KR20010101803A - 레이저 처리 전력 출력 안정화 - Google Patents

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브라이언 더블유. 베어드
윌리엄 제이. 죠던스
스테판 엔. 스와린젼
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레인하트 죠셉 엘.
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Abstract

Q-스위칭된 고체 레이저 시스템(24)은 펄스 처리 제어 시스템(10)에서 동작하는데, 상기 시스템(10)은, X-Y 위치 결정기(18)에 의해 이동되는 작업 대상 재료(20)로 전달되는 펄스-대-펄스 레이저 에너지를 안정화시키기 위해 오토펄스 모드 및 펄스-온-위치 모드를 사용한다. 오토펄스 모드에서, 레이저 펄스는 거의 최대 PRF에서 방출되지만, 그 펄스는, 음향-광학 변조기("AOM") 또는 전기-광학 변조기(또한 포켈 셀로 언급됨)와 같은 외부 변조기(28, 32)에 의해 작업 대상 재료에 도달하는 것으로부터 차단된다. 펄스-온-위치 모드에서, 레이저는, 명령받은 좌표 위치와 일치하는 작업 대상 재료 상의 위치로 이동하는 위치 결정기에 응답하여 펄스를 방출한다. 처리 제어 시스템은, 약 거의 최대 PRF에서 위치 결정기를 이동시키고 레이저를 트리거링하는 비율로, 몇몇이 처리를 필요로 하는 좌표 위치의 스트림을 전달한다. 펄스 처리 제어 시스템은, 처리를 필요로 하는 좌표 위치가 명령받을 때마다 AOM을 전달 상태로 설정하고, 그렇지 않으면 AOM을 차단 상태로 설정한다. 이러한 펄스 타이밍 기술은, 레이저에 대한 거의 일정한 펄스 간의 기간을 제공하여, 거의 최대 PRF에서 펄스-대-펄스 에너지 안정성을 증가시킨다.

Description

레이저 처리 전력 출력 안정화{LASER PROCESSING POWER OUTPUT STABILIZATION}
레이저는, 일반적으로 전자 물질과 같은 기판의 검사, 처리, 초소형 기계화 (micro-machining)를 포함하는 다양한 산업상 동작에 사용된다. 예를 들어, 동적 랜덤 액세스 메모리("DRAM")를 복구하기 위해, 제 1 레이저 펄스는 DRAM 디바이스의 고장난 메모리 셀로의 전기적으로 전도성 링크를 제거하는데 사용되고, 그 다음에 제 2 레이저 펄스는 고장난 메모리 셀을 교체하기 위해 여분의 메모리 셀로의 저항성 링크를 제거하는데 사용된다. 링크 제거가 필요한 고장난 메모리 셀이 임의로 위치하기 때문에, 일반적으로, 작업 대상 재료 위치 결정(workpiece positioning) 지연 시간은, 그러한 레이저 복구 과정이 일정한 PRF보다는 광범위한 PRF에 걸쳐 수행되는 것을 필요로 한다. 이러한 생산 기술은, 산업계에서 진행 중인("OTF") 링크 처리로 언급되고, 일정한 웨이퍼(wafer) 상의 링크가 복구될 수 있는 비율로 더 나은 효율을 허용하여, 전체 DRAM 생산 과정의 효율을 증가시킨다.
그러나, PRF가 증가함에 따라 일반적으로 펄스 당 레이저 에너지가 감소하는 것이 알려져 있는데, 이 특성은 특히 Q-스위치된(Q-switched) 고체 레이저에 대해 적용(true)된다. 이러한 펄스 당 에너지의 롤 오프(roll-off)는 많은 레이저 메모리 복구 과정에 대해 상부 PRF 범위를 한정한다. 더욱이, 메모리 및 다른 전자 성분은 다양한 과정으로 제조되는데, 상기 과정 각각은 특정 범위의 펄스 에너지에 의한 처리를 필요로 하고, 상기 과정은 종종 "과정 윈도우(process window)"로 언급된다. 많은 메모리 디바이스에 대해, "과정 윈도우"는, 레이저 펄스 에너지가 선택된 펄스 에너지 값으로부터 5% 미만만큼 변경되는 것을 필요로 한다.
당업자는, 과정 윈도우 내의 동작을 보장하거나, 과정 윈도우를 공개하기 위한 다양한 접근법을 취해왔다. 예를 들어, 본 출원의 양수인에게 양도된, "라산트에서 고밀도의 여기된 이온을 생성 및 사용하기 위한 방법 및 장치(METHOD AND APPARATUS FOR GENERATING AND EMPLOYING A HIGH DENSITY OF EXCITED IONS IN A LASANT)"에 대한 미국 특허(제 5,590,141호)는, PRF의 함수로서 감소된 펄스 에너지 드롭 오프(drop off), 따라서 더 높은 사용가능 PRF를 나타내는 라산트를 갖는 고체 레이저를 설명한다. 그러므로, 그러한 레이저는, 최대 PRF 미만으로 동작될 때 더 안정한 펄스 에너지 레벨을 생성시킬 수 있다.
