KR100877936B1 - 레이저 분할 커팅 - Google Patents

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윤롱 선
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Abstract

실리콘 및 이와 유사한 물질을 통해 UV 레이저 커팅 쓰루컷은 약 10㎛ 내지 1mm로, 긴 커트 경로(112)를 짧은 세그먼트(122)로 분리시킴으로써 향상된다. 레이저 출력(32)은 미리 결정된 수의 패스에 대해 제 2 짧은 세그먼트(122)로 이동되고 제 2 짧은 세그먼트 내에서 스캐닝되기 전에 미리 결정된 수의 패스에 대해 제 1 짧은 세그먼트(122) 내에서 스캐닝된다. 바이트 크기, 세그먼트 크기(126), 및 세그먼트 중첩(136)은 트렌치의 다시 채워짐의 양 및 유형을 최소화하도록 조정될 수 있다. 실시간 감시는, 커트가 이미 완료되는 커트 경로(112)의 재스캐닝 부분을 감소시키기 위해 사용된다. 레이저 출력(32)의 편광 방향은 처리량을 더 향상시키기 위해 커팅 방향과 또한 상호 관련된다. 이 기술은 다양한 상이한 레이저 및 파장을 갖는 다양한 물질을 커팅하는데 사용될 수 있다.

Description

레이저 분할 커팅{LASER SEGMENTED CUTTING}
본 특허 출원은, 2001년 6월 8일에 출원된 미국 가출원(제 60/297,218호)과, 2001년 1월 31일에 출원된 미국 가출원(제 60/265,556호)의 우선권을 청구한, 2001년 12월 14일에 출원된 미국 특허 출원(제 10/017,497호)의 우선권을 청구한다.
연방 정부 지원 조사 또는 개발
적용 안됨
저작권 통보
ⓒ 2001 일렉트로 싸이언티픽 인더스트리이즈, 인코포레이티드. 본 특허 명세서의 개시 부분은 저작권 보호를 받는 자료를 포함한다. 저작권자는, 누군가 본 특허 명세서 또는 특허 문서를 특허청의 특허 파일 또는 레코드에 있는 대로 복사하는 것에 대해 이의를 갖지 않지만, 그렇지 않은 경우 모든 저작권 등을 보유할 수 있다. 37 CFR §1.71(d).
본 발명은 레이저 커팅기에 관한 것으로, 더 구체적으로 실리콘 또는 다른 물질에서 레이저 커팅 처리량을 개선시키기 위해 유리한 빔 위치 지정(positioning) 및 스캐닝을 위한 방법 및/또는 시스템에 관한 것이다.
도 1은 기존의 연속적인 커팅 프로파일(cutting profile)(8)을 개략적으로 도시한 도면이다. 기존의 레이저 커팅은 전체 커트 경로를 통해 연속적으로 스캐닝하기 위해 연속 레이저 펄스로부터 순차적으로 겹치는 스폿(overlapping spot)을 사용한다. 목표가 전체 커트 경로를 따라 절단될 때까지 다수의 완전한 패스(pass)가 수행된다. 목표 물질이 두꺼우면, 특히 한정된 레이저 전력을 통한 커팅 프로세스를 완료하기 위해 많은 패스(몇몇 경우에 100회 이상의 패스)가 필요할 수 있다.
그러므로, 두꺼운 물질을 위한 레이저 커팅 처리량을 증가시키는 방법이 바람직하다.
그러므로, 본 발명의 목적은 실리콘 또는 다른 물질을 레이저 커팅하기 위한 처리량을 개선시키는 방법 및/또는 시스템을 제공하는 것이다.
편리함을 위해, 커팅(cutting)이라는 용어는 일반적으로 트렌칭(trenching)(목표 소재의 전체 깊이를 관통하지 않는 커팅), 및 슬라이싱(slicing)(종종 웨이퍼 행 분리와 연관됨) 또는 다이싱(dicing){종종 웨이퍼 행으로부터의 부분 개별화(singulation)와 연관됨}을 포함하는 쓰루커팅(throughcutting)을 포함하는데 사용될 수 있다. 슬라이싱 및 다이싱은 본 발명의 정황에서 서로 번갈아 사용될 수 있다.
도 2a는 종래의 긴 연속 쓰루컷에 대해, 실리콘 웨이퍼 두께가 증가함에 따라, 효과적인 다이싱 속도는 매우 빨리 감소하는 것을 도시한 그래프이다. 따라서, 두께가 증가함에 따라, 레이저 패스의 횟수는 거의 지수적으로 증가하고, 그 결과 다이싱 속도를 지수적으로 감소시킨다. 커팅 폭은 약 수십미크론(㎛)에 불과할 수 있고, 웨이퍼 두께는 일반적으로 커팅 폭보다 훨씬 더 두껍다.
기존의 레이저 커팅 프로파일은 레이저에 의해 배출된 물질로 트렌치가 다시 채워질(backfill) 수 있다. 웨이퍼 두께가 증가할 때, 이러한 다시 채워짐은 더욱 더 심해지게 되고, 주로 다이싱 속도에서의 극적인 감소를 초래할 수 있다. 더욱이, 많은 프로세스 조건 하의 몇몇 물질에 대해, 배출된 다시 채워진 물질은 원래 목표 물질보다는 후속 패스상에서 제거하는 것이 더 어려울 수 있다. 레이저 배출 물질을 통한 트렌치의 다시 채워짐이 다소 임의적인 특성을 갖기 때문에, 기존의 커팅 프로파일의 임의의 부분을 따라 다시 채워지는 정도는 크거나 작을 수 있어서, 커팅 경로의 몇몇 부분은 커팅 경로의 다른 부분보다 더 적은 패스로 쓰루커팅될 수 있다{갈라짐(opened)}. 기존의 레이저 커팅 기술은 이러한 현상을 무시하고, 목표 물질이 전체 커트 경로를 따라 절단될 때까지 레이저 출력의 완전한 패스를 통해, 이미 절단된 영역을 포함하는 전체 커트 경로를 연속적으로 스캐닝한다.
일례로, 10kHz에서 약 4W의 레이저 출력 전력만을 갖는 UV 레이저는, 종래의 레이저 커팅 프로파일을 사용하여 750㎛ 두께의 실리콘 웨이퍼를 완전히 쓰루커팅할 수 있게 하기 위해 약 150회의 패스를 필요로 한다. 종래의 커팅 프로파일은 일반적으로 웨이퍼의 전체 길이를 가로지르는데, 상기 웨이퍼는 일반적으로 약 200mm 내지 305mm의 직경을 갖는다. 결과적인 커팅 속도(rate)는 이러한 두께의 실리콘을 위한 상업용 다이싱 응용에 비해 너무 느리다. 분할(segmented) 커팅 기술이 임의 의 레이저 수용 물질을 커팅하는데 사용될 수 있고 임의의 레이저 파장에 사용될 수 있더라도, 분할 커팅 기술은, 고체 생성 UV와 같이 레이저 전력이 한정된 파장, 특히 그러한 파장이 일정한 물질에 대해 최상의 커팅 품질을 제공하는 파장에서의 레이저 프로세싱에 특히 유용하다. 예를 들어, IR 레이저가 더욱 더 이용가능한 출력 전력을 제공하는 경향이 있더라도, IR 파장은 실리콘, 알루미나, AlTiC 및 다른 세라믹 또는 반도체 물질에 균열이 생기거나 다른 경우 손상을 줄 수 있다. UV는 예를 들어 실리콘 웨이퍼를 커팅하는 것에 가장 바람직하다.
페이(Fahey) 등의 미국 특허 출원(제 09/803,382호)은 행을 분리하거나, 슬라이더 또는 다른 성분을 개별화(singulating)하기 위한 UV 레이저 시스템 및 방법을 기재한다. 이러한 방법은 웨이퍼의 한 면 또는 양쪽 면에서 향하게 되는 레이저 및 소(saw) 커팅, 및 에지 변형을 위한 다양한 기술의 다양한 조합을 포함한다.
베어드(Baird) 등의 미국 특허 출원 번호(제 10/017,497호)는, 실리콘과 같은 커팅하기 힘든(in hard-to-cut) 물질에서 50㎛보다 적은 크기의 형상(feature)을 갖는 패턴을 직접 및 빨리 형성하기 위해 자외선 레이저 연삭(ablation)을 사용하는 것을 더 기재한다. 이러한 패턴은, 집적 회로 연결을 위해 매우 긴(high-aspect) 원통형 개구부 또는 막다른 형태의 비아(blind via)의 형성과; 실리콘 웨이퍼 상에 포함된 프로세싱된 다이(die)의 개별화; 및 모(parent) 웨이퍼로부터 실리콘에 형성된 마이크로 회로를 분리시키기 위한 마이크로탭(microtab) 커팅을 포함한다.
도 2b는 750㎛ 두께의 실리콘에서의 커팅 프로파일의 커팅 길이 대 다이싱 커트를 완료시키기 위한 패스의 수를 비교하는 최근의 실험 결과를 도시한 그래프 이다. 웨지(wedge) 또는 "파이 슬라이스(pie slice)"는 750㎛ 두께의 실리콘 웨이퍼로부터 얻어지고, 상이한 길이의 커팅 프로파일은 한 에지에서 다른 에지까지 수행된다. 실험은, 더 짧은 커팅 프로파일이 더 적은 패스로 다이싱될 수 있음을 보여준다.
그러므로, 본 발명은, 트렌치의 다시 채워짐의 양 및 유형을 최소화하는 작은 세그먼트(segment)를 포함하는 커팅 프로파일로 긴 커트를 분리시킨다. 두꺼운 실리콘에서의 쓰루커팅 또는 트렌치 커팅을 위해, 예를 들어, 이러한 세그먼트는 약 10㎛ 내지 1mm 사이에 있는 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 약 100㎛ 내지 800㎛, 가장 바람직하게는 약 200㎛ 내지 500㎛ 사이에 있다. 일반적으로, 레이저 빔은 이동되기 전에 미리 결정된 수의 패스에 대해 제 1 짧은 세그먼트 내에서 스캐닝되고, 미리 결정된 수의 패스에 대해 제 2 짧은 세그먼트 내에서 스캐닝된다. 빔 스폿 크기, 바이트 크기, 세그먼트 크기, 및 세그먼트 중첩은 트렌치의 다시 채워짐의 양 및 유형을 최소화하기 위해 조정될 수 있다. 전체 커트 경로에 대한 몇몇 스캔은 특히 세그먼트 커팅 단계 이전 및/또는 이후에 상기 프로세스에 선택적으로 사용될 수 있어서, 처리량을 최대화하고 및/또는 커트 품질을 향상시킨다.
본 발명은 다시 채워짐 및 오버프로세싱(overprocessing)을 감소시키기 위해 실시간 모니터링 및 선택적인 세그먼트 스캐닝을 선택적으로 사용함으로써 처리량 및 품질을 또한 향상시킨다. 모니터링은, 커트가 이미 완료된 커트 경로의 재스캐닝 부분을 제거할 수 있다. 더욱이, 레이저 빔의 편광화는 커팅 방향과 상보될 수 있어서, 처리량을 더 향상시킨다. 이러한 기술은 파편을 적게 생성하여, 커팅 영역 또는 절단 부분(kerf) 주변의 열 영향 지역(HAZ: Heat Affected Zone)을 감소시키고, 더 나은 커트 품질을 발생시킨다.
본 발명이 실리콘 웨이퍼 커팅에 대한 예로서만 본 명세서에 제공되지만, 본 명세서에 기술된 분할 커팅 기술이 유사하거나 상이한 파장을 갖는 동일하거나 상이한 유형의 레이저를 통해 여러 목표 물질을 커팅하기 위해 사용될 수 있음이 당업자에게 인식될 것이다.
본 발명의 추가 목적 및 장점은 첨부 도면을 참조하여 바람직한 실시예의 다음의 상세한 설명으로부터 명백해진다.
도 1은 기존의 연속 커팅 프로파일을 도시한 개략도.
도 2a는 기존의 연속적인 커트에 대해 효과적인 다이싱 속도 대 실리콘 웨이퍼 두께를 도시한 그래프.
도 2b는 실리콘에서 커트를 완료하기 위한 패스의 수 대 커팅 길이를 도시한 그래프.
도 3은 본 발명에 따라 분할 커팅을 수행하기 위한 예시적인 레이저 시스템의 부분적으로 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따라 분할 커팅을 수행하기 위한 대안적인 바람직한 레이저 시스템의 개략도.
도 5는 본 발명에 따른 분할 커팅을 수행하기 위한 레이저 시스템에 사용될 수 있는 임의의 이미지화 광 모듈의 개략도.
도 6은 본 발명의 실행 동안 사용된 레이저의 펄스 에너지 및 펄스 반복 주파수 사이의 특징적인 관계를 디스플레이한 그래프.
도 7은 본 발명에 따라 분할 커팅을 수행하기 위한 예시적인 레이저 시스템에 의해 선택적으로 수행된 실시간 커트 상태 모니터를 도시한 개략도.
도 8은, 선택적인 편광 추적 시스템에 의해 커팅 속도가 개선되는 제 1 및 제 2 횡방향 각각을 갖는 커트 경로를 도시한 도면.
도 9는 본 발명에 따라 자외선 연삭 분할 커팅을 사용하여 처리량 프로세싱을 위해 반도체 소재가 위치하는 자외선 투명 청크(chunk)를 도시한 도면.
도 10은 본 발명에 따라 생성된 분할 커팅 프로파일을 도시한 개략도.
도 11은 레이저 스폿을 중첩함으로써 순차적으로 충돌된 확대된 커팅 세그먼트를 개략적으로 도시한 평면도.
도 12는 본 발명에 따라 생성된 대안적인 분할 커팅 프로파일을 도시한 개략도.
도 13은 본 발명에 따라 생성된 대안적인 분할 커팅 프로파일을 도시한 개략도.
도 14는 본 발명에 따라 생성된 대안적인 분할 커팅 프로파일을 도시한 개략도.
도 15는 본 발명에 따라 생성된 대안적인 분할 커팅 프로파일을 도시한 개략도.
