KR20070085548A - Efficient micro-machining apparatus and method employing multiple laser beams - Google Patents

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KR20070085548A
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도날드 알 커틀러
브라이언 더블유 배일드
리차드 에스. 해리스
데이빗 엠. 히멘웨이
호 웨이 로
브래디 이. 닐슨
야수 오사카
레이 순
윤롱 순
마크 에이. 언래쓰
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일렉트로 싸이언티픽 인더스트리이즈 인코포레이티드
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Abstract

A laser beam switching system (50) employs a laser (52) coupled to a beam switching device (58) that causes a laser beam to switch between first and second beam positioning heads such that while the first beam positioning head (60) is directing the laser beam to process a workpiece target location, the second beam positioning head (62) is moving to another target location and vice versa. A preferred beam switching device includes first and second AOMs. When RF is applied to the first AOM (72), the laser beam is diffracted toward the first beam positioning head, and when RF is applied to the second AOM (74), the laser beam is diffracted toward the second beam positioning head. A workpiece processing system (120) employs a common modular imaged optics assembly (122) and an optional variable beam expander (94) for optically processing multiple laser beams.

Description

효율적인 미세-가공 장치 및 복수의 레이저 빔을 사용하는 방법{EFFICIENT MICRO-MACHINING APPARATUS AND METHOD EMPLOYING MULTIPLE LASER BEAMS}Efficient MICRO-MACHINING APPARATUS AND METHOD EMPLOYING MULTIPLE LASER BEAMS

본 발명은 2004.11.29일자로 출원된 미국 특허 출원 제 11/000,330 호의 일부 계속 출원(CIP: Continuation-In-Part)이고, 2004.11.29일자로 출원된 미국 특허 출원 제 11/000,333 호의 CIP(Continuation-In-Part)으로, 후자는 2003.6.30일자로 출원된 미국 특허 출원 제 10/611,798 호의 CIP이다. The present invention is a Continuation-In-Part (CIP) of US Patent Application No. 11 / 000,330, filed November 29, 2004, and the CIP (Continuation) of US Patent Application No. 11 / 000,333, filed November 29, 2004. -In-Part), the latter is the CIP of US Patent Application No. 10 / 611,798 filed on June 6, 2003.

본 발명은 레이저에 대한 것으로서, 특히 2개 이상의 빔 경로 중에 있는 단일 레이저 빔을 교대로 스위칭함으로써 작업물 가공 처리량을 증가시켜 빔 경로 중의 하나는 하나의 작업물을 가공하기 위해 사용되는 반면에 다른 빔 경로는 다른 작업물의 가공을 위해 위치되는 방법 및 장치에 대한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to lasers, in particular increasing workpiece throughput by alternately switching a single laser beam in two or more beam paths so that one of the beam paths is used to machine one workpiece while the other beam The path is to a method and apparatus that is positioned for the processing of other workpieces.

레이저는 다양한 전자 재료 및 기판을 검사, 처리 및 미세가공 과정을 포함하여 다양한 연구, 개발 및 산업 운용에 널리 사용된다. 예를 들면, DRAM(Dynamic Random Access Memory)를 수리하기 위해, 레이저 펄스는 DRAM 디바이스로부터 오류 메모리 셀을 단절시키기 위해 전기적으로 전도성 링크를 절단하고, 이후 이 오류 메모리 셀을 대체하기 위해 여분의 메모리 셀을 활성화시키기 위해 사용된다. 왜냐 하면, 링크 제거가 필요한 오류 메모리 셀은 무작위로 위치하게 되므로, 절단될 필요가 있는 링크는 무작위로 위치된다. 따라서, 레이저 링크의 수리공정동안, 레이저 펄스는 무작위 펄스 구간에서 점화된다. 환언하면, 레이저 펄스는 일정한 PRF(Pulse Repetition Frequency : 펄스 반복 주파수)에서 보다 오히려 폭넓은 가변 범위의 PRF들에서 잘 움직인다. 산업적인 공정이 더 많은 생산 처리량을 달성하기 위해, 레이저 펄스는 레이저 빔의 스캐닝 메커니즘을 멈추는 것 없이, 목적 링크에서 점화된다. 이러한 생산 기술은 산업계에서, OTF(On-The-Fly) 링크 처리로 명명된다. 다른 일반 레이저 응용은 무작위 시간에 필요할 때만 단지 점화되는 레이저 펄스를 사용한다. Lasers are widely used in a variety of research, development and industrial operations, including inspection, processing and micromachining of a variety of electronic materials and substrates. For example, to repair Dynamic Random Access Memory (DRAM), a laser pulse cuts an electrically conductive link to disconnect the faulty memory cell from the DRAM device, and then replaces the spare memory cell to replace the faulty memory cell. It is used to activate it. Because the faulty memory cells requiring link removal are placed randomly, the links that need to be truncated are randomly located. Thus, during the repair of the laser link, the laser pulses are ignited in a random pulse interval. In other words, laser pulses move well over a wide range of PRFs rather than at constant Pulse Repetition Frequency (PRF). In order for the industrial process to achieve more production throughput, the laser pulses are ignited at the destination link without stopping the scanning mechanism of the laser beam. This production technique is referred to in the industry as On-The-Fly (OTF) link processing. Other common laser applications use laser pulses that only ignite when needed at random times.

그러나, 펄스당 레이저 에너지는 일반적으로 PRF가 증가됨에 따라 감소되는 반면에 레이저 펄스폭은 PRF가 증가됨에 따라 증가하며, 이 특성은 Q-스위칭된, 고체-상태 레이저에 대해 특히 사실이다. 많은 레이저 어플리케이션이 무작위로 요청시 시간-변위 레이저 펄스를 필요로 하면서, 또한 이들 응용은 펄스당 레이저 에너지와 펄스 폭이 실질적으로 일정하게 유지되는 것을 필요로 한다. 메모리 또는 다른 IC 칩에 관한 링크 처리과정의 경우, 부적절한 레이저 에너지는 결국 불완전한 링크 절단이 되고, 한편 초과 레이저 에너지는 패시베이션 구조(passivation structure) 또는 실리콘 기판에 수용할 수 없는 손상을 일으킬 것이다. 레이저 펄스 에너지의 수용 가능한 범위는 종종 "프로세스 윈도우(process window)"로 언급된다. 많은 실제 IC 디바이스의 경우, 이 프로세스 윈도우는 레이저 펄스 에너지가 선택된 펄스 에너지 값으로부터 5%미만까지 다양할 것을 요구한다. However, laser energy per pulse generally decreases with increasing PRF, while laser pulse width increases with increasing PRF, which is especially true for Q-switched, solid-state lasers. While many laser applications require time-shifted laser pulses upon random request, these applications also require that the laser energy and pulse width per pulse remain substantially constant. In the case of link processing on memory or other IC chips, inadequate laser energy will eventually result in incomplete link cutting, while excess laser energy will cause unacceptable damage to the passivation structure or silicon substrate. The acceptable range of laser pulse energy is often referred to as a "process window." For many real IC devices, this process window requires the laser pulse energy to vary by less than 5% from the selected pulse energy value.

프로세스 윈도우를 확부하기 위해 또는 프로세스 윈도우 내의 동작을 보부하기 위해 다양한 접근방식이 구현되고 있다. 예를 들면, 본 특허 출원의 양수인에 양도된 "METHOD AND APPARATUS FOR GENERATING AND EMPLOYING A HIGH DENSITY OF EXCITED IONS IN A LASANT"의 미국 특허 제 5,590,141 호는 증가하는 PRF의 함수로서 감소된 펄스 에너지 감소(drop off)를 나타내는 라상트(lasant)를 가지며, 이에 따라 고등의 사용가능한 PRF를 가지는 고체-상태 레이저를 기술한다. 따라서, 이러한 레이저는 최대 PRF 이하로 동작되는 경우, 보다 안정한 펄스 에너지 레벨을 생성할 수 있다. Various approaches have been implemented to expand the process window or to supplement the operation within the process window. For example, U.S. Patent No. 5,590,141 to "METHOD AND APPARATUS FOR GENERATING AND EMPLOYING A HIGH DENSITY OF EXCITED IONS IN A LASANT", assigned to the assignee of the present patent application, shows a reduced pulse energy drop as a function of increasing PRF. and a solid-state laser having a high usable PRF. Thus, such lasers can produce more stable pulse energy levels when operated below the maximum PRF.

또한, 본 특허 출원의 양수인에 양도된 "SYSTEM AND METHOD FOR SELECTIVELY LASER PROCESSING A TARGET STRUCTURE OF ONE OR MORE MATERIALS OF A MULTILMATERIAL, MULTILAYER DEVICE"의 미국 특허 제 5,265,114 호는 링크 프로세스 윈도우를 확부하여, 공정 동안 레이저 펄스 에너지의 더 넓은 변형을 허용하기 위해 1,320 나노미터("nm")와 같은 더 긴 레이저 파장을 사용하는 것을 기술하고 있다. In addition, U.S. Patent No. 5,265,114 of "SYSTEM AND METHOD FOR SELECTIVELY LASER PROCESSING A TARGET STRUCTURE OF ONE OR MORE MATERIALS OF A MULTILMATERIAL, MULTILAYER DEVICE", assigned to the assignee of this patent application, discloses a link process window, The use of longer laser wavelengths, such as 1,320 nanometers (“nm”), is described to allow wider modification of pulse energy.

"LASER PUMP CONTROL FOR OUTPUT POWER STABILIZATION"의 미국 특허 제 5,226,051 호는 펌핑 다이오드의 전기적 전류를 제어함으로써 레이저 펄스 에너지를 등화하는 기술을 설명하고 있다. 이 기술은 약 25KHz 또는 30KHz의 아래에 있는 레이저 PRF를 사용하는 실제 응용에서 잘 작동한다. U.S. Patent No. 5,226,051 to "LASER PUMP CONTROL FOR OUTPUT POWER STABILIZATION" describes a technique for equalizing laser pulse energy by controlling the electrical current of a pumping diode. This technique works well in practical applications using laser PRFs below about 25KHz or 30KHz.

위에 기술된 레이저 처리과정 응용은 일반적으로 1,047nm ~ 1,324nm의 파장을 가지는 IR(infrared: 적외선) 레이저를 사용하며, 이는 약 25 ~ 30KHz를 넘지 않는 PRF에서 잘 움직인다. 그러나, 생산 수요는 훨씬 더 높은 처리량을 요구하고 있으며, 따라서 레이저는 약 25KHz보다 훨씬 더 높은, 예를 들면 50KHz ~ 60KHz 또는 그 보다 높은 PRF에서 동작할 수 있어야 한다. 덧붙여, 많은 레이저 처리 응용은 자외선("UV") 에너지 파장을 사용함으로써 향상되며, 이는 일반적으로 약 400nm보다 작다. 이러한 UV 파장은 IR 레이저가 IR 레이저의 제 2, 제 3 또는 제 4의 고조파를 여기하는 고조파 생성 처리를 받게 함으로써 발생될 수 있다. 불행하게도, 고조파 생성의 성질로 인해, 이러한 UV 레이저의 펄스 대 펄스 에너지 레벨은 특히 PRF에서의 시간 변동 및 레이저 펄스 구간에 민감하다. The laser processing applications described above typically use IR (infrared) lasers with wavelengths of 1,047 nm to 1,324 nm, which work well in PRFs that do not exceed about 25-30 KHz. However, production demands require much higher throughput, so the laser must be able to operate at PRFs much higher than about 25KHz, for example 50KHz to 60KHz or higher. In addition, many laser processing applications are enhanced by using ultraviolet ("UV") energy wavelengths, which are generally less than about 400 nm. This UV wavelength can be generated by subjecting the IR laser to a harmonic generation process that excites a second, third or fourth harmonic of the IR laser. Unfortunately, due to the nature of the harmonic generation, the pulse-to-pulse energy levels of such UV lasers are particularly sensitive to time fluctuations and laser pulse duration in the PRF.

또한, 본 특허 출원의 양수인에게 양도된 "LASER PROCESSING POWER OUTPUT STABILIZATION APPARATUS AND METHOD EMPLOYING PROCESSING POSITION FEEDBACK"의 미국 특허 제 6,172,325 호는 복수의 레이저 펄스 구간인 무작위 시간 구간에서 요구시 레이저 펄스 선별을 제공하기 위해 위치 피드백-제어된 레이저 펄스 선별 또는 게이트 제어 디바이스와 함께 일정한 고 반복율로 레이저를 동작시키는 기술을 설명한다. 이 기술은 양호한 레이저 펄스 에너지 안정성과 높은 처리량을 제공한다. In addition, US Pat. No. 6,172,325 of "LASER PROCESSING POWER OUTPUT STABILIZATION APPARATUS AND METHOD EMPLOYING PROCESSING POSITION FEEDBACK", assigned to the assignee of the present patent application, provides a laser pulse sorting on demand in a random time interval, which is a plurality of laser pulse intervals. Techniques for operating a laser at a constant high repetition rate with a position feedback-controlled laser pulse sorting or gate control device are described. This technique provides good laser pulse energy stability and high throughput.

일반적인 레이저 펄스 선별 또는 게이트 제어 디바이스는 AOM(Acousto-Optic Modulator) 또는 EOM(Electro-Optic Modulator; 또는 포켈(Pockel) 셀로도 명명됨)이가 된다. KD*P 또는 KDP와 같은 일반적 EOM 물질은 UV 파장에서 비교적 강한 흡수를 겪게 되어, 이는 결국 디바이스 내에 있는 레이저 빔 경로를 따라 지역적 가열 및 사용된 파장에서 재료의 더 낮은 손상 경계가 되어, 디바이스의 반파장판(half wave-plate) 전압의 변화를 야기한다. EOM의 다른 단점은 50KHz를 넘는 반복률에서 잘 실행될 수 있는 의문스러운 능력이다. A typical laser pulse sorting or gate control device is an AOM (Acousto-Optic Modulator) or EOM (Electro-Optic Modulator; also called a Pockel cell). Common EOM materials, such as KD * P or KDP, experience relatively strong absorption at UV wavelengths, which in turn results in lower damage boundaries of the material at local heating and used wavelengths along the laser beam path within the device, resulting in half waves of the device. Causes a change in half wave-plate voltage. Another disadvantage of EOM is the questionable ability to perform well at repetition rates above 50KHz.

다른 한편, AOM 재료는 250nm로부터 2,000nm까지의 IR광에 대응하는 UV광에 상당히 투명하며, 이는 AOM이 범위 내에 있는 일반적 레이저 파장 전체에 대하여 잘 실행시킴을 허용한다. 또한, AOM은 수백 KHz까지의 반복률로 펄스의 바람직한 게이트 제어를 쉽게 조절할 수 있다. AOM의 한 가지 단점은 약 75 - 90 퍼센트의 제한된 회절 효율성이다. On the other hand, the AOM material is quite transparent to UV light corresponding to IR light from 250 nm to 2,000 nm, which allows AOM to perform well over the general laser wavelengths in range. In addition, the AOM can easily adjust the desired gate control of the pulse with repetition rates up to several hundred KHz. One disadvantage of AOM is the limited diffraction efficiency of about 75-90 percent.

도 1은 RF(Radio Frequency) 구동기(12)에 의해 구동되고, 레이저 펄스 선별 또는 게이트 제어 어플리케이션을 위해 사용된 일반적인 종래 기술의 AOM(10)를 보여주며, 도 2a 내지 도 2d(집합적으로, 도 2임)는 인입 레이저 펄스(14), AOM RF 펄스(15) 및 AOM 출력 펄스(16 및 20)를 위한 대응하는 종래 기술의 타이밍 그래프를 보여준다. 도 2a는 레이저(미도시)에 의해 방출되고, AOM(10)에 전파된 일정한 반복율 레이저 펄스(14a - 14k)를 보여준다. 도 2b는 대응하는 시간 기간(22a - 22k)에서 발생하는 레이저 펄스(14a - 14k) 중의 하나가 표적 쪽으로 전파되도록 선택하기 위해 AOM(10)에 RF 펄스(15)를 인가하기 위한 2 가지의 예시적인 방식을 예증한다. 첫 번째 방식에서, 단일 RF 펄스(15cde)(점선으로 도시됨)는 레이저 펄스(14c, 14d 및 14e)에 대응하는 시간 구간(22c - 22e)을 담당하도록 연장된다; 두 번째 방식에서, 분리된 RF 펄스(15c, 15d 및 15e)는 레이저 펄스(14c, 14d 및 14e)에 대하여 각각의 시간 구간(22c 22d 및 22e)을 개별적으로 담당하도록 발생된다. 도 2c 및 도 2 d는 AOM(10)에 인가된 RF 펄스(15)의 존재 또는 결손에 의해 결정되는 바와 같이, AOM(10)으로부터 전파되는 각 1차 순위 빔(20) 및 0차 순위 빔(16)을 보여준다. FIG. 1 shows a typical prior art AOM 10 driven by a Radio Frequency (RF) driver 12 and used for laser pulse sorting or gate control applications, and FIGS. 2A-2D (collectively, 2) shows a corresponding prior art timing graph for the incoming laser pulse 14, the AOM RF pulse 15 and the AOM output pulses 16 and 20. FIG. 2A shows constant repetition rate laser pulses 14a-14k emitted by a laser (not shown) and propagated to AOM 10. FIG. 2B illustrates two examples for applying RF pulse 15 to AOM 10 to select one of laser pulses 14a-14k occurring in the corresponding time period 22a-22k to propagate towards the target. Illustrate the way. In the first scheme, a single RF pulse 15cde (shown in dashed lines) is extended to cover the time intervals 22c-22e corresponding to the laser pulses 14c, 14d and 14e; In the second manner, the separated RF pulses 15c, 15d and 15e are generated to individually cover each time interval 22c 22d and 22e for the laser pulses 14c, 14d and 14e. 2C and 2D show each primary rank beam 20 and zero order rank beams propagating from the AOM 10, as determined by the presence or absence of an RF pulse 15 applied to the AOM 10. Show (16).