일반적으로, 레이저 처리 응용이, 프로그래밍된 처리 위치의 시퀀스를 통해 작업 대상 재료 상의 목표 위치(target locations)를 빠르게 이동시키기 위해 위치 결정기(positioners)를 사용하는 것이 또한 알려져 있다. 위치 결정기의 움직임과 레이저 펄스 타이밍(timing)은, 그러한 응용에 사용되는 레이저가 고유의 광범위한PRF를 갖는 OTF 모드에서 동작하는 것을 필요로 함에 따라 비동기적(asynchronous)이다. 결과적인 광범위한 펄스 간의(interpulse) 기간은, 대응하는 펄스간 에너지 변동 및 일정치 않은 펄스 발사(firing) 타이밍을 초래하는데, 이것은 작업 대상 재료 상의 부정확한 레이저 펄스 위치 결정을 초래한다.
따라서, 본 출원의 양수인에게 양도된, "방사 빔 위치 및 방출 조정 시스템(RADIATION BEAM POSITION AND EMISSION COORDINATION SYSTEM)"에 대한 미국 특허(제 5,453,594호)는, OTF 레이저 펄스 방출을 제어하는 가변 클록을 갖는 위치 결정기를 제어하는 클록을 동기시키는 기술을 기재한다. 동기된 클록은, 레이저로 하여금 작업 대상 재료 상의 목표 위치를 통해 위치 결정기 움직임과 동기적으로 펄스를 방출하도록 하여, 레이저 펄스 위치 결정의 정확성을 증가시킨다.
일반적으로, 전술한 레이저 처리 응용은, 1,047 나노미터("nm") 또는 1,064nm의 기본 파장을 갖는 적외선("IR") 레이저를 사용한다. 많은 레이저 처리 응용이, 일반적으로 500nm 미만인 자외선("UV") 에너지 파장을 사용함으로써 개선된다는 것을 출원인이 발견하였다.
그러한 UV 파장은, IR 레이저의 제 2, 제 3, 또는 제 4 고조파(harmonics)를 유도하는 고조파 생성 과정을 IR 레이저가 겪게 함으로써 생성될 수 있다. 공교롭게도, 그러한 UV 레이저의 펄스간 에너지 레벨은 특히 PRF 및 펄스 간의 기간 변동에 민감하다.
그러므로, 고정밀도의 OTF 레이저 처리 응용에서 높은 PRF에서의 안정한 UV 레이저 처리 펄스 에너지를 생성하는 장치 및 방법이 필요하다.
본 발명은, 레이저에 관한 것으로, 더 구체적으로, 진행중인(on-the-fly) 견본 처리 응용에서 높은 펄스 반복 주파수("PRF: Pulse Repetition Frequency")에서의 일정한 에너지 레이저 펄스를 제공하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
도 1은, 본 발명에 따라 상호 연결된 작업 대상 재료 위치 결정기 및 레이저 처리 제어 시스템을 도시한 개략적인 블록도.
도 2는, 오토펄스 모드 및 펄스-온-위치 처리 모드에서 안정한 펄스간 UV 레이저 에너지를 제공하기 위해 본 발명에 의해 수행되는 기능적 단계를 도시한 과정 흐름도.