도 16은 본 발명에 따라 생성된 대안적인 분할 커팅 프로파일을 도시한 개략 도.
도 17은 본 발명에 따라 생성된 대안적인 분할 커팅 프로파일을 도시한 개략도.
도 18은 실리콘의 분할 커팅 프로세싱에 의해 형성된 트렌치 패턴을 도시한 도면.
도 19는 반도체 웨이퍼 상에서의 분할 커팅 프로세스에 의해 MEMS 디바이스의 패터닝을 도시한 도면.
도 20은 반도체 웨이퍼 상에서의 분할 커팅 프로세스에 의해 제조된 AWG 디바이스를 도시한 도면.
도 3 및 4는, 본 발명에 따라 반도체 소재(12)의 트렌칭, 슬라이싱, 또는 다이싱과 같은 분할 커팅을 수행하기 위해 사용될 수 있는 웨이퍼 청크 조립체(100)가 설치된 복합 빔 위치 조정 시스템(30)을 이용하여 각 예시적인 레이저 프로세싱 시스템(10a 및 10b)(일반적으로 10)의 대안적인 실시예를 도시한다. 도 3 및 4를 참조하면, 레이저 시스템(10)의 예시적인 실시예는 Q-스위치되고, 다이오드-펌핑(DP: Diode-Pumped)된 고체(SS) UV 레이저(14)를 포함하며, 상기 UV 레이저(14)는 Nd:YAG, Nd:YLF, 또는 Nd:YVO4와 같은 고체 래전트(lasant)를 포함하는 것이 바람직하다. 레이저(14)는, 주로 TEM00 공간 모드 프로파일로 355nm(3배 주파수의 Nd:YAG). 266nm(4배 주파수의 Nd:YAG), 또는 213nm(5배 주파수의 Nd:YAG)와 같은 파장에서 하나 이상의 레이저 펄스의 고조파로 생성된 UV 레이저 출력(16)을 제공하는 것이 바람직하다.
바람직한 실시예에서, 레이저(14)는, 재료 표면에서 5W로 약 355nm로 동작하고, 캘리포니아, 마운틴 뷰(Mountain View)에 위치한 라이트웨이브 일렉트로닉스사(Lightwave Electronics)가 판매한 모델 210-V06(또는 모델 Q301)의 Q-스위치된 3배 주파수의 Nd:YAG 레이저를 포함한다. 이러한 레이저는 오리곤, 포틀랜드에 위치한 일렉트로 사이언티픽 인더스트리이즈사(Electro Scientific Industries)가 판매한 ESI 모델 2700 미세 기계 가공 시스템에 사용되어 왔다. 대안적인 실시예에서, 고펄스 반복 주파수(PRF)에서 펄스당 높은 에너지를 사용하기 위해, 약 355nm로 동작하는, 라이트웨이브 일렉트로닉스 모델 210-V09(또는 모델 Q302)의 Q-스위치된 3배 주파수의 Nd:YAG 레이저가 사용될 수 있다. 다른 예시적인 레이저(22)의 세부 사항은 오웬(Owen) 등의 미국 특허(제 5,593,606호)에 구체적으로 기재되어 있다. 다른 레이저가 사용될 수 있고, 다른 파장이 다른 기술된 래전트로부터 이용가능하다는 것을 당업자는 인식할 것이다. 레이저 공동부(cavity) 장치, 고조파 생성, 및 Q-스위치 동작, 및 위치 지정 시스템(30) 모두 당업자에게 잘 알려져 있지만, 이들 요소의 몇몇에 대한 특정한 세부 사항은 예시적인 실시예의 논의 내에 제공될 것이다.
가우스(Gaussian)가 레이저 출력(16)의 방사(irradiance) 프로파일을 설명하는데 사용될 수 있지만, 대부분의 레이저(14)가 M2=1의 값을 갖는 완전한 가우스 출 력(16)을 방출하지 않음을 당업자는 인식할 것이다. 편리함을 위해, 1.3 또는 1.2보다 적은 M2 값이 바람직하지만, M2이 약 1.5 이하인 프로파일을 포함하는 가우스라는 용어가 본 명세서에 사용된다. 전형적인 광 시스템은 약 10㎛의 가우스 스폿 크기를 발생시키지만, 이것은 약 2㎛ 내지 100㎛가 되도록 쉽게 변형될 수 있다. 대안적으로, 본 명세서에서 나중에 기재된 바와 같이, 탑 햇(top hot) 빔 프로파일을 발생시키고, 또는 마스크를 사용하는 광 시스템은 미리 결정된 스폿 크기를 생성하는데 사용될 수 있다. 이러한 집속된 스폿 크기를 이용하여 실리콘을 커팅하는데 사용된 펄스 에너지는 5kHz보다 더 큰, 바람직하게는 10kHz 이상인 펄스 반복 주파수에서 펄스당, 200μJ보다 더 크고, 바람직하게는 800μJ보다 더 크다. 예시적인 설정은 13kHz에서 9.1W를 제공한다. 전체 폭의 최대 절반 지점에서 측정된 예시적인 레이저 펄스 폭은 80ns보다 적다. 대안적이고 및/또는 상호 보완적인 예시적인 프로세스 윈도우는, 15kHz에서 15W와 같이, 약 10kHz에서 재료 표면에서 약 3.5 내지 4.5W UV에서부터, 20kHz 내지 30kHz에서 약 20W 내지 30W UV를 포함하지만, 여기에 한정되지 않는다.
선택적으로, UV 레이저 출력(16)은, 잘 알려진 여러 확장 및/또는 시준 광학 장치(optics)(18)에 통과되고, 광 경로(20)를 따라 전달되고, 빔 위치 지정 시스템(30)에 의해 향하게 되어, 실리콘 웨이퍼와 같은 소재(12) 상에 원하는 레이저 목표 위치(34)에서 레이저 시스템 출력 펄스(들)(32)에 충돌한다. 예시적인 빔 위치 지정 시스템(30)은 병진 스테이지 위치 지정기(translation stage positioner)를 포함할 수 있는데, 상기 위치 지정기는 예를 들어 X, Y, 및/또는 Z 위치 지정 미러(42, 44)를 지지하고 동일하거나 상이한 소재(12) 상의 목표 위치(34) 사이에 빠른 이동을 허용하는 적어도 2개의 가로 스테이지(36 및 38)를 사용할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 병진 스테이지 위치 지정기는 스플릿-축(split axis) 시스템인데, 여기서 일반적으로 레일(46)을 따라 선형 모터에 의해 이동되는 Y 스테이지(36)는 소재(12)를 지지하고 이동하며, 일반적으로 레일(48)을 따라 선형 모터에 의해 이동되는 X 스테이지(38)는 고속 위치 지정기(50) 및 연관된 집속 렌즈(들) 또는 다른 광학 장치(58)(도 7)를 지지하고 이동시킨다. X 스테이지(38)와 Y 스테이지(36) 사이의 Z 치수도 또한 조정가능할 수 있다. 위치 지정 미러(42 및 44)는 레이저(14)와 고속 위치 지정기(50) 사이에 임의의 선회(turns)로 광 경로(20)를 정렬시키는데, 이 고속 위치 지정기(50)는 광 경로(20)를 따라 위치한다. 고속 위치 지정기(50)는, 예를 들어 제공된 시험 또는 설계 데이터에 기초하여 고유 또는 반복 프로세싱 동작을 달성할 수 있는 고 분해능 선형 모터 또는 한 쌍의 검류계 미러(60)(도 7)를 사용할 수 있다. 스테이지(36 및 38) 및 위치 지정기(50)는 독립적으로 제어 및 이동될 수 있거나, 패널화(panelized) 또는 패널화되지 않은 데이터에 응답하여 함께 이동하도록 조정될 수 있다. 스플릿 축의 위치 지정 시스템(30)은 8"(20.43cm) 및 특히 12"(30.48cm)의 웨이퍼를 커팅하는 것과 같이 넓은 면적의 이동(travel) 응용에 사용하는 것이 바람직하다.
고속 위치 지정기(50)는 소재(12)의 표면상의 하나 이상의 기준선(fiducial)에 정렬될 수 있는 비전(vision) 시스템을 또한 포함할 수 있다. 빔 위치 지정 시스템(30)은, 대물 렌즈(58)를 통해 작동하거나 별도의 카메라로 축에서 벗어나(off axis) 동작하는 당업자에게 잘 알려진 정렬 시스템을 동작시키기 위해 종래의 비전 또는 빔을 이용할 수 있다. 일실시예에서, 일렉트로 사이언티픽 인더스트리이즈사가 판매한 위치 지정 시스템(30)에서 자유(freedom) 라이브러리 소프트웨어를 이용하는 HRVX 비전 박스는 레이저 시스템(10)과 소재(12) 상의 목표 위치(34) 사이의 정렬을 수행하는데 사용된다. 다른 적합한 정렬 시스템도 상업적으로 이용가능하다. 정렬 시스템은 특히 래핑(lapped)되거나 연마된 웨이퍼와 같은 소재를 거울 반사(specularly reflecting)하기 위해 밝은 부분(bright-field)의 축상(on-axis) 조명을 이용하는 것이 바람직하다.
레이저 커팅을 위해, 빔 위치 지정 시스템(30)은 웨이퍼 표면상에 종래의 전형적인 소 커팅 또는 다른 기준선 또는 패턴에 정렬되는 것이 바람직하다. 소재(12)가 이미 기계적으로 노치(notched)되었으면, 커트 에지의 정렬은 소의 허용 오차 및 정렬 에러를 해결하는데 바람직하다. 빔 위치 지정 시스템(30)은 약 3 내지 5㎛보다 더 나은 정렬 정밀도를 가져, 레이저 스폿의 중심이 바람직하게는 10 내지 15㎛와 같은 레이저 빔 스폿 크기에 대해, 바람직한 약 3 내지 5㎛의 커팅 경로 내에 있다. 더 작은 스폿 크기를 위해, 정렬의 정밀도는 더욱 더 나은 것이 바람직할 것이다. 더 큰 스폿 크기를 위해, 정밀도는 덜 정밀할 수 있다.
더욱이, 빔 위치 지정 시스템(30)은, 선형 스케일 인코더 또는 레이저 간섭계와 같은 축상 위치 표시기에 의해 표시되지 않은 스테이지(36 및 38)의 피치, 편 요각(yaw), 또는 롤(roll)로 인한 애브(Abbe) 에러를 결정하기 위해 비접촉의 작은 변위 센서를 또한 사용할 수 있다. 애브 에러 보정 시스템은 정밀한 기준 표준에 대해 교정될 수 있어서, 보정은 센서 판독에서의 작은 변화를 감지하는 것에만 따르고, 센서 판독의 절대 정밀도에 따르지 않는다. 그러한 애브 에러 보정 시스템은, 2001년 7월 19일에 공개된 국제 공보(WO 01/52004 A1), 및 2001년 10월 18일에 공개된 미국 공보(2001-0029674 A1)에 구체적으로 기재되어 있다. 커틀러(Cutler)의 해당 미국 특허 출원(제 09/755,950호)의 관련 개시부는 참고로 본 명세서에 병합되어 있다.
위치 지정 시스템(30)의 많은 변형은 당업자에게 잘 알려져 있고, 위치 지정 시스템(30)의 몇몇 실시예는 커틀러 등의 미국 특허(제 5,751,585호)에 구체적으로 기재되어 있다. 오리곤, 포틀랜드에 위치한 일렉트로 사이언티픽 인더스트리이즈사가 판매한 ESI 모델 2700 또는 5320 미세 기계 시스템은 위치 지정 시스템(30)의 예시적인 구현이다. 오리곤, 포틀랜드에 위치한 일렉트로 사이언티픽 인더스트리이스가 제작한, 모델 일련 번호 27xx, 43xx, 44xx, 또는 53xx와 같은 다른 예시적인 위치 지정 시스템도 또한 사용될 수 있다. 소재(12)를 이동시키는 X-Y 선형 모터, 및 스캔 렌즈를 이동시키는 X-Y 스테이지를 사용하는 이들 시스템 중 몇몇은 긴 직선 커트를 행하기 위한 비용 효율적인 위치 지정 시스템이다. 고정된 빔 위치로 소재를 위치 지정하는 단일 X-Y 스테이지 및/또는 빔 위치 지정을 위한 고정형 검류계를 갖는 시스템이 대안적으로 사용될 수 있음을 당업자는 또한 인식할 것이다. 그러한 시스템이, 주기적이거나 주기적이 아닐 수 있는 폭넓은 다양한 유용한 패턴 을 발생시키기 위해 고속으로 집속형 UV 레이저 시스템 출력 펄스(32)를 다이나믹하게 위치시키는 툴패스 파일(toolpath file)을 이용하도록 프로그래밍될 수 있음을 당업자는 인식할 것이다.
반파 플레이트 편광자와 같은 선택적 레이저 전력 제어기(52)는 광 경로(20)를 따라 위치될 수 있다. 더욱이, 광 다이오드와 같은 하나 이상의 빔 검출 디바이스(54)는, 레이저 출력(16)의 파장에 부분적으로 투과하도록 적응되는 위치 지정 미러(44)로 정렬된 바와 같이 레이저 전력 제어기(52)의 다운스트림에 존재할 수 있다. 빔 검출 디바이스(54)는 레이저 전력 제어기(52)의 효과를 변형시키기 위한 신호를 전달하는 빔 진단 전자 장치와 통신하는 것이 바람직하다.
레이저(14) 및/또는 그 Q-스위치, 빔 위치 지정 시스템(30) 및/또는 그 스테이지(36 및 38), 고속 위치 지정기(50), 비전 시스템, 임의의 에러 보정 시스템, 빔 검출 디바이스(54), 및/또는 레이저 전력 제어기(52)는 레이저 제어기(70)에 의해 직접적으로 또는 간접적으로 조정되고 제어될 수 있다.
