KR20080011396A - 듀얼-헤드를 가진 레이저 미세 기계가공 시스템을 위한합성 펄스 반복 속도 처리 - Google Patents

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Abstract

레이저 미세 기계가공 시스템의 처리량을 증가시키기 위한 방법 및 시스템은 하나 보다 큰 레이저를 사용한다. 두개 보다 큰 펄스가 발생되는 레이저 빔(56,58)이 결합되어서 다중 레이저 빔(80,82)으로 분리되는데, 이 다중 레이저 빔은 독립적으로 동작하는 레이저를 통해 달성할 수 있는 것 보다 더 큰 펄스 속도를 갖는 소재(20) 상의 다중적 위치에서 동시적으로 상기 시스템이 동작하는 것을 가능하게 하는 동안, 초기 독립적인 레이저 빔 각각의 펄스 에너지와 동일한 또는 더 큰 펄스 에너지를 유지한다. 대부분 레이저 미세 기계가공 어플리케이션은 소재를 가공하기 위해 다중적 연속 펄스를 필요로 했다. 펄스 에너지를 유지하는 동안 펄스 속도를 증가시키는 단계는 더 빠른 물질 제거를 가져오고 이에 의해, 레이저 미세 기계가공 시스템에 대한 처리량을 증가시킨다.

Description

듀얼-헤드를 가진 레이저 미세 기계가공 시스템을 위한 합성 펄스 반복 속도 처리{SYNTHETIC PULSE REPETITION RATE PROCESSING FOR DUAL-HEADED LASER MICROMACHINING SYSTEMS}
본 발명은 소재를 프로세싱하는 레이저에 관한 것이며, 특히, 주어진 전력 레벨에서 펄스 반복 주파수 즉, 상기 주어진 전력 레벨에서 독립적으로 작동하는 어느 한 쪽의 레이저가 갖는 반복 주파수보다 더 큰 펄스 반복 주파수를 획득하기 위해 두 개 보다 큰 레이저의 출력을 결합하는 것에 관한 것이다.
레이저 프로세싱은 다양한 프로세스를 실행하는 다양한 레이저를 사용하여 수많은 다른 소재 상에서 실행될 수 있다. 본 발명에 관해 구체적인 해당 유형의 레이저 프로세싱은 홀 및/또는 블라인드 비아 형성을 달성하기 위한 단일 또는 다층 소재의 레이저 프로세싱과, 웨이퍼 다이싱 또는 드릴링을 실행하기 위해 반도체 웨이퍼의 레이저 프로세싱이다. 본 발명에서 서술한 레이저 프로세싱 방법은 또한, 임의의 유형의 레이저 미세 기계가공에 적용될 수 있으며, 상기 레이저 미세 기계가공은 반도체 링크(퓨즈)의 제거 및 수동 박막 또는 후막 구성요소의 어닐링 또는 트리밍에 제한되지 않고 이를 포함한다.
다층 소재에서 비아 및/또는 홀의 레이저 프로세싱에 관해, Owen et al.의 미국특허번호 5,593,606 및 5,841,099는 펄스 파라미터의 특징이 있는 레이저 출력 펄스를 발생시키는 UV 레이저 시스템을 동작시키는 방법을 설명하는데, 상기 펄스 파라미터는 다층 디바이스에서 관통 구멍 또는 블라인드 비아를 다른 물질 유형을 갖는 두 개 보다 큰 층에 형성하도록 설정된다. 레이저 시스템은 200Hz 보다 큰 펄스 반복 속도로 레이저 출력 펄스를 방출하는 비엑시머 레이저를 포함하며, 상기 레이저 출력 펄스는 100ns 미만의 일시적 펄스 폭과 100μm 미만의 지름을 갖는 스폿 영역과, 그리고 상기 스폿 영역 전반의 100mW 보다 큰 평균 강도 즉, 복사조도를 포함한다. 확인된 바람직한 비엑시머 UV 레이저는 DPSS 레이저이다.
Dunsky 등의 출원번호 US/2002/0185474로 공개된 미국특허는 다층 디바이스의 절연 층에 블라인드 비아를 형성하는 레이저 출력 펄스를 발생시키는 펄스 CO2 레이저 시스템을 동작시키는 방법을 설명한다. 이 레이저 시스템은 200Hz 보다 큰 펄스 반복 속도로, 200ns 미만의 일시적인 펄스 폭 및 50μm 내지 300μm 사이의 지름을 갖는 스폿 영역을 갖는 레이저 출력 펄스를 방출한다.
타깃 물질의 레이저 제거는, 특히 UV DPSS 레이저가 이용될 때, 타깃 물질의 제거 임계값 보다 큰 플루언스 즉, 에너지 밀도를 갖는 레이저 출력을 타깃 물질로 유도하는 것에 의존한다. UV 레이저는 1/e2 지름에서 대략 10μm 내지 30μm 사이의 스폿 크기를 갖도록 집속될 수 있는 레이저 출력을 방출한다. 특별한 경우에, 이러 한 스폿 크기는 가령, 바람직한 비아 지름이 대략 50μm 내지 300μm 사이에 존재할 때와 같은, 바람직한 비아 지름보다 더 작다. 스폿 크기의 지름은 바람직한 비아의 지름과 동일한 지름을 갖기위해 확대될 수 있으나, 이러한 확대는 타깃 물질 제거 임계값 미만이 되어 타깃 물질 제거를 실행할 수 없을 만큼 레이저 출력 에너지 밀도를 줄일 수 있다. 결론적으로, 10μm 내지 30μm로 집속된 스폿 크기가 사용되고 이 집속된 레이저 출력은 전형적으로, 바람직한 지름을 갖는 비아를 형성하기 위해 나선 형, 동심 원형 또는 "트리펀(trepan)" 패턴 이동된다. 나선 형, 트리펀 형 및 동심 원형 프로세싱은 소위 비-펀칭 비아 형성 프로세스의 패턴이다. 대략 70μm 또는 그 미만의 비아 지름에 있어서, 직접적인 펀칭은 더 높은 비아 형성 처리량을 가져온다.
반대로, 펄스 CO2 레이저의 출력은 전형적으로 50μm 보다 커서, 종래의 타깃 물질 상에 50μm 또는 그 보다 큰 지름을 갖는 비아의 형성을 이루기에 충분한 에너지 밀도를 유지할 수 있다. 결과적으로, 펀칭 프로세스는, CO2 레이저가 비아 형성을 이루도록 사용될 때 전형적으로 고용된다. 그러나 50μm 미만의 스폿 영역 지름을 갖는 비아는 CO2 레이저를 사용하여 형성될 수 없다.
