KR100982677B1

KR100982677B1 - 레이저 스폿 확장을 이용한 소재의 레이저 가공 방법

Info

Publication number: KR100982677B1
Application number: KR1020047010540A
Authority: KR
Inventors: 도날드 알. 커틀러
Original assignee: 일렉트로 싸이언티픽 인더스트리이즈 인코포레이티드
Priority date: 2002-01-11
Filing date: 2003-01-10
Publication date: 2010-09-17
Also published as: TW200301718A; CN1299873C; CA2469520A1; KR20040073542A; GB2397545A; JP2005532908A; DE10392185T5; AU2003214818A1; GB2397545B; TW564196B; CN1612793A; WO2003059568A1; JP4340745B2; GB0412827D0

Abstract

PMN 작동 미러와 같은 고속 조종 미러(30)는, 공칭 타깃 위치(60) 주위의 고속의 미리 정해진 패턴으로 레이저 빔(46)을, 높은 레이저 반복율로 생성된 공간적으로 분리된 집속 레이저 스폿(48)으로 계속해서 이동시켜, 집속 레이저 스폿(48)의 치수보다 큰 치수를 갖는 기하학적 구조를 생성시키기 위해 스테이지 기반의 위치 지정 시스템(40)의 빔 경로(18)에 위치한다. 초점이 맞지 않게 작동하는 것과 연관된 빔 품질 문제없이, 일정한 반복율의 일련의 레이저 스폿(48)은 더 낮은 펄스율로 일련의 더 큰 직경의 레이저 스폿으로서 나타난다.

Description

레이저 스폿 확장을 이용한 소재의 레이저 가공 방법{METHOD FOR LASER MACHINING A WORKPIECE WITH LASER SPOT ENLARGEMENT}

본 발명은 레이저 미세 가공에 관한 것으로, 특히, 기판 상의 집속된 스폿 크기보다 더 큰 타깃 영역을 제거하기 위해 기판 상에 집속된 스폿 크기를 갖는 레이저 스폿을 원하는 패턴으로 이동시키도록 고속 조종 미러(fast steering mirror)를 사용하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

배경 기술은 전자 패키지 산업에서 가장 바람직한 구성요소가 되고 있는 집적 회로 칩 패키지, 다중칩 모듈(MCM) 및 고밀도 상호 연결 회로 보드와 같은 다층 전자 소재에 대한 예로서 본 명세서에 제공된다.

볼 그리드 어레이, 핀 그리드 어레이, 회로 보드, 하이브리드 마이크로 회로와 같은 단일 칩을 패키징하기 위한 디바이스는 일반적으로 금속 및 유기 유전체 및/또는 강화 물질, 및 다른 새로운 물질로 된 별도의 구성요소 층을 포함한다. 최근의 연구는, 이러한 유형의 전자 물질에 비아(via)를 형성하거나, 다른 공정으로 형성하기 위한 레이저 기반의 미세 가공 기술을 개발하는 것에 집중해 왔다. 비아는 미세 가공에 대한 예로서만 본 명세서에 논의되고, 완전한 관통-구멍(through-hole) 또는 블라인드 비아(blind via)라 불리는 불완전한 구멍의 형태를 취할 수 있다. 공교롭게도, 레이저 미세 가공은, 레이저 유형, 운영 비용, 빔 파장, 전력 및 스폿 크기와 같은 레이저- 및 타깃 물질-특정 동작 파라미터를 포함하는 다수의 변수를 포함하여, 결과적인 가공 처리량 및 구멍 품질은 광범위하게 변한다.

현재 미세 가공 동작에 사용된 펄싱된 자외선(UV) 레이저는 많은 응용에 바람직한 절단 폭 및 구멍 직경에 비해 상대적으로 작은 스폿 크기를 발생시킨다. 이후에 "윤곽 가공(contoured machining)"으로 언급되는, 레이저 스폿 크기에 비해 큰 그러한 형상 기하학적 구조(feature geometry)의 생성을 위한 레이저 가공 처리량은 더 큰 및 더 낮은 전력 밀도의 레이저 빔을 이용함으로서 증가될 수 있다. 오웬(Owen) 등의 미국 특허 번호 제 5,841,099호에 기재된 바와 같이, 초점이 맞지 않게 레이저를 동작함으로써, 레이저 스폿 크기를 효과적으로 확장시키고, 에너지 밀도를 감소시킬 수 있다. 오웬 등의 미국 특허 번호 제 5,593,606호 및 미국 특허 번호 5,841,099호는 다층 디바이스에 비아 또는 블라인드 비아를 형성하기 위해 유리한 파라미터 내에 레이저 출력 펄스를 생성하기 위해 UV 레이저 시스템을 이용하는 장점을 기재한다. 이러한 특허는, 집속된 스폿 크기의 직경보다 큰 직경을 갖는 비아가 절단(trepanning), 동심원 처리, 또는 나선형 처리에 의해 생성될 수 있는 잘 알려진 기술을 언급한다. 이러한 기술은 이후에 "윤곽 드릴링(contoured drilling)"으로 집합적으로 언급될 것이다.

불행히도, 레이저를 초점이 맞지 않게 동작시키는 것은 종종 예측불가능하고 바람직하지 않은 에너지 분포 및 스폿 형태를 초래하고, 비아 벽 테이퍼(via wall taper), 비아의 하부에서 구리층의 용해도, 및 드릴링 동안 용해된 구리의 스플래 쉬(splash)에 의해 야기된 비아의 주변부 주위에서의 "림(rim)"의 높이를 포함하는 비아 품질에 악영향을 끼친다. 더욱이, 종래의 시준 및 집속 광학 기재(optics)에 들어가는 스폿 크기가 타깃에 영향을 주는 스폿 크기에 반비례하기 때문에, 광학 기재에 적용된 전력 밀도는 광학 기재의 손상 임계치를 빠르게 초과한다.

워드(Ward)의 미국 특허 번호 제 4,461,947호는, 집속된 레이저 스폿의 크기보다 더 큰 타깃 영역을 달성하기 위해, 렌즈가 입사 레이저 빔에 수직인 평면 내에서 회전하는 윤곽 드릴링 방법을 기재한다. 렌즈 회전은 지지 장착 아암의 위치에 독립적이다. 워드는 또한 렌즈 회전을 달성하기 위해 평면 내에서의 장착 아암의 이동에 좌우되는 종래의 윤곽 드릴링 방법을 기재한다. 배경 기술로서, 워드는 빔이 회전 미러에 의해 회전될 수 있음을 기재한다.

