 이송하는 스테이지(6)와 모든 동작을 제어하는 컴퓨터(32)로 이루어진 제어부(3)로 구성되는 레이저 가공장치에 있어서,

   상기 레이저발진기(11)의 전방에는 펨토초 레이저를 하나 이상으로 분리하는 빔스플리터(14)가 형성되며, 각각의 분리된 레이저는 별도의 레이저 가공부(2)를 가지고,

   상기 빔집속부(2a)에는 레이저(44)를 한곳에 집중되도록 하는 포커싱렌즈(22)가 구비되어 있으며,

   상기 경통(24)의 상부에는 가공물에 주사되는 레이저와 동일 축선상에서 가공부를 측정하는 동축 CCD카메라(33)가 장착되어 제어부(3)와 연결되되,

   상기 경통(24)은 포커싱렌즈(22)의 상부가 분리되어 신축가능한 플렉서블커버(26)로 밀폐되며 상기 제어부(3)의 제어를 받는 수직구동 모터(27)에 의하여 분리된 경통(24)의 하부가 Z축 방향으로 운동되는 것을 특징으로 하는 펨토초 레이저를 이용한 고정도 가공장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 동축 CCD카메라(33)의 전방에는 가공물에 대한 영상의 왜곡을 방지하는 이미징렌즈(34)가 장착됨을 특징으로 하는 펨토초 레이저를 이용한 고정도 가공장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 경통(24)의 하부에는 어시스트 가스(52)를 분사하는 하나 이상의 신축가능한 분사튜브(29a)와, 진공흡입장치와 연결되어 흡입하는 하나 이상의 신축가능한 흡입튜브(29b)가 형성됨을 특징으로 하는 펨토초 레이저를 이용한 고정도 가공장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 장치의 외관은 공기흡입부를 가지고 내부에는 제어부(3)에 의하여 제어받는 통상의 헤파필터모듈이 장착된 클린펜스 형식의 몸체로 구성됨을 특징으로 하는 펨토초 레이저를 이용한 고정도 가공장치.
5. 제 1항에 있어서, 상기 레이저 발생부(1)와 레이저 가공부(2)는 내부에 질소가스가 충진된 밀폐용기에 내장됨을 특징으로 하는 펨토초 레이저를 이용한 고정도 가공장치.
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