KR100633343B1 - 공간부를 형성할 고체 상태 자외선 가우시안 빔의 빔 성형 및 프로젝션 이미지 생성을 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

공간부를 형성할 고체 상태 자외선 가우시안 빔의 빔 성형 및 프로젝션 이미지 생성을 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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군드럼브리안씨.
마츠모토히사시
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Abstract

레이저 시스템(50)의 다이오드 펌핑, 고체 상태 레이저(52)는 빔-성형 요소(90)에 의해 균일 방사도 윤곽(uniform irradiance profile)을 가지는 성형된 출력(shaped output)(94)으로 변환된 자외선 가우시안 출력(54)을 제공한다. 고 퍼센트의 성형된 출력(94)은 마스크(98)의 개구부를 통해 집속되어 이미지 생성된 출력(imaged shaped output)(118)을 제공한다. 레이저 시스템(50)은 유사하게 클리핑된 가우시안 레이저 시스템(clipped Gaussian laser system)으로 이용가능한 처리량에 비해 공간부 가공 처리의 처리량을 증가시키는 방법을 용이하게 한다. 본 방법은 클리핑된 가우시안 레이저 시스템에 의해 생성된 품질보다 더 우수한 에지 품질, 바닥 품질, 및 테이퍼 품질을 가지는 블라인드 공간부(20b)를 가공하는데 특히 유리하다. 대안적인 레이저 시스템(150)은 빔-성형 요소(90)와 마스크(98)를 포함하는 성형된 이미지 생성 시스템(shaped imaging system)(70) 주위로 가우시안 출력을 향하게 하는 한 쌍의 빔 우회 갈바노미터 미러(beam diverting galvanometer mirrors)(152, 154)를 사용한다. 레이저 시스템(150)은 가우시안 출력 또는 이미지 생성된 출력(118) 중 어느 하나를 사용하는 옵션을 사용자에게 제공한다.

Description

공간부를 형성할 고체 상태 자외선 가우시안 빔의 빔 성형 및 프로젝션 이미지 생성을 위한 시스템 및 방법{A SYSTEM AND METHOD FOR BEAM SHAPING AND PROJECTION IMAGING OF A SOLID STATE UV GAUSSIAN BEAM TO FORM VIAS}
본 발명은 다이오드 펌핑되는 고체 상태 레이저에 관한 것이며, 특히 공간부(vias)를 형성하기 위해 TEM00의 비점수차 없는 공간 모드(a TEM00 non-astigmatic spatial mode)를 갖는 자외선 레이저 빔을 발생시키는 그러한 레이저를 사용하는 것에 관한 것이다.
오웬(Owen) 등의 미국 특허 번호 5,593,606호와 5,841,099호는 다층 디바이스에서 적어도 두 개의 다른 타입의 층을 통과하는 관통홀 공간부(through-hole via) 또는 블라인드 공간부(blind via)를 형성하기 위해 유리한 파라미터 내에서 레이저 출력 펄스를 발생시키는 UV 레이저 시스템을 사용하는 기술 및 이점을 개시한다. 이들 파라미터는 일반적으로 100㎱보다 더 짧은 시간 펄스 폭을 갖는 비엑시머 출력 펄스(nonexcimer output pulse), 100㎛ 보다 더 작은 스폿 직경을 갖는 스폿 영역(spot area), 및 200Hz 보다 더 큰 반복 속도(repetition rate)로 이 스폿 영역에 대해 100㎽ 보다 더 큰 평균 강도(intensity) 또는 방사도(irradiance)를 포함한다.
본 명세서에서 레이저는 도 1에 도시된 바와 같은 천연 가우시안 방사도 윤곽(10)(natural Gaussian irradiance profile)을 발생시키는 자외선(UV) 다이오드 펌핑되는 고체 상태 TEM00 레이저{Diode-Pumped(DP) Solid-State(SS) TEM00 lasers}에 대해 예로써만 기술되지만, 가우시안 출력을 발생시키는 거의 어느 레이저에게도 이 설명이 적용된다. 어느 레이저 및 특히 UV DPSS 레이저로 특정 물질을 식각하는 것은 타깃 물질의 식각 임계값(ablation threshold) 보다 많은 (일반적으로 J/㎠ 단위로 측정되는)플루언스(fluence) 또는 에너지 밀도를 워크피스(workpiece)에 전달하는 것에 따라 다르다. 가공하지 않은 가우시안 빔(raw Gaussian beam)의 레이저 스폿은 빔을 대물 렌즈로 집속하여 (일반적으로 1/e2 직경의 지점에서 10 내지 15㎛ 정도로) 아주 작게 만들어질 수 있다. 결과적으로 작게 집속된 스폿의 플루언스는 일반적인 전자 패키징 물질, 특히 금속 전도체 층에 일반적으로 사용되는 구리에 대한 식각 임계값을 쉽게 초과한다. 그리하여, 가공하지 않은, 집속된 빔 구성에 사용될 때에 UV DPSS 레이저는 전자 패키징 워크피스에 하나 또는 그보다 많은 구리 층을 통과하는 공간부를 가공할 수 있는 우수한 해결책이 된다. 집속된 스폿은 이 공간부의 희망 사이즈(desired size) 보다 일반적으로 더 작기 때문에, 집속 스폿은 희망 공간부 사이즈를 얻기에 충분한 물질을 제거(remove)할 수 있도록 나선형(spiral), 동심원(concentric circular), 또는 "톱날형(trepan)" 패턴으로 이동된다(move). 이 접근법은 보통 가공되지 않은 집속 빔에 의한 나선형법 또는 톱날형법이라고 부른다. 나선형, 톱날형, 및 동심원 처리법은 일반적으로 편의상 "비천공법(nonpunching)"이라고 부르기도 한다.
해당 분야에서 또한 잘 알려진 다른 접근법은 미리 결정된 직경(12)의 원형 개구부 또는 마스크를 통해 가우시안 방사도 윤곽을 갖는 TEM00 레이저 빔을 통과시키는 것과 관련한다. 이때 하나 이상의 통상의 회절 광학 렌즈가 조명 개구부의 이미지를 작업 면(work surface) 상에 투영(project)하는데 사용된다. 이미지 생성된 원형 스폿(imaged circular spot)의 사이즈는 개구부의 사이즈와 회절 이미지 생성 렌즈(refractive imaging lens) 또는 렌즈들에 의해 얻어지는 광학적 축소율(optical de-magnification) 모두에 따라 좌우된다. 프로젝션 이미지 생성(projection imaging) 또는 단순히 이미지 생성(imaging)으로 알려져 있는 이 기술은, 이미지 생성된 스폿의 사이즈가 희망 공간부 사이즈와 일치할 때까지 개구부 사이즈 또는 광학적 축소율 중 어느 하나 또는 이들 둘 모두를 조정하여 희망 공간부 직경을 얻는다. 가우시안 방사도 윤곽의 낮은 강도의 "윙부(wings)"가 개구부 에지에 의해 차단(masked)되거나 클립(clipped)되기 때문에, 이 이미지 생성 기술은 그리하여 클리핑된(clipped) 가우시안 이미지 생성(clipped-Gaussian imaging)이라고도 한다.
이미지 생성된 스폿(imaged spot)으로 공간부를 가공(drill)할 때, 레이저 빔은 충분한 물질이 제거(remove)될 때까지 다수의 펄스 동안 공간부 위치에 단순히 머문다. 종종 "펀칭법(punching)"이라고도 하는, 이 가공법은 가공되지 않은 집속 빔으로 톱날형 가공 또는 나선형 가공할 때 필요한 레이저 스폿의 극히 정밀하고 빠른 공간부내이동(in-via movement)을 제거(eliminate)한다. 따라서 클리핑된 가우시안 빔에 의한 공간부 가공은 고속 빔 위치 조정기(high-speed beam positioner) 상에 가해지는 요구를 줄여주는데, 그 이유는 이 가공이 공간부 내부 움직임(inside-the-via motions)에 관련된 부수적인 높은 가속도와 복잡하고 작은 반경과 곡선형 경로를 제거(eliminate)하기 때문이다. 최적화되어야 하는 처리 파라미터가 더 적게 되기 때문에 처리공정의 진전이 또한 프로젝션 이미지 생성으로 더 간단하게 된다.
클리핑된 가우시안 처리법은 또한 레이저마다 레이저 스폿의 둥글기(roundness)의 고유 변동(inherent variation)이 더 이상 공간부의 형상(shape)을 좌우하지 못하고, 오히려 둥글기가 그 이미지를 작업 면 상에 투영하는데 사용되는 광학 기구의 품질(quality)과 개구부의 원상율(圓狀率)(circularity)에 의해 주로 결정되기 때문에, 보다 더 둥글며 보다 더 반복 가능한 공간부(repeatable vias)를 생성한다. 둥글기는 또한 가공되지 않은 가우시안 펄스의 윙부가 클리핑되는 정도와 처리량에 의해 2차적으로 영향을 받는다. 둥글기 또는 원상율은 공간부의 상부에서 일반적으로 측정된 최대 직경에 대한 최소 직경의 비, 즉 R=dmin/dmax 으로서 계량될 수 있다. 레이저 빔의 가우시안 방사도 윤곽의 중심부만이 개구부를 통해 지나가도록 하기 때문에 더 둥근 스폿이 가능하며; 그리하여 가우시안 빔의 낮은 방사도 지역인 바깥 지역(outer region)은 개구부 마스크에 의해 차단되거나 클리핑된다.
그러나, 클리핑된 가우시안 빔의 문제는 그 빔의 중심이 그 빔의 에지보다 더 밝게 조명된다는 점이다. 이 비균일성(nonuniformity)은 이 빔에 의해 생성된 공간부, 특히 블라인드 공간부의 품질에 악영향을 끼쳐, 둥근 바닥(rounded bottom)과 편평치 못한 에지(uneven edge)를 가지는 공간부를 야기하며 하부 또는 이웃 기판에 손상을 가져온다.
클리핑된 가우시안 기술을 사용하는 레이저 시스템은 가우시안 빔의 가변 단편(varying fractions)이 개구부에 의해 차단되도록 구현될 수 있다. 만약 가우시안 방사도 윤곽이 고도로 클립되어 출력 빔 중심의 소부분만이 개구부를 통과하게 되면, 작업 면 상에 이미지 생성되는 방사도 윤곽은 좀더 거의 균일하게 될 것이다. 이 균일성은 개구부 마스크에서 에너지의 큰 부분(large fraction of the energy)을 제거(reject)하는 것으로 되며 그리하여 작업 면에 에너지를 전달하지 못하게 된다. 빔 에너지의 그러한 큰 부분을 버리는 것은 가공 속도를 저해하게 된다.
한편, 빔 에너지의 큰 단편이 개구부를 통과하게 된다면, 더 높은 플루언스(fluence)가 작업물에 전달된다. 그러나, 스폿 중심에서의 방사도(Ic)와 스폿 에지에서의 방사도(Ie) 사이의 차이는 크게 될 것이다. 개구부를 통과하는 에너지의 부분은 일반적으로 투과 레벨(T)(transmission level)로 알려져 있다. 가우시안 빔에 대해, 이하의 수학적 관계식이 존재한다: T=1-Ie/Ic
예를 들면, 빔 에너지의 70%가 개구부를 통과하면, 이미지 생성된 스폿의 에지에서의 방사도 및 플루언스는 모두 스폿 중심에서의 값의 30%만이 될 것이다. Ic 및 Ie 사이의 이 차이는 가공 공정에서 트레이드오프(tradeoff)를 야기한다.
만약 높은 레이저 파워(power)가 보다 신속하게 가공하도록 사용된다면, 스폿 중심에서의 플루언스(Fc)는 공간부 바닥의 구리가 녹아 리플로(reflow)하기 시작하는 플루언스를 초과할 수 있다. 동시에, 만약 T가 크다면{또 그리하여 스폿 내의 에지 대 중심의 플루언스의 비(Fe/Fc)가 작다면}, 이미지 생성된 스폿의 에지는 낮은 플루언스를 가지며 유기 유전체 물질을 신속하게 식각하지 못한다. 도 2는 일반적인 공간부 처리 파라미터 하에서 클리핑된 가우시안 출력에 대한 개구부 직경 대 에지의 플루언스를 그래프로 나타낸 것이다. 그 결과, 공간부 바닥의 에지로부터 (에폭시 수지와 같은) 유전체 물질을 제거(clear)하며 이리하여 공간부 바닥에서 희망하는 직경을 얻는 데에 많은 펄스들이 필요하다. 그러나, 이들 펄스들을 인가하는 것은, 바닥의 구리를 녹이는 그 구역 내의 높은 플루언스로 인해 공간부의 중심을 손상시킬 수 있다.