가와사키(Kawasaki) 등의 미국 특허 번호 제 5,571,430호는, 미러가 제 1 축에 수직인 제 2 축을 중심으로 회전가능하도록, 제 1 축을 중심으로 선회하고 베어링 상의 회전 지지 부재에 의해 지지되는 오목 압축 미러를 이용하는 레이저 용접 시스템을 기재한다. 미러는 제거된 타깃의 "폭"을 증가시키기 위해 제 1 축 주위에 진동되고, 고리형 패턴을 생성시키기 위해 제 2 축을 중심으로 회전한다.

그러므로, 본 발명의 목적은, 높은 반복율의 레이저 펄스로 된 집속된 레이저 스폿(이에 따라 에너지 밀도)을 빠르게 공간적으로 확장시키기 위한 방법 또는 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 집속된 레이저 스폿의 치수보다 더 큰 치수를 갖는 기하학적 형상을 빠르게 생성하는 것이다.

본 발명의 추가 목적은, 그러한 레이저 가공 동작시 소재의 처리량 및/또는 품질을 향상시키는 것이다.

커틀러(Curtler) 등의 미국 특허 번호 제 5,751,585호 및 제 5,847,960호, 및 커틀러의 미국 특허 번호 제 6,430,465 B2는 스플릿-축(split-axis) 위치 지정 시스템에 대한 설명을 포함하는데, 상기 시스템에서 상부 스테이지는 하부 스테이지에 의해 지지되지 않고 하부 스테이지와 독립적으로 이동하며, 소재는 하나의 축 또는 스테이지 상에 수용되는 반면, 공구는 다른 축 또는 스테이지 상에 수용된다. 이러한 위치 지정 시스템은 각각 고속 위치 지정기를 지지하는 하나 이상의 상부 스테이지를 갖고, 하나 또는 다수의 소재를 동시에 높은 처리량 속도로 처리할 수 있는데, 그 이유는 각각 독립적으로 지지된 스테이지가 적은 관성 질량을 수용하고, 적층형 스테이지 시스템이 할 수 있는 것보다 더 빨리 가속하고, 감속하거나, 방향 전환할 수 있기 때문이다. 따라서, 하나의 스테이지의 질량이 다른 스테이지 상에 수용되지 않기 때문에, 주어진 적재물(load)을 위한 공진 주파수는 증가한다. 더욱이, 저속 및 고속 위치 지정기는 반드시 정지할 필요 없이 위치 지정 명령 데이터 스트림에 응답하여 이동하도록 적응되는 한편, 데이터베이스에 의해 한정된 타깃 위치 위에 고정 공구 위치를 일시적으로 발생시키기 위해 개별적으로 이동 위치를 조정하도록 적응된다. 이러한 스플릿-축, 다중 속도의 위치 지정 시스템은 종래의 시스템의 고속 위치 지정기 이동 범위의 한계를 감소시키는 한편, 상당히 증가된 공구 처리 처리량을 제공하고, 패널화(panelized)되거나 패널화되지 않은 데 이터베이스로부터 작동할 수 있다.

그러한 스플릿-축 위치 지정 시스템이 더 길고 이에 따라 더 대용량의 스테이지를 이용하여 소재의 전체 크기 및 무게가 증가함에 따라 더욱 더 유리해지더라도, 상기 위치 지정 시스템은 높은 펄스 반복 주파수(PRF)로 레이저 펄스 사이의 큰 기하학적 공간에 의해 에너지를 효과적으로 확장시킬 정도로 충분한 대역폭을 제공해서는 안 된다.

그러므로, 본 발명은, 높은 레이저 반복율로 생성된 집속된 레이저 스폿을 공간적으로 분리시키기 위해 공칭 타깃 위치 주위의 고속으로 미리 정해진 패턴으로 레이저 빔을 계속해서 이동시키도록 빔 경로에 압전기형 제어 미러와 같은 고속 조종 미러를 이용하여, 이를 통해 집속된 레이저 스폿의 치수보다 큰 치수를 갖는 기하학적 형상을 생성한다. 본 발명은, 주어진 반복율로 일련의 레이저 펄스가 초점에서 벗어난 작동과 연관된 빔 품질 문제없이 더 낮은 펄스 속도로 일련의 더 큰 직경의 펄스로 나타나도록 한다.

본 발명의 추가 목적 및 장점은 첨부 도면을 참조하여 계속되는 바람직한 실시예의 다음 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명에 따라 고속 조종 미러를 병합하는 간략화된 레이저 시스템의 부분적으로 같은 크기이고 부분적으로 개략적인 도면.

도 2는 도 1의 레이저 시스템에 사용된 고속 조종 미러 메커니즘의 부분적인 개략도.

도 3은 도 1의 레이저 시스템에 사용된 고속 조종 미러 메커니즘의 부분적으로 단면이고 부분적으로 개략적인 도면.

도 4는 미러 굴곡이 레이저 스폿의 위치에 어떻게 영향을 미칠 수 있는 지를 나타내는 고속 조종 미러의 정면도.

도 5는 본 발명에 따라 고속 조종 미러의 이동에 의해 개선된 예시적인 직선 절단 형성 프로파일의 컴퓨터 모델을 도시한 도면.

도 6은 본 발명에 따라 고속 조종 미러의 이동에 의해 개선된 예시적인 비아 드릴링 프로파일의 컴퓨터 모델을 도시한 도면.

도 1을 참조하여, 본 발명의 레이저 시스템(10)의 예시적인 실시예는 바람직하게 고체 상태의 레이저 매질(lasant)을 포함하는 Q-스위치되고 다이오드-펌핑된(DP) 고체 상태(SS) 레이저(12)를 포함한다. 그러나, 크립톤 아크 램프(krypton arc lamp)와 같은, 다이오드 이외의 펌핑 소스도 또한 이용가능하다는 것을 당업자는 알 것이다. 펌핑 다이오드, 아크 램프, 또는 다른 종래의 펌핑 수단은 레이저(12)의 부분을 형성하거나 개별적으로 위치될 수 있는 전원(개별적으로 미도시)으로부터 전력을 수신한다.

