KR20050111790A - 위치지정 방법, 장치 및 제품 - Google Patents

Abstract

레이저에 의해 가공품을 레이저 미세-가공(laser micro-machining)하는 방법으로서, 상기 방법은

운송 시스템의 부분을 형성하는 캐리어(carrier) 상에 가공품을 위치시키는 단계로서, 상기 캐리어는 가공품의 X축에 평행한 경로, 상기 경로를 가로질러 놓여진 Y 축 및 상기 경로를 가로질러 놓여진 Z 축을 따라서 이동될 수 있는 상기 가공품을 위치시키는 단계;

상기 경로에 상대적으로 정해지는 동작 데이터 위치(working datum position)에서 레이저로부터 출력 빔(output beam)에 의해 발생되는 이미지를 포커싱하는 단계로서, 상기 경로는 제 1 데이터 위치(first datum position), 즉 상기 출력 빔에 수직으로 놓여지는 Y 축 및 X 축에 의해 정해지는 평면을 가로지르도록 운송 시스템에 의해 확립되는 상기 이미지를 포커싱하는 단계;

상기 가공품이 레이저에 의해 미세-가공에 종속되도록 운송 시스템에 의해 상기 경로를 따라 가공품을 이동하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 가공품을 이동하는 단계는,

데이터 위치와 인접한 곳에 가공품의 현재 제 1 표면 위치 및 데이터 위치 사이의 거리를 유지하는 단계; 및

동작 데이터 위치가 가공품 장치의 표면에 상대적인 고정된 거리에서 유지되도록 가공품 두께에서의 국부적인 변화와 일치하도록 동작 데이터 위치를 변화시키는 단계:를 특징으로 한다.

Description

위치지정 방법, 장치 및 제품{POSITIONING METHOD, APPARATUS AND A PRODUCT THEREOF}

본 발명은 위치지정 방법 및 장치 및 상기 방법 및 장치에 대한 제품에 관한 것이다. 특히 본 발명은 정확한 레이저 미세-가공 응용을 위해 통상적으로 실제 크기의 판(plate) 또는 시트(sheet) 형태의 가공품(workpiece) 또는 기판(substrate)의 위치지정과 관련된다.

마스크 투사 방법(mask projection methods)을 이용하는 펄스형 레이저 미세-가공 기술들(Pulsed laser micro-machining techniques)은 두꺼운 및 얇은 기판에서 소형 구조의 생성을 위해 광범위하게 이용된다. 초소형전자정밀기계(Micro-electro-mechanical systems, MEMS)들은 복잡한 2.5D 및 3D 구조를 생성하기 위한 마스크 및/또는 기판의 움직임을 이용하여 중합체 기판의 ‘엑시머’레이저 어블레이션(ablation) 하는 것에 의해 종종 원형(prototype)이 된다. 예를 들면 태양열 집열판(solar panels), 센서 및 디스플레이 장치에 통합되는 미크론 이하 두께의 무기(inorganic), 금속 및 유기필름이 고체 상태 및 가스 레이저 소스에 의한 마스크 투사 방법을 이용하여 패턴화된다. 수년 동안 상기 프로세스들은 생산 기술로서 잘 확립되어왔다. 개선점들은 기본적인 마스크 투사, 빔 조작 및 움직임 제어 기술에 대한 변화보다는 주로 레이저 구동 기술에서의 개선에 대하여 이루어졌다.

Proceedings of The International Society for Optical Engineering 에서 4760 분량의 “New Techniques for Laser Micro-machining MEMS Devices”서류에는 “동기화 이미지 스캐닝(Synchronised Image Scanning, SIS)” 및 “보우 타이 스캐닝(Bow Tie Scanning, BTS)”이라 불리는 2개의 펄스형 레이저 미세 성형 기술이 기술된다. 상기 기술들은 현대적인 스테이지 및 검류계(galvanometer) 거울 스캐너 시스템에 대하여 정확하고 빠르게 만들어지는 개선점들을 이용한다. SIS 및 BTS 는 소형 2D 및 3D 패턴의 넓고 복잡한 반복 어레이 레이저 어블레이션에 의해 생성될 수 있도록 많은 개선점들이 정확하고, 빠르고 효율적으로 만들어지는 것을 허용한다. 상기 기술들은 매우 긴(super-long) 잉크젯 프린터 노즐(예를 들면, 페이지-와이드 어레이(page-wide arrays)), 마이크로 렌즈 어레이, 디스플레이 향상 필름 및 플라즈마 디스플레이 패널(PDPs)과 같은 장치의 레이저 제조에 쉽게 사용된다.

정확한 레이저 미세 가공을 위해, 가공되는 표면으로 포커싱 또는 이미징 렌즈 사이의 거리를 정밀하게 제어하는 것이 필수적이다. 전형적으로 상기 거리는 렌즈 시스템의 초점 깊이 내에서 유지될 필요가 있다.

미세 가공에 의해 어블레이트 되는 기판 및 투사렌즈(projection lens) 사이의 거리에 대한 정밀한 제어를 제공하려고 할 때, 2가지 방법이 이미 알려져 있다. 둘 중 어느 것도 문제점이 없다(trouble free).

먼저, 운송 시스템 상에 가공되는 기판을 장착하고, 상기 기판 위치에 대한 정보를 제공하기 위해 레이저 반사 추적(laser reflection tracking)을 이용한다. 레이저 반사 추적은 기판 재료의 전송 특성에서의 변화로부터 생기는 어려움을 발생시킬 수 있다. 기판을 위한 전송 시스템들은 피드백 지연(feedback delays)에 의해 발생되는 래깅(lagging) 또는 리딩(leading) 위치에러를 발생할 수 있다. 다중 표면 반사 또는 반사도 변화는 장소 오류(locating error)로 될 수 있다.

다음으로, 상기 기판을 운반하기 위해 초평면 척(ultra flat chucks)을 이용한다. 초평면 척들은 상기 기판 두께의 변화를 고려할 수 없다. 몇몇 유형의 기판은 손상시키지는 않지만 상기 척에 열을 발생시킬 수 있는 레이저 빔의 통과를 허용한다. 그와 같은 척들을 충분히 엄격한 공차로 제조하는 것은 본질적으로 비용이 많이 든다.