그러므로, 본 발명의 목적은, 처리 제어 시스템이, 고체 레이저로 하여금 광 펄스를 방출하도록 하고, 위치 결정 시스템으로 하여금 작업 대상 재료와 관련된 광 펄스 방출의 움직임을 제어하도록 하여 광 펄스가 작업 대상 재료 상의 처리를 위한 목표 위치에 충돌하도록 하는, 레이저 기반 작업 대상 재료 처리 시스템에서, 작업 대상 재료 상에서 처리하고자 하는 다중 목표 위치 상에 연속적으로 충돌하는 일정한 펄스 에너지의 광 펄스를 제공하는 방법을 제공하는 것인데, 상기 방법은, 처리 제어 시스템에 응답하여 오토펄스(autopulse)의 펄스 반복율에서의 일련의 레이저 광 펄스 방출을 생성시키기 위해 작업 대상 재료 비처리(nonprocessing) 모드를 개시하는 단계와, 오토펄스의 펄스 반복율로 방출하는 광 펄스를 작업 대상 재료에 충돌하는 것으로부터 차단하는 단계와, 작업 대상 재료 비처리 모드로부터 작업 대상 재료 처리 모드로 스위칭하는 단계로서, 상기 작업 대상 재료 처리 모드에서, 처리 제어 시스템은, 위치 결정 메커니즘으로 하여금 위치 결정율(positioning rate)로 이동하도록 하는 펄스 위치 제어 신호를 위치 결정 메커니즘에 인가하며(direct), 상기 펄스 위치 제어 신호는, 작업 대상 재료 목표 위치, 및 연속적인 작업 대상 재료 목표 위치 사이의 작업 대상 재료 중간 위치에 대응하는 이격된(spaced-apart) 레이저 펄스 방출 명령 좌표를 나타내고, 상기 처리 제어 시스템은, 위치 결정 메커니즘이 위치 결정율에서 이동함에 따라, 레이저 펄스 방출 명령 좌표와, 작업 대상 재료 타깃 및 작업 대상 재료 중간 위치 사이의 일치(coincidences)에 의해 결정된 목표 위치 펄스 반복율에서 레이저 광 펄스 방출을 야기하는, 작업 대상 재료 비처리 모드로부터 작업 대상 재료 처리 모드로 스위칭하는 단계와, 오토펄스 및 목표 위치 펄스의 반복율에서 광 펄스 방출을 연속적으로 생성하는 결과로서, 일정한 펄스 에너지의 광 펄스를 작업 대상 재료 목표 위치에 제공하기 위해 레이저 펄스 방출 명령 좌표가 작업 대상 재료 목표 위치와 일치할 때 레이저 광 펄스 방출을 전달하지만, 그렇지 않을 때는 레이저 광 펄스 방출의 전달을 차단하는 단계를 포함한다.
Q-스위칭된 고체 레이저는 펄스 처리 제어 시스템과 협력하여 동작하는데, 상기 시스템은, 위치 결정기에 의해 이동되는 작업 대상 재료 상의 목표 위치로 전달된 펄스간 레이저 에너지를 안정화시키기 위해 오토펄스 모드 및 펄스-온-위치(pulse-on-position) 모드를 사용한다. 오토펄스 모드에서, 레이저 펄스는 최대 PRF에서 또는 그 근처에서 방출되지만, 그 펄스는, 음향-광학 변조기{"AOM(acousto-optic modulator)"} 또는 전기-광학 변조기{또는 포켈 셀(Pockels cell)로 언급됨}와 같은 외부 변조기에 의해 작업 대상 재료에 도달되지 못한다. 펄스-온-위치 모드에서, 위치 결정기가, 명령된(commanded) 레이저 빔 좌표와 일치하는 좌표를 통해 작업 대상 재료 위치를 이동시킬 때마다 레이저는 펄스를 방출한다. 처리 제어 시스템은, 규칙적으로 이격된 세트의 명령된 레이저 빔 좌표를 통해 통과하는 작업 대상 재료에 응답하여 최대 PRF의 근처에서 레이저의 트리거링(triggering)을 야기하는 거의 일정한 속도로 위치 결정기를 이동시킨다. 펄스 처리 제어 시스템은, 처리될 위치가 명령될 때마다 AOM을 전달 상태로 설정하고, 처리되지 않을 위치가 명령될 때마다 AOM을 차단 상태로 설정한다. 이러한 펄스 타이밍 기술은 레이저에 대한 거의 일정한 펄스 간의 기간을 제공하여, 거의 최대 PRF에서 펄스간 에너지 레벨을 안정화시킨다.
본 발명의 장점은, 고정밀도의 OTF 레이저 처리 응용에서 높은 PRF에서의 안정한 레이저 처리 펄스 에너지를 생성시키는 것이다.
본 발명의 다른 장점은, UV 파장을 사용하는 OTF 견본 처리 응용에 대해 상기 목적을 충족시키는 것이다.
본 발명의 또 다른 장점은, 거의 임의의 펄스 간의 기간을 일반적으로 요구하는 작업 대상 재료 특성을 처리할 때, 안정한 펄스간 레이저 펄스 에너지를 제공하는 것이다.
본 발명의 추가 장점은, 비선형 고조파 생성 과정을 사용하여 주파수-2배, 3배, 또는 4배의 레이저 펄스를 생성하는 Q-스위칭된 고체 레이저의 펄스간 에너지를 안정화시키는 것이다.
본 발명의 추가 목적 및 장점은, 첨부 도면을 참조하여 진행하는 본 발명의 바람직한 실시예의 이후의 상세한 설명으로부터 명백할 것이다.