예시적인 레이저(12)는 주로 TEM₀₀ 공간 모드 프로파일을 갖는 하나 이상의 레이저 펄스의 고조파로 생성된 레이저 출력(14)을 제공한다. 약 150nm 내지 약 2000nm의 바람직한 레이저 파장은, Nd:YAG, Nd:YLF, Nd:NO₄, Nd:YAP, Yb:YAG, 또는 Ti:사파이어 레이저(64)로부터 1.3, 1.064, 또는 1.047, 1.03-1.05, 0.75-0.85미크론(㎛) 또는 제 2, 제 3, 제 4, 또는 제 5 고조파를 포함하지만, 여기에 한정되지 않는다. 그러한 고조파 파장은 약 532nm(이중 주파수 Nd:YAG), 355nm(3중 주파수 Nd:YAG), 266nm(4중 주파수 Nd:YAG), 또는 213nm(5중 주파수 Nd:YAG)와 같은 파장을 포함할 수 있지만, 여기에 한정되지 않는다. 레이저(12) 및 고조파 생성 기술은 당업자에게 잘 알려져 있다. 하나의 예시적인 레이저(12)에 대한 세부사항은 오웬 등의 미국 특허 번호 제 5,593,606호에 기재되어 있다. 바람직한 레이저(12)의 일례는 캘리포니아, 마운틴 뷰에 위치한 Lightwave Electronics사가 판매한 모델 210 UV-3500 레이저를 포함한다. 파이버(fiber) 레이저, 또는 Q-스위치 CO₂ 레이저를 포함하는 다른 적합한 파장으로 방출하는 레이저가 상업상 이용가능하고, 사용될 수 있다. 예시적인 Q-스위치 CO₂ 레이저는 2002년 12월 12일에 공개된 던스키(Dunsky) 등의 미국 특허 공보(US 2002/0185474 A1)에 기재되어 있다.

도 1을 참조하면, 레이저 출력(14)은, 일련의 빔-지향 성분(20)(스테이지 축 위치 지정 미러와 같은)에 의해 나아가기 전에 빔 경로(18)를 따라 위치되는 빔 확장기 렌즈 성분(16)과, 빔 위치 지정 시스템(40)의 고속 위치 지정기(32)(한 쌍의 검류계 구동 X 및 Y 축 미러와 같은)를 포함하는 다양한 잘 알려진 광학기재에 의해 조정될 수 있다. 마지막으로, 레이저 출력(14)은 소재(50)에서 레이저 스폿(48)을 갖는 레이저 시스템 출력 빔(46)으로서 인가되기 전에 집속 또는 텔레센트릭 스캔 렌즈(telecentric scan lens)와 같은 대물 렌즈(42)에 통과한다.

바람직한 빔 위치 지정 시스템(40)은 커틀러 등의 미국 특허 번호 제 5,751,585호에 구체적으로 기재되어 있고, 커틀러의 미국 특허 번호 제 6,430,465 B2에 기재된 ABBE 에러 정정 수단을 포함할 수 있다. 빔 위치 지정 시스템(40)은, 병진 스테이지 위치 지정기를 사용하는 것이 바람직한데, 상기 병진 스테이지 위치 지정기는 적어도 2개의 플랫폼 또는 스테이지(52 및 54)를 제어하고, 레이저 시스템 출력 빔(46)을 원하는 레이저 타깃 위치(60)로 겨냥하고 집속하기 위한 위치 지정 성분(20)을 지지하는 것이 바람직하다. 바람직한 실시예에서, 병진 스테이지 위치 지정기는, 일반적으로 선형 모터에 의해 이동되는 Y 스테이지(52)가 레일(56)을 따라 소재(50)를 지지하고 이동시키고, X 스테이지(54)가 레일(58)을 따라 고속 위치 지정기(32) 및 대물 렌즈(42)를 지지하고 이동시키고, X 스테이지와 Y 스테이지 사이의 Z 치수가 조정가능하고, 빔-지향 성분(20)이 레이저(12)와 FSM(30) 사이에 임의의 회전을 통해 빔 경로(18)를 정렬시키는 스플릿-축 시스템이다. 기존의 병진 스테이지 위치 지정기는 500mm/sec의 속도와 1.5G의 가속도를 가질 수 있다. 편리함을 위해, 고속 위치 지정기(32)와 하나 이상의 병진 스테이지(52 및/또는 54)의 조합은 주 또는 통합 위치 지정 시스템으로 언급될 수 있다.

빔 위치 지정 시스템(40)은, 동일하거나 상이한 회로 보드 또는 칩 패키지 상의 타깃 위치(60) 사이의 빠른 이동이 제공된 테스트 또는 설계 데이터에 기초하여 고유 또는 복제 처리 동작을 달성하도록 한다. 예시적인 고속 위치 지정기는 400 또는 500mm/sec와 300 또는 500G의 가속도를 가질 수 있고, 이에 따라 이들은 또한 예시적인 통합 위치 지정 시스템의 일반적인 성능이다. 전술한 다수의 위치 지정 시스템 성분을 포함하는 바람직한 레이저 시스템(10)의 일례는, 오리곤, 포틀랜드에 위치한 일렉트로 사이언티픽 인더스트리사(ESI)가 제작한 시리즈에서 모델 5320 레이저 시스템 또는 다른 레이저 시스템이다. 그러나, 소재 위치 지정 및 고정 빔 위치를 위한 단일 X-Y 스테이지를 갖는 시스템 및/또는 빔 위치 지정을 위한 고정 검류계가 대안적으로 사용될 수 있음을 당업자는 인식할 것이다.

레이저 시스템 제어기(62)는 당업자에게 잘 알려진 방식으로 레이저(12) 발사를 스테이지(52 및 54) 및 고속 위치 지정기(32)의 움직임에 동기화시키는 것이 바람직하다. 레이저 시스템 제어기(62)는 일반적으로 고속 위치 지정기(32), 스테이지(52 및 54), 레이저(12), 및 FSM 제어기(64)를 제어하는 것으로 도시된다. 레이저 시스템 제어기(62)는 임의의 또는 모든 이러한 레이저 성분에 전력을 제어 및/또는 제공하기 위해 통합형 또는 독립형 제어 서브시스템을 포함할 수 있고, 그러한 서브시스템이 레이저 시스템 제어기(62)에 대해 원격으로 위치될 수 있음을 당업자는 이해할 것이다. 레이저 시스템 제어기(62)는, 또한 직접적으로 또는 미러 제어기(64)를 통해서 간접적으로 FSM(30)의 방향, 경사각 또는 회전, 속도 또는 주파수를 포함하는 움직임을 제어할 수 있을 뿐 아니라, 레이저(12) 또는 위치 지정 시스템(40)의 성분과의 임의의 동기화를 제어하는 것이 바람직하다. 편리함을 위해, FSM(30)과 미러 제어기(62)의 조합은 2차 또는 비통합 위치 지정 시스템으로 언급될 것이다.