도 1 및 도 2를 참조하면, AOM(10)은 RF 구동기(12)에 의해 구동된다. RF 펄스(15)가 AOM(10)에 인가되지 않은 경우, 인입 레이저 펄스(14)는 자신의 원래 빔 경로를 따라 실질적으로 AOM(10)을 통과하여, 일반적으로 0차 순위 빔(16)으로 언급되는 빔(16)으로서 탈출한다. RF 펄스(15)가 AOM(10)에 인가되는 경우, 인입 레이저 펄스(14)의 에너지중 일부는 0차 순위 빔(16)으로부터 1차 순위 빔(20)의 경로로 회절된다. AOM(10)는 인입 레이저 펄스(14)에 있는 레이저 에너지대 1차 순위 빔(20)에 있는 레이저 에너지의 비로서 정의된 회절 능률을 갖는다. 1차 순위 빔(20) 또는 0차 순위 빔(16) 중 하나는 동작빔으로 사용될 수 있으며, 이는 상이한 응용 고려에 의존한다. 단순화를 위하여, AOM(10)으로 들어오는 레이저 펄스(14)는 이후 "레이저 펄스" 또는 "레이저 출력"을 언급되며, 이들이 AOM(10)에 의해 선택되므로, 표적에 전달된 펄스는 "동작 레이저 펄스" 또는 "동작 레이저 출력"으로 언급될 것이다. 1 and 2, the AOM 10 is driven by the RF driver 12. When no RF pulse 15 is applied to the AOM 10, the incoming laser pulse 14 passes substantially through the AOM 10 along its original beam path and generally into the 0th order beam 16. Escape as beam 16 mentioned. When the RF pulse 15 is applied to the AOM 10, some of the energy of the incoming laser pulse 14 is diffracted from the zero order beam 16 to the path of the first order beam 20. The AOM 10 has a diffraction efficiency defined as the ratio of the laser energy in the incoming laser pulse 14 to the laser energy in the primary rank beam 20. Either the primary rank beam 20 or the zero rank rank beam 16 can be used as the operation beam, which depends on different application considerations. For simplicity, the laser pulses 14 entering the AOM 10 are hereinafter referred to as "laser pulses" or "laser outputs", and since they are selected by the AOM 10, the pulses delivered to the target are referred to as "operating laser pulses". Or "operating laser power".

1차 순위 빔(20)이 동작 빔으로 사용되는 경우, 동작 레이저 펄스의 에너지는 동적으로 100 퍼센트의 최대값으로부터 실질적으로 영으로 하향 제어될 수 있으며, 이는 각기 RF 펄스(15)의 파워가 최대 파워로부터 실질적으로 영으로 변하기 때문이다. 허용된 최대 RF 파워 부하 하에서 AOM의 실제적인 제한된 회절 능률은 약 75 ~ 90 퍼센트가 되므로, 동작 레이저 펄스의 최대 에너지 값은 레이저 펄 스(14)에서 에너지 값의 약 75 ~ 90 퍼센트이다. 그러나, 영차 순위 빔(16)이 동작 빔으로 사용되는 경우, 동작 레이저 펄스의 에너지는 동적으로 레이저 펄스(14)내에 있는 최대 에너지의 100 퍼센트로부터 최대값의 15 ~ 20 퍼센트로 하향 제어될 수 있으며, 이는 각기 RF 펄스(15)의 파워가 실질적으로 영으로부터 최대 파워로 변하기 때문이다. 예를 들면, 메모리 링크 처리과정의 경우, 동작 레이저 펄스가 요구되지 않은 경우, 시스템 레이저 펄스 에너지의 누설은 허용되지 않는데, 즉 동작 레이저 펄스 에너지가 영이어야만 하고, 따라서 1차 순위 레이저 빔(20)은 바람직하게는 동작 빔으로 사용된다. When the primary rank beam 20 is used as the operating beam, the energy of the operating laser pulse can be dynamically controlled down substantially from a maximum of 100 percent, which means that the power of each RF pulse 15 is maximum. This is because it changes from power to zero substantially. Since the AOM's practical limited diffraction efficiency under the maximum allowed RF power load is about 75 to 90 percent, the maximum energy value of the operating laser pulse is about 75 to 90 percent of the energy value at the laser pulse 14. However, when the zero order rank beam 16 is used as the operating beam, the energy of the operating laser pulse can be dynamically controlled from 100 percent of the maximum energy in the laser pulse 14 to 15 to 20 percent of the maximum value. This is because the power of each RF pulse 15 varies substantially from zero to maximum power. For example, in the case of memory link processing, if no operating laser pulses are required, leakage of system laser pulse energy is not allowed, i.e. the operating laser pulse energy must be zero, and thus the primary priority laser beam 20 Is preferably used as the operation beam.

도 2를 다시 참조하면, RF 펄스(15)는 무작위 시간 구간이고 동작 레이저 펄스가 요구되는 경우에만, 본 경우에 레이저 펄스 구간에 대한 무작위 적분 배수에서 AOM(10)에 인가된다. 동작 레이저 펄스의 무작위 출력은 결국 AOM(10)에 무작위 가변 열적 부하(loading)가 된다. 가변 열적 부하는 AOM(10)에서 기하학적 왜곡 및 온도 구배를 야기 시키며, 이는 AOM의 굴절 지수에서 구배를 야기한다. 열적 부하의 귀결은 AOM(10)를 통과하는 레이저 빔을 왜곡시키며, 이는 결국 레이저 빔 경로에서 악화된 레이저 빔 품질 및 불안정성이 되거나 또는 불량한 빔 위치 정확도가 된다. 이러한 왜곡은 만일, 이들이 일정하게 유지된다면 어느 정도 까지 교정될 수 있다. 그러나, 시스템 레이저 펄스가 무작위로 요구되는 경우, 가령 레이저 링크 처리과정에 있어서 처럼, 이들 왜곡은 동일한 무작위 성질을 가질 것이며 실질적으로 교정될 수 없다. Referring again to FIG. 2, the RF pulse 15 is applied to the AOM 10 in a random integral multiple for the laser pulse interval in this case only if it is a random time interval and an operating laser pulse is required. The random output of the operating laser pulses results in a random variable thermal loading on the AOM 10. The variable thermal load causes geometric distortion and temperature gradients in the AOM 10, which causes gradients in the refractive index of the AOM. The consequences of thermal loading distort the laser beam passing through the AOM 10, which in turn results in degraded laser beam quality and instability in the laser beam path or poor beam position accuracy. This distortion can be corrected to some extent if they remain constant. However, if system laser pulses are required randomly, such as in laser link processing, these distortions will have the same random nature and cannot be substantially corrected.

플로리다, 멜본에 있는 NEOS 기술에 의해 만들어진, 모델 N23080-2-1.06-LTD 와 같은 AOM 디바이스에 대한 시험 결과는 RF 파워의 단지 2 와트만으로도, 레이저 빔 포인팅 정확도는 RF가 AOM에 무작위로 온오프 인가되는 경우, 1 밀리 라디안(milliradian)만큼 편향할 수 있다. 이러한 편향은 일반적인 메모리 링크 처리과정 시스템에 대하여 허용된 최대 편향보다 수백 배 더 크다. 또한, AOM(10)상의 무작위 열적 부하로부터 발생한 레이저 빔 품질의 왜곡은 레이저 빔의 초점 가능성(focusability)을 악화시킬 것이며, 이는 결국 초점에서 더 큰 레이저 빔 스폿 크기가 된다. 레이저 빔 스폿 크기가 가능한 한 작을 것을 요구하는 메모리 링크 처리과정과 같은 응용의 경우, 이러한 왜곡은 매우 바람직스럽지 못하다. Test results for AOM devices such as the Model N23080-2-1.06-LTD, made by NEOS technology in Melbourne, Florida, with only 2 watts of RF power, the laser beam pointing accuracy allows RF to be randomly turned on and off to the AOM. If so, it can bias by one milliradian. This deflection is hundreds of times larger than the maximum deflection allowed for a typical memory link processing system. In addition, distortion of the laser beam quality resulting from random thermal loads on the AOM 10 will worsen the focusability of the laser beam, which in turn results in a larger laser beam spot size at focus. For applications such as memory link processing that require the laser beam spot size to be as small as possible, this distortion is not very desirable.

그러므로, 요구되는 것은 레이저 빔의 왜곡을 야기시키는 것 없이 그리고 AOM상의 무작위 열적 부하 변화에 의해 야기된 위치 정확도에 약영향을 미치지 않으면서도 고 반복율 레이저 펄스열(pulse train)로부터 동작 레이저 펄스를 무작위로 선택하는 장치 및 방법이다. 또한, 요구되는 것은 고 PRF에서 요구 및/또는 OTF(On-The-Fly)시 펄스당 일정한 레이저 에너지와 일정한 펄스폭을 가지며, 메모리 칩상의 레이저 링크 처리과정과 같은 다양한 레이저 응용의 경우 상이한 펄스 시간 구간에서 높은 정확도를 가지는 동작 레이저 펄스를 생성하는 방법 및 장치이다. 게다가, 요구되는 것은 동작 레이저 펄스를 이용하기 위한, 효율적이며 고-처리량의 장치 및 방법이다. Therefore, what is required is a random selection of operating laser pulses from a high repetition rate laser pulse train without causing distortion of the laser beam and without adversely affecting the positional accuracy caused by random thermal load changes on the AOM. It is an apparatus and a method. Furthermore, what is required is a constant pulse energy and a constant pulse width per pulse on demand and / or on-the-fly (OTF), and different pulse times for various laser applications such as laser link processing on memory chips. A method and apparatus for generating an operating laser pulse having a high accuracy in a section. In addition, what is needed is an efficient and high-throughput apparatus and method for utilizing an operating laser pulse.

따라서, 본 발명의 목적은 고 반복율로 펄스된 레이저로부터 요구시 레이저 펄스를 선택하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다. It is therefore an object of the present invention to provide an apparatus and method for selecting laser pulses on demand from lasers pulsed at high repetition rates.

다음은 본 발명의 몇 가지 이점이다. The following are some of the advantages of the present invention.

본 발명의 실시예는 레이저 빔 및 위치 정확도의 왜곡을 최소화하기 위해 AOM에 관한 최소 열적 부하 변화로 이러한 펄스 선택을 실행한다. 이들 실시예는 UV로부터 근접 IR로의 선택된 파장 및 메모리 링크 절단과 같은 고-정확도 레이저 처리과정 응용을 위한 고 PRF들에서 안정한 펄스 에너지 및 안정한 펄스폭을 가지는 시스템 온 디맨드 레이저 펄스(system on demand laser pulse)를 생성하는 장치 및 방법을 포함한다. 본 발명의 실시예는 동작 레이저 펄스를 이용하는 효율적이고, 고 처리량의 장치 및 방법을 제공한다. Embodiments of the present invention implement this pulse selection with minimal thermal load variation on the AOM to minimize distortion of the laser beam and position accuracy. These embodiments are system on demand laser pulses having stable pulse energy and stable pulse width at high PRFs for high-accuracy laser processing applications such as selected wavelengths and memory link truncation from UV to near IR. And an apparatus and method for generating the same). Embodiments of the present invention provide an efficient, high throughput apparatus and method using operational laser pulses.

본 발명의 작업물 처리과정 시스템은 제 1 빔 위치결정 헤드가 제 1 작업물을 처리하기 위해 레이저 빔을 향하는 경우, 제 2 빔 위치결정 헤드가 제 2 작업물상의 다음 표적 위치 또는 제 1 작업물상 위치의 제 2 세트로 이동하도록 제 1 및 제 2 빔 위칭결정 헤드 사이에서 레이저 빔 또는 레이저 펄스가 스위칭됨을 야기하는 빔 스위칭 디바이스에 연결된 레이저를 사용한다. 제 1 빔 위치결정 헤드가 제 1 작업물의 처리과정을 마치고 제 2 빔 위치결정 헤드가 그 표적 위치에 도달하는 경우, 빔 스위칭 디바이스는 빔이 제 2 빔 위치결정 헤드로 스위칭하도록 야기하며 이후 제 2 빔 위치결정 헤드는 레이저 빔을 제 2 작업물상의 표적 위치로 향하게 하는 반면, 제 1 빔 위치결정 헤드는 자신의 다음 표적 위치로 이동한다. The workpiece processing system of the present invention is characterized in that when the first beam positioning head is directed at the laser beam to process the first workpiece, the second beam positioning head is positioned on the second target or on the next target position on the second workpiece. A laser connected to the beam switching device is used to cause the laser beam or laser pulse to be switched between the first and second beam positioning crystal heads to move to the second set of positions. When the first beam positioning head finishes processing the first workpiece and the second beam positioning head reaches its target position, the beam switching device causes the beam to switch to the second beam positioning head and then the second The beam positioning head directs the laser beam to a target position on the second workpiece, while the first beam positioning head moves to its next target position.

본 발명인 레이저 빔 스위칭 시스템의 이점은 제 1 및 제 2 작업물이 처리과정을 위한 레이저 빔의 거의 풀 파워(full power)를 받는다는 것이다. 레이저 빔의 총 이용 시간은 처리과정 대 이동 시간 비에 의존하여, 거의 2의 인자까지 증가된다. 이는 시스템 비용을 상당히 증가시킬 필요없이 시스템 처리량을 대단히 증가시킨다. An advantage of the inventive laser beam switching system is that the first and second workpieces receive almost full power of the laser beam for processing. The total use time of the laser beam is increased by a factor of nearly two, depending on the process to travel time ratio. This greatly increases system throughput without having to significantly increase system cost.

선호하는 빔 스위칭 디바이스는 레이저 빔(즉 레이저 펄스)이 보통 AOM를 굴절되지 않고 통과하여 빔 차단기에서 종료되도록 서로 근접하게 위치되는 제 1 AOM 및 제 2 AOM을 포함한다. RF 에너지가 제 1 AOM에 인가되는 경우, 레이저 빔의 약 90 퍼센트는 제 1 레이저 빔으로서 회절되고, 10 퍼센트는 빔 차단기에서 종료하는 잉여 레이저 빔으로서 남아있게 된다. 유사하게, RF 에너지가 제 2 AOM에 인가되는 경우, 레이저 빔의 약 90 퍼센트는 제 2 레이저 빔으로 회절되고, 10 퍼센트는 빔 차단기에서 종료하는 잉여 레이저 빔으로서 남아있게 된다. 이 실시예에서, 레이저 빔을 생성하는 레이저는 소정의 펄스 반복율에서 일정하게 잘 움직인다. Preferred beam switching devices include a first AOM and a second AOM positioned close to each other such that the laser beam (ie, laser pulse) usually passes through the AOM unrefractively and terminates at the beam blocker. When RF energy is applied to the first AOM, about 90 percent of the laser beam is diffracted as the first laser beam and 10 percent remains as a surplus laser beam terminating at the beam blocker. Similarly, when RF energy is applied to the second AOM, about 90 percent of the laser beam is diffracted into the second laser beam and 10 percent remains as a surplus laser beam terminating at the beam blocker. In this embodiment, the laser generating the laser beam moves constantly well at a given pulse repetition rate.

빔 스위칭 디바이스의 사용은 유리할 수 있는데, 이는 레이저의 일정한 동작은 레이저 출력의 열적 표류를 제거하기 때문이다. 게다가, 본 발명의 펄스 선택 방법으로 제 1 및 제 2 AOM을 동작시킴으로써, AOM들의 열적 부하 변화가 최소화될 것이며, 이에 의해 레이저 빔 위치결정의 정확성을 증가시킨다. The use of a beam switching device can be advantageous because constant operation of the laser eliminates thermal drift of the laser output. In addition, by operating the first and second AOMs with the pulse selection method of the present invention, thermal load variations of the AOMs will be minimized, thereby increasing the accuracy of laser beam positioning.

빔 스위칭 디바이스로서 제 1 및 제 2 AOM들을 사용하는 다른 이점은 이들 AOM이 레이저 파워 제어 디바이스로서 동작할 수 있으며, 이는 일반적인 레이저기반 작업물의 처리과정 시스템에서 별도의 레이저 파워 제어기를 위한 필요를 제거한다. 파워 제어도 가능하며, 이는 AOM들의 응답 시간이 작업물에 관한 개별 표적 위치의 처리과정 동안 스위칭된 레이저 빔의 레이저 펄스 크기를 프로그래밍하기에 충분히 빠르기 때문이다. 일반적인 레이저 처리과정 응용은 식각된 회로 보드에서 블라인드(blind) 비아 형성이 되며, 이 경우 레이저 빔이 형성된 비아의 저면에 도달하는 경우 레이저 펄스 에너지를 감소시키는 것이 종종 필요하다. Another advantage of using the first and second AOMs as a beam switching device is that these AOMs can act as laser power control devices, which eliminates the need for a separate laser power controller in the processing system of a typical laser based workpiece. . Power control is also possible because the response times of the AOMs are fast enough to program the laser pulse magnitude of the switched laser beam during the processing of the individual target positions relative to the workpiece. Typical laser processing applications result in blind via formation in etched circuit boards, where it is often necessary to reduce the laser pulse energy when the laser beam reaches the bottom of the formed via.

레이저 시스템의 선호하는 실시예는 레이저 처리과정 응용에서의 사용을 위한 편광 상태-변조된 광방출의 2개 출력 빔을 제공하는 내부 공동 빔 멀티플렉싱을 구현한다. A preferred embodiment of the laser system implements internal cavity beam multiplexing which provides two output beams of polarization state-modulated light emission for use in laser processing applications.

본 발명의 추가적인 측면 및 이점은 바람직한 실시예의 이하 상세한 설명으로부터 명확할 것이며, 이 상세한 설명은 첨부된 도면을 참조하여 진행한다. Further aspects and advantages of the invention will be apparent from the following detailed description of the preferred embodiments, which proceeds with reference to the accompanying drawings.

도 1은 0차 순위빔, 1차 순위빔 또는 이들 둘을 전송하는 종래 기술의 AOM 디바이스 및 RF 구동기의 간단한 개략도1 is a simplified schematic diagram of a prior art AOM device and RF driver transmitting a zero order rank beam, a primary rank beam or both;

도 2a 내지 도 2d는 각기 레이저 펄스, RF 펄스 및 1과 0차 순위 AOM 출력 레이저 펄스의 대응하는 종래 기술의 타이밍 그래프.2A-2D are corresponding prior art timing graphs of laser pulses, RF pulses, and first and zero rank AOM output laser pulses, respectively.