그러므로, 클리핑된 가우시안 기술은, 공간부 바닥의 중심을 신속하게 가공하지만 손상시키는 높은 펄스 에너지와, 구리의 리플로 임계값 플루언스 이하이지만 공간부 에지를 제거(clear)하는데 많은 펄스들을 필요로 하며 천천히 가공하는 더 낮은 펄스 에너지 사이에 트레이드-오프를 유발한다. 일반적으로, 공간부 사이즈에 따라, 30% 와 60% 사이의 투과 레벨이, 이미지 생성된 스폿 내의 플루언스의 비균일성에 관한 바람직하지 않은 공정 현상과 버려지는(차단되는)레이저 에너지 사이에 허용 가능한 절충점(acceptable compromise)을 제공한다. 작은 공간부는 더 낮은 투과 레벨(예를 들어, 25-30%)로 허용 가능한 속도로 그리하여 이미지 생성된 스폿의 더 높은 균일성으로 가공될 수 있다. 그러나, 많은 응용에서, 50% < T < 60% 가 허용 가능한 속도를 얻는데 바람직하며, 공간부 품질은 바닥 구리로 인해 손상된다.
그러므로 공간부를 가공하는데 에너지와 속도에서 보다 효율적인 방법이 요구된다.
따라서, 본 발명의 목적은 공간부의 품질을 향상시키면서 가우시안 빔에 의한 공간부 가공 효율 또는 속도를 개선시키는 방법 및/또는 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 UV, 다이오드 펌핑되는(DP: Diode-Pumped), 고체 상태(SS: Solid-State) 레이저를 사용하는 그러한 방법 또는 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명은 프로젝션 이미지 생성 기술을 개량한 것이다. 본 발명의 일 실시예에서, UV DPSS 레이저 시스템에 가공되지 않은 레이저 가우시안 방사도 윤곽을 "상부 모자(top hat)" 형상으로 또는 압도적으로 거의 균일한 방사도 윤곽으로 성형하기 위해 빔-성형 요소(DOE: Diffractive Optical Element)가 장착된다. 최종 성형된 레이저 출력은 그후 개구부 또는 마스크에 의해 클립되어 이미지 생성된 출력 빔(imaged shaped output beam)을 제공한다. 이미지 생성된 출력 빔은 스폿의 중심에서부터 스폿의 에지로 가면서 거의 균일한 강도의 레이저 스폿을 가져서 높은 품질의 공간부가 바닥의 손상 위험없이 신속하게 가공될 수 있다.
빔 성형(beam shaping), 프로젝션 이미지 생성(projection imaging), 또는 회절 광학 기구(diffractive optics)를 사용하는 종래의 시스템은 낮은 브라이트니스의 비자외선 레이저(low brightness non-UV laser) 또는 고도로 비점수차이고 멀티모드인 엑시머 레이저(highly astigmatic and multi-mode Excimer laser)를 사용하며 물질 처리 이외의 응용에 일반적으로 사용되어 왔다.
거의 균일한 방사도를 얻고자 하는 이들 빔 성형의 많은 응용에서, 공간 균일성이 공정 작업을 하는데 필요하다. 공간 균일성이 없으면, 작업 면에서의 플루언스의 비균일성은 집속된 또는 이미지 생성된 스폿의 중심에서 과처리(over-processing)되며 그 스폿의 에지에서 저처리(under-processing)와 유사한 문제를 야기한다. 본 발명에서, 빔 성형은 공간부 가공 공정을 허용하지 않는다. 오히려, 본 발명은 공정을 보다 빠르고 보다 제어 가능하게 하여 빔 성형을 개선시킨다. 그러므로 본 발명은 UV 레이저 공간부 가공 공정의 품질, 속도, 및 강건함(robustness)을 향상시키는 능력을 제공한다.
비록 다른 타입의 디바이스들이 물질 처리를 위해 엑시머 레이저로 거의 균일한 또는 "균질한(homogenized)" 빔을 생성시키는데 사용되어 왔을지라도, 그 균일 생성기(homogenizer)는 DPSS의 고-브라이트니스 레이저(DPSS high-brightness laser)의 고도로 통일성 있는, 근접 TEM00 공간 모드(highly coherent, near-TEM00 spatial mode)와 작동하지 않는다. 더욱이, 엑시머 레이저 빔에 내재하는 큰 스폿과는 달리, TEM00 공간 모드는 고도로 집속 가능하기 때문에, 본 발명은 입사 에너지 중 훨씬 더 높은 퍼센트의 에너지를 사용할 수 있다.
본 발명의 추가적인 목적과 이점은 첨부하는 도면을 참조해서 계속되는 본 발명의 바람직한 실시예의 이하 상세한 설명으로부터 명백하게 될 것이다.
도 1은 일반적인 종래 기술의 DPSS 레이저 펄스의 3차원 가우시안 방사도 윤곽을 나타내는 사시도.
도 2는 일반적인 공간부 처리 파라미터 하에서 클리핑된 가우시안 출력을 위해 개구부 직경 대 에지 플루언스를 나타내는 그래프.
도 3은 일반적인 레이저 워크피스 중 일부 내에 가공된 공간부의 확대 횡단면도.
도 4는 본 발명에 따른 공간부 가공 처리량을 증가시키는데 사용되는 레이저 시스템의 일 실시예의 간략 측면도 및 부분 개략도.
도 5a, 도 5ba, 도 5bb, 도 5bc, 및 도 5c는 레이저 빔이 도 4의 레이저 시스템의 여러 시스템 요소를 통과하며 변화함에 따른 레이저 빔의 간략 방사도 윤곽들을 순서대로 나타내는 도면.
도 6a, 도 6b, 도 6c, 및 도 6d는 거의 균일한 정사각형 또는 원형 방사도 윤곽을 예시적으로 나타내는 도면.
도 7a, 도 7b, 도 7c, 및 도 7d는 이미지 스폿의 사이즈를 변경시키는 빔 성형 시스템의 4가지 각 예시적 실시예의 간략 측면도 및 부분 개략도.
도 8은 가공되지 않은 집속 빔의 사용을 가능하게 하기 위해 보조 갈바노미터 미러 경로를 사용하는 대안적인 레이저 시스템의 간략 부분 개략도.
도 9는 일반적인 공간부 처리 파라미터 하에서 몇몇 일반적인 투과 레벨에서 클리핑된 가우시안 출력과 이미지 생성된 출력을 위한 개구부 면에서의 이상적인 플루언스 분포를 나타내는 대비 그래프.
도 10은 클리핑된 가우시안 기술 및 이미지 생성된 공간부 가공 기술에 대한 처리량 곡선의 대비 그래프.
도 11은 공칭 이미지 면에 대해 작업 면의 위치의 함수로 나타낸 공간부 테이퍼 비의 그래프.
도 12는 공칭 이미지 면에 대한 작업 면의 위치의 함수로 나타낸 공간부 직경의 그래프.
도 13은 공칭 이미지 면에 대한 작업 면의 위치의 함수로 나타낸 공간부 둥글기의 그래프.
도 14는 45㎛ 두께의 에폭시 수지에 가공된 75㎛ 공간부의 전자 현미경 사진.
도 15는 150㎛ 두께의 사전 에칭된(pre-etched) 구리 개방부 내에 45㎛ 두께의 에폭시 수지에 가공된 75㎛ 공간부의 전자 현미경 사진.
도 3은 예를 들면 MCM, 회로 기판, 또는 반도체 마이크로회로 패키지 일 수 있는 일반적인 레이저 워크피스(22) 내에 가공된 관통홀 공간부(20a) 및 블라인드 공간부(20b){전체적으로 공간부(20)}의 확대 횡단면도이다. 편의상, 워크피스(22)는 4개의 층(24, 26, 28, 및 30)만을 갖는 것으로 도시된다.
층(24 및 28)은 예를 들어, 알루미늄, 구리, 금, 몰리브덴, 니켈, 팔라듐, 플라티늄, 은, 티타늄, 텅스텐, 금속질화물, 또는 이들의 조합과 같은 표준 금속을 포함할 수 있다. 종래 금속층(24 및 28)은 일반적으로 9-36㎛ 사이의 두께에서 변하지만, 이들 층은 72㎛보다 더 얇거나 72㎛ 정도의 두께일 수도 있다.
층(26)은 예를 들어, 벤조사이클로부탄(BCB: BenzoCycloButane), 비스말레이미드 트리아진(BT: Bismaleimide Triazine), 판지(cardboard), 사이아네이트 에스테르(cyanate esters), 에폭시(epoxies), 페놀(phenolics), 폴리이미드 (polyimides), 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE:PolyTetraFluorEthylene), 여러 폴리머 합금(polymer alloys), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 종래 유기 유전체 층(26)은 두께가 상당히 변동하지만, 일반적으로 금속층(24 및 28)보다 훨씬 더 두껍다. 유기 유전체 층(26)에 대한 예시적인 두께 범위는 약 30∼400㎛이지만, 이들 층은 1.6㎜만큼의 두께로 적층되어 배치될 수 있다
층(26)은 표준 강화 요소(standard reinforcement component) 또는 "층"(30)을 포함할 수도 있다. 층(30)은 유기 유전체 층(26) 사이에 분산 또는 짜여진, 예를 들어, 아라미드 섬유(aramid fibers), 세라믹(ceramics), 또는 유리의 섬유 광택없는 또는 분산된 입자(fiber matte or dispersed particles)일 수 있다. 종래 강화 층(30)은 유기 유전체 층(26)보다 일반적으로 훨씬 더 얇으며 1-2㎛ 정도 및 대략 최대 10㎛일 수 있다. 당업자는 강화 물질이 유기 유전체 사이에 분말로 유입될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러한 분말형 강화 물질로 형성된 층(30)은 비연속이며 비균일할 수 있다. 당업자는 층(24, 26, 및 28)이 내부적으로 불연속(noncontiguous), 불균일(nonuniform), 및 비평탄(nonlevel)할 수 있다는 것도 이해할 수 있을 것이다. 금속, 유전체, 및 강화 물질의 몇몇 층을 갖는 스택(stack)은 2㎜보다 더 클 수 있다.
관통홀 공간부(20a)는 일반적으로 워크피스(22)의 상부(42)에서부터 그 하부(44)로까지 워크피스(22)의 모든 층과 물질을 관통한다. 블라인드 공간부(20b)는 모든 층 및/또는 물질을 관통하지 않는다. 예를 들어 도 3에서, 블라인드 공간부(20b)는 층(28)에서 정지하며 층(28)을 관통하지 않는다. 공간부(20)의 테이퍼(taper)는 일반적으로 공간부(20)의 상부 직경(dt)에 대한 바닥 직경(db)의 비로 기술된다. 66%의 테이퍼 비(taper ratio)는 현재 이 산업계에서 허용 가능한 표준이며, 67-75%의 비는 매우 양호한 것으로 간주된다. 본 발명은 층(28)에 손상을 주지 않는 최대 처리량으로 80%보다 더 큰 테이퍼 비를 가능하게 하며, 95%보다 더 큰 테이퍼 비도 층(28)에 손상을 주지 않고 가능하다.
공간부 직경은 일반적으로 25-300㎛범위에 있지만, 레이저 시스템(50)(도 4)은 약 5-25㎛만큼 작거나 1㎜보다 더 큰 공간부(20a 및 20b)를 생성할 수 있다. 150㎛ 직경보다 더 작은 공간부는 레이저 펀칭에 의해 생성되는 것이 바람직하다. 180㎛보다 더 큰 공간부는 톱날형, 동심원 처리, 또는 나선형 처리에 의해 생성되는 것이 바람직하다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 레이저 시스템(50)의 바람직한 실시예는 Q-스위칭되며, 다이오드 펌핑되는(DP), 고체 상태의(SS) UV 레이저(52)를 포함하는데, 이 UV 레이저는 Nd:YAG, Nd:YLF, Nd:YAP, 또는 Nd:YVO4, 또는 홀뮴(holmium) 또는 에르븀(erbium)이 도핑된 YAG 결정과 같은 고체 상태의 레이저 매질(solid-state lasant)을 포함한다. 레이저(52)는 바람직하게는, 기본적으로 TEM00 공간 모드 윤곽을 갖는 355㎚(Nd:YAG의 세 배 주파수), 266㎚(Nd:YAG의 네 배 주파수), 또는 213㎚(Nd:YAG의 다섯 배 주파수)와 같은 파장으로 고조파로 생성된 UV 레이저 펄스 또는 출력(54)(harmonically generated UV laser pulses or output)을 제공한다.