상기 CO2 파장으로 구리의 높은 반사율 정도는 대략 5 마이크론 보다 큰 두께를 갖는 구리 시트에 CO2 레이저를 이용하는 관통 홀 비아의 형성을 아주 어렵게 한다. 그러므로 CO2 레이저는 대략 3 마이크론 내지 대략 5 마이크론 사이의 두께를 갖고 CO2 레이저 에너지의 제거를 강화하기 위해 취급된 표면이었던 구리 시트에서만 관통 홀 비아를 형성하도록 전형적으로 이용될 수 있다.
PCB를 위한 다층 구조와, 비아가 전형적으로 형성되는 전자 패키징 디바이스를 만드는데 사용되는 가장 일반적인 물질은 금속(예컨대, 구리)과 절연 물질(예컨대, 폴리머 폴리이미드, 수지 또는 FR-4)을 포함한다. UV 파장에서 레이저 에너지는 금속과 절연 물질과의 양호한 결합 효율을 보이므로, UV 레이저는 구리 시트와 절연 물질 상에 비아 형성을 기꺼이 실행할 수 있다. 또한, 폴리머 물질의 UV 레이저 프로세싱은 결합된 광-화학적 및 광-열 프로세스가 되는 것으로 넓게 간주되며, 이 프로세스에서 UV 레이저 출력은 광자-여기 화학 반응을 통해 분자 결합을 해리시킴으로써 폴리머 물질을 일부분 제거함에 따라, 절연 물질이 더 긴 레이저 파장에 노출될 경우 발생하는 광-열 프로세스에 비해 양질의 프로세스 품질을 생산한다. 이러한 이유로, 고체-상태 UV 레이저는 이러한 물질을 프로세싱하기 위한 바람직한 레이저 소스이다.
절연 및 금속 물질의 CO2 레이저 프로세싱과, 금속의 UV 레이저 프로세싱은 본래 광-열 프로세스로서, 이 프로세스에서 절연 물질 또는 금속 물질은 레이저 에너지를 흡수하여, 물질은 온도가 상승하여 부드러워지고 또는, 용해되어 마지막으로 제거되어 기화 또는, 사라진다. 제거 속도와 비아 형성 처리량은, 주어진 유형의 물질에 대해, 레이저 에너지 밀도(스폿 크기{cm2}에 의해 나눠진 레이저 에너지{J}), 전력 밀도(펄스 폭{초}에 의해 나눠진 레이저 에너지 밀도), 펄스 폭, 레 이저 파장 및 펄스 반복 속도의 함수이다.
그러므로 레이저 프로세싱 처리량 가령, 예컨대, PCB 또는 다른 전자 패키징 디바이스 상의 비아 형성 또는, 금속 또는 다른 물질 상의 홀 드릴링은 이용 가능한 레이저 전력 밀도, 펄스 반복 속도뿐만 아니라 속도에 의해 제한되는데, 상기 속도에서 빔 위치기는 레이저 출력을 나선형, 동심원 또는 트리팬 패턴 그리고, 비아 위치 사이에 옮길 수 있다. UV DPSS 레이저의 일예는 미국 캘리포니아 마인틴 뷰에 소재하는 라이트웨이브 일렉트로닉스(Lightwave Electronics)사가 판매한 Model LWE Q302(355 nm)이다. 이러한 레이저는 특허출원의 양도인인, 오르건주의 포틀랜드에 있는 일렉트로-사이언티픽 인더스트리 주식회사에 의해 구성된 Model 5330 레이저 시스템 또는 이외 시리즈인 다른 시스템에서 사용된다. 이 레이저는 30 kHz의 펄스 반복 속도로 8W의 UV 전력의 전달을 가능하게 한다. 이러한 레이저 및 시스템의 전형적인 비아 형성 처리량은 베어(bare) 수지 상에서 대략 초 당 600 비아이다. 펄스 CO2 레이저의 일예는 코네티컷주의 불룸필드, 코히어런트-DEOS가 판매한 모델 Q 3000-(9.3μm)이다. 이러한 레이저는 일렉트로-사이언티픽 인더스트리 주식회사에 의해 구성된 모델 5385 레이저 시스템 또는 다른 이외 시리즈인 시스템에서 사용된다. 이 레이저는 60 kHz의 펄스 반복 속도로 18W의 레이저 전력의 전달을 가능하게 한다. 이러한 레이저 및 시스템의 전형적인 비아 형성 처리량은 베어 수지 상에서 초당 대략 1000 비아와 FR-4 상에서 초당 250 내지 300 비아이다.
증가한 비아 형성 처리량은 위에서 설명된 바와 같이 제거를 야기시키기에 충분한 펄스 에너지에서 펄스 반복 속도를 증가함으로써 달성될 수 있다. 그러나 UV DPSS 레이저 및 펄스 CO2 레이저에 있어서, 펄스 반복 속도가 증가함에 따라, 펄스 에너지는 비선형적으로 감소하는데, 이는 즉, 펄스 반복 속도의 두 배는 각 펄드에 대해 1/2 미만의 펄스 에너지를 가져온다. 그러므로 주어진 레이저에 있어서, 최대 펄스 반복 속도가 될 수 있으므로 제거를 야기하는데 필요한 최소 펄스 에너지에 의해 주재된 비아 형성의 최대 속도가 된다.
반도체 웨이퍼를 다이싱하는 단계에 관하여, 이러한 다이싱을 실행하는 두 가지의 일반적인 방법이 존재한다: 기계적인 쏘잉(sawing) 및 레이저 다이싱. 기계적인 쏘잉은 대략 100 마이크론 보다 큰 폭을 갖는 스트리트를 형성하기 위해 대략 150 마이크론 보다 큰 두께를 갖는 웨이퍼를 다이싱하도록 다이아몬드 톱 사용을 전형적으로 필요로 한다. 대략 100 마이크론 미만인 두께를 갖는 기계적인 쏘잉 웨이퍼는 웨이퍼의 갈라짐을 초래한다.
