KR101637402B1 - 가공물을 레이저 처리하기 위한 자동 레시피 관리 - Google Patents

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Abstract

이러한 문제를 더 다루기 위하여, 하나 이상의 특징은 가공물(28)로부터 측정된다. 측정 정보는 룩업 테이블(lookup table)로부터 바람직하게 사전 결정된 레이저 처리 방법을 선택하기 위하여 사용된다. 그런 후에, 레이저 처리 방법은 가공물(28)을 처리하기 위하여 사용된다. 레이저 처리 방법의 룩업 테이블은 이론상의 계산, 작동자의 시행 착오, 후 처리 테스트를 갖는 자동화 시스템적 방법 변형 프로세스, 또는 이들 또는 다른 방법의 일부 조합으로부터 확립될 수 있다. 또한, 자동 처리는 작동자의 오류를 감소시킬 수 있고, 가공물 특징의 알맞은 추적에 대한 측정값을 저장할 수 있다.

Description

가공물을 레이저 처리하기 위한 자동 레시피 관리{AUTOMATIC RECIPE MANAGEMENT FOR LASER PROCESSING WORKPIECE}
본 발명은 가공물을 레이저 처리하는 것에 관한 것이고, 특히, 가공물의 특징을 측정하는 것과, 가공물을 처리하기 위해 어떤 바람직한 사전 결정된 레시피를 사용할지를 결정하는 것에 관한 것이다.
ⓒ 2008 Electro Scientific Industries , Inc . 본 특허 문서의 개시물의 일부는 저작권 보호를 받는 물질을 포함한다. 저작권자는, 본 개시물이 특허청의 특허 파일 또는 기록으로 나타날 시, 누구라도 특허 문서 또는 특허 개시물을 팩스 복사를 하는데 반론을 갖지 않지만, 다른 경우에는 어떠한 경우라도, 모든 저작권 권리를 소유한다. 37 CFR § 1.71(d).
마이크로 가공(micromachining)과 같은, 레이저 처리는 다양한 프로세스를 달성하는, 다양한 레이저를 사용하여 다수의 상이한 가공물 상에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 레이저는 금속 피복재를 갖거나 갖지 않는, 균일(homogenous) 필름, 미립자가 채워진 수지(resin), 폴리이미드(polyimide), 및 섬유 강화 중합체와 같은 전자 물질 제품에서 비아(via)를 드릴링(driling)하고, 이 전자 물질 제품으로부터 물질을 제거하는데 사용된다.
레이저 마이크로 가공 동작의 목표는 가공물마다 및 가공물 전체에 걸쳐 레이저 마이크로 가공된 형상부(features)의 일정한 품질을 제공하는 것이다. 일반적으로, 레이저-처리된 물질의 품질은 레이저 처리 장비의 고객에 의해 규정된 우수성의 기준을 나타낸다. 품질 메트릭스(metrics)는 상이한 레이저 처리 동작을 위해 달라진다. 형상부 품질을 정의하는 일부 측정은 형상부의 위치, 크기, 및 모양을 포함한다. 다른 측정은, 측벽의 각도, 바닥의 텍스쳐, 및 형상부 모서리 주변의 균열(cracking)의 양뿐만이 아니라, 마이크로 가공 이후에 형상부에 남아 있는 파편의 부피 및 텍스쳐(texture)도 포함한다.
본 명세서에서 논의되는 레이저 마이크로 가공 동작의 한가지 문제는, 가공물의 비-균일함에 기인하여, 2개의 상이한 가공물 상에서, 또는 가공물 상의 2개의 상이한 위치에서, 동일한 레이저 파라미터로 마이크로 가공 동작을 수행하는 것이 형상부 품질의 차이를 초래할 수 있다는 것이다. 결과에 영향을 미치는 가공물의 차이에 대한 예시는 두께의 차이, 가공물 평탄도의 차이, 가공물이 레이저 전력에 더 많이 또는 더 적게 반사되게 하는 표면 처리(preparation)의 차이를 포함한다. 이러한 변형은 가공물마다 또는 가공물 전체에 걸쳐 일정하지 않고, 개별적인 형상부 아래쪽의 위치에 따라 변할 수 있다. 하지만, 일부 경우에서, 이들 변형은 제조 허용오차에서의 통상적인 변동으로 인해 주어진 많은 가공물에서 가공물마다 반복될 수 있다.
이러한 문제의 일부를 다루기 위하여, 가공물의 두께가 측정되고, 작동자는 수동적으로 어떤 레이저 레시피가 사용되어야 하는지를 결정한다. 그런 후에, 사용자는 이 처리 방법을 레이저 처리 시스템에 전달한다.
이러한 문제를 더 다루기 위하여, 하나 이상의 특징이 가공물으로부터 측정된다. 측정치 정보는 룩업 테이블(look up table)로부터 바람직한 사전 결정된 레이저 레시피를 선택하는데 사용된다. 그런 후에, 레이저 레시피는 가공물을 처리하는데 사용된다.
레이저 레시피의 룩업 테이블은 이론상의 계산, 작동자에 의한 시행착오법, 후 처리 테스트로 자동화 시스템적 레시피 변형 프로세스, 또는 이들 또는 다른 방법의 일부 조합으로부터 확립될 수 있다.