도 1은 본 발명의 레이저 펄스 처리 제어 시스템(10)을 도시하는데, 상기 시스템(10)에서, 시스템 제어 컴퓨터(12) 및 내장된 제어 컴퓨터(14)는, UV 레이저 빔(22)에 관련하여 작업 대상 재료(20)를 위치시키는 X-Y 위치 결정기(18)로부터 위치 정보를 수신하는 빔 위치 제어기(16)를 제어하도록 함께 동작한다. UV 레이저 빔(22)은, 도시된 폴드 미러(fold mirror) 이외에 여러 가지 광학 요소(미도시)를 통해 전달될 수 있다. X-Y 위치 결정기(18)는, X 또는 Y 스테이지(stage)에 연결될 수 있는 Z 위치 결정기(23)를 또한 포함할 수 있다. X-Y 위치 결정기(18)는, 본 출원의 양수인에게 양도된, "고속의, 고정밀도의 다중-스테이지 툴 위치 결정 시스템(HIGH SPEED, HIGH ACCURACY MULTI-STAGE TOOL POSITIONING SYSTEM)"에 대한 미국 특허(제 5,751,585호)에 기재된 위치 결정 시스템에 기초하는 것이 바람직하다. 본 발명과 함께 사용하는데 적합한 레이저 펄스 처리 제어 시스템의 상업적 예는, 본 출원의 양수인인, 오리곤주 포틀랜드의 일렉트로 사이언티픽 인더스트리사(Electro Scientific Industries, Inc.)가 제조한 모델 9300 메모리 양품율(yield) 개선 시스템이다.
UV 레이저 시스템(24)은, 다이오드-펌핑된(diode-pumped) 음향-광학적으로 Q-스위칭된 Nd:YVO4레이저와 같은 Q-스위칭된 고체 IR 레이저(26)와, IR 레이저(26)의 펄스 진폭을 변조시키기 위한 AOM(28)과, 널리 알려진 제 2, 제 3 또는 제 4 고조파 변환 과정을 사용함으로써 IR 레이저(26)로부터의 적외선 파장 방출을 녹색 및/또는 UV 파장으로 변환하기 위한 주파수 배율기(multiplier)(30)를 포함하는 것이 바람직하다. 대안적으로, AOM(28)은, 점선으로 도시된 AOM(32)의 위치로 표시된 바와 같이 주파수 배율기(30)의 뒤에 위치될 수 있다. 다른 실시예에서, 레이저 제어기(34)는, 작업 대상 재료(20)쪽으로 향하는 UV 레이저 빔(22)을 전달하거나 차단하기 위해 AOM(28 또는 32)의 전달성(transmissivity)을 제어한다.
시스템 제어 컴퓨터(12)는, 레이저 처리를 필요로 하는 작업 대상 재료(20)의 위치 좌표를 버스(36)를 통해 내장된 제어 컴퓨터(14)로 전달한다. 기존의 견본 처리 응용에서, 작업 대상 재료(20)는 가용성(fusible) 링크와 같은 규칙적으로 이격된 디바이스 구조를 포함하는데, 이 구조 중 단지 몇몇 구조만이 처리를 필요로 한다. 처리를 필요로 하는 위치는 목표 위치로 언급되고, 처리를 필요로 하지 않는 위치는 중간 위치로 언급된다. 내장된 제어 컴퓨터(14)는, 거의 동일한 시간 간격에서 IR 레이저(26)를 트리거링하도록 이격된 중간 위치 좌표를 목표 위치 좌표에 추가한다. 내장된 제어 컴퓨터(14)는, 미리 결정된 비율로 타깃 및 중간 위치 좌표를 한번에 하나씩 버스(38)를 통해 빔 위치 제어기(16)에 있는 레지스터(40)로 전달하고, 동시에 제어 데이터를 버스(42)를 통해 레이저 제어기(34)에 있는 레지스터(44)에 로딩(loads)한다. 미리 결정된 비율은 X-Y 제어기(18)의 이동 속도를 제어하고, 제어 데이터는, 좌표 위치가 처리될 목표 위치인지를 나타내고, 추가로 모드 및 타이밍 정보를 포함한다.