레이저 다이싱은 전형적으로, 펄스 IR, 그린 또는 UV 레이저를 사용하는 반도체 웨이퍼를 다이싱하는 단계를 전형적으로 필요로 한다. 레이저 다이싱은 반도체 웨이퍼를 기계적으로 쏘잉하는 동안 다양한 이점을 제공하는데, 상기 이점은 가령, UV 레이저를 이용할 때 대략 50 마이크론 까지 스트리트의 폭을 줄이는 능력, 곡선궤적궤적을 따라 웨이퍼를 다이싱하는 능력 및 기계적인 쏘잉을 이용하여 다이싱될 수 있는 것보다 더 얇게 실리콘 웨이퍼를 효과적으로 다이싱하는 능력이다. 예컨대, 대략 75 마이크론의 두께를 갖는 실리콘 웨이퍼는 대략 35 마이크론의 폭 을 갖는 컬프를 형성하기 위해 대략 8W의 전력과 120 mm/sec의 다이싱 속도에서의 대략 30 kHz의 반복 속도로 동작되는 DPSS UV 레이저를 통해 다이싱될 수 있다. 그러나 레이저 다이싱 반도체 웨이퍼가 갖는 하나의 이점은 드브리스와 슬래그의 형성인데, 이 둘은 웨이퍼에 부착되어서 제거하기 어렵다. 레이저 다이싱 반도체 웨이퍼가 갖는 또 다른 단점은 바로, 소재 처리량 속도가 레이저의 전력 가능출력에 의해 제한된다는 것이다.
그러므로 UV, 그린, IR 및 CO2 레이저를 이용하여 비아 및/또는 홀의 형성을 이루어 UV, 그린 및 IR 레이저를 이용하여 반도체 웨이퍼를 효율적으로 그리고 정확하게 다이싱하기 위해 높은 처리량 속도로 소재의 고속 레이저 프로세싱을 실시하는 방법 및 상기 고속 레이저 프로세싱을 실시하기 위한 레이저 시스템이 필요하다.
그러므로 본 발명의 목적은, 물질 제거 및 소재 처리량의 속도가 증가되어 프로세스 품질이 향상되도록 하기 위해 (1)단일층 및 다층 소재에서 비아 및/또는 홀을 레이저 프로세싱하고 (2)반도체 웨이퍼를 다이싱하는 속도 및/또는 효율을 향상시키기 위한 방법과 레이저 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 방법은 듀얼 레이저 시스템에서 주어진 전력 레벨로 펄스 반복 속도를 최대화시킴으로써 소재로부터 물질의 신속한 제거를 가져온다. 상기 방법은 개별적인 펄스가 레이저의 출력부에서 다른 시간대에 나타나도록 하기 위해 2개의 레이저를 트리거하는 단계를 수반한다. 그 이후, 이러한 두개의 빔은 두개의 빔이 갖는 펄스가 인터리브되는 단일 빔으로 결합된다. 이 단일 빔은 각 빔의 결합된 펄스 속도와 동일한 펄스 반복 주파수(PRF)를 갖고, 이 결합된 빔에서 각각의 펄스는 앞서 결합을 가졌던 것과 동일한 펄스 특성을 갖는다. 이 결합된 빔은 후속적으로 동일한 PRF를 갖는 두개의 빔으로 계속해서 나눠질 수 있다. 이 분리된 빔에서, 일부의 펄스 특성 가령, 펄스 지속시간과 전반적인 펄스 형태는 분리되지 않은 빔의 특성과 실질적으로 유사하게 유지될 것이다.
상기 방법의 바람직한 실시예는 바람직한 PRF로 교호 펄스를 달성하기 위해 두개의 레이저를 동기화시키는 단계를 수반한다. 그 이후, 레이저 출력부에서 생산되는 이러한 두개의 펄스를 갖는 레이저 빔은 빔 결합기 상의 입사를 위해 시준되어 유도되는데, 이 빔 결합기는 상기 레이저 빔을 단일 빔으로 결합한다. 이 결합된 빔은 고유의 가우스 프로파일로 남겨지거나 바람직한 비-가우스 프로파일을 생성하도록 선택적으로 형상화되고/되거나 이미지화될 수 있다. 그 이후, 이 결합된 빔은 미세 기계가공을 실행하기 위해 소재의 다른 위치상에 입사를 위해 유도될 수 있는 두개의 빔으로 나눠질 수 있다. PRF와 전력 사이의 관계에 대한 비-선형성으로 인해, 두개의 빔의 결합 및 분리는, 만일 각 레이저가 동등한 PRF로 두개의 위치 각각에서 있는 소재로 각각 펄스를 주고 유도될 경우 획득 가능한 전력 밀도보다 더 큰 전력 밀도를 초래한다. 이러한 방식으로 더 큰 전력 밀도를 소재 상의 두 위치에서 획득하는 것의 결과는 미세 기계가공 시스템의 처리량에 대한 증가이다.
본 발명에 의해 제공되는 이점은 두개의 레이저에 제한되지 않는다. 유사 기술을 사용한다면, 3개 보다 큰 레이저는 3개 보다 큰 빔으로 결합되어 나눠질 수 있다; 그러나, 짝수의 레이저는 유사한 출력 빔으로 결합하여 분리되기 쉽다.
본 발명의 추가적인 목적과 이점은 다음의 바람직한 실시예의 상세한 설명으로부터 분명해 질 것이며, 상기 상세한 서명은 첨부된 청구범위를 참고하여 진행된다.
도 1은 본 발명의 방법에 따라 형성된 레이저 빔에 의해 처리될 유형의 예시적인 다층 소재의 단편적인 도면.
도 2는 선택적 빔 세이핑 및 이미징 광학기재(optics)의 도움으로 본 발명의 방법에 따라 두개의 레이저 빔을 결합하여, 나중에 이들을 나누는 바람직한 시스템에 대한 개략도로서, 결합된 레이저 빔을 선택적 제3 및 제4 레이저 빔으로 더 나누는 광학 구성요소를 점선으로 도시하는 도면.
도 3은 예시적인 종래 기술의 레이저에 대한 펄스 에너지와 PRF 사이의 관계를 도시하는 그래프.
도 4는 본 발명에 따라 형성된 두개의 레이저 시스템 빔 출력에 대한 펄스 에너지와 PRF 사이의 관계를 도시하는 그래프.
도 5의 (a)는 각 레이저가 독립적으로 동작하는 종래의 듀얼 레이저 시스템에 의해 생산되는 펄스 트레인 PRF와 피크 에너지를 도시하는 그래프.
도 5의 (b)는 본 발명에 따라 생산된 결합된 레이저 빔의 펄스 트레인 PRF와 피크 에너지를 도시하는 그래프.