또한, 자동화 프로세스는 작동자의 오류를 감소시킬 수 있어서, 가공물 특징의 추적을 편리하게 하기 위한 측정값을 저장할 수 있다.
본 발명의 추가적인 목표 및 장점은 첨부 도면을 참조로 진행되는, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 다음의 상세한 서술로부터 명백해질 것이다.
본 발명은 상술된 종래 기술의 문제를 해결하기 위하여, 가공물의 특징을 측정하고, 가공물을 처리하는데 사용되는 바람직한 사전 결정된 처리 방법을 결정하는 방법 및 장치를 제공함으로써, 종래 기술의 문제점을 개선하는 효과를 갖는다.
도 1은 레이저 시스템, 자동 로딩(loading) 시스템, 및 측정 시스템을 포함하는 일체형 레이저 마이크로 가공 시스템의 부분적인 개략도.
도 2a는 일반적인 방법 선택 테이블을 도시하는 도면.
도 2b는 5330 레이저 비아 드릴링 시스템상에서 사용되는 예시적인 방법 선택 테이블을 도시하는 도면.
도 3은 측정값에 관련될 수 있는 예시적인 레시피를 도시하는 도면.
도 4는 예시적인 로딩, 측정, 레이저 마이크로 가공, 및 언로딩(unloading) 프로세스의 흐름도.
도 5는 예시적인 측정 시스템 구성요소가, 어떻게 제로 기준 초점 값(zero reference focus value)을 얻을 수 있는지를 설명하는 측면도.
도 6은 예시적인 측정 시스템 구성요소가, 제로 기준 초점 값으로부터의 초점의 변화를 결정함으로써, 어떻게 두께 값을 얻는지를 설명하는 측면도.
도 1은 레이저 처리 시스템(12), 자동 로딩 시스템(14), 및 측정 시스템(16)을 포함하는 일체형 레이저 마이크로 가공 시스템(10)의 부분적 개략도이다. 레이저 처리 시스템(12)은, 단지 예로서, 관통 구멍(through hole) 및/또는 블라인드(blind) 비아 형성을 달성하기 위해, 반도체 웨이퍼(wafer) 또는 인쇄 회로 기판(PCB) 패널(panel) 상의 단일 또는 다중 층 가공물의 레이저 처리에 대한 비아 드릴링 시스템에 대해서만 본 명세서에서 서술된다. 또한, 당업자라면, 본 명세서에서 서술되는 레이저 처리 방법이, 마이크로 구조의 삭마(ablative) 패터닝(patterning), 굵거나 얇은 수동(passive) 필름 요소의 트리밍(triming), 웨이퍼 다이싱(dicing) 또는 드릴링, 또는 반도체 링크{퓨즈(fuse)}의 제거 및 열 어닐링(annealing)을 포함하나 이에 제한되지 않는, 임의의 타입의 레이저 마이크로 가공에 적용될 수 있다.
일부 실시예에서, 레이저 처리 시스템(12)은 빔 편향 미러(22) 및 가공물 청크(chunk)(24)에 의해 나타나는, 빔 및 가공물 위치 지정 시스템(20)과 하나 이상의 레이저(18)를 포함한다. 예시적인 레이저 처리 시스템 및 비아 드릴링 시스템은 특히, 오웬(Owen) 등의, 미국 특허 번호 5,593,606 및 5,841,099, 던스키(Dunsky) 등의 미국 특허 번호 6,407,363 및 6,784,399, 베어드(Baird) 등의 미국 특허 번호 7,157,038, 조던스(Jordens) 등의 미국 특허 번호 7,244,906, 레이(Lei) 등의 미국 특허 공보 번호 2005-0265408, 레이 등의 미국 특허 출원 번호 11/756,507, 펭(Peng) 등의 미국 특허 출원 번호 12/057,264에 상세히 개시된다. 이러한 특허, 공보, 및 출원은 본 명세서에 참조로 통합되어, 이러한 가 특허 출원에 포함된다. 이러한 몇몇 특허, 공보, 출원의 사본은 편의를 위해 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 추가적으로 첨부된다. 일부 실시예에서, 바람직한 레이저 처리 시스템(12)은, 본 특허 출원의 양수인인, Electro-Scientific Industries, Inc.(포틀랜드, 오리건주)에 의해 제조된 모델 5330 레이저 시스템 또는 이 레이저 시스템의 시리즈인 다른 시스템을 포함한다.
예시적인 레이저(18)는 이전에 언급된 특허, 공보, 출원에서 개시된 하나 이상의 레이저(18)를 포함한다. 또한, 예시적인 빔 및 가공물 위치 지정 시스템(20)은 이전에 언급된 특허, 공보, 및 출원에 개시된다. 추가의 예시적인 빔 및 가공물 위치 지정 시스템(20)은 커틀러(Cutler) 등의 미국 특허 번호 5,751,585 및 6,430,465와, 존슨(Johnson)의 미국 특허 번호 7,027,199에 서술된 것들을 포함하고, 이들은 본 명세서에 참조로 통합된다.