레이저 제어기(34)는, 오토펄스 모드 또는 펄스-온-위치 모드 중 하나에서 타이머(46)를 동작시킨다. 오토펄스 모드에서, 타이머(46)는 레지스터(44)에 있는제어 데이터에 응답하여 시작하고, 펄스-온-위치 모드에서, 타이머(46)는 빔 위치 제어기(16)에 있는 비교기(50)로부터 위치 일치 신호(48)를 수신함에 응답하여 시작한다. 빔 위치 제어기(16)에 있는 위치 인코더(52)는 X-Y 위치 결정기(18)의 현재 위치를 비교기(50)에 나타내고, 현재 위치가 레지스터(40)에 저장된 위치 좌표와 부합할 때, 작업 대상 재료(20)가 타깃 위치 또는 중간 위치에 걸쳐 적절히 위치해 있는지를 나타내는 위치 일치 신호(48)가 생성된다. 따라서, 작업 대상 재료(20)가 타깃 위치에 걸쳐 위치해 있으면, 타이머(46)는 IR 레이저(26)에 있는 Q-스위치를 동시에 동작시키고, 사이클 종료 중단(cycle done interrupt)(54)이 타이머(46)로부터 내장된 제어 컴퓨터(14)로 전달될 때까지 AOM(28)을 전달 상태로 설정한다. AOM(28)의 전달성은 레이저 펄스 게이팅(gating) 디바이스 또는 진폭 변조기로서 제어가능한 것이 바람직하다.
UV 레이저 시스템(24)의 펄스간 에너지 레벨 안정성은 IR 레이저(26)의 펄스간 에너지 레벨 안정성에 전적으로 의존한다. 이러한 필요 조건을 충족시키기 위해, 방출된 레이저 펄스 사이의 펄스 간의 기간은 동일하게 이루어진다. 이것은, 열적 및 복사(radiant) 효과를 감소시키는데, 이러한 효과는 펄스 간의 기간이 다르다면, 변동하는 펄스 간의 기간으로 IR 레이저(26)를 발사하는 것으로부터 발생하는 레이저 듀티 사이클(duty cycle) 변동에 의해 야기될 것이다. 그러한 열적 및 복사 효과는 비선형 수정의 굴절율의 변화를 포함할 수 있어서, 고조파 생성에 대한 위상-부합 조건을 변경시킬 수 있는데, 이것은 고조파 출력 에너지에서의 커다란 변화를 초래한다. 그러한 열적 및 복사 효과는, IR 레이저(26)의 펄스 당 에너지가 또한 변하도록 할 수 있고, 그 후에 UV 레이저 시스템(24)의 출력이 변동하도록 할 것이다.
본 발명은, 오토펄스 모드 또는 펄스-온-위치 모드에서 IR 레이저(26)에 대한 거의 동일한 펄스 사이의 타이밍 기간을 제공한다. 오토펄스 모드 동안, AOM(28)은, UV 레이저 빔(22)이 작업 대상 재료(20)를 처리하는 것을 방지한다. 펄스-온-위치 모드 동안, 위치 일치 신호(48)와, 레지스터(44)에 있는 타깃 위치 데이터는 AOM(28)의 전달 상태를 결정하므로, UV 레이저 빔(22) 펄스는 작업 대상 재료(20)를 처리한다.
추가로 도 2를 참조하면, 본 발명에 의해 수행되는 작업 대상 재료 과정(56)은 안정한 펄스간 UV 레이저 시스템(24) 처리 에너지를 작업 대상 재료(20) 상의 목표 위치에 제공한다.
시작 블록(58)은 작업 대상 재료 과정(56)의 시작을 나타낸다.
오토펄스 모드 블록(60)은, 내장된 제어 컴퓨터(14)가 타이머(46)가 사용자 프로그래밍가능한 PRF에서 IR 레이저(26)를 트리거링하는 디폴트(default) 오토펄스 모드로 제어 시스템(10)을 설정하는 것을 나타낸다.
오토펄스 모드에서, 타이머(46)에서의 논리 회로는, AOM(28)을 게이트 오프(gate off)시키는데 알맞은 펄스 차단 신호 라인(62)을 설정하여, UV 레이저 시스템(24)에 의해 방출된 에너지의 사용될 수 있는 양이 작업 대상 재료(20)에 도달하지 못하게 한다.
제어 시스템(10)이 펄스-온-위치 처리 동작을 시작할 준비를 할 때, 좌표 수신 블록(64)은, 내장된 제어 컴퓨터(14)가 레이저 처리를 필요로 하는 작업 대상 재료(20) 상의 목표 위치 좌표를 시스템 제어 컴퓨터(12)로부터 수신하는 것을 나타낸다.
중간 좌표 연산 블록(66)은, 내장된 제어 컴퓨터(14)가 레이저 처리를 필요로 하지 않는 중간 위치 좌표를 목표 위치 좌표에 추가하는 것을 나타낸다. 중간 위치 좌표는 일정한 PRF로 IR 레이저(26)의 트리거링을 초래하도록 이격된다. 내장된 제어 컴퓨터(14)는 제어 시스템(10)을 오토펄스 모드로부터 펄스-온-위치 모드로 스위칭한다.