도 3a 내지 도 3c는 각기 바람직한 실시예에서 사용된 레이저 출력, RF 펄스 및 동작 레이저 출력의 대응하는 예시적인 타이밍 그래프.3A-3C are corresponding exemplary timing graphs of laser power, RF pulse, and operational laser power, respectively, used in the preferred embodiment.

도 4a 내지 도 4 c는 각기 레이저 출력, RF 펄스 및 동작 레이저 출력의 에너지 제어를 위한 AOM의 사용을 예증하는 동작 레이저 출력의 대안적인 대응하는 예시적인 타이밍 그래프.4A-4C are alternative corresponding exemplary timing graphs of an operating laser output, respectively illustrating the use of an AOM for energy control of the laser output, RF pulse, and operating laser output.

도 5는 본 발명의 레이저 빔 스위칭 시스템에 대한 단순화된 개략적인 블럭 도.5 is a simplified schematic block diagram of a laser beam switching system of the present invention.

도 6은 도 5의 레이저 빔 스위칭 시스템의 다양한 구성요소 중에 동작적인 타이밍 관계를 나타내는 파형의 타이밍도.FIG. 6 is a timing diagram of a waveform illustrating an operational timing relationship among the various components of the laser beam switching system of FIG.

도 7은 본 발명과 함께 사용을 위한 바람직한 복식 AOM 레이저 빔을 나타내는 간단화된 개략적인 블럭도.7 is a simplified schematic block diagram showing a preferred double AOM laser beam for use with the present invention.

도 8은 도 7의 복식 AOM 스위칭 디바이스를 사용하는 레이저 빔 스위칭 시스템의 다양한 구성요소 사이에서 동작적인 타이밍 관계를 나타내는 파형의 타이밍도.FIG. 8 is a timing diagram of a waveform showing an operative timing relationship between various components of a laser beam switching system using the double AOM switching device of FIG.

도 9는 도 7의 레이저 빔 스위칭 디바이스를 사용하는 일반적인 작업물 처리과정 시스템의 단순화된 개략적인 블럭도.9 is a simplified schematic block diagram of a typical workpiece processing system using the laser beam switching device of FIG.

도 10은 도 9의 작업물 처리과정 시스템에 대한 다양한 구성요소 사이에서 동작적인 타이밍 관계를 나타내는 파형의 타이밍도.FIG. 10 is a timing diagram of a waveform illustrating an operational timing relationship between various components of the workpiece processing system of FIG. 9.

도 11a 및 11b는 각기 하나 및 두개의 레이저 소스로부터 전파되는 복수의 레이저 빔을 위한 공통적인 광학 처리과정 경로를 사용하는 본 발명의 작업물 처리과정 시스템을 나타내는 단순화된 블럭도.11A and 11B are simplified block diagrams illustrating a workpiece processing system of the present invention using a common optical processing path for a plurality of laser beams propagating from one and two laser sources, respectively.

도 12는 본 발명의 레이저 빔 스위칭 디바이스를 구현하기 위해 고속 EOM 및 편광 빔 분리기를 사용하는 본 발명의 대안적인 작업물 처리과정 시스템을 나타내는 단순화된 개략적인 블럭도.12 is a simplified schematic block diagram illustrating an alternative workpiece processing system of the present invention using a high speed EOM and a polarizing beam splitter to implement the laser beam switching device of the present invention.

도 13은 교대의 제 1 및 제 2의 통로를 따라 레이저 빔을 스위칭하기 위한 고속 조종 거울을 사용하는 대안적인 레이저 빔 스위칭 시스템을 나타내는 단순화 된 그림의 블럭도.13 is a block diagram of a simplified illustration showing an alternative laser beam switching system using a high speed steering mirror for switching laser beams along alternate first and second passages.

도 14는 편광 상태-변조된 광 방출 펄스의 교대로 또는 동시적으로 2개의 기본적인 파 출력 빔을 선택적으로 제공하는 내부공동 광 빔 멀티플렉싱을 구현하기 위해 구성된 레이저 시스템.14 is a laser system configured to implement an internal cavity light beam multiplexing selectively providing two basic wave output beams alternately or simultaneously with polarization state-modulated light emission pulses.

도 15는 편광 상태-변조된 광 방출 펄스의 2개의 제 3 - 고조파 출력 빔을 동시적으로 제공하는 내부공동 광 빔 멀티플렉싱을 구현하기 위해 구성되는 레이저 시스템.15 is a laser system configured to implement internal cavity light beam multiplexing that simultaneously provides two third-harmonic output beams of polarization state-modulated light emission pulses.

종래 기술의 AOM(10)과 같은 AOM들에서의 열적 부하 변화는 각기 도 3a-3c 및 도 4a-4c를 참조하여 도시된 펄스 선택 및 레이저 제어 방법을 사용함으로써 완화될 수 있다. 도 3a-3c(집합적으로는, 도 3)는 레이저 출력(24a-24k)(집합적으로는, 레이저 출력(24)), 종래 기술의 AOM(10)에 적용된 RF 펄스(38a-38k)(집합적으로는, RF 펄스(38)) 및 동작 레이저 출력(40a, 40c, 40d, 40e 및 40i)(집합적으로는, 동작 레이저 출력(40))의 대응하는 타이밍 그래프를 보여준다. 특히, 도 3a는 일정한 반복율로 레이저(미도시)에 의해 방출되고, 실질적으로 동일한 레이저 출력 구간(41)에 의해 분리되는 레이저 출력(24a-24k)을 보여준다. 일반적인 실시예에서, 레이저 출력 반복율은 약 1KHz로부터 약 500KHz까지 범위로 존재할 수 있다. 예시적인 레이저 출력 반복율은 약 25KHz로부터 약 100KHz보다 큰 범위로 존재할 수 있다. 링크 처리과정 실시예의 경우, 각각의 동작 레이저 출력(40)은 수나노초의 펄스폭을 갖는 단일 레이저 펄스를 포함하는 것이 바람직하다. 그러나, 당업자 라면 각각의 동작 레이저 출력(40)이 하나 이상의 레이저 펄스의 버스트(burst)를 포함할 수 있음을 인식할 것이고, 이러한 예가 본 특허 출원의 양수인에 양도된 미국 특허 제 6,574,250 호의 "LASER SYSTEM AND METHOD FOR PROCESSING A MEMORY LINK WITH A BURST OF LASER PULSES HAVING ULTRASHORT PULSE WIDTHS"에서 공개되어 있으며, 또는 이와 달리 약 10 피코초 내지 약 1,000 피코초의 범위에 존재하는 펄스폭을 가지는 하나 이상의 펄스의 버스트들을 포함할 수 있다. Thermal load changes in AOMs, such as the prior art AOM 10, can be mitigated by using the pulse selection and laser control methods shown with reference to FIGS. 3A-3C and 4A-4C, respectively. 3A-3C (collectively, FIG. 3) are laser outputs 24a-24k (collectively, laser output 24), RF pulses 38a-38k applied to prior art AOM 10. Corresponding timing graphs of (collectively, RF pulses 38) and operational laser outputs 40a, 40c, 40d, 40e and 40i (collectively, operational laser output 40) are shown. In particular, FIG. 3A shows laser power 24a-24k emitted by a laser (not shown) at a constant repetition rate and separated by substantially the same laser power section 41. In a typical embodiment, the laser power repetition rate may be in the range from about 1 KHz to about 500 KHz. Exemplary laser power repetition rates may exist in a range from about 25 KHz to greater than about 100 KHz. For link processing embodiments, each operational laser output 40 preferably includes a single laser pulse having a pulse width of several nanoseconds. However, one of ordinary skill in the art will recognize that each operating laser output 40 may comprise a burst of one or more laser pulses, an example of which is referred to in US Patent No. 6,574,250, assigned to the assignee of this patent application, "LASER SYSTEM." AND METHOD FOR PROCESSING A MEMORY LINK WITH A BURST OF LASER PULSES HAVING ULTRASHORT PULSE WIDTHS ", or alternatively includes bursts of one or more pulses having a pulse width ranging from about 10 picoseconds to about 1,000 picoseconds. can do.

도 3b는 AOM(10)에 관한 열적 부하 변화를 사전 할당된 동작 오차허용도 내로 유지시키기 위해 실질적으로 정규 또는 균일한 펄스 구간(43a-43j)(집합적으로, RF 펄스 구간(43))에 의해 분리된 42a 및 42b(집합적으로, RF 펄스 지속기간(42))와 같은 펄스 지속기간을 가지는 RF 펄스(38)를 사용하는 선호 RF 펄스 선택 방식을 도시한다. 이러한 허용 오차는 특정 열적 로드 윈도우(load window)가 될 수 있지만, 그러나 사전 할당된 허용 오차는 똑같이 또는 대안적으로 스폿 크기의 윈도우 또는 빔 위치 정확도가 될 수 있다. 일실시예에서, 열적 부하 변화는 5% 내로 유지되고/거나 빔 포인팅 정확도는 0.005 밀리 라디안 내에 유지된다. 바람직한 실시예에서, 적어도 하나의 RF 펄스(38)는 각 레이저 출력(24)과 대응하기 위해 생성된다. FIG. 3B shows a substantially normal or uniform pulse interval 43a-43j (collectively, an RF pulse interval 43) to maintain thermal load variations on the AOM 10 within a pre-allocated operating error tolerance. Preferred RF pulse selection scheme using RF pulses 38 having a pulse duration equal to 42a and 42b (collectively, RF pulse duration 42) separated by FIG. This tolerance can be a specific thermal load window, but the pre-allocated tolerance can equally or alternatively be spot sized window or beam position accuracy. In one embodiment, the thermal load change is maintained within 5% and / or the beam pointing accuracy is maintained within 0.005 milli radians. In a preferred embodiment, at least one RF pulse 38 is generated to correspond with each laser output 24.

동작 레이저 출력(40)중 하나가 전기적으로 도체인 링크와 같은 표적에 영향을 미치도록 요구될 때마다, 하나의 RF 펄스(38)는 AOM(10)을 통과하여 전송되어 요구된 하나의 동작 레이저 출력(40)이 되도록 하나의 레이저 출력(24)과 동시에 AOM(10)에 인가된다. Whenever one of the operating laser outputs 40 is required to affect a target, such as an electrically conductive link, one RF pulse 38 is transmitted through the AOM 10 to request one operating laser. It is applied to the AOM 10 simultaneously with one laser output 24 to be the output 40.

도 3b에서, 동시성 RF 펄스(38)는 RF 펄스(38a, 38c, 38d, 38e 및 38i)가 된다. 도 3c는 최종 대응하는 동작 레이저 출력(40a, 40c, 40d, 40e 및 40i)을 보여준다. 동작 레이저 출력이 레이저 출력(24)과 대응하도록 요구되지 않는 경우, RF 펄스(38)는 레이저 출력(24)의 대응하는 펄스와 비동시적으로 AOM(10)에 인가된다. 도 3c는 어떤 동작 레이저 출력(40)도 비동시성 RF 펄스(38)와 대응하는 것이 없음을 보여준다. In FIG. 3B, the simultaneous RF pulses 38 become RF pulses 38a, 38c, 38d, 38e and 38i. 3c shows the final corresponding operating laser outputs 40a, 40c, 40d, 40e and 40i. If an operating laser output is not required to correspond with the laser output 24, the RF pulse 38 is applied to the AOM 10 asynchronously with the corresponding pulse of the laser output 24. 3C shows that no working laser output 40 corresponds to the asynchronous RF pulse 38.

바람직하게는, 비동시성 RF 펄스(38)는 약 0.5 마이크로초 보다 더 긴 시간 오프셋(44)에 의해 각 레이저 출력(24)의 개시로부터 오프셋된다. 당업자라면 시간 오프셋(44)이 레이저 출력(24)을 따르도록 보여지는 동안, 시간 오프셋(44)은 레이저 동작 출력(40)의 표적화를 방지하기 위하여 충분한 시간만큼 대안적으로 레이저 출력(24)을 선행할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 따라서, 하나의 비동시성 RF 펄스(38)를 둘러싸는 RF 펄스 구간(43)은 총 평균 RF 펄스 구간(43)(예를 들면, 43c, 43d, 43f, 43g 및 43j)보다 짧거나(예를 들면 RF 펄스 구간(43b 및 43h), 또는 평균 RF 구간(43) 보다 더 길 수 있다(예를 들면 RF 펄스 구간(43a, 43e 및 43i). Preferably, the asynchronous RF pulse 38 is offset from the start of each laser output 24 by a time offset 44 longer than about 0.5 microseconds. Those skilled in the art will appreciate that while the time offset 44 is shown to follow the laser output 24, the time offset 44 may alternatively set the laser output 24 by a sufficient time to prevent targeting of the laser operation output 40. It will be appreciated that it can be preceded. Thus, the RF pulse interval 43 surrounding one asynchronous RF pulse 38 is shorter than the total average RF pulse interval 43 (e.g., 43c, 43d, 43f, 43g and 43j) (e.g., For example, it may be longer than the RF pulse intervals 43b and 43h, or the average RF interval 43 (for example, RF pulse intervals 43a, 43e and 43i).

다시 도 3c를 참조하면, 각기 동작 레이저 출력(40c 및 40d) 사이 및 동작 레이저 출력(40d 및 40e) 사이의 비충돌 구간(46b 및 46c)은 레이저 출력 구간(41)과 대체로 동일하다. 각기 동작 레이저 출력(40a 및 40c) 사이 및 동작 레이저 출력(40e 및 40i) 사이의 비충돌 구간(46a 및 46d)은 대략 레이저 출력 구간(41)의 정수 배수이다. Referring again to FIG. 3C, the non-collision sections 46b and 46c between the operating laser outputs 40c and 40d and the operating laser outputs 40d and 40e respectively are generally the same as the laser output section 41. The non-collision sections 46a and 46d between the operating laser outputs 40a and 40c and the operating laser outputs 40e and 40i respectively are approximately integer multiples of the laser output section 41.

당업자라면 바람직하게는 비록 동작 레이저 출력(40)이 링크 처리과정과 같 은 모든 응용에 대하여 1차 순위 빔(20)일지라도, 동작 레이저 출력(40)은 누손이 허용가능하고 더 높은 동작 레이저 출력 파워가 바람직한 0차 순위 빔(16)이 될 수 있다는 것을 인식할 것이다. Those skilled in the art will preferably note that although the operating laser output 40 is the primary rank beam 20 for all applications, such as link processing, the operating laser output 40 is capable of leaking and has a higher operating laser output power. It will be appreciated that may be the desired zero order rank beam 16.

바람직한 실시예에서, 동시성 및 비동시성 RF 펄스(38)는 RF 파워값과 RF 지속기간의 곱인 동일한 RF 에너지를 사용할 뿐만 아니라, 동일한 RF 지속기간 및 동일한 RF 파워값을 사용한다. In a preferred embodiment, the simultaneous and asynchronous RF pulses 38 use the same RF energy, which is the product of the RF power value and the RF duration, as well as the same RF duration and the same RF power value.

도 4a-4c(집합적으로, 도 4)는 레이저 출력(24), AOM(10)에 인가된 RF 펄스(38), 및 AOM(10)이 추가적으로 동작 레이저 출력(40)의 출력 파워를 제어하기 위해 어떻게 사용될 수 있는 지를 예증하는 동작 레이저 출력(40)을 보여준다. 도 4a는 도 3a와 동일하며, 단지 편의를 위해 도시된다. 도 4b 및 4c는 편의를 위해 점선으로 중첩되어 보여지는 대응하는 RF 펄스(38) 및 동작 레이저 출력(40)과 함께, RF 펄스(38') 및 동작 레이저 출력(40')을 보여준다. 동작 레이저 출력(40')의 에너지값은 RF 펄스(38) 보다는 RF 펄스(38')를 위하여 AOM(10)에 더 적은 RF 파워를 적용함으로써 감쇄된다; 그러나, RF 펄스 지속기간(42')은 RF 파워값과 RF 지속기간의 실질적으로 일정한 곱을 유지하기 위해 RF 펄스(38)에 사용된 RF 지속기간(42)에 걸쳐 RF 펄스(38')에 대하여 증가되므로 AOM(10)에 대한 실질적으로 일정한 열적 부하를 유지하게 된다. 이러한 기술은 AOM(10)에 대한 열적 부하에 있어 실질적 변동없이도 동작 레이저 출력(40 또는 40') 사이의 출력 파워의 연속체를 위한 주문식 선택을 허용한다. 당업자라면 비동시성 RF 펄스(38)의 RF 지속기간(42) 및 RF 파워값이 원래대로 유지될 수 있거나, 또는 일치 RF 펄스(38')의 RF 부하 변화의 특정한 허용 오차 내에 있도록 변경될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 4A-4C (collectively, FIG. 4) show that the laser output 24, the RF pulses 38 applied to the AOM 10, and the AOM 10 additionally control the output power of the operating laser output 40. A working laser output 40 is shown that illustrates how it can be used to do so. 4A is the same as FIG. 3A and is shown for convenience only. 4B and 4C show the RF pulse 38 'and the operational laser output 40', along with the corresponding RF pulse 38 and the operational laser output 40, which are shown superimposed in dashed lines for convenience. The energy value of the operating laser output 40 'is attenuated by applying less RF power to the AOM 10 for the RF pulse 38' than for the RF pulse 38; However, the RF pulse duration 42 'is relative to the RF pulse 38' over the RF duration 42 used in the RF pulse 38 to maintain a substantially constant product of the RF power value and the RF duration. As a result, it maintains a substantially constant thermal load on the AOM 10. This technique allows for on-demand selection for a continuum of output power between operating laser outputs 40 or 40 'without substantial variation in thermal load on the AOM 10. Those skilled in the art can maintain the RF duration 42 and RF power values of the asynchronous RF pulses 38 as they are, or can be changed to be within certain tolerances of the RF load change of the coincidence RF pulse 38 '. You will understand.