비록 가우시안이 레이저 출력(54)의 방사도 윤곽을 기술하는데 사용되고 있을지라도, 당업자는 대부분의 레이저들(52)이 M2=1의 값을 갖는 완전한 가우시안 출력{54(perfect Gaussian output)}을 방출하지 않는다는 것을 이해할 것이다. 편의상, 1.3 또는 1.2보다 더 작은 M2의 값이 바람직하나 가우시안이라는 용어는 본 명세서에서 M2이 약 1.4보다 더 작거나 같은 경우의 윤곽을 포함하는데 사용된다. 당업자라면 다른 파장이 다른 목록화된 레이저 매질(listed lasants)로부터 이용가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 레이저 공동 배열, 고조파 생성, 및 Q-스위치 동작은 이미 해당 분야의 당업자에게는 잘 알려져 있다. 하나의 예시적인 레이저(52)의 상세한 설명이 오웬(Owen) 등의 U.S. 특허 번호 5,593,606호에 상세히 기술되어 있다.
UV 레이저 펄스(54)는, 빔 경로(64)를 따라 놓여 있는 (예를 들어, 2x 빔 팽창 계수를 갖는) 업콜리메이터 렌즈 요소(upcollimator lens components)(56 및 58) 또는 빔 팽창기(beam expander)를 포함하는 잘 알려진 여러 광학 기구에 의해, 팽창된 콜리메이트된 펄스 또는 출력(60)으로 변환될 수 있다. 콜리메이트된 펄스(60)는 성형 및 이미지 생성 시스템(shaping and imaging system)(70)을 거쳐 진행되어 콜리메이트된 개구부 성형된 펄스 또는 출력(72)(collimated apertured shaped pulses or output)을 생성하며 그후, 이 성형된 펄스 또는 출력(72)은 바람직하게는 빔 위치 지정 시스템(74)에 의해 방향 지시되어 콜리메이트되어 개구부로 성형된 출력(72)이 스캔 렌즈(80)(이 스캔 렌즈는 "제 2 이미지 생성", 집속, 절단, 또는 대물 렌즈라고도 한다.)를 거쳐 워크피스(22) 상의 이미지 면의 희망하는 레이저 타깃 위치(82)로 진행되게 한다.
빔 위치 지정 시스템(74)은 바람직하게는 병진단 위치 조정기(76)(translation stage positioner) 및 고속 위치 조정기(78)(fast psitioner)를 포함한다. 병진단 위치 조정기(76)는 예를 들어 X, Y, 및 Z 위치 지정 미러를 지지하는 적어도 두 개의 플랫폼(platform) 또는 단(stage)을 포함하며, 동일한 또는 다른 회로 기판 또는 칩 패키지 상의 타깃 위치들(82) 사이에서 신속한 이동(movement)을 가능하게 한다. 바람직한 실시예에서, 병진단 위치 조정기(76)는 축-분할 시스템(split-axis system)이며, 이 축-분할 시스템에서 Y 단은 워크피스(22)를 지지하고 이동시키며, X 단은 고속 위치 조정기(78)와 대물 렌즈(80)를 지지하고 이동시키며, X 단과 Y 단 사이의 Z 크기는 조정가능하며, 폴드 미러(fold mirror)(75)는 레이저(52)와 고속 위치 조정기(78) 사이의 임의의 회전 운동(any turns)을 통해 빔 경로(64)를 정렬시킨다. 고속 위치 조정기(78)는 예를 들어 한 쌍의 갈바노미터 미러를 포함할 수 있는데, 이 갈바노미터 미러는 제공된 테스트 또는 설계 데이터에 기초해서 고유한(unique) 처리 동작 또는 이중(duplicative) 처리 동작을 실행할 수 있다. 이들 위치 조정기는 패널화된 데이터 또는 패널화되지 않은 데이터에 응답하여 함께 이동되게 통합되거나 독립적으로 이동될 수 있다. 공간부(20)를 가공하는데 사용될 수 있는 그러한 바람직한 빔 위치 지정 시스템(74)은 커틀러(Cutler) 등의 미국 특허 번호 5,751,585호에 상세하게 기술되어 있다.
빔 위치 지정 요소의 이동을 지시하는 레이저 제어기(도시되지 않음)는 바람직하게는 방사 빔 위치 및 방출 좌표 시스템(Radiation Beam Position and Emission Coordination System)에 대한 코네크니(Konecny)의 미국 특허 번호 5,453,594에 기술된 바와 같은 빔 위치 지정 시스템(74)의 요소의 움직임과 레이저(52)의 발사(firing)를 동기화시킨다.
위에 기술된 시스템 요소 중 많은 요소를 포함하는 바람직한 레이저 시스템(50)의 일례는 오레곤(Oregon) 주, 포트랜드(Portland)에 소재하는 일렉트로 사이언티픽 인더스트리 인코포레이티드(Electro Scientific Industries, Inc.)사에 의해 제조되는 모델 5200 레이저 시스템의 모델 45xx UV 레이저(355㎚) 또는 그 계열의 다른 레이저를 사용한다. 그러나, 당업자는 가우시안 빔 강도의 윤곽, IR과 같은 다른 파장, 또는 다른 빔 팽창 계수를 가지는 임의의 다른 레이저 타입이 사용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
도 5a 내지 도 5c(집합적으로 도 5)는 레이저 빔이 레이저 시스템(50)의 여러 시스템 요소를 통해 변동함에 따른 레이저 빔의 간략화된 방사도 윤곽(92, 96a, 96b, 96c, 및 102)을 순서대로 도시한 것이다. 도 5ba 내지 도 5bc는 Z0'에 대한 거리(Z)의 함수로서 성형된 출력(94)(각각 94a, 94b, 및 94c)의 간략한 방사도 윤곽(96a 내지 96c)을 도시한다. Z0' 는 성형된 출력(94)이 방사도 윤곽(96b)에 도시된 가장 편평한 방사도 윤곽(flattest irradiance profile)을 가지는 곳까지의 거리이다.
도 4 및 도 5를 다시 참조하면, 성형된 이미지 생성 시스템(shaped imaging system)(70)의 바람직한 실시예는 가공되지 않은 가우시안 방사도 윤곽(92)을 가지는 콜리메이트된 펄스(60)를, 빔 성형 요소(beam shaping component)(90)의 하류 방향으로 개구부 마스크(98)의 부근에서 거의 균일한 "상부 모자(top hat)" 윤곽(96b), 또는 특히 초-가우시안(super-Gaussian) 방사도 윤곽을 가지는 성형된(그리고 집속된) 펄스 또는 출력(94b)으로 변환시키는 하나 이상의 빔 성형 요소(90)를 포함한다. 도 5ba는 Z < Z0' 인 곳에서 예시적인 방사도 윤곽(96a)을 도시하며, 도 5bc는 Z > Z0'인 곳에서 예시적인 방사도 윤곽(96c)을 도시한다.
빔 성형 요소(90)는 바람직하게는 고효율과 고정밀도로 복잡한 빔 성형을 수행할 수 있는 빔-성형 요소(DOE: Diffractive Optic Element)이다. 빔 성형 요소(90)는 도 5a의 가우시안 방사도 윤곽을 도 5bb의 거의 균일한 방사도 윤곽으로 변환할 뿐만 아니라 성형된 출력(shaped output)(94)을 결정가능한 스폿 사이즈 또는 특정 스폿 사이즈로 집속시킨다. 성형된 방사도 윤곽(shaped irradiance profile)(94b) 및 규정된 스폿 사이즈는 모두 빔 성형 요소(90)의 하류에 설계 거리(Z0)에서 일어나도록 설계된다. 바람직한 실시예에서, Z0'는 거리(Z0)에 가깝거나 이 거리(Z0)와 같다. 비록 단일 소자의 DOE가 바람직할지라도, 당업자라면, DOE가 빔 성형을 위하여 DOE를 설계하는 기술을 또한 개시하는, 디키(Dickey) 등의 미국 특허 번호 5,864,430호에 개시된 위상 판과 변환 소자와 같은 복수의 개별 소자들을 포함할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 적합한 DOE는 알라바마(Alabama) 주, 헌츠빌(Huntsville)에 소재하는, MEMS 옵티컬, 인코포레이티드(MEMS Optical, Inc.)사에 의해 제조될 수 있다.
도 6a 내지 도 6d(집합적으로 도 6)는 미국 특허 번호 5,864,430호에 기술된 바와 같은 DOE를 통해 전파하는 가우시안 빔에 의해 생성된 거의 균일한 방사도 윤곽을 예시적으로 도시한다. 도 6a 내지 도 6c는 정사각형 방사도 윤곽들을 도시하며, 도 6d는 원통형 방사도 윤곽을 도시한다. 도 6c의 방사도 윤곽은 "역전(inverted)"되어 그 윤곽의 중심으로 향하는 것보다는 그 에지에서 더 높은 강도를 보여주고 있다. 당업자라면, 빔 성형 요소(90)가 특정 응용에 유용할 다양한 다른 방사도 윤곽을 공급하도록 설계될 수 있다는 것과, 이들 방사도 윤곽이 일반적으로 Z0'로부터 그 거리의 함수로서 변화한다고 하는 것을 이해할 수 있을 것이다. 당업자라면, 도 6d에 도시된 바와 같은 원통형 방사도 윤곽(cylindrical irradiance profile)이 원형 개구부(98)용으로 사용되는 것이 바람직하며; 입방형 방사도 윤곽(cuboidal irradiance profile)은 정사각형 개구부에 대해 바람직하며; 또한 다른 빔 성형 요소(90)의 특성은 다른 개구부의 형상에 맞게 될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 많은 직선 진행 공간부 가공 응용에 대해서, 역전된 원통형 방사도 윤곽이 바람직할 것이다.
도 4 내지 도 6을 다시 참조하면, 성형된 펄스(shaped pulse)(94)는 바람직하게는 개구부 마스크(98)를 통해 집속되고 통과되어, 성형된 펄스(94)의 에지를 예리하게(sharpen) 한다. 바람직한 실시예에 있어서, 개구부(98)는, 바람직하게는 Z=Z0', Z*, 또는 Z0 인 빔 성형 요소(90)부터의 거리(Z)에 놓여 있는 "공칭 개구부 면(nominal aperture plane)"에 위치된다. Z* 는 주어진 바람직한 직경(d개구)의 개구부(98)를 통해 성형된 펄스(94)의 특정 희망하는 에너지 양을 통과 가능하게 하는 거리이다. 당업자라면, 이상적인 시스템에서 Z0 = Z0' = Z*이라는 것을 이해할 수 있을 것이다.
거리(Z0)에 개구부(98)를 위치 지정하는 것은 단일 레이저 시스템(50)에 대한 대부분의 응용을 위해서는 바람직할 수 있지만, 거리(Z*)에 개구부(98)를 위치 지정하는 것은 레이저 시스템(50)의 그룹이 레이저(52) 마다 그리고 빔 성형 요소(90) 마다 출력 변동을 처리하는데 사용된다. Z*가 선호되는 이유는, 공간부 품질 또는 처리량에 상당히 악영향을 주지 않을 정도로 거리(Z*)의 공차(tolerance) 내 조정이 방사도 윤곽(96b)의 편평도(flatness)를 전체적으로 벗어나지 않도록 Z*가 Z0'보다 더 민감하기 때문이다. 개구부의 변위를 위해 거리(Z*)를 사용하는 이점은, Z*가 레이저(52)로부터 나오는 가우시안 출력(54)의 변동을 가지는 다양한 레이저 시스템(50)으로 하여금 레이저 시스템(52)마다 동일 동작에 대해 동일 처리 파라미터를 사용하게 해준다는 점이다. 이리하여 Z*를 사용하는 것은 문서 작성(documentation), 훈련(training), 동기화(synchronization), 및 공간부 품질(via quality)에서의 일관성(consistency)을 용이하게 한다.
마스크(98)는 UV 반사성 또는 UV 흡수성 물질을 포함할 수 있지만, 다층으로 된 고도로 UV 반사성인 코팅 또는 기타 UV 내성 코팅으로 코팅된 UV 등급(grade)으로 용융된 실리카(silica) 또는 사파이어(sapphire)와 같은 유전체 물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 마스크(98)는 d개구의 직경을 갖는 원형 개구부를 가지고 있어 고도로 원형인 이미지 생성된 펄스(110)를 생성한다. 마스크(98)의 개구부는 광출사측 바깥쪽으로 선택적으로 플래어(flare)될 수 있다. 그러나, 당업자라면, 마스크(98)의 개구부는 정사각형이거나, 다른 비원형의 형상을 가지거나, 또는 심지어 만약 워크피스(22)의 면 상에 비원형의 스폿의 이미지가 바람직하거나 허용가능하다면 생략될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. d개구의 직경은 성형된 펄스(94)의 윙부(100)를 클립(clip)하여 개구부로 성형된 윤곽(an apertured shaped profile)(102)을 생성하며, 이 개구부 성형된 윤곽(102)은 펄스의 투과 에너지를 줄여 성형된 펄스(94)의 직경을 감소시킨다.