좌표 로딩 블록(68)은, 내장된 제어 컴퓨터(14)가 위치 좌표를 버스(38)를 통해 레지스터(40)로 전달하고, 펄스-온-위치 모드의 인에이블링(enabling) 데이터를 버스(42)를 통해 레이저 제어기(34)로 전달하는 것을 나타낸다. 펄스 차단 신호 라인(62)은, AOM(28)으로 하여금 UV 레이저 시스템(24)의 펄스 에너지가 작업 대상 재료(20)로 전달되는 것으로부터 계속해서 차단되도록 한다.
최종 좌표 결정 블록(70)은, 위치 좌표가 현재 OTF 처리 동작에서의 동작 종결 위치 좌표인지의 여부를 결정하기 위한 검사(checking)를 나타낸다. 만약 그렇다면, 과정은 오토펄스 모드 블록(60)으로 되돌아간다.
만약 그렇지 않다면, 과정은, 위치 좌표에 응답하여 빔 위치 결정기(18)를 이동시키는 것을 나타내는 위치 결정기 이동 블록(72)으로 나아간다.
위치 비교 결정 블록(74)은 위치 인코더(52)의 데이터를 레지스터(40)에 저장된 위치 좌표와 비교하고, 그 데이터와 좌표가 일치할 때, 비교기(50)로 하여금위치 일치 신호(48)를 송출하도록 하는 것을 나타낸다.
타이머 시작 블록(76)은 위치 일치 신호(48)를 수신함에 응답하여 타이머(46)가 시작하는 것을 나타낸다. 미리 결정된 시간 기간 이후에, 타이머(46)는, 미리 결정된 시간 기간(과정 윈도우 필요조건을 충족시키기 위해 사용자 프로그래밍가능한) 동안 레이저 펄스를 IR 레이저(26)로부터 트리거링하기 위해 Q-스위치 게이팅 라인(78)을 구동할 것이다.
타이머(46)가 시간 종료되기 전에, 펄스 전달 결정 블록(80)은, 위치 일치 신호(48) 및 펄스 차단 신호 라인(62)의 상태에 응답하여 AOM(28)을 레이저 펄스 차단 상태(81) 또는 레이저 펄스 전달 상태(82)로 설정하는 것을 나타낸다.
레이저 트리거링 블록(84)은, 타이머 시작 블록(76)에 응답하여 생성되는 Q-스위치 게이팅 라인 신호에 응답하여 IR 레이저(26)를 트리거링하는 것을 나타낸다. 이러한 타이밍 시퀀스는, Q-스위치 게이팅 라인(78)이 IR 레이저(26)로 하여금 펄스를 방출하도록 하기 전에 AOM(28)으로 하여금 프로그래밍된 전달성 레벨을 착수한다(settle).
펄스 방출 이후에, 펄스 차단 블록(85)은, AOM(28)을 레이저 펄스를 차단하는 전달성 레벨로 설정하는 것을 나타낸다.
사이클 종료 블록(86)은, 펄스 금지 상태로 되돌아가는 Q-스위치 게이팅 라인(78)에 응답하여 사이클 종료 중단(54)을 생성시키는 것을 나타낸다. 사이클 종료 중단(54)은, 작업 대상 재료의 처리 과정(56)이 좌표 로딩 블록(68)으로 되돌아가게 하도록 하는데, 상기 좌표 로딩 블록(68)은, 내장된 제어 컴퓨터(14)로 하여금 그 다음 좌표 위치를 레지스터(40) 내에 로딩하도록 하는 것을 나타낸다.
전술한 바와 같이, 최종 좌표 결정 블록(70)은, 위치 좌표가 현재 OTF 처리 동작에서의 최종 위치 좌표인지의 여부를 결정하기 위해 검사하는 것을 나타낸다. 만약 그렇다면, OTF 처리 동작은 완료되고, 작업 대상 재료 처리 과정(56)은 오토펄스 모드 블록(60)으로 되돌아간다. 내장된 제어 컴퓨터(14)는 레이저 제어기(34)를 오토펄스 모드로 복귀시키고, 임의의 추가 위치 일치 신호(48)는 무시되고, 펄스 차단 신호 라인(62)은 UV 레이저 시스템(24)의 펄스가 작업 대상 재료(20)에 도달하지 못하게 하도록 설정된다.
기존의 OTF 처리 동작에서, 작업 대상 재료의 위치의 선형 행(row)은 펄스-온-위치 모드에서 선택적으로 처리되고, 그 후에 제어 시스템(10)은 오토펄스 모드로 스위칭하고, 작업 대상 재료 위치의 그 다음 선형 행을 로딩하고, 펄스-온-위치 모드로 복귀하여, 작업 대상 재료가 완전히 처리될 때까지 반복한다.
