KR20150121330A - 고종횡비 홀 가공용 베셀 빔 레이저 가공 장치 - Google Patents

고종횡비 홀 가공용 베셀 빔 레이저 가공 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적은 베셀 빔을 이용하여 레이저 가공을 함으로써 높은 정밀도로 고종횡비를 갖는 미세 형상을 가공할 수 있도록 하는, 고종횡비 홀 가공용 베셀 빔 레이저 가공 장치를 제공함에 있다. 본 발명의 다른 목적은, 고종횡비 가공을 수행하기 위하여 필요한 구성이 간단한 광학계만으로 이루어지도록 함으로써 경제적이고 기존의 장치와의 호환성이 우수한, 고종횡비 홀 가공용 베셀 빔 레이저 가공 장치를 제공함에 있다.

Description

고종횡비 홀 가공용 베셀 빔 레이저 가공 장치 {Bessel beam laser machining apparatus for high aspect rate hole}
본 발명은 고종횡비 홀 가공용 베셀 빔 레이저 가공 장치에 관한 것이다.
최근 IT(Information Technology), NT(Nano Technology), BT(BioTechnology) 등의 산업이 발달하면서, 수십 μm ~ 수십 mm 크기의 소형 정밀 부품의 수요가 급증하고 있으며, 이를 가공하기 위한 다양한 가공법의 개발과 상용화도 활발히 이루어지고 있다. 이와 같은 정밀 부품의 정밀도는 점차 나노 급까지 내려가고 있으며, 이에 따라 정밀 부품의 제작에 있어 MEMS, NEMS 기술을 이용하는 방법이 확산되고 있다. 기존의 선삭, 밀링, 성형과 같은 기계 가공 방식을 사용할 경우 이러한 정밀 부품에서 요구하는 정밀도를 실현할 수 없는 한계가 발생되는 바, 정밀도 향상을 위한 장비의 초정밀화, 초미세화 기술에 대한 개발 요구가 더욱 높아져 가고 있다. 뿐만 아니라, 특히 수요처인 IT, BT, NT 등의 분야에서는 자사의 기술 보안, 비용 등을 이유로 최소한의 공간에서 최대한의 정밀도를 달성하는 장비를 요구하고 있는 실정이다.
종횡비란 세로 깊이 대 가로 폭의 비를 말하는 것으로, 고종횡비 형상이란 즉 폭이 좁으면서 깊이가 깊은 형상을 말하는 것이다. 차세대 IT, ET, NT, BT 등 다양한 분야에서의 부품(예를 들어 미세금형, 약물전달 스텐트, LCD repair system, X-ray 형광판 등 미소 부품)의 각부에서 점차 이러한 고종횡비 형상이 요구되는 범위가 확대되어 가는 바, 고종횡비 형상 가공 기술은 이러한 분야의 정밀 부품 생산에 핵심기술이다. 그러나 기존의 일부 기계 가공의 경우 30mm 이하의 미세 홀 가공은 가공이 어려워 매우 비생산적이다. 또한, 기존의 레이저 가공 기술을 사용할 경우 최대 얻을 수 있는 종횡비는 2~3 이하 수준밖에 되지 않아, 충분한 고종횡비를 얻을 수 없는 한계가 있다는 점이 잘 알려져 있다.
앞서 설명한 바와 같이 기존의 레이저 가공 기술을 사용할 경우 얻을 수 있는 홀 종횡비가 2~3 이하 수준인 바, 이를 극복하기 위하여 여러 연구가 진행되어 왔다. 본 출원인에 의하여 출원 및 등록된 한국특허등록 제1285717호("극초단 펄스 레이저를 응용한 고종횡비 미세 형상 가공 장치", 이하 선행기술)에서는, 레이저 가공 시 레이저 광경로 상에 플라즈마 채널링을 의도적으로 발생시키고, 이 채널링 영역 상에 가공 대상물이 배치되게 함으로써 고종횡비의 홀을 가공하는 기술을 개시한 바 있다. 상기 선행기술에 의하면 종횡비가 10~100 범위 수준, 직경이 수십 μm 정도인 뛰어난 고종횡비를 가지는 미세 홀을 가공할 수 있다. 특히 상기 선행기술에서는 가공 공간을 진공이나 특수한 가스를 채우는 등의 조작을 할 필요가 없이 공기 중에서 가공이 이루어지도록 하고 있어, 장비 구성이나 운용 측면에서도 경제적이고 편리함이 뛰어나다.