도 5의 (c)는 본 발명에 따라 생산된 분리된 레이저 빔에 대한 펄스 트레인 PRF와 피크 에너지를 도시하는 그래프.
본 발명의 바람직한 실시예에 대한 제1 실시에 있어서, 본 명세서에서 개시된 발명에 의해 발생되는 레이저 펄스는 제거(ablation)를 야기하는데 충분한 에너지로 레이저를 소재의 적어도 두개의 특정 영역으로 겨냥함으로써 단일 층 또는 다층 소재에서 비아를 형성한다. 단일 펄스가 소재 상의 특정 위치로부터 모든 바람직한 물질을 제거하는데 불충분하다고 가정한다. 그러므로 다중 펄스는 각각의 특정 위치에서 바람직한 물질의 제거를 달성하기위해 소재로 향하게 된다. 프로세싱 시간과 시스템 처리량은 소재의 제거 임계값 보다 큰 에너지에서 매 단위 시간 동안 소재로 전송되는 펄스의 수에 의존한다.
바람직한 단일 층 소재는 전기 어플리케이션 용의 얇은 구리 시트, 폴리이미드 시트와, 일반 산업 및 의학 어플리케이션 용의 다른 금속 조각 예컨대, 알루미늄, 철강 및 열가소성 물질을 포함한다. 바람직한 다중 소재는 멀티-칩 모듈(MCM), 회로 보드 또는 반도체 마이크로회로 패키지를 포함한다. 도 1은 층(34,36,38,40)을 포함하는 임의의 유형을 갖는 예시적인 다층 소재(20)를 도시한다. 바람직하게 층(34,38)은 예컨대, 알루미늄, 구리, 금, 몰리브덴, 니켈, 팔라듐, 백금, 은, 티타늄, 텅스텐, 금속 질소화물 또는 이들의 결합물과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는, 금속을 각각 포함하는 금속 층이다. 바람직하게 금속 층(34, 38)은 대략 9μm과 대략 36μm 사이의 두께를 갖지만, 9μm 보다 더 얇거나 72μm 만큼의 두께일 수 있다.
각 층(36)은 BCB, BT, 카드보드, 시안산염 에스테르, 에폭시, 페놀, 폴리이미드, PTFE, 폴리머 합금 또는 이들의 결합물과 같은 표준 유기 절연 물질을 바람직하게 포함한다. 각각의 유기 절연 층(36)은 전형적으로 금속 층(34,38)보다 더 두껍다. 바람직한 유기 절연 층(36)의 두께는 대략 20 내지 400μm 사이지만, 유기 절연 층(36)은 1.6 mm만큼의 두께를 갖는 스택에 놓여질 수 있다.
유기 절연 층(36)은 얇은 강화 성분 층(40)을 포함할 수 있다. 강화 성분 층(40)은 짜여진 또는 유기 절연 층(36)으로 분산된 예컨대, 아라미드 섬유, 세라믹 또는 유리의 섬유 매트 또는 분산된 분자를 포함할 수 있다. 강화 성분 층(40)은 전형적으로 유기 절연 층(36)보다 더 얇고, 1 내지 10μm 사이의 두께를 가질 수 있다. 당업자는, 강화 물질이 또한 파우더로서 유기 절연 층(36)속에 삽입될 수 있음을 이해할 것이다. 이러한 파우더 강화물을 포함하는 강화 성분 층(40)은 불연속적이고 불균일할 수 있다.
당업자는, 층(34,36,38,40)이 내부적으로 불연속, 불균일 및 비평탄(nonlevel)함이 존재할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 금속, 유기 절연 및 강화 성분 물질의 몇몇의 층을 갖는 스택은 2mm보다 더 큰 총 두께를 갖는다. 도 1에서 예로서 도시된 바와 같이 임의의 소재(20)가 5개의 층을 가지고 있더라도, 본 발명은 단일 층 기판을 포함하는 임의의 바람직한 수의 층을 갖는 소재 상에 실행될 수 있다.
도 2는 동기 장치 소스(54)에 의해 구동되는 두개의 프로세싱 레이저(50,52)로 구성된 본 발명의 바람직한 실시예의 개략도이다. 소스(54)는 레이저로 에너지를 펌프하는 조명 소스에 전송된 트리거 신호를 동기화하는 단계 또는 레이저(50,52) 내에 위치한 Q-스위치를 될 수 있는 한 동기화하여 이 스위치가 교호 방식으로 펄스를 발생시키는 단계를 포함하는 수많은 방법 중 어느 하나에 의해 레이저(50,52)를 동기화시킬 수 있다. 레이저(50,52)는 출력부에서 각각의 프로세싱 빔(56,58)을 제공하며, 각 빔은 레이저 펄스 트레인으로 구성된다. 레이저(50,52)는, 각각의 출력 프로세싱 빔(56,58)의 고유 선형 편광 판이 실질적으로 평행을 유지하도록 배열된다. 레이저 빔(56,58)은 각각의 시준기(60,62)를 통과하는데, 이 각각의 시준기는 입사하는 레이저 빔의 지름을 줄이는 한편, 이의 초점을 무한대로 유지한다.
프로세싱 레이저(50,52)는 UV 레이저, IR 레이저, 그린 레이저 또는 CO2 레이저가 될 수 있다. 바람직한 프로세싱 레이저 출력은 0.01μJ 내지 1.0J 사이의 펄스 에너지를 갖는다. 바람직한 UV 프로세싱 레이저는 고체 상태 라산트 예컨대, 이테르븀, 홀뮴 또는 에르븀으로 도핑된 Nd:YAG, Nd:YLF, Nd:YAP 또는 Nd:YVO4, 또는 YAG 수정을 포함하는 Q-스위칭된 UV DPSS 레이저이다. UV 레이저는 파장 예컨대, 355nm(3중 주파수 Nd:YAG), 266nm(4중 주파수 Nd:YAG) 또는 213nm(5중 주파수 Nd:YAG)으로 조화롭게 생성된 UV 레이저 출력을 바람직하게 제공한다.
바람직한 CO2 프로세싱 레이저는 대략 9μm과 대략 11μm 사이의 파장에서 동작하는 펄스가 발생되는 CO2 레이저이다. 예시적인 상업적으로 이용 가능한 펄스가 발생된 CO2 레이저는 미국의 Connecticut Bloomfield에 있는 Coherent -DEOS에 의해 구성된 모델 Q3000 Q-스위칭된 레이저(9.3μm)이다. CO2 레이저가 금속 층(34,38)을 통해 비아를 효과적으로 뚫을 수 없기 때문에, CO2 프로세싱 레이저로 뚫린 다층 소재(20)는 금속 층(34,38)이 부족하거나, 타깃 위치가 절연 층(36)을 노출시키기 위해 UV 레이저로 미리 뚫리거나, 예를 들어 화학 에칭과 같은 또 다른 프로세스를 이용하여 미리-에칭 되도록 준비된다.