본 상황에서 레이저 미세-가공을 위한 전형적인 가공품을 고려할 때, X축을 따라 측정된 길이, Y 축을 따라 측정된 폭 및 Z 축을 따라 측정된 두께를 갖는 3차원 직선 용어로 고려하는 것이 편리하다. 상기 Z 축을 따라 측정되는 두께는 X축을 따라 측정되는 길이 또는 Y축을 따라 측정되는 폭 보다 일반적으로 작은 크기의 차수가 된다. 하기에서 상기와 같은 가공품은 “기술되는 유형”으로서 참조된다. 그러나 본 발명은 이와 같은 비율의 가공품에 제한되지 않으며, 다른 형상의 가공품을 다루는데 적합하게 될 수 있다.

가공품에 상대적인 레이저 빔의 요구위치 및 미세-가공 프로세스를 고려할 때, “데이터 위치(datum position)”라는 용어를 사용하는 것이 편리하다. 포커스된 빔의 경우에, 포커스 끝이 상기 데이터 위치를 나타낸다. 레이저 빔이 마스크를 통과할 때 형성되는 이미지의 경우에, 상기 레이저 빔에 의해 형성되는 이미지의 위치는 상기 데이터 위치가 되도록 만들어진다. 어느 하나의 경우에, 기판의 가열 또는 정확한 어블레이션을 제공하기 위하여, 상기 데이터 위치는 기판의 표면에 상대적인 고정된 관계로 유지될 필요가 있다. 하기에서 “데이터 위치”라는 용어는 고려중인 레이저 광학 시스템을 위해 적절히 설명되어야 한다.

“미세-가공(micro-machining)”이라는 용어는 프로세스를 형성하는 어블레이션 또는 이미지뿐만 아니라, 상기 가공품의 외측 표면들 사이의 적당한 위치에서 상기 가공품의 가열을 포함하도록 취해져야 한다.

공지된 미세-가공 시스템 및 본 발명의 예시적인 실시예는 첨부되는 도면을 참조하여 기술될 것이다.

도 1 은 제 1 유형의 레이저를 사용하는 미세-가공 레이저 장치에 대한 일반화된 다이어그램.

도 2 는 제 2 유형의 레이저를 이용하는 미세-가공 레이저 장치에 대한 일반화된 다이어그램.

도 3 은 본 발명의 제 1 실시예에 대한 도식적인 그림.

도 3A 는 도 3의 부분에 대한 확대도.

도 4 는 본 발명의 제 2 실시예에 대한 도식적인 그림.

도 5 는 도 3 및 도 4에 연결된 유체 장치에 대한 도시.

도 6, 6A 는 본 발명을 이용하는 미세-가공의 한 형태에 대한 도식적인 그림.

본 발명의 제 1 특징에 따르면, 다음과 같은 단계, 즉 전송 시스템의 일부를 형성하는 캐리어(carrier) 상에 가공품을 위치시키는 단계로서, 상기 캐리어는 가공품의 X축에 평행한 경로, 상기 경로를 가로질러 놓여진 Y축, 상기 경로를 가로질러 놓여진 Z축을 따라 이동될 수 있는 상기 가공품을 위치시키는 단계; 레이저로부터의 출력 빔이 가공품의 X, Y 및 Z 축에 상대적인 데이터 위치를 확립하도록 만드는 단계; 및 상기 가공품이 레이저에 의한 미세-가공 프로세스에 종속되도록 하기 위하여 전송 시스템에 의해 상기 경로를 따라 가공품을 이동시키는 단계;를 포함하는 것으로 기술되는 유형의 가공품을 레이저로 미세-가공하는 방법이 제시되며, 상기 레이저에 의한 미세 가공 프로세스는,

데이터 위치 및 상기 데이터 위치와 인접한 가공품 표면상의 위치 사이의 거리를 일정하게 유지시키는 단계; 및

상기 데이터 위치가 가공품 표면에 상대적인 고정된 거리에서 유지되도록 하기 위해 가공품 두께에서의 국부적인 변화를 수용하는 단계;를 특징으로 한다.

본 발명의 제 1 특징에 대한 제 1 바람직한 형태에 따르면, 가공품 두께에서의국부적인 변화를 수용하는 단계는 가공품 표면을 따르도록 데이터 위치를 이동함으로써 달성된다.

본 발명의 제 2 바람직한 형태에 따르면, 가공품 두께에서의 국부적인 변동을 수용하는 단계는 데이터 위치에 일치하는 곳에 상대적으로 가공품 표면을 이동함으로써 달성된다.

본 발명의 제 3 바람직한 형태에 따르면, 거리를 유지하는 단계는 가공품의 제 1 표면의 유체 쿠션(fluid cushion) 상에서 움직이는 몸체 부재(body member)를 포함하는 원거리 감지장치(distance sensing device)에 의해 구성되고, 상기 유체 쿠션은 제 1 표면으로부터 미리 결정된 거리에 상기 몸체 부재를 유지하기 위해 상기 몸체 부재로부터 공급되는 유체흐름에 의해 만들어진다. 그리고 상기와 같은 경우에 상기 몸체 부재는 가공품 두께의 변동에 의해 몸체 부재의 현재 위치로부터 이동되고, 상기 제 1 표면에 수직인 몸체 부재 위치의 어떠한 변화는 상기 가공품의 제 1 표면에 상대적인 미리 결정된 거리로 동작 데이터 위치(working datum position)를 복구하기 위하여 현재 데이터 위치(current datum position)에서의 상응하는 변화를 일으키도록 포커싱(focussing) 또는 이미징(imaging) 렌즈를 움직이는데 이용된다. 바람직하게 상기 몸체 부재는 제 1 측면에 대하여 상기 가공품의 맞은편 측면에 있는 가공품의 제 2 측면에 상대적으로 위치되도록 제공되고, 추가적인 몸체 부재는 상기 가공품의 국부적인 두께가 감소될 때 상기 가공품이 몸체 부재를 향하도록 강제하는 역할을 한다.