상기 선행기술에서는 플라즈마 채널링을 이용하여 고종횡비 홀을 가공하는 것을 실현하였는데, 물론 상기 선행기술이 효과적인 기술이기는 하나, 현재 상용화되어 있는 레이저 가공 장치에 플라즈마 채널링 발생 장치가 구비되어 있는 경우가 그다지 일반적인 것은 아니며, 따라서 현재 레이저 가공 장치에 상기 선행기술을 적용시키기 위해서는 어느 정도의 부품 변경이 필요하다.
이에 따라 현재 상용화되어 있는 레이저 가공 장치와 매우 쉽게 호환될 수 있도록, 광학계만으로도 고종횡비를 가지는 미세 홀이나 선 형상을 가공할 수 있는 기술에 대한 요구가 있다.
한국특허등록 제1285717호("극초단 펄스 레이저를 응용한 고종횡비 미세 형상 가공 장치", 2013.07.08)
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 베셀 빔을 이용하여 레이저 가공을 함으로써 높은 정밀도로 고종횡비를 갖는 미세 형상을 가공할 수 있도록 하는, 고종횡비 홀 가공용 베셀 빔 레이저 가공 장치를 제공함에 있다. 본 발명의 다른 목적은, 고종횡비 가공을 수행하기 위하여 필요한 구성이 간단한 광학계만으로 이루어지도록 함으로써 경제적이고 기존의 장치와의 호환성이 우수한, 고종횡비 홀 가공용 베셀 빔 레이저 가공 장치를 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고종횡비 홀 가공용 베셀 빔 레이저 가공 장치는, 극초단 펄스 레이저를 발생시키는 레이저 광원(1); 상기 레이저 광원(1)에서 발생된 빔을 집광하는 집광 렌즈(2); 를 포함하여 이루어지는 레이저 가공 장치(10)로서, 상기 집광 렌즈(2)는 액시콘 렌즈(axicon lens) 형태로 이루어져 베셀 빔을 발생시키며, 베셀 빔이 발생된 영역에 가공 대상물(50)이 배치되도록 하여 형상 가공을 수행하도록 이루어진다.
이 때 상기 레이저 광원(1)은, 펄스폭이 펨토초 이하인 것이 바람직하다.
또한 상기 레이저 가공 장치(10)는, 종횡비 수 내지 수만 범위인 형상 가공을 수행하도록 이루어질 수 있다.
또한 상기 레이저 가공 장치(10)는, 구멍 직경이 수 내지 수십 μm 범위인 형상 가공을 수행하도록 이루어질 수 있다.
또한 상기 레이저 가공 장치(10)는, 구멍 깊이가 수 μm 내지 수백 mm 범위인 형상 가공을 수행하도록 이루어질 수 있다.
본 발명에 의하면, 종래의 기계적인 가공 기술로는 30mm 정도 이하의 형상을 가공할 수 없고, 또한 종래의 레이저 가공 기술로는 종횡비 2~3 정도 이하의 형상밖에는 가공할 수 없었던 한계를 벗어나, 가공 구멍 또는 선의 폭이 마이크로 단위 이하이면서도 종횡비가 수만 수준에 달하는 고종횡비의 형상을, 매우 높은 정밀도로 용이하게 가공할 수 있게 해 주는 큰 효과가 있다. 물론 본 발명에 의하면 단지 고종횡비 형상만을 가공할 수 있는 것이 아니라 기존 가공으로 얻을 수 있었던 종횡비 2~3 정도의 형상도 얼마든지 가공할 수 있으며, 즉 본 발명의 장치를 이용하여 종횡비 수 내지 수만에 달하는 엄청나게 다양한 범위의 형상을 자유롭고 용이하게 가공할 수 있는 엄청난 효과가 있다.