도 4를 참조하면, 레이저 시스템(10b)은 각 레이저 출력(16a 및 16b)을 방출하는 적어도 2개의 레이저(14a 및 14b)를 이용하는데, 상기 레이저 출력은 횡방향으로 선형적으로 편광되고, 각 반사 디바이스(42a 및 42b)를 향해 각 광 경로(20a 및 20b)를 따라 전달된다. 선택적 파장 플레이트(waveplate)(56)는 광 경로(20b)를 따라 위치될 수 있다. 반사 디바이스(42a)는 편광 감지 빔 결합기인 것이 바람직하고, 공통 광 경로(20)를 따라 전달하기 위해 레이저 출력(16a 및 16b)을 결합하도록 2개의 광 경로(20a 및 20b)를 따라 위치한다.
레이저(14a 및 14b)는 동일하거나 상이한 유형의 레이저일 수 있고, 동일하거나 상이한 파장을 갖는 레이저 출력(16a 및 16b)을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 레이저 출력(16a)은 약 266nm의 파장을 가질 수 있고, 레이저 출력(16b)은 약 355nm의 파장을 가질 수 있다. 레이저(14a 및 14b)가 나란히 또는 하나가 다른 하나의 위에 있도록, 또한 양쪽 모두 병진 스테이지(36 또는 38) 중 하나에 부착되도록 장착될 수 있거나, 레이저(14a 및 14b)가 또한 별도의 독립적인 이동 헤드 상에 장착될 수 있음을 당업자는 인식할 것이다. 레이저(14a 및 14b) 발사는 레이저 제어기(70)에 의해 조정되는 것이 바람직하다. 레이저 시스템(10b)은 매우 높은 에너지 레이저 출력 펄스(32b)를 발생시킬 수 있다. 도 4에 도시된 장치의 특정 장점은, 종래의 단일 레이저 헤드로부터 발생하기에 어려울 수 있는 펄스당 증가된 에너지를 갖는 재료 표면상에 충돌하는 결합된 에너지 출력(32)을 발생시키는 것이다. 그러한 펄스당 증가된 에너지는, 깊은 트렌치를 연마하거나, 두꺼운 실리콘 웨이퍼 또는 다른 소재(12)를 슬라이싱하거나 다이싱하는데 특히 유리할 수 있다.
레이저 시스템 출력 펄스(32)의 실질적으로 둥근 프로파일에도 불구하고, 향상된 빔 형태 품질은 선택적으로 이미지화된 광 모듈(62)을 통해 달성될 수 있고, 이를 통해 잔류 비점수차 또는 타원형 또는 다른 형태 특성과 같은 불필요한 빔 아티팩트(artifact)가 공간적으로 필터링된다. 도 5를 참조하면, 이미지 광 모듈(62)은 광 소자(64)와, 렌즈(66)와, 애퍼처 마스크(68)를 포함할 수 있는데, 상기 애퍼쳐 마스크(68)는 임의의 바람직하지 않은 사이드 로브(side lobe)를 차단하기 위해 광 소자(64)에 의해 생성된 빔 허리(waist)에 또는 그 근처에, 및 빔의 주변부에 위치하여, 그 결과 정밀한 형태를 나타낸 스폿 프로파일은 재료 표면상에 이후에 이미지화된다. 예시적인 실시예에서, 광 소자(64)는 회절 디바이스 또는 집속 렌즈이고, 렌즈(66)는 레이저 시스템(10)의 구성에 융통성을 추가하기 위해 시준 렌즈이다.
애퍼처의 크기를 변화시켜 스폿 프로파일의 에지 첨예도(edge sharpness)를 제어할 수 있어서, 정렬 정밀도를 향상시켜야 하는 더 작은 날카로운 에지의(sharper-edged) 세기 프로파일을 발생시킬 수 있다. 더욱이, 이러한 장치를 통해, 애퍼처의 형태는 정확히 원형일 수 있거나, 또한 직사각형, 타원형, 또는 커팅 방향에 평행하거나 수직으로 정렬될 수 있는 다른 원형이 아닌 형태일 수 있다. 마스크(68)의 애퍼처는 선택적으로 광 배출측에서 바깥쪽으로 벌어질 수 있다(flared). UV 레이저 응용에 대해, 이미지화된 광 모듈(62)에서의 마스크(68)는 사파이어를 포함하는 것이 바람직하다. 애퍼처 마스크(68)가 광 소자(64 및 66) 없이 사용될 수 있음을 당업자는 인식할 것이다.
대안적인 실시예에서, 광 소자(64)는 하나 이상의 빔 형태 소자를 포함하는데, 이 소자는 광 소자(64)의 다운스트림에 있는 애퍼처 마스크(68) 근처에서, 행 가우스 방사 프로파일을 갖는 레이저 펄스를 형상화(및 집속된) 펄스로 변환하는데, 상기 형상화 펄스는 거의 일정한(near-uniform) "탑 햇" 프로파일, 또는 특히 슈퍼-가우스 방사 프로파일을 갖는다. 그러한 빔 형상 소자는 비구면 광학 장치 또는 회절 광학 장치를 포함할 수 있다. 일실시예에서, 렌즈(66)는 빔 크기 및 발산을 제어하는데 유용한 이미지화 광학 장치를 포함한다. 단일 이미지화 렌즈 소자 또는 다중 렌즈 소자가 사용될 수 있음을 당업자는 인식할 것이다. 형상 레이저 출력이 애퍼처 마스크(68)를 사용하지 않고도 이용될 수 있음을 당업자는 또한 인식할 것이고, 이것이 현재 바람직하다.
일실시예에서, 빔 형상 소자는 고효율 및 고 정밀도를 갖는 복잡한 빔 형상화를 수행할 수 있는 회절 광학 장치 요소(DOE: Diffractive Optic Element)를 포함한다. 빔 형상 소자는 가우스 방사 프로파일을 거의 일정한 방사 프로파일로 전환할 뿐 아니라, 형상화 출력을 결정가능하거나 규정된 스폿 크기에 집속한다. 단일 요소 DOE가 바람직하지만, DOE가 빔 형상화를 위해 DOE를 설계하는 기술을 또한 기재한 딕키(Dickey) 등의 미국 특허(제 5,864,430호)에 기재된 위상 플레이트 및 전환 요소와 같은 다수의 별도의 요소를 포함할 수 있음을 당업자는 인식할 것이다. 전술한 형상화 및 이미지화 기술은 2000년 12월 7일에 공개된 국제 공보(WO 00/73013)에 구체적으로 기재되어 있다. 2000년 5월 26일에, 던스키(Dunsky) 등의 대응하는 미국 특허 출원(09/580,396)의 관련 개시부는 참고로 본 명세서에 병합되어 있다.
펄스당 에너지의 동적 범위에 증가된 유연성을 제공하기 위해, 음향-광학 변조기 또는 전자-광학 변조기와 같은 고속 응답 진폭 제어 메커니즘은 연속적인 펄스의 펄스 에너지를 변조하는데 사용될 수 있다. 대안적으로, 또는 고속 응답 진폭 제어 메커니즘과 조합하여, 펄스 반복 주파수는 연속적인 펄스의 펄스 에너지에서 변화를 달성하도록 증가되거나 감소될 수 있다. 도 6은 본 발명의 실행 동안 사용된 레이저(14)의 펄스 에너지와 펄스 반복 주파수(PRF) 사이의 특징적인 관계를 도 시한다. 도 6이 나타낸 바와 같이, 200μJ를 초과하는 펄스 에너지는 모델 210-V06에서 얻어질 수 있다. 더욱이, 대안적인 레이저, 즉 라이트웨이브 일렉트로닉스 210-V09L 및 라이트웨이브 일렉트로닉스 210-V09H에 대해 펄스 에너지와 PRF 사이의 특징적인 관계도 또한 도시된다. 도 6이 설명된 원리를 예시하고, 레이저 시스템(10)의 대안적인 실시예가 펄스 에너지와 펄스 반복 주파수 사이에 상이한 특징적인 관계를 발생시킨다는 것을 당업자는 인식할 것이다.
도 7은 소재(12) 상의 목표 위치(34)와 통신하여 하나 이상의 센서(82)를 광학적으로 사용하는 간단한 모니터링 시스템(80)을 도시한다. 일실시예에서, 미러(84)는 고속 위치 지정기(50)의 업스트림 또는 다운스트림의 광 경로(20)를 따라 위치하고, 나가는 빔에는 투과되지만, 임의의 들어오는 방사를 센서(82)로 반사한다. 그러나, 미러 및 모니터링 시스템(80)과 연관된 다른 광학 장치는 광 경로(16)로부터 완전히 독립적으로 정렬될 수 있고, 다양한 검출 기술이 사용될 수 있다. 모니터링 시스템(80)의 센서(82)는, 목표 물질 또는 그 아래에 위치한 지지 물질로부터 방출되고, 산란되거나, 반사된 광의 세기, 알베도(albedo), 파장 및/또는 다른 특성에 민감할 수 있다. 센서(82)는 예를 들어 광 다이오드일 수 있고, 빔 검출 디바이스(54)를 포함하거나, 그 일부를 형성할 수 있다. 일반적으로, 센서(82)는, 커트 경로(112)(도 10)가 개방될 때 피드백을 적게 검출한다. 센서(82)는, 예를 들어 커트 상태 정보를 연속적으로 제공하거나 일정한 세그먼트(122)(도 10)를 따라 하나 이상의 분리된 지점에 대한 상태 정보를 제공하기 위해 레이저 제어기(70) 및/또는 빔 위치 지정 시스템(30)과 통신할 수 있다. 커트 경로(112)의 완료되고 완료되지 않은 부분 또는 영역에 대한 실시간 모니터링을 사용함으로써, 빔 위치 지정 시스템(30)을 통과하는 레이저 시스템(10)은 레이저 시스템 출력(32)을 추가 커팅을 필요로 하는 커트 경로(112)의 부분에만 향하게 할 수 있다. 이러한 모니터링 및 선택적인 세그먼트 프로세싱은 전체 경로를 따라 이미 완료된 부분에 충돌하는 기존의 커트 경로(112)를 따라 소비된 시간량을 감소시킨다. 따라서, 커팅 처리량은 증가된다.
도 8은 각 제 1 및 제 2 횡방향(92 및 94)을 갖는 커트 경로(112)를 도시한다. 레이저 시스템(10)은 선택적으로 레이저 시스템 출력(32)의 편광 방향 또는 배향을 변화시키는, 회전형 반파장 플레이트 또는 포켈의 셀(Pockel' cell)과 같은 편광 제어 디바이스를 포함하는 편광 추적 시스템(90)(도 3)을 사용하여, 커팅 경로 방향에서의 변화를 추적한다. 편광 제어 디바이스는 고속 위치 지정기의 업스트림 또는 다운스트림에 위치할 수 있다. 레이저 시스템 출력(32)이 트렌치에 있고 목표 물질에 대해 이동하고 있을 때, 레이저 시스템 출력(32)은 수직이 아닌 각으로 목표 물질에 충돌하여, 그 결과 편광 효과는 충돌이 목표 물질에 대해 이동하지 않고, 수직으로 이루어질 때 존재하지 않게 된다. 본 출원인은, 편광 방향이 특히 커팅 방향에 대한 특별한 배향일 때 커플링(coupling) 효과, 이에 따라 처리량이 증가한다는 것을 주목하였다. 그러므로, 편광 추적 시스템(90)은 편광 배향을 처리량을 최대로 하는 배향으로 유지시키기 위해 사용될 수 있다. 일실시예에서, 편광 추적 시스템(90)은, 목표 물질로의 레이저 시스템 출력의 커플링 에너지를 증가시키기 위해 편광 배향을 커팅 방향 또는 배향과 평행하게 유지시키도록 구현된다. 일례로, 커팅 방향(92 및 94)이 각(θ)만큼 차이가 날 때, 반파장 플레이트는 θ의 커팅 방향 변화를 매칭시키기 위해 θ/2만큼 회전시켜, 제 1 편광 배향(96)을 제 2 편광 배향(98)으로 변화시킨다.
편광 제어 디바이스는 포켈의 셀과 같은 가변 광 지연기(variable optical retarder)로서 또한 구현될 수 있다. 구동 회로는 편광 상태 제어 신호를 조절하는데, 상기 구동 회로는 빔 위치 지정 시스템(30) 및/또는 레이저 제어기(70)와 연관된 프로세서로부터 상기 신호를 수신한다. 이 예에서, 편광 상태 제어 신호의 크기와 빔 위치 지정 신호 사이에서 일대일 대응하여, 광 빔의 편광 방향은 일반적으로 커팅 경로와 평행하게 유지된다. 존슨(Johnson) 등의 미국 특허(제 5,057,664호)는 빔 편광 방향을 트리밍(trimming) 방향과 상호 관련시키는 방법을 기재한다. 최적화된 편광 배향 대 커팅 방향이 레이저 시스템 및 물질에 따라 변경될 수 있어서, 바람직한 편광 배향이 평행, 수직, 직교, 타원(임의의 일정한 배향에서의 장축에 대해), 또는 레이저 패스 또는 커팅 방향에 대한 임의의 다른 배향일 수 있음을 당업자는 인식할 것이다.
도 9는 청크 조립체(100)를 도시한 도면인데, 자외선 세그먼트 커팅 방법을 사용하는 쓰루컷 프로세싱을 위해 상기 청크 조립체 상에 실리콘 소재(12)가 위치하는 것이 바람직하다. 청크 조립체(100)는 진공 청크 베이스(102)와, 청크 상단부(104)와, 실리콘 소재(12)를 지지하고 쓰루컷 응용 이후에 실리콘 소재를 보존하기 위해 청크 상단부(104) 위에 위치한 선택적 보존 캐리어(optional retaining carrier)(106)를 포함하는 것이 바람직하다. 베이스(102)는 기존의 금속 물질로 이루어지는 것이 바람직하고, 추가 플레이트(108)(도 3)에 볼트로 고정되는 것이 바람직하다. 플레이트(108)는 적어도 하나의 스테이지(36 또는 38)에 쉽게 연결되고 분리되도록 적응된다. 맞물림 메커니즘은 기계적인 것이 바람직하고, 마주보는 오목부(groove) 및 돌출부(ridge)를 포함할 수 있고, 로킹(locking) 메커니즘을 포함할 수 있다. 다수의 정확한 정렬, 및 로크 및 키 메커니즘이 가능한 것을 당업자는 인식할 것이다. 또한, 베이스(102)가 대안적으로 스테이지(36 또는 38)에 직접 고정되도록 적응될 수 있음을 당업자는 인식할 것이다.