일부 실시예에서, 레이저(18)는 UV 레이저, IR 레이저, 그린(green) 레이저, 또는 CO2 레이저일 수 있다. 예시적인 처리 레이저 출력은 대략 0.01 μJ 내지 대략 1.0 J인 펄스 에너지를 갖는다. 일부 실시예에서, 바람직한 UV 처리 레이저는, 이테르븀(ytterbium), 홀뮴(holmium), 또는 에르븀(erbium)으로 도핑(dope)된 Nd:YAG, Nd:YLF, Nd:YAP, 또는 Nd:YVO4, 또는 YAG 결정과 같은, 고체-상태 레이전트(lasant)를 포함하는 Q-스위치(switched) UV DPSS 레이저이다. 바람직하게 UV 레이저는, 355nm(주파수가 3배인 Nd:YAG), 266nm(주파수가 4배인 Nd:YAG), 또는 213nm(주파수가 4배인 Nd:YAG)와 같은 파장에서 고조파로 생성된 UV 레이저 출력을 제공한다.
일부 실시예에서, 바람직한 CO2 처리 레이저는 대략 9㎛ 내지 11㎛ 파장으로 동작하는 펄싱된 CO2 레이저이다. 예시적인 상업적 이용가능한 펄싱된 CO2 레이저는 Coherent-DEOS(블룸필드, 코네티컷주)에 의해 제조된 모델 Q3000 Q-스위치 레이저(9.3㎛)이다.
레이저(18)와 빔 및 가공물 위치 지정 시스템(20)은, 레이저 빔 경로(32)를 따라 전파되는 레이저 펄스의 타이밍과 관련하여 가공물(28)의 위치를 레이저 빔 축(30)의 위치로 조절하기 위하여 서로 및 레이저 시스템 제어기(26)와 직접적으로 또는 간접적으로 신호 통신한다. 정보 및/또는 명령 신호는 이들의 서브시스템(subsystem)을 연결하는 통신 경로(34)를 따라 단방향 또는 양방향으로 흐를 수 있다.
비아가 형성되는 인쇄 회로 기판(PCB) 및 전자 패키지 디바이스에 대한 다중층 구조와 같이, 예시적인 가공물(28)을 만드는데 사용되는 일부 공통의 물질은, 금속(예를 들어, 구리), 및 절연 물질(예를 들어, 중합체 폴리이미드, 수지, 또는 FR-4)를 전형적으로 포함한다. 다른 공통 가공물(28)은 전술한 특허, 공보, 및 출원에 상세히 서술된다.
바람직한 단일 층 가공물은 얇은 구리 시트(sheet); 전기 응용에서 사용을 위한 폴리이미드 시트; 및 알루미늄, 철, 및 일반적인 산업 및 의학적 응용으로 사용되는 열가소성 물질(thermoplastic) 또는 실리콘 또는 전자 회로를 구축하기 위한 기판으로 사용되는 다른 반도체 물질과 같은, 다른 금속 단편을 포함한다. 바람직한 다중층 가공물은 다중-칩 모듈(MCM), 회로 기판, 또는 반도체 마이크로 회로 패키지를 포함한다. 일부 실시예에서, 금속 층은 알루미늄, 구리, 금, 몰리브덴(molybdenum), 니켈, 팔라듐(palladium), 백금, 은, 티타늄, 텅스텐, 금속 질소화물(nitride), 또는 이들의 조합을 포함하지만, 여기에 한정되지 않는다. 일부 실시에에서, 금속 층은 바람직하게 대략 9㎛와 대략 36㎛ 사이의 두께를 갖지만, 이 층은 9㎛보다 얇을 수도 있거나, 72㎛만큼 두꺼울 수도 있다.
일부 실시예에서, 유기 절연 물질 층은 벤조사이클로부탄(BCB: benzocyclobutane), 비스말레이미드 트리아진(BT: bismaleimide triazine), 판지, 시아네이트 에스테르(cyanate ester), 에폭시(epoxy), 석탄, 폴리이미드, 폴리테트라플로오로에틸렌(PTFE: polytetrafluoroethylene), 중합체 합금(polymer alloy), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 각 유기 절연 층은 전형적으로 금속 층(들)보다 두껍다. 일부 실시예에서, 유기 절연 층의 바람직한 두께는 대략 20㎛에서 대략 400㎛ 사이지만, 유기 절연 층은 예를 들어, 1.6mm만큼 두꺼운 두께를 갖는 스택에 위치될 수 있다,
유기 절연 층은 얇은 강화 요소 층을 포함할 수 있다. 강화 요소 층은 예를 들어, 유기 절연 층에 엮이거나 또는 분산되는 아라미드(aramid) 섬유, 세라믹(ceramic), 또는 유리로 된 섬유 매트(matte) 또는 분산된 미립자를 포함할 수 있다. 강화 요소 층은 유기 절연 층보다 전형적으로 매우 얇을 수 있으므로, 대략 1㎛에서 대략 10㎛ 사이의 두께를 가질 수 있다. 또한, 당업자라면, 강화 물질이 분말(powder)로서 유기 절연 층에 도입될 수 있음을 인식할 것이다. 이러한 분말형 강화 물질을 포함하는 강화 요소 층은 불연속적이고, 균일하지 않을 수 있다.
당업자라면, 이 층이 내부에서 불연속적이고, 균일하지 않으며, 계층적이지 않을 수 있다고 인식할 것이다. 금속, 유기 절연체, 및 강화 요소 물질로 된 여러 층을 갖는 스택(stack)은 2mm보다 두꺼운 전체 두께를 가질 수 있다. 가공물 요소 및 치수는 지속적으로 변화하고, 이러한 예시는 제한적으로 고려되지 않아야 한다.
