KR20090104001A - 멀티 펄스 레이저 처리 시스템 및 방법 - Google Patents

멀티 펄스 레이저 처리 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

레이저 펄스는 충돌 간격에 대한 펄스 타이밍을 조정함으로써 광 변조기에 의해 밀집된 레이저 펄스의 그룹으로부터 선택된다. 조정된 펄스는 충돌 간격으로부터 비충돌 간격으로 이동되어 블로킹된다. 블로킹된 레이저 광원은 거의 연속적으로 가동됨으로써 안정화된다. 펄스 레이저 광원에 의한 펄스 선택은 단일 음향 광 변조기로 달성된다.
안정화 시스템, 펄스 발생 수단, 변조 수단, 신호 발생 수단, 커맨드 발생 수단, 조사 수단

Description

멀티 펄스 레이저 처리 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR MULTI-PULSE LASER PROCESSING}
본 출원은 2007년 1월 5일자로 출원된 미국 임시 특허 출원 일련번호 제60/883,583호에 대한 우선권을 주장한다.
본 발명은, 예컨대 미국 특허 공개 번호 제2002/0167581호뿐만 아니라, 미국 특허 제6,559,412호; 제5,812,569호; 제5,998,759호; 제6,339,604호; 제6,727,458호; 및 제6,541,731호에도 개시되어 있는 바와 같은 레이저 처리 시스템에 관한 것이고, 그 각각은 본 발명의 양수인에게 양도되었으며, 그 전체가 참조문헌으로 본원에 포함되어 있다. 예컨대, 집적 회로의 메모리 복구를 위한 레이저 기반 마이크로머시닝은 LIA Handbook of Laser Materials Processing, by John Ready, Laser Institute of America, Mongolia Publishing Co., Inc.(2001), chapter 19에 개시되어 있다.
상술한 레이저 처리 시스템은 메모리 디바이스를 복구하는 집적 회로의 블로잉 링크(blowing link)를 포함하는 각종 마이크로머시닝 태스크에 통상 사용된다. 이러한 레이저 처리 시스템에서, 레이저 광원이 워크피스 상에 위치되고 포커싱되어 처리 태스크를 수행하는 펄스를 발생시킨다. 메모리 복구를 위한 링크의 1차 원(1D) 또는 2차원(2D) 어레이 등의 규칙적 간격 타깃의 고속 정밀 처리를 위해, 레이저는 링크 피치에 거의 대응하는 펄스 수로 펄싱되고, 광 스위치는 펄스를 선택해서 선택된 링크만을 블로잉하는데 사용된다. 레이저 광원은 거의 정속에서 동작되므로 처리 능력에 요구되는 펄스 에너지가 안정된다. 펄스는 레이저 펄스에 대한 타깃의 이동 동안 발생될 수 있다. 상술한 바와 같은 종래의 레이저 처리 시스템은 통상 각종 레이저 광원에 의한 펄스 발생, 펄스 선택, 및 링크 또는 유사한 마이크로스코픽 구조를 처리하는 빔 전달을 수반한다.
레이저 광원과 포커스 렌즈 사이의 광 경로(예를 들면, 레이저 캐비티로의 외부)에 사용되어 펄스를 선택하는 일 타입의 광 스위치는 음향 광 변조기(AOM)이다. 이러한 타입의 스위치는 펄스를 감쇠시키고 선택된 펄스에 대한 출력 펄스 에너지를 세팅하는데 사용될 수 있다. 펄스 에너지는 처리 파라미터, 또는 빔 얼라인트에 대한 저에너지 레벨에 따라 세팅될 수 있다.
AOM의 광 상승 시간은 통상 전자 광 변조기[EOM, 포켈 셀(Pockel Cells)]보다 더 느리다. 그러나, 사용이 용이하므로 계속해서 AOM을 매력적인 옵션으로 한다. 수 볼트의 반파 전압 및 나노세컨드 또는 더 빠른 상승을 갖는 집적 전자 광 변조기의 개발이 진보되고 있을지라도 AOM은 대부분의 마이크로머시닝 적용에 대하여 잘 확립된 대안이다.