레이저 시스템 출력 빔(46)의 파라미터는, 광범위하게 다양한 금속, 유전체, 및 UV 또는 가시광에 반응하여 상이한 광 흡수, 연마 임계치, 또는 다른 특성을 나 타낼 수 있는 다른 물질 타깃에서 실질적인 세척, 순차적 드릴링, 즉 비아 형성을 용이하게 하도록 선택된다. 레이저 시스템 출력의 예시적인 파라미터는, 빔 스폿 영역에 걸쳐 측정된 약 120마이크로줄(μJ), 바람직하게는 200μJ보다 더 큰 평균 에너지 밀도와; 약 50㎛ 미만, 바람직하게는 약 150㎛, 일반적으로 약 20 내지 30㎛의 스폿 크기 직경 또는 공간적 주 축과; 약 1킬로헤르쯔(kHz), 바람직하게는 약 5kHz, 가장 바람직하게는 20kHz보다 더 큰 반복율과; 약 150 내지 2000nm, 더 바람직하게는 약 190 내지 1325nm, 가장 바람직하게 약 266nm 내지 532nm의 파장을 포함한다. 레이저 시스템 출력 빔(46)의 바람직한 파라미터는, 약 100(ns)보다 더 짧은, 바람직하게는 약 0.1ps 내지 100ns, 가장 바람직하게는 약 1 내지 90ns 또는 그보다 적은 시간 펄스 폭을 이용함으로써 특정한 열적 손상 효과를 피하려고 선택된다. 이러한 파라미터가 변경될 것이고, 처리될 물질에 맞게 최적화될 수 있고, 상이한 파라미터가 상이한 타깃 층을 처리하는데 사용될 수 있음을 당업자는 이해할 것이다.

레이저 시스템 출력 빔(46)은 소재(50) 상의 빔 위치(60)에서 약 25 내지 50㎛보다 작은 직경의 스폿 영역(48)을 발생시키는 것이 바람직하다. 스폿 영역(48) 및 직경이 특히 레이저 시스템(10)의 설명에 대해 일반적으로 1/e² 치수로 언급되지만, 이러한 용어는 단일 펄스에 의해 생성된 구멍의 스폿 영역 또는 직경으로 언급하는데 종종 사용된다. 출력 빔(46)의 스폿 영역(48)이 일반적으로 원형이지만, 실질적으로 정사각형의 형태를 가질 수 있음을 당업자는 또한 이해할 것이다. 출력 빔(46)이 특정 동작에 원하는 경우 특히 제 1 단계 처리 동안, 날개(wing) 또는 꼬 리(tail)로 이미지(imaged)되거나 클립(clipped)될 수 있음을 당업자는 또한 이해할 것이다.

도 2는, ECB 비아 드릴링, 회로 소자 트리밍(trimming), 또는 다른 마이크로-기계 가공 응용을 위해 레이저 출력(14)을 수신하고, 고속 위치 지정기(32), 대물 렌즈(42)를 통해 소재(50) 상의 타깃 위치(60)로 편향시키도록 위치되는 FSM(30)의 바람직한 실시예를 도시한다. FSM(30)은, 고속 위치 지정기(32)보다 더 높은 주파수 응답을 갖는 전기 왜곡형 액츄에이터(electrostrictive actuator)를 사용하여 한정된 편향 빔 위치 지정 스테이지의 부분으로서 구현되는 것이 바람직하다. FSM(30)은, 납 마그네슘 니오베이트(PMN)와 같은 강유전성 세라믹 액츄에이터 물질의 액츄에이터(22)에 의해 편향되며, 상기 액츄에이터(22)는 전압을 변위로 변형시킨다. PMN 물질은 더 공통적인 압전 액츄에이터 물질과 유사하지만, 1퍼센트 미만의 히스테리시스의 높은 전자기 변환 효율을 갖고, 폭넓은 동작 및 제조 온도 범위를 나타내고, 영구 분극을 필요로 하지 않고, 작은 전기 구동 전압으로 유용한 기계적 활동도를 제공한다.

예시적인 PMN 액츄에이터(22)는 PMN 물질로 된 40mm 길이의 실린더에 대해 약 20미크론의 한정된 변위를 갖지만, 5mm 직경의 실린더에 대해 미크론당 약 210뉴톤의 매우 높은 강도를 갖는다. FSM(30)은 FSM(30)의 중심(24)과 정렬된 중심을 갖는 등변 삼각형으로서 배치된 제 1 단부를 갖는 3개의 PMN 액츄에이터(22)에 만곡부를 통해 결합된다. PMN 액츄에이터(22)의 제 2 단부는 X축 병진 스테이지(54)에 부착된 마운트(mount)(26)에 기계적으로 결합된다. 3개의 PMN 액츄에이터(22)는 FSM(30)을 틸트 및 팁(tilt and tip)하기 위해 2 자유도 모드에 사용되는 3 자유도 구성에서 구현되는 것이 바람직하다. 3개의 PMN 액츄에이터(22)는 3개의 활성 영역으로 전기적 및 원주로 나뉘어지는 PMN 물질의 중공 실린더로 형성되는 것이 바람직하다. 영역을 활성화시키는 것은 영역을 확장 또는 수축시켜, 이를 통해 FSM(30)을 티핑 또는 틸팅하도록 한다.

바람직하게, 액츄에이터 삼각형은 5mm 측면을 가져서, FSM(30)은 약 ±4밀리라디언("mRad") 각도로 편향될 수 있고, 이것은 80mm 대물 렌즈(42)를 통해 소재(50) 상에 투사될 때 레이저 출력(14)의 ±640미크론 편향으로 변형된다. 예시적인 FSM(30)은 패턴 치수를 레이저 스폿 크기의 최대 약 25 또는 50배까지 한정시키는 전형적인 이동 한계 범위를 제공할 수 있고; 그러나, FSM(30)의 최대 주파수 응답은 패턴 치수를 레이저 스폿 크기의 최대 약 15배까지, 일반적으로는 레이저 스폿 크기의 최대 5 내지 10배까지 한정시키는 더 제약된 한계일 수 있다. FSM(30)은 고속 위치 지정기(32)의 예시적인 검류계 구동 X 및 Y축 미러보다 더 높은 주파수 및 가속도로 동작한다. 비통합형 위치 지정 시스템의 예시적인 FSM(30)은 1,000mm/sec보다 큰 속도를 제공하고, 4,000mm/sec 또는 그 보다 더 큰 속도를 가질 수 있는데, 이 속도는 기존의 통합형 위치 지정 시스템의 속도의 5 내지 10배이다. 비통합형 위치 지정 시스템의 예시적인 FSM(30)은 1,000G보다 큰 가속도를 제공하고, 30,000G 또는 그 이상의 가속도를 가질 수 있는데, 이 가속도는 기존의 통합형 위치 지정 시스템의 가속도의 50 내지 100배이다.

특히, 예시적인 PMN 엑츄에이터(22)는 약 2.0마이크로패럿 특성 커패시턴스, 1.0옴 DC 임피던스, 5kHz에서 17옴 임피던스를 갖고, 구동의 75볼트에서 3암페어를 초과하는 전류로 흐른다. FSM(30)을 구동하는 예시적인 PMN 액츄에이터(22)는 레이저 출력(14)을 편향시키기 위해 약 5kHz보다 더 큰 넓은-신호 대역폭과, 약 8kHz보다 더 큰 작은-신호 대역폭과, 약 ±0.5미크론 위치 지정 분해능으로 적어도 약 4mRad의 편향 각을 갖는다.