청크 상단부(104) 및 선택적인 보존 캐리어(106)는 특정한 패터닝 응용에 대해 선택된 자외선 파장에서 낮은 반사도(상대적으로 흡수하거나 상대적으로 투명한)를 갖는 물질로부터 제조될 수 있어서, 쓰루 프로세싱이 완료된 후에 금속 청크 상단부에서 나오는 반사 에너지로부터 쓰루 트렌치 주변의 실리콘 소재(12)에 대한 후면 손상을 최소화한다. 일실시예에서, 청크 상단부(104) 또는 보존 캐리어(106)는 Al 또는 Cu와 같은 자외선 흡수 물질로부터 제조될 수 있어서, 그 결과 레이저 시스템(10)은, 청크 상단부(104)의 물질 및/또는 보존 캐리어(106)의 물질에 대응하는 패턴을 커팅하기 위해 소재(12)에 구멍을 뚫도록 얕은 공동부의 패턴으로 된 툴 패스 파일을 사용할 수 있다. 예를 들어, 공동부는 의도될 쓰루컷에 대응할 수 있고, 쓰루컷 동작 동안 소재(12)에 대한 후면 손상을 방지할 수 있다. 더욱이, 프로세스로부터의 임의의 파편은 소재(12)의 후면으로부터 떨어진 공동부에 가라앉을 수 있다. 하나의 바람직한 실시예에서, 얕은 공동부의 패턴은 프로세싱 이후에 대응하는 소재(12)의 크기보다 약간 더 큰 크기를 가지도록 프로세싱되어, 프로세싱 된 소재(12)가 보존 캐리어(106)의 공동부에 존재하도록 한다. 공동부 또는 쓰루 홀(through holes)을 갖는 보존 캐리어(106)는 매우 두꺼워서, 청크 상단부(104)와 초점면 사이의 거리를 증가시킬 수 있다. 보존 캐리어(106)는 얕은 공동부를 포함하도록 또한 기계 가공될 수 있는데, 쓰루 프로세싱 동작 이후에 프로세싱된 실리콘 소재(12)는 상기 얕은 공동부에 가라 앉도록 한다. 355nm의 출력이 이용되는 대안적인 실시예에서, UV-투명 청크 상단부(104)는 자외선-등급 또는 엑시머 등급의 퓨즈형(fused) 실리카, MgF2, 또는 CaF2로부터 제조될 수 있다. 다른 실시예에서, UV-투명 청크 상단부(104)는 실리콘 소재(12)의 온도 안정을 유지하는데 도움을 주기 위해 대안적으로 또는 추가적으로 액화 냉각될 수 있다. 예시적인 청크 조립체(100)에 관련된 더 구체적인 사항은 베어드(Baird) 등의 특허 출원(제 10/070,497호)에서 알아볼 수 있다.
UV 레이저 시스템(10)의 전술한 성능 특성은 반도체, 및 특히 실리콘을 고속 커팅하는데 사용될 수 있다. 그러한 커팅 동작은, 실리콘 웨이퍼 또는 다른 실리콘 소재(12)를 통해 또는 부분적으로 이를 통해 큰 직경의 비아의 형성 또는 구멍을 뚫는 것(tepanning)과; 실리콘 웨이퍼 또는 실리콘 소재(12) 상에서 프로세싱된 다이의 개별화를 위해 복잡한 기하학적 형상(geometry)의 트렌치를 통해 또는 부분적으로 이를 통한 형성과; 모 웨이퍼로부터 실리콘에 형성된 개별적인 마이크로 회로에 대한 마이크로탭 형상부의 형성과; 형상부의 형성 및/또는 AWG 및 슬라이더의 개별화; 및 MEMS에서의 형상부의 형성을 포함할 수 있지만, 여기에 한정되지 않는 다. 더욱이, 본 발명은 상당한 용해된 립 형성 없이, 상당한 슬래그(slag) 형성 없이, 또한 형상부 에지를 많이 떼어내지 않고도, 형상부 형성을 용이하게 한다.
실리콘에 대한 레이저 커트 속도, 및 다른 유사한 물질이 기존의 전체 경로 커팅 대신에 세그먼트 스캐닝 또는 커팅함으로써 크게 향상될 수 있다는 것을 본 출원인은 발견하였다. 프로세싱 쓰루컷은 세그먼트 길이, 세그먼트 중첩, 및/또는 각 세그먼트 내에서의 후속 패스의 중첩에 대한 적절한 선택에 의할 뿐 아니라, 다른 프로세싱 파라미터의 선택에 의해 개선될 수 있다.
세그먼트 커팅에 의해, 커트 트렌치에서 물질의 다시 채워짐의 결과를 피할 수 있거나 최소화시킬 수 있다. 도 2b는, 트렌치의 다시 채워짐이 다이싱 속도에 대한 상당한 제한일 수 있음을 보여준다. 개방된 짧은 세그먼트 또는 서브세그먼트(subsegment)를 빨리 만들어서, 레이저 시스템(10)은, 대부분의 레이저 방출 물질이 커팅될 때 트렌치를 다시 채우기보다 빠져나가도록 하는 방식을 제공할 수 있음을 제안한다. 따라서, 감소된 트렌치의 다시 채워짐은 커트 경로(112)의 일정한 부분을 쓰루 커팅할 필요가 있는 패스의 수를 감소시킬 것이다. 도 10 내지 17은 본 발명에 이용된 예시적인 분할 커팅 프로파일(110a 내지 110f){일반적으로 프로파일(110)}을 도시한다. 일반적으로, 아래에 제시된 기술은, 750㎛의 두께를 갖는 실리콘 웨이퍼로 하여금, 종래의 레이저 커팅 프로파일을 사용하여 요구된 150개의 패스에 비해 약 26 또는 그보다 적은 패스에서 10kHz로 약 4W의 UV 레이저 전력으로만 커팅되도록 한다.
도 10은 본 발명의 예시적인 분할 커팅 프로파일(110a)의 개략도를 도시한 다. 도 10을 참조하면, 편리함을 위해, 커트 경로(112)를 따라 좌측에서 우측으로 향하는 경로 커팅 방향(화살표 방향으로 표시됨)과, 레이저 시스템 출력(32)의 패스(132a, 132b, 132c){일반적으로, 레이저 패스(132)}의 각 그룹에 의해 경로 커팅 방향과 동일한 세그먼트 커팅 방향(또는 레이저 패스 방향)으로 형성된 별개의 커팅 세그먼트(122a, 122b, 122c){일반적으로, 커팅 세그먼트(122)}를 갖는 커팅 프로파일(110a)이 도시된다. 이 예에서, 레이저 패스(132)의 길이는 세그먼트(122)의 길이(126)와 실질적으로 동일하다. 커팅 프로파일(110a), 및 이후의 예시적인 커팅 프로파일(110)이 커팅 프로파일(110)의 각각의 총 길이(124)에 따라 2개 내지 무한한 개수의 커팅 세그먼트(122)를 포함할 수 있는 것이 바람직하다는 것을 당업자는 인식할 것이다.
도 11은 소재(12) 상의 직경(dspot)의 스폿 영역을 갖는 스폿들을 약간 중첩함으로써 순차적으로 충돌되는 확대된 커팅 세그먼트(122)의 개략적인 평면도이다. 도 11을 참조하면, 일반적으로 레이저 전력이 레이저 피크 전력의 1/e2로 떨어질 때 스폿 영역 및 dspot이 레이저 스폿의 바깥쪽 에지 내의 영역으로 언급되지만, 이러한 용어는 단일 펄스에 의해 생성된 구멍의 직경 또는 스폿 영역, 또는 펄스의 단일 패스에서 생성된 절단 폭을 언급하는데 종종 사용된다. 1/e2 크기 및 절단 직경 사이의 차이는 레이저, 물질, 및 다른 파라미터에 따라 변경될 것이다.
각 순차적인 레이저 펄스에 의해 충돌된 새로운 목표 물질의 거리는 바이트 크기(dbite)로 불린다. 실리콘과 같은 관심 있는 물질의 레이저 커팅을 위한 바람직한 바이트 크기(dbite)는 기존의 약 1 내지 5.5㎛의 범위, 및 가장 일반적으로 약 1㎛의 바이트 크기에 비해 약 0.5㎛ 내지 약 dspot의 바이트 크기, 및 더 바람직하게는 약 1 내지 50㎛의 범위를 포함하는 것이 유리하다. 몇몇 물질에 대해, 바이트 크기를 조정함으로써, 생성된 리뎁(redep) 파편이 손쉽게 제거될 수 있는 상태가 된다. 바이트 크기는 레이저(14) 발사의 반복 속도로 레이저 빔 위치 조정 시스템(30)의 속도(들)를 제어하고 이동 속도(들)를 조정함으로써 조절될 수 있다.
다시 도 10 및 11을 참조하면, 일반적으로 커팅 세그먼트(122)에 대한 바람직한 길이(126)는 프로세싱된 물질의 특성과, 세그먼트 물질의 두께와, 위치 지정 시스템(30)의 반응 시간에 따를 수 있는데, 상기 반응 시간은 가속/감속 한계, 기계 성분의 울림 정도, 및 복귀 이동 시간을 포함한다. 예를 들어, 세그먼트가 너무 짧으면, 일정한 커트를 위한 세그먼트의 수는 매우 커지게 되고, 패스들 사이의 방향을 변화시키는데 소비된 시간량이 매우 커지게 될 것이다. 따라서, 위치 지정 시스템 특성은 최소 세그먼트 길이의 결정에 영향을 줄 것이다. 세그먼트 길이(126)는 바이트 크기, 반복 속도, 및 위치 지정 시스템의 성능의 함수 뿐 아니라 다른 가능한 인자의 함수일 수 있고, 이러한 인자 각각 또는 모두 레이저 펄스 세기에 기초하여 최적화될 수 있다. 세그먼트(122a 내지 122c)가 동일한 길이(126)를 가질 필요가 없음을 당업자는 인식할 것이다.
일반적으로, 각 세그먼트(122)는, 완전히 프로세싱될 때까지, 즉 쓰루컷이 세그먼트(122)의 전체 길이(126)를 따라 이루어질 때까지, 또는 후속 세그먼트(122)가 프로세싱되기 전에 목표 물질이 원하는 깊이로 파여질 때까지, 레이저 출력(32)의 연속적인 패스(132)(완전히 프로세싱된 부분을 건너뛰는)와 실질적으로 동일 선상으로(collinearly) 스캐닝된다. 스냅 기판(snapstrate)을 원할 때, 일련의 불연속적인 쓰루컷이 바람직할 수 있거나, 쓰루 홀이 아닌 커팅이 바람직할 수 있고, 거의 쓰루컷 트렌치가 바람직할 수 있다. 전체 커트 경로 길이에 가로지르는 하나 내지 수 회의 스캔은, 특히 세그먼트 커팅 단계 이전 및/또는 이후에 프로세스에 선택적으로 사용될 수 있어서, 처리량을 최대화하고 및/또는 커트 품질을 향상시킬 수 있다. 일반적으로, 쓰루 홀은 5 내지 10개의 레이저 패스로부터 각 세그먼트 내에 이루어질 수 있어서, 몇몇 파편은 쓰루 홀을 통해 빠져나갈 수 있다. 그러나, 원하는 경우, 각 세그먼트(122)는 중간 깊이의 다중 패스로 프로세싱될 수 있고, 커팅 프로파일은 아마 원하는 경우 심지어 반대 방향으로 다시 부착될 수 있다. 세그먼트가 각각 한 부분에서 하나의 쓰루 홀을 갖는 상태로만 초기에 프로세싱되면, 몇몇 상황에서 모든 세그먼트(122)가 상당한 쓰루 홀을 포함하는 즉시 기존의 커팅 프로파일을 구현하는 것이 일부 상황에서 또한 유리할 수 있다. 레이저 펀칭과 구별하기 위해, 세그먼트 길이(126)가 dspot보다 더 크다는 것을 당업자는 인식할 것이다. 더욱이, 커트 경로(112)를 따라 이동하기 전에 쓰루 홀을 생성하기 위해 각 스폿을 레이저 펀칭하는 것은 시간이 더 오래 걸리고, 아마 목표 물질에 손상을 줄 수 있고, 다른 덜 유리한 결과를 적게 초래할 것이다.
예시적인 실시예에서, 두꺼운 실리콘을 커팅하기 위해, 각 세그먼트(122)는 약 10㎛ 내지 1mm, 일반적으로 약 100㎛ 내지 800㎛, 및 가장 바람직하게는 약 200㎛ 내지 800㎛의 세그먼트 길이(126)를 갖는다. 커팅 프로파일(100)에 대해, 세그먼트(122)는 바이트 크기만큼 작거나 수 개의 스폿 크기보다 클 수 있는 중첩 거리(136)에 의해 약간 중첩되는 것이 바람직하다. 그러나, 최종 패스 프로세싱 세그먼트(122a) 및 제 1 패스 프로세싱 세그먼트(122b)가 이중 길이 세그먼트(122)(중첩 없음)로 결합될 수 있음을 당업자는 인식할 것이다. 세그먼트(122)를 따라 임의의 일정한 패스(132) 동안 동일한 레이저 파라미터를 유지하는 것이 바람직하지만, 특정 응용을 수용하기 위해 임의의 일정한 패스 동안 레이저 파라미터를 변화시킬 수 있음을 당업자는 인식할 것이다.
도 12는 예시적인 분할 커팅 프로파일(110b)의 개략도를 도시한다. 도 12를 참조하면, 도 10을 참조하면, 편리함을 위해, 좌측에서 우측으로 향하는 경로 커팅 방향과, 경로 커팅 방향과 마주보고 있는 세그먼트 커팅 방향으로 각 레이저 패스(132d, 132e, 및 132f)로부터 형성된 별개의 커팅 세그먼트(122d, 122e, 122f){일반적으로, 커팅 세그먼트(122)}를 갖는 커팅 프로파일(110b)이 도시된다. 따라서, 세그먼트(122d)는 우측에서 좌측으로 프로세싱되고, 그 다음에 세그먼트(122e)는 우측에서 좌측으로 프로세싱되고, 나머지도 유사하다.