본 발명의 제 4 바람직한 형태 또는 어떠한 이전의 바람직한 형태에 따르면, 상기 가공품은 수직 또는 수평에 약간의 각을 이루는 X축 및 Y축에 의해 정해지는 가공품 평면을 제공하는 캐리어 상에 위치된다.

본 발명의 제 2 특징에 따르면, 다음과 같은 것, 즉 운송시스템의 일부를 형성하는 캐리어로서, 상기 캐리어는 가공품의 X축에 평행한 경로, 상기 경로를 가로질러 놓여있는 Y축 및 상기 경로를 가로질러 놓여있는 Z축을 따라 이동될 수 있는 상기 캐리어; 레이저로부터의 출력 빔은 모아지거나 또는 상기 경로에 상대적으로 정해지는 미리 결정된 동작 데이터에서 이미지를 발생시킬 수 있는 수단; 출력 빔에 실질적으로 수직으로 놓여있는 X축 및 Y축에 의해 정해지는 평면; 상기 가공품이 데이터 위치에서 레이저에 의한 미세-가공에 종속될 수 있도록 하기 위해 상기 가공품이 운송 시스템에 의한 경로를 따라 이동되도록 하기 위한 구동수단;을 포함하는 것으로 기술되는 유형의 가공품을 레이저 미세-가공하기 위한 장치가 제시되며, 상기 레이저에 의한 미세-가공은,

데이터 위치와 인접한 가공품의 현재 제 1 표면위치 및 현재 동작 데이터 위치 사이의 거리를 위한 위치 유지 수단; 및

동작 데이터 위치가 가공품의 표면에 상대적인 고정된 위치에서 유지되도록 상기 동작 데이터 위치가 가공품의 두께에서의 국부적인 변동과 일치할 수 있게 하는 데이터 위치지정 수단 및/또는

상기 가공품이 수직 또는 수평에 약간의 각을 이루는 X축 및 Y축에 의해 정해지는 가공품 평면을 갖는 경로를 따라 이동될 수 있도록 하는 캐리어 및 운송 시스템을 제공하는 것;의 단계들을 특징으로 한다.

본 발명의 제 2 특징의 제 1 바람직한 형태에 따르면, 데이터 위치지정 수단은 가공품에 상대적으로 상기 데이터 위치를 이동시키는 역할을 한다.

본 발명의 제 2 특징의 제 2 바람직한 형태에 따르면, 포커스 조정 수단은 데이터 위치에 상대적으로 가공품의 경로를 이동시키는 역할을 한다.

본 발명의 제 2 특징에 대한 제 3 바람직한 형태에 따르면, 상기 장치는 가공품의 제 1 표면에 유체 쿠션 상에서 움직이는 몸체 부재를 포함하는 원거리 감지 장치를 포함하며, 상기 유체 쿠션은 제 1 표면으로부터 미리 결정된 거리에 몸체 부재를 유지하기 위해 상기 몸체 부재로부터 공급되는 유체 흐름에 의해 만들어진다. 그리고 상기 경우에 몸체 부재는 가공품 두께의 변화에 의해 몸체 부재의 현재 위치로부터 이동되며, 상기 제 1 표면에 수직인 몸체 부재 위치에서의 어떠한 변화도 가공품의 제 1 표면에 상대적인 미리 결정된 거리로 동작 데이터 위치를 복귀하기 위하여 현재 데이터 위치 내의 상응하는 변화를 일으키는 포커싱 또는 이미징 단계를 수정하는데 이용된다.

본 발명의 제 2 특징에 대한 제 4 바람직한 형태에 따르면, 상기 몸체 부재는 가공품의 제 1 측면에 상대적으로 위치되고, 몸체 부재를 방출하는 추가적인 유체는 제 1 가공품에 대한 경로 및 가공품의 맞은편 측면 상의 가공품의 제 2 측면에 상대적으로 위치되어 제공되며, 추가적인 몸체 부재로부터의 유체 출력은 가공품의 국부적인 두께가 변화될 때, 상기 가공품이 몸체 부재를 향하도록 강제하는 역할을 한다.

본 발명의 제 3 특징에 따르면, 본 발명의 제 1 특징 또는 어떠한 바람직한 형태의 방법에 의하여 미세-가공되는 기판 형태의 제품이 제공된다.

본 발명의 제 4 특징에 따르면, 본 발명의 제 2 특징 또는 어떠한 바람직한 형태의 장치에 의해 미세-가공되는 기판 형태의 제품이 제공된다.

광범위하게는 본 발명은 가공품에 상대적인 레이저 빔의 데이터 위치에 대한 정확한 위치지정을 제공하는 것에 관한 것이다. 고체 상태 및 가스 레이저를 포함하는 모든 유형의 레이저에 의해 방출되는 빔들이 이용될 수 있다(연속적인 출력으로서 또는 펄스형 출력으로서). 정확하게 포커스 또는 이미지화할 수 있게 됨으로써, 도달하는 레이저 빔에 가장 가까운 표면을 가공할 뿐만 아니라, 가장 가까운 표면의 맞은 편 표면에서 가공되거나 또한 본질적인 특성의 변화를 생성하기 위해 통상적으로 외부 표면들 중간 영역에 포커스 되도록 제공하는 것이 가능하게 된다.

정확하게 포커스 할 수 있는 능력은 분명히 바람직하나, 지금까지는 상기 바람직한 목적의 실제적인 달성이 문제가 되었다. 상술된 3개의 직선을 이루는 X, Y 및 Z 축을 갖는 기판을 고려한다. 가공되는 동안에 상기 X 및 Y 축은 기판을 향하는 레이저 빔의 경로에 수직인 평면에 위치된다. 다시 말해서 실질적으로 Z 축을 따른 방향이 된다. 통상적인 가공 프로세스는 실질적으로 X축을 따라서 그리고 필요한 경우에는 Y축을 따라서 기판의 움직임을 제공한다. 지금까지는 상기 기판은 일정한 두께를 가지며, 결과적으로 레이저 빔을 포커싱 함으로써 상기 기판의 x-y평면에 상대적인 고정된 지점에서 사용된다는 것을 가정하였다. 그러나 실제적으로 상기 기판 제조 프로세스는 편평한 표면 및 엄격한 공차로 고정되는 두께를 가지는 기판이 될 필요는 없다.