뿐만 아니라 본 발명의 장치는, 종횡비를 높이기 위하여 재료나 광학계(예를 들어 대물 렌즈)를 이동시키는 등의 물리적인 동작을 전혀 하지 않고도 상술한 바와 같은 초고도의 종횡비를 달성할 수 있는 큰 효과가 있다. 종래에는 종횡비를 늘리기 위해 수직 방향의 물리적 동작을 더 가하는 경우도 있었으며, 이러한 경우 구동에 필요한 장치가 더 구비되어야 하고, 또한 이에 따라 시스템의 복잡도가 증가하는 문제가 있었다. 그러나 본 발명의 장치는 이러한 물리적인 동작이 전혀 없이도 초고도의 고종횡비 형상 가공을 실현할 수 있다.
이처럼 본 발명의 가공 장치는, 그 장치 자체의 구조가 복잡하지 않고 필요한 부품이 많지 않기 때문에, 구현이 용이하고 장치의 부피를 줄일 수 있는 효과가 있으며, 이에 따라 장치 설치 등에 필요한 기반 비용을 절약할 수 있는 효과도 있다. 보다 구체적으로는, 본 발명의 가공 장치는 간단한 광학계만으로 베셀 빔을 생성하고 이를 레이저 가공에 사용하도록 하고 있어, 기존에 사용되는 레이저 가공 장치에 있어서 구성 변경이 용이하고, 또한 광학계 부품 자체의 가격도 그리 높지 않기 때문에, 장비 교체에 필요한 비용이 크게 발생하지 않는 장점 및 높은 호환성이 있다는 장점이 있는 것이다. 무엇보다도, 기술 보호를 위하여 장비의 노출을 피하고자 하는 기업 등의 생산 주체 입장에서, 이와 같이 장치의 부피를 줄임으로써 기술 보안이 훨씬 용이해지게 해 주는 큰 효과가 있다.
도 1은 펨토초 레이저와 나노초 레이저의 상대적인 펄스폭 길이 차이와 피크 강도(peak intensity) 차이.
도 2는 펨토초 레이저와 나노초 레이저의 펄스폭 차이에 의한 가공 차이점.
도 3은 펨토초 레이저와 나노초 레이저의 실제 홀 가공 결과 비교 사진.
도 4는 가우시안 빔의 프로파일.
도 5는 베셀 빔의 프로파일.
도 6은 액시콘 렌즈 사진.
도 7은 액시콘 렌즈를 통과한 빔의 진행 방향.
도 8은 액시콘 렌즈를 통과한 빔이 베셀 빔을 형성하는 원리.
도 9는 액시콘 렌즈의 각도 및 빔의 크기 조절에 따른 베셀 빔 발생 길이 차이 원리.
도 10은 일반 렌즈를 사용하는 경우의 가공 직경 및 가공 깊이 관련성.
도 11은 액시콘 렌즈를 사용하는 경우의 가공 직경 및 가공 깊이 관련성.
도 12는 액시콘 렌즈를 이용하여 가우시안 빔을 베셀 빔으로 변환시키는 원리.
도 13은 본 발명의 레이저 가공 장치의 일실시예.
도 14는 본 발명의 레이저 가공 장치로 가공을 수행하는 실시예.
도 15는 본 발명의 레이저 가공 장치로 가공된 미세홀의 실시예.
도 16은 도 15의 미세홀 실시예의 상면 확대 사진.