커팅 프로파일(110a)에 비해 커팅 프로파일(110b)의 장점은, 커팅 세그먼트(122d) 동안 생성된 파편이 일반적으로 파편에 의해 다시 채워질 사전에 존재하는 트렌치가 없는 세그먼트(122e) 방향(레이저 패스 방향에 관해 뒤로)으로 흗어진다는 것이다. 커팅될 후속 세그먼트(122)를 따라 도착하는 임의의 그러한 파편은 즉시 프로세싱될 것이다. 더욱이, 경로 커팅 방향이 세그먼트 커팅 방향과 반대이기 때문에, 일반적으로 생성된 파편은 이전의 커트 세그먼트(122)의 트렌치를 막지 않을 것이다. 경로 커팅 방향과 세그먼트 커팅 방향 사이의 차이 이외에, 도 10 및 11에 관련된 대부분의 논의가 도 12에 관련된다는 것을 당업자는 인식할 것이다.
도 13은 예시적인 분할 커팅 프로파일(110c)의 개략도를 도시한다. 도 13을 참조하면, 편리함을 위해, 좌측에서 우측으로 향하는 경로 커팅 방향과, 각각 좌측에서 우측으로, 우측에서 좌측으로 왕복 중첩 스캐닝 방식으로 진행하는 각 레이저 패스(132g, 132h, 132i)로부터 형성된 별개의 커팅 세그먼트(122g, 122h, 122i){일반적으로, 커팅 세그먼트(122)}를 갖는 커팅 프로파일(110c)이 도시된다. 특히, 세그먼트(122h)는 예를 들어 완전히 프로세싱될 때까지, 먼저 좌측에서 우측으로 프로세싱되고, 그 다음에 우측에서 좌측으로 프로세싱되고, 나머지도 유사하며, 그 다음에 세그먼트(122i)는 이와 유사하게 프로세싱된다. 세그먼트(122)가 양방향으로 프로세싱되고 있기 때문에, 위치 지정 시스템(30)의 비 프로세싱 이동 복귀가 없어져서, 시스템 능력을 더 크게 사용할 수 있다. 레이저 패스(132)가 위치 지정 시스템(30)의 비 프로세싱 이동 복귀보다 더 시간이 오래 걸릴 수 있기 때문에, 도 13에서의 세그먼트(122)는 응용에서 도 10 및 12에 사용된 것보다 더 짧을 수 있으며, 여기서 이전의 충돌로부터 규정된 시간 기간 내에 트렌치의 노출된 부분 또는 파편에 충돌하는 것이 바람직하다. 전술한 몇몇 세부 사항 이외에, 도 10 내지 12 에 관련된 대부분의 논의는 도 13의 예에 관련된다.
도 14는 예시적인 분할 커팅 프로파일(110d)의 개략도를 도시한다. 도 14를 참조하면, 편리함을 위해, 커트 경로(112)를 따라 좌측에서 우측으로 향하는 경로 커팅 방향과, 우측에서 좌측으로 형성된 별개의 커팅 세그먼트(122j, 122k, 122m){일반적으로, 커팅 세그먼트(122)}를 갖는 커팅 프로파일(110d)이 도시된다. 도 14는 다수의 실질적으로 동일 선상의 레이저 패스 세트(1401, 1402, 및 1403){일반적으로 레이저 패스 세트(140)}를 또한 도시하는데, 각 레이저 세트는, 초기 패스(132k)와, 다수의 점차 연장하는 중첩 및 실질적으로 동일 선상의 패스(132m 내지 132r)를 또한 도시하며, 이것은 알파벳 순서로 프로세싱되는 것이 바람직하다. 커팅 패스(122k1 내지 122r3)가 편리함을 위해 도 14에 평행하게 도시되었지만, 커팅 패스(132k1 내지 132r3)는 각 세그먼트(122)와 실질적으로 동일 선상에 있는 것이 바람직하다.
도 10, 12 및 13에서의 예와 연관된 인접한 세그먼트(122) 사이의 약간의 선택적인 중첩과 달리, 이러한 예 및 다음 예에서 인접한 세그먼트(122) 또는 패스(132)와 연관된 중첩 길이는 일반적으로 약 10%보다 크고, 더 일반적으로는 약 25%보다 크고, 가장 일반적으로는 약 50%보다 크며, 종종 67% 또는 85%를 초과하기도 한다. 300㎛의 세그먼트가 사용되는 하나의 특정한 예에서, 200㎛의 중첩 길이가 사용되고; 500㎛의 세그먼트 길이가 사용되는 다른 예에서, 250㎛의 중첩 길이가 사용된다.
세그먼트(122) 내에 상이한 단부 지점을 갖는 레이저 패스(132)를 사용하는 한가지 이유는, 더 많은 물질이 동일한 중첩 패스(132)에 의해 프로세싱될 때마다 세그먼트(122)의 단부에서 적층되는 "스캔 단부(scan end)" 효과를 방지하기 때문이다. 따라서, 연속적인 패스(!32) 또는 연속적인 패스의 소그룹을 연장하는 장점은, 더 긴 커트 길이에 걸쳐 스캔 효과를 확산시켜, 전체 세그먼트(122) 또는 전체 커트 경로(112)에 걸친 커팅 속도가 더 일정하게 되어, 그 결과 처리량 및 커트 품질을 향상시킨다는 것이다. 품질에 대한 스캔 효과는, 세그먼트 커팅 프로세스가 종료된 후에 전체 커팅 경로 길이 스캔 또는 패스(132)를 사용함으로써 또한 완화될 수 있다.
바람직하게, 각 패스(132)는 한번만 사용되고, 각 레이저 세트(140)도 한번만 사용되어, 다음 세그먼트(122)가 프로세싱되기 전에 각 세그먼트(122)를 원하는 중간 깊이 또는 완전한 쓰루컷으로 프로세싱한다. 대안적으로, 커팅 패스(132k1 내지 132r1)의 레이저 세트(1401)는, 쓰루컷이 세그먼트(122j)의 일부 또는 전부를 따라 이루어질 때까지 반복될 수 있고, 그 다음에 후속 레이저 세트(140)는 전체 커트 경로(112)가 쓰루컷이 될 때까지 세그먼트마다 반복될 수 있다. 5개의 중첩 패스(132)만이 각 레이저 패스 세트(140)에 대해 도시되지만, 실질적으로 더 많은 수의 중첩 패스(132)가 특히 목표 물질의 두께를 수용하는데 필요한 더 작은 증분 길이 증가를 통해 사용될 수 있다는 것을 당업자는 인식할 것이다. 또한, 커팅 프로파일(110d)에 사용된 임의의 패스(132) 또는 모든 패스가 도 14에 도시된 단일 방향 대신에 양방향으로 프로세싱될 수 있음을 당업자는 인식할 것이다. 각 레이저 패스 세트(140)의 다중 적용이 사용될 수 있고, 레이저 패스 세트(140)에서 하나 이상의 패스(132)의 다중 적용이 사용될 수 있고, 패스 세트(140) 내의 각 별개의 패스(132)의 수가 다를 수 있고, 레이저 패스 세트(140) 및 레이저 패스(132)의 적용의 수가 단일 커트 경로(112)의 프로세싱 동안 다를 수 있음을 당업자는 또한 인식할 것이다. 이러한 변수 중 어떠한 것도 모니터링 정보에 응답하여 실시간으로 조정될 수 있다. 전술한 세부 사항 이외에, 도 10 내지 13에 관련된 대부분의 논의는 도 14에서의 예에 관련된다.
도 15는 프로파일(110d)과 다소 유사한 예시적인 분할 커팅 프로파일(110e)의 개략도를 도시하는데, 커팅 세그먼트(122n, 122p, 및 122q)는 더 크게 중첩하고, 후속하는 레이저 패스 세트(1402a 및 1403a)는 레이저 패스(132k)를 생략한다. 도 15를 참조하면, 프로파일(110e)은 프로파일(110d)을 시작하는 동일한 레이저 패스 세트(1401)에서 시작한다. 그러나, 레이저 패스 세트(1402a 및 1403a)는 레이저 패스(132k)를 생략하고, 그 레이저 패스(132)는 이전의 레이저 패스 세트(140)를 크게 중첩(다음 예에서 약 86%)한다. 이 실시예의 일례에서, 200㎛의 길이를 갖는 레이저 패스(132k1)는 30회 적용된다. 그 다음에, 240㎛의 길이{200㎛에 패스(132k1)의 길이의 1/5를 더한 값}를 갖는 레이저 패스(132m1)는 6회(30회의 패스의 1/5) 적용된다. 그 다음에, 280㎛의 길이{200㎛에 패스(132k1)의 길이의 2/5를 더한 값}를 갖는 레이저 패스(132n1)는 6회 적용된다. 이 절차는 레이저 패스 세트(1401)가 완료될 때까지 계속되고, 그 다음에 생략된 레이저 패스(132k)를 갖는 레이저 패스 세트(1402a 및 1403a)와 연계하여 수행된다. 이 예에서, 각 세그먼트(122)의 나중 부분은, 몇몇 후속 세그먼트(122)가 프로세싱될 때까지 쓰루컷되지 않을 수 있다. 커트 경로(112)의 부분을 포함하기 위해 이미 쓰루컷된 세그먼트(122)를 중첩시키는 장점은, 쓰루커트 부분의 측면에 부착되는 더 짧은 레이저 패스(132)에 의해 생성된 임의의 파편이 후속하는 더 긴 레이저 패스(132)에 의해 제거된다는 것이다. 이 예에서 패스 세트(140)는 750㎛ 두께의 실리콘 웨이퍼 상에서 10kHz로 동작하는 3.5W UV 레이저로 8.5mm/분 이상의 다이싱 속도를 나타낼 수 있다.
도 16은 예시적인 분할 커팅 프로파일(110f)의 개략도를 도시한다. 도 16을 참조하면, 편리함을 위해, 좌측에서 우측으로 향하는 경로 커팅 방향과, 우측에서 좌측으로 형성된 별개의 레이저 패스(132s1 내지 132t5)를 갖는 커팅 프로파일(110f)이 도시된다. 레이저 패스(132s1 내지 132t5)가 편리함을 위해 도 16에 평행하게 도시되었지만, 상기 레이저 패스는 실질적으로 동일 선상에 있는 것이 바람직하다. 도 16은 초기 레이저 패스(132s) 및 다수의 점차 연장하는 중첩 세그먼트(132s1 내지 132t5)를 도시하며, 이것은 숫자로 된 아래 첨자순으로(numerical subscript order) 프로세싱된다. 예시적인 실시예에서, 레이저 패스(132s)의 길이는 약 200㎛ 또는 300㎛이고, 각 후속적인 레이저 패스(132t)의 길이는 약 500㎛이다. 이러한 예시적인 프로파일은, 750㎛ 두께의 실리콘 웨이퍼 상에서 10kHz로 동작하는 3.5W UV 레이저로 10.4mm/분 이상의 다이싱 속도를 야기할 수 있다. 얕은 트렌치에 대해, 각 패스(132)는 한번만 적용될 수 있고, 두꺼운 목표 물질에서의 쓰루컷에 대해, 각 패스(132)는 다음 순차적인 패스(132)가 시작되기 전에 여러 번 적용될 수 있다. 바람직하게, 각 레이저 패스(132)는, 다음 레이저 패스(132)가 프로세싱되기 전에 선택된 중간 깊이에 도달하기 위해 여러 번 적용된다. 일실시예에서, 각 연속적인 레이저 패스(132)는 레이저 출력(32)의 단일 패스를 수신하고, 그 다음에 전체 프로파일(110f)이 반복되거나, 레이저 패스(132)는 역순으로 프로세싱된다.
레이저 패스(132t)를 5번만 중첩하는 것이 도시되었지만, 실질적으로 더 많은 수의 레이저 패스(132)의 중첩이 특히 목표 물질의 두께를 수용하는데 필요한 더 작은 증분 길이 증가를 통해 사용될 수 있음을 당업자는 인식할 것이다. 커팅 프로파일(110f)에 사용된 임의의 레이저 패스(132) 또는 그 전부가 도 16에 도시된 단일 방향 대신에 양방향으로 순차적으로 프로세싱될 수 있음을 또한 당업자는 인식할 것이다. 전술한 세부 사항 이외에, 도 10 내지 15에 관련된 대부분의 논의는 도 16에서의 예에 관련된다.
도 17은 프로파일(110f)과 다소 유사한 예시적인 분할 커팅 프로파일(110g)의 개략도를 도시한다. 도 17을 참조하면, 홀수의 아래 첨자로 된 레이저 패스(1321, 1323, 1325, 1327, 1329)는 200㎛의 예시적인 패스 길이를 갖고, 짝수의 아래 첨자로 된 레이저 패스(1322, 1324, 1326, 1328)는 270㎛의 예시적인 패스 길이를 갖는다. 이들 레이저 패스(132) 중 하나의 그룹은 다음 후속하는 그룹이 전달되기 전에 전달된다. 일례로, 홀수의 아래 첨자로 된 레이저 패스(132)는 짝수의 아래 첨자로 된 패스보다 더 많은 횟수로 더 큰 상대 깊이(예를 들어, 커트 깊이의 60% 대 커트 깊이의 40%)에 적용된다. 예시적인 패스 길이를 갖는 이러한 커팅 프로파일은 커트 경로(112)를 따라 5.4mm까지 중첩 접합을 피한다. 다양한 커팅 프로파일 및 패스 길이가 사용될 수 있어서, 스캔 효과 및 다시 채워짐을 감소시켜, 향상된 처리량을 용이하게 한다는 것을 당업자는 인식할 것이다.