메모리 복구를 포함하는 일부 마이크로머시닝 적용에서, 다수의 펄스는 밀집된 펄스의 그룹에서 워크피스에 전달될 수 있다. 적절한 단일 레이저, 예를 들면 모드 로킹된 레이저 또는 반도체 다이오드는 신속한 버스트의 펄스를 생성할 수 있 다. 대안으로, 다수의 밀집된 펄스는 둘 이상의 레이저 광원의 출력을 결합하는 시스템에 의해 발생될 수 있다.
처리 및 얼라인먼트를 위해 다수 펄스의 그룹 내에 펄스 선택을 제공하는 것이 바람직하다. 그러나, 간헐적인 펄싱은 불안정한 펄스 에너지를 초래할 수 있다. 각 광원은 연속적으로 펄싱되어 각 레이저 광원의 변조기에 의해 변조될 수 있다. 그러나, 이것은 바람직한 솔루션이 아니다. 단일 변조에 의한 펄스 선택이 바람직하지만, 대략 그룹 내의 100ns미만의 밀집은 통상 대부분의 음향 광 변조기의 제한을 초과하는 것이다. 그러므로, 단일 변조기를 사용하여 안정한 레이저 동작을 제공하는 밀집 펄스의 그룹 내에 펄스 선택이 있다.
본 발명은 일반적으로 펄스가 마이크로스트럭처(microstructure) 상의 소망의 타깃에 충돌되거나, 또는 마이크로스트럭처에 충돌될 수 없도록 마이크로스트럭처에 대하여 정렬되는 충돌 간격에 대한 레이저 펄스 타이밍을 조정하는 스텝을 제공한다.
일실시형태에 의하면, 본 발명은 워크피스를 레이저 기반 처리하는 안정화 시스템을 제공한다. 상기 시스템은 레이저 펄스를 발생시키는 하나 이상의 레이저 광원을 포함하며, 펄스 중 적어도 일부는 시간적으로 밀집되어 있다. 또한, 상기 시스템은 하나 이상의 컨트롤 신호에 응하여 충돌 간격 및 비충돌 간격을 제공하는 광 스위치를 포함하며, 충돌 간격 동안 제공되는 레이저 펄스는 워크피스 위치에 전파되게 된다. 또한, 상기 시스템은 레이저 및 광 스위치에 접속되어 펄스가 요구되면 펄스가 웨크피스에 전파되거나, 또는 펄스가 요구되지 않으면 펄스를 비충돌 간격에 타임 시프팅시키는 컨트롤러를 포함하며, 타임 시프팅은 안정한 동작을 유지하기에 충분히 작고, 상당한 에너지가 워크피스에 충돌되는 것을 방지하기에 충분히 크다(광 스위치의 유한 응답 시간의 결과로서).
다른 실시형태에 의하면, 본 발명은 워크피스를 레이저 기반 처리하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 레이저 펄스를 발생시키는 하나 이상의 레이저 광원을 제공하는 스텝을 포함하며, 펄스 중 적어도 일부는 시간적으로 밀집되어 있다. 또한, 상기 방법은 하나 이상의 컨트롤 신호에 응하여 충돌 간격 및 비충돌 간격을 제공하는 스텝을 포함하며, 충돌 간격 동안 제공되는 레이저 펄스는 워크피스 위치에 전파되게 된다. 또한, 상기 방법은 레이저 및 광 스위치에 접속되어 펄스가 요구되면 펄스가 워크피스에 전파되거나, 또는 펄스가 요구되지 않으면 펄스를 비충돌 간격에 타임 시프팅시키는 컨트롤러를 포함하는 스텝을 포함하며, 타임 시프팅은 안정한 동작을 유지하기에 충분히 작고, 상당한 에너지가 워크피스에 충돌되는 것을 방지하기에 충분히 크다(광 스위치의 유한 응답 시간의 결과로서).