임의의 다른 정밀한 높은 대역폭 엑츄에이터가 미러 엑츄에이터(22)에 사용될 수 있음을 당업자는 이해할 것이다. 도 3은, 압전기형(PZT)인 것이 바람직한 미러 엑츄에이터(72a 및 72b){일반적으로 미러 엑츄에이터(72)}를 위한 예시적인 미러 제어기(64)의 몇몇 예시적인 제어 회로(70)와 함께 대안적인 FSM(30)의 부분적인 단면도 및 부분적인 개략도이며, 상기 미러 엑츄에이터는 소재(50)의 표면에서 레이저 스폿(48)의 위치(60)에서의 작은 변화를 야기하는 레이저 시스템 출력 빔(46)의 각도에서의 작은 변화를 초래하는 FSM(30)의 각도의 작은 변화를 이루는데 사용된다. 도 4는, 미러 만곡이 레이저 스폿(48)의 위치(60)에 어떻게 영향을 미칠 수 있는지를 나타내는 FSM(30)의 정면도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, PZT 미러 엑츄에이터(72)를 사용하는 예시적인 실시예에서, 일반적으로 직사각형 FSM(30)의 하나의 코너는 굴곡될 수 있지만, 압축하거나 신장하지 않는 만곡부를 갖는 기준 구조에 고정된다. FSM(30)의 2개의 다른 코너는, 작은 각도를 빔 경로(18)에 도입하기 위해, 빔 위치 지정 시스템(40)의 다른 성분에 의해 확립된 타깃 위치(60) 상에 중첩된 레이저 스폿(48)의 빔 위치에서 작은 변화를 야기하는 사인파에 반응하여 압전기형 미러 엑츄에이터(72a 및 72b)에 의해 구동된다.

바람직한 실시예에서, sin(a) 신호(74)는 한 방향으로 각도 변화를 일으키기 위해 반대 방향으로 압전기형 미러 엑츄에이터(72a 및 72b)를 구동하고, sin(a+90°) 신호(76)는 제 1 각도 변화에 대한 90°의 각도 변화를 일으키기 위해 사인에 의해 동일한 방향으로 압전기형 미러 엑츄에이터(72a 및 72b)를 구동시킨다. 레이저 출력(14)은 대략 중심의 위치에서 FSM(30)로부터 반사된다. 그 결과, 미러 이동에 의해 야기된 작은 각도가 스캔 렌즈(42)에 의해 위치 변화로 변환된 후에 소재에서 원운동이 발생한다.

레이저 드릴링 동작에서, 바람직한 대물 렌즈 초점 길이는 약 50 내지 100mm이고, FSM(30)으로부터 스캔 렌즈(42)로의 바람직한 거리는, Z 스테이지(미도시)가 법선 초점 높이에 있을 때, 설계 제약 내에서 실제적으로 작게, 바람직하게는 약 300mm보다 작고, 더 바람직하게는 100mm보다 작다. 바람직한 레이저 시스템(10)에서, FSM(30)은 X 스테이지(54) 상의 고속 위치 지정기(32)의 업스트림에 장착되고, 몇몇 종래의 빔 위치 지정 시스템의 최종 턴(turn) 미러를 대체한다. 바람직한 실시예에서, FSM(30)은, 오리곤 포틀랜드에 위치한 일렉트로 사이언티픽 인더스트리사가 제작한 모델 5200 또는 5320에 사용된 것과 같은 기존의 레이저 및 위치 지정 시스템(40)의 쉬운 업그레이드를 위해 적응되고, 종래의 레이저 시스템의 X 스테이지(54) 상의 최종 턴 미러에 대해 쉽게 교환될 수 있다. FSM(30)이 빔 경로(18)에 위치될 수 있지만, X 스테이지(54) 외의 어딘가에 장착될 수 있음을 당업자는 이해할 것이다.

다양한 기술이 중심(24)과 같이 피봇점에 대해 2개의 축에서 FSM(30)의 이동을 제어하기 위해 대안적으로 사용될 수 있음을 당업자는 이해할 것이다. 이러한 기술은 FSM(30)을 포함하는데, 상기 FSM(30)은 만곡부 메커니즘 및 음향 코일 엑츄에이터, 압전, 전기 왜곡의 변형에 따른 압전기형 엑츄에이터, 또는 PMN 엑츄에이터 물질, 및 미러의 표면을 변형시키는 압전기형 또는 전기 왜곡형 엑츄에이터를 이용한다. 예시적인 음향 코일 작동형 FSM(30)은 베이커(Baker)의 미국 특허 번호 제 5,946,152호에 기재되어 있고, 고주파수로 동작하도록 적응될 수 있다. 적합한 음향 코일 작동형 FSM(30)은, 콜로라도, 브룸필드에 위치한 볼 에어로스페이스 코포레이션(Ball Aerospace Corporation), 및 캘리포니아, 어빙에 위치한 뉴포트 코포레이션(Newport corporation)으로부터 이용가능하다. 적합한 압전기형 엑츄에이터는 독일, 칼스루에(Karlsruhe)에 위치한 Physik Unstrumente("PI") GmbH & Co.가 제작한 모델 S-330 Ultra-Fast Piezo Tip/Tilt Platform이다.

시뮬레이팅된 레이저 스폿 확장을 위한 응용에서, 레이저 제어기(62)는, 통합형 위치 지정 시스템의 스테이지(52 및 54) 및 고속 위치 지정기(32)에게 트리밍 프로파일 또는 블라인드 비아 드릴링 프로파일과 같은 미리 결정된 도구 경로를 따라가라고 명령하는 반면, 미러 제어기(64)는, 독립적으로 FSM(30)으로 하여금 작은 원 또는 진동과 같이 원하는 패턴으로 레이저 시스템 출력 빔(46)의 레이저 스폿 위치를 이동시키도록 한다. 이러한 중첩된, 자유롭게 이어지는 빔 이동 또는 진동은 더 큰 영역에 걸쳐 레이저 시스템 출력 빔(46)의 에너지를 분배하고, 도구 경로를 따라 효과적으로 더 넓게 절단한다. 효과적인 절단 폭은 패턴 치수의 크기와 스 폿 직경을 더한 것과 일반적으로 같다. 빔 이동은 일정 시간 내에 주어진 평균 에너지 밀도로 처리될 수 있는 영역을 효과적으로 증가시키기 위해 더 큰 영역에 걸쳐 레이저 에너지를 또한 확장한다.