도 17은 도 15의 미세홀 실시예의 측면 확대 사진.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 고종횡비 홀 가공용 베셀 빔 레이저 가공 장치를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
본 발명은 미세 가공 형상을 레이저 가공을 이용하여 가공함에 있어서, 일반적인 레이저 가공 장치에서 빔 프로파일이 가우시안 형태인 가우시안 빔을 사용하는 것으로 인하여 가공 형상의 종횡비를 어느 제한 이상으로 향상시키기 못하는 문제를 해결하기 위하여, 빔 프로파일이 베셀 함수 형태로 나타나는 베셀 빔(Bessel beam)을 사용한다. 또한 (일반적인 레이저 광원에서 발생되는) 가우시안 빔을 베셀 빔으로 바꾸기 위해서 본 발명에서는 집광 렌즈로서 액시콘 렌즈(axicon lens)를 사용한다. 이처럼 간단한 광학계를 사용하여 베셀 빔을 발생시켜 레이저 가공에 사용함으로써 종래에 비해 비약적으로 향상된 고종횡비의 미세 형상을 정밀하게 가공할 수 있다.
이 때 본 발명의 레이저 가공에 사용되는 레이저 광원은 펄스폭이 펨토초 이하인 것이 바람직하다. 이에 대하여 설명하면 다음과 같다. 펨토초 레이저는 펄스 레이저의 일종으로 레이저 펄스의 길이가 펨토초(femto-second, 10-15초) 단위로 나타나는 레이저를 말하며, 나노초 레이저는 펄스 길이가 나노초(nano-second, 10-9초) 단위로 나타나는 레이저를 말한다. 공기 중에서 빛의 속도가 약 30만km/s라고 볼 때 100fs의 펄스 레이저는 펄스 길이가 약 30μm 정도가 되는데, 100ns의 펄스 레이저는 이의 10-6배인 30m 정도가 된다. 이 때 두 레이저가 같은 에너지를 갖는다면, 펨토초 레이저의 경우 나노초 레이저에 비해 펄스의 길이가 월등히 작은 만큼 피크 강도(peak intensity)는 월등히 높게 나타난다. 도 1은 펨토초 레이저와 나노초 레이저의 상대적인 펄스폭 길이 차이와 피크 강도(peak intensity) 차이를 도시한 것이다. 이와 같이 높은 피크 강도는 재료와 상호 작용 시 비선형 현상을 일으키기 때문에 재료의 파장별 흡수율을 무시하고 가공이 어려운 재료도 가공이 가능하다는 큰 장점이 있다.
일반적으로 재료에 열에너지가 흡수되면 흡수된 부위 주변으로 열전달이 일어나는데, 열에너지가 흡수되는 동시에 전달되는 것이 아니라 열전달이 일어나기 시작하는 시간이 있기 때문에 실제로는 미소하게나마 시간 지연이 있다. 그 시간은 재료에 따라 다르지만 일반적으로 수십 ps ~ 수백 fs인 것으로 알려져 있다. 펨토초 레이저는 앞서 설명한 바와 같이 레이저 펄스가 펨토초만큼만 발진되는 레이저로서, 재료에 레이저 에너지가 가해지는 시간이 펨토초만큼이라고 할 수 있다. 따라서 재료에서 열전달에 필요한 최소의 시간을 감안하면, 펨토초 레이저는 대부분의 재료에 대해서 레이저가 조사된 부분 주위로 열전달을 거의 발생시키지 않는다고 볼 수 있다. 따라서 펨토초 레이저의 짧은 펄스폭을 이용하면 재료에 열적 손상을 주지 않고 정밀하게 가공이 가능한 비열 가공이 가능하다. 반면에 나노초 레이저는 대부분의 재료에서 레이저가 조사된 주위로 상당한 열전달이 일어나게 된다. 레이저에 의해 발생된 열은 보통 수천 ℃가 넘으며 주위로 전달되는 열은 레이저에 의해 발생된 열보다 낮지만 상당히 높은 온도이다. 이처럼 높은 온도의 열이 가공되지 않은 재료에 전달이 되면 녹거나 변형되거나 재료의 특성이 변할 수 있는데, 이러한 열에 의한 영향을 HAZ(Heat Affect Zone)이라 하며 이러한 열변형 영역은 나노 ~ 마이크로급 초정밀 가공에 큰 장애가 된다. 도 2는 바로 이러한 펨토초 레이저와 나노초 레이저의 펄스폭 차이에 의한 가공 차이를 도시한 것이며, 도 3은 펨토초 레이저와 나노초 레이저의 실제 홀 가공 결과 비교 사진을 나타낸 것이다. 도 2, 3으로부터 펨토초 레이저가 나노초 레이저에 비해 훨씬 가공 단면이 깨끗하고 정밀한 가공을 실현할 수 있음을 명확하게 확인할 수 있다.