도 18은, SiO2로 된 0.5㎛ 두께의 패시베이션 층으로 중첩된 750㎛의 높이 또는 두께(152)의 고유 실리콘 기판(148)을 갖는 웨이퍼와 같은 소재(12)에서 트렌치 또는 쓰루컷(150)의 자외선 제거 패터닝을 도시한 도면이다. 실리콘 소재의 두께 및 패시베이션 층의 두께가 변경된다는 것을 당업자는 인식할 것이다.
트렌치(150)는, 레이저 위치 지정 시스템(30)이 소재(12)의 X 축 및/또는 Y 축을 따라 소재(12)를 이동시켜, 레이저 시스템(10)의 초점면에 실리콘 소재(12)를 위치시키고, 실리콘 소재(12)에서 연속적으로 중첩하는 레이저 시스템 출력 펄스(32) 스트링을 향하게 함으로써 패터닝되는 것이 바람직하다. 레이저 초점 위치의 Z-높이는 실리콘 소재(12)에서의 순차적으로 더 깊은 위치에 레이저 초점을 위치시키기 위해 각 연속하는 레이저 패스(132)와 일치하도록 동시에 이동될 수 있어서, 나머지 실리콘 표면과 더 많이 일치하는 위치에 집속된 스폿을 유지할 수 있 다.
실리콘에 트렌치 또는 쓰루컷(150)을 형성하기 위해, 펄스 범위당 예시적인 에너지는 약 100μJ 내지 1500μJ이고, 일반적으로는 펄스 범위당 에너지가 약 200μJ 내지 1000μJ이고, 더 일반적으로는 펄스 범위당 에너지가 약 400μJ 내지 800μJ이고, 가장 바람직하게는 약 800μJ의 펄스당 에너지가 사용된다. 예시적인 PRF 범위는 약 5kHz 내지 100kHz이고, 일반적으로는 PRF 범위는 약 7kHz 내지 50kHz이고, 더 일반적으로는 PRF 범위는 약 10kHz 내지 30kHz이다. 도 6에 도시된 레이저 성능이 전술한 일반적인 범위 내의 PRF에서 펄스 출력당 에너지를 달성할 수 있음을 당업자는 인식할 것이다. 예시적인 집속된 스폿 크기는 약 1㎛ 내지 25㎛이고, 일반적으로는 집속된 스폿 크기가 약 3㎛ 내지 20㎛이고, 더 일반적으로는 집속된 스폿 크기는 약 8㎛ 내지 15㎛이다. 예시적인 바이트 크기 범위는 약 0.1㎛ 내지 10㎛이고, 일반적으로는 바이트 크기 범위는 약 0.3㎛ 내지 5㎛이고, 더 일반적으로는 바이트 크기 범위는 약 0.5㎛ 내지 3㎛이다. 바이트 크기는, 레이저 빔 위치 지정 시스템(30)의 스테이지 중 어느 하나 또는 모두에 대한 속도를 제어하고, 레이저의 반복 속도 및 발사에 대한 이동 속도(들)를 조정함으로써 조절될 수 있다. 예시적인 세그먼트 크기는 약 200㎛ 내지 800㎛이다. 2700 미세 기계 가공 시스템 상에 V06 레이저를 사용하는 예시적인 조합은 300㎛의 세그먼트 길이를 사용하였고, 200㎛의 세그먼트 중첩은 매우 빠른 다이싱 속도를 제공하였다. 상이한 물질을 프로세싱하기 위한 상이한 레이저를 갖는 상이한 응용에 대해, 바람직한 레이저, 세그먼트, 패스, 및 다른 파라미터가 크게 다를 수 있음을 당업자는 인식할 것이 다.
일례로, 트렌치 또는 쓰루컷(150)은, 약 360μJ의 레이저(14)로부터의 출력 펄스 에너지를 사용하고, 재료 표면에서 12㎛의 집속된 스폿 크기(1/e2) 직경을 갖는 레이저 펄스로 8"(20.32cm) 직경의 소재(12) 위에 커트 경로(112)의 길이에 걸쳐 25 미만의 패스에서 10mm/s의 스테이지 속도로 1㎛의 바이트 크기를 사용하여, SiO2의 2.0㎛ 패시베이션 층으로 중첩된 750㎛ 두께의 고유 실리콘을 통해 만들어질 수 있다. 전술한 파라미터를 사용하여 제작된 트렌치(150)는 예를 들어 약 20㎛의 상부 표면 개방 폭(직경)(dt)(154) 및 약 13㎛의 출구 폭(직경)(db)(156)을 가질 수 있어서, 약 30:1의 이러한 트렌치에 대한 종횡비, 및 0.4°의 개방 테이퍼 각(opening taper angle)을 발생시킨다. 몇몇 응용에서, 세그먼트를 스캐닝하기 전에 초기 쓰루 홀을 생성하는 것이 바람직할 수 있다.
실리콘에서 고품질의 트렌치 또는 쓰루컷(150)을 효과적으로 발생시키는데 사용된, 선택된 분할 프로파일 및 세그먼트 길이 및 펄스당 에너지 값, 집속된 스폿 크기, 및 펄스의 수가 실리콘 소재(12)의 물질 및 두께(152), SiO2가 단지 하나의 예인 상부층(overlayer)의 상대 두께 및 조성물, 및 사용된 파장에 따라 변경될 수 있음을 당업자는 더 인식할 것이다. 예를 들어, 단지 50㎛ 두께의 실리콘에서 쓰루컷(150)을 제조하기 위해, 10개미만의 패스는 원하는 쓰루컷을 제조하는데 사용될 수 있다.
정사각형, 직사각형, 타원형, 나선형, 및/또는 이들의 조합을 포함하지만, 여기에 한정되지 않는 변화하는 기하학적 형상을 변화시킨 다양한 패턴이 프로세싱 동안 X 및 Y 축을 따라 실리콘 소재(12)를 위치시키기 위해 레이저 시스템(10) 및 위치 지정 시스템(30)에 의해 사용된 툴 경로 파일의 프로그래밍을 통해 발생될 수 있음을 당업자는 인식할 것이다. 레이저 커팅을 위해, 빔 위치 지정 시스템(30)은 웨이퍼 표면의 종래의 일반적인 소 커팅 또는 다른 기준선 또는 패턴에 정렬되는 것이 바람직하다. 웨이퍼가 이미 기계적으로 노치되면, 커트 에지에 대한 정렬은 소 허용 오차 및 정렬 에러를 해결하는데 바람직하다. 다양한 분할 커팅 프로파일은 툴 경로 파일 또는 다른 위치 지정 시스템 명령 파일로 프로그래밍될 수 있다.
레이저 시스템(10)은 전술한 레이저 파라미터를 사용하는 레이저 펀칭과 같이 하나 이상의 소형 쓰루 홀 그룹을 발생시키는데 사용될 수 있다. 이들 쓰루 홀은 소재(12) 주위 근처의 상부면, 회로 또는 다이 상에, 또는 스크라이밍(scribing), 슬라이싱, 또는 다이싱 스트리트(street) 또는 그 교차부 내에 위치할 수 있어서, 소재(12)의 후면 또는 하부면은 상부면 상의 형상부에 대해 정밀히 정렬될 수 있게 된다. 그러한 정렬은 프로세싱 속도 또는 품질을 향상시키기 위해 레이저 스크라이밍 또는 소잉과 같은 후면 프로세싱을 용이하게 한다. 전방 및/또는 후면 웨이퍼 슬라이싱 또는 다이싱을 위한 기술은, "세라믹 또는 유리와 같은, 부서지기 쉬운 높은 용해 온도의 목표 물질에 대한 UV 레이저 커팅 또는 형태 변형(UV Laser Cutting or Shape Modification of Brittle, High Melting Temperature Target Materials such as Ceramics or Glasses"라는 제목의, 페이(Fahey) 등의 미국 특허 출원(제 09/803,382호)에 더 구체적으로 기재되어 있 으며, 상기 특허는 참고용으로 본 명세서에 병합되어 있다. 이러한 정보는, 2002년 3월 21일에 미국 특허 공보(US-2001-0033558)에서 공개되고, 2002년 3월 28일에 국제 특허 공보(WO 02/24396)에서 공개되었으며, 이것은 상기 특허 출원(제 09/803,382호)에 대응한다.
레이저 커팅은 기계적 커팅(약 300㎛ 폭의 슬라이싱 레인 및 약 150㎛ 폭의 다이싱 경로)으로 한 것보다 상당히 적은 물질(50㎛ 미만의 폭, 바람직하게는 25㎛ 폭, 및 일반적으로는 약 10㎛ 폭의 절단부)을 파괴하여, 그 결과 웨이퍼 상의 디바이스는 함께 훨씬 더 밀접하게 제조될 수 있어서, 더 많은 디바이스가 각 웨이퍼 상에 제조될 수 있도록 한다. 따라서, 레이저 커팅 프로세스는 행 사이의 피치 및 디바이스 사이의 피치를 최소화한다.
기계적 커팅의 제거는 소재(12) 상의 디바이스 제조를 또한 단순화시킬 수 있다. 특히, 기계적 커팅은 상당한 기계적 응력을 디바이스에 가할 수 있어서, 캐리어를 벗겨내게 된다. 행이 손상되는 것을 피하기 위해, 디바이스 제조자는 행과 캐리어 사이에 강력한 접착제 또는 에폭시를 사용할 수 있다. 모든 레이저 프로세스는 행을 캐리어 상에 고정하는데 사용된 접착제에 대한 기계적 강도의 필요조건을 크게 감소시킨다. 그러므로, 레이저 커팅은 행을 캐리어에 부착하는데 사용된 강력 접착제 또는 에폭시, 및 이들을 제거하는데 필요한 거친 화학물질(harsh chemical)을 제거하도록 한다. 그 대신, 접착제는, 박리(debond) 시간의 감소와 같은 박리 용이성 및 잠재적으로 부식성 화학물질에 대한 적은 노출 및, UV 레이저 프로세싱에 따르기 위해 선택될 수 있어서, 디바이스에 대한 손상 위험을 크게 감 소시키켜, 산출량을 개선시킨다.
레이저 슬라이싱이 기계적 슬라이싱만큼 기계적 응력을 발휘하지 않기 때문에, 레이저 행 슬라이싱은 행의 구부러짐(row bow)을 감소시킨다. 그러나, 행의 구부러짐 또는 다른 행 결점이 명백하면, 행은, 기계적 다이싱을 위한 행 사이에 필요한 중요한 디바이스간의 정렬을 고려하지 않고도 이들 결점을 보상하도록 레이저 다이싱(및 재슬라이싱)될 수 있다. 편리함을 위해, (쓰루)커팅이라는 용어는 일반적으로 슬라이싱(종종 웨이퍼 행 분리와 연관된) 또는 다이싱(종종 웨이퍼 행으로부터의 부분 개별화와 연관된)을 포함하는데 사용될 수 있고, 슬라이싱 및 다이싱은 본 발명의 정황에서 서로 번갈아 사용될 수 있다.
위치 지정 시스템(30)이 쓰루 홀 또는 기준선에 정렬할 수 있기 때문에, 레이저 시스템(10)은 각 행 및/또는 각 디바이스를 독립적으로 프로세싱할 수 있다. 경사진 행에 관해, 레이저 스폿은 스테이지를 갖는 디바이스의 바깥쪽 에지에 관해 적절한 위치에서 경사진 행을 가로질러 횡 커팅 및/또는 원하는 직사각형 또는 곡선 파형 패턴을 달성하기 위해 각 커트 사이의 빔 병진을 수행할 수 있다. 따라서, 레이저 다이싱은 행 고정 결점을 보상할 수 있고, 아마 기계적 다이싱에 의해 못쓰게 되는 디바이스의 전체 행을 절감할 수 있다.
세그먼트 커팅 방법의 다른 응용은 MEMS(미세 전자 기계 시스템) 디바이스(160)를 제작하는 것이다. 도 19는 MEMS 디바이스(160)의 자외선 레이저 커팅을 도시한 도면이다. 하나의 바람직한 실시예에서, MEMS 디바이스(160)는 전술한 방법을 사용하여 커팅되어, 실리콘에서 트렌치(162a, 162b, 162c, 162d, 및 162e){일반적으로 트렌치(162)}를 생성하고, 인접한 트렌치(162)의 패턴을 사용함으로써 오목부(164)를 생성한다. 레이저 위치 지정 시스템(30)의 X 및/또는 Y 축의 컴퓨터 제어를 통해, 유도된 레이저 시스템 출력 펄스(32)가 재료 표면으로 향할 수 있어서, 중첩된 펄스는 임의의 복잡한 곡선의 기하학적 형상을 나타내는 패턴을 생성한다는 것을 당업자는 인식할 것이다. 분할 커팅 기술 및 본 명세서에 기재된 다른 프로세싱 기술이 또한 MEMS가 아닌 응용에 대해 호(arc) 및 다른 곡선을 커팅하는데 사용될 수 있음을 당업자는 인식할 것이다.
분할 커팅 방법의 다른 응용은 반도체 웨이퍼 소재(12) 상에 제작된 배열된 도파관 격자(AWG) 디바이스(170)와 같은 광 집적 회로를 프로세싱하는 것이다. 도 20은 AWG 디바이스(170)의 자외선 제거 패터닝을 도시한 도면이다. 하나의 바람직한 실시예에서, AWG 디바이스(170)는 곡선 트렌치(172)를 생성하기 위한 전술한 방법을 사용하여 예를 들어, 실리콘에서의 부분(172a, 172b, 172c, 172d, 및 172e)으로 패터닝된다. 트렌치(172)가 대칭적으로 도시되었지만, 레이저 위치 지정 시스템(30)의 X 및/또는 Y 축의 컴퓨터 제어를 통해, 유도된 레이저 시스템 출력 펄스(32)가 재료 표면으로 향할 수 있어서, 중첩된 펄스(32)는 임의의 복잡한 곡선 프로파일 또는 기하학적 형상을 나타내는 패턴을 생성한다는 것을 당업자는 인식할 것이다. 세그먼트(122)가 선형이 되는 것을 요구하지 않고 호일 수 있어서, 각 부분(172)이 하나 이상의 비선형 세그먼트(122)로 프로세싱될 수 있다는 것을 당업자는 인식할 것이다. 이러한 성능은 다양한 AWG 디바이스(170)의 효과적인 생산에 유용한 실리콘에서 복잡한 곡선의 기하학적 패턴을 제작하는데 사용될 수 있다. 분할 커팅 기술이 큰 직경의 쓰루 홀 또는 막다른 형태의 비아를 제작하는데 사용될 수 있음을 또한 당업자는 인식할 것이다.