FSM(30)으로 보내진 미러 제어기(64)의 명령이 통합형 위치 지정 시스템의 스테이지(52 및 54) 및 고속 위치 지정기(32)에 어드레싱된 위치 지정 명령과 통합되지 않고, 중첩되기 때문에, 크게 복잡해지는 것과 비용이 많아지는 것을 피하게 되는 한편, 크게 증가된 기능 및 처리량이 달성된다. 그러나, 미러 제어기(64)는 특정한 레이저 응용 또는 통합형 위치 지정 시스템의 특정한 도구 경로 동안 레이저 시스템 출력 빔(46)의 원하는 특정한 이동 패턴을 달성하기 위해 레이저 제어기(62)와 협력할 수 있다. FSM-효과적인 스폿 패턴은 트리밍 동작에 대해서와 같이 특정한 절단 폭을 얻기 위해 패턴 치수를 갖도록 선택될 수 있고, 및/또는 비아 드릴링 동작 동안과 같이 특정한 구멍 에지 품질을 추가하도록 선택될 수 있다. 그러나, 미러 제어기(64)가 사용자에 의해 직접 프로그래밍될 수 있고, 레이저 제어기(62)와 협력하거나, 상기 레이저 제어기(62)를 통해 제어될 필요가 없다는 것을 당업자는 이해할 것이다.

전술한 바와 같이 PZT 엑츄에이터에 의해 FSM(30)의 연속적인 이동으로부터 야기되는, 소재에서 레이저 스폿(48)의 개별적인 배치를 보여주기 위한 컴퓨터 그래픽 모델이 개발되었다. 도 5b는 도 5a의 예시적인 직선 절단 형성 도구 경로(80)의 컴퓨터 모델이며, 이것은 FSM(30)이 이동에 의해 개선된다. 도 5a 및 도 5b(집합적으로 도 5)를 참조하여, 파라미터는, 약 18kHz의 PRF와, 약 25㎛의 스폿 크기 와, 약 50mm/sec의 선속도(작은 회전 원형 패턴이 소재에 걸쳐 이동하는 비율)와, 약 2kHz의 회전 속도(원형 패턴이 회전하는 비율)와, 약 30㎛의 회전 성질(aptitude){(빔의 중심으로의) 원형 패턴의 직경}과, 약 10㎛의 내부 직경{(원형 패턴의 중심으로의) 나선형 패턴의 시작 직경}과, 약 150㎛의 외부 직경{(원형 패턴의 중심으로의) 나선형 패턴의 종단 직경}과, 약 2의 순환 횟수(나선형 패턴의 회전수)를 포함한다. 모델은, 15 내지 20kHz 범위에서 레이저 펄스 비율을 지원하기 위해, 1kHz 내지 2.5kHz(회전당 5 내지 15 펄스)의 회전 속도가 실질적인 펄스 중첩을 위해 바람직하다는 것을 보여준다.

도 5를 다시 참조하면, 미러-개선 직선 프로파일(82)은 출력 빔(46)의 스폿 직경(86)보다 더 큰 절단 폭(84)을 생성한다. 이러한 기술은, 스폿 직경(86)보다 더 넓은 절단이 더 적은 통로에 형성되도록 하는 한편, 집속된 출력 빔(46)을 이용하는 가공 품질 및 다른 이점(즉 더 넓은 스폿을 달성하기 위해 빔을 흐리게 하지 않고)을 유지시킨다. 더욱이, 미러-개선 직선 프로파일(82)은 높은 반복율 응용을 위한 가장 빠른 위치 지정기(32)의 대역폭 성능을 넘어설 것이고, 다른 경우 미러 개선된 직선 프로파일(82)에 명백히 나타난 서브패턴을 달성시키는데 필요하였을 서브 패터닝에 반하여, 고속 위치 지정기(32)로 하여금 간단한 위치 지정 이동 지령을 유지하도록 한다.

도 6b는 FSM(30)의 이동에 의해 개선된 예시적인 비아-형성 나선형 도구 경로(90)(도 6a)의 컴퓨터 모델이다. 도 6a 및 도 6b(집합적으로 도 6)를 참조하면, 파라미터는, 약 15kHz의 PRF와, 약 15㎛의 스폿 크기와, 약 30mm/sec의 선속도(작 은 회전 원형 패턴이 소재에 걸쳐 이동하는 속도)와, 약 1.5kHz의 회전 속도(원형 패턴이 회전하는 속도)와, 약 20㎛의 회전 성질{(빔의 중심으로의) 원형 패턴의 직경}과, 약 10㎛의 내부 직경{(원형 패턴의 중심으로의) 나선형 패턴의 시작 직경}과, 약 150㎛의 외부 직경{(원형 패턴의 중심으로의) 나선형 패턴의 단부 직경}과, 약 2의 순환 횟수(나선형 패턴의 회전 횟수)를 포함한다. 이 모델은, 15 내지 20kHz 범위에서 레이저 펄스 속도를 지원하기 위해, 1kHz 내지 2.5kHz의 회전 속도(회전당 5 내지 15 펄스)가 실질적인 펄스 중첩을 위해 바람직하다는 것을 보여준다.

Q-스위치된 CO₂ 레이저 시스템(10) 및 PMN FSM(30)을 이용하는 예시적인 실시예에서, CO₂ 레이저 시스템(10)은 비아 구멍당 20 내지 30 펄스를 갖는 30 내지 40kHz의 PRF를 이용한다. FSM(30)은 1.0 내지 1.5kHz에서 레이저 시스템 출력 빔(46)을 진동시켜, 구멍이 뚫려질 때 완전한 1회전을 이루게 하고, 드릴 시간은 0.6 내지 1ms보다 적게 걸리게 된다.

도 6을 참조하면, 블라인드 비아는, 나선형 도구 경로(90)를 따라 연속적인 위치를 주변부에 중첩시킬 때 스폿 영역(86)을 갖는 레이저 시스템 출력 빔(46)을 순차적으로 향하게 함으로써 형성된다. 빔(46)은, 시스템(10)이 상기 위치에서 절단 깊이를 달성하는데 필요한 수의 빔 펄스를 전달하는데 충분한 속도로 각 위치를 통해 연속해서 이동되는 것이 바람직하다. 빔(46)이 나선형 도구 경로(90)를 따라 진행할 때, 타깃 물질은, 빔(46)이 새로운 절단 위치로 이동될 때마다 증가하는 크 기의 구멍을 형성하도록 "니블(nibbled)"된다. 구멍의 최종 형태는 일반적으로 빔(46)이 주변부에서 원형 경로를 따라 이동할 때 얻어진다.