레이저 처리 시스템(12)은 이러한 서브시스템을 연결하는 통신 경로(36)를 통하여, 자동 로딩 시스템(14)과 직접적 또는 간접적으로 신호 통신하고, 경로(36)를 따라, 단방향 또는 양방향으로 정보 및/또는 명령 신호를 전달할 수 있다. 일부 실시예에서, 레이저 시스템 제어기(26)는 자동 로딩 시스템(14)과 레이저 처리 시스템(12) 사이에 인터페이스를 제공한다.
예시적인 자동 로딩 시스템(14)은 하나 이상의 로드 암(arm)(38)과 하나 이상의 언로드 암(40)을 포함한다. 하지만, 당업자라면, 단일 암은 어느 한쪽의 기능을 수행하기 위하여 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 일부 실시예에서, 자동 로딩 시스템(14)은 웨이퍼 핸들링(handling) 시스템, 또는 카세트, 또는 중간 청크 핸들링 시스템, 또는 전단부 로더의 형태를 취할 수 있다. 적합한 자동 로딩 시스템의 하나의 예시는 Lexus Automation Ltd.에 의해(홍콩, 카우룽), 특히 Electro Scientific Industries, Inc.를 위해 설계되고 제조된, 모델 PL-5330이다. 다양한 자동 PCB 및 웨이퍼 로딩 시스템은 상업적으로 이용가능하고 당업자에게 잘 알려져 있다.
레이저 처리 시스템(12) 및/또는 자동 로딩 시스템(14)은, 개별적으로 통신 경로(42 및 44)를 통하여 이러한 서브시스템에 연결하는, 측정 시스템(16)과 직접적 또는 간접적으로 신호 통신하고, 경로(42 및 44)를 따라 단방향 또는 양방향으로 정보 및/또는 명령 신호를 전달할 수 있다. 일부 실시예에서, 레이저 시스템 제어기(26)는 레이저 처리 시스템(12)와 측정 시스템(16) 사이에 및/또는 자동 로딩 시스템(14)과 측정 시스템(16) 사이에 인터페이스를 제공한다.
측정 시스템(16)은 하나 이상의 카메라(46) 또는, 가공물(28)의 하나 이상의 특징을 측정하기 위한 수단을 위한 다른 수단을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 카메라(46)는, 자동 로딩 시스템(14)이 가공물(28)을 청크 또는 플랫폼(24)에 이동시킬 시, 가공물(28)의 하나 이상의 측면(48), 영역, 또는 의도된 형상부 위치로부터 두께 측정치를 얻기 위하여 위치될 수 있다. 또한, 측정 시스템(16)은, 가공물(28)의 표면(54)에 대한 시각을 확보하여, 광도(shininess) 또는 반사율과 같은 표면 특징의 측정치를 얻기 위하여, 코스(course), 및 파인(fine) 카메라와 같은 추가의 카메라(50 및 52)를 포함할 수 있다.
당업자라면, 측정 시스템(26) 및 이 시스템의 카메라(46, 50, 52) 또는 다른 센서 또는 검출기가 독립형 시스템 또는 서브시스템일 수 있다는 것 또는 이들이 자동 로딩 시스템(14) 및 레이저 처리 시스템(12) 중 하나의 시스템 또는 이들 모두의 시스템과 일체화될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 자동 로딩 시스템(14)과의 일체화는, 가공물(28)이 청크 또는 플랫폼(24)에 의해 지지될 때, 가능하지 않은 각도록 보는 것을 용이하게 하는데 바람직할 수 있다. 레이저 처리 시스템(12)과의 일체화는, 카메라(46, 50, 52) 또는 다른 센서, 또는 검출기가 가공물 또는 형상부 정렬과 같은 위치 지정, 또는 형상부 특징과 같은 처리 동안의 실시간 피드백에 또한 사용될 수 있는 경우 바람직하다. 또한, 작동자 인터페이스(56)는 시스템 또는 서브시스템 중 하나 이상의 시스템과 결합될 수 있고, 이와 직접적으로 또는 간접적으로 통신할 수 있다.
도 5 및 도 6은 두께 측정이 카메라(50 및/또는 52) 또는 다른 센서로 얻어질 수 있는 방법의 다른 예시를 설명한다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 제로 기준 초점 값을 얻기 위하여 카메라(50 및/또는 52)(또는 다른 센서)는 청크(24) 또는, 일부 다른 지지 플랫폼의 표면상에 초점이 맞춰질 수 있다. 그런 후에, 자동 로딩 시스템(14)은 가공물(28)을 청크(24) 또는 일부 다른 지지 플랫폼에 로딩시킨다. 그런 후에, 카메라(50 및/또는 52)(또는 다른 센서)는 가공물(28)의 표면상에 다시 초점을 맞춘다. 초점 값의 변화는 두께 값으로 전환될 수 있다. 두께 측정은 무작위 위치, 개별적인 영역에 대하여 평균 두께 값을 얻기 위한 위치와 같은 사전 결정된 위치, 또는 의도된 형상부의 각 위치에서 생성될 수 있다. 두께 값은 이후에 논의되는 처리 레시피를 결정할 시 사용되는 메모리에 저장되고, 또한 이들 값은 형상부 품질에 대한 이후의 평가 및, 수정되거나 추가의 처리가 요구되는지의 결정을 위한 것일 수 있다. 일부 예시적인 독립형 측정 시스템은 KLA-tencor에 의해 제조된 Wafersight2 또는 VisEdge CV300을 포함한다.