투과된 개구부 성형된 펄스 또는 출력(110)은 그후 초점 거리(f1)인 "제 1 이미지 생성" 렌즈 또는 집합 렌즈(112)에 의해 결집되어 콜리메이트된 개구부 성형된 출력(72)을 생성하며, 이 개구부 성형된 출력(72)은 위치 지정 시스템(74)을 통해 전파되며 그후 초점 거리(f2)인 스캔 렌즈(80)에 의해 재이미지 생성되어 워크피스(22)로 향해 가며 워크피스(22) 상에 스폿 사이즈 직경(d스폿)의 이미지 생성된 출력(118)을 생성하는 (목표로 지정된 개구부로 성형된)레이저 시스템 펄스 또는 출력(114)을 생성한다. 바람직한 실시예에서, 렌즈(112 및 80)는 회절 환(diffraction rings)을 억제하는데 유용한 이미지 생성 광학 기구를 포함하지만, 당업자라면, 단일 이미지 생성 렌즈 요소가 사용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 바람직한 실시예에서, f1=216㎜이고 f2=81㎜이지만, 당업자라면 다른 렌즈 조합과 초점 거리로 대체될 수 있음을 인식할 수 있을 것이다. 집합 렌즈(112)와 스캔 렌즈(80)의 조합을 통해 M=f1/f2=d개구/d스폿이 되는 축소율 계수(M)에서 마스크(98)의 균일 조명 개구부의 이미지{또는 만약 마스크(98)가 사용되지 않는다면 균일한 방사도를 갖는 비원형인 스폿}를 생성하게 된다. 고정 축소율 시스템(a fixed de-magnification system)의 바람직한 실시예에서, M=2.66이지만, 당업자라면 다른 축소율 계수가 사용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
바람직한 실시예에서, 빔 성형 요소(90), 개구부 마스크(98), 및 제 1 이미지 생성 렌즈(112)는 교체 가능한 이미지 생성 광학 기구 레일(IOR: Imaging Optics Rail) 상에 장착된다. 일 실시예에서, 거리(Z, f1, 및 f2)는 스폿 사이즈(d스폿)의 여러 범위를 수행하기 위해 다른 특성을 갖는 유사한 요소와 IOR 내의 이들 요소를 교체 가능하게 제조하는 것을 가능하게 하도록 유지된다. 빔 성형 요소(90)의 위치 지정은 빔 성형 요소(90)와 개구부 직경(d개구)의 각 조합에 대해 Z*의 공차 내에서 거리(Z)가 조절될 수 있도록 가변적일 수도 있다. 렌즈(112 및 80) 사이의 유효 거리는 가변적이다. 따라서, IOR 요소들의 다른 조합을 갖는 몇몇 IOR은 미리 결정된 스폿 사이즈의 여러 범위에 대해 처리 동작이 가능하게 신속하게 교체될 수 있다. 이들 다른 조합들은, 각 개구부 사이즈(d개구)에 대해 개구부를 통해 전파하는 펄스(62)당 에너지를 최대화시키고 그리하여 개구부의 사이즈 한계에 의해 클립되거나 버려지는 에너지를 최소화시킬 수 있게 빔 형상 또는 방사도 윤곽(96a, 96b, 96c)이 적응되도록 사용된다. 게다가, 펄스 에너지의 효율적인 사용을 향상시키기 위해, IOR 광학 요소들 사이의 조정 가능한 조정(adjustable coordination)을 통해 마스크(98)로 하여금 레이저 손상에 견딜 수 있도록 하는데 바람직할 수 있는 임의의 마스크(98) 적응성을 최소화시킨다.
그러나, 이 실시예의 단점은, 유용한 스폿 사이즈의 범위를 처리하는데 바람직한 교체 가능한 IOR 광학 요소들의 수가 너무 많이 있다는 것이다. 예를 들어, 각 빔 성형 요소(90)는 예를 들어 3 내지 4개의 스폿 사이즈(d스폿)만에 대해 효율적일 수 있으며, 각 마스크(98)는 예를 들어 단 하나의 스폿 사이즈(d스폿)에 대해서만 효율적일 수 있다. 이리하여, 예를 들어 최대 250㎛의 스폿 사이즈(d스폿)의 가장 유용한 범위를 커버하기 위해, 8개의 빔 성형 요소(90)와 25개의 마스크(98)의 집합이 모든 바람직한 조합을 제공하기 위해 사용될 수 있다.
도 7a 내지 도 7d 는 이미지 형성된 스폿의 사이즈를 변화시키기 위한 성형된 이미지 생성 시스템(70a, 70b, 70c, 및 70d){전체적으로, 성형된 이미지 생성 시스템(70)}의 4개의 각각의 예시적인 실시예의 간략 측면도 및 부분 개략도이다. 도 4 및 도 7a를 참조하면, {빔 정밀도를 유지하기 위해 엄밀한 공차(tight tolerances)를 가진} 줌 렌즈(zoom lens) 또는 가변 빔 팽창기(variable beam expander)(120a)가 제 1 이미지 생성 렌즈(112)와 스캔 렌즈(80) 사이의 빔 경로(64)를 따라 놓여진다. 이들 실시예에서, 초점 거리(f2)는 고정되어 있지만, 초점 거리(f1)는 가변적이며 그리하여 축소율 계수(M)와 스폿 사이즈(d스폿)는 가변적이어서, 각 빔 성형 요소(90)는 예를 들어 8 내지 10 개의 스폿 사이즈를 효과적으로 수용(accommodate)할 수 있으며 각 개구부도 8 내지 10 개의 스폿 사이즈를 효과적으로 수용할 수 있다. 따라서, 최대 약 250㎛의 스폿 사이즈(d스폿)의 범위를 커버하기 위해, 극소수의 빔 성형 요소(90)와 마스크(98)가 사용될 수 있다. 이들 실시예는 파선으로 도시된 선택적 정렬 미러(alignment mirrors)(79)를 사용할 수 있다.
도 7b에 도시된 성형 이미지 생성 시스템(70b)의 실시예의 줌 렌즈 조립체(120b)에서, 렌즈(80)와 렌즈(128)는 줌 렌즈 조립체(120b)에서 단일 렌즈(130)로 결합되어 있다. 도 7c에 도시된 성형된 이미지 생성 시스템(70c)의 실시예의 줌 렌즈 조립체(120c)에서, 렌즈(112)와 렌즈(122)는 줌 렌즈 조립체(120c) 내에 단일 렌즈(132)로 결합되어 있다. 도 7d에 도시된 성형 이미지 생성 시스템(70d)의 실시예의 줌 렌즈 조립체(120d)에서, 렌즈(80)와 렌즈(128)는 단일 렌즈(130)로 결합되어 있으며, 렌즈(112)와 렌즈(122)는 단일 렌즈(132)로 결합되어 있다. 당업자라면, 성형된 이미지 생성 시스템(70a 및 70c)이 바람직한 축-분할 병진단 위치 조정기(76)용으로 가장 적합하다는 것과 성형된 이미지 생성 시스템(70b 및 70d)이 고정 대물 렌즈(80)를 사용하는 비스캐닝 시스템(non-scanning system)과 같은 고속 위치 조정기(78)를 가지지 않는 빔 위치 지정 시스템(74)용으로 가장 적합하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 또한 당업자라면 다수의 다른 가변 렌즈의 조합도 가능하며 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 사용될 수 있다는 것도 이해할 것이다.
비록 빔 위치 지정 시스템(74)이 빔 경로(64)를 따라 줌 렌즈 조립체(120) 다음에 도시되어 있지만, 몇몇 요소들은 줌 렌즈 조립체(120)에 앞서 놓여질 수 있다. 예를 들어, 병진단 위치 조정기의 몇몇 요소들은 일부 미러(75)와 같은 줌 렌즈 조립체(120)의 상류에 놓여 질 수 있지만, 고속 위치 조정기(78)는 렌즈 조립체(120)의 하류에 위치되는 것이 바람직하다. 당업자라면, 이들 성형된 이미지 생성 시스템(70)이 광학 요소의 교체와 재위치 지정을 가능하게 하는 개별적인 IOR 또는 단일 IOR 시스템에 의해 지원될 수 있다는 것과 성형된 이미지 생성 시스템을 지원하는 IOR이 레이저 시스템(50)으로 하여금 다용도용 가우시안 출력을 제공하도록 용이하게 제거(remove)될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
도 8은 콜리메이트된 개구부 성형된 출력(72)과 가우시안 출력(60) 사이에 스위칭을 가능하게 하기 위해 도 4의 레이저 시스템(50)에 부가될 수 있는 보조적인 갈바노미터 미러 경로(156)를 생성하도록 갈바노미터(152 및 154)를 사용하는 레이저 시스템(150)의 간략 부분 개략도이다. 도 8을 참조하면, 빔 경로(64a)는 갈바노미터 미러(158)로 향해 나아가며 이 갈바노미터 미러(158)는 레이저 출력이 성형된 이미지 생성 시스템(70)을 거쳐 갈바노미터 미러(162)에 의해 빔 경로(64b)를 따라 전파되게 하거나 또는 레이저 출력을 미러(164)에서 반사하고 선택적 콜리메이팅 렌즈 요소(166)를 거쳐, 미러(168)에서 반사하며, 갈바노미터 미러(162)에서 반사하여 워크피스(22)로 향하도록 한다. 미러(164 및 168)는 바람직하게는 피치와 롤(pitch and roll)을 보상하도록 조절될 수 있다.
당업자라면, 콜리메이팅 렌즈 요소(166)가 여러 응용에 적합하도록 공간 스폿 사이즈(d스폿)를 변경하기 위해 가변될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 대안적으로 예를 들어, 성형된 이미지 생성 시스템(70)은 대신에 콜리메이트되어 개구부로 성형된 출력(72)을 구현하기 위해 경로(156)를 따라 놓여질 수 있어서, 가공되지 않은 가우시안 빔(60)이 빔 경로(64b)를 따라 전파할 수 있다. 마찬가지로, 성형된 이미지 생성 시스템(70)은 빔 경로(64b)와 경로(156) 모두에서 사용될 수 있으며 각 성형된 이미지 생성 시스템(70)은 두 개의 다른 이미지 생성된 스폿 사이즈 사이에 신속한 스위칭을 위해서와 같이 다른 스폿 사이즈(d스폿)를 생성할 수 있도록 가변 초점 거리 또는 다른 초점 거리를 가진다. 또한 당업자라면, 레이저 시스템(150)이 가우시안 출력을 사용하여 본 명세서에 기술된 공간부 처리 응용 이외에 여러 작업을 수행할 수 있다는 것도 이해할 것이다. 예를 들어, 레이저 시스템(150)은 높은 처리 속도(high throughput rates)로 패널로부터 회로를 커팅하는데 사용될 수 있다.
레이저 시스템(50 및 150)은, 빔 스폿 영역에 걸쳐 측정된 약 100㎽보다 더 큰 평균 파워 밀도와 바람직하게는 300㎽보다 더 큰 평균 파워 밀도(average power densities); 약 5㎛ 내지 약 18㎛, 바람직하게는 약 25-150㎛, 또는 300㎛보다 더 큰 스폿 사이즈 직경(spot size diameter) 또는 공간 주축(spatial major axes); 및 약 1kHz보다 더 큰, 바람직하게는 약 5kHz보다 더 큰, 또는 심지어 30kHz보다 더 높은 반복 속도(repetition rate); 바람직하게는 약 180-355㎚ 사이의 자외선 파장(ultraviolet wavelength); 및 약 100㎱보다 더 짧은 시간 펄스 폭과 바람직하게는 약 40-90㎱인, 또는 그보다 더 짧은 시간 펄스 폭(pulse width)을 포함할 수 있는 일반적인 공간부 처리 창(via processing windows)의 바람직한 파라미터를 가지는 출력(114)을 갖는 레이저 시스템을 생산할 수 있다. 레이저 시스템 출력(114)의 바람직한 파라미터는 공간부(20) 또는 공간부 주변에 열손상을 회피하도록 의도적으로 선택된다. 당업자라면 레이저 시스템 출력(114)의 스폿 영역이 바람직하게는 원형이지만, 정사각형과 직사각형과 같은 다른 간단한 형상이 유용할 수 있으며 심지어 마스크(98) 내의 바람직한 개구부 형상과 공동 작용(cooperate)하는 빔 성형 요소(90)를 적절히 선택하는 것에 의해 복잡한 빔 형상도 가능하다는 것을 또한 이해할 수 있을 것이다.