당업자는, 다른 파장에서 동작하는 다른 고체-상태 라산트 또는 CO2 레이저가 본 발명의 레이저 시스템에서 이용될 수 있음을 이해한다. 다양한 유형의 레이저 구멍 배열, 고체 상태 레이저의 고조파 발생, 고체-상태 레이저와 CO2 레이저를 위한 Q-스위치 동작, 펌핑 구조 및 CO2 레이저를 위한 펄스 생성 방법이 당업자에게 잘 알려져 있다.
레이저(50)는 미러/결합기(64)로부터 반사되는 프로세싱 빔(56)을 방출하고, 두개의 레이저가 존재할 경우에, 미러/결합기(64)는 미러로 실행되고, 그 결과 제1 반파 플레이트(66)를 만난다. 제1 반파 플레이트(66)는 입사하는 레이저 빔(56)의 편광 평면을 90도로 회전하도록 설정된다. 레이저 빔(56,58)의 광학 경로는, 제1 각으로 편광된 실질적으로 모든 레이저 빔(58)을 투과하고 제1 각과 비교하여 90도 회전된 제2 각으로 편광된 모든 레이저 빔(56)을 실질적으로 반사시키도록 구성된 빔 결합기(68)에서 만나도록 배열된다. 광학 구성요소는, 투과된 빔(58)과 반사된 빔(56)이 제1 각으로 편광된 대략 1/2 크기의 에너지와 제1 각과 비교하여 90도 회전된 제2 각으로 편광된 그 나머지의 에너지를 갖는 결합된 동축 빔(70)을 형성하도록 결합하기 위해 배열된다. 빔 결합기(68)로부터 전파되는 결합된 빔(70)은 본질적으로 가우스의 빔 프로파일을 더 바람직한 빔 프로파일로 변형하는 선택적 빔 세이핑 광학기재(72)를 통과한다. 바람직한 빔 프로파일의 일예는 본질적으로 고른(even) 조명도를 제공하는 "탑 햇(top hat)"프로파일이다. 선택적 빔 세이핑 광학기재(72)는 빔이 소재 상에 투영될 때, 적절한 특성 가령, 스폿 크기 및 모양을 달성하도록 하는 이미징 광학기재로서 또한 역할을 담당한다. 당업자는, 유사한 방법이 두개 보다 큰 레이저를 결합하여 이에 대응하여 더 많은 전력으로 결합된 빔(70)을 생성하도록 이용될 수 있음을 또한 인식할 것이다.
그 다음 결합된 빔(70)은, 22.5도로 회전된 결과로서 빔에 실질적으로 동등한 p(수직)와 s(수평) 편광 구성요소를 제공하는, 결합된 빔(70)의 편광 평판을 45도로 회전시키는 제2 반파 플레이트(74) 상으로 입사를 위해 향하게 된다. 결합되어 회전되는 빔(71)은 결합되어 회전된 빔(71)의 편광 평판 중 어느 하나와 비교되는 편광 축 세트 45도로 브루스터 편광기 빔 분열기(78) 로 향하게 된다. 제2 반파 플레이트(74)가 없을 경우, 빔 분열기(78)는 빔 분열기 편광 축에 평행하게 편광된, 결합되어 회전된 빔(71)의 실질적으로 모든 부분을 투과하고, 빔 분열기 편광 축에 수직으로 편광된 결합되어 회전된 빔(71)의 실질적으로 모든 부분을 반사할 것이다. 이것은 본질적으로 결합되어 회전된 빔(71)이 구성 부분으로 분리하여, 레이저 빔(56,58)을 재생성한다. 그러나 결합되어 회전된 빔(71)의 편광이 45도로 회전되었기에, 결합되어 회전된 빔(71)의 직각으로 편광된 구성요소 각각은 빔 분열기(78)에 의해 부분적으로 투과되고 부분적으로 반사된다. 이것은 결합되어 회전된 빔(71)의 두개의 편광된 구성요소를 결합하여, 분리된 레이저 빔(80,82)에서 대략 전력의 반을 투과하고, 대략 전력의 반을 반사하는 결과를 갖는다. 이렇게 분리된 각각의 빔(80,82)은 레이저 빔(56,58)으로부터의 펄스로 구성되므로, 두개의 빔이 갖는 펄스 속도의 합과 동일한 펄스 속도를 갖는다. 두개의 분리된 빔(80,82)에서 전력의 비율은 22.5도의 공칭 각으로부터 반파 플레이트(74)의 각을 변화시킴으로써 조정될 수 있다.
결합되어 회전된 빔(71)은 선택적으로 4개의 레이저 빔(80,82,88,90)으로 분리될 수 있으며, 각각의 레이저 빔은 결합된 레이저(50,52)의 대략 1/4의 전력과 동일하고, 레이저(50,52) 각각에 의해 방출된 빔(56,58)의 펄스 속도의 합과 동일한 펄스 속도를 갖는다. 이러한 분할은 점선 구역에 도시되고, 도 2에서 점선에 의해 나타낸 구성요소에 의해 달성된다. 선택적인 실시예에서 결합되어 회전된 빔(71)은 반파 플레이트(92)로부터 최초로 전파되고, 선택적인 빔(96,98)을 생성하기 위해 선택적인 분열기(94)에 의해 두개의 대략 동일한 빔으로 분리된다. 각각의 빔(96,98)은 총 4개의 출력 빔(80,82,88,90)을 생성하기 위해 선택적인 미러(100), 선택적인 반파 플레이트(102), 선택적인 분열기(104) 및 선택적인 미러(106)로 소재 상의 바람직한 위치로 잘 공지된 기술에 의해 유도될 수 있다. 각각의 빔에 이 용 가능한 전력의 비율은 위에서 설명되었듯이 반파 플레이트(74,92,102)를 조정함으로써 설정될 수 있다. 당업자는, 이러한 방법이 원하는 대로 추가적인 레이저 빔 쌍을 생성하도록 확장될 수 있음을 이해할 것이다.