두께와 같이 상이한 특징을 갖는 가공물(28) 또는 가공물(28)의 영역은 동일하게 요구된 품질을 갖는 형상부를 얻기 위하여 상이하게 처리되어야 한다. 가장 간단한 예시의 배경으로, 더 두꺼운 영역 또는 가공물(28)은 요구된 품질의 형상부를 생성하기 위하여 하나 이상의 추가적인 펄스로부터 이득을 볼 수 있는 반면에, 더 얇은 영역 또는 가공물(28)은 요구된 품질의 형상부를 생성하기 위하여 보다 적은 펄스로부터 이득을 볼 수 있다. 또한, 가공물(28)의 광도는 형상부를 생성하기 위한 일반적인 처리 방법을 수정하기 위하여 사용될 수 있는 정보를 제공할 수 있다. 당업자라면, 레시피를 달성하는 가공물(28)의 다수의 다른 특징이 측정될 수 있다고 인식할 것이다.
도 2a 및 도 2b는 두께 측정값을 기초로 하는 예시적인 방법 룩업 테이블을 도시한다. 예를 들어, 가공물(28)의 1.05인 측정된 평균 두께 값에 대하여, 레시피 2가 도 2a에 도시되는 것처럼, 전체 가공물(28)을 처리하기 위하여 구현될 수 있다. 대안으로, 가공물 영역 또는 개별적인 타겟 위치에 대한 특징(들)이 측정되는 경우, 가공물(28)에 대한 각 영역 또는 타겟 위치는 특정 측정값에 관련된 적합한 레시피로 처리될 것이다. 따라서, 측정값(들)은 저장되고, 가공물(28) 상의 특정 위치에 관련될 것이다. 도 2b는 모델 5300 레이저 시스템으로 비아 드릴링의 구현을 위한 예시적인 레시피 선택 테이블을 도시한다.
도 3은 측정값에 응답하여 가공물(28)을 처리하기 위해 구현될 수 있는 예시적인 레시피이다. 일부 실시예에서, 측정값과 레시피 사이에 일-대-일 대응이 존재한다. 하지만, 당업자라면, 룩업 테이블에서의 측정값이 전형적으로 측정값의 범위를 포함한다는 것을 인식할 것이다. 일부 실시예에서, 측정값은 가공물(28)에 대한 평균 두께값, 가공물(28)의 영역에 대한 평균 두께 값, 또는 가공물(28) 상의 의도된 타겟 또는 형상부의 위치에 대한 두께 값을 포함한다. 일부 실시예에서, 레시피는 직경 및 깊이와 같이, 가공물(28) 상에서 특정 특징의 비아 드릴링을 위해 구현되도록 파라미터를 규정한다.
방법은, 스폿 크기, 바이트 크기, 반복률, 위치 지정 시스템의 속도, 레이저 전력, 통로의 개수, 펄스의 개수, 이동 패턴과 관련된 레이저 파라미터를 전형적으로 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 당업자라면, 도 3에 도시된 방법에 열거된 예시적인 파라미터가 총망라된 것이 아니고, 다수의 파라미터 또는 이들 파라미터의 변형이 상이한 변수의 조합에 의해 표시될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 마찬가지로, 방법 파라미터는 예를 들어, 비아 직경 또는 가공물 물질과 같은 상이한 특징 속성으로 그리고, 상이한 레이저 타입 및 빔 위치 지정 시스템 및 기판 위치 지정 시스템에 따라 변한다.
예를 들어, 위치 지정 시스템이 허용하는 경우, 덩스키 등의 미국 특허 번호 6,407,363 및 6,784,399에 개시된 임의의 드릴링 기술 또는 패턴이 사용될 수 있다. 이러한 기술 및 패턴은 나선형(spiraling), 동심원, 및 트리패닝(trepanning) 처리를 포함하나 이에 제한되지 않는다. 당업자라면, 이러한 다양한 패턴을 구현하기 위하여, 미국 특허 번호 6,407,363에 사용된 변형가능(deformable) 미러가, 존슨의 미국 특허 번호 7,027,199에 개시된 하나 이상의 음향-광학(acousto-optic) 디바이스와 같은, 다른 고속 조향(steering) 디바이스로 교체될 수 있다고 인식할 것이다.
당업자라면, 레시피 룩업 테이블은 특정 가공물(28), 영역 또는 위치를 처리하기 위한 최적의 레시피를 결정하기 위하여, 예를 들어, 매트릭스에서 두께 값과 광도 값 모두를 사용하여, 하나보다 많은 측정값에 응답할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 마찬가지로, 3개 이상의 측정 값(또는 값의 범위)은, 일부 또는 전체의 측정된 특징을 기초로, "최적" 레시피를 나타내는 다차원 매트릭스에서 어셈블링될 수 있다.