페이 등의 특허 출원(제 09/803,382호)은 커트를 따라 둥근 에지를 형성할 뿐 아니라 세라믹 웨이퍼를 레이저 슬라이싱 및 다이싱하기 위한 기술을 기재한다. 많은 이들 기술 및 본 명세서에 기재된 정렬 기술은, 실리콘 웨이퍼를 커팅하고, 추가로 세라믹, 또는 유리와 같은 다른 부서지기 쉬운 높은 용해 온도 물질을 커팅하기 위한 품질 및 프로세싱 속도를 향상시키기 위해 본 발명에 유리하게 병합될 수 있다. 미국 특허 출원(제 09/803,382호)은 참고용으로 본 명세서에 병합되어 있다.
산소가 풍부한 대기와 같은 반응성 가스 대기에서 커트를 수행하는 것은 더 쉽게 커팅하기 위한 파편을 생성시킬 것이라고 생각된다. 예를 들어, 산소가 풍부한 환경에서, 고온 배출 실리콘이, 실리콘 상에 강하게 부착할 가능성을 적게 만들고 및/또는 신속한 후속하는 레이저 패스(132)를 갖는 트렌치로부터 더 쉽게 클리닝(clean)할 수 있게 하는, 오랜 시간 동안 더 높은 온도에서 임의의 결과적인 SiO2 다시 채워진 리뎁을 유지할 수 있는 발열 반응으로 SiO2를 아마 형성한다는 것을 제안한다. 리뎁(또는 노출된 트렌치 물질) 냉각 또는 재응결(resolidification)이 인자라는 점에서, 이러한 재 특성 시간 간격은 최대의 바람직한 세그먼트(122)의 길이(126)에 어느 정도 영향을 줄 수 있어서, 레이저 스폿은 길이(126)를 프로세싱할 수 있고, 리뎁(또는 노출된 트렌치 물질)이 냉각하거나 강력하게 부착하기 전에 초기 레이저 패스(132a) 및 후속적인 레이저 패스 위치(132)에서 임의의 리뎁(또는 가열되고 노출된 트렌치 물질)에 다시 충돌하도록 복귀할 수 있다.
질소, 아르곤, 헬륨, 및 건조한 공기와 같은 순수한 가스가 소재(12)로부터 폐 연기(waste fume)의 제거에 도움을 주고, 더 바람직하게는 커트 경로(112)를 따라 임의의 존재하는 쓰루컷 부분을 통해 잠재적 다시 채워짐을 불어내도록 유용하게 사용될 수 있음을 당업자는 알 것이다. 그러한 순수한 가스는 레이저 시스템(10)에 부착된 배출 노즐을 사용하여 재료 표면에 가까운 근처에 배출될 수 있다.
원한다면, 본 발명에 따라 프로세싱된 실리콘 소재(12)는, 영향을 받는 영역의 표면 품질을 향상시키기 위해 물, 아세톤, 메탄올, 및 에탄올을 포함하지만, 여기에 한정되지 않는 액체에서 초음파 배쓰(ultrasonic bath)를 사용하여 세척될 수 있다. 불화 수소 산에서의 프로세싱된 실리콘 소재(12)의 세척이 불필요한 산화 층을 제거하는데 유리할 수 있음을 또한 당업자는 인식할 것이다.
본 발명이 예로서 실리콘 웨이퍼 커팅에만 본 명세서에서 제공되지만, 본 명세서에 기재된 분할 커팅 기술이, 유사하거나 상이한 UV, 가시적, 또는 IR 파장으로 된 YAG 또는 YLF, 및 CO2 레이저와 같은 고체 레이저를 포함하지만, 여기에 한정되지 않는 동일하거나 상이한 유형의 레이저를 통해 다른 반도체, GaAs, SiC, SiN, 인화 인듐, 유리, 세라믹, AlTiC, 및 금속을 포함하지만, 여기에 한정되지 않는 다양한 목표 물질을 커팅하기 위해 사용될 수 있음을 당업자는 인식할 것이다.
참고용으로 본 명세서에 병합된, 페이 등의, 표면 디바이스 층을 갖는 웨이퍼의 커팅 또는 구멍 뚫기를 위한 다중 스텝 레이저 프로세싱(Multi-Step Laser Processing for the Cutting or Drilling of Wafers with Surface Device Layers)이라는 제목의, 2001년 6월 28일에 출원된 미국 가특허 출원(제 60/301,701호)은, 상이한 레이저 파라미터와 같은 상이한 절단 프로세스로 지지하는 웨이퍼 및 디바이스를 커팅하기 위한 다중 스텝 기술을 기재한다. 이러한 다중 스텝 프로세스가 각 개별적인 층에 대한 레이저 프로세스의 최적화를 수반하여, 임의의 하나의 층 또는 기판 물질의 프로세싱은 다른 층에 악영향을 끼치지 않는다. 바람직한 프로세스는 IR 또는 가시 범위에 투명한 층을 커팅하기 위한 UV 레이저의 이용을 수반하여, 층을 커팅하는데 사용되는 것과는 상이한 레이저가 웨이퍼를 커팅하는데 사용되도록 한다. 이러한 프로세스는, IR 레이저와 같은 하나의 레이저만이 전체 층 및 웨이퍼 구조를 쓰루 커팅하는데 사용되는 경우 발생할 층에 대한 손상을 상당히 적게 한다. 더욱이, 층의 이러한 레이저 프로세싱은, 웨이퍼 상의 층에 대한 손상을 감소시키거나 제거하기 위해, 웨이퍼 소의 사용과 같이 다른 커팅 프로세스의 최적화를 허용한다. 일례는, 웨이퍼 기판의 상부 또는 하부 표면상에 세라믹, 유리, 폴리머 또는 금속 막을 포함하는 층을 커팅하기 위해 UV 레이저(10)를 사용하는 한편, 532nm 레이저 또는 IR 레이저와 같은 상이한 레이저, 또는 동일한 레이저 또는 상이한 프로세스 파라미터로 작동하는 광학 시스템은, 표면 층이 제거된(cleared away) 후에 기판 물질을 쓰루 커팅하는데 사용된다. 각 레이저 프로세스는 고품질 및 높은 처리량을 용이하게 하기 위해 선택된 다른 레이저 파라미터와 협력하는 동 일하거나 상이한 분할 커팅 기술을 사용할 수 있다. 대안적으로, 표면 층은 종래의 전체 스캔 프로세싱에 의해 프로세싱될 수 있는 한편, 더 두꺼운 기판 층은 분할 기술에 의해 프로세싱될 수 있다.
일 실시예는, 포토레지스트와 같은 희생 층(sacrificial layer)으로 웨이퍼 표면을 덮는 것과; 의도된 커팅 영역에 걸쳐 덮이지 않은 영역을 생성하기 위해 희생 층의 일부분을 선택적으로 제거하는 것과; 후속하는 기판 커팅 단계에서 발생하는 폭 이상의 폭까지 웨이퍼 기판 위의 층을 레이저 커팅하는 것과; 그 다음에, 상이한 레이저, 파장, 펄스 폭, 영향, 바이트 크기, 및/또는 다른 레이저 프로세싱 파라미터를 사용하여 개별적인 프로세싱 단계 또는 단계들로 웨이퍼를 커팅하는 것을 수반한다.
다른 실시예는, 하나의 레이저 프로세스 또는 수 개의 레이저 프로세스로 표면 층 또는 층들을 제거하도록 하고, 그 다음에 웨이퍼 기판 물질만을 제거해야 하는 비-레이저 기술을 통해 커팅을 완료시키는 후속적인 프로세스 또는 수 개의 후속적인 프로세스를 사용한다. 그러한 기술의 일례는, 레이저를 사용하여 커팅 레인으로부터 모든 금속, 폴리머 또는 다른 연성 물질을 제거하여, 소 블레이드(saw blade)를 통한 후속적인 커팅 동안, 블레이드만이 기판 물질과 접촉하게 한다는 것이다. 이 기술은, 특히 시험 디바이스의 존재로 인한 금속화와 같은 다이스 레인에서의 금속화를 갖는 웨이퍼, 또는 현재 판매되고 있는 낮은-K 물질 몇몇과 같은 폴리머 유전 물질을 갖는 웨이퍼를 커팅할 때 특히 사용될 것이다.
본 발명의 근원적인 원리에서 벗어나지 않고도 본 발명의 전술한 실시예의 세부 사항에 대해 많은 변화가 이루어질 수 있음이 당업자에게 명백할 것이다. 그러므로, 본 발명의 범주는 다음 청구항에 의해서만 결정되어야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 레이저 커팅기에 관한 것으로, 더 구체적으로 실리콘 또는 다른 물질에서 레이저 커팅 처리량을 개선시키기 위해 유리한 빔 위치 지정 및 스캐닝을 위한 방법 및/또는 시스템 등에 이용된다.

Claims (52)

  1. 레이저 커팅 프로세스에서 처리량(throughput)을 증가시키는 방법으로서,
    100㎛보다 큰 커팅 경로 길이를 갖는 커팅 경로의 제 1 세그먼트를 따라 충돌하기 위한 제 1 레이저 펄스의 제 1 패스(pass)를 향하게 하는 단계로서, 각 제 1 레이저 펄스는 목표 소재(target workpiece) 상에 제 1 스폿 영역을 갖고, 상기 제 1 세그먼트는, 상기 제 1 스폿 영역보다 길고 상기 커팅 경로 길이보다 짧은 제 1 세그먼트 길이를 갖는, 제 1 레이저 펄스의 제 1 패스를 향하게 하는 단계와;
    상기 커팅 경로의 제 2 세그먼트를 따라 충돌하기 위한 제 2 레이저 펄스의 제 2 패스를 향하게 하는 단계로서, 각 제 2 레이저 펄스는 상기 목표 소재 상에 제 2 스폿 영역을 갖고, 상기 제 2 세그먼트는, 상기 제 2 스폿 영역보다 길고 상기 커팅 경로 길이보다 짧은 제 2 세그먼트 길이를 갖고, 상기 제 2 세그먼트는 적어도 상기 제 1 또는 제 2 스폿 영역보다 더 큰 중첩 길이만큼 상기 제 1 세그먼트를 중첩하는, 제 2 레이저 펄스의 제 2 패스를 향하게 하는 단계와;
    레이저 펄스의 적어도 상기 제 1 및 제 2 패스를 향하게 한 후에, 상기 커팅 경로의 제 3 세그먼트를 따라 충돌하기 위해 제 3 레이저 펄스의 제 3 패스를 향하게 하는 단계로서, 각 제 3 레이저 펄스는 상기 목표 소재 상에 제 3 스폿 영역을 갖고, 상기 제 3 세그먼트는, 상기 제 3 스폿 영역보다 길고 상기 커팅 경로 길이보다 짧은 제 3 세그먼트 길이를 갖고, 상기 제 3 세그먼트는 상기 제 1 또는 제 2 세그먼트 이외에 상기 커팅 경로의 후속 부분을 포함하며, 상기 커팅 경로의 후속 부분은 상기 제 1, 제 2, 또는 제 3 스폿 영역보다 더 큰 중첩되지 않은 길이를 갖는, 레이저 펄스의 제 3 패스를 향하게 하는 단계를
    포함하는, 레이저 커팅 프로세스에서 처리량을 증가시키는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 세그먼트의 주요 부분은 중첩하는, 레이저 커팅 프로세스에서 처리량을 증가시키는 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제 2 세그먼트는 상기 제 1 세그먼트 전부를 포함하는, 레이저 커팅 프로세스에서 처리량을 증가시키는 방법.
  4. 제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 세그먼트는 동일한 방향으로 프로세싱되는, 레이저 커팅 프로세스에서 처리량을 증가시키는 방법.
  5. 제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 세그먼트는 반대 방향으로 프로세싱되는, 레이저 커팅 프로세스에서 처리량을 증가시키는 방법.
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서, 상기 제 3 레이저 펄스를 인가하기 전에 상기 제 1 또는 제 2 세그먼트 중 적어도 하나의 세그먼트에서 쓰루 트렌치를 형성하는 단계를 더 포함하는, 레이저 커팅 프로세스에서 처리량을 증가시키는 방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 제 3 레이저 펄스를 인가하기 전에 레이저 펄스의 다중 패스를 통해 상기 목표 소재 상의 상기 제 1 또는 제 2 세그먼트 중 적어도 하나의 세그먼트에서 쓰루컷을 형성하는 단계와;
    상기 목표 소재 상의 상기 제 3 세그먼트 내에서 쓰루컷을 형성하는 단계를
    더 포함하는, 레이저 커팅 프로세스에서 처리량을 증가시키는 방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 1항에 있어서, 상기 커팅 경로 길이는 1mm보다 크고, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 세그먼트 길이는 10㎛ 내지 500㎛ 내에 있는, 레이저 커팅 프로세스에서 처리량을 증가시키는 방법.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 커팅 경로 길이는 10mm보다 크고, 상기 제 1, 제 2, 및 제 3 세그먼트 길이는 200㎛ 내지 500㎛ 내에 있는, 레이저 커팅 프로세스에서 처리량을 증가시키는 방법.
  13. 제 1항 또는 제 11항에 있어서, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 레이저 펄스는 UV 파장, 5kHz보다 큰 펄스 반복 주파수, 200μJ보다 큰 펄스 에너지 및 0.5 내지 50㎛의 바이트 크기를 특징으로 하는, 레이저 커팅 프로세스에서 처리량을 증가시키는 방법.
  14. 제 11항에 있어서, 상기 목표 소재는 50㎛보다 큰 두께를 갖는, 레이저 커팅 프로세스에서 처리량을 증가시키는 방법.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 목표 소재는 500㎛보다 큰 두께를 갖는, 레이저 커팅 프로세스에서 처리량을 증가시키는 방법.