한편 앞서 설명한 바와 같이, 일반적으로 레이저 가공 장치에 사용되는 레이저 광원에서 발생되는 레이저 빔은 가우시안 형태의 프로파일을 갖는다. 가우시안 형태란 종 모양을 말하는 것으로서, 이처럼 종 모양으로 형성되는 레이저 빔 프로파일을 가우시안 빔 혹은 TEM00빔이라 한다. 도 4는 가우시안 빔의 프로파일 예시를 도시한 것으로서, 이러한 빔 프로파일은 공기 중을 지나거나 여러 광학계를 지나도 그 형태를 유지한다. 즉, 렌즈에 의해 재료 표면에 작게 집속하여도 집속된 빔의 프로파일은 가우시안 형태를 유지하게 된다. 그러나 광학적 회절 한계에 의해 아무리 레이저 빔을 작게 집속하여도 사용하는 레이저의 파장 길이보다 작게 집속하는 것은 어려우며, 재료를 파장 길이보다 작은 폭으로 가공하는 것 또한 어렵다.
반면 중앙의 좁은 부분에 에너지가 집중되어 있는 빔 프로파일을 베셀 빔이라고 하며, 도 5는 베셀 빔의 프로파일 예시를 도시하고 있다. 이와 같은 베셀 빔은 레이저 광원에서 직접 만들어지지 않고 별도의 광학계를 이용해야 하는데, 일반적으로 많이 사용되는 볼록 렌즈나 오목 렌즈 등과 같은 형태의 렌즈를 사용해서는 이러한 베셀 빔을 만들 수가 없다. 일반적으로 베셀 빔을 만들기 위해서는 회절광학소자를 설계하거나 액시콘 렌즈를 사용하면 되는 것으로 알려져 있다.
도 6은 액시콘 렌즈의 예시를 도시한 것이다. 액시콘 렌즈(axicon lens)란 렌즈의 면이 둥근 일반 렌즈와는 다르게 렌즈 중심이 뾰족한 원뿔의 형태를 갖는 렌즈를 말한다. 이러한 형상은 렌즈를 통과한 모든 빛을 한 점으로 모으는 것이 아니라 모든 반경 방향의 빛을 광축을 향해 같은 각도로 꺾어주기만 한다. 도 7은 액시콘 렌즈를 통과한 빔의 진행 방향을 도시한 것으로서, 이러한 특성 때문에 액시콘 렌즈를 이용하여 레이저를 집속하면 광축을 향해 꺾인 빛들끼리 서로 간섭하는 현상이 지배적으로 발생한다. 특히, 집속된 빛에서 중심 부분은 보강 간섭을 일으키기 때문에 그 세기가 주변에 비해 매우 높아지게 된다. 보다 구체적으로는 일정한 반경 및 모든 세타 방향의 빛이 간섭함으로써 중심부의 세기가 주변에 비해 매우 높아지게 되며, 그 폭은 레이저 파장의 절반의 길이를 갖는다. 또한, 렌즈 중심에서 서로 다른 반경을 지나는 빛은, 광축 방향에서 서로 다른 지점에 모이게 된다. 즉, 한 점에 모이는 것이 아니라 초점이 길게 형성되는 다중 초점이 이루어지게 된다.