위에 기술된 처리 창(processing window)은 자외선 빛에 반응하여 다양한 광학적 흡수(optical absorption) 및 다른 특성을 나타내는 광범위한 금속, 유전체, 및 다른 타깃 물질에 공간부 가공을 용이하게 하도록 결정되어 왔다. 블라인드 공간부(20b)를 생성하는데 펀칭 하든 또는 비펀칭 하든 간에, 금속층은 금속을 식각하기에 충분한 파워 밀도를 가지는 제 1 레이저 출력으로 제거된다. 그후, 유전체 층은 금속을 식각하기에 불충분한 보다 낮은 파워 밀도를 가지는 제 2 레이저 출력으로 제거(remove)되어, 단지 유전체만이 제거되며 하부 금속층은 손상되지 않는다. 따라서, 이 2단계 가공 법(two-step machining method)은 비록 제 2 레이저 파워 출력이 유전체 물질이 완전히 관통되고 난 후에 계속된다 하더라도, 제 2 레이저 파워 출력이 금속 바닥 층을 증발시키는데 불충분하기 때문에, 깊이 방향의 자기 한계 블라인드 공간부(depthwise self-limiting blind via)를 제공한다.
당업자라면, 본 발명의 펀칭 공정에 따라, 제 1 및 제 2 레이저 출력이, 공간적으로 분리된 타깃 위치(82) 또는 워크피스(22)에 한번에 하나씩 일련의 제 1 레이저 출력을 사용하고 그후 동일 타깃(82)에 걸쳐 순차적으로 일련의 제 2 레이저 출력을 사용하기보다는 순차적으로 연속하는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있을 것이다. 비펀칭 공정에서는, 워크피스(22) 상의 공간적으로 분리된 모든 타깃 위치(82)의 층(24)이 공간적으로 분리된 모든 타깃 위치(82)의 층(26)에 앞서 제 1 레이저 출력으로 처리될 수 있다.
도 3 및 도 4를 다시 참조하면, 종래의 클리핑된 가우시안 출력과 본 발명의 이미지 생성된 출력(118) 사이의 하나의 차이점은 펄스(94)가 모든 지점에서 마스크(98)의 개구부를 균일하게 조명한다는 점이다.이미지 생성된 출력(118)은 결과적으로 매우 둥근 형상과 크리스프 에지(crisp edge)뿐 아니라 층(28)에서 매우 편평하고 균일한 바닥(44b)을 갖는 블라인드 공간부(20b)를 용이하게 형성하게 해주며, 이 편평성(flatness)과 균일성(uniformity)은 클리핑된 가우시안 빔으로는 가능하지 않은 것이다. 게다가, 가공 속도는 클리핑된 가우시안 빔으로 얻을 수 있는 속도보다 이미지 생성된 출력(118)으로 증가될 수 있다.
가우시안 빔의 방사도 윤곽(10)을 편평(flatten)하게 하는데 빔 성형 요소(90)를 부가하는 것은 클리핑된 가우시안 기술에 내재한 공간부 품질과 가공 속도 사이의 이전에 논의된 처리 트레이드오프를 최소화시킨다. 빔 에너지의 높은 부분(high fraction)은 이미지 생성된 스폿의 중심과 에지 사이의 플루언스의 큰 차이 없이 워크피스(22)에 전달될 수 있는데, 즉, 에지 대 중심의 플루언스의 비(Fe/Fc)는 투과 레벨(T)이 또한 증가되는 동안 증가될 수 있다. 본 발명은 개구부 성형된 출력(110)과 이미지 생성된 출력(118)이 중심 대 에지의 플루언스 비의 큰 감소없이 70-85%의 투과 레벨을 가지게 해준다.
높은 투과 레벨에서의 거의 균일한 플루언스의 결과, 가공 속도는 전도체 층(28)을 손상시키지 않고 증가될 수 있으며, 특히 두 가지 이유로 그 중심부에서 증가될 수 있다. 첫째, 개구부를 통한 투과 레벨은 클리핑된 가우시안에 대한 것보다 더 높아서, 보다 많은 에너지가 각 레이저 펄스(114)로 워크피스(22)에 전달된다. 둘 째, 더 높은 플루언스가 스폿의 에지에 가해질 수 있기 때문에, 유전체 물질이 보다 신속하게 공간부의 바닥 에지로부터 제거(clear)될 수 있다. 이 두 번째 효과는 두 가지 중에서 가장 중요하다.
도 9는 일반적인 공간부 처리 파라미터 하에서 몇몇 일반적인 투과 레벨에서 클리핑된 가우시안 출력과 성형된 출력(94b)에 대한 개구부 면에서의 이상적인 플루언스 윤곽의 대비 그래프를 도시한다. 워크피스(22) 상의 플루언스 레벨은 이미지 축소율 계수의 제곱에 개구부 플루언스 레벨을 곱한 값과 같은데, 여기서 이미지 축소율 계수는 바람직한 실시예에서 약 7의 계수이다. 개구부 에지에서의 플루언스는 성형된 출력(94b)과 클리핑된 가우시안 출력에 대해 각각 약 1.05J/㎠과 0.60J/㎠ 또는 그 이하이다. 따라서, 워크피스(22)에서, 이미지 생성된 스폿의 에지에서의 플루언스는 이미지 생성된 출력(118)과 클리핑된 가우시안 출력에 대해 각각 약 7.4J/㎠와 4.3J/㎠이다. 일반적인 유기 유전체 층(26) 물질이 식각될 수 있는 속도(rate)는 이들 두 플루언스 레벨 사이에 상당히 다르다. 그 결과, 각 공간부(20)의 가공은 이미지 생성된 출력(118)을 갖는 더 적은 수의 펄스로 달성될 수 있어 공정 처리량(process throughput)을 증가시킨다.
본 발명의 이들 고려 사항에 따라 이미지 생성된 출력(118)을 갖는 공간부(20)를 가공하기 위한 전략의 일례가 아래에 기술된다. 이미지 생성된 전체 스폿에 걸친 플루언스는 구리 손상이 일어나는 값(F손상)의 예를 들어 90%에서 유지될 수 있다. 그후 유전체 물질이 공간부 바닥(44b)을 손상시키지 않는 상태로 식각된다. 대조적으로, T=50%에 있는 클리핑된 가우시안 빔에 의해 스폿의 중심을 이 플루언스로 유지할 수 있는데, 이 경우에 에지는 F손상의 단지 45%에 있게 된다. 대안적으로, 스폿 에지는 F손상의 90%에서 유지되며, 이 경우에 그 중심은 손상 임계값 플루언스의 180%에 있어 실질적인 손상을 야기한다. 높은 플루언스로 이미지 생성된 스폿의 에지를 유지하는 것은 각 펄스가 더 많은 물질을 제거(remove)하기 때문에 유전체 물질이 보다 적은 수의 레이저 펄스로도 공간부 에지에서 제거(clear)되게 해준다. 따라서, 이미지 생성된 출력(118)의 가공 처리량은 클리핑된 가우시안 출력의 처리량보다 훨씬 크게 된다.
도 10은 45㎛ 깊이의 에폭시 수지에 75㎛ 직경의 공간부(20)를 펀칭하기 위해 이미지 생성된 출력(118)과 클리핑된 가우시안 출력에 의해 달성된 처리량 곡선을 대비한 그래프를 도시한다. 도 10을 참조하면, 각 펄스 반복 주파수(PRF: Pulse Repetition Frequency)에서 상부 직경(dt)의 적어도 75% 크기인 바닥 직경(db)을 달성하는데 필요한 최소한의 펄스 수(N)가 결정되었다. 가공 시간은 PRF에서 N의 이 값에 대해 계산되었으며 1.0㎳의 공간부 대 공간부 이동 시간(via-to-via move time)은 처리량을 얻는데 추가되었다.
일반적으로, 레이저의 PRF가 증가함에 따라, 각 펄스의 에너지, 그리하여 작업 면의 플루언스는 점차 감소한다. 감소된 플루언스는 각 펄스당 더 적은 물질이 제거(remove)된다는 것을 의미하기 때문에, 보다 많은 펄스가 가해져야 한다. 그러나, PRF가 증가함에 따라, 보다 많은 펄스가 단위 시간당 전달된다. 그 순수한 결과(net result)는 두 개의 경합 효과(two competing effects) 중 하나인데, 이 경합 효과 중 하나는 가공 속도를 감소시키는 경향이 있으며, 다른 하나는 PRF를 증가시키는 것과 함께 가공 속도를 증가시키는 경향이 있다. 도 10은 이 경합 효과가 테스트된 범위 중 중간의 PRF에서 가장 빠른 처리량을 산출한다는 것을 보여준다.
도 10은 또한 이미지 생성된 출력(118)으로 달성된 처리량 곡선이 클리핑된 가우시안 출력으로 얻어진 처리량 곡선보다 더 편평하다는 것을 도시한다. 더 편평한 처리량 곡선은 가공 속도와 공간부 품질 사이의 트레이드오프를 처리하는데 중요하다. 바닥의 금속층(28)에 주는 손상을 피하기 위해, 레이저의 PRF를 증가시키는 것이 일반적으로 바람직하며, 이에 의해 각 펄스의 에너지를 감소시키고 금속층(28)을 용융시키는 에너지 임계값 아래로 작업 면 플루언스를 감소시키게 된다. PRF가 증가됨에 따라, 이미지 생성된 출력(118)으로 얻어진 처리량은 클리핑된 가우시안 출력의 처리량보다 더 느리게 감소한다. 그래서 PRF가 공간부 바닥의 품질을 유지하기 위해 증가됨에 따라, 처리량 저하(throughput penalty)가 이미지 생성된 출력(118)에 의해 보다 적게 유발된다.
도 10을 다시 참조하면, 이미지 생성된 출력(118)은 피크 가공 처리량이 클리핑된 가우시안의 처리량에 비해 25%를 초과하는 양만큼 증가되게 해준다. 이미지 생성된 출력(118)은 또한 더 우수한 공간부 품질(반복 가능성, 측벽 테이퍼, 둥글기)의 부가된 이점과 함께, 가공되지 않은 집속 가우시안 빔으로 달성되는 것보다 더 높은 처리량을 달성한다.
특히 블라인드 공간부(20b)에 대한 공간부 품질에 대하여, 본 발명의 이미지 생성된 출력(118)은 또한 클리핑된 가우시안 출력으로 이용가능한 처리량 속도보다 더 높은 처리량 속도로도 더 우수한 테이퍼 최소화 성능(taper minimizing performance)을 가능하게 한다. 위에서 논의된 바와 같이 블라인드 공간부(20b)의 바닥 에지에서 유전체 물질을 더 신속하게 제거(clean)할 수 있다는 것 이외에도, 이미지 생성된 출력은 또한 하부 금속층(28)에 손상을 주지 않으면서 공간부(20b)의 바닥 에지에서 유전체 물질을 보다 완전하게 제거(clean)할 수 있는데, 그 이유는 균일한 형상의 펄스(94)에 의해 공간부(20b)의 바닥 중심에서 층(28)의 핫 스폿(hot spot)을 생성할 가능성을 사실상 제거(eliminate)해 주기 때문이다. 적절한 플루언스에서 이미지 생성된 레이저 출력(118)이 희망하는 제거상태(cleanliness)와 테이퍼(taper)가 달성될 때까지 블라인드 공간부 홀에 무기한으로 머무를 수 있다.
더욱이, 빔 성형 요소(90)는 대시 라인(180) 외부에서 클리핑된 도 6c에 도시된 역전 방사도 윤곽(inverted irradiance profile)을 가지는 펄스를 생성하도록 선택되어 공간부(20b)의 외부 에지를 따라 유전체 제거(remove)를 용이하게 하며 이에 의해 테이퍼를 더 향상시킨다. 본 발명은 층(28)에 손상을 주지 않으면서 최대 처리량의 80%보다 더 큰 테이퍼 비를 가능하게 하며 {낮은 종횡 비(aspect ratio)의 공간부(20)에 대해} 95% 보다 더 큰 테이퍼 비도 층(28)에 손상을 주지 않으면서 가능하다. 75% 보다 더 높은 테이퍼 비도, 비록 처리량이 감소되긴 하지만, 종래 광학 기구에 따른 공간부 상부에서 약 5-18㎛의 직경으로부터, 심지어 가장 작은 공간부에 대해서도 가능하다.
도 11은 공칭 이미지 면(z=0)에 대해 작업 면의 위치의 함수로서 공간부 상부 직경에 대한 공간부 바닥 직경(35㎛의 미립자 강화 에폭시 수지에 가공된 62㎛의 공간부)의 비를 도시한다. 도 11을 참조하면, 공칭 이미지 면은 공간부(20)가 가장 예리하게 형성된 상부 에지를 갖게, 가장 원형이 되는 위치이다. 양의 z 값은 공칭 이미지 면 아래의 면, 즉 z=0인 분리 거리보다 시스템 광학기구로부터 멀리 놓여있는 워크피스(22)를 갖는 면을 나타낸다. 3σ의 에러바(error bar)는 바닥 직경 측정값이 신뢰성있게 측정되기 어려울 수 있기 때문에 참조용으로 도시되어 있다.