바람직하게는, RF 펄스 지속기간(42')는 1 마이크로초로부터 레이저 출력 구간(41)의 약 반절로 선택되며, 더 바람직하게는 레이저 출력 구간(41)의 30%보다 더 짧다. 예를 들면, 만일 레이저 반복율이 50KHz이고 레이저 출력 구간(41)이 20 마이크로초라면, RF 펄스 지속기간(42')은 1 마이크로초와 10 마이크로초 사이의 어느 곳에 있을 수 있다. 최소 RF 펄스 지속기간(42 또는 42')는 AOM(10)의 응답 시간 및 레이저 펄스 지터링 시간(jittering time)에 의해 결정된다. 레이저 출력(24)의 중간점 주변에 있는 RF 펄스(38 및 38')의 대응하는 하나를 개시하는 것이 바람직하다. 마찬가지로, RF 펄스(38 및 38')는 대응하는 레이저 출력(24)의 개시로부터 최소 RF 지속기간의 약 절반을 지연하거나 또는 오프셋하는 것이 바람직하다. Preferably, the RF pulse duration 42 ′ is selected from about 1 microsecond to about half of the laser power section 41, more preferably less than 30% of the laser power section 41. For example, if the laser repetition rate is 50KHz and the laser power interval 41 is 20 microseconds, the RF pulse duration 42 'may be anywhere between 1 microsecond and 10 microseconds. The minimum RF pulse duration 42 or 42 ′ is determined by the response time of the AOM 10 and the laser pulse jittering time. It is desirable to disclose the corresponding one of the RF pulses 38 and 38 ′ around the midpoint of the laser output 24. Likewise, the RF pulses 38 and 38 ′ preferably delay or offset about half of the minimum RF duration from the start of the corresponding laser output 24.

AOM(10)에 인가된 RF 펄스(38)의 RF 파워는 표적 처리과정의 필요를 충족하기 위해 동작 레이저 출력(40 및 40')의 에너지를 제어하도록 조정될 수 있으며, 반면에 이에 따라 RF 펄스(38 및 38')의 RF 펄스 지속기간(42 및 42')는 실질적으로 일정한 RF 에너지 또는 RF 파워 및 RF 펄스(38 및 38') 지속기간의 연산곱을 유지하도록 제어될 수 있다. The RF power of the RF pulses 38 applied to the AOM 10 can be adjusted to control the energy of the operating laser outputs 40 and 40 'to meet the needs of the target processing, while the RF pulses ( RF pulse durations 42 and 42 'of 38 and 38' may be controlled to maintain a substantially constant RF energy or product of RF power and RF pulses 38 and 38 'duration.

작업물 처리과정 응용에서 AOM을 사용하기 위한 상술된 기술은 빔 조정 정확성 및 프로세스 윈도우 필요조건을 해소하지만, 그러나 작업물 처리과정의 처리량 및 효율성 문제를 해소하지 못한다. 작업물 처리과정을 위한 단일 레이저의 사용은 시간-비효율적이며, 이는 상당한 시간 및 레이저 파워가 레이저 출력과 서로에 대하여 작업물 표적 위치를 이동하는 동안 낭비되기 때문이다. 식각-회로 보드의 비아 형성과 같은 응용을 위하여 레이저 빔의 사용은, 일반적으로 결국 단지 50%의 레이저 빔의 이용이 되는데, 이는 표적 위치 사이에서 빔을 이동시키기 위해 필요한 시간때문이다. 빔 분리(beam splitting)는 이러한 낮은 시간 이용 문제를 교정하지 못한다. 이전의 작업자들은 처리과정의 처리량을 개선하기 위해 복수의 레이저 빔을 사용하여 오고 있지만, 추가 비용과 낭비되는 레이저 파워는 여전히 우려스럽다. The techniques described above for using AOM in workpiece processing applications solve beam steering accuracy and process window requirements, but do not address the throughput and efficiency issues of workpiece processing. The use of a single laser for workpiece processing is time-efficient because significant time and laser power is wasted while moving the workpiece target position relative to each other. The use of a laser beam for applications such as via formation of an etch-circuit board generally results in the use of only 50% of the laser beam, due to the time required to move the beam between target positions. Beam splitting does not correct this low time utilization problem. Previous workers have been using multiple laser beams to improve throughput, but the extra cost and wasted laser power are still a concern.

본 발명은 단일 레이저 작업물 처리과정 시스템의 효율성 및 처리량을 개선하기 위한 장치 및 방법을 제공한다. 본 발명에서, 펄스 선택 기술을 사용하는 AOM들이 작업물 처리과정 및 효율성을 개선하기 위해, 레이저 빔 스위칭 또는 멀티플렉싱 기술과 결합하여 사용된다. The present invention provides an apparatus and method for improving the efficiency and throughput of a single laser workpiece processing system. In the present invention, AOMs using pulse selection techniques are used in combination with laser beam switching or multiplexing techniques to improve workpiece processing and efficiency.

도 5 및 도 6은 본 발명의 레이저 빔 스위칭 시스템(50) 및 관련된 타이밍 측면을 나타내며, 이 시스템에서 레이저는 선택적인 접이식 거울(56)에 의해 빔 스위칭 디바이스(58)에 반사된 레이저 펄스(54)를 방출한다. 빔 스위칭 디바이스(58)는 레이저 펄스(54)가 제 1 및 제 2 빔 위치결정 헤드(60 및 62) 사이를 스위칭하도록 하여 제 1 빔 위치결정 헤드(60)가 레이저 펄스(54)가 제 1 작업물(64)에 관한 표적 장소를 처리하도록 하는 중인 경우, 제 2 빔 위치결정 헤드(62)는 제 2 작업물(66)에 대한 표적 위치로 이동중이다. 레이저 펄스(54)는 선택적인 접이식 거울(68)에 의해 빔 스위칭 디바이스(58)로부터 빔 위치결정 헤드(62)로 향한다. 제 1 빔 위치결정 헤드(60)가 작업물(64)의 처리과정을 완료하는 때, 도 6에 도시된 바와 같이 레이저(52)를 오프시키는 Q-스위치와 같은 선택적인 셔터(미도시) 또는 레이저 펄스(54)는 빔 차단기(미도시)로 내보내진다(dump). 제 2 빔 위치결정 헤드(62)가 자신의 표적 위치에 도달하는 경우, 레이저 펄스(54)는 이 셔터에 의해 스위칭온되고, 제 2 빔 위치결정 헤드(62)는 작업물(66)에 대한 표적 장소로 레이저 펄스(54)를 향하게 하는 반면에, 제 1 빔 위치결정 헤드(60)는 자신의 다음 표적 위치로 이동한다. 도 6은 작업물 처리과정 시간을 구간(P)으로서, 표적 위치 사이의 위치 결정기 이동 시간을 구간(M)으로 나타낸다. 5 and 6 show the laser beam switching system 50 and associated timing aspects of the present invention, in which the laser pulses 54 reflected by the optional folding mirror 56 to the beam switching device 58. ). The beam switching device 58 causes the laser pulse 54 to switch between the first and second beam positioning heads 60 and 62 so that the first beam positioning head 60 causes the laser pulse 54 to be first. If the target location relative to the workpiece 64 is being processed, the second beam positioning head 62 is moving to the target position relative to the second workpiece 66. The laser pulse 54 is directed from the beam switching device 58 to the beam positioning head 62 by an optional collapsible mirror 68. When the first beam positioning head 60 completes the processing of the workpiece 64, an optional shutter (not shown), such as a Q-switch, which turns off the laser 52, as shown in FIG. Laser pulses 54 are dumped to a beam blocker (not shown). When the second beam positioning head 62 reaches its target position, the laser pulse 54 is switched on by this shutter and the second beam positioning head 62 is directed to the workpiece 66. While pointing the laser pulse 54 to the target location, the first beam positioning head 60 moves to its next target position. 6 shows the workpiece processing time as the interval P and the positioner travel time between the target positions as the interval M. FIG.

레이저 빔 스위칭 시스템(50)의 이점은 제 1 및 제 2 작업물(64 및 66)이 교대로 처리과정을 위한 레이저 펄스(54)의 거의 풀 파워를 받는 다는 것이다. 레이저 펄스(54)의 총 이용 시간은 거의 2 인자만큼 증가되며, 이는 처리과정 대 이동 시간비에 의존한다. 이는 시스템 비용을 상당히 증가시킬 필요없이도 대단히 시스템 처리량을 증가시킨다. An advantage of the laser beam switching system 50 is that the first and second workpieces 64 and 66 alternately receive almost full power of the laser pulses 54 for processing. The total use time of the laser pulses 54 is increased by almost two factors, which depends on the process to travel time ratio. This greatly increases system throughput without having to significantly increase system cost.

도 7 및 도 8은 선호되는 빔스위칭 디바이스(70) 및 관련된 타이밍 관계도를 보여준다. 빔 스위칭 디바이스(70)는 광학적 직렬관계로 위치되는 제 1 및 제 2 AOM들(72 및 74)을 포함하게 되므로, 레이저 빔 또는 레이저 펄스(76)는 보통 AOM들(72 및 74)을 반사없이 통과하여 빔 차단기(78)에 관한 레이저 빔(76A)으로서 끝맺게 된다. 그러나, 제 1 RF 구동기(80)가 제 1 AOM(72)에 약 6 와트의 85 MHz RF 신호를 인가하는 경우, 레이저 빔(76)의 약 90%는 레이저 빔(76B)으로서 회절되고, 10%는 레이저 빔(76A)으로서 남아 있게 된다. 마찬가지로, 제 2 RF 구동기(82)가 약 6와트의 85MHz RF 신호를 제 2 AOM(74)에 인가하는 경우, 레이저 빔(76)의 약 90%는 레이저 빔(76C)으로서 회절되고, 10%는 레이저 빔(76A)으로서 남아 있게 된다. 이러한 실시예에서, 레이저를 발생하는 레이저 빔(76)은 원하는 펄스 반복율로소 일정하게 움직이게 된다. 7 and 8 show a preferred beamswitching device 70 and associated timing relationship diagrams. Since the beam switching device 70 will include first and second AOMs 72 and 74 positioned in optical series, the laser beam or laser pulse 76 will usually reflect the AOMs 72 and 74 without reflection. It passes through and ends as a laser beam 76A relative to the beam blocker 78. However, when the first RF driver 80 applies an about 6 watt 85 MHz RF signal to the first AOM 72, about 90% of the laser beam 76 is diffracted as the laser beam 76B, 10 % Will remain as laser beam 76A. Similarly, when the second RF driver 82 applies about 6 Watts of 85 MHz RF signal to the second AOM 74, about 90% of the laser beam 76 is diffracted as the laser beam 76C and 10% Remains as the laser beam 76A. In this embodiment, the laser beam 76 generating the laser is constantly moving at the desired pulse repetition rate.

빔 스위칭 디바이스(70)를 사용하는 경우, 어떤 셔터 또는 Q-스위치도 레이저 빔(76B 및 76C) 사이에서 스위칭되는 때, 시간 구간이 요구된다면 필요로 하지 않게 되는데, 이는 제 1 및 제 2 AOM(72 및 74)들 둘 다에 인가되는 RF 신호를 차폐해야만 할 필요가 있고, 이에 의해 빔 차단기(78)로 모든 레이저 빔(76)을 내보내기 때문이다. When using the beam switching device 70, when no shutter or Q-switch is switched between the laser beams 76B and 76C, it is not necessary if a time interval is required, which means that the first and second AOM ( It is necessary to shield the RF signal applied to both 72 and 74, thereby directing all laser beams 76 to beam blocker 78.

빔 스위칭 디바이스(70)는 이점일 있을 수 있는데, 이는 레이저의 일정한 작동이 레이저 출력의 열적 표류를 제거하기 때문이다. 더욱이, 도 3 및 도 4를 참조하여 기술된 펄스 선택 방법으로 AOM들(72 및 74)을 동작시킴으로써, 열적 부하 변화는 최소화될 것이며, 이에 의해 레이저 빔 위치결정 정확도를 증가시키게 된다. 각각의 제 1 및 제 2 AOM들(72 및 74)은 바람직하게는 플로리다주 멜번(melbourne)에 있는 NEOS 테크놀리지 주식회사에 의해 제조된 모델 N30085가 된다. 이 N30085 AOM은 2와트의 85 MHz RF 파워로 구동되는 경우 지정된 90% 회절 효율성을 갖는다. Beam switching device 70 may be advantageous because constant operation of the laser eliminates thermal drift of the laser output. Moreover, by operating the AOMs 72 and 74 with the pulse selection method described with reference to FIGS. 3 and 4, thermal load variations will be minimized, thereby increasing the laser beam positioning accuracy. Each of the first and second AOMs 72 and 74 is preferably model N30085 manufactured by NEOS Technology Inc., Melbourne, Florida. The N30085 AOM has a specified 90% diffraction efficiency when driven at 2 watts of 85 MHz RF power.

빔 스위칭 디바이스(70)의 다른 이점은 이 디바이스가 레이저 파워 제어 디바이스로서 동작하여, 일반적 레이저 기반 작업물 처리과정 시스템에서 별도의 레이저 파워 제어기에 대한 요구를 제거할 수 있다는 것이다. 파워 제어도 가능한데, 이는 AOM들(72 및 74)의 응답시간이 작업물에서의 단일 표적 장소의 처리과정 동안 레이저 빔(76B 및 76C)의 레이저 펄스 크기를 프로그래밍하기에 충분히 빠르기 때문이다. 일반적인 레이저 처리 응용은 시각-회로 보드에서 블라인드(blind) 비아 형상이며, 이 경우 형성된 비아의 저면에 레이저 빔이 도달하는 경우 레이저 펄스 에너지를 감소시키는 것이 종종 필요하다. Another advantage of the beam switching device 70 is that it can act as a laser power control device, eliminating the need for a separate laser power controller in a typical laser based workpiece processing system. Power control is also possible because the response times of the AOMs 72 and 74 are fast enough to program the laser pulse magnitudes of the laser beams 76B and 76C during the processing of a single target site in the workpiece. Typical laser processing applications are blind via shapes in visual-circuit boards, where it is often necessary to reduce the laser pulse energy when the laser beam reaches the bottom of the formed vias.

도 9 및 도 10은 각기 빔 스위칭 디바이스(70)를 사용하는 일반적인 작업물 처리과정 시스템(90) 및 관련된 동작 타이임 관계도를 보여준다. 레이저(92)와 가변 빔 확장기(94)는 빔 스위칭 디바이스(70)를 통하여 전파되는 레이저 빔(76)을 생성하기 위해 협동하며, 이 빔 스위칭 디바이스(70)는 도 7 및 8을 참조하여 기술된 바와 같이 동작하여 레이저 빔(76A, 76B 및 76C)을 생성한다. 레이저 빔(76A)은 빔 차단기(78)에서 끝난다. 레이저 빔(76B)은 선택적인 접이식 거울(96)에 의해 반사되어 제 1 XY 스캐너(98)에 의해 제 1 작업물(100)에 관한 표적 장소(1,2,3 및 4)로 향하게 된다. 동일하게, 레이저 빔(76C)은 선택적인 접이식 거울(102)에 의해 반사되어 제 XY 스캐너(104)에 의해 제 2 작업물(106)에 관한 표적 장소(1,2,3 및 4)로 향하게 된다. 제 1 및 제 2 XY 스캐너(98 및 104)는 각 제 1 및 제 2 X 위치결정 단(108 및 110) 상에 탑재되며, 제 1 및 제 2 작업물(100 및 106)은 Y 위치 결정 단(112)상에 탑재된다. 당업자라면 스캐너 및 작업물이 분리축으로 구성된 위치결정기 시스템 상에 탑재되지만, 그러나 평면 및 적층된 구성이 대안적으로 사용될 수도 있음을 이해할 것이다. 또한, 당업자라면 제 1 및 제 2 작업물에 대한 표적 장소가 공통 기판상이고/이거나 대응하는 표적 장소를 공유하지 못할 수 있음을 이해할 것이다. 9 and 10 show a general workpiece processing system 90 and associated operational tie relationship diagrams, each using a beam switching device 70. The laser 92 and the variable beam expander 94 cooperate to produce a laser beam 76 that propagates through the beam switching device 70, which beam switching device 70 is described with reference to FIGS. 7 and 8. And operate to produce laser beams 76A, 76B and 76C. The laser beam 76A ends at the beam blocker 78. The laser beam 76B is reflected by the optional collapsible mirror 96 and directed by the first XY scanner 98 to the target locations 1, 2, 3 and 4 relative to the first workpiece 100. Equally, the laser beam 76C is reflected by the optional collapsible mirror 102 and directed by the XY scanner 104 to the target locations 1, 2, 3 and 4 with respect to the second workpiece 106. do. The first and second XY scanners 98 and 104 are mounted on the first and second X positioning stages 108 and 110, respectively, and the first and second workpieces 100 and 106 are Y positioning stages. It is mounted on 112. Those skilled in the art will appreciate that the scanner and workpiece are mounted on a positioner system configured with separate axes, but planar and stacked configurations may alternatively be used. In addition, those skilled in the art will appreciate that the target sites for the first and second workpieces may be on a common substrate and / or may not share corresponding target sites.

도 10은 작업물(100)에 관한 표적 장소(1)를 처리(드릴링)하는 레이저 빔(76B)을 보여주는 반면에, 제 2 XY 스캐너(104)는 레이저 빔(76C)의 위치를 작업물(106)에 관한 표적 장소(1)로 이동시키는 중이다. 레이저 빔(76C)이 작업물(106)에 관한 표적 장소(1)를 처리하고 있는 중인 경우, 제 1 XY 스캐너(98)는 레이저 빔(76B)의 위치를 작업물(100)에 관한 표적 장소(2)로 이동시키는 중이다. 이러한 프로세스는 표적 장소(2,3 및 4)에 대하여 계속 진행되어 작업물(106)에 관한 표적 장소(4)의 처리과정이 완성되며, 이때에 제 1 및 제 2 X 위치결정 단(108 및 110) 및 Y 위치결정 단(112)은 각 작업물(100 및 106)의 표적 장소(5,6,7 및 8)에 대하여 제 1 및 제 2 XY 스캐너(98 및 104)를 위치시키기 위해 장거리 이동을 실행한다. X 및 Y 선형 위치결정 단은 XY 스캐너와 협력하여 일정한 모션으로 동작한다. 본 발명과의 사용을 위해 적합한 위치결정 시스템이 본 특허 출원의 양수인에 양도된 미국 특허 제 5,751,585 호의 "HIGH SPEED, HIGH ACCURACY MULTI-STAGE TOOL POSITIONING SYSTEM"에 기술된다. FIG. 10 shows a laser beam 76B for processing (drilling) the target location 1 relative to the workpiece 100, while the second XY scanner 104 determines the position of the laser beam 76C. Moving to target location 1 on 106. When the laser beam 76C is processing the target location 1 with respect to the workpiece 106, the first XY scanner 98 sets the position of the laser beam 76B with the target location with respect to the workpiece 100. Moving to (2). This process continues with respect to the target locations 2, 3 and 4 to complete the processing of the target location 4 relative to the workpiece 106, at which time the first and second X positioning stages 108 and 110 and Y positioning stage 112 are used to position the first and second XY scanners 98 and 104 relative to the target locations 5, 6, 7, and 8 of the respective workpieces 100 and 106. Run the move. The X and Y linear positioning stages work in constant motion in cooperation with the XY scanner. Positioning systems suitable for use with the present invention are described in "HIGH SPEED, HIGH ACCURACY MULTI-STAGE TOOL POSITIONING SYSTEM" of US Pat. No. 5,751,585 assigned to the assignee of this patent application.