본 발명의 목적은 멀티 머티리얼 디바이스(multi material device)를 레이저 처리하는 개선된 방법 및 시스템을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 안정화 레이저 광원 및 레이저 펄스의 그룹으로부터 선택되는 레이저 펄스를 제공하는 것이다. 레이저 펄스의 그룹은 타이밍 조정을 갖거나 또는 갖지 않는 반복율로 제공될 수 있으며, 상기 시스템은 펄스 선택을 제공하는 동작 동안 레이저 출력 타이밍의 조정을 허용한다.
본 발명의 상기 목적 및 다른 목적을 성취하기 위해, 시스템 및 방법 실시형태는 기판 및 하나 이상의 마이크로스트럭처를 포함하는 멀티 머티리얼 디바이스의 레이저 처리에 제공된다. 본 처리는 레이저 처리 시스템의 위치 결정 서브시스템으로 제어되는 단일 통과 동작에서 다수의 펄스로 발생된다. 위치 결정 서브시스템은 디바이스와 레이저 빔 웨이스트(waist) 사이의 상대 이동을 유도한다. 상대 이동 동안, 타깃 위치와 관련된 충돌 간격은 하나 이상의 레이저 펄스가 워크피스에 충돌되게 한다. 상기 방법은 제 1 소정 특징을 갖는 제 1 펄스를 발생시키는 스텝, 및 제 1 펄스에 의해 충돌 간격 동안 타깃을 조사하는 스텝을 포함하며, 제 1 펄스와 관련된 제 1 빔 웨이스트, 및 타깃이 실질적으로 일치된다. 또한, 상기 방법은 제 2 소정 특징을 갖는 제 2 펄스를 발생시키는 스텝을 포함한다. 제 2 펄스는 제 1 펄스에 대한 소정 시간 동안 지연된다. 소정 시간은 안정한 동작을 유지하기에 충분히 작고, 충돌 간격으로부터 인접한 비충돌 간격으로 지연된 펄스를 이동시키고 제 2 펄스가 타깃을 조사하는 것을 블로킹하기에 충분히 크다. 본 처리는 하나 이상의 마이크로스트럭처를 완전히 제거한다. 타깃은 얼라인먼트 타깃 또는 마이크로스트럭처일 수 있다. 마이크로스트럭처는 컨덕티브 링크일 수 있다.
제 1 및 제 2 펄스는 제 2 펄스가 소정 시간에 의거하여 제 1 펄스에 대한 소정 시간 동안 지연되도록 독립적으로 트리거링될 수 있다. 각종 실시형태에서, 소정 시간은 기판의 열 특성에 의해 결정될 수 있으며, 처리 동안의 기판 온도는 제 2 펄스에 의해 하나 이상의 마이크로스트럭처를 조사하는 스텝 동안의 기판 온도에 비해서 소정 시간 후에 실질적으로 감소된다. 소정 시간은 대략 1~500 나노세컨드의 범위내일 수 있고, 다른 실시형태에서 소정 시간은 1~200 나노세컨드의 범위내일 수 있고, 또 다른 실시형태에서 30~60 나노세컨드의 범위내일 수 있다. 발생 스텝은 다수의 레이저를 갖는 광 서브시스템을 제공하는 스텝을 포함할 수 있고, 광 서브시스템으로의 트리거 펄스 사이의 상대 지연은 소정 시간에 대응한다.
더 긴 지연, 예컨대 200 나노세컨드보다 더 긴 지연을 위해 빔 주사 기술이 사용되어 레이저 스폿과 타깃 위치 사이의 상대 이동을 감소시키거나 또는 제거할 수 있다. 상대 이동은 위치 결정 속도에 의해 결정되고 200㎜/s의 위치 결정 속도에서의 시간 지연, 예컨대 200 나노세컨드는 상대 이동의 40 나노세컨드에 대응한다.