가공에 앞서 제조 이후에 기판을 검사하는 프로세스는 제조된 기판의 상기와 같은 크기의 공차를 구별하는데 이용될 수 있다. 통상적인 포커싱 시스템을 이용하는 경우에, 레이저는 조절될 수 없거나 또는 가공 프로세스 중에 조절이 쉽지 않으며, 상기 기판은 상기 기판이 정확하게 생산되거나 또는 택일적으로 상기 기판이 제조되는 공차에 관계없이 가공되는 것을 확립하도록 검사되어야 하고, 결과적으로 가공된 아이템들이 그들 위에 형성되는 균일하지 않은 이미지를 갖는다는 것이 발견될 때, 다수가 배제될 것이다. 각 경우에 배제(rejection)는 비용이 많이 소모되며, 문지름(scrapping) 또는 복구단계 중 하나와 관련될 수 있다.

본 발명은 포커스 또는 이미징 데이터 위치에 상대적으로 Z축을 따라 상대적으로 움직일 수 있는 기판을 제공함으로써 상기 공차문제를 극복하는 것이 추구된다. 상기 상대적인 움직임을 달성하는 2가지 방법은 예시적인 실시예와 관련하여 다음에서 설명될 것이다. 광범위하게는 상기 상대적인 움직임은 2가지 방식으로 달성될 수 있다.

먼저, 가장 가까운 기판 표면으로부터 일정한 거리를 자동으로 유지하도록 움직이는 Z축 추적 장치(tracking device)에 연결되는 레이저 빔의 데이터 위치를 제공함으로써 시작된다. 상기 움직임은 비록 국부적인 기판두께가 변경될지라도 상기 레이저가 데이터 위치를 국부적인 기판 표면에 상대적인 효율적으로 일정하게 유지되게 하기 위하여 포커싱 시스템으로 전달된다.

다음으로, Z축 상의 레이저 빔의 데이터 위치는 고정되어 유지되고, 상기 기판은 레이저 빔이 향하는 곳으로 기판의 맞은편 측면 상에 택일적인 추적 장치를 제공함으로써 상기 데이터 위치를 향하여 편향된다. 상기 경우에, 기판의 실제적인 또는 분명한 국부적인 두께는 변하고(기판 물질에서의 실제적인 치수의 변화에 때문에 또는 기판의 캐리어가 레벨에서 변화를 생성하기 때문임), 그 다음에 추가적인 추적 장치는 데이터 위치가 기판 표면으로부터 일정한 높이에서 유지되는지를 확실히 하기 위해 데이터 위치로부터 멀리 또는 데이터 위치를 향하여 Z축을 따라 기판의 표면을 조정하는 역할을 한다.

어느 하나의 경우에 상기 추적 장치 및 추가적인 추적 장치는 기판 표면을 향하는 동작 면(working face)을 갖는 유체 장치 형태가 각각 될 수 있다. 유체 흐름은 상기 장치 및 기판 사이의 갭을 통과하기 위해 국부적인 기판 표면을 따라 그리고 상기 동작 면으로부터 통과하게 된다. 상기 장치를 통한 일정한 유체 흐름을 유지함으로써, 상기 동작 갭은 일정하게 유지된다. 기판의 두께가 변하는 경우에, 상기 동작 면은 동작 높이를 일정하게 유지하기 위해 이동한다.

전형적으로 유체 장치는 공기 또는 몇몇 다른 가스 또는 증기 또는 그들의 혼합으로 이루어지는 유체 흐름을 이용한다. 상기 유체 흐름은 또한 어느 정도의 국부적인 표면 냉각 또는 가열을 제공할 수 있다.

유체 장치는 질소, 헬륨 및 산소와 같은 비불활성 유동성 가스 및 불활성가스를 이용함으로써 비용대비 효과적인 프로세스를 제공하도록 배열될 수 있다. 닫혀진 회로 유체 시스템을 확립함으로써, 결과적인 가공 프로세스는 관련된 미세가공 프로세스에 대하여 밀접하게 제어되는 환경을 제공할 수 있다.

만일 개개 유체 장치의 전체 사이즈는 작게 유지된다면, 그 다음에 각 장치는 기판 표면 레벨에서의 상대적으로 작은 변화에 대응될 수 있다. 각각의 유체 장치는 기록 가능한 실시간 모니터링이 수행되도록 하는 파라미터 측정수단 또는 카메라와 같은 공차 아이템 또는 정밀검사를 통합할 수 있다.

하나의 수동적인 실시예에서, 상기 유체 장치 또는 장치들은 치수변화가 가공되지 않는 기판에서 또는 가공되거나 또는 부분적으로 가공된 기판에서 일어나는 것을 확립하기 위해 기판을 검사하는데 사용될 수 있다.

예시적인 실시예들이 유체 장치의 사용을 참조하는 동안, 상기 추적 장치 또는 장치들이 유체 흐름에 의하기 보다는 자기장에 의해 유지되고 확립되는 데이터 위치 및 기판의 위치를 제공할 수 있다는 것이 또한 구상되었다.

도 1.

본 발명을 동작 상황으로 설정하기 위해, 가공품(11)의 미세-가공(micro-machining)을 제공하는 레이저 시스템(10)이 넓게 기술될 것이다. 상기 시스템은 2개의 광학 부분을 통합한다.

빔 형상화(beam shaping) 및 균질화 광학 부분(homogenization optics section, 10A); 및

마스크 투사 광학(mask projection optics, 10B)

레이저(12)는 에너지 분포(energy distribution, 13E) 및 단면(cross-section, 13C)을 갖는 출력 빔(13)을 제공하는 다중-모드 고 전력 고체상태 레이저(multi-mode high solid state laser)이다. 출력 빔(output beam, 13)은 빔 확장기(beam expander, 14)로 들어가 결국 확대된 원형 단면의 출력 빔(15)이 되며, 그리고 빔 형상화 및 균질화 장치(16)로 들어가고, 그곳으로부터 균일한 단면 에너지의 빔(17)이 마스크 면에 형성되어, 마스크 투사 부분(10B)으로 통과된다.