도 11a는 레이저 빔(76B 및 76C) 둘 다를 광학적으로 처리하기 위한 공통 모듈 이미지화 광학 조립체(122) 및 가변 빔 확장기(94)를 사용하는 본 발명의 작업물 처리과정 시스템(120)을 보여준다. 본 실시예에서, 레이저(92) 및 선택적인 고정 빔 확장기(124)는 협력하여 빔 스위칭 디바이스(70)를 통하여 전파되는 레이저 빔(76)을 생성하며, 이 빔 스위칭 디바이스(70)는 도 7 및 8을 참조하여 기술된 바와 같이 동작하여 레이저 빔(76A, 76B 및 76C)을 생성한다. 레이저 빔(76B 및 76C)은 별도의 전파 경로 부분을 따라 전파된다. 제 1 방향전환 거울(126)은 레이저 빔(76B)을 반파장판(half-wave plate)(128)을 통과하도록 하며, 이 반파장판(128)은 레이저 빔(76B)의 편광 상태를 레이저 빔(76C)의 편광 상태에 대하여 90도까지 변화시킨다. 이 90도 위상-변환된 레이저 빔(76B))은 제 2 방향전환 거울(130)에 의해 편광 빔 결합기(132)로 향하게 된다. 레이저 빔(76C)은 제 3 방향전환 거울(134)에 의해 편광 빔 결합기(132)로 향하게 되며, 이 결합기는 레이저 빔(76B 및 76C)이 전파되는 별도의 경로 부분을 공통 전파 경로로 결합한다. 레이저 빔(76B 및 76C)은 공통 레이저 빔(76D)으로 병합하며, 이 공통 레이저 빔은 이미지화 광학 조립체(122) 및 선택적인 가변 확장기(94)를 통과하여 공통 경로 부분을 따라 전파하여 편광 빔 분리기(136)로 전파된다. 제 2 편광 빔 분리기(136)는 공통 레이저 빔(76D)을 레이저 빔(76B 및 76C)으로 분리한다. 레이저 빔(76B)은 제 4 방향전환 거울(138)에 의해, 예를 들면 제 1 XY 스캐너(98)로 향하게 된다; 레이저 빔(76C)은, 예를 들면 제 2 XY 스캐너(104)로 향하게 된다. FIG. 11A shows the workpiece processing system 120 of the present invention using a common module imaging optical assembly 122 and a variable beam expander 94 for optically processing both laser beams 76B and 76C. In this embodiment, the laser 92 and optional fixed beam expander 124 cooperate to produce a laser beam 76 propagating through the beam switching device 70, which is shown in FIG. 7. And operate as described with reference to 8 to generate laser beams 76A, 76B and 76C. Laser beams 76B and 76C propagate along separate propagation path portions. The first turning mirror 126 allows the laser beam 76B to pass through a half-wave plate 128, and the half-wave plate 128 converts the polarization state of the laser beam 76B into a laser beam ( It changes to 90 degrees with respect to the polarization state of 76C). This 90 degree phase-converted laser beam 76B is directed to the polarizing beam combiner 132 by the second turning mirror 130. The laser beam 76C is directed to the polarization beam combiner 132 by a third turning mirror 134, which combines the separate path portions through which the laser beams 76B and 76C propagate into a common propagation path. . The laser beams 76B and 76C merge into a common laser beam 76D, which passes through an imaging optical assembly 122 and an optional variable expander 94 and propagates along a common path portion to polarize beam splitters. Propagated to 136. The second polarization beam splitter 136 splits the common laser beam 76D into laser beams 76B and 76C. The laser beam 76B is directed by the fourth turning mirror 138, for example to the first XY scanner 98; The laser beam 76C is directed to the second XY scanner 104, for example.

빔 확장기(124)는 광 에너지의 가우시안 공간 분포의 형태로 레이저 빔(76B 및 76C)의 형상을 정한다. 이미지화 광학 조립체(122)는 레이저(76B 및 76C)의 가우시안 공간 분포를 형상화하게 되므로 XY 스캐너(98 및 104)로의 배달을 위한 균일한 공간 분포의 출력 빔을 형성한다. 선호되는 이미지화 광학 조립체는 미국 특허 제 5,864,430 호에 기술된 바와 같은 회절 가능한 빔 형상화기(shaper) 타입이다. Beam expander 124 shapes the laser beams 76B and 76C in the form of a Gaussian spatial distribution of light energy. Imaging optical assembly 122 shapes the Gaussian spatial distributions of lasers 76B and 76C to form an output beam of uniform spatial distribution for delivery to XY scanners 98 and 104. Preferred imaging optical assemblies are of the diffractive beam shaper type as described in US Pat. No. 5,864,430.

도 11b는 대안적인 작업물 처리과정 시스템(120')을 보여주며, 이 경우 빔 스위칭 디바이스(70)는 제거되고 레이저 빔(76B 및 76C)은 각기 별도의 레이저 소 스(92b 및 92c)로부터 전파한다. 레이저 빔(76B)의 크기는 빔 확장기(124b)에 의해 정해지며, 레이저 빔(76C)의 크기는 빔 확장기(124c)에 의해 정해진다. 별도 레이저 소스(92b 및 92c)의 사용은 하나 이상의 방향전환 거울(126, 130 및 134)이 도 11b에 도시된 바와 같이, 제거될 수 있는 광학적인 콤포넌트 구성을 돕는다. 11B shows an alternative workpiece processing system 120 ′ in which the beam switching device 70 is removed and the laser beams 76B and 76C propagate from separate laser sources 92b and 92c, respectively. do. The size of the laser beam 76B is determined by the beam expander 124b, and the size of the laser beam 76C is determined by the beam expander 124c. The use of separate laser sources 92b and 92c aids in the construction of optical components in which one or more turning mirrors 126, 130 and 134 can be removed, as shown in FIG. 11B.

작업물 처리과정 시스템(120 및 120')의 각각은 유리할 수 있는데, 이는 단지 하나의 값비싼 빔 이미징 광학 세트가 요구되기 때문이다. 더욱이, 작업물 처리과정 시스템(120)의 경우, 빔 스위칭 디바이스(70)의 사용은 더 작은 광학적인 콤포넌트와의 구현을 허용하는데, 이는 스위칭이 다운스트림식 스위칭 콤포넌트에서 발견되는 것보다 더 작은 빔 폭으로 성취되기 때문이다. Each of the workpiece processing systems 120 and 120 'may be advantageous because only one expensive set of beam imaging optics is required. Moreover, in the case of the workpiece processing system 120, the use of the beam switching device 70 allows implementation with smaller optical components, which means that the switching is smaller than that found in downstream switching components. Because it is accomplished by breadth.

도 12는 제 1 및 제 2 XY 빔 스캐닝 헤드(98 및 104) 사이의 레이저 빔(146)의 스위칭을 구현하기 위해 고속 EOM(142) 및 편광 빔 분리기(144)를 사용하는 본 발명의 다른 대안적인 작업물 처리과정 시스템(140)을 보여준다. 작업물 처리과정 시스템(140)에서, 레이저(92)는 레이저 빔(146)을 방출하며, 이 레이저 빔은 투과하여 전파하여 광학 모듈(148)과 레이저 파워 제어기(150)에 의해 광학적으로 처리된다. 레이저 빔(146)은 레이저 파워 제어기(150)를 벗어나서 고속 EOM(142)으로 진입하며, 이는 교대로 레이저 빔(146)을 각각 비회전-편광 및 회전-편광 레이저 빔(146U 및 146R)으로 편광한다. 편광 빔 분리기(144)는 비회전 레이저 빔(146U)을 받아들여 이를 방향전환 거울(152)에 따라 제 1 XY 스캐닝 헤드(98)로 향하게 한다. 편광 빔 분리기(144)는 회전된 레이저 빔(146R)을 받아들여 이를 제 2 XY 스캐닝 헤드(104)로 향하게 한다. 12 illustrates another alternative of the present invention using a fast EOM 142 and a polarizing beam splitter 144 to implement switching of the laser beam 146 between the first and second XY beam scanning heads 98 and 104. Shows a typical workpiece processing system 140. In the workpiece processing system 140, the laser 92 emits a laser beam 146, which is transmitted and propagated and optically processed by the optical module 148 and the laser power controller 150. . The laser beam 146 exits the laser power controller 150 and enters the high speed EOM 142, which in turn polarizes the laser beam 146 into non-rotating-polarized and rotating-polarized laser beams 146U and 146R, respectively. do. The polarizing beam splitter 144 receives the non-rotating laser beam 146U and directs it to the first XY scanning head 98 according to the turning mirror 152. The polarization beam splitter 144 receives the rotated laser beam 146R and directs it to the second XY scanning head 104.

작업물 처리과정 시스템(140)의 단점은 현재의 실제 EOM들이 레이저 펄스 반복율에서 제한되고 자외선 레이저 빔 파워의 높은 양을 잘 견딜 수 없다는 점이다. 다른 취약점은 불필요하게 된 레이저 빔 에너지의 버리기(dumping)는 레이저(92)의 공동 내부에 위치하는 Q-스위치에 의한 경우와 같이, 레이저(92)를 차단 또는 오프시키는 것을 필요로 한다는 점이다. A disadvantage of the workpiece processing system 140 is that current actual EOMs are limited in laser pulse repetition rate and cannot withstand high amounts of ultraviolet laser beam power. Another vulnerability is that dumping of the unnecessary laser beam energy requires shutting off or turning off the laser 92, such as with a Q-switch located inside the cavity of the laser 92.

다른 한편, 작업물 처리과정 시스템(140)은 유리한 점이 있는데, 이는 도 7을 참조하여 기술된 복식 AOM 빔 스위칭 디아비스(70)보다 더 간단하고 레이저 빔(146U 및 146R)으로서 표적 장소에 충돌하기 위해 레이저 빔(146)에서 모든 파워를 실질적으로 허용하는 고 소멸비(extinguishing ratio)를 갖기 때문이다. The workpiece processing system 140, on the other hand, is advantageous, which is simpler than the double AOM beam switching diabis 70 described with reference to FIG. 7 and collides with the target site as the laser beams 146U and 146R. This is because the laser beam 146 has a high extinguishing ratio that allows substantially all the power.

도 13은 레이저(212)가 교호(交互)하는 제 1 및 제 2 경로(218 및 220)를 따라 고속 조정 거울("FSM": Fast Steering Mirror)에 의해 편향된 레이저 빔(214)을 방출하는 레이저 빔 스위칭 시스템(210)의 대안적인 실시예를 보여준다. FSM(216)은 바람직하게는 전압을 각도 변위로 변환하는 물질에 의해 제어되는 편향각을 가지는 거울을 사용한다. FSM(216)은 검류계로 구동된 회전 거울에 유사하게 작동하나, 그러나 검류계보다 10배까지 빠른 각속도로 그리고 약 5 밀리 라디안까지인 각 편향 범위(222)에 걸쳐 각속도로 동작한다. 이러한 제한된 각도 편향 범위를 가지는 일반적인 레이저 빔 직경을 편향시키는 것은 바람직하게는 약 10 밀리미터의 충분한 거리(226) 만큼 제 1 및 제 2 빔 경로(218 및 220)를 분리하기 위해 바람직하게는 충분히 긴 약 1 미터가 되는 경로 길이(224)를 필요로 하게 되며, 이 경로 길이(224)는 각각의 제 1 및 제 2 방향 전환 거울(230 및 232)에 의한 반사를 위한 제 1 및 제 2 빔 경로(218 및 220)를 추가로 분리하고 관련된 레이저 빔 스캐닝 헤드(미도시)에 향하게 하는 HR 코팅된 직각형 프리즘(228)을 이들 경로 사이에 삽입함으로써 된다. 이전의 임의의 빔 확장기와 같고, 직경이 최소인 장소에서 스위칭 레이저 빔(214)은 직각형 프리즘(228)에 의해 반사되는 제 1 및 제 2 경로(218 및 220)를 충분히 분리하기 위해 필요한 경로 길이(224)를 최소화할 것이다. FIG. 13 shows a laser that emits a laser beam 214 deflected by a fast steering mirror (“FSM”) along the first and second paths 218 and 220 that the laser 212 alternates. An alternative embodiment of the beam switching system 210 is shown. The FSM 216 preferably uses a mirror having a deflection angle controlled by a material that converts the voltage into angular displacement. FSM 216 operates similarly to galvanometer driven rotating mirrors, but at angular speeds up to 10 times faster than galvanometers and at angular speeds over each deflection range 222 up to about 5 milli radians. Deflecting a general laser beam diameter having this limited angular deflection range is preferably about long enough to separate the first and second beam paths 218 and 220 by a sufficient distance 226 of about 10 millimeters. It will require a path length 224 equal to 1 meter, which is the first and second beam paths for reflection by the first and second turning mirrors 230 and 232, respectively. By separating the 218 and 220 further and inserting an HR coated right angle prism 228 between these paths that is directed to the associated laser beam scanning head (not shown). As with any previous beam expander, where the diameter is the smallest, the switching laser beam 214 is necessary to sufficiently separate the first and second paths 218 and 220 reflected by the rectangular prism 228. Length 224 will be minimized.

FSM(216)는 3개 이상의 위치로의 레이저 빔(214) 스위칭을 추가로 제공할 수 있는 2-축 디바이스일 수 있다. 예를 들면, 레이저 빔(214)은 도 9 및 도 10을 참조하여 기술된 바와 같이 장거리 이동 동안 빔 차단기로 향할 수 있으므로 레이저(21)에서 일정한 열적 조건을 유지하며 듀티 사이클에 관련된 레이저 빔 파워 안정성 문제를 최소화한다. The FSM 216 may be a two-axis device that may further provide for switching the laser beam 214 to three or more positions. For example, the laser beam 214 may be directed to the beam blocker during long-distance travel as described with reference to FIGS. 9 and 10, thus maintaining a constant thermal condition in the laser 21 and related to the laser beam power stability Minimize the problem.

이동시간이 3ms 이상이고 작업물 처리과정 시간 및 레이저 빔 스위칭 시간이 1.0ms미만이라면, 레이저 빔 스위칭 시스템(210)은 2개의 레이저 시스템으로서 동일한 작업물 처리과정의 처리량을 가지는 단일 레이저 작업물 처리과정 시스템의 구현을 허용한다. If the travel time is 3 ms or more and the workpiece processing time and the laser beam switching time are less than 1.0 ms, the laser beam switching system 210 is a two laser system and has a single laser workpiece processing process having the same workpiece processing throughput. Allow implementation of the system.

레이저 빔 스위칭 시스템(210)은 유리한 점이 있는데, 이는 단일 레이저 및 관련된 광학의 사용이 20% 내지 40% 까지 감소시키기 때문이며, 이는 2개의 레이저 시스템과 비교되는 바와 같이, 필요한 레이저 타입에 의존한다. The laser beam switching system 210 is advantageous because the use of a single laser and associated optics is reduced by 20% to 40%, depending on the type of laser required, as compared to the two laser systems.

도 14는 대안적으로 또는 동시적으로 편광 상태 변조된 광 방출 펄스의 2개 출력 빔을 선택적으로 제공하는 내부 공동 광 빔 멀티플렉싱을 구현하기 위해 구성 되는 레이저 시스템(300)을 보여준다. 레이저 시스템(300)은 이득, 즉 레이저 발광(lasing) 매체(304)가 Q-스위치(308)와 가변 광학 지연자(310) 사이의 빔 경로(306)를 따라 위치되는 레이저 공진기(302)를 포함한다. 레이저 발광 매체(304)와 광학적으로 연결되는 펌핑 소스(312)는 레이저 발광 매체(304)의 레이저 발광 이득을 시뮬레이션하기 위해 광펌핑을 제공한다. 다이오드 레이저가 선호되는 펌핑 소스(312)이다. 빔 조정 거울(322 및 324)은 레이저 공진기(302)와 가변 광학 지연자(310) 사이의 빔 경로(306)의 부분을 따라 레이저 공진기(302)에서 형성된 레이저 빔의 전파 방향을 안내한다. 광 편광 빔 분리기(302)는 가변 광학 지연자(310)의 출력(328)에 위치한다. 레이저 공진기(326)는 효과적으로 2개의 레이저 공동을 확립하는데, 이중 첫 번째는 제 1 출력 빔이 전파되어오는 제 1 출력 커플러(334)의 내부 공동 이색성 거울 표면(332)과 후면 거울(330)에 의해 정의되며, 이중 두 번째는 제 2 출력 빔이 전파되어 오는 제 2 출력 커플러(338)의 내부 공동 이색성 거울 표면(336)과 후면 거울(330)에 의해 정의된다. 이색성 거울 표면(332 및 336)은 광 편광 빔 분리기(326)의 각각의 출력(340 및 342)으로부터 전파하는 입사광을 받는다. 양쪽 출력 빔은 레이저 발광(lasing) 매체(304)에 의해 확립된 기본 파장이다. FIG. 14 shows a laser system 300 that is configured to implement internal cavity light beam multiplexing that selectively or alternatively provides two output beams of polarization state modulated light emission pulses. The laser system 300 provides a gain, i.e. a laser resonator 302, in which a laser laminating medium 304 is located along the beam path 306 between the Q-switch 308 and the variable optical retarder 310. Include. Pumping source 312 optically connected with laser light emitting medium 304 provides light pumping to simulate the laser light emitting gain of laser light emitting medium 304. Diode lasers are the preferred pumping source 312. The beam steering mirrors 322 and 324 guide the propagation direction of the laser beam formed in the laser resonator 302 along the portion of the beam path 306 between the laser resonator 302 and the variable optical retarder 310. The optical polarization beam splitter 302 is located at the output 328 of the variable optical retarder 310. The laser resonator 326 effectively establishes two laser cavities, the first of which is the internal cavity dichroic mirror surface 332 and rear mirror 330 of the first output coupler 334 through which the first output beam is propagated. The second of which is defined by the internal cavity dichroic mirror surface 336 and rear mirror 330 of the second output coupler 338 through which the second output beam is propagated. Dichroic mirror surfaces 332 and 336 receive incident light propagating from their respective outputs 340 and 342 of optical polarization beam splitter 326. Both output beams are the fundamental wavelengths established by the laser lasing medium 304.