9개의 z 값 각각에서 일백 개의 공간부가 가공되었으며 측정되었다. 데이터 점들은 평균 값을 나타내며 수직 에러바는 각 100 개의 샘플 데이터 세트에 걸쳐 평균을 낸 것으로부터 세 개의 표준 편차(standard deviation)의 크기를 나타낸다. 가장 큰 바닥/상부 비는 z=0인 이미지 면에서 달성된다. ±400㎛범위에 걸쳐, 바닥/상부 비는 고 처리량의 75%보다 항상 더 컸다.
도 12는 z=0인 공칭 이미지 면에 대한 작업 면의 위치의 함수로 (35㎛의 미립자 강화 에폭시 수지에 가공된 62㎛의 공간부 내의) 공간부의 직경을 도시한다. 워크피스(22)가 공칭 이미지 면보다 더 위로 이동됨에 따라, 평균 공간부 상부 직경은 점차 증가한다. z=0 아래의 위치에서, 상부 직경은 이미지 면 아래의 400㎛ 까지 꽤 일정하게 유지된다. 3σ직경은 z=+300㎛ 와 z=-300㎛에서는 예외로 하고, 평균 값의 ±3㎛ 내로 일반적으로 유지된다. 바닥 직경에서는, 대조적으로, 평균 값이 공칭 이미지 면 위의 위치에서부터 공칭 이미지 면 아래의 위치로 가면서 점차 감소한다. 공간부 바닥의 직경과 원상율(circularity)이 공간부 상부의 사이즈와 둥글기보다 상당히 더 제어하기 어렵기 때문에, 바닥 직경은 단지 참조용으로 도시되어 있다. 그러므로 레이저 시스템(50 및 150)에 가해질 수 있는 통계적 공정 제어 기술은 공간부 상부의 특성에도 적용 가능하다.
도 11 및 도 12의 데이터는 공정 강건함(process robustness)을 위한 초점 깊이 문제(depth of focus issue)를 처리하는 몇몇 접근법을 제안한다. 만약 다양한 물질의 두께와 기계 상태(조건)에 대해 일정한 공간부 상부 직경을 유지하고자 한다면, 예를 들어 z=+200㎛에서의 공칭 이미지 면 조금 아래에 놓여 있는 작업 면으로 공정을 시작(set up)하는 것이 유리하다. 이것은 상부 직경에 대해 거의 영향을 주지 않고 수용될 수 있는 ±200㎛의 z 변동 영역을 생성할 수 있게 한다. 다른 한편으로, 만약 일정한 공간부 바닥/상부 직경 비를 유지하는 것이 보다 더 바람직하다면, 공칭 이미지 면에 정확하게 놓여 있는 워크피스(22)로 공정을 시작하는 것이 더 낫다. 이것은 바닥/상부 비가 적어도 ±200㎛의 z 범위에 걸쳐 단지 5%만큼 감소되는 것을 보장한다. 이들 접근법 중 어느 하나의 실행가능성(viability)은 다른 공간부 특성이 워크피스(22)가 공칭 이미지 면으로부터 멀리 이동함에 따라 허용가능한 한계 내에 있는지에 달려있다.
다른 문제는 35㎛ 미립자 강화 에폭시 수지에 가공된 62㎛ 공간부에 대해 z 의 함수로 도 13에 도시된 공간부 원상율이다. 도 13을 참조하면, 바닥의 원상율 데이터는 표시를 명료하게 하기 위해 실제 z 값의 오른쪽에 변위되어 있다. 공간부 바닥 데이터는 단지 참조용이다.
도 13은, 부축(minor axis)/주축(major axis)으로 정의된, 원상율(circularity)이 연구의 전 범위인 ±400㎛의 z 범위에 걸쳐 항상 적어도 90%에 있는 것을 도시한다. 62㎛의 평균 직경에 대해, 90% 원상율은 부 직경(mionor diameter)보다 약 6.5㎛ 더 큰 주 직경에 해당한다. 그러나, 양의 z 값(공칭 이미지 면 아래의 위치)에 대해, 통계적 공간부 대 공간부(via-to-via)의 원상율 변동이 상당하게 된다. 데이터 지점(평균 값) 위에 도시된 에러바는 100% 원상율을 넘으면 의미가 없어지지만, 예를 들어, z=+300㎛에서 도 13은 3σ를 벗어난 것(outlier)은 80% 아래의 원상율을 가질 수 있다는 것을 보여준다.
일반적으로, 본 발명의 이미지 생성된 출력(118)은 공간부(20)로 하여금 클리핑된 가우시안 출력으로 달성가능한 것보다 더 높은 처리량 속도에서 90%보다 더 큰 원상율 또는 둥글기를 가지게 해준다. 많은 경우에, 이미지 생성된 출력(118)은 더 높은 처리량 속도로 공간부 사이즈의 전 범위에 걸쳐 심지어 95%보다 더 큰 둥글기를 달성할 수 있다.
본 명세서에 기술된 몇몇 예가 비록 현재 이용 가능한 UV DPSS 레이저(52)의 사용과 연관된 최대 출력의 일부와 기타 계수를 처리하지만, 당업자라면, 보다 강력한 UV DPSS 레이저(52)가 이용 가능하게 될 때 이들 예의 공간부 직경과 층 두께가 증가될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
이미지 생성된 출력(118)의 이점에도 불구하고, 프로젝션 이미지 생성법은 집속된 가공되지 않은 가우시안 빔의 식각 부분에 의해 일반적으로 커버된 영역보다 더 큰 영역에 걸쳐 각 이미지 생성된 레이저 펄스(118)로 이용가능한 에너지를 발산할 수 있다. 그 결과 UV DPSS 레이저(52)는, 레이저 스폿이 워크피스 물질에 대한 식각 임계값 플루언스를 초과하는 경우 금속층(24 및 28)의 사이즈와 두께에 펄스당 에너지의 한계를 가진다.
예를 들어 블라인드 공간부에 대해, 10-12J/㎠의 플루언스를 갖는 이미지 생성된 펄스(118)는 작은 공간부에 대해 두께 5-12㎛의 상부 구리 층(24)을 직경이 최대 대략 40㎛까지 식각하는데 사용될 수 있다. 당업자라면 이 플루언스의 범위가 예를 들어 약 3-6kHz의 꽤 낮은 반복 속도를 의미한다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한 당업자라면 더 높은 플루언스가 가열과 같은 불리한 결과를 초래할 수 있으며, 그 결과 더 낮은 반복속도는 처리량에 부정적으로 영향을 줄 것이라는 것을 이해할 것이다. UV DPSS 레이저(52)로 얻을 수 있는 파워가 계속 증가함에 따라, 더 높은 에너지 펄스가 이용 가능하게 되고, 이 더 높은 에너지 펄스는 큰 공간부 사이즈를 위해 구리를 관통하는 응용(through-copper applications)까지 성형된 이미지 기술을 확장할 수 있을 것이다.
그 사이에 약 35㎛보다 더 큰 직경을 가지는 블라인드 공간부(20b)의 상부 금속층(24)을 펀칭하는 바람직한 방법은 도 8의 레이저 시스템(150)을 사용한다. 갈바노미터 미러 경로(156)는 집속된 가공하지 않은 가우시안 출력을 레이저 시스템 출력(114)으로 제공하기 위해 사용된다. 집속된 가공되지 않은 가우시안 출력은 일반적으로 비펀칭 기술을 사용하여 상부 금속층(24)을 관통시키는데 사용되고, 그후 갈바노미터 미러(158 및 162)는 레이저 출력(60)이 유전체 층(26)을 처리하기 위해 이미지 생성 시스템(70)을 통과할 수 있도록 제어된다.
상부 금속층(24)이 어떻게 처리되는지(또는 심지어 사전 에칭되는지)에 관계없이, 하부 유전체 층(26)은 보다 높은 반복 속도에서 보다 낮은 플루언스로 이미지 생성된 출력(118)에 의해 순차적으로 가공되어 위에서 설명된 바와 같은 깔끔한(clean) 둥근 바닥과 무시할 수 있는 테이퍼를 갖는 공간부(20)를 생성하게 된다. 일반적인 유전체 처리 플루언스는 바닥 금속층(28)에 손상을 거의 주지 않는 약 0.8J/㎠ 아래로부터 바닥 금속층(28)에 상당한 손상을 주는 약 4J/㎠ 위에까지 범위가 변한다. 바람직한 플루언스가 물질 의존적일지라도, 1.2-1.8J/㎠의 플루언스는 이미지 생성된 펄스(118)가 구리 금속층(28)에 접근함에 따라 대부분의 유전체 층(26)을 위해 바람직하다.
당업자라면, 이 범위의 더 높은 종단(end)의 플루언스에서 유전체 층(24)의 상부 부분을 처리하며, 그리하여 레이저 펄스(114)가 바닥 금속층(28)에 근접함에 따라 그 범위의 더 낮은 종단을 향해 (바람직하게는 반복 속도를 증가시키는 것에 의해) 플루언스를 감소시키게 하는 처리량의 이점이 있다는 것을 이해할 것이다. 최적의 처리량을 위해, 12-45kHz의 반복 속도가 바람직하며, 더 큰 공간부(20b)와 식각하기 어려운 층(26)에 대해서는 12-15kHz가 바람직하며 더 작은 공간부에 대해서는 30-45kHz가 바람직하다. 당업자라면 이들 반복 속도 값이 이용 가능한 DPSS 레이저 파워가 장래에 향상됨에 따라 증가될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
중간 사이즈의 블라인드 공간부(20b)에 대한 몇몇 응용에서, 고속 위치 조정기(78)를 사용하여 집속된 가우시안 출력으로 비펀칭하고, 그후 이미지 생성된 출력(118)으로 유전체를 통과해 펀칭하여 상부 금속층(24)을 처리하는 것이 바람직할 수 있다. 당업자라면 공간부 직경이 효율적이며 이미지 생성된 출력(118)에 대해 너무 크거나 또는 속도가 둥글기 또는 에지 품질보다 더 중요한 경우, 레이저 시스템(150)의 집속된 가공되지 않은 가우시안 출력이 또한 관통홀 공간부(20a)를 처리하는데 사용될 수 있다는 것을 또한 이해할 수 있을 것이다.
층(26)의 유기 또는 무기 유전체 물질을 처리하는 것에 관해, 그 유전체 물질은 일반적으로 훨씬 낮은 식각 임계값을 가지며 가장 큰 바람직한 공간부 직경까지 프로젝션 이미지 생성 구성으로 용이하게 식각된다. 그러나, 약 150㎛ 내지 약 200㎛, 및 이보다 더 큰 공간 사이즈에 대해, 특정 물질의 특성에 따라, 공간부 직경에 걸쳐 이미지 생성된 출력(118)의 에너지 분포는 각 레이저 시스템 펄스(114)가 물질을 보다 덜 제거하기 때문에 처리량에 악영향을 주는 지점까지 감소한다.
공간부 직경이 크기에서 약 250-300㎛을 초과하며 에지 품질과 완전한 둥글기가 처리량 만큼 중요하지 않은 응용에서는, 레이저 시스템(150)의 이미지 생성된 출력(118) 또는 집속된 가우시안 출력이 고속 위치 조정기(78)를 사용하여 비펀칭 처리하여 공간부(20)를 생성하는데 사용되는 것이 바람직하다. 당업자라면 큰 공간부(20)가 대부분의 응용에 적합하도록 비펀칭 처리에 의해 허용 가능한 테이퍼와 둥글기가 생성될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이 선택권(preference)은 관통홀 공간부와 블라인드 공간부의 처리 모두에 적용된다. 당업자라면 또한 이미지 생성된 출력(118)이 많은 응용에서 큰 사이즈의 공간부에 있어 집속된 가우시안 출력보다 더 효율적일 수 있다는 것도 이해할 것이다.
도 14는 UV YAG 레이저 시스템(50)의 이미지 생성된 출력(118)으로 에폭시 수지에 가공된 일반적인 공간부의 주사 전자 현미경 사진(SEM: Scanning Electron Micrograph)을 도시한다. 공간부 직경은 75㎛이었으며, 수지의 두께는 45㎛이었으며, 그 기판은 FR4 코어(FR core) 상에 수지 코팅된 호일(resin coated foil)의 상부 구리 층을 에칭하여 준비하였다. 바닥(또는 내부) 층 구리는 18㎛{1/2온스(oz)}이었다.