빔(20)은 f-세타 렌즈(f-theta lens, 22)를 통과하기 전에 스캐너(22)에 들어가고, 가공품(11)의 표면에 위치되는 데이터 위치(datum position, 24)에서 균일한 단면 에너지의 이미지 빔(image beam, 23)을 생성한다.

편리함을 위해 상기 시스템(10)은 수평 라인에서 다양한 버전의 레이저 빔의 공통 축에 의하여 도시된다. 그러나 실제적인 동작 장치에서, 상기 공통 축은 장치의 하부 단부에서 수평으로 뻗는 가공품(11)에 의해 수직으로 배열된다. 상기 경우에 가공품(11)은 상기 동작 데이터 위치(24)를 지나 공지된 방식으로 구동되는데 적합한 초-평면 척(ultra-flat chuck)(도시되지 않음) 내에 배열된다.

도 2.

이것은 UV 엑시머 레이저(81)를 이용하는 제 2 가공 프로세스를 나타낸다. 상기 레이저(81)는 빔 형상화 및 균질화 단계(83)에 종속되는 출력 빔(82)을 제공하고, 여기서 빔(82)은 렌즈(84)를 통해 확장되어 빔(85)을 형성하며, 이중 어레이 균질화기(double array homogeniser, 86)로 들어가고, 다수의 빔(87)을 발생하며, 마스크(89)를 통과하기에 앞서 시야렌즈(field lens, 88)로 들어가고, 가공품(92)에 요구되는 이미지를 형성하기 위해 투사렌즈(projection lens, 91)를 통과하는 빔(90)을 제공한다.

본 발명을 수행하기 위한 모드.

정확하고 재생산 가능한 위치지정을 안내하는 본 발명에 따른 2개의 새로운 시스템이 약술될 것이다.

도 3.

이것은 캐리어(carrier, 32)(가공품 운송 시스템의 일부를 형성함) 상에 위치되는 가공품(31)을 갖는 미세-가공 장치에 대한 도식적인 출력 단부(30)를 나타낸다. 상기 가공품(31)은 X 축(도면에 수직방향) 방향으로 레일(33)을 따라 배열될 수 있다. 상기와 같은 경우에 도 1의 빔(23)에 대응하는 레이저 빔(34)은 데이터 위치(A)에 모아지고, 가공품(31)의 미리 결정된 영역을 에블레이팅(ablating) 함으로써 가공품(31)의 제 1 표면(31S)의 미세성형을 제공한다. 공기동력 퍽(air powered puck, 37)은 다음에서 기술되는 것처럼 필요한 때에 데이터 위치의 장소를 자동적으로 제어하도록 제공된다.

상기 가공품(31)은 균일한 두께(T)로 되는 것이 이상적이다. 상기 캐리어(32)는 경로 P를 따라 종이 면(plane of the paper)으로의 일정한 진행을 제공할 수 있다. 가공품(31)의 제 1 표면(31S)의 어떠한 상대적인 측면 움직임도 Z 축 방향으로 일어나지 않는다. 고정된 장소의 데이터 위치(A)는 가공품(31)에 대해 요구되는 미세-성형이 쉽게 달성된다는 것을 제공한다.

도 3A(도 3의 부분에 대한 확대)

실제적으로 제조되는 많은 가공품들이 그들의 길이(X축을 따라 취해질 때)를 통하여 균일한 두께(Z축 방향으로)가 되지 않는다는 것이 발견되었다. 도 3A는 도 3의 부분에 대한 확대이다. 상기 경우에 가공품(31)은 최소의 두께(T)로부터 최대의 두께(T+t)까지 t만큼 두께가 변동할 수 있다. 두께에서의 상기 변화는 가공품에서 실제적인 Z 축 치수변화로부터 발생하거나 또는 척 레벨(chuck level)에서의 변화와 같은 지지 부조화(support anomaly)로부터 발생할 수 있다.

상기 퍽(37)은 내부 틈(inner aperture, 37A)을 갖는 고리 모양 단면이다. 퍽의 적당한 형태가 다음의 상응하는 기술에 의해 도 5에서 도시된다. 상기 퍽(37)은 가공품(31)의 수직 축(Y) 및 수평 축(X) 방향으로의 움직임에 대하여 유지되면서 Z 축 방향으로 쉽게 움직일 수 있도록 장착된다. 상기 퍽(37)의 내부는 도관(duct, 38)을 통해 일정한 헤드 공기 흐름(head air flow)으로 채워지며, 따라서 공기는 상기 퍽(37)의 아래쪽과 내부 주변(40) 및 외부 주변(41)으로부터 균일하게 흐트러져 흐른다. 그 결과 상기 퍽(37)은 높이 h 에서 제 1 표면 위에서 배회하면서 유지된다. 상기 퍽(37)은 레이저 빔에 의해 형성되는 마스크의 이미지 위치를 포커싱 함으로써 확립되든 또는 레이저 빔을 포커싱 함으로써 확립되든 간에 데이터 위치의 확립을 제공하는 도 1에서의 f-세타 렌즈(22)에 상응하는 렌즈(도시되지 않음)에 링크 L에 의해 연결된다. 상기 방식에서 퍽(37)의 Z 축 방향의 움직임은 데이터 위치를 움직이기 위해 렌즈로 직접 전송된다.

일정하게 유지되는 퍽(37)을 통한 공기 흐름을 이용하고, 퍽(37)과 인접한 곳에서 가공품(31)의 두께(T)가 변하지 않도록 유지되는 한, 상기 퍽(37) 및 퍽이 부착된 렌즈는 Z축 방향에서 움직이지 않도록 유지된다. 데이터 위치(A)는 변하지 않도록 유지된다. 그러나 가공품(31)의 두께(T)가 t 만큼 증가하는 경우에는 상기 퍽(37)은 높이 h를 일정하게 유지하기 위하여 표면(31S)에 의해 왼쪽으로 이동된다. f-세타 렌즈와의 결합은 퍽(37)의 움직임이 렌즈로 전달되도록 하고, 그 결과 광학장치(optics) 데이터 위치(A)를 도시되는 것처럼 왼쪽으로 움직이도록 한다. 상기 방식에서 데이터 위치(35)의 순간적인 위치 및 가공품(31)의 제 1 표면(31S) 사이의 공간은 가공품 두께의 변화에 관계없이 상대적으로 일정하게 유지되고, 결과적으로 달성되는 에블레이션(ablation)의 깊이도 연속된 이전의 깊이와 비교하여 균일하게 유지된다. 가공품(31)의 두께가 두께 T 보다 작게 감소될 때 비교할만한 효과가 달성된다. 그와 같은 경우에 결합은 데이터 위치(35)의 이동 및 결과적인 렌즈의 이동에 의해 오른쪽으로 움직인다.