Q-스위치(308)는 레이저 공진기(302)의 고 및 저 Q 상태를 선택적으로 생성함으로써 인가된 Q-스위치 구동 신호(344)에 응답하여 레이저 공진기(302)의 Q값을 변화시킨다. 고 Q 상태는 복수의 시간 변위 광 펄스의 생성을 야기시키며, 저 Q 상태는 무 또는 아주 낮은 세기의 잉여 광펄스의 생성을 야기시킨다. The Q-switch 308 changes the Q value of the laser resonator 302 in response to the applied Q-switch drive signal 344 by selectively generating the high and low Q states of the laser resonator 302. The high Q state results in the generation of a plurality of time-displaced light pulses, and the low Q state results in the generation of redundant or very low intensity light pulses.

레이저 시스템(300)은 레이저 공동으로부터 출력빔이 추출되는 경우조차 레이저 공진기(302)에서 발진(oscillation)을 유지하도록 구성된다. 만일 레이저 발광 매체(304)가 Nd:YAG와 같은 균등성(isotropic) 타입이라면, 레이저 공진기(302)의 발진은 가변 광학 지연자(310)가 90도 만큼 편광 상태를 변화시키도록 하는 경우조차 유지된다. 만일 레이저 발광 매체(304)는 YLF 또는 YV04(바나듐산염(vanadate))와 같은 이방성(anisotropic) 타입이라면, 2개의 직교 편광 상태의 이득은 다르게 되며, 이에 의해 안정한 발진의 유지를 위태롭게 한다. 이방성 레이저 발광 매체와 동작하기 위해, 동일한 타입의 제 2 레이저 발광 매체(304a)(일점 쇄선으로 도시됨)가 레이저 발광 매체(304)에 대하여 직교 방향에서 레이저 공진기(302)에 도입되므로, 2개의 직교 편광 상태는 공동 이득에 영향을 미치지 않게 된다. The laser system 300 is configured to maintain oscillation in the laser resonator 302 even when the output beam is extracted from the laser cavity. If the laser light emitting medium 304 is of an isotropic type such as Nd: YAG, the oscillation of the laser resonator 302 is maintained even if the variable optical retarder 310 changes the polarization state by 90 degrees. . If the laser light emitting medium 304 is of anisotropic type such as YLF or YV0 4 (vanadate), the gain of the two orthogonal polarization states are different, thereby jeopardizing the maintenance of stable oscillation. In order to operate with the anisotropic laser light emitting medium, the same type of second laser light emitting medium 304a (shown by dashed dashed line) is introduced into the laser resonator 302 in the direction orthogonal to the laser light emitting medium 304, so that the two The orthogonal polarization state does not affect the cavity gain.

가변 광학 지연자(310)의 동작은 출력 커플러(334 및 338)로부터 전파되는 제 1 및 제 2 출력 빔의 생성을 결정한다. 가변 광학 지연자(310)에 인가된 구동 신호(346)가 입사광에 대해 1/4 파 지연을 나누어 주도록 이 빔을 야기시킬때마다, 출력(328)으로부터 전파되는 원형 편광은 편광 빔 분리기(326)에 의해 이색성 거울 표면(332 및 336)으로 향하고, 이후 출력 커플러(334 및 338)로부터 기본 파장의 별도 빔 성분으로서 동시에 나간다. 가변 광학 지연자(310)에 인가된 구동 신호(346)가 입사광에 대해 교대로 제로 및 1/2 파 지연(또는 유사한 복수의 1/2 파 지연)을 나누어 주도록 이 빔을 야기시킬때마다, 출력(328)으로부터 전파되는 선형 적인 편광 빔은 편광 빔 분리기(326)에 의해 이색성 거울 표면(332 및 336)으로 향하고, 이후 출력 커플러(334 및 338)로부터 교대로 나간다. 위에 기술된 구동 신호(346)의 다양한 상태는, 레이저 공진기(302)가 균등성 타입의 레이저 발광 매체(304) 또는 이방성 타입의 레이저 발광 매체(304 및 304a)를 포함하는 지에 상관없이, 레이저 공진기에 적용가능하다. 구동 신호(346)는 처리과정 시스템에 존재하는 도구 경로 파일(tool path file)로부터 유도된 정보를 나타내며, 펄스 생성기(미도시)에 의해 펄스화된 파형으로서 가변 광학 지연기(310)로 전달된다. Operation of the variable optical retarder 310 determines the generation of the first and second output beams propagating from the output couplers 334 and 338. Whenever the drive signal 346 applied to the variable optical retarder 310 causes this beam to divide the quarter wave delay with respect to the incident light, the circularly polarized light propagating from the output 328 is the polarization beam splitter 326. ) To dichroic mirror surfaces 332 and 336 and then simultaneously exit from output couplers 334 and 338 as separate beam components of the fundamental wavelength. Each time the drive signal 346 applied to the variable optical retarder 310 causes this beam to divide the zero and half wave delays (or similar plurality of half wave delays) alternately with respect to the incident light, The linearly polarized beam propagating from the output 328 is directed by the polarizing beam splitter 326 to the dichroic mirror surfaces 332 and 336 and then alternately exits from the output coupler 334 and 338. The various states of the drive signal 346 described above are applied to the laser resonator regardless of whether the laser resonator 302 includes the uniform type laser emitting medium 304 or the anisotropic type laser emitting medium 304 and 304a. Applicable. The drive signal 346 represents information derived from a tool path file present in the processing system and is transmitted to the variable optical retarder 310 as a pulsed waveform by a pulse generator (not shown). .

기본파가 출력 커플러(334 및 338)의 양쪽 또는 한쪽을 벗어나는 지에 의존해서 레이저 공진기(302)에서 상이한 결합(coupling) 손실이 있다. 만일 결합값이 너무 크고 기본파가 출력 커플러(334 및 338) 양쪽 다를 동시에 벗어난다면, 레이저 공진기(302)는 발진을 생성하지 않을 것이다. 따라서, 연결값의 적절한 선택은 유지되는 발진에 기여하는 중요한 요인이 된다. There are different coupling losses in the laser resonator 302 depending on whether the fundamental wave deviates from both or one side of the output couplers 334 and 338. If the combined value is too large and the fundamental wave leaves both output couplers 334 and 338 simultaneously, the laser resonator 302 will not generate an oscillation. Therefore, the proper choice of connection value is an important factor contributing to the sustained oscillation.

당업자라면 출력 커플러(334 및 338)의 출력단에, 제 2 고조파 생성기, 제 3 고조파 생성기 또는 둘 다로서 기능하는 비선형 크리스탈의 배치는 교호 또는 동시 스위칭 수용력에서 자외선 광 빔(적외선 기본파)을 생성함을 이해할 것이다. Those skilled in the art, at the output of output couplers 334 and 338, the placement of nonlinear crystals that function as second harmonic generators, third harmonic generators, or both, produce an ultraviolet light beam (infrared fundamental wave) at alternating or simultaneous switching capacity. Will understand.

도 15는 편광 상태로 변조된 광 방출 펄스의 2개의 제 3 고조파 광 출력 빔을 동시에 제공하는 내부 공동 광 멀티플렉싱을 구현하기 위해 구성된 레이저 시스템(400)을 보여준다. 레이저 시스템(400)은 레이저 시스템(400)의 레이저 공진기가 추가된 고조파 주파수 생성 및 고정 광학 지연 디바이스, 빔 조정 미러(322 및 324)를 위한 대체로서 빔 덤프 이색성 거울, 및 출력 커플러(334 및 338)의 다르게 특징화된 이색성 표면을 포함한다는 점에서 있어 레이저 시스템(300)과 다르다. 레이저 시스템(300)의 콤포넌트와 대응하는 레이저 시스템(400)의 콤포넌트는 프라임 부호(')에 따른 동일한 참조 기호에 의해 동일화된다. FIG. 15 shows a laser system 400 configured to implement internal cavity optical multiplexing simultaneously providing two third harmonic light output beams of light emitting pulses modulated with polarization. The laser system 400 includes a harmonic frequency generation and fixed optical delay device with added laser resonator of the laser system 400, a beam dump dichroic mirror as a replacement for beam steering mirrors 322 and 324, and an output coupler 334 and It differs from laser system 300 in that it includes the differently characterized dichroic surface of 338. The components of the laser system 400 corresponding to the components of the laser system 300 are identified by the same reference symbol according to the prime sign '.

레이저 공진기(302')는 2개의 레이저 공동을 효과적으로 확립하는데, 이중 첫 번째는 제 1 출력 커플러(334')의 이색성 거울 표면(332')과 후면 거울(330')에 의해 정의되며, 이중 두 번째는 제 2 출력 커플러(338')의 이색성 거울 표면(336')과 후면 거울(330')에 의해 정의된다. 거울 표면(332' 및 336')은 기본 주파수에 대응하는 파장을 반사하고 이후 레이저 발광 매체(304')에 의해 확립된 기본 주파수의 제 3 고조파에 대응하는 파장을 전송한다. 레이저 공진기(302')는 광학 지연 디바이스, 즉 파장판(waveplate)(402'), 제 3 고조파 생성기(404)로서 기능하는 비선형 크리스탈, 및 제 2 고조파 생성기(406)로서 기능하는 비선형 크리스탈을 포함하며, 이 들 모두는 가변 광학 지연자(310') 및 빔 덤프 이색성 쌍 거울(408) 사이에 놓이게 된다. 빔 덤프 이색성 쌍 거울(408)의 각 구성원은 제 2 및 제 3 고조파 주파수의 광을 전송하고 기본 주파수에 대응하는 대략 1μm(IR) 파장으로 레이저 공진기(302')의 이득값을 유지하도록 기본 주파수의 광을 반사하며, 이 기본 주파수에서 Q-스위치(308') 및 레이저 발광 매체(304')가 동작한다. The laser resonator 302 'effectively establishes two laser cavities, the first of which is defined by the dichroic mirror surface 332' and the rear mirror 330 'of the first output coupler 334'. The second is defined by the dichroic mirror surface 336 'and the rear mirror 330' of the second output coupler 338 '. Mirror surfaces 332 'and 336' reflect the wavelength corresponding to the fundamental frequency and then transmit a wavelength corresponding to the third harmonic of the fundamental frequency established by laser light emitting medium 304 '. The laser resonator 302 'includes an optical retardation device, that is, a waveplate 402', a nonlinear crystal functioning as the third harmonic generator 404, and a nonlinear crystal functioning as the second harmonic generator 406. All of which are placed between the variable optical retarder 310 ′ and the beam dump dichroic pair mirror 408. Each member of the beam dump dichroic pair mirror 408 transmits light at the second and third harmonic frequencies and maintains the gain value of the laser resonator 302 'at approximately 1 μm (IR) wavelength corresponding to the fundamental frequency. Reflects light at a frequency, at which the Q-switch 308 'and the laser emitting medium 304' operate.

파장판(402) 및 고조파 생성기(404 및 406)와 협력하여, 가변 광학 지연자(310')의 동작은 출력 커플러(334' 및 338')로부터 2개의 별도 빔 콤포넌트로서 전파하는 제 3 (UV) 고조파 빔의 생성 및 기본 빔을 레이저 공진기(302')에서 발진을 유지하도록 레이저 발광 매체(304')에 기본 (IR)빔의 반환을 결정한다. 도 15의 실시예에서, 제 3 고조파 생성기(404) 및 제 2 고조파 생성기(406)는 LBO 크리스탈로 이루어지며, 이는 제 2 및 제 3 고조파 생성 프로세스의 각각에 대하여 다르게 절단된다. 제 2 고조파 생성기(406)를 위한 타입-I 프로세스의 경우, 제 2 고조파 생성기(406)를 벗어나는 레이저 빔은 직교 편광 상태를 가지는 기본파 및 제 2 고조파가 된다. 제 2 고조파 생성기(406)를 벗어나고 제 3 고조파 생성기(404)에 입사하는 레이저 빔은 비균일하게 배향된 편광 상태를 가지는 기본파 및 제 3 고조파로서 제 3 고조파 생성기를 벗어나다. In cooperation with the waveplate 402 and harmonic generators 404 and 406, the operation of the variable optical retarder 310 'is propagated from the output coupler 334' and 338 'as a third (UV) component that propagates as two separate beam components. ) Determine the generation of the harmonic beam and the return of the fundamental (IR) beam to the laser emitting medium 304 'to maintain the fundamental beam oscillating in the laser resonator 302'. In the embodiment of FIG. 15, the third harmonic generator 404 and the second harmonic generator 406 are made of LBO crystals, which are cut differently for each of the second and third harmonic generation processes. For the Type-I process for the second harmonic generator 406, the laser beam leaving the second harmonic generator 406 becomes fundamental and second harmonics having an orthogonal polarization state. The laser beam that exits the second harmonic generator 406 and enters the third harmonic generator 404 exits the third harmonic generator as the fundamental and third harmonics having a non-uniformly oriented polarization state.

기본파를 레이저 발광 매체(304')로 반환하고 이에 의해 레이저 공진기(302') 내에 기본적인 파 발진을 유지시키는 것을 성취하기 위해, 파장판(402)은 그 자체로 광학축이 적절하게 설정되어, 1/4 파장만큼의 기본파 및 각 통과에 대하여 1 파장만큼의 제 3 고조파를 지연시키는 타입이 된다. 그러므로, 파장판(402)은 원형 편광을 파장판(402)으로부터 빔 분리기(326')쪽 방향으로 전파하는 기본파로 나누고 제 3 고조파의 편광 상태에 영향을 미치지 않는다. 가변 광학 지연자(310')의 동작은 출력 커플러(334' 및 338')로부터 전파되는 제 1 및 제 2 출력 빔의 생성을 결정한다. 기본파로의 1/4 파장 지연 및 제 3 고조파로의 3/4 파장 지연을 명목상으로 나누어 주는 가변 광학 지연자(310')에 구동 신호(346')를 인가하는 것은 파장판(402)상에 기본파의 입사 전에 확립된 원래의 선형으로 편광된 상태에 대하여 90도까지 회전된 선형적으로 편광된 파로 원형 편광 기본파를 변환한다. 가변 광학 지연자(310')로부터 전파되는 선형적으로 편광된 기본파는 편광 빔 분리기(326')의 방향에 의존하여 이색성 표면(332' 및 336') 중 하나에 입사되어, 이후 가변 광학 지연자(310')으로 다시 전파한다. 가변 광학 지연자(310')를 통하는 반환 통로는 선형적으로 편광된 기본파를 원형적으로 편광된 기본파로 변환하며, 이후 파장판(402)을 통하는 반사 통로는 원형적으로 편광된 기본파를 원래 기본파의 방향과 동일한 방향으로 향하는 선형적으로 편광된 기본파로 변환한다. 이후, 선형적으로 편광된 기본파는 추가 발진을 위하여 레이저 발광 매체(304')에 반환된다. 편광 빔 분리기(326') 및 각각의 출력 커플러(334' 및 338') 사이의 거리는 반환 빔의 편광 상태가 필수적으로 완전히 원형으로 편광된 빔을 형성하기 위해 결합되도록 정해진다. In order to achieve the return of the fundamental wave to the laser emitting medium 304 'and thereby to maintain the fundamental wave oscillation in the laser resonator 302', the wavelength plate 402 is itself properly set with an optical axis, It becomes the type which delays the fundamental wave by 1/4 wavelength and the 3rd harmonic by one wavelength with respect to each pass. Therefore, the wave plate 402 divides the circularly polarized light into fundamental waves propagating from the wave plate 402 toward the beam separator 326 'and does not affect the polarization state of the third harmonic. The operation of the variable optical retarder 310 'determines the generation of the first and second output beams propagating from the output couplers 334' and 338 '. The application of the drive signal 346 'to the variable optical retarder 310' nominally dividing the quarter wavelength delay of the fundamental wave and the three quarter wavelength delay of the third harmonic is on the wavelength plate 402. The circularly polarized fundamental wave is converted into a linearly polarized wave rotated by 90 degrees with respect to the original linearly polarized state established prior to the incidence of the fundamental wave. The linearly polarized fundamental wave propagating from the variable optical retarder 310 'is incident on one of the dichroic surfaces 332' and 336 'depending on the direction of the polarizing beam splitter 326' and then the variable optical delay Propagation back to the ruler 310 '. The return path through the variable optical retarder 310 'converts the linearly polarized fundamental wave into a circularly polarized fundamental wave, and then the reflection path through the wavelength plate 402 converts the circularly polarized fundamental wave. It converts the linearly polarized fundamental wave toward the same direction as the original fundamental wave. The linearly polarized fundamental wave is then returned to the laser emitting medium 304 'for further oscillation. The distance between the polarizing beam splitter 326 'and the respective output coupler 334' and 338 'is such that the polarization state of the return beam is essentially combined to form a fully circularly polarized beam.