  16. 제 11항에 있어서, 상기 목표 소재는 500㎛보다 큰 두께를 갖고, 상기 커팅 경로 길이는 100mm보다 크고, 상기 커팅 경로의 총 길이를 따라 쓰루컷(throughcut)은 상기 커팅 경로를 따라 임의의 위치에 걸쳐 레이저 펄스의 25보다 적은 패스로 이루어지는, 레이저 커팅 프로세스에서 처리량을 증가시키는 방법.
  17. 제 11항에 있어서, 상기 목표 소재는 200㎛보다 큰 두께를 갖고,
    10mm/분보다 큰 커팅 속도로 상기 커팅 경로를 따라 전체 두께를 쓰루 커팅하는 단계를 더 포함하는, 레이저 커팅 프로세스에서 처리량을 증가시키는 방법.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 목표 소재의 두께의 주요 부분은 반도체 물질, 유리 물질, 세라믹 물질, 또는 금속 물질을 포함하는, 레이저 커팅 프로세스에서 처리량을 증가시키는 방법.
  19. 제 17항에 있어서, 상기 목표 소재의 두께의 주요 부분은 Si, GaAs, SiC, SiN, 인화 인듐, 또는 AlTiC를 포함하는, 레이저 커팅 프로세스에서 처리량을 증가시키는 방법.
  20. 제 1항 또는 제 18항에 있어서, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 레이저 펄스는 고체 레이저 또는 CO2 레이저로부터 생성되는, 레이저 커팅 프로세스에서 처리량을 증가시키는 방법.
  21. 제 2항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 세그먼트의 중첩되는 주요 부분의 길이는 충분히 짧아서, 상기 제 1 레이저 펄스에 의해 생성된 임의의 파편(debris)의 주요 부분이 상기 중첩 길이를 따라 주변 온도로 냉각하기 전에 상기 제 2 레이저 펄스는 상기 중첩 길이를 따라 충돌하는, 레이저 커팅 프로세스에서 처리량을 증가시키는 방법.
  22. 제 1항에 있어서, 상기 제 3 세그먼트는 상기 제 1 또는 제 2 세그먼트와 겹치지 않도록 상기 제 1 또는 제 2 세그먼트를 제외하는, 레이저 커팅 프로세스에서 처리량을 증가시키는 방법.
  23. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 레이저 펄스는 제 1 커팅 방향으로 상기 커팅 경로를 따라 충돌하고, 상기 제 1 레이저 펄스는 상기 제 1 커팅 방향과 평행한 제 1 편광 배향을 갖는데, 여기서 상기 제 3 레이저 펄스는 제 3 커팅 방향으로 상기 커팅 경로를 따라 충돌하고, 상기 제 3 레이저 펄스는 상기 제 3 커팅 방향과 평행한 제 3 편광 배향을 갖고, 상기 제 1 및 제 3 커팅 방향은 횡방향인, 레이저 커팅 프로세스에서 처리량을 증가시키는 방법.
  24. 제 23항에 있어서, 상기 제 1 편광 배향으로부터 상기 제 3 편광 배향으로 변화하기 위해 편광 제어 디바이스를 사용하는 단계를 더 포함하는, 레이저 커팅 프로세스에서 처리량을 증가시키는 방법.
  25. 제 8항에 있어서,
    쓰루컷이 상기 커팅 경로를 따라 달성되는 쓰루컷 위치를 결정하기 위해 쓰루컷 모니터를 통해 쓰루컷 상태를 모니터링하는 단계와;
    상기 쓰루컷 모니터에 의해 제공된 정보에 응답하여 상기 제 1, 제 2, 제 3, 또는 후속적인 레이저 펄스의 패스 동안 상기 쓰루컷 위치의 충돌을 감소시키는 단계를 더 포함하는, 레이저 커팅 프로세스에서 처리량을 증가시키는 방법.
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 제 1항에 있어서, 상기 제 1, 제 2, 및 제 3 패스 중 적어도 2개 패스의 레이저 펄스는 일반적으로 적어도 하나의 상이한 파라미터를 갖는, 레이저 커팅 프로세스에서 처리량을 증가시키는 방법.
  29. 제 1항에 있어서, 상기 제 1, 제 2, 및 제 3 패스 중 적어도 하나의 패스에서 상기 레이저 펄스의 적어도 2개는 일반적으로 적어도 하나의 상이한 파라미터를 갖는, 레이저 커팅 프로세스에서 처리량을 증가시키는 방법.
  30. 제 1항에 있어서, 제 1 레이저 펄스의 다수의 패스를 적용하여 상기 목표 소재 상의 상기 제 1 세그먼트 내에서 쓰루컷을 형성하는 단계를 더 포함하는, 레이저 커팅 프로세스에서 처리량을 증가시키는 방법.
  31. 제 30항에 있어서, 상기 쓰루컷은, 제 2 레이저 펄스의 상기 패스가 상기 제 2 세그먼트에 적용되기 전에 상기 제 1 세그먼트에 형성되는, 레이저 커팅 프로세스에서 처리량을 증가시키는 방법.
  32. 제 31항에 있어서, 레이저 펄스의 다수의 패스는 상기 제 2 세그먼트 내에서 쓰루컷을 형성하기 위해 상기 제 2 세그먼트에 적용되는, 레이저 커팅 프로세스에서 처리량을 증가시키는 방법.
  33. 제 32항에 있어서, 상기 쓰루컷은, 제 3 레이저 펄스의 상기 패스가 상기 제 3 세그먼트에 적용되기 전에 상기 제 2 세그먼트에 적용되는, 레이저 커팅 프로세스에서 처리량을 증가시키는 방법.
  34. 삭제
  35. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 세그먼트의 작은(minor) 부분만이 중첩하는, 레이저 커팅 프로세스에서 처리량을 증가시키는 방법.
  36. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 레이저 펄스는 제 1 커팅 방향으로 상기 커팅 경로를 따라 충돌하고, 상기 제 1 레이저 펄스는 처리량 또는 커트 품질을 향상시키기 위해 상기 제 1 커팅 방향으로 배향되는 제 1 편광 배향을 갖고, 여기서 상기 제 3 레이저 펄스는 제 3 커팅 방향으로 상기 커팅 경로를 따라 충돌하고, 상기 제 3 레이저 펄스는 처리량 또는 커트 품질을 향상시키기 위해 상기 제 3 커팅 방향으로 배향되는 제 3 편광 배향을 갖고, 상기 제 1 및 제 3 커팅 방향은 횡방향이고, 상기 제 1 및 제 3 편광 배향은 횡배향인, 레이저 커팅 프로세스에서 처리량을 증가시키는 방법.
  37. 제 1항에 있어서, 상기 세그먼트 중 적어도 하나는 호(arc)인, 레이저 커팅 프로세스에서 처리량을 증가시키는 방법.
  38. 제 1항에 있어서,
    상기 목표 소재 상에서 상기 커팅 경로를 따라 하나 이상의 쓰루컷을 형성하는 단계와;
    상기 목표 소재 상에서 상기 커팅 경로를 따라 상기 쓰루컷을 통해 장래에 다시 채워질(backfill) 파편의 제거를 용이하게 하기 위해 정화 가스(purge gas)를 지향(directing)시키는 단계를
    더 포함하는, 레이저 커팅 프로세스에서 처리량을 증가시키는 방법.
  39. 제 1항에 있어서, 적어도 3개의 제 1, 제 2, 및 제 3 세그먼트를 포함하는 연장된 레이저 패스는 상기 커팅 경로에 적용되는, 레이저 커팅 프로세스에서 처리량을 증가시키는 방법.
  40. 제 1항에 있어서, 세그먼트를 따르는 각 스폿 영역은 이전의 레이저 펄스의 스폿 영역 근처에 있거나 적어도 부분적으로 중첩하는, 레이저 커팅 프로세스에서 처리량을 증가시키는 방법.
  41. 제 1항에 있어서, 상기 중첩 길이, 또는 상기 제 1 또는 제 2 세그먼트 길이는, 상기 중첩 길이를 따라 상기 목표 소재와의 제 1 펄스의 상호 작용에서 야기되는 선택된 과도 효과의 제 2 레이저 펄스 지속성으로 이용하도록 적절한 범위에 있는, 레이저 커팅 프로세스에서 처리량을 증가시키는 방법.
  42. 목표 소재 상에 커팅 경로 길이를 갖는 커팅 경로를 따라 커트를 형성하기 위한 처리량 증가 방법으로서,
    상기 커팅 경로 길이보다 짧은 세그먼트 길이를 선택하는 단계와;
    상기 커팅 경로를 따라 상기 세그먼트 길이의 제 1 세그먼트를 따라 상기 목표 소재에 충돌하기 위해 제 1 스폿 영역을 갖는 제 1 레이저 펄스의 제 1 패스를 향하게 하는 단계와;
    상기 커팅 경로를 따라 상기 세그먼트 길이의 제 2 세그먼트를 따라 상기 목표 소재에 충돌하기 위해 제 2 스폿 영역을 갖는 제 2 레이저 펄스의 제 2 패스를 향하게 하는 단계로서, 상기 제 2 세그먼트는 적어도 상기 제 1 또는 제 2 스폿 영역보다 큰 중첩 길이만큼 상기 제 1 세그먼트를 중첩하는, 제 2 레이저 펄스의 제 2 패스를 향하게 하는 단계와;
    레이저 펄스의 적어도 상기 제 1 및 제 2 패스를 향하게 한 후에, 상기 커팅 경로를 따라 상기 세그먼트 길이의 제 3 세그먼트를 따라 충돌하기 위해 제 3 스폿 영역을 갖는 제 3 레이저 펄스의 제 3 패스를 향하게 하는 단계로서, 상기 제 3 세그먼트는 상기 제 1 또는 제 2 세그먼트를 확장하는 상기 커팅 경로의 부분을 포함하며, 상기 커팅 경로의 부분은 상기 제 1, 제 2, 또는 제 3 스폿 영역보다 큰 부분 길이를 갖는, 레이저 펄스의 제 3 패스를 향하게 하는 단계를
    포함하는, 처리량 증가 방법.
  43. 제 42항에 있어서, 상기 커팅 경로를 따라 레이저 펄스의 충돌은 파편을 생성시키고, 상기 중첩 길이 또는 상기 세그먼트 길이는 충분히 짧아서, 상기 제 1 레이저 펄스에 의해 생성된 임의의 파편의 주요 부분이 상기 중첩 길이를 따라 주변 온도로 냉각하기 전에, 제 2 레이저 펄스의 제 2 패스는 상기 중첩 길이를 따라 충돌하는, 처리량 증가 방법.
  44. 제 42항에 있어서, 상기 중첩 길이, 또는 상기 제 1 또는 제 2 세그먼트 길이는, 상기 중첩 길이를 따라 상기 목표 소재와의 제 1 펄스의 상호 작용에서 야기되는 선택된 과도 효과의 제 2 레이저 펄스 지속성으로 이용하도록 적절한 범위에 있는, 처리량 증가 방법.
  45. 레이저 커팅 프로세스에서 처리량을 증가시키는 방법으로서,
    커팅 경로 길이를 갖는 커팅 경로의 제 1 세그먼트를 따라 충돌하기 위해 제 1 레이저 펄스의 제 1 패스를 향하게 하는 단계로서, 각 제 1 레이저 펄스는 목표 소재 상에 제 1 스폿 영역을 갖고, 상기 제 1 세그먼트는, 상기 제 1 스폿 영역보다 길고 상기 커팅 경로 길이보다 짧은 제 1 세그먼트 길이를 갖는, 제 1 레이저 펄스의 제 1 패스를 향하게 하는 단계와;
    상기 커팅 경로의 제 2 세그먼트를 따라 충돌하기 위해 제 2 레이저 펄스의 제 2 패스를 향하게 하는 단계로서, 상기 제 2 세그먼트는, 쓰루컷이 상기 중첩 길이 내에서 이루어질 때까지 상기 제 1 세그먼트의 적어도 부분을 중첩하는 중첩 길이를 포함하고, 각 제 2 레이저 펄스는 목표 소재 상에 제 2 스폿 영역을 갖고, 상기 제 2 세그먼트는, 상기 제 2 스폿 영역보다 길고 상기 커팅 경로 길이보다 짧은 제 2 세그먼트 길이를 갖고, 상기 중첩 길이는 적어도 상기 제 1 또는 제 2 스폿 영역보다 긴, 제 2 레이저 펄스의 제 2 패스를 향하게 하는 단계와;
    레이저 펄스의 적어도 제 1 및 제 2 패스를 향하게 한 후에, 쓰루컷이 상기 제 3 세그먼트 내에서 이루어질 때까지 상기 커팅 경로의 제 3 세그먼트를 따라 충돌하기 위해 제 3 레이저 펄스의 제 3 패스를 향하게 하는 단계로서, 각 제 3 레이저 펄스는 목표 소재 상에 제 3 스폿 영역을 갖고, 상기 제 3 세그먼트는, 상기 제 3 스폿 영역보다 길고 상기 커팅 경로 길이보다 짧은 제 3 세그먼트 길이를 갖고, 상기 제 3 세그먼트는 상기 제 1 또는 제 2 세그먼트를 지나서 확장하는 상기 커팅 경로의 부분을 포함하며, 상기 커팅 경로의 부분은 상기 제 1, 제 2, 또는 제 3 스폿 영역보다 긴 부분 길이를 갖는, 레이저 펄스의 제 3 패스를 향하게 하는 단계를
    포함하는, 레이저 커팅 프로세스에서 처리량을 증가시키는 방법.
  46. 제 45항에 있어서, 상기 중첩 길이, 또는 상기 제 1 또는 제 2 세그먼트 길이는, 상기 중첩 길이를 따라 상기 목표 소재와의 제 1 펄스의 상호 작용에서 야기되는 선택된 과도 효과의 제 2 레이저 펄스 지속성으로 이용하도록 적절한 범위에 있는, 레이저 커팅 프로세스에서 처리량을 증가시키는 방법.
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