도 4.

이것은 도 3A에 관하여 기술된 것과 약간 유사한 특징들을 갖는 시스템을 나타낸다. 그러나 상기 실시예는 가공품에 상대적으로 데이터 위치를 움직이는 것보다는 도 3에서 도시되는 것처럼 데이터 위치에 상대적인 가공품의 움직임을 제공한다. 상기 실시예는 렌즈의 조정이 만들어지는 필요성을 제거하고, 따라서 상기 퍽은 포커싱 또는 이미지-형성 렌즈에 상대적인 고정된 위치에서 유지될 수 있다. 상기 실시예에서, 제 2 고리 모양 공기 동력 장치(annular air powered unit, 43)는 가공품(44)의 제 1 표면(44S)을 향하는 퍽(45)의 동작을 보상하기 위해 가공품(44)의 제 2 표면(44T)을 향하도록 제공된다.

상기 경우에 퍽(45)은 Z축에 상대적인 위치에서 움직이지 않고, 따라서 렌즈를 움직이게 하기 위해 움직임을 전송할 필요성이 없다. 결과적으로 데이터 위치(46)는 제 1 표면(44S)에 상대적인 Z 축 방향으로 고정된다.

도 2의 퍽(37)에 대한 경우에서처럼, 퍽(45)의 내부는 도관(48)을 통한 일정한 헤드 공기흐름(head air flow)으로 채워지며, 따라서 공기는 퍽(45)의 외부 주변(51) 및 내부 주변(50) 주위와 퍽(45)의 아래쪽(49)에 균일하게 흐트러져 흐른다. 주어진 공기 흐름에 대하여 상기 퍽(45)은 그것이 경로 P(가공품(44)의 X축에 대응됨)를 따라 움직일 때 가공품(44)의 제 1 표면(44S)으로부터 높이 h로 유지된다. 가공품(44)의 제 1 표면(44S)이 상기 퍽(45)에 상대적인 고정된 높이 h에서 유지되는 것을 보증하기 위해, 제 2 공기동력 장치(43)의 내부는 도관(52)을 통하는 일정한 헤드 공기 흐름으로 채워지고, 따라서 공기는 상기 장치(43)의 외부 주변(55) 및 내부 주변(54) 주위와 상기 장치(43)의 아래쪽(53)에서 균일하게 흐트러져 흐른다. 상기 공기 흐름은 데이터 위치(46)가 일정한 높이로 유지되도록 하고, 제 1 표면(44S)이 Z 축 상의 일정한 위치에서 유지되도록 하기 위하여 압력이 제 표면(44T)에 대하여 유지되는 것을 보증한다. 이것은 가공품(44)에 대한 일정한 깊이의 에블레이션이 가공품(44)의 두께에서의 국부적인 변화에 관계없이 경로 P를 따라 통과하는 것을 보증하는 작용을 한다.

도 5.

몸체 부재(body member, 102)를 갖는 유체 장치(fluidic device, 101)(또는 퍽)는 동작 면(working face, 103)을 갖는다. 상기 몸체 부재(102)는 레이저 빔이 미세 성형 프로세스를 향하도록 하는 중심 슬롯(104)을 갖는 원형이다. 상기 동작 면은 유체 흐름이 기판 표면(substrate surface) 위에서 동작 면(103)의 균일한 지지를 제공하도록 확립되어질 수 있는 유체 출구(105, 106)를 갖는 슬롯(104) 주위에서 실질적으로 대칭이 된다. 상기와 같은 경우에 몸체 부재(102)는 구멍(port, 109)을 따라 동작 면(103) 아래영역을 볼 수 있게 하는 카메라를 포함하는 하우징(107)을 그것에 부착하였다. 상기 방식에서, 전형적으로, 슬롯(104)에 의해 수행되는 레이저 가공 프로세스의 결과가 보일 수 있고, 기판의 국부 영역에 대한 가공의 결과도 보일 수 있다.

상기 실시예는 가공품 영역에 대한 서로 다른 유형의 스캐닝과 관련된다. 전형적으로 그들은 도 1에서 그려지는 하나 이상의 짧은 유형의 에블레이션에 대한 시퀀스가 될 수 있다. 다중 시퀀스 스캔은 X 축을 따라서 뿐만 아니라 Y 축 방향으로 가공품을 이동함으로써 달성될 수 있는 에블레이트 영역(ablated area)의 평행선으로 인도되도록 적용될 수 있다.