레이저 처리 레시피의 룩업 테이블은 이론상의 계산, 작동자의 시행 착오, 후 처리 테스트를 갖는 자동화 시스템적 레시피 변형 프로세스, 또는 이들 또는 다른 방법의 일부 조합으로부터 확립될 수 있다. 더 많은 정보가 수집될 시, 룩업 테이블은 처리 히스토리(history)를 반영하기 위하여 더 복잡해지고, 정확해질 수 있다. 이러한 히스토리는 레시피에서의 변형뿐 아니라, 레이저 동작의 변형도 포함할 수 있다.
도 4는 예시적인 로딩, 측정, 레이저 마이크로 가공, 및 언로딩 프로세스의 흐름도이다. 일부 실시예의 간소화된 예시적인 구현에서, 비아 드릴링을 위한 레이저 처리 시스템(12)은, 자동 로딩 시스템(14)에 가공물(28)을 로딩할 것을 요청하는 지시 단계(60)를 사용한다. 로딩 단계(62)에서, 자동 로딩 시스템(14)은 저장 랙(rack) 또는 컨베이어(미도시)로부터 가공물(28)을 선택한다. 이동 또는 위치 지정 단계(64)에서 자동 로딩 시스템(14)은 시스템의 하나 이상의 특징의 측정을 용이하게 하기 위하여 가공물(28)을 이동시키고, 지시단계(66)에서, 측정 지시를 측정 시스템(16)에 전달한다.
측정 단계(68)에서, 측정 시스템(16)은 가공물(28)의 하나 이상의 특징의 측정치를 취득한다. 특징은 하나 이상의 가공물 측면, 표면, 영역, 또는 특정 의도된 타겟 또는 형상부 위치로부터 취득될 수 있다. 측정치는, 가공물(28)이 레이저 처리 시스템(12)에 전송되는 동안 하나 이상의 카메라(46)에 의해, 또는 로드 암(38)에 현가되어 있는 동안 하나 이상의 특정 위치에서 얻어질 수 있다. 또한, 측정치는, 가공물(28)이 레이저 처리 시스템(12)의 청크(24)에 로딩된 이후, 카메라(50 및 52)에 의해 얻어질 수 있다. 측정 시스템(16)은, 예를 들어, 평균 측정값을 제공하기 위하여 원(raw) 데이터를 분석 또는 처리할 수 있고, 처리된 또는 원 데이터를, 예를 들어 자동 로딩 시스템(14) 및 데이터 전달 단계(70)를 통하여, 레이저 처리 시스템(12)에 직접적으로 또는 간접적으로 전달한다.
로딩 단계(72)에서, 자동 로딩 시스템(14)은 레이저 처리 시스템(12)의 청크(24)에 가공물(28)의 로딩을 마치고(측정 주기 동안 미리 완료되지 않은 경우) 지시 단계(74)를 통하여 레이저 처리 시스템(12)에 가공물(28)이 로딩 되었다고 알린다.
레시피 결정 단계(76)에서, 레이저 처리 시스템(12)은 예를 들어 도 2a 및 도 2b에서 예시된 테이블에서 룩업을 위한 측정 정보, 가공물(28) 처리를 위한 바람직한 레시피 또는 가공물의 영역 또는 의도된 타겟 또는 형상부 위치를 처리하기 위한 바람직한 레시피를 사용한다. 처리 단계(78)에서, 레이저 처리 시스템(12)은 룩업 테이블로부터 얻어진 레시피에 따라, 가공물(28), 가공물의 영역, 또는 의도된 타겟 또는 형상부 위치를 처리한다.
지시 단계(80)에서, 레이저 처리 시스템(12)은 가공물(28)이 처리되었다는 것을 자동 로딩 시스템(14)에 통지한다. 자동 로딩 시스템(14)은 언로드 단계(82)에서 청크(24)로부터 가공물을 언로드하고, 통지 단계(84)에서, 가공물(28)이 언로드 되었다는 것을, 레이저 처리 시스템(12)에 통지한다. 그런 후에, 레이저 처리 시스템(12)은 새로운 가공물(28)의 로딩을 요청할 준비를 한다.
당업자라면, 통신 경로는 다양한 시스템 구성요소의 성능에 따라 변할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 특히, 당업자라면, 흐름 프로세스를 구현하기 위한 다양한 소프트웨어가 주로, 레이저 시스템 제어기(26)와 같은 단일 시스템 또는 서브시스템에 주로 관련될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 대안으로, 소프트웨어는 다양한 시스템, 서브시스템 또는 서브시스템 구성요소 상에 전체적으로 또는 부분적으로 위치될 수 있다. 예를 들어, 카메라(46, 50, 및 52)는 이미지 처리 소프트웨어뿐 아니라 측정 처리 소프트웨어를 포함할 수 있고, 또는 전체 또는 대부분의 데이터 처리는 레이저 시스템 제어기(26)에 의해 이루어질 수 있거나 또는 관리될 수 있다. 또한, 레이저 시스템 제어기(26)는 예를 들어, 자동 로딩 시스템(14)으로부터 나오는 지시보다는, 측정을 수행하도록 측정 시스템(16)에게 직접적으로 요청할 수 있다.