도 3에서 그래프(110)는 단일 레이저에 있어서 kHz 단위의 PRF와 μJ단위의 펄스 에너지 사이의 비-선형 관계를 도시한다. 곡선궤적(112)은 주어진 레이저에 있어서 PRF의 함수로 이용 가능한 피크 펄스 에너지를 나타낸다. 당업자는, 이러한 관계가 미세 기계가공 어플리케이션에 사용되는, 광범위한 레이저 유형에 표본이 됨을 인지할 것이다. 직선(114)은 특정 소재의 제거를 요구하는 최소 피크 펄스 에너지를 대략 80μJ로 나타낸다. 라인(112,114)은 선택된 소재를 제거할 수 없는 최대 PRF를 나타내는 포인트(116)에서 교차하는데, 이와 같은 경우 상기 최대 PRF는 대략 62kHz이다. 만일 시스템이 독립적으로 동작하는 두개의 레이저로 구성된다면, 시스템의 최대 처리량은 두개의 스폿으로 제한될 것이며, 각 스폿은 62 kHz에서 제거된다.
도 4에서 그래프(120)는 본 명세서에서 설명된 원리에 따라 구성된 듀얼 레이저 시스템의 성능을 도시한다. 도 3에 도시된 것과 동일한 PRF/펄스 에너지 특성을 갖는 두개의 레이저는 도 2에서 도시된 바와 같이 결합된다. 그래프(120)에서 곡선궤적(122)은 레이저(50,52)로부터의 교호 펄스로 구성된 결합된 빔(70)의 PRF/펄스 에너지 관계를 도시한다. 그래프(120)에서 직선(124)은 선택된 소재를 제거하도록 요구되는 최소 피크 펄스 에너지를 도시한다. 결합된 빔(70)이 두개의 빔 사이에서 실질적으로 동일하게 분리되기 때문에, 요구되는 피크 펄스 에너지는 도 3 에서 직선(104)에 의해 도시된 피크 펄스 에너지의 약 두 배 즉, 대략 160μJ이다. 라인(122,124)은 선택된 소재를 제거할 수 없는 최대 결합된 PRF, 대략 87 kHz를 나타내는 포인트(126)에서 교차한다. PRF와 펄스 에너지 사이의 비선형 관계로 인해, 이 PRF는 동일한 물질을 제거하기 위해서 도 3에서 도시된 62 kHz PRF보다 더 크다. 그러므로 본 명세서에서 개시된 기술에 따라 실시되는 2개의 레이저 시스템은 87 kHz의 PRF에서 제거되는 두개의 스폿과 동일한 최대 시스템 처리량을 가질 것이다. 최대 제거 속도와 이에 따른 시스템 처리량이 PRF의 함수이기에, 본 명세서에서 개시된 원리에 따라 구성된 두개의 레이저 시스템은 독립적으로 동작하는 각 레이저로 구성된 시스템의 처리량의 최대 140%의 처리량을 가질 것이다.
바람직한 실시예의 제2 실시에 있어서, 본 명세서에서 개시된 발명에 의해 발생되는 레이저 펄스는 웨이퍼 또는 기판의 다수의 독립 부품으로의 개별화 또는 다이싱을 달성하는데 사용된다. 전자 제조에서 단일 기판 상의 주어진 회로 또는 회로 요소를 대량 복사하여 제조하는 것이 흔하다. 반도체 다이싱을 위한 바람직한 소재는 실리콘 웨이퍼를 포함하는데, 다른 실리콘을 주원료로 한 물질은 실리콘 탄화물 및 실리콘 질소화물, 그리고 Ⅲ-Ⅴ 및 Ⅱ-Ⅵ 족 에서의 혼합물 가령, 갈륨 비화물을 포함하고, 상기 갈륨 비화물 상에서 포토리소그래피 기술을 이용하여 집적회로가 구성된다. 제2 예는 후막 필름 회로로서, 여기서 회로 요소 및 전자 디바이스는 전형적으로 소결된(sintered) 세라믹 물질로 구성된 기판 상에 스크린 인쇄된다. 제3 예는 박막 회로로서, 여기서 컨덕터 및 수동 회로 소자는 스퍼터링(sputtering) 또는 증발 작용(evaporation)에 의해 예컨대, 반도체 물질, 세라믹 또는 다른 물질로 구성된 기판에 증착된다. 제4 예는 디스플레이 기술로서, 여기서 LCD 또는 플라즈마 디스플레이를 제조하기 위해 사용되는 플라스틱 필름은 이러한 기술을 사용하여 개별화될 수 있다. 이러한 어플리케이션이 전부 공통으로 가지고 있는 것은 다수의 회로, 회로 요소를 포함하는 기판 또는 간단히 기판의 단일 영역을 분리된 부품으로 효과적으로 나누려고 하는 것이다.
본 명세서에 개시된 발명을 개별화에 적용하는 이점은 비아 구멍 뚫기에 대해 앞서 설명된 이점과 유사하다. 두개 보다 큰 레이저를 프로세스에 적용하면, 다중 평행 선형 컷(multiple parallel linear cuts)이 대부분의 기판을 개별화시키도록 전형적으로 요구되기 때문에 시스템의 처리량을 증가시킬 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 발명을 이용하면, 비아 구멍 뚫기와 같은 개별화의 속도가 매 단위 시간 동안 전달된 제거 임계치보다 더 큰 에너지에서 펄스 수의 함수이기 때문에 시스템의 처리량을 증가시킬 것이다.
도 5의 (a), (b) 및 (c)은 독립적인 레이저로 구성된 상기 듀얼 레이저 시스템과 본 명세서에 개시된 본 발명에 따라 구성된 듀얼 레이저 시스템에 의해서 매 단위 시간 동안 전달된 펄스의 수를 비교함으로써 이러한 프로세스를 도시한다.
도 5의 (a)에서 그래프(130)는 종래 기술의 시스템에서 두개의 유사한 예시적인 레이저 중 하나에 대한 펄스 에너지와 PRF 사이에서 관계를 도시하는데, 상기 종래 기술의 시스템은 두개의 독립적인 레이저를 이용하여 동시에 소재 상에서 두개의 위치를 프로세스한다. 그래프(130)는 펄스 트레인(132)을 도시하는데, 각 펄 스(134)는 펄스 에너지(e0)를 갖고, 소재상의 특정 위치에서 프로세싱을 완료하기 위해 시간(t0)을 요구한다. 간격(138)은 서로 인접한 펄스(134) 사이의 시간을 도시하고, 이 시간은 PRF의 역수이다. 이 그래프는 두개의 레이저 시스템을 나타내기에, 이 시스템은 시간(t0)에서 소재상의 두 위치를 프로세스할 수 있다.