미러-개선 비아-드릴링 프로파일(92)이 출력 빔(46)의 스폿 직경(86)보다 큰 절단 폭(84)을 생성하여, 결과로서 생기는 비아의 직경(94)이 스폿 크기와 동일한 크기의 절단 폭으로부터 만들어진 나선형에 대해 가질 수 있는 직경보다 훨씬 크다는 것을 당업자는 알 것이다. 본 발명은, 초점이 맞지 않게 작동하는 것과 연관된 빔 품질 문제없이 더 낮은 펄스 속도에서 더 큰 직경의 일련의 레이저 펄스 스폿으로서 일정한 반복율로 일련의 레이저 펄스 스폿(48)이 나타나도록 한다. 비아 직경 또는 절단 폭은 일반적으로 25 내지 300㎛이지만, 1mm 이상의 직경 또는 폭을 갖는 비아 또는 절단부도 또한 바람직할 수 있다.

블라인드 비아를 형성하는 대안적인 도구 경로는 중심에서 시작하여, 절단 폭(84)에 의해 한정된 증분적으로 증가하는 반경의 동심원을 절단하는 것이다. 비아의 전체 직경은, 동심원이 영역의 중심으로부터 더 먼 거리로 순환 경로에서 비아 이동을 형성함에 따라 증가한다. 대안적으로, 이러한 프로세스는 원하는 원주를 한정하고 중심쪽으로 에지를 처리함으로써 시작할 수 있다. 나선 바깥쪽의 처리는 동심원 처리와 거의 마찬가지로 연속적이고 빠르게 되는 경향이 있고; 그러나, 블라인드 비아는 안쪽의 나선 형성에 의해 또한 생성될 수 있다.

소재(50) 또는 처리 출력 빔(46) 중 하나가 다른 하나의 위치에 대해 고정되거나 이동될 수 있음을 당업자는 인식할 것이다. 바람직한 실시예에서, 소재(50) 및 처리 출력 빔(46) 모두 동시에 이동된다. 다수의 상이한 기판 상에 생성된 다양 한 깊이 및 직경으로 된 관통-구멍 비아 및 블라인드 비아에 대한 몇몇 예는 미국 특허 번호 제 5,593,606호에 설명되어 있다. 다른 도구 경로 프로파일을 포함하는 다양한 비아 처리 기술은 또한 본 명세서에 참고용으로 병합된 던스키 등의 미국 특허 번호 제 6,407,363 B2에 기재되어 있다. 원형이 아닌 비아가 또한 유사한 프로세스를 통해 연마될 수 있음을 당업자는 인식할 것이다. 그러한 비아는 예를 들어 정사각형, 직사각형, 타원형, 슬롯형, 또는 다른 표면 기하학적 구조를 가질 수 있다.

통합형 위치 지정 시스템이 작은 면적의 비아를 처리하기 위한 단일 위치쪽으로 향하게 될 수 있고, 비통합형 FSM(30)이 상당한 휴지(dwell) 시간 없이, 그리고 도구 경로(90)와 같은 도구 경로를 수행하기 위해 통합형 위치 지정 시스템의 이동에 대한 복잡성 없이 출력 빔(46)의 스폿 직경(48)보다 더 큰 비아 직경을 생성하는데 사용된다는 것을 당업자는 또한 인식할 것이다. 더욱이, 에지 품질 및 바닥 균일성을 포함하는 비아 품질은 특히 레이저 시스템 출력 빔(46)이 상대적으로 가우스일 때마다 크게 향상될 수 있다.

본 발명의 기초를 이루는 원리에서 벗어나지 않고 본 발명의 전술한 실시예에 대한 세부 사항에 많은 변형이 이루어질 수 있음은 당업자에게 명백해질 것이다. 그러므로, 본 발명의 범주는 후속하는 청구항에 의해서만 결정되어야 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 레이저 미세 가공에 관한 것으로, 특히, 기판 상의 집속된 스폿 크기보다 더 큰 타깃 영역을 제거하기 위해 기판 상에 원하는 패 턴으로 집속된 스폿 크기를 갖는 레이저 스폿을 이동시키도록 고속 조종 미러를 사용하는 방법 및 장치 등에 효과적이다.

Claims

레이저 출력 펄스를 이용하여 소재(work piece) 상에 유효 절단 폭(effective kerf width)을 레이저 가공하는 방법으로서, 각 레이저 펄스는 상기 유효 절단 폭보다 더 작은 상기 소재 상의 레이저 스폿 직경을 갖는, 레이저 가공 방법에 있어서,

1차 빔 위치 지정 시스템으로부터, 레이저 스폿 위치의 1차 상대 이동을 상기 소재에 전달하는 단계로서, 상기 1차 빔 위치 지정 시스템은, 레이저로부터 상기 소재 상의 레이저 스폿 위치로의 빔 위치 지정 경로를 제공하고, 상기 1차 상대 이동은 1차 가공 경로를 한정하는, 1차 상대 이동 전달 단계와;

상기 빔 위치 지정 경로를 따라 위치되는 2차 빔 위치 지정 시스템으로부터, 상기 레이저 스폿 위치의 2차 상대 이동을 상기 1차 상대 이동의 속도 및 가속도보다 더 높은 속도 및 가속도로 상기 소재에 전달하는 단계로서, 상기 2차 상대 이동은 상기 1차 상대 이동에 중첩되고, 상기 2차 상대 이동은, 상기 1차 가공 경로에 수직이며, 레이저 스폿 직경의 15배 이하인 패턴 치수를 갖는 패턴을 포함하고, 상기 1차 및 2차 상대 이동은, 상기 1차 가공 경로를 따르는 유효 절단 폭으로서, 상기 스폿 직경에 상기 패턴 치수를 더한 값의 함수인 유효 절단 폭을 제공하도록 협력하는, 2차 상대 이동 전달 단계를