몇몇 특성은 주목할 만하다. 첫째, 공간부 측벽은 예외적으로 평탄(smooth)하고 직선적(straight)이며, 공간부의 상부 에지는 예리하게(sharply) 형성되어 있다. 둘째, 둥근 개구부의 이미지 프로젝션으로 인해, 공간부는 이전에 설명된 바와 같이 특히 원형이다. 마지막으로, 바닥 구리 층은 크게 손상되지 않으며 어느 수지 잔류물(resin residue)도 없었다.
이 특정 테스트에서, 빔 성형 광학기구는 스폿 중심에서보다 스폿 주변부에서 약간 더 높은 작업 면의 역전된 플루언스 윤곽(inverted fluence profile)(도 6c)을 생성하도록 구성되었다. 레이저 파라미터(가해진 펄스의 수 및 PRF)는 그후 구리의 용융을 유발하는 값 바로 위에 있는 주변부에 작업 면의 플루언스를 생성하도록 조절되었다. 이미지를 정밀 검사한 결과 공간부 바닥의 에지 근처 평탄 영역은 구리가 약간 리플로된 구역이었다는 것이 발견되었다. 그러한 구리의 약간의 리플로는 공간부로부터 모든 수지가 제거되었다는 것을 보장하기 위하여 바람직할 수 있다. 내부 층의 구리 손상을 이러한 정도로 제어하는 것은 이미지 생성된 출력(118)에 의해 생성된 공간부(20)에 일반적이다.
HDI 회로 기판 마이크로공간부(HDI circuit board microvias)에 있어, 수지 코팅된 호일 구조물의 가장 일반적인 레이저 가공 기술은 상부 구리 층에 사전 에칭(pre-etched)된 원형 개방부(circular opening)를 사용한다. 이 개방부는 CO2 레이저 처리에 등각 마스크(conformal mask)로서 사용된다. 층대층 맞춤(layer-to-layer registration)의 어려움으로 인해 더 큰 패드 사이즈(> 200㎛)를 가지고 더 큰 공간부(> 100㎛)를 가공하는 이 공정에는 한계가 있었다. 그러나, 빔 위치 지정 시스템(74)은 레이저 가공 시스템의 정밀한 층대층 정렬을 가능하게 하여 유전체 수지만을 가공하는 더 높은 처리량과 연결되게 해준다. 이 새로운 공정에서, 외부 층의 구리가 내부 층의 랜드 패드(inner layer land pad)의 근사 사이즈에 사전 에칭되며, 그후 이 개방부 내에 더 작은 공간부를 정렬하고 가공하기 위해 레이저가 사용된다. 이 공정에 의해 생성될 수 있는 예시적인 공간부(20)의 주사 전자 현미경 사진이 도 15에 제시되는데, 이 도 15는 150㎛ 사전 에칭된 구리 개방부의 45㎛ 에폭시 수지를 통해, 이미지 생성된 75㎛ 공간부를 도시한다.
당업자라면, 본 명세서에 기술된 빔 성형 및 이미지 생성 기술이 향상된 공간부 둥글기 및 에지 품질을 가능하게 할 뿐만 아니라, 정확한 패드 중심에서와 같은 향상된 반복 가능성 및 위치 조정 정밀도를 가능하게 하며, 전자적 워크피스의 예측가능성과 임피던스 제어를 개선시키는데 유용하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
컬러 전자 현미경을 포함하는, 성형된 이미지 생성 기술 및 클리핑된 가우시안 기술 사이의 추가적인 비교 데이터는, 2000년, 4월 6일에 캘리포니아 주 샌디에고(San Diego)에서 IPC 인쇄 회로 엑스포 2000(IPC Printed Circuits Expo 2000)의 기술 회보(Technical Proceedings)의 일부로 제시되었던, "이미지 생성된 UV YAG 레이저에 의한 고품질 마이크로공간부 형성(High Quality Microvia formation with Imaged UV YAG Lasers)" 이라고 제목이 붙은 기사에서 볼 수 있다.
본 발명의 기반 원리를 벗어남이 없이 본 발명의 위에 기술된 실시예의 상세한 설명에 많은 변경이 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게는 명백할 것이다. 그러므로, 본 발명의 범주는 이후 청구 범위에 의해서만 결정되어야 할 것이다.
본 발명은 다이오드 펌핑되는 고체 상태 레이저에 관한 것이며, 특히 공간부(vias)를 형성하기 위해 TEM00의 비점수차 없는 공간 모드(non-astigmatic spatial mode)를 갖는 자외선 레이저 빔을 발생시키는 레이저를 이용하는 것에 적용된다.

Claims (54)

  1. 제 1 식각 플루언스 임계값(ablation fluence threshold)과 제 2 식각 플루언스 임계값을 각각 가지는 제 1 층 물질과 제 2 층 물질로 각각 이루어진 적어도 제 1 층과 제 2 층을 포함하는 다층으로 된 워크피스(workpiece)에 공간부(via)를 가공(drill)하기 위해 처리량(throughput)을 증가시키는 방법으로서,
    제 1 가우시안 에너지(Gaussian energy)와 400㎚보다 더 짧은 파장에서 실질적으로 가우시안 방사도 윤곽(Gaussian irradiance profile)을 가지는 제 1 가우시안 레이저 출력을 생성시키는 단계와,
    상기 제 1 가우시안 레이저 출력을 제 1의 좀더 균일 성형된 출력(uniformly shaped output)으로 변환하기 위해 빔-성형 요소를 통해 광학 경로를 따라 상기 제 1 가우시안 레이저 출력을 전파하는 단계와,
    상기 제 1 균일 성형된 출력을, 상기 제 1 가우시안 레이저 출력의 상기 제 1 가우시안 에너지의 50% 보다 더 큰 제 1 개구부 성형된 에너지(apertured shaped energy)를 가지는 제 1 개구부 성형된 출력으로 변환하기 위해 개구부를 통해 상기 제 1 균일 성형된 출력의 주 부분(major portion)을 전파하는 단계와,
    제 1 이미지 생성된 출력(imaged shaped output)을 제공하기 위해 하나 또는 그보다 많은 이미지 생성 렌즈 요소를 통해 상기 제 1 개구부 성형된 출력을 전파하는 단계와,
    타깃 위치 내에 있는 상기 제 1 층 물질을 제거(remove)하기 위해 상기 제 1 이미지 생성된 출력을 상기 워크피스 상의 타깃 위치로 인가하는 단계로서, 상기 제 1 이미지 생성된 출력은 제 1 스폿 영역에 걸쳐 제 1 에너지 밀도를 가지며, 상기 제 1 에너지 밀도는 공간부를 형성하기 위해 상기 제 1 식각 플루언스 임계값보다 더 크지만 상기 제 2 식각 플루언스 임계값보다는 더 작은, 상기 제 1 이미지 생성된 출력을 상기 타깃 위치로 인가하는 단계를 포함하는, 다층으로 된 워크피스에 공간부를 가공하기 위해 처리량을 증가시키는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 공간부는 최소 직경(dmin), 최대 직경(dmax), 및 0.9보다 더 큰 둥글기(roundness)를 가지며, 여기서 상기 둥글기는 dmin/dmax 와 같은, 다층으로 된 워크피스에 공간부를 가공하기 위해 처리량을 증가시키는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 공간부는 0.95보다 더 큰 둥글기를 가지는, 다층으로 된 워크피스에 공간부를 가공하기 위해 처리량을 증가시키는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 공간부는 바닥 직경(db), 상부 직경(dt), 및 0.5보다 더 큰 테이퍼 비(taper ratio)를 가지며, 여기서 상기 테이퍼 비는 db/dt와 같은, 다층으로 된 워크피스에 공간부를 가공하기 위해 처리량을 증가시키는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 공간부는 0.75보다 더 큰 테이퍼 비를 가지는, 다층 으로 된 워크피스에 공간부를 가공하기 위해 처리량을 증가시키는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 개구부 성형된 에너지는 상기 제 1 가우시안 에너지의 65%보다 더 큰, 다층으로 된 워크피스에 공간부를 가공하기 위해 처리량을 증가시키는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 개구부 성형된 에너지는 상기 제 1 가우시안 레이저 에너지의 75%보다 더 큰, 다층으로 된 워크피스에 공간부를 가공하기 위해 처리량을 증가시키는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 이미지 생성된 출력은 상기 제 1 가우시안 에너지의 45%보다 더 큰 에너지를 갖는, 다층으로 된 워크피스에 공간부를 가공하기 위해 처리량을 증가시키는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 제 1 이미지 생성된 출력은 상기 제 1 가우시안 레이저 에너지의 55%보다 더 큰 에너지를 갖는, 다층으로 된 워크피스에 공간부를 가공하기 위해 처리량을 증가시키는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 에너지 밀도는 약 2J/㎠보다 더 작거나 같은, 다층으로 된 워크피스에 공간부를 가공하기 위해 처리량을 증가시키는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 파장은 약 355㎚ 또는 266㎚인, 다층으로 된 워크피스에 공간부를 가공하기 위해 처리량을 증가시키는 방법.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 층 물질은 유전체 물질을 포함하며 상기 제 2 층 물질은 금속을 포함하는, 다층으로 된 워크피스에 공간부를 가공하기 위해 처리량을 증가시키는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 유전체 물질은 유기 유전체 물질을 포함하며 상기 금속은 구리를 포함하는, 다층으로 된 워크피스에 공간부를 가공하기 위해 처리량을 증가시키는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 유기 유전체 물질은 무기 강화 물질(inorganic reinforcement material)을 포함하는, 다층으로 된 워크피스에 공간부를 가공하기 위해 처리량을 증가시키는 방법.
  15. 제 1 항에 있어서, 펀칭에 의하여 상기 제 1 층 물질을 제거하는 단계를 더 포함하는, 다층으로 된 워크피스에 공간부를 가공하기 위해 처리량을 증가시키는 방법.
  16. 제 1 항에 있어서, 비펀칭에 의하여 상기 제 1 층 물질을 제거하는 단계를 더 포함하는, 다층으로 된 워크피스에 공간부를 가공하기 위해 처리량을 증가시키는 방법.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 층 물질은 제 2 층 물질의 두 층 사이에 놓여 있으며, 제 1 가우시안 레이저 출력을 생성하는 단계 이전에,
    제 2 가우시안 에너지와 400㎚보다 더 짧은 파장에서 실질적으로 가우시안 방사도 윤곽을 가지는 제 2 가우시안 레이저 출력을 생성하는 단계와,
    상기 제 2 가우시안 레이저 출력을 제 2 의 좀더 균일 성형된 출력으로 변환하기 위해 빔-성형 요소를 통해 상기 광학 경로를 따라 상기 제 2 가우시안 레이저 출력을 전파하는 단계와,
    상기 제 2 균일 성형된 출력을, 상기 제 2 가우시안 레이저 출력의 상기 제 2 가우시안 에너지의 50%보다 더 큰 제 2 개구부 성형된 에너지를 가지는 제 2 개구부 성형된 출력으로 변환하기 위해, 개구부를 통해 상기 제 2 균일 성형된 출력의 주 부분을 전파하는 단계와,
    제 2 이미지 생성된 출력을 제공하기 위해 하나 또는 그보다 많은 이미지 생성 렌즈 요소를 통해 상기 제 2 개구부 성형된 출력을 전파하는 단계와,
    상기 타깃 위치 내에 있는 상기 제 2 층 물질을 제거하기 위해 상기 제 2 이미지 생성된 출력을 상기 워크피스 상의 상기 타깃 위치로 인가하는 단계로서, 상기 제 2 이미지 생성된 출력은 스폿 영역에 걸쳐 제 2 에너지 밀도를 가지며, 상기 제 2 에너지 밀도는 제 2 층 물질을 제거하기 위해 상기 제 2 식각 플루언스 임계값보다 더 큰, 상기 제 2 이미지 생성된 출력을 상기 타깃 위치로 인가하는 단계를 더 포함하는, 다층으로 된 워크피스에 공간부를 가공하기 위해 처리량을 증가시키는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 제 2 에너지 밀도는 약 10J/㎠보다 더 크거나 같은, 다층으로 된 워크피스에 공간부를 가공하기 위해 처리량을 증가시키는 방법.
  19. 제 17 항에 있어서, 제 2 펄스 반복 주파수에서 상기 제 2 가우시안 레이저 출력을 생성하는 단계와,
    상기 제 2 펄스 반복 주파수보다 더 높은 제 1 펄스 반복 주파수에서 상기 제 1 가우시안 레이저 출력을 생성하는 단계를 더 포함하는, 다층으로 된 워크피스에 공간부를 가공하기 위해 처리량을 증가시키는 방법.
  20. 제 17 항에 있어서, 제 1 공간부를 형성하기 위해 상기 제 2 및 제 1 이미지 생성된 출력을 제 1 타깃 위치로 순차적으로 향하게 하는 단계와,
    제 2 공간부를 형성하기 위해 상기 제 2 및 제 1 이미지 생성된 출력을 제 2 타깃 위치로 순차적으로 향하게 하는 단계를 더 포함하는, 다층으로 된 워크피스에 공간부를 가공하기 위해 처리량을 증가시키는 방법.