도 6 및 6A

이것은 보우 타이 구성(Bow Tie Scheme)으로서 이전에 참조되었던 것의 주요한 특징을 도식적으로 나타낸다. 상기 경우에 레이저 빔(70)에 의해 비추어지는 틈에 대한 축소된 이미지는 상기 가공품(73)이 일정한 속도로 X 축 방향으로 이동되는 동안 검류계-구동 편향(galvanometer-driven deflection)에 의해 기판 가공품(73)의 단면(72)을 통해 최고 속도로 직선방향으로 장치(71)에 의해 스캔된다. 각각의 횡축 스캔 이후에, 검류계 거울은 감속되고, 방향을 전환하며 반대쪽 방향으로 스캔을 수행한다. 도 4에서 도시되는 것처럼, 가공품(73)에 그려지는 상기 라인(L)들은 평행하고, 요구되는 피치(P)에 의해 분리된다. 가공품(73)의 움직임을 탐지하기 위해 스캐너 장치(71)는 스테이지 운동(stage travel)에 평행한 방향으로 빔(70A)을 굴절시키는 제 2 거울장치를 갖는다. 양 검류계 축의 결합된 운동은 도 4A에서 도시되는 보우타이 형상(bow tie shape)을 닮은 교차된 빔 궤적으로 인도된다. 결과적으로 스테이지 및 스캐너 제어 시스템에 의해 가공품상에 위치되는 빔과 정확하게 동조되는 Q-스위치 시동 펄스(Q-switch firing of pulse)를 결합하며, 다이오드에 의해 움직이는 Nd:YAG 레이저를 이용하여 10KHz 반복률(repetition rate)까지 올라가는 고 전력 레이저(300와트 차수)를 이용하는 플라즈마 디스플레이 패널(PDP)의 패터닝(patterning)을 위한 BTS 장치를 제공하는 것을 실현할 수 있다는 것이 발견되었다. 빔 균질화 및 형상화 기술을 이용함으로써, 가공품상에서 및 마스크 평면에서 어느 정도-균일한 톱-햇 직사각형 강도 에너지 분포(quasi-uniform top-hat rectangular intensity energy distribution)를 생성하는 것이 가능하다. 튼튼한 독립적인 마스크와 스캐너 및 광학기기를 결합하는 마스크 투사 기술(mask projection techniques)이 T-바 또는 다른 복잡한 전극 기하구조(complex electrode geometry)를 갖는 개개의 PDP 패널을 생성하는데 이용될 수 있다.

본 발명은 요구되는 목적을 달성하기 위해 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 기술된 예시적인 실시예에서, 가공품의 움직임은 단지 X축에 관련된다. 그러나 전달 시스템은 X축을 따르는 움직임 대신에 Y 축을 상대적인 움직임을 쉽게 제공할 수 있다. 상기 실시예에서 가공품은 수직으로 장착되도록 도시되며, 그것은 수평 장착에 비하여 실질적으로 동작 이익을 제공할 수 있다. 택일적으로 상기 장착은 수평에 대하여 약간의 각으로 될 수 있다.

본 발명은 도 1 또는 2에서 그려지는 레이저 장치를 이용하는 것에 제한되지 않는다. 그들은 각각 미세-가공 이용에 적당한 포커스 되거나 또는 이미지화 되는 레이저 빔을 제공하는 하나의 방식을 예증하도록 기능한다. 레이저 빔 소스 및 그 다음에 광학 스테이지에 의한 그것의 처리는 다양한 방식으로 충족될 수 있다.

비록 예시적인 실시예는 기판에 작용하는 단일 가공 레이저(single machining laser)를 참조하지만, 본 발명은 주 레이저 장치에 대하여 기판의 맞은편 상의 제 2 레이저 장치에 의해 맞은편으로부터 동시에 가공되는 기판을 제공할 수 있는 것으로 또한 구상된다.

다양한 현존하는 운송 시스템들은 레이저 가공을 통해 기판의 움직임을 제공하는데 적합하게 될 수 있다. 상기 기판은 퍽에 대하여 이전에 참조된 유체 장치(fluidic unit)와 결합되어 사용되기 쉽기 때문에, 상기 시스템은 다음과 같은 것을 제공한다. 즉, 기판이 상기 기판의 작동 표면을 보증하기 위해 자동적으로 이동되거나 또는 레이저가 기판 두께 변화로부터 직접 발생하는 퍽에서의 변화에 대한 반응으로 자동적으로 이동되는 포커스(focus) 또는 이미지(image)가 레이저 포커스 데이터로부터 고정된 거리에서 유지된다. 상술된 것처럼, 제안된 시스템은 실제적이든(가공품으로부터 본질적으로 발생함) 또는 가상적이든(가공품이 지지되거나 또는 이동되는 방식으로부터 발생함) 기공 프로세스 동안 조절되는 두께 변화를 허용한다. 상기 “자동 피드백(automatic feedback)”제어는 기판에서의 약간의 변화보다는 전송 시스템으로부터 발생하는 Z축 방향의 기판 이동을 위해 제한된 범위에서 개량되도록 기능한다.

Claims (13)

1. 레이저에 의해 가공품을 레이저 미세-가공(laser micro-machining)하는 방법에 있어서, 상기 방법은

   운송 시스템의 부분을 형성하는 캐리어(carrier) 상에 가공품을 위치시키는 단계로서, 상기 캐리어는 가공품의 X축에 평행한 경로, 상기 경로를 가로질러 놓여진 Y 축 및 상기 경로를 가로질러 놓여진 Z 축을 따라서 이동될 수 있는 상기 가공품을 위치시키는 단계;

   상기 경로에 상대적으로 정해지는 동작 데이터 위치(working datum position)에서 레이저로부터 출력 빔(output beam)에 의해 발생되는 이미지를 포커싱하는 단계로서, 상기 경로는 제 1 데이터 위치(first datum position), 즉 상기 출력 빔에 수직으로 놓여지는 Y 축 및 X 축에 의해 정해지는 평면을 가로지르도록 운송 시스템에 의해 확립되는 상기 이미지를 포커싱하는 단계;

   상기 가공품이 레이저에 의해 미세-가공에 종속되도록 운송 시스템에 의해 상기 경로를 따라 가공품을 이동하는 단계;를 특징으로 하며, 상기 가공품을 이동하는 단계는,