또한, 본 발명의 상기 목적 및 다른 목적을 성취하기 위해, 멀티 머티리얼 디바이스를 레이저 처리하는 시스템은 기판 및 하나 이상의 마이크로스트럭처를 포함할 수 있다. 상기 처리는 상기 디바이스와 레이저 빔 웨이스트 사이의 상대 이동을 유도하는 위치 결정 서브시스템에 의해 제어되는 단일 통과 동작에서 다수의 펄스를 발생시킨다. 상대 이동 동안, 타깃 위치와 관련된 충돌 간격은 하나 이상의 레이저 펄스가 워크피스와 충돌되게 한다. 상기 시스템은 제 1 소정 특징을 갖는 제 1 펄스를 발생시키는 수단, 및 제 1 펄스에 의해 충돌 간격 동안 타깃을 조사하는 수단을 포함하며, 제 1 펄스과 관련된 제 1 빔 웨이스트 및 하나 이상의 타깃은 실질적으로 일치한다. 또한, 상기 시스템은 제 2 소정 특징을 갖는 제 2 펄스를 발생시키는 수단을 포함한다. 또한, 제 2 펄스는 제 1 펄스에 대한 소정 시간 동안 지연된다. 소정 시간은 안정한 동작을 유지하기에 충분히 작고 충돌 간격으로부터 인접한 비충돌 간격으로 지연된 펄스를 이동시켜 제 2 펄스가 타깃과 충돌되는 것을 블로킹하기에 충분히 크다. 상기 시스템은 제 2 펄스에 의해 하나 이상의 마이크로스트럭처의 조사를 블로킹하는 수단을 더 포함하며, 제 2 펄스는 충돌 간격으로부터 인접한 비충돌 간격으로 이동됨으로써 제 2 펄스가 하나 이상의 마이크로스트럭처를 조사하는 것을 블로킹한다. 상기 처리는 하나 이상의 마이크로스트럭처를 완전히 제거한다. 타깃은 얼라인먼트 타깃이고, 마이크로스트럭처는 컨덕티브 링크일 수 있다.
제 1 및 제 2 펄스는 제 2 펄스가 소정 시간에 의거하여 제 1 펄스에 대한 소정 시간 동안 지연되도록 독립적으로 트리거링될 수 있다. 소정 시간은 처리 동안 기판의 열 특성에 의해 결정될 수 있고, 기판 온도는 제 2 펄스에 의한 하나 이상의 마이크로스트럭처의 조사 동안의 기판의 온도와 비교된 소정 시간 후에 실질적으로 감소된다. 소정 시간은 대략 1~500 나노세컨드의 범위내일 수 있다. 다른 실시형태에서, 소정 시간은 대략 30~60 나노세컨드일 수 있다.
제 1 및 제 2 펄스를 발생시키는 수단은 다수의 레이저를 갖는 광 서브시스템을 포함할 수 있고, 광 서브시스템으로의 트리거 펄스 사이의 상대 지연은 소정 시간에 대응한다.
또한, 본 발명의 상기 목적 및 다른 목적을 성취하기 위해, 광 변조기에 의해 레이저 펄스의 그룹으로부터 레이저 펄스를 선택하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 제 1 레이저 트리거 신호에 대응하는 레이저 펄스의 제 1 시퀀스를 발생시키는 스텝을 포함한다. 또한, 상기 방법은 제 2 레이저 트리거 신호에 대응하는 레이저 펄스의 제 2 시퀀스를 발생시키는 스텝을 포함하며, 제 1 및 제 2 시퀀스로부터의 대응하는 펄스는 시간적으로 밀집되는 펄스의 그룹을 형성한다. 상기 방법은 하나 이상의 펄스가 펄스 충돌 간격 동안에만 워크피스와 선택적으로 충돌되도록 제어되는 광 변조기를 통하여 레이저 펄스의 제 1 및 제 2 시퀀스를 전파하는 스텝을 포함한다. 상기 방법은 AOM 시퀀스에 의해 펄스 충돌 간격을 개시함으로써 워크피스와 충돌하도록 펄스 그룹에서 펄스를 선택하는 스텝, 및 하나 이상의 트리거 신호의 타이밍을 조정해서 펄스 그룹에서 하나 이상의 조정된 펄스를 발생시키는 스텝을 더 포함하며, 조정된 펄스는 펄스 충돌 간격으로부터 인접한 펄스 블로킹 간격으로 이동된다.