또한, 당업자라면, 룩업 테이블에 의해 제공된 레시피가 파라미터 가이드라인이라는 것과, 레시피는 예를 들어, 프로세스 모니터링을 기초로 실시간으로 변할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 이러한 프로세스 모니터링은 예를 들어 레이저 처리 시스템(12) 내에서 광학기기의 성능 저하, 레이저(18) 성능의 변동, 또는 빔 및 가공물 위치 지정 시스템(20)에 관련된 아베(abbe) 또는 다른 위치 지정 오류 중 하나 이상을 추적할 수 있다. 조던스 등의 미국 특허 번호 7,244,906은 이러한 실시간 조정의 일부가 구현될 수 있는 방법을 상세히 서술한다.
당업자에게 있어서, 본 발명의 기초가 되는 원리에서 벗어나지 않고도, 본 발명의 전술한 실시예의 세부사항에 대한 다수의 변형이 생성될 수 있다는 점이 명백하다. 그러므로, 본 발명의 범주는 오직 다음의 청구항들로 결정되어야 한다.
14 : 자동 로더 16 : 두께 측정 시스템
18 : 레이저 50 : 코스(coarse) 카메라
52 : 파인(fine) 카메라 56 : 사용자 인터페이스 컴퓨터
32 : 레이저 빔 경로

Claims (20)

  1. 제1 가공물과 제2 가공물을 포함하는 복수의 가공물을 레이저 마이크로 가공(micromachining) 시스템으로 처리하는 방법에 있어서,
    상기 레이저 마이크로 가공 시스템은 복수의 가공물을 이동시키는 자동 로딩 시스템을 포함하고,
    상기 복수의 가공물 중 제1 가공물을 이동시키는 단계;
    상기 제1 가공물의 복수의 특징에 관한 정보를 취득하는 단계로서, 상기 복수의 특징에 관한 정보는 상기 제1 가공물의 복수의 특징에 대한 각각의 측정값을 포함하는, 복수의 특징에 관한 정보 취득 단계와;
    상기 제1 가공물에 하나 또는 복수의 형상부를 생성하는데 사용하기 위해 상기 제1 가공물의 복수의 특징에 대한 각각의 측정값을 메모리에 저장하는 단계와;
    상기 제1 가공물의 복수의 특징에 대한 각각의 측정값을 이용하여, 형상부 품질 메트릭스를 충족하는 미리 결정된 속성을 갖는 형상부를 제1 가공물에서 생성하기 위해, 제1 가공물을 처리하기 위한 복수의 레시피 파라미터를 포함하는 제1 레이저 처리 레시피를 룩업 테이블로부터 획득하는 단계와;
    상기 레이저 마이크로 가공 시스템에서 제1 가공물을 처리하기 위한 제1 레이저 처리 레시피를 이용하여, 형상부 품질 메트릭스를 충족하는 미리 결정된 속성을 갖는 하나 또는 복수의 형상부를 제1 가공물에 생성하는 단계와;
    복수의 가공물 중 제2 가공물을 이동시키는 단계와;
    상기 제2 가공물의 복수의 특징에 관한 정보를 취득하는 단계로서, 상기 복수의 특징에 관한 정보는 상기 제2 가공물의 복수의 특징에 대한 각각의 측정값을 포함하는, 복수의 특징에 관한 정보 취득 단계와;
    상기 제2 가공물에 하나 또는 복수의 형상부를 생성하는데 사용하기 위해 상기 제2 가공물의 복수의 특징에 대한 각각의 측정값을 메모리에 저장하는 단계와;
    상기 제2 가공물의 복수의 특징에 대한 각각의 측정값을 이용하여, 형상부 품질 메트릭스를 충족하는 미리 결정된 속성을 갖는 형상부를 제2 가공물에서 생성하기 위해, 제2 가공물을 처리하기 위한 복수의 레시피 파라미터를 포함하는 제2 레이저 처리 레시피를 룩업 테이블로부터 획득하는 단계와;
    상기 레이저 마이크로 가공 시스템에서 제2 가공물을 처리하기 위한 제2 레이저 처리 레시피를 이용하여, 형상부 품질 메트릭스를 충족하는 미리 결정된 속성을 갖는 하나 또는 복수의 형상부를 제2 가공물에 생성하는 단계를
    포함하는, 복수의 가공물을 레이저 마이크로 가공 시스템으로 처리하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 레이저 처리 시스템은 비아 드릴링(via drilling) 시스템이고, 상기 형상부는 비아인, 복수의 가공물을 레이저 마이크로 가공 시스템으로 처리하는 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 가공물은 인쇄 회로 기판 또는 반도체 웨이퍼(waper)인, 복수의 가공물을 레이저 마이크로 가공 시스템으로 처리하는 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 제1, 제2 가공물의 복수의 특징은 두께를 포함하는, 복수의 가공물을 레이저 마이크로 가공 시스템으로 처리하는 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 제1, 제2 가공물의 복수의 특징은 광도(shininess)를 포함하는, 복수의 가공물을 레이저 마이크로 가공 시스템으로 처리하는 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1항에 있어서, 자동 로딩 시스템은 가공물을 가공물 처리 지지 구조상에 로딩하는데 사용되는, 복수의 가공물을 레이저 마이크로 가공 시스템으로 처리하는 방법.
  9. 제 1항에 있어서, 자동 로딩 시스템은 상기 복수의 특징에 관한 정보가 취득되도록 하기 위하여, 상기 가공물을 위치시키는, 복수의 가공물을 레이저 마이크로 가공 시스템으로 처리하는 방법.