도 5의 (b)에서 그래프(140)는 펄스 트레인(142)으로 구성된 결합된 빔(70)을 도시한다. 이 펄스 트레인(142)은 빔 결합기(68)에 의해 결합된 후에 레이저(50)로부터의 실선 펄스(144)와 레이저(52)로부터의 점선 펄스(146)로 구성된다. 각 펄스(144,146)의 피크 에너지(e1)는 도 5의 (a)에서 도시된 PRF로 유사한 레이저에 의해 전달된 빔의 각 펄스(134)에 대한 두 배 보다 큰 피크 에너지(e0)와 동일한 반면에, 레이저(50)로부터 인접한 펄스(144)사이 그리고 레이저(52)로부터의 인접한 펄스(146)사이의 간격(148)은 각각 간격(138)의 두 배 미만이다. 이것은 도 3 및 도 4에 도시된 펄스 에너지 및 PRF 간의 비-선형 관계의 결과이다.
도 5의 (c)에서 그래프(150)는 두개의 펄스 트레인을 형성하기 위해 빔 분열기(78)로 펄스 트레인(142)을 나누는 것에 대한 결과를 도시하는데, 상기 두개의 펄스 트레인 중 하나는 레이저(50)로부터의 실선 펄스(154)와 레이저(52)로부터의 점선 펄스(156)로 구성된 펄스 트레인(152)으로 도시된다. 나눠진 빔(152)의 피크 에너지(e2)는 도 5의 (a)에서 도시된 바와 같이 단일 레이저의 피크 에너지(e0)와 동일하지만, 상호 펄스 간격(158)은 상호 펄스 간격(138) 미만의 크기이다. 그러므 로 두개의 레이저 빔으로부터 동기화된 PRF는 독립적으로 동작하는 두개의 레이저 중 어느 하나의 PRF보다 더 크다. 그러므로 요구되는 펄스의 수는 시간(t0) 미만인, 시간(t2)에서 소재에 전달된다. 두 개의 펄스 트레인(152)이 분리된 레이저 빔(56,58)에 의해 소재에 전달되기 때문에, 본 명세서에서 설명된 본 발명은 레이저가 독립적으로 동작하는 경우 요구되는 시간보다 더 짧은 시간에 두개의 위치를 프로세스할 수 있다.
당업자는, 다른 물질로 구성된 다른 단일 또는 다층 소재에 있어서, 가변적인 레이저 파라미터 가령, 펄스 반복 속도, 펄스 당 에너지 및 빔 스폿 크기는 다른 프로세싱 단계 동안 최적 레이저 미세 기계가공 처리량과 품질을 달성하기 위해 프로그래밍될 수 있음을 이해할 것이다. Owen 등의 미국 특허번호 5,841,099 및 Dunsky 등의 미국 특허번호 6,407,363을 참조하되, 이 둘은 본 특허 출원서의 양도인에게 양도되어 있다. 당업자는 또한, 가열 소스 가령, 가열 소스의 전력, 에너지 분배 프로파일 및 스폿 크기의 동작 파라미터가 다양한 레이저 프로세싱의 단계 동안 일정하게 유지되거나 변화될 수 있음을 이해할 것이다.
본 발명의 근저에 있는 원리에서 벗어나지 않고, 앞서 설명된 본 발명의 실시예의 상세한 설명에 많은 변화가 있을 수 있다는 사실은 당업자에게 명백해 질 것이다. 그러므로 본 발명의 범위는 다음의 청구 범위에 의해서만 결정되어야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 소재(workpiece)를 프로세싱하는 레이저에 이용가능 하며, 특히, 주어진 전력 레벨에서 독립적으로 동작하는 임의의 하나의 레이저의 반복 주파수보다 더 큰 펄스 반복 주파수를 달성하기 위해 두개 보다 큰 레이저의 출력을 결합하는 것에 이용가능 하다.

Claims (8)

  1. 제1 및 제2 프로세싱 레이저 빔을 생성하여, 각각의 제1 및 제2 타깃 물질 위치에서 타깃 물질을 동시에 그리고 신속하게 프로세스하기 위하여 상기 제1 및 제2 프로세싱 레이저 빔을 이용하기 위한 방법으로서,
    - 일련의 출력 펄스를 일정한 펄스 반복 주파수로 방출하는 제1 레이저를 제공하는 단계로서, 일련의 출력 펄스는 증가하는 펄스 반복 주파수에 대해 감소하는 피크 펄스 에너지에 의해 특징되는, 제1 레이저 펄스를 제공하는 단계와;
    - 일련의 출력 펄스를 일정한 펄스 반복 주파수로 방출하는 제2 레이저를 제공하는 단계로서, 일련의 출력 펄스는 증가하는 펄스 반복 주파수에 대해 감소하는 피크 펄스 에너지에 의해 특징되는, 제2 레이저 펄스를 제공하는 단계와;
    - 상기 제1 및 제2 레이저의 출력 펄스가 인터리빙된(interleaved) 결합된 레이저 출력을 형성하는 단계로서, 상기 결합된 레이저 출력은 제1 및 제2 레이저의 일련의 출력 펄스가 갖는 펄스 반복 주파수의 합성(synthesis)에 의해 확립된 프로세싱 펄스 반복 주파수로 동작하는, 결합된 데이터 출력 형성 단계와;
    - 상기 결합된 레이저 출력을, 피크 프로세싱 펄스 에너지에 의해 특징되는 일련의 결합된 레이저 프로세싱 출력 펄스를 포함하는 제1 및 제2 프로세싱 레이저 빔으로 분할하는 단계와;
    - 각각의 제1 및 제2 타깃 물질 위치로 입사를 위한 제1 및 제2 프로세싱 레이저 빔을 유도하여, 동시에 이 위치로부터 타깃 물질을 제거하기 위한 유도 단계 로서, 상기 결합된 레이저 프로세싱 출력 펄스의 피크 프로세싱 펄스 에너지는 프로세싱 펄스 반복 주파수로 독립적으로 동작하는 제1 및 제2 레이저에 의해 획득 가능한 피크 펄스 에너지보다 더 크고, 이에 의해 상기 제1 및 제2 레이저의 독립적인 동작으로부터 실현 가능한 프로세싱 속도보다 더 빠른 프로세싱 속도로 타깃 물질 프로세싱에 효과적인 피크 프로세싱 펄스 에너지의 선택을 가능하게 하는, 유도 단계
    를 포함하는,
    프로세싱 레이저 빔을 생성하여 이용하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 레이저의 일련의 출력 펄스가 갖는 펄스 반복 주파수는 실질적으로 동일한,
    프로세싱 레이저 빔을 생성하여 이용하는 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    각각의 제1 및 제2 프로세싱 레이저 빔의 출력 펄스는 상기 제1 및 제2 레이저의 일련의 교호 출력 펄스에서 형성되는,
    프로세싱 레이저 빔을 생성하여 이용하는 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 타깃 물질의 프로세싱은 상기 제1 및 제2 타깃 물질 위치로부터 타깃 물질의 제거 단계를 포함하는,
    프로세싱 레이저 빔을 생성하여 이용하는 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 레이저가 갖는 일련의 출력 펄스의 펄스 반복 주파수는 실질적으로 동일하되,
    상기 출력 펄스의 인터리빙(interleaving) 단계는 상기 제1 및 제2 레이저가 갖는 일련의 출력 펄스 중 어느 하나의 펄스 반복 주파수보다 더 큰 프로세싱 펄스 반복 주파수의 값을 합성시키기 위해 위상-변위된 관계에서 제1 및 제2 레이저의 일련의 출력 펄스를 합하는 단계를 포함하는,