조정된 펄스는 지연된 펄스일 수 있고, 상기 지연은 둘 이상의 마이크로세컨드일 수 있다. 다른 실시형태에서, 상기 지연은 대략 2~3 마이크로세컨드일 수 있다. 하나 이상의 트리거 신호를 조정하는 스텝은 제 1 또는 제 2 트리거 신호를 조정해서 레이저 펄스의 각각의 제 1 또는 제 2 시퀀스로부터 발생된 펄스를 선택하는 스텝을 포함한다. 펄스의 그룹은 둘 이상의 밀집된 펄스를 포함할 수 있고, 펄스 스페이싱은 1~500ns일 수 있다.
제 1 펄스 시퀀스는 제 1 레이저 광원에 의해 발생될 수 있고 제 2 펄스 시퀀스는 제 2 레이저 광원에 의해 발생될 수 있다. 변조기는 음향 광 변조기, 음향 광 디플렉터, 또는 전자 광 변조기일 수 있다. 전파 스텝은 제 1 빔 및 제 2 빔을 결합하는 스텝을 포함할 수 있다. 결합은 빔 결합 옵틱에 의해 결합될 수 있다. 빔 결합 옵틱은 편광 센서티브 옵틱일 수 있다. 결합된 빔은 평행 또는 발산일 수 있다. 상기 방법은 변조기에 의해 각각 선택된 펄스의 에너지를 제어하는 스텝을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 목적 및 다른 목적을 성취하기 위해, 광 변조기에 의해 레이저 펄스의 그룹으로부터 레이저 펄스를 선택하는 시스템도 제공된다. 상기 시스템은 제 1 레이저 트리거 신호에 대응하는 레이저 펄스의 제 1 시퀀스의 발생을 제공하고, 제 2 레이저 트리거 신호에 대응하는 레이저 펄스의 제 2 시퀀스의 발생을 제공하며, 제 1 및 제 2 시퀀스로부터의 대응하는 펄스는 시간적으로 밀집된 펄스의 그룹을 형성한다. 또한, 상기 시스템은 하나 이상의 펄스가 펄스 충돌 간격 동안에만 워크피스와 선택적으로 충돌되도록 제어되는 광 변조기를 통하여 레이저 펄스의 제 1 및 제 2 시퀀스의 전파를 제공한다. 또한, 상기 시스템은 AOM 시퀀스에 의해 펄스 충돌 간격을 개시함으로써 워크피스와 충돌되도록 펄스 그룹에서의 펄스의 선택, 및 펄스 그룹에서 하나 이상의 조정된 펄스를 발생시키도록 하나 이상의 트리거 신호의 타이밍의 조정을 제공해서 조정된 펄스는 펄스 충돌 간격으로부터 인접한 펄스 블로킹 간격으로 이동된다.
조정된 펄스는 지연된 펄스일 수 있고, 지연은 둘 이상의 마이크로세컨드일 수 있다. 다른 실시형태에서, 상기 지연은 대략 2~3 마이크로세컨드일 수 있다. 하나 이상의 트리거 신호의 조정은 제 1 또는 제 2 트리거 신호를 조정해서 레이저 펄스의 각각의 제 1 또는 제 2 시퀀스로부터 발생된 펄스를 선택하는 것을 포함할 수 있다. 펄스의 그룹은 둘 이상의 밀집된 펄스를 포함할 수 있고, 펄스 스페이싱은 500ns까지 일 수 있다. 다른 실시형태에서, 펄스 스페이싱은 200ns까지일 수 있다.