포함하는, 레이저 가공 방법.
제 1항에 있어서, 상기 2차 상대 이동의 속도는 1,000mm/sec보다 크며 상기 2차 상대 이동의 가속도는 1,000 x 9.8m/sec²보다 큰, 레이저 가공 방법.
제 2항에 있어서, 상기 2차 상대 이동의 속도는 1,000mm/sec보다 크고 4,000mm/sec 이하이며, 상기 2차 상대 이동의 가속도는 1,000 x 9.8m/sec²보다 크고 30,000 x 9.8m/sec²이하인, 레이저 가공 방법.
삭제
제 1항에 있어서, 상기 패턴 치수는 상기 레이저 스폿 직경의 10배 이하인, 레이저 가공 방법.
제 1항에 있어서, 상기 2차 빔 위치 지정 시스템은 5kHz보다 큰 대신호(large signal) 대역폭 및 8kHz보다 큰 소신호(small signal) 대역폭을 갖는, 레이저 가공 방법.
제 1항에 있어서, 상기 2차 빔 위치 지정 시스템은 고속 조종 미러를 포함하는, 레이저 가공 방법.
제 7항에 있어서, 상기 고속 조종 미러는 리드 마그네슘 니오베이트(lead magnesium niobate) 또는 압전(piezoelectric) 동작 미러를 포함하는, 레이저 가공 방법.
제 1항에 있어서, 상기 1차 빔 위치 지정 시스템은 적어도 하나의 병진 스테이지(translation stage) 및 고속 위치 지정기를 포함하는, 레이저 가공 방법.
제 9항에 있어서, 상기 고속 위치 지정기는 적어도 하나의 검류계-구동 미러를 포함하는, 레이저 가공 방법.
제 9항에 있어서, 상기 고속 위치 지정기는 병진 스테이지 상에 장착되는, 레이저 가공 방법.
제 11항에 있어서, 상기 1차 위치 지정 시스템은 스플릿-축(split-axis) 위치 지정 시스템을 포함하는, 레이저 가공 방법.
제 1항에 있어서, 상기 레이저 출력 펄스를 이용하여 비아 드릴링(via drilling)을 수행하는 단계를 더 포함하는, 레이저 가공 방법.
제 1항에 있어서, 상기 레이저 출력 펄스를 이용하여 레이저 트리밍(laser trimming)을 수행하는 단계를 더 포함하는, 레이저 가공 방법.
제 1항 내지 제3항 및 제5항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 유효 절단 폭은 상기 스폿 직경에 상기 패턴 치수를 더한 값과 같은, 레이저 가공 방법.
제 1항 내지 제3항 및 제5항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 1차 상대 이동의 속도는 500mm/sec보다 작으며, 상기 1차 상대 이동의 가속도는 500 x 9.8m/sec²보다 작은, 레이저 가공 방법.
제 1항 내지 제3항 및 제5항 내지 제14항 중 어느 한 항의 방법을 구현하기 위한 시스템으로서, 상기 시스템은

레이저 출력 펄스를 제공하기 위한 레이저와,

상기 소재를 이동시키기 위한 병진 스테이지 위치 지정 시스템과,

상기 레이저 출력 펄스를 수신하고 상기 소재에 대해 빔 위치 지정 경로를 이동시키기 위한 고속 위치 지정 시스템과,

상기 빔 위치 지정 경로 및 상기 고속 위치 지정 시스템의 업스트림을 따라 위치 지정된 2차 빔 위치 지정 시스템

을 포함하는, 시스템.
레이저 출력 펄스를 이용하여 소재 상에 유효 절단 폭을 레이저 가공하는 방법으로서, 각 레이저 펄스는 상기 유효 절단 폭보다 더 작은 상기 소재 상의 레이저 스폿 직경을 갖는, 레이저 가공 방법에 있어서,

병진 스테이지 위치 지정 시스템으로부터, 레이저 스폿 위치의 스테이지-관련 상대 이동을 상기 소재에 전달하는 단계와;

고속 위치 지정 시스템으로부터, 상기 레이저 스폿 위치의 고속 상대 이동을 상기 스테이지-관련 상대 이동의 가속도보다 더 높은 가속도로 상기 소재에 전달하는 단계와;

상기 레이저 스폿 위치의 1차 상대 이동을 상기 소재에 전달하기 위해 상기 병진 스테이지 위치 지정 시스템 및 상기 고속 위치 지정 시스템을 통합하는 단계로서, 상기 병진 스테이지 위치 지정 시스템은 레이저로부터 상기 소재 상의 레이저 스폿 위치로의 빔 위치 지정 경로를 제공하고, 상기 1차 상대 이동은 1차 가공 경로를 한정하는, 통합 단계와;

상기 빔 위치 지정 경로를 따라 위치된 고속 조종 미러로부터, 상기 레이저 스폿 위치의 2차 상대 이동을 상기 1차 상대 이동의 속도 및 가속도보다 더 높은 속도 및 가속도로 상기 소재에 전달하는 단계로서, 상기 2차 상대 이동은 상기 1차 상대 이동에 중첩되고, 상기 1차 상대 이동과 통합되지 않으며, 상기 2차 상대 이동은, 상기 1차 가공 경로에 수직이고, 상기 레이저 스폿 직경의 15배 이하인 패턴 치수를 갖는 패턴을 포함하고, 상기 1차 및 2차 상대 이동은, 상기 1차 가공 경로를 따르는 유효 절단 폭으로서, 상기 스폿 직경에 상기 패턴 치수를 더한 값의 함수인 유효 절단 폭을 제공하도록 협력하는, 2차 상대 이동 전달 단계를

포함하는, 레이저 가공 방법.
제 18항에 있어서, 상기 2차 상대 이동의 속도는 1,000mm/sec보다 크며, 상기 2차 상대 이동의 가속도는 1,000 x 9.8m/sec²보다 큰, 레이저 가공 방법.
제 19항에 있어서, 상기 2차 상대 이동의 속도는 1,000mm/sec보다 크고 4,000mm/sec 이하이며, 상기 2차 상대 이동의 가속도는 1,000 x 9.8m/sec²보다 크고 30,000 x 9.8m/sec²이하인, 레이저 가공 방법.
삭제
제 18항에 있어서, 상기 고속 조종 미러는 리드 마그네슘 니오베이트(lead magnesium niobate) 또는 압전(piezoelectric) 작동 미러를 포함하는, 레이저 가공 방법.
제 18항에 있어서, 상기 고속 위치 지정기는 적어도 하나의 검류계-구동 미러를 포함하는, 레이저 가공 방법.
제 18항에 있어서, 상기 병진 스테이지 위치 지정 시스템은 스플릿-축 위치 지정 시스템을 포함하는, 레이저 가공 방법.
제 18항에 있어서, 상기 레이저 출력 펄스를 이용하여 비아 드릴링을 수행하는 단계를 더 포함하는, 레이저 가공 방법.
제18항 내지 제20항 및 제 22항 내지 제 25항 중 어느 한 항에 있어서, 유효 절단 폭은 상기 스폿 직경에 상기 패턴 치수를 더한 값인, 레이저 가공 방법.
제18항 내지 제20항 및 제 22항 내지 제 25항 중 어느 한 항의 방법을 구현하기 위한 시스템으로서, 상기 시스템은

레이저 출력 펄스를 제공하기 위한 레이저와;

상기 소재를 이동시키기 위한 병진 스테이지 위치 지정 시스템과,

상기 레이저 출력 펄스를 수신하고 상기 소재에 관한 빔 위치 지정 경로를 이동시키기 위한 고속 위치 지정 시스템과,

상기 빔 위치 지정 경로 및 상기 고속 위치 지정 시스템의 업스트림을 따라 위치 지정된 고속 조종 미러

를 포함하는, 시스템.
제18항 내지 제20항 및 제 22항 내지 제 25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고속 상대 이동의 속도는 500 mm/sec보다 작으며 상기 고속 상대 이동의 가속도는 500 x 9.8m/sec²보다 작은, 레이저 가공 방법.