   데이터 위치와 인접한 곳에 가공품의 현재 제 1 표면 위치 및 데이터 위치 사이의 거리를 유지하는 단계; 및

   동작 데이터 위치가 가공품 표면에 상대적인 고정된 거리에서 유지되도록 가공품 두께에서의 국부적인 변화와 일치하도록 동작 데이터 위치를 변화시키는 단계:를 특징으로 하는, 가공품을 레이저 미세-가공하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 동작 데이터 위치를 변화시키는 단계는 가공품에 상대적으로 포커싱 또는 이미징 렌즈를 이동함으로써 달성되는 것을 특징으로 하는, 가공품을 레이저 미세-가공하는 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 동작 데이터 위치를 변화시키는 단계는 포커싱 또는 이미징 렌즈에 상대적으로 가공품을 이동시킴으로써 달성되는 것을 특징으로 하는, 가공품을 레이저 미세-가공하는 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 감지(sensing) 단계는 가공품의 제 1 표면에서 유체 쿠션(fluid cushion) 상에 움직이는 몸체 부재(body member)를 포함하는 원거리 감지 장치(distance sensing device)에 의하여 수행되고, 상기 유체 쿠션은 제 1 표면으로부터 미리 결정된 거리에서 몸체 부재를 유지하기 위해 몸체 부재로부터 공급되는 유체흐름에 의해 만들어지며, 그 경우에 상기 몸체 부재는 가공품 두께의 변화에 따라 몸체 부재의 현재 위치로부터 이동되고, 제 1 표면에 수직인 상기 몸체 부재 위치의 어떠한 변화는 현재 데이터 위치에서 상응하는 변화가 가공품의 제 1 표면에 상대적인 고정된 거리에 동작 데이터 위치를 복구하도록 하기 위하여 렌즈의 취치를 수정하는데 사용하는 것을 특징으로 하는, 가공품을 레이저 미세-가공하는 방법.
5. 제 3 항에 있어서, 몸체 부재는 가공품의 제 1 측면에 상대적으로 위치되고, 추가적인 몸체 부재는 제 1 가공품에 대하여 가공품의 맞은편에서 가공품의 제 2 측면에 상대적으로 위치되도록 제공되며, 상기 추가적인 몸체 부재는 가공품의 국부적인 두께가 감소될 때 몸체 부재를 향하도록 가공품을 강제하는 역할을 하는 것을 특징으로 하는, 가공품을 레이저 미세-가공하는 방법.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 캐리어 상에 가공품을 위치시키는 단계는 수직 또는 수평면에 약간의 각을 이루는 X축 및 Y축에 의해 정해지는 가공품 평면을 제공하는 것을 특징으로 하는, 가공품을 레이저 미세-가공하는 방법.
7. 상술된 유형의 가공품을 레이저에 의해 레이저 미세-가공하는 장치에 있어서, 상기 레이저 미세-가공 장치는,

   운송 시스템의 일부를 형성하는 캐리어(carrier)로서, 상기 캐리어는 가공품의 x축에 평행한 경로, 상기 경로를 가로질러 놓여있는 Y축 및 상기 경로를 가로질러 놓여있는 Z축을 따라 이동될 수 있는 상기 캐리어;

   레이저로부터의 출력 빔(output beam)이 상기 경로에 상대적으로 정해진 미리 결정된 동작 데이터에서 포커스 되거나 또는 이미지화 될 수 있는 수단으로서, 상기 경로는 제 1 데이터 위치를 가로지르도록 운송 시스템에 의해 확립되는 상기 수단;

   상기 출력 빔에 수직으로 놓여있는 X 축 및 Y 축에 의해 정해지는 평면;

   상기 가공품이 데이터 위치에서 레이저에 의한 미세-가공에 종속되도록 하기 위해 전송 시스템에 의해 상기 경로를 따라 상기 가공품이 이동되도록 하기 위한 구동수단(drive means);을 특징으로 하며, 상기 레이저에 의한 미세-가공은,

   데이터 위치와 인접한 곳에서 가공품의 현재 제 1 표면위치 및 현재 동작 데이터 위치 사이의 거리를 조정하기 위한 유지 수단; 및

   동작 데이터 위치가 가공품의 표면에 상대적인 고정된 거리에서 유지되도록 하기 위해 동작 데이터 위치가 가공품 두께에서의 지엽적인 변화에 일치하도록 하는 초점 조절 수단 및/또는

   수직 또는 수평에 약간의 각을 이루는 X축 및 Y축에 의해 정해지는 가공품 평면을 갖는 경로를 따라 상기 가공품이 이동될 수 있도록 하는 운송 시스템 및 캐리어를 제공하는 것;에 의한 단계들을 특징으로 하는, 레이저 미세-가공 장치.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 초점 조정을 위한 수단은 가공품에 상대적으로 포커싱 또는 이미징 렌즈를 이동하는 역할을 하는 것을 특징으로 하는, 레이저 미세-가공 장치.
9. 제 7 항에 있어서, 상기 유지 수단은 포커스된 빔 또는 이미지에 상대적으로 가공품을 이동시키는 역할을 하는 것을 특징으로 하는, 레이저 미세-가공 장치.
10. 제 7 항에 있어서, 원거리 감지장치는 가공품의 제 1 표면의 유체 쿠션 상에서 움직이는 몸체 부재를 포함하고, 상기 유체 쿠션은 제 1 표면으로부터 미리 결정된 거리에 상기 몸체 부재를 유지하기 위해 상기 몸체 부재로부터 공급되는 유체 흐름에 의해 만들어지며, 상기 제 1 표면에 수직인 몸체 부재 위치에서의 어떠한 변화는 현재 데이터 위치에서의 상응하는 변화가 가공품의 제 1 표면에 상대적인 고정된 위치로 동작 데이터 위치를 복구하도록 하기 위해 포커싱 또는 이미징 형성단계를 수정하는데 이용되는 것을 특징으로 하는, 레이저 미세-가공 장치.
11. 제 7 항에 있어서, 몸체 부재는 가공품의 제 1 측면에 상대적으로 위치되고, 추가적인 유체 방출 몸체 부재(fluid emitting body member)는 제 1 가공품으로의 경로 및 상기 가공품의 맞은편 측면 상에서 가공품의 제 2 측면에 상대적으로 위치되도록 제공되며, 상기 추가적인 몸체 부재로부터의 유체 출력은 가공품의 국부적인 두께가 감소될 때 상기 가공품이 몸체 부재를 향하도록 강제하는 역할을 하는 것을 특징으로 하는, 레이저 미세-가공 장치.
12. 제 1 항 내지 제 6 항 중 하나 이상의 항에 의한 방법에 의하여 미세-가공되는 것을 특징으로 하는, 기판 형태의 제품(product in the form of a substrate).
13. 제 7 항 내지 제 11 항 중 하나 이상의 항에 의한 장치에 의하여 미세-가공되는 것을 특징으로 하는, 기판 형태의 제품.