출력 커플러(334' 및 338')를 통하는 2개의 별도 제 3 고조파 빔 성분의 전파를 달성하기 위하여, 가변 광학 지연자(310')에 대한 제 1 입사에서의 제 3 고조파는 원형으로 편광된 상태로 변환되며, 반면에 기본파는 1/4 파 지연을 겪게 된다. 원형으로 편광된 제 3 고조파는 편광 빔 분리기(326')상에 입사되며, 이 분리기는 제 3 고조파를 2개의 원형적으로 편광된 빔 성분으로 분리하며, 이들 각각은 이색성 표면(332' 및 336') 중 다른 하나를 통하여 전파하며, 출력 커플러(334' 및 338')의 각각 하나를 나간다. 그러므로, 이러한 편광 상태 관계는 편광 빔 분리기(326')가 선형적으로 편광된 기본빔을 이색성 표면(332' 및 336') 중 하나로 향하게 원형적으로 편광된 제 3 고조파 빔 성분은 이색성 표면(332' 및 336') 중 하나로 향하게 하는 것을 야기한다. 이색성 표면(332')은 추가 증폭을 위하여 레이저 발광 매체(304')로 다시 기본빔을 반사하고, 이후 이색성 표면(332' 및 336')은 각 출력 커플러(334' 및 338')를 통하여 원형으로 편광된 제 3 고조파 빔 성분을 전송 한다. In order to achieve propagation of two separate third harmonic beam components through the output coupler 334 'and 338', the third harmonic at the first incidence to the variable optical retarder 310 'is circularly polarized. While the fundamental wave experiences a quarter-wave delay. A circularly polarized third harmonic is incident on the polarization beam splitter 326 ', which splits the third harmonic into two circularly polarized beam components, each of which is a dichroic surface 332' and Propagates through the other of 336 'and exits each one of the output couplers 334' and 338 '. Therefore, this polarization state relationship means that the third harmonic beam component circularly polarized such that the polarization beam splitter 326 'directs the linearly polarized primary beam to one of the dichroic surfaces 332' and 336 'is a dichroic surface. To one of 332 'and 336'. The dichroic surface 332 'reflects the primary beam back into the laser light emitting medium 304' for further amplification, after which the dichroic surfaces 332 'and 336' are directed to the respective output coupler 334 'and 338'. Through the circularly polarized third harmonic beam component is transmitted.

당업자라면 파장판(402)을 제거하고 가변 광학 지연자(310')에 교대로 기본파를 위해 제로 및 1/2 파장 지연을 나누어 주는 구동신호(346')를 인가하는 것은 출력 커플러(334' 및338')를 통하여 교대로 제 3 고조파의 전파를 제공할 것임을 이해할 것이다. Those skilled in the art will appreciate that removing the wavelength plate 402 and applying a drive signal 346 'that alternates the zero and one-half wavelength delays for the fundamental wave to the variable optical retarder 310' alternately output coupler 334 '. And 338 '), will alternately provide propagation of the third harmonic.

레이저 시스템(300 및 400)에서, 레이저 발광 매체(304 및 304')는 바람직하게는 Nd:YAG, Nd:YVO4, 또는 Yb(Ytterbium:이테르븀) 섬유 레이저 중의 하나이다. 섬유 레이저는 MOPA(Master Oscillator Power Amplifier) 타입 및/또는 Q-스위치일 수 있다. Q-스위치(308 및 308')는 바람직하게는 음향-광 변조기이다. 2개의 직교적으로 배향된 레이저 발광 매체를 지원하는 Q-스위치는 상업적으로 이용가능하다. 가변 광학 지연자(310 및 310')는 BBO 또는 KD*P 크리스탈이 될 수 있으며, 이 중 후자의 예는 독일, 프라네크주, LINOS Photonics 주식회사 & KG 주식회사의 양사에 의해 제조된 전자 광학 스위칭 모듈 RVD에 의해 구동된 LINOS RTP-Pockels cell(355nm)이다. In the laser systems 300 and 400, the laser light emitting media 304 and 304 'are preferably one of Nd: YAG, Nd: YVO 4 , or Yb (Ytterbium) ytterbium fiber lasers. The fiber laser may be a Master Oscillator Power Amplifier (MOPA) type and / or a Q-switch. Q-switches 308 and 308 'are preferably acoustic-light modulators. Q-switches that support two orthogonally oriented laser light emitting media are commercially available. The variable optical retarders 310 and 310 'can be BBO or KD * P crystals, the latter examples of which are electronic optical switching modules manufactured by both companies of LINOS Photonics Co., Ltd. & KG Co., Germany. It is a LINOS RTP-Pockels cell (355 nm) driven by RVD.

당업자라면 레이저 시스템(400)내에서 355nm의 제 3 고조파 빔을 생성하는 제 3 및 제 2 고조파 발생기(404 및 406)가 레이저 공진기(302') 내에서 고조파 빔 생성을 달성하기 위해 단지 하나의 구현을 나타내는 냄을 이해할 것이다. Those skilled in the art will appreciate that the third and second harmonic generators 404 and 406, which generate a 355 nm third harmonic beam in the laser system 400, have only one implementation to achieve harmonic beam generation in the laser resonator 302 '. It will be understood that it indicates.

숙련공이라면 본 발명의 부분들이 선호되는 실시예를 위해 상술된 구현예로부터 다르게 구현될 수 있음을 인식할 것이다. 예를 들면, 검류계 및 회전 거울 디 바이스는 또한 레이저 빔 스위칭 디바이스로서 사용될 수 있으며; IR , 가시 및 UV 레이저가 이용될 수 있으며; 표적 장소는 단일 또는 복수의 작업물에 놓일 수 있으며; 레이저 빔 스위칭은 3 또는 4개 이상의 빔 경로에 대해 수행될 수 있으며; 복수의 레이저가 사용될 수 있으며 이들 각각의 레이저 출력은 복수 경로 사이에서 스위칭될 수 있으며; 그리고 사용된 스캐닝 헤드는 추가로 검류계, FMS들, 및 XY 좌표 위치결정 기술이외의 기술을 포함할 수 있다. Those skilled in the art will recognize that portions of the invention may be implemented differently from the embodiments described above for the preferred embodiment. For example, galvanometers and rotating mirror devices can also be used as laser beam switching devices; IR, visible and UV lasers can be used; The target location can be placed in a single or a plurality of workpieces; Laser beam switching can be performed for three or four or more beam paths; Multiple lasers can be used and each of these laser outputs can be switched between multiple paths; And the scanning head used may further include techniques other than galvanometers, FMSs, and XY coordinate positioning techniques.

많은 다른 변화는 본 발명의 주요한 원리를 벗어나지 않으면서도 상술된 실시예의 상세 사항에 만들어질 수 있음이 당업자에게는 명확할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 후술하는 청구항에 의해서만 결정되어야 한다. It will be apparent to those skilled in the art that many other changes can be made in the details of the above-described embodiments without departing from the main principles of the invention. Accordingly, the scope of the invention should only be determined by the claims which follow.

전술한 바와 같이, 본 발명은 레이저에 대한 것으로서, 특히 2개 이상의 빔 경로 중에 있는 단일 레이저 빔을 교대로 스위칭함으로써 작업물 가공을 증가시켜 빔 경로 중의 하나는 하나의 작업물을 가공하기 위해 사용되는 반면에 다른 빔 경로는 다른 작업물의 가공을 위해 위치되는 방법 및 장치에 대한 것이다.As mentioned above, the present invention relates to a laser, in particular to increase workpiece processing by alternately switching a single laser beam in two or more beam paths so that one of the beam paths is used to machine one workpiece. Different beam paths, on the other hand, are directed to methods and apparatus which are positioned for the processing of other workpieces.

Claims (31)