타이머(46)는 이후의 레이저 동작 지침에 따라 설정된다. 기간()은, 타기팅(targeted)된 펄스 간의 기간, 및 그러므로 레이저 펄스가 작업 대상 재료(20)로의 전달을 위해 UV 레이저 시스템(24)에 의해 방출될 수 있는 최대 PRF를 나타낸다. PRF 값은, X-Y 위치 결정기(18)에 의해 목표 위치 사이에서 이동하는데 필요한 시간에 의해 일반적으로 제한되는 최대값에 이르도록 사용자 선택가능하다. 기간()은 인접한 명령된 펄스 간의 실제 펄스 사이의 기간을 나타낸다. 타이머(46)는, 오토펄스 모드에서의와 동일하고, 펄스-온-위치 피드백 모드에있을 때 대략적으로와 동일한의 값을 발생시킨다. 기간()은, 제어 시스템(10)이 스위칭 모드에 있는 동안의 펄스 사이의 기간인 천이 펄스 간의 기간을 나타낸다. 천이 펄스 간의 기간()은, IR 레이저(26)로 하여금 일정치 않는 펄스 에너지를 갖는 펄스를 방출하도록 하는 0과사이의 임의값(arbitrary value)을 가질 수 있다. 따라서, 펄스 간 기간() 동안, 펄스 차단 신호 라인(62)은, AOM(28)으로부터 작업 대상 재료(20)까지의 임의의 펄스의 전달을 차단하도록 정확히 설정된다.
오토펄스 모드에서, 레지스터(44)가 타이머(46)를 시간 종료로 설정하고, IR 레이저(26)를 발사하고, 리셋하고, 처음부터 다시 시작(start over)하기 때문에, IR 레이저(26)는 미리 결정된 PRF로 반복적으로 발사하는 반면, 펄스-온-위치 모드 동안, IR 레이저(26)가 발사할 때마다, 타이머(46)는 리셋된다.
본 발명의 일부가 바람직한 실시예에 대해 전술한 구현과 다르게 구현될 수 있음을 당업자는 인식할 것이다. 예를 들어, 시스템 제어 컴퓨터(12) 및 내장된 제어 컴퓨터(14)는 단일 프로세서 내에서 조합될 수 있고, 빔 위치 결정기 제어기(16) 및 레이저 제어기(34)는, 배선에 의한(hard-wired) 디지털 논리 회로와, 단일 프로세서에서 수행되는 프로그램과, 마이크로프로세서와, 스테이트(state) 기계와, 아날로그 회로의 몇몇 조합으로 구현될 수 있다. 대안적으로, IR 레이저(26)는, 1,047nm의 기본 파장을 갖는 Nd:YLF 레이저, 또는 1,064nm의 기본 파장을 갖는 Nd:YAG 레이저일 수 있고, 이에 따라 주파수 배율기(30)는Nd:YLF 레이저의 제 2, 제 3, 및 제 4 고조파(524nm, 349nm, 및 262nm), 또는 Nd:YAG 레이저의 제 2, 제 3, 및 제 4 고조파(532nm, 355nm, 및 266nm)를 생성시킬 수 있다. 물론, 작업 대상 재료는 실질적으로 레이저 처리를 필요로 하는 임의의 물질 또는 성분일 수 있다. 이와 유사하게, 작업 대상 재료(20)가 적외선 파장에 의해 가장 효과적으로 처리될 수 있고, 이 경우에 IR 레이저(26)로부터의 출력이, 전술한 임의의 고조파 파장으로의 주파수 변환 없이도 작업 대상 재료(20)로 향하는 것이 가능할 수 있음을 당업자는 인식할 것이다.
본 발명의 기초 원리에서 벗어나지 않고도 본 발명의 전술한 실시예의 세부 사항에 대해 많은 변경이 이루어질 수 있음이 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명이 처리 전자 성분에서 발견된 레이저 응용과 다른 레이저 응용에 또한 적용가능하다는 것을 이해할 것이다. 그러므로, 본 발명의 범주는 이후의 청구항에 의해서만 결정되어야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은, 레이저, 더 구체적으로, 진행중인 견본 처리 응용에서 높은 펄스 반복 주파수("PRF")에서의 일정한 에너지 레이저 펄스를 제공하는 방법 및 장치에 이용된다.