상술한 바와 같은 원리에 의하여, 액시콘 렌즈에 레이저를 통과시키면 광축 방향으로 일정한 영역 전체에 반경 방향의 베셀 빔, 즉 중앙의 좁은 부분에 에너지가 집중된 형태의 프로파일이 나타나는 빔이 형성되게 된다. 도 8은 바로 이와 같이 액시콘 렌즈를 통과한 빔이 서로 간섭을 일으킴으로써 베셀 빔을 형성하는 원리를 개략적으로 도시하고 있다. 이처럼 베셀 빔이 만들어지는 광축 방향의 길이 및 반경 방향의 너비는, 액시콘의 각도 및 액시콘으로 들어가는 빔의 크기를 통해 변경할 수 있는데, 도 9는 이처럼 액시콘 렌즈의 각도 및 빔의 크기 조절을 통해 빔이 간섭하여 발생되는 베셀 빔의 길이 차이를 비교한 것이다.
일반적으로 TEM00 빔을 렌즈로 집속하면 렌즈의 특성에 따라 수 μm 크기의 직경으로 집속이 가능하지만 깊이 방향으로 수 μm 직경이 유지되는 길이가 짧다. 반면 베셀 빔을 이용하면 사용하는 파장보다 비슷하거나 짧은 가공 직경과 긴 가공깊이를 유지할 수 있다. 도 10은 일반 렌즈로 빔을 집속 시 가공 직경이 크면 가공 깊이가 크고, 가공 직경이 작으면 가공 깊이가 짧아지는 현상을 도시한 것이며, 도 11은 액시콘을 이용한 베셀 빔의 경우 가공 직경이 작으면서도 가공 깊이가 깊게 나타날 수 있음을 도시한 것이다. 도 12는 액시콘 렌즈를 이용하여 가우시안 빔을 베셀 빔으로 변환시키는 원리를 도시한 것으로, 이처럼 액시콘 렌즈를 이용하여 집속하면 TEM00빔을 베셀빔으로 변환할 수 있고 작은 가공 직경과 긴 가공 깊이를 동시에 구현할 수 있으며, 궁극적으로는 높은 종횡비를 갖도록 가공 깊이를 증가시킬 수 있다.
이처럼 베셀 빔을 사용하면 일반적으로 사용되던 가우시안 빔을 사용하는 것에 비하여 고종횡비의 미세 형상 가공이 가능함을 이론적으로 확인할 수 있다. 뿐만 아니라 이와 더불어 펨토초 레이저를 사용할 경우, 앞서 설명한 바와 같은 펨토초 레이저의 비열 가공 특성과 재료 무의존성에 의해 가공 정밀도가 높고, 가공부 주변의 손상이 적으며, 재료가 무엇인지에 거의 구애받지 않고 가공을 실현할 수 있다.
도 13은 본 발명의 레이저 가공 장치의 일실시예를 도시한 것으로서, 도시된 바와 같이 본 발명의 레이저 가공 장치는, 기본적으로 극초단 펄스 레이저를 발생시키는 레이저 광원(1); 상기 레이저 광원(1)에서 발생된 빔을 집광하는 집광 렌즈(2); 를 포함하여 이루어지는 레이저 가공 장치(10)로서, 상기 집광 렌즈(2)는 액시콘 렌즈(axicon lens) 형태로 이루어져 베셀 빔을 발생시키며, 베셀 빔이 발생된 영역에 가공 대상물(50)이 배치되도록 하여 형상 가공을 수행하도록 이루어진다.
기존에는 집광 렌즈로서 볼록 렌즈와 같은 일반적인 형태의 렌즈를 사용하였으며, 이에 따라 앞서 설명한 바와 같이 가공 직경이 작아질수록 가공 깊이 또한 짧아지는 문제점을 그대로 내포하고 있었다. 따라서 종래에는 고종횡비의 홀 가공을 수행할 수 없었던 것이다. 그러나 본 발명에서는 베셀 빔을 사용하여 가공을 수행함으로써, 기존의 한계를 극복할 수 있을 뿐만 아니라 가공 직경 또한 종래보다 더욱 작게 할 수 있는 장점을 갖는다. 보다 구체적으로는, 본 발명의 장치를 이용하면 종횡비 수 내지 수만 범위인 형상 가공을 수행할 수 있다. 상세하게는, 구멍 직경이 수 내지 수십 μm 범위인 형상 또는 구멍 깊이가 수 μm 내지 수백 mm 범위인 형상 가공을 수행할 수 있는 것이다.