표적 시료의 서로 다른 영역에 있는 물질의 고속 처리를 달성하기 위한 좌표화된 방식으로 레이저 빔을 복수의 빔 전파 방향으로 선택적으로 향하게 구성된 시스템으로서, 상기 시스템은:A system configured to selectively direct a laser beam in a plurality of beam propagation directions in a coordinated manner to achieve high speed processing of materials in different regions of a target sample, the system comprising: 일련의 레이저 펄스를 포함하는 레이저 빔을 발광하는 레이저 소스;A laser source for emitting a laser beam comprising a series of laser pulses; 일련의 레이저 펄스를 수신하는 빔 스위칭 디바이스로서, 빔 스위칭 신호에 응답하여, 상기 레이저 빔 펄스의 제 1 및 제 2 그룹이 제 1 및 제 2 빔 축을 따라 전파되도록 향하게 하는, 상기 빔 스위칭 디바이스;A beam switching device for receiving a series of laser pulses, the beam switching device directing, in response to a beam switching signal, first and second groups of laser beam pulses to propagate along first and second beam axes; 상기 표적 시료의 다른 제 1 표적 영역에 제 1 빔축을 선택적으로 위치시키고 상기 표적 시료의 제 1 표적 영역에 있는 물질을 처리하기 위해 제 1 빔축과 표적 시료의 상대적 이동을 제공하기 위해 제 1 제어 신호에 응답하는 제 1 위치결정 메커니즘;A first control signal for selectively positioning a first beam axis in another first target area of the target sample and providing relative movement of the first beam axis and the target sample to process material in the first target area of the target sample; A first positioning mechanism responsive to; 상기 표적 시료의 다른 제 2 표적 영역에 제 2 빔축을 선택적으로 위치시키고 상기 표적 시료의 제 2 표적 영역에 있는 물질을 처리하기 위해 제 2 빔축과 표적 시료의 상대적 운동을 제공하기 위해 제 2 제어 신호에 응답하는 제 2 위치결정 메커니즘;A second control signal for selectively positioning a second beam axis in another second target area of the target sample and providing a relative motion of the second beam axis and the target sample to process material in the second target area of the target sample. A second positioning mechanism responsive to; 제 1 및 제 2 동작 시퀀스에서 좌표화된 시스템 동작을 수행하기 위해 빔 스위칭 신호 및 상기 제 1 및 제 2 제어 신호를 생성하는 제어기를 포함하되, A controller for generating a beam switching signal and the first and second control signals to perform coordinated system operations in first and second operating sequences, 상기 제 1 동작 시퀀스는 제 1 표적 영역 중의 선택된 하나에 입사를 위한 제 1 그룹의 레이저 빔 펄스를 향하게 하는 빔 스위칭 디바이스를 포함하며, 상기 제 1 위치결정 메커니즘은 제 1 그룹의 레이저 펄스가 상기 선택된 제 1 표적 영역에 있는 물질을 처리하는 것을 가능하게 하기 위해 상대적인 운동을 제공하고, 상기 제 1 그룹의 레이저 펄스에 의한 물질 처리과정 동안, 상기 제 2 위치결정 메커니즘은 상기 제 2 표적 영역 중의 선택된 하나에 제 2 빔축을 위치시키기 위해 상대적인 운동을 제공하고; The first sequence of operations includes a beam switching device for directing a first group of laser beam pulses for incidence into a selected one of the first target regions, wherein the first positioning mechanism is configured to cause the first group of laser pulses to be selected. Provide relative motion to enable processing of material in the first target area, and during the material processing by the first group of laser pulses, the second positioning mechanism is selected from one of the second target areas. Provide relative motion to position the second beam axis at; 상기 제 2 동작 시퀀스는 선택된 제 2 표적 영역 상으로 입사를 위한 제 2 그룹의 레이저 빔 펄스를 향하게 하는 빔 스위칭 디바이스를 포함하며, 상기 제 2 위치결정 메커니즘은 제 2 그룹의 레이저 펄스가 상기 선택된 제 2 표적 영역에 있는 물질을 처리하는 것을 가능하게 하기 위해 상대적인 운동을 제공하고, 상기 제 2 그룹의 레이저 펄스에 의한 물질 처리과정 동안, 상기 제 1 위치결정 메커니즘은 선택된 제 1 표적 영역으로부터 상기 제 1 표적 영역 중의 그 다음 선택된 하나로 제 1 빔축을 위치시키기 위해 상대적 운동을 제공하는, 복수의 빔 전파 방향에서 레이저 빔을 선택적으로 향하게 구성된 시스템.The second sequence of operations includes a beam switching device for directing a second group of laser beam pulses for incidence onto the selected second target area, the second positioning mechanism wherein the second group of laser pulses is selected from the selected first target area. Provide relative motion to enable processing of the material in the second target area, and during the material processing by the second group of laser pulses, the first positioning mechanism is configured to select the first from the selected first target area. And selectively direct the laser beam in a plurality of beam propagation directions to provide relative motion to position the first beam axis into the next selected one of the target regions. 레이저 빔을 받아 다른 빔축을 따라 선택적으로 전파하는 빔 출력을 제공하는 빔 스위칭 디바이스로서, 상기 디바이스는:A beam switching device that receives a laser beam and provides a beam output that selectively propagates along another beam axis, the device comprising: 제 1 및 제 2 상태에서 제어 구동 신호를 생성하는 제어기; A controller for generating control drive signals in the first and second states; 제 1 및 제 2의 광학적으로 연결된 음향-광 변조기로서, 상기 제 1 음향-광 변조기는 인입 레이저 빔을 받으며, 상기 제 1 및 제 2 음향-광 변조기는 제어 디 바이스 신호의 제 1 및 제 2 상태에 응답하여 협력함으로써 상기 제 2 음향-광 변조기로부터 전파되는 각각의 제 1 및 제 2 레이저 빔 출력을 생성하는, 음향-광 변조기를 포함하되, First and second optically coupled acoustic-light modulators, wherein the first acoustic-light modulator receives an incoming laser beam, wherein the first and second acoustic-light modulators are the first and second of the control device signal. An acoustic-light modulator, wherein the acoustic-light modulator produces respective first and second laser beam outputs propagating from the second acoustic-light modulator by cooperating in response to a condition; 상기 제 1 레이저 빔 출력은 제 1 빔 축을 따라 전파하는 주성분(major componet) 및 제 1 부성분(minor component)축을 따라 전파하는 부성분을 포함하며, 상기 제 2 레이저 출력은 상기 제 1 빔축으로부터 각도적으로 오프셋되는 제 2 빔 축을 따라 전파하는 주성분 및 실질적으로 상기 제 1 부성분축과 일치하는 제 2 부성분축을 따라 전파하는 부성분을 포함하는, 선택적으로 전파하는 빔 출력을 제공하는 빔 스위칭 디바이스.The first laser beam output includes a major component that propagates along a first beam axis and a subcomponent that propagates along a first minor component axis, wherein the second laser output is angularly from the first beam axis. And a subcomponent propagating along a second beam axis that is offset and a subcomponent propagating along a second subcomponent axis substantially coincident with the first subcomponent axis. 제 2 항에 있어서, The method of claim 2, 상기 제 1 및 제 2 부성분축을 따라 전파하는 부성분을 끝내도록 위치된 빔 차단기를 더 포함하는, 선택적으로 전파하는 빔 출력을 제공하는 빔 스위칭 디바이스.And a beam blocker positioned to terminate the subcomponents propagating along the first and second subcomponent axes. 제 2 항에 있어서, The method of claim 2, 상기 제어기는 동작적으로 각각의 제 1 및 제 2 음향-광 변조기와 연결된 제 1 및 제 2 RF 구동기를 포함하며; 및 The controller operatively includes first and second RF drivers coupled with respective first and second acoustic-optic modulators; And 상기 제어 구동 신호의 제 1 상태에서, 상기 제 1 RF 구동기는 상기 제 1 음향-광 변조기가 상기 제 2 음향-광 변조기상에 입사하는 비편향된 빔으로서 인입 레이저 빔을 통과시키도록 야기하며, 상기 제 2 RF 구동기는 상기 제 2 음향-광 변조기가 상기 제 1 부성분축을 따라 전파하는 부성분과 상기 제 1 빔축을 따라 전파하는 주성분을 형성하기 위해 상기 입사하는 비편향된 빔의 회절을 야기하는, 선택적으로 전파하는 빔 출력을 제공하는 빔 스위칭 디바이스. In a first state of the control drive signal, the first RF driver causes the first acoustic-light modulator to pass an incoming laser beam as an unbiased beam incident on the second acoustic-light modulator, and And a second RF driver to selectively cause diffraction of the incident unbiased beam to form a subcomponent through which the second acoustic-light modulator propagates along the first subcomponent axis and a principal component propagating along the first beam axis. A beam switching device providing a propagating beam output. 제 2 항에 있어서, The method of claim 2, 상기 제어기는 동작적으로 각각의 제 1 및 제 2 음향-광 변조기와 연결된 제 1 및 제 2 RF 구동기를 포함하며; 및 The controller operatively includes first and second RF drivers coupled with respective first and second acoustic-optic modulators; And 상기 제어 구동 신호의 제 2 상태에서, 상기 제 2 RF 구동기는 상기 제 2 음향-광 변조기가 비편향된 빔으로서 인입광을 통과시키도록 야기하며, 상기 제 1 RF 구동기는 상기 제 1 음향-광 변조기가 상기 제 2 부성분축을 따라 전파하는 부성분과 상기 제 2 빔축을 따라 전파하는 주성분을 형성하기 위해 인입 레이저 빔을 회절시키도록 야기하는, 선택적으로 전파하는 빔 출력을 제공하는 빔 스위칭 디바이스. In a second state of the control drive signal, the second RF driver causes the second acoustic-light modulator to pass incoming light as an unbiased beam, and the first RF driver directs the first acoustic-light modulator. Providing a selectively propagating beam output, causing the diffraction of an incoming laser beam to form a subcomponent propagating along the second subcomponent axis and a principal component propagating along the second beam axis. 제 2 항에 있어서, The method of claim 2, 상기 제 1 및 제 2의 광학적으로 연결된 음향-광 변조기는 광학적 직렬로 위치하는, 선택적으로 전파하는 빔 출력을 제공하는 빔 스위칭 디바이스. Wherein said first and second optically coupled acoustic-light modulators are positioned in optical series to provide selectively propagating beam output. 저가 콤팩트 레이저 빔 스위칭 시스템으로서, 상기 시스템은:A low cost compact laser beam switching system, the system comprising: 각각의 제 1 및 제 2 전파 경로 부분을 따라 전파하는 제 1 및 제 2 레이저 빔 성분으로서, 상기 제 1 및 제 2 레이저 빔 성분의 각각은 광학 특성의 상태에 의해 특징화되는, 제 1 및 제 2 레이저 빔 성분; First and second laser beam components propagating along respective first and second propagation path portions, each of the first and second laser beam components characterized by a state of optical characteristic; 2 laser beam components; 상기 제 1 및 제 2 레이저 빔 성분의 광학 특성 상태에서의 상대적인 변화를 나누고 상기 제 1 및 제 2 전파 경로 부분을 상기 제 1 및 제 2 레이저 빔 성분이 전파되는 공통 전파 경로 부분으로 결합하기 위해 협력하는 하나 이상의 광학 성분의 세트;Cooperate to divide the relative change in optical property states of the first and second laser beam components and to combine the first and second propagation path portions into a common propagation path portion through which the first and second laser beam components propagate. A set of one or more optical components; 빔-형상의 제 1 및 제 2 레이저 빔 성분을 형성하기 위해 공통 전파 경로를 따라 위치하고, 제 1 및 제 2 레이저 빔 성분의 광 에너지의 공간 분포를 형상화하는, 이미지화 광학 조립체; 및   An imaging optical assembly positioned along a common propagation path to form beam-shaped first and second laser beam components and shaping a spatial distribution of light energy of the first and second laser beam components; And 상기 공통 전파 경로 부분을 따라 전파하는 상기 빔-형상의 제 1 및 제 2 레이저 빔 성분을 수신하고 별도의 제 1 및 제 2 출력 경로 부분을 따라 전파하기 위한 광학 특성의 각 상태에 따라 이 성분을 향하게 하는 빔 분리기This component is adapted to each state of optical properties for receiving the beam-shaped first and second laser beam components propagating along the common propagation path portion and for propagating along separate first and second output path portions. Oriented beam separator 를 포함하는, 저가 콤팩트 레이저 빔 스위칭 시스템.Including, low cost compact laser beam switching system. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 광학 특성은 위상이고 상기 특성의 상태에서의 상대적 변화는 제 1 및 제 2 빔 성분 사이의 위상 변위에서의 변화인, 저가 콤팩트 레이저 빔 스위칭 시스템.And wherein the optical characteristic is phase and the relative change in state of the characteristic is a change in phase displacement between the first and second beam components. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 하나 이상 광학 성분의 세트는 제 1 및 제 2 전파 경로 부분에 위치되는 위상-변화 디바이스 및 상기 제 1 및 제 2 전파 경로 부분을 상기 공통 전파 경로 부분으로 결합하기 위해 위치되는 편광 빔 결합기를 포함하는, 저가 콤팩트 레이저 빔 스위칭 시스템.The set of one or more optical components includes a phase-change device positioned in first and second propagation path portions and a polarization beam combiner positioned to couple the first and second propagation path portions into the common propagation path portion. Low cost compact laser beam switching system. 제 9 항에 있어서, The method of claim 9, 상기 위상-변화 디바이스는 반파장판(half-wave plate)을 포함하는, 저가 콤팩트 레이저 빔 스위칭 시스템.The phase-change device comprises a half-wave plate. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 빔 스위칭 디바이스는 제어 신호에 대한 응답으로, 상기 각각의 제 1 및 제 2 전파 경로 부분을 따라 순차적으로 전파하는 제 1 및 제 2 레이저 빔 성분을 선택적으로 제공하는 2개의 광학적으로 연결된 음향-광 변조기를 포함하는, 저가 콤팩트 레이저 빔 스위칭 시스템. The beam switching device, in response to a control signal, two optically coupled acoustic-lights that selectively provide first and second laser beam components that sequentially propagate along each of the first and second propagation path portions. A low cost compact laser beam switching system comprising a modulator. 제 11 항에 있어서, The method of claim 11, 상기 2개의 광학적으로 연결된 음향-광 변조기는 광학적 직렬로 위치되는, 저가 콤팩트 레이저 빔 스위칭 시스템.Wherein said two optically coupled acoustic-light modulators are positioned in optical series. 제 7 항에 있어서, The method of claim 7, wherein 상기 빔 분리기는 편광 상태에 따라 상기 빔-형상의 제 1 및 제 2 레이저 빔 성분을 안내하는 편광 빔 분리기를 포함하는, 저가 콤팩트 레이저 빔 스위칭 시스템. And the beam splitter comprises a polarizing beam splitter for guiding the beam-shaped first and second laser beam components in accordance with a polarization state. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 이미지화 광학 조립체에 의한 광 에너지의 공간 분포 형상화는 균일한 공간 분포를 초래하는, 저가 콤팩트 레이저 빔 스위칭 시스템.The spatial distribution shaping of light energy by the imaging optical assembly results in a uniform spatial distribution. 제 7 항에 있어서, The method of claim 7, wherein 상기 별도의 제 1 및 제 2 출력 경로 부분을 따라 전파하는 상기 빔-형상의 제 1 및 제 2 레이저 빔 성분의 빔 직경을 정하기 위해 상기 공통 전파 경로 부분을 따라 상기 이미지화 광학 조립체와 상기 편광 빔 분리기 사이에 위치되는 빔 확장기를 더 포함하는, 저가 콤팩트 레이저 빔 스위칭 시스템. The imaging optical assembly and the polarizing beam splitter along the common propagation path portion to determine beam diameters of the beam-shaped first and second laser beam components propagating along the separate first and second output path portions. And a beam expander positioned between the low cost compact laser beam switching system. 제 15 항에 있어서, The method of claim 15, 상기 빔 확장기는 가변 빔 확장 타입인, 저가 콤팩트 레이저 빔 스위칭 시스템.And the beam expander is of variable beam extension type. 제 7 항에 있어서, The method of claim 7, wherein 상기 각각의 빔-형상의 제 1 및 제 2 레이저 빔 성분과 광학적으로 관련된 제 1 및 제 2 위치결정 메커니즘을 더 포함하는, 저가 콤팩트 레이저 빔 스위칭 시스템.And a first and second positioning mechanism optically associated with said respective beam-shaped first and second laser beam components. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 원하는 광 에너지 공간 분포와 직경의 광 빔을 상기 이미지화 광학 조립체 상에 입사하기 위해 확립할 제 1 및 제 2 레이저 빔 성분과 광학적으로 관련된 하나 이상의 빔 확장기를 더 포함하는, 저가 콤팩트 레이저 빔 스위칭 시스템.And at least one beam expander optically associated with the first and second laser beam components to establish for injecting a light beam of desired light energy spatial distribution and diameter onto the imaging optical assembly. 제 18 항에 있어서, The method of claim 18, 상기 원하는 광 에너지 공간 분포는 가우시안 형상(gaussian shape)인, 저가 콤팩트 레이저 빔 스위칭 시스템.And wherein the desired light energy spatial distribution is of a Gaussian shape. 제 18 항에 있어서, The method of claim 18, 상기 제 1 및 제 2 레이저 빔 성분은 광학적으로 다른 빔 확장기와 연결된 별도의 광 소스로부터 전파하는, 저가 콤팩트 레이저 빔 스위칭 시스템.And the first and second laser beam components propagate from separate light sources that are optically coupled to other beam expanders. 제 18 항에 있어서, The method of claim 18, 상기 제 1 및 제 2 레이저 빔 성분은 하나의 레이저 소스에 의해 방출되고 하나의 빔 확장기를 통하여 전파하는 출력 빔으로부터 유도되는, 저가 콤팩트 레이 저 빔 스위칭 시스템.Wherein the first and second laser beam components are derived from an output beam emitted by one laser source and propagating through one beam expander. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 입사 레이저 빔을 받아들이고, 제어 신호에 대한 응답으로, 제 1 및 제 2 전파 경로 부분을 따라 전파하는 상기 제 1 및 제 2 레이저 성분을 순차적으로 형상화하기 위해 선택적으로 레이저 빔을 안내하는 빔 스위칭 디비이스를 더 포함하는, 저가 콤팩트 레이저 빔 스위칭 시스템.A beam switching device that receives an incident laser beam and optionally guides the laser beam to sequentially shape the first and second laser components propagating along the first and second propagation path portions in response to a control signal. Further comprising, a low cost compact laser beam switching system. 제 22 항에 있어서, The method of claim 22, 상기 빔 스위칭 디바이스상으로 입사 전에 레이저 빔을 받아들여서 원하는 광 에너지 공간 분포 및 직경의 제 1 및 제 2 빔 성분을 상기 이미지화 광학 조립체상의 입사를 확립하기 위해 위치되는 빔 확장기를 더 포함하는, 저가 콤팩트 레이저 빔 스위칭 시스템.A low cost compact, further comprising a beam expander positioned to receive a laser beam prior to incidence on the beam switching device to establish incidence on the imaging optical assembly with the first and second beam components of a desired optical energy spatial distribution and diameter. Laser beam switching system. 제 23 항에 있어서, The method of claim 23, 상기 원하는 광 에너지 공간 분포는 가우시안 형상인, 저가 콤팩트 레이저 빔 스위칭 시스템.And wherein the desired optical energy spatial distribution is Gaussian shaped. 복수의 출력 빔을 생성하기 위해 복수의 출력 커플러로 구성된 레이저로서, 상기 레이저는:A laser consisting of a plurality of output couplers to produce a plurality of output beams, the laser comprising: Q값에 의해 특징화된 레이저 공진기 내에 존재하는 레이저 방출 매체와 광학적으로 연결되고, 상기 레이저 방출 매체의 레이저 방출 이득을 시뮬레이션하기 위해 펌핑광을 제공하는, 펌핑 소스;A pumping source optically connected with a laser emitting medium present in the laser resonator characterized by a Q value, the pumping source providing pumped light to simulate a laser emission gain of the laser emitting medium; 상기 공진기 내부에 위치하고, 상기 레이저 공진기의 고 및 저 Q 상태를 선택적으로 생성하는 Q-스위치 구동 신호에 대한 응답으로 레이저 공진기의 Q값을 변화시키기 위해 동작하는 Q-스위치로서, 상기 고 및 저 Q 상태는 광 편광 상태에 의해 특징화된 복수의 시간-변위된 광 방출 펄스의 빔을 생성하는, Q-스위치;A Q-switch located within the resonator and operative to change the Q value of the laser resonator in response to a Q-switch drive signal that selectively generates high and low Q states of the laser resonator, the high and low Q The state comprises a Q-switch, producing a beam of a plurality of time-shifted light emitting pulses characterized by the light polarization state; 상기 레이저 공진기내부에 위치하고, 광 방출 펄스의 빔에 광학 지연의 선택된 양을 나눠주기 위해 광학 지연자 구동 신호에 응답하는 가변 광학 지연자로서, 상기 가변 광학 지연자에 의해 나누어진 광학 지연의 선택된 양은 편광 상태-변조된 광 방출 펄스를 생성하기 위해 광 방출 펄스의 빔의 광 편광 상태를 선택적으로 변화시키는, 가변 광학 지연자; 및 A variable optical retarder located within the laser resonator and responsive to an optical retarder drive signal for imparting a selected amount of optical delay to a beam of light emitting pulses, wherein the selected amount of optical delay divided by the variable optical retarder is A variable optical retarder for selectively changing the light polarization state of the beam of light emission pulses to produce a polarization state-modulated light emission pulse; And 편광 상태-변조된 광 방출 펄스를 받아들여 상기 가변 광학 지연자에 의해 상기 광 방출 펄스에 나누어진 지연의 선택된 양에 따라 이 펄스를 제 1 및 제 2 출력 커플러를 통하여 안내하도록 협력하는 편광 민감성 빔 분리기와 제 1 및 제 2 내부 공동(intercavity) 광 수용 표면A polarization sensitive beam that accepts a polarization state-modulated light emitting pulse and cooperates to guide the pulse through the first and second output couplers in accordance with a selected amount of delay divided by the variable optical retarder into the light emitting pulse Separator and first and second internal intercavity light receiving surface 을 포함하는, 복수의 출력 커플러로 구성된 레이저. A laser comprising a plurality of output couplers, including. 제 25 항에 있어서,The method of claim 25, 상기 구동 신호는 가변 광학 지연자가 광학 지연의 선택된 양을 위해 1/2 파 장의 차이를 나누어 주도록 야기하는, 복수의 출력 커플러로 구성된 레이저. Wherein the drive signal causes the variable optical retarder to divide the half wavelength difference for the selected amount of optical delay. 제 26 항에 있어서,The method of claim 26, 광학 지연의 상기 선택된 양 중 하나는 복수의 1/4 파장을 나타내고, 상기 편광 상태-변조된 광 방출 펄스는 제 1 및 제 2 출력 커플러를 통하여 동시에 전파되는, 복수의 출력 커플러로 구성된 레이저. Wherein one of said selected amounts of optical delay exhibits a plurality of quarter wavelengths, and wherein said polarization state-modulated light emitting pulses propagate simultaneously through first and second output couplers. 제 26 항에 있어서,The method of claim 26, 광학 지연의 상기 선택된 양 중 하나는 복수의 1/4 파장을 나타내고, 상기 편광 상태-변조된 광 방출 펄스는 제 1 및 제 2 출력 커플러의 하나 또는 다른 하나를 통하여 소정 시간에 전파하는, 복수의 출력 커플러로 구성된 레이저. One of the selected amounts of optical delay represents a plurality of quarter wavelengths, and wherein the polarization state-modulated light emitting pulses propagate at one time through one or the other of the first and second output couplers. Laser with output coupler. 제 25 항에 있어서, The method of claim 25, 상기 복수의 시간-변위된 광 방출 펄스의 빔은 제 1 빔을 구성하고, The beam of the plurality of time-shifted light emitting pulses constitutes a first beam, 상기 레이저는 제 1 및 제 2 고조파 파장 생성기와, 광학 지연 디바이스를 더 포함하되, 상기 광학 지연 디바이스는 편광 상태에 의해 특징화된 복수의 시간-변위된 광 방출 펄스의 제 2 빔 및 상기 제 1 빔을 생성하기 위해 상기 레이저 방출 매체와 광학적으로 연결되고 상기 레이저 공진기내부에 위치되고, 상기 제 1 및 제 2 빔은 고조파적으로 관련된 파장을 가지며;The laser further includes first and second harmonic wavelength generators, and an optical retardation device, wherein the optical retardation device comprises a second beam of a plurality of time-shifted light emitting pulses characterized by a polarization state and the first Optically connected to the laser emitting medium and positioned within the laser resonator to produce a beam, the first and second beams having a harmonic associated wavelength; 상기 제 1 및 제 2 출력 커플러는 상기 제 1 및 제 2 광 빔 중 하나를 반사 하는 다른 하나를 전송하는 각각의 제 1 및 제 2 이색성 거울을 포함하고; The first and second output couplers comprise respective first and second dichroic mirrors transmitting another one reflecting one of the first and second light beams; 상기 광학 지연 디바이스는 지연값으로 정해지고; 및 The optical delay device is defined as a delay value; And 광학 지연의 상기 선택된 양 및 상기 정해진 지연값은 각각의 제 1 및 제 2 순 편광 상태에서 제 1 및 제 2 빔 중 하나가 상기 제 1 및 제 2 출력 커플러 중 하나로부터 반사하도록 야기하고, 각 제 1 및 제 2 순 광 편광 상태에서 상기 제 1 및 제 2 빔 중 다른 하나가 상기 제 1 및 제 2 출력 커플러 중 다른 하나를 통과하도록 야기하기 위해 협력하는, 복수의 출력 커플러로 구성된 레이저. The selected amount of optical delay and the predetermined delay value cause one of the first and second beams to reflect off from one of the first and second output couplers in each of the first and second forward polarization states, And a plurality of output couplers cooperating to cause another of the first and second beams to pass through the other of the first and second output couplers in a first and second pure optical polarization state. 제 29 항에 있어서, The method of claim 29, 레이저 공동에 위치하고 상기 레이저 방출 매체에 의한 증폭을 위한 제 1 및 제 2 광 빔 중 반사된 하나의 파장의 광을 반사하도록 구성되는 제 3 및 제 4 이색성 거울을 더 포함하는, 복수의 출력 커플러로 구성된 레이저. A plurality of output couplers, further comprising third and fourth dichroic mirrors positioned in the laser cavity and configured to reflect light of the reflected one of the first and second light beams for amplification by the laser emitting medium Consisting of a laser. 제 25 항에 있어서, The method of claim 25, 상기 복수의 시간-변위된 광 방출 펄스의 빔은 제 1 빔을 구성하고, The beam of the plurality of time-shifted light emitting pulses constitutes a first beam, 상기 레이저는 제 1 및 제 2 고조파 파장 생성기와, 광학 지연 디바이스를 더 포함하되, 상기 광학 지연 디바이스는 편광 상태에 의해 특징화된 복수의 시간-변위된 광 방출 펄스의 제 2 빔 및 상기 제 1 빔을 생성하기 위해 상기 레이저 방출 매체와 광학적으로 연결되고 상기 레이저 공진기내부에 위치되고, 상기 제 1 및 제 2 빔은 고조파적으로 관련된 파장을 가지며;The laser further includes first and second harmonic wavelength generators, and an optical retardation device, wherein the optical retardation device comprises a second beam of a plurality of time-shifted light emitting pulses characterized by a polarization state and the first Optically connected to the laser emitting medium and positioned within the laser resonator to produce a beam, the first and second beams having a harmonic associated wavelength; 상기 제 1 및 제 2 출력 커플러는 상기 제 1 및 제 2 광 빔 중 하나를 반사하는 다른 하나를 전송하는 각각의 제 1 및 제 2 이색성 거울을 포함하고; The first and second output couplers include respective first and second dichroic mirrors transmitting the other one reflecting one of the first and second light beams; 상기 제 1 및 제 2 출력 커플러는 하나를 반사하는 각 제 1 및 제 2 이색성 거울을 포함하고 상기 제 1 및 제 2 광 빔 중 상기 다른 하나를 전송하며; The first and second output couplers each of the first and second dichroic mirrors reflecting one and transmitting the other one of the first and second light beams; 상기 광학 지연 디바이스는 지연값으로 정해지고; 및 The optical delay device is defined as a delay value; And 광학 지연의 상기 선택된 양 및 상기 정해진 지연값은 각 제 1 및 제 2 순 편광 상태에서 제 1 및 제 2 빔 중 하나가 상기 제 1 및 제 2 출력 커플러 중 하나로부터 반사하도록 야기하고, 각 제 1 및 제 2 순 광 편광 상태에서 상기 제 1 및 제 2 빔 중 다른 하나가 상기 제 1 및 제 2 출력 커플러 중 하나를 통과하도록 야기하기 위해 협력하는, 복수의 출력 커플러로 구성된 레이저. The selected amount of optical delay and the predetermined delay value cause one of the first and second beams to reflect from one of the first and second output couplers in each of the first and second forward polarization states, each first And cooperating to cause another of the first and second beams to pass through one of the first and second output couplers in a second pure optical polarization state.
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