    프로세싱 레이저 빔을 생성하여 이용하는 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    - 피크 프로세싱 펄스 에너지에 의해 특징되는 일련의 결합된 레이저 프로세싱 출력 펄스를 포함하는 제3 및 제4 레이저 빔으로, 결합된 레이저 출력을 분할시키는 단계와;
    - 각각의 제3 및 제4 타깃 물질 위치로 입사를 위한 제3 및 제4 프로세싱 레이저 빔을 유도하여, 동시에 이 위치로부터 타깃 물질을 제거하기 위한 유도 단계로서, 상기 결합된 레이저 프로세싱 출력 펄스의 피크 프로세싱 펄스 에너지는 독 립적으로 동작하고, 프로세싱 펄스 반복 주파수에서 각각 2개의 빔으로 분리되는 제1 및 제2 레이저에 의해 획득 가능한 피크 펄스 에너지보다 더 크고, 이에 의해 각각 두개의 빔으로 분리되는 상기 제1 및 제2 레이저의 독립적인 동작으로부터 실현 가능한 프로세싱 속도보다 더 빠른 프로세싱 속도로 타깃 물질 프로세싱에 효과적인 피크 프로세싱 펄스 에너지의 선택을 가능하게 하는 유도 단계를 더 포함하는,
    프로세싱 레이저 빔을 생성하여 이용하는 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 타깃 위치로부터 타깃 물질의 제거는 상기 위치에 홀을 형성하는,
    프로세싱 레이저 빔을 생성하여 이용하는 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 홀은 블라인드 비아의 형태로 존재하는,
    프로세싱 레이저 빔을 생성하여 이용하는 방법.
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8609512B2 (en) * 2009-03-27 2013-12-17 Electro Scientific Industries, Inc. Method for laser singulation of chip scale packages on glass substrates
JP5178622B2 (ja) * 2009-05-07 2013-04-10 住友重機械工業株式会社 レーザ加工装置及びレーザ加工方法
US8519298B2 (en) * 2010-03-25 2013-08-27 Veeco Instruments, Inc. Split laser scribe
CN102430855A (zh) * 2011-09-21 2012-05-02 长春理工大学 多激光脉冲序列能量时域累积方法
JP5293791B2 (ja) * 2011-09-27 2013-09-18 三星ダイヤモンド工業株式会社 レーザー加工装置およびレーザー加工装置を用いた被加工物の加工方法
US10239155B1 (en) * 2014-04-30 2019-03-26 The Boeing Company Multiple laser beam processing
PL3523083T3 (pl) * 2016-11-18 2024-02-05 Ipg Photonics Corporation System i sposób laserowej obróbki materiałów
JP6845255B2 (ja) 2016-12-05 2021-03-17 ギガフォトン株式会社 レーザ装置
KR102453653B1 (ko) 2017-05-11 2022-10-11 쇠라 테크널러지스 인코포레이티드 적층 가공을 위한 패턴화된 광의 스위치야드 빔 라우팅
RU2661165C1 (ru) * 2017-10-25 2018-07-12 Акционерное общество "Новосибирский приборостроительный завод" Способ и устройство формирования микроканалов на подложках из оптического стекла, оптических кристаллов и полупроводниковых материалов фемтосекундными импульсами лазерного излучения
CN109909601A (zh) 2017-12-13 2019-06-21 京东方科技集团股份有限公司 一种激光加工系统及方法
CN113226622B (zh) 2018-12-19 2023-02-28 速尔特技术有限公司 使用脉冲调制的激光进行二维打印的增材制造系统
CN112247363A (zh) * 2020-10-13 2021-01-22 深圳市嗨兴科技有限公司 一种多光合束雕刻的控制方法及装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2831215B2 (ja) * 1992-11-13 1998-12-02 三菱重工業株式会社 レーザによる切断、穴あけ加工方法
US5841099A (en) * 1994-07-18 1998-11-24 Electro Scientific Industries, Inc. Method employing UV laser pulses of varied energy density to form depthwise self-limiting blind vias in multilayered targets
US5593606A (en) * 1994-07-18 1997-01-14 Electro Scientific Industries, Inc. Ultraviolet laser system and method for forming vias in multi-layered targets
JP3715800B2 (ja) * 1998-10-02 2005-11-16 三菱電機株式会社 レーザ照射装置
JP2001023918A (ja) * 1999-07-08 2001-01-26 Nec Corp 半導体薄膜形成装置
US6541731B2 (en) * 2000-01-25 2003-04-01 Aculight Corporation Use of multiple laser sources for rapid, flexible machining and production of vias in multi-layered substrates
TW504425B (en) * 2000-03-30 2002-10-01 Electro Scient Ind Inc Laser system and method for single pass micromachining of multilayer workpieces
KR100500343B1 (ko) * 2000-08-29 2005-07-12 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 레이저 가공 장치
WO2002090037A1 (en) * 2001-05-09 2002-11-14 Electro Scientific Industries, Inc. Micromachining with high-energy, intra-cavity q-switched co2 laser pulses
US7364952B2 (en) * 2003-09-16 2008-04-29 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Systems and methods for processing thin films

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