Claims (10)

  1. 처리 제어 시스템이, 고체 레이저로 하여금 광 펄스를 방출하도록 하고, 위치 결정(positioning) 시스템으로 하여금 작업 대상 재료(workpiece)와 관련된 광 펄스 방출의 움직임을 제어하도록 하여, 상기 광 펄스가 작업 대상 재료 상에서 처리하기 위한 목표 위치에 충돌(impinge)하도록 하는, 레이저 기반(laser-based) 작업 대상 재료 처리 시스템에서, 상기 작업 대상 재료 상에서 처리하고자 하는 다수의 목표 위치 상에 연속적으로 충돌하는 일정한 펄스 에너지의 광 펄스 제공 방법으로서,
    상기 처리 제어 시스템에 응답하여 오토펄스(autopulse)의 펄스 반복율에서 일련의 레이저 광 펄스 방출을 생성시키기 위해 작업 대상 재료의 비처리(nonprocessing) 모드를 개시하는 단계와,
    상기 작업 대상 재료 상에 충돌하는 것으로부터 상기 오토펄스의 펄스 반복율로 방출하는 상기 광 펄스를 차단하는 단계와,
    상기 작업 대상 재료 비처리 모드로부터 작업 대상 재료 처리 모드로 스위칭하는 단계로서, 상기 작업 대상 재료 비처리 모드에서, 상기 처리 제어 시스템은, 위치 결정 메커니즘이 위치 결정 비율에서 이동하도록 하는 펄스 위치 제어 신호를 상기 위치 결정 메커니즘에 인가하며(direct), 상기 펄스 위치 제어 신호는, 작업 대상 재료 목표 위치와, 연속적인 작업 대상 재료 목표 위치 사이의 작업 대상 재료 중간 위치에 대응하는 이격된 레이저 펄스 방출 명령 좌표를 나타내고, 상기 처리 제어 시스템은, 상기 위치 결정 메커니즘이 상기 위치 결정 비율에서 이동함에 따라 상기 레이저 펄스 방출 명령 좌표와, 상기 작업 대상 재료 타깃 및 작업 대상 재료 중간 위치 사이의 일치(coincidences)에 의해 결정된 목표 위치 펄스 반복율에서 상기 레이저 광 펄스 방출을 야기하는, 상기 작업 대상 재료 비처리 모드로부터 작업 대상 재료 처리 모드로 스위칭하는 단계와,
    상기 오토펄스 및 목표 위치 펄스 반복율로 광 펄스 방출을 연속적으로 생성시키는 결과로서, 일정한 펄스 에너지의 광 펄스를 상기 작업 대상 재료 목표 위치에 제공하기 위해, 상기 레이저 펄스 방출 명령 좌표가 상기 작업 대상 재료 목표 위치와 일치할 때 상기 레이저 광 펄스 방출을 전달하지만, 그렇지 않을 때는, 상기 레이저 광 펄스 방출의 전달을 차단하는, 상기 레이저 광 펄스 방출을 전달하는 단계를
    포함하는, 일정한 펄스 에너지의 광 펄스 제공 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 고체 레이저는 적외선 레이저를 포함하는, 일정한 펄스 에너지의 광 펄스 제공 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 고체 레이저는, 약 500nm 미만의 파장에서 상기 레이저 펄스를 생성시키기 위해 비선형 고조파 생성 모드에서 동작하는 적외선 레이저를 포함하는, 일정한 펄스 에너지의 광 펄스 제공 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 오토펄스의 펄스 반복율 및 상기 목표 위치 펄스 반복율은 실질적으로 동일한, 일정한 펄스 에너지의 광 펄스 제공 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 오토펄스의 펄스 반복율 및 상기 목표 위치의 펄스 반복율 중 적어도 하나는 미리 결정된 펄스 반복율로 사용자 설정가능한, 일정한 펄스 에너지의 광 펄스 제공 방법.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 오토펄스의 펄스 반복율 및 상기 목표 위치의 펄스 반복율은 상기 고체 레이저의 최대 펄스 반복율과 실질적으로 동일한, 일정한 펄스 에너지의 광 펄스 제공 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 작업 대상 재료 비처리 모드로부터 작업 대상 재료 처리 모드로의 상기 스위칭 하는 단계는 광 펄스 방출이 생성되는 중간 천이 기간을 발생시키며, 상기 방법은, 상기 중간 천이 기간 동안 생성되는 상기 광 펄스 방출을 상기 작업 대상 재료 상에 충돌하는 것을 차단하는 단계를 더 포함하는, 일정한 펄스 에너지의 광 펄스 제공 방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 작업 대상 재료는 상기 위치 결정 시스템 상에 지지되는(supported), 일정한 펄스 에너지의 광 펄스 제공 방법.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 작업 대상 재료는 고정되고, 상기 위치 결정 시스템은 상기 레이저 광 펄스 방출을 이동시키는, 일정한 펄스 에너지의 광 펄스 제공 방법.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 작업 대상 재료는 고정된 제 1 축 방향으로 이동하고, 상기 레이저 광 펄스 방출은 제 2 축 방향으로 이동하는, 일정한 펄스 에너지의 광 펄스 제공 방법.
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