  21. 제 17 항에 있어서, 제 2 층 물질을 제거하기 위해 상기 제 2 이미지 생성된 출력을 제 1 타깃 위치로 향하게 하는 단계와,
    제 2 층 물질을 제거하기 위해 상기 제 2 이미지 생성된 출력을 제 2 타깃 위치로 향하게 하는 단계와,
    그후 제 1 층 물질을 제거하기 위해 상기 제 1 이미지 생성된 출력을 제 1 타깃 위치로 향하게 하는 단계와,
    제 1 층 물질을 제거하기 위해 상기 제 1 이미지 생성된 출력을 제 2 타깃 위치로 향하게 하는 단계를 더 포함하는, 다층으로 된 워크피스에 공간부를 가공하기 위해 처리량을 증가시키는 방법.
  22. 제 17 항에 있어서, 비펀칭에 의하여 상기 제 2 층 물질을 제거하는 단계와, 펀칭에 의하여 상기 제 1 층 물질을 제거하는 단계를 더 포함하는, 다층으로 된 워크피스에 공간부를 가공하기 위해 처리량을 증가시키는 방법.
  23. 제 17 항에 있어서, 비펀칭에 의하여 상기 제 2 층 물질 및 제 1 층 물질을 제거하는 단계를 더 포함하는, 다층으로 된 워크피스에 공간부를 가공하기 위해 처리량을 증가시키는 방법.
  24. 제 17 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 가우시안 에너지는 서로 다른, 다층으로 된 워크피스에 공간부를 가공하기 위해 처리량을 증가시키는 방법.
  25. 제 17 항에 있어서, 상기 제 2 개구부 성형된 에너지는 상기 제 1 가우시안 에너지의 65%보다 더 큰, 다층으로 된 워크피스에 공간부를 가공하기 위해 처리량을 증가시키는 방법.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 제 2 개구부 성형된 에너지는 상기 제 1 가우시안 레이저 에너지의 75%보다 더 큰, 다층으로 된 워크피스에 공간부를 가공하기 위해 처리량을 증가시키는 방법.
  27. 제 17 항에 있어서, 상기 제 2 이미지 생성된 출력은 상기 제 1 가우시안 에너지의 45%보다 더 큰 에너지를 갖는, 다층으로 된 워크피스에 공간부를 가공하기 위해 처리량을 증가시키는 방법.
  28. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 층 물질은 제 2 층 물질의 두 층 사이에 놓여 있고, 제 1 가우시안 레이저 출력을 생성하는 단계 이전에,
    제 2 가우시안 에너지와 400㎚보다 더 짧은 파장에서 실질적으로 가우시안 방사도 윤곽을 가지는 제 2 가우시안 레이저 출력을 생성하는 단계와,
    상기 빔-성형 요소 및 상기 개구부를 우회하는 제 2 광학 경로를 따라 상기 제 2 가우시안 레이저 출력을 전파하는 단계와,
    타깃 위치 내에 있는 제 2 층 물질을 제거하기 위해 상기 제 2 가우시안 레이저 출력을 상기 워크피스 상의 상기 타깃 위치로 인가하는 단계로서, 상기 제 2 가우시안 출력은 스폿 영역에 걸쳐 제 2 에너지 밀도를 가지며, 상기 제 2 에너지 밀도는 제 2 층 물질을 제거하기 위해 상기 제 2 식각 플루언스 임계값보다 더 큰, 상기 제 2 가우시안 레이저 출력을 상기 타깃 위치로 인가하는 단계와,
    이미지 생성된 출력을 제공하기 위해 제 2 광학 경로로부터 상기 광학 경로로 변경하는 단계를 더 포함하는, 다층으로 된 워크피스에 공간부를 가공하기 위해 처리량을 증가시키는 방법.
  29. 제 28 항에 있어서, 제 2 펄스 반복 주파수로 상기 제 2 가우시안 레이저 출력을 생성하는 단계와,
    상기 제 2 펄스 반복 주파수보다 더 높은 제 1 펄스 반복 주파수로 상기 제 1 가우시안 레이저 출력을 생성하는 단계를 더 포함하는, 다층으로 된 워크피스에 공간부를 가공하기 위해 처리량을 증가시키는 방법.
  30. 제 28 항에 있어서, 비펀칭에 의하여 상기 제 2 층 물질을 제거하는 단계와,
    펀칭에 의하여 상기 제 1 층 물질을 제거하는 단계를 더 포함하는, 다층으로 된 워크피스에 공간부를 가공하기 위해 처리량을 증가시키는 방법.
  31. 광학 경로를 따라 가우시안 에너지를 가지는 자외선 가우시안 레이저 출력을 생성하는, 다이오드 펌핑되는 고체 상태의 레이저와,
    상기 광학 경로를 따라 놓여 있으며, 상기 가우시안 레이저 출력을, 높고 균일한 강도의 중심 방사도 윤곽과 낮은 강도의 외부 방사도 윤곽을 가지는 성형된 출력으로 변환시키는 빔-성형 요소와,
    상기 광학 경로를 따라 놓여 있으며, 개구부 성형된 에너지를 가지는 개구부 성형된 출력을 생성하기 위해 상기 성형된 출력의 상기 외부 방사도 윤곽의 주 부분을 클립하며 개구부를 통해 상기 가우시안 에너지의 적어도 50%를 통과시키는 개구부와,
    상기 개구부 성형된 출력을 이미지 생성된 출력으로 변환시키는 하나 또는 그보다 많은 이미지 생성 렌즈 요소와,
    공간부를 형성하기 위해 상기 이미지 생성된 출력을 워크피스 상의 타깃 위치로 향하게 하는 위치 지정 시스템을 포함하는, 레이저 시스템.
  32. 제 31 항에 있어서, 상기 광학 경로를 따라 놓여 있는 한 쌍의 빔 지향 미러를 더 포함하며, 상기 빔 지향 미러 사이에는 상기 빔-성형 요소와 상기 개구부가 광학적으로 배치되어, 상기 빔 위치 지정 시스템이 상기 가우시안 출력을 상기 워크피스로 향하도록 상기 빔-성형 요소와 상기 개구부를 우회하는 대안적 광학 경로를 따라 상기 가우시안 레이저 출력을 우회(divert)시키는, 레이저 시스템.
  33. 제 31 항에 있어서, 상기 빔-성형 요소는 제 1 빔-성형 요소이고, 상기 개구부는 제 1 사이즈를 가지는 제 1 개구부이며, 상기 제 1 빔-성형 요소와 상기 제 1 개구부는 상기 워크피스 상의 제 1 스폿 영역에 걸쳐 실질적으로 균일한 제 1 에너지 밀도를 생성하도록 공동 작용(cooperate)되는, 레이저 시스템.
  34. 제 33 항에 있어서, 상기 제 1 빔-성형 요소와 상기 제 1 개구부는 상기 워크피스 상의 제 2 스폿 영역에 걸쳐 실질적으로 균일한 제 2 에너지 밀도를 결정하도록 공동 작용되는 제 2 개구부와 제 2 빔-성형 요소에 의해 제거 가능(removable)하며 교체 가능(replaceable)한, 레이저 시스템.
  35. 제 33 항에 있어서, 상기 제 1 빔-성형 요소와 상기 제 1 개구부를 수용하는 제 1 제거 가능 이미지 생성 광학 기구 레일(removable imaging optics rail)을 더 포함하며, 상기 제 1 이미지 생성 광학 기구 레일은 상기 워크피스 상의 상기 타깃 위치에서 제 2 스폿 영역에 걸쳐 제 2 에너지 밀도를 결정하도록 공동 작용되는 제 2 개구부와 제 2 빔-성형 요소를 가지는 제 2 이미지 생성 광학 기구 레일로 교체 가능한, 레이저 시스템.
  36. 제 31 항에 있어서, 상기 이미지 생성 광학 기구 레일의 제거에 의해 상기 가우시안 레이저 출력이 상기 타깃 위치에 있는 상기 워크피스에 도달되게 하도록, 상기 개구부와 상기 빔-성형 요소를 수용하는 제거 가능 이미지 생성 광학 기구 레일(removable imaging optics rail)을 더 포함하는, 레이저 시스템.
  37. 제 31 항에 있어서, 상기 개구부 성형된 에너지는 상기 가우시안 에너지의 65%보다 더 큰, 레이저 시스템.
  38. 제 37 항에 있어서, 상기 개구부 성형된 에너지는 상기 가우시안 레이저 에너지의 75%보다 더 큰, 레이저 시스템.
  39. 제 31 항에 있어서, 상기 공간부는 최소 직경(dmin), 최대 직경(dmax), 및 0.9 보다 큰 둥글기를 가지며, 여기서 상기 둥글기는 dmin/dmax와 같은, 레이저 시스템.
  40. 제 31 항에 있어서, 상기 공간부는 바닥 직경(db), 상부 직경(dt), 및 0.5보다 큰 테이퍼 비를 가지며, 여기서 상기 테이퍼 비는 db/dt와 같은, 레이저 시스템.
  41. 제 31 항에 있어서, 상기 제 1 에너지 밀도는 약 2J/㎠보다 작거나 같은, 레이저 시스템.
  42. 제 31 항에 있어서, 상기 파장은 약 355㎚ 또는 266㎚인, 레이저 시스템.
  43. 제 31 항에 있어서, 상기 워크피스는 제 1 층 물질 및 제 2 층 물질을 포함하며, 상기 제 1 층 물질은 유전체 물질을 포함하고 상기 제 2 층 물질은 금속을 포함하는, 레이저 시스템.
  44. 제 43 항에 있어서, 상기 유전체 물질은 유기 유전체 물질을 포함하며 상기 금속은 구리를 포함하는, 레이저 시스템.
  45. 제 31 항에 있어서, 상기 개구부와 상기 워크피스 사이의 상기 광학 경로를 따라 배치된 가변 빔 팽창기(variable beam expander)를 더 포함하는, 레이저 시스템.
  46. 제 31 항에 있어서, 상기 가우시안 레이저 출력을 제 2 펄스 에너지를 가지는 제 2 가우시안 레이저 출력으로 변환하기 위해 상기 가우시안 레이저 출력의 급격한 반복 속도 변화를 초래할 수 있는 Q-스위치의 제어를 신속히 변화시키기 위한 신속 가변 제어 전자 장치(rapidly variable control electronics)를 더 포함하는, 레이저 시스템.
  47. 제16 항, 제22 항, 제23 항 또는 제30 항 중 어느 한 항에 있어서,
    비펀칭은 나선형, 톱날형, 동심원 처리법을 포함하는, 다층으로 된 워크피스에 공간부를 가공하기 위해 처리량을 증가시키는 방법.
  48. 제1 항에 있어서,
    상기 실질적으로 가우시안 방사도 윤곽은 상기 제1 가우시안 레이저 출력의 TEM00 공간 모드로부터 생기는, 다층으로 된 워크피스에 공간부를 가공하기 위해 처리량을 증가시키는 방법.
  49. 제1 항에 있어서,
    상기 실질적으로 가우시안 방사도 윤곽은 1.4보다 작거나 같은 M2 값을 갖는, 다층으로 된 워크피스에 공간부를 가공하기 위해 처리량을 증가시키는 방법.
  50. 제1 항 내지 제30 항, 제48 항 또는 제49 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 빔-성형 요소는 회절 광학 소자를 포함하는, 다층으로 된 워크피스에 공간부를 가공하기 위해 처리량을 증가시키는 방법.
  51. 제31 항에 있어서,
    상기 실질적으로 가우시안 방사도 윤곽은 상기 제1 가우시안 레이저 출력의 TEM00 공간 모드로부터 생기는, 레이저 시스템.
  52. 제31 항에 있어서,
    상기 실질적으로 가우시안 방사도 윤곽은 1.4보다 작거나 같은 M2 값을 갖는, 레이저 시스템.
  53. 제45 항에 있어서,
    상기 레이저 시스템은 동일한 처리 응용을 수행하기 위한 적어도 두개의 실질적으로 유사한 레이저 시스템의 뱅크 중 하나를 형성하며, 의도되지 않은 성능 차이가 있는 각각의 레이저 및 각각의 빔-성형 요소를 구비하고, 상기 레이저 시스템 중 적어도 하나의 상기 가변 빔 팽창기가 상기 레이저와 상기 빔-성형 요소 사이의 의도되지 않은 성능 차이에 대해 보상하기 위해 사용되는, 레이저 시스템.
  54. 제31 항 내지 제46 항 또는 제51 항 내지 제53 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 빔-성형 요소는 회절 광학 요소를 포함하는, 레이저 시스템.
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