제 1 펄스 시퀀스는 제 1 레이저 광원에 의해 발생될 수 있고 제 2 펄스 시퀀스는 제 2 레이저 광원에 의해 발생될 수 있다. 변조기는 음향 광 변조기, 음향 광 디플렉터, 또는 전자 광 변조기일 수 있다. 레이저 펄스의 제 1 및 제 2 시퀀스의 전파는 1 빔 및 제 2 빔을 예컨대 빔 결합 옵틱에 의해 결합하는 것을 포함할 수 있다. 빔 결합 옵틱은 편광 센서티브 옵틱일 수 있다. 결합된 빔은 평행 또는 발산일 수 있다. 또한, 상기 시스템은 변조기에 의해 각각 선택된 펄스의 에너지를 제어하는 것을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 목적 및 다른 목적을 성취하기 위해, 정렬된 다수의 펄스 레이저 처리 시스템에서 레이저 광원을 안정화시키는 방법이 제공된다. 상기 방법은 펄스 반복율로 레이저 펄스의 제 1 시퀀스를 발생시키는 스텝을 포함한다. 또한, 상기 방법은 하나 이상의 펄스가 펄스 충돌 간격 동안 워크피스와 충돌되도록 AOM 커맨드 시퀀스에 따라 제어되는 광 변조기를 통해 레이저 펄스의 제 1 시퀀스를 전파하는 스텝을 포함한다. 상기 방법은 대응하는 펄스 충돌 간격에서 제 1 펄스 시퀀스로부터 워크피스 상에 선택된 펄스를 충돌시키는 스텝을 포함한다. 상기 방법은 대응하는 펄스 충돌 간격으로부터 인접한 펄스 블로킹 간격으로 제 1 펄스 시퀀스를 이동시키도록 대응하는 펄스 충돌 간격에 대한 펄스 타이밍을 조정함으로써 레이저 펄스의 제 1 시퀀스를 지연시켜 제 1 펄스 시퀀스를 블로킹하는 스텝을 더 포함하며, 발생 스텝은 실질적으로 연속되고 레이저 광원은 안정화된다.
상기 방법은 제 2 시퀀스의 각 펄스가 레이저 펄스의 제 1 시퀀스에서의 펄스에 대응하는 레이저 펄스의 제 2 시퀀스를 발생시키는 스텝, 및 광 변조기를 통해 레이저 펄스의 제 2 시퀀스를 전파해서 하나 이상의 펄스 선택 타임 간격 동안 워크피스와 충돌시키는 스텝을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시형태에서, 펄스는 2개의 상용가능한 q 스위칭 레이저 광원으로부터 발생된 다음 결합되어 레이저 펄스 시퀀스를 제공한다. 특히, 레이저 광원은 녹색 출력 파장(예컨대, 대략 0.5㎛ 내지 대략 0.6㎛)을 생성하고, 주파수 체배기 등의 어떤 필요한 파장 시프터를 포함해서 1차 적외 빔을 녹색으로 변환할 수 있다.
이하의 설명은 첨부 도면을 참조하여 이해될 수 있다.
도 1은 펄스 타이밍 제어 및 타이밍 AOM 제어를 나타내는 예시적인 개략도이며;
도 2A~2D는 본 발명의 실시형태에 따른 시스템에서의 AOM 커맨트, AOM 응답, 레이저 트리거, 및 한 쌍의 펄스의 예시적인 그래프도이며;
도 3A~3C는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 시스템에서 선택적인 AOM 커맨드에 대한 광 응답, 및 레이저 펄스와 선택된 펄스의 대응하는 그룹의 예시적인 그래프도를 나타내며;
도 4A~4C는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 시스템에서 AOM 커맨드 시퀀스에 대한 광 응답, 및 레이저 펄스와 선택된 펄스의 대응하는 그룹의 예시적인 그래프도를 나타내며;
도 5A~5C는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 시스템에서 AOM 커맨드 시퀀스에 대한 광 응답, 및 레이저 펄스와 선택된 펄스의 대응하는 그룹의 예시적인 그래프도를 나타내며;
도 6은 듀얼 펄스 발생, 펄스 타이밍, 및 펄스 그룹 선택을 나타내는 예시적인 개략도를 도시하며;
도 7은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 듀얼 펄스 발생, 지연된 펄스 타이밍, 및 단일 펄스 선택을 나타