도 14 내지 도 17은 본 발명의 장치로 실제 가공을 수행한 결과를 나타내고 있다. 도 14는 본 발명의 레이저 가공 장치로 가공을 수행하는 실시예이며, 도 15는 본 발명의 레이저 가공 장치로 가공된 미세홀의 실시예이고, 도 16은 도 15의 미세홀 실시예의 상면 확대 사진이며, 도 17은 도 15의 미세홀 실시예의 측면 확대 사진이다. 도시된 바로 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의하면 베셀 빔을 이용하여 1~2 μm 가공 직경과 약 6cm 가공 깊이의 가공을 실제로 실현하였다. 다시 말해 본 발명에 의하면 최소 수 μm 급의 가공 직경, 최대 수백 mm 급의 가공 깊이를 실현할 수 있음을 실험적으로 명확하게 증명한 것이다. 물론 이처럼 초고도의 고종횡비 형상만을 가공할 수 있는 것이 아니라, 앞서 설명한 바와 같이 액시콘의 각도 및 액시콘으로 들어가는 빔의 크기를 적절히 조절함으로써 기존의 레이저 가공에서 실현하던 형상, 즉 구멍 직경이 수 μm 정도에 구멍 깊이도 비슷하게 수 μm 정도인, 다시 말해 종횡비가 2~3 정도가 되는 형상도 얼마든지 가공할 수 있음은 당연하다. 이처럼 본 발명의 장치는, 일반적으로 기존에 가공하던 형상을 가공할 수 있음과 동시에, 기존의 어떤 장치들로도 실현할 수 없었던 종횡비 수만 가량에 달하는 정도의 초고종횡비 형상까지 가공할 수 있는 커다란 장점이 있는 것이다.
또한 앞서 설명한 바와 같이 펨토초 레이저를 사용함으로써 재료에 열적 손상을 최소화시켜 가공 부위 주변의 변형을 최소화할 수 있으며, 재료나 광학계의 이동이 없이도(즉 종래에 종횡비를 늘리기 위해 가공 시 수직 방향으로 재료나 대물 렌즈를 이동시켜야만 했던 물리적인 이동 동작을 전혀 하지 않고도) 종래에 비해 비약적으로 높은 종횡비의 홀 가공이 가능하다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
10: (본 발명의) 레이저 가공 장치
1: 레이저 광원
2: 집광 렌즈
50: 가공 대상물

Claims (5)

  1. 극초단 펄스 레이저를 발생시키는 레이저 광원(1); 상기 레이저 광원(1)에서 발생된 빔을 집광하는 집광 렌즈(2); 를 포함하여 이루어지는 레이저 가공 장치(10)로서,
    상기 집광 렌즈(2)는 액시콘 렌즈(axicon lens) 형태로 이루어져 베셀 빔을 발생시키며, 베셀 빔이 발생된 영역에 가공 대상물(50)이 배치되도록 하여 형상 가공을 수행하는 것을 특징으로 하는 고종횡비 홀 가공용 베셀 빔 레이저 가공 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 레이저 광원(1)은
    펄스폭이 펨토초 이하인 것을 특징으로 하는 고종횡비 홀 가공용 베셀 빔 레이저 가공 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 레이저 가공 장치(10)는
    종횡비 수 내지 수만 범위인 형상 가공을 수행하는 것을 특징으로 하는 고종횡비 홀 가공용 베셀 빔 레이저 가공 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 레이저 가공 장치(10)는
    구멍 직경이 수 내지 수십 μm 범위인 형상 가공을 수행하는 것을 특징으로 하는 고종횡비 홀 가공용 베셀 빔 레이저 가공 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 레이저 가공 장치(10)는
    구멍 깊이가 수 μm 내지 수백 mm 범위인 형상 가공을 수행하는 것을 특징으로 하는 고종횡비 홀 가공용 베셀 빔 레이저 가공 장치.
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