  10. 제 1항에 있어서, 복수의 특징에 관한 정보는 하나 이상의 카메라로 취득되는, 복수의 가공물을 레이저 마이크로 가공 시스템으로 처리하는 방법.
  11. 제 1항에 있어서, 제 1 및 제 2 가공물 각각은, 상기 복수의 특징에 관한 정보가 취득되는 동안, 2개 이상의 위치에 있는, 복수의 가공물을 레이저 마이크로 가공 시스템으로 처리하는 방법.
  12. 삭제
  13. 제 1항에 있어서, 제 1 및 제 2 가공물 중 적어도 하나가 움직이는 동안 복수의 특징에 관한 정보가 취득되는, 복수의 가공물을 레이저 마이크로 가공 시스템으로 처리하는 방법.
  14. 제 1항에 있어서, 제 1 및 제 2 가공물의 복수의 특징에 관한 정보를 취득하기 위하여 카메라가 사용되는, 복수의 가공물을 레이저 마이크로 가공 시스템으로 처리하는 방법.
  15. 제 1항에 있어서, 상기 제1 가공물의 측정값은 상기 제1 가공물 상의 2개 이상의 위치로부터의 정보를 이용하여 결정되는, 복수의 가공물을 레이저 마이크로 가공 시스템으로 처리하는 방법.
  16. 제 1항에 있어서, 상기 가공물의 측정값들은 정보가 취득되는 상기 가공물 상에서 하나의 위치에 관련되는, 복수의 가공물을 레이저 마이크로 가공 시스템으로 처리하는 방법.
  17. 삭제
  18. 제 1항에 있어서, 형상부를 생성하기 전에, 제 1 레이저 처리 레시피는 레이저 처리 시스템에 대한 데이터에 응답하여 실시간으로 조정되는, 복수의 가공물을 레이저 마이크로 가공 시스템으로 처리하는 방법.
  19. 제 1항에 있어서, 레이저 파라미터는 하나 이상의 레이저 타입, 크기, 펄스 반복률, 펄스의 개수, 펄스의 모양, 펄스 폭, 펄스 에너지, 피크 펄스 전력, 펄스 에너지 허용치, 설정 시간, 스폿 크기, 빔 모양, 또는 파장을 포함하고,
    형상부의 속성은 형상부의 타입, 위치, 깊이, 모양, 크기, 직경 또는 마이크로 가공 이후에 남겨진 허용가능한 파편을 포함하는,
    복수의 가공물을 레이저 마이크로 가공 시스템으로 처리하는 방법.
  20. 제1 가공물과 제2 가공물을 포함하는 복수의 가공물을 처리하기 위한 레이저 마이크로 가공 시스템에 있어서,
    복수의 가공물을 이동시키는 자동 로딩 시스템과;
    자동 로딩 시스템에 의해 이동된 제1 가공물의 복수의 특징에 대한 각각의 측정값을 포함하는 복수의 특징에 관련한 정보를 취득하고, 상기 제1 가공물의 복수의 특징에 대한 각각의 측정값을 메모리에 저장하며, 자동 로딩 시스템에 의해 이동된 제2 가공물의 복수의 특징에 대한 각각의 측정값을 포함하는 복수의 특징에 관련한 정보를 획득하고, 상기 제2 가공물의 복수의 특징에 대한 각각의 측정값을 메모리에 저장하는 측정 시스템과;
    상기 제1 가공물의 복수의 특징에 대한 각각의 측정값을 이용하여, 형상부 품질 메트릭스를 충족하는 미리 결정된 속성을 갖는 형상부를 제1 가공물에서 생성하기 위해, 제1 가공물을 처리하기 위한 복수의 레시피 파라미터를 포함하는 제1 레이저 처리 레시피를 제공하고, 상기 제2 가공물의 복수의 특징에 대한 각각의 측정값을 이용하여, 형상부 품질 메트릭를 충족하는 미리 결정된 속성을 갖는 형상부를 제2 가공물에서 생성하기 위해, 제2 가공물을 처리하기 위한 복수의 레시피 파라미터를 포함하는 제2 레이저 처리 레시피를 제공하는 소프트웨어와;
    레이저 출력을 제공하기 위한 레이저와;
    빔 축을 따라 레이저 출력을 전달하기 위한 빔 편향 미러와;
    측정 시스템과 빔 축 중 하나 또는 양쪽 모두에 관하여 제1 가공물 또는 제2 가공물의 적어도 하나를 위치시키기 위한 빔 및 가공물 위치 지정 시스템과;
    형상부 품질 메트릭스를 충족하는 미리 결정된 속성을 갖는 하나 또는 복수의 형상부를 제1 가공물 및 제2 가공물에 생성하기 위해 레이저, 빔 편향 미러, 또는 빔 및 가공물 위치 지정 시스템 중 하나 이상의 직접 또는 간접 제어를 통해 제1 및 제2 가공물의 복수의 특징에 대한 측정값과 연관된 제1 및 제2 레이저 처리 레시피를 직접적으로 또는 간접적으로 구현하기 위한 레이저 시스템 제어기를
    포함하는, 복수의 가공물을 처리하기 위한 레이저 마이크로 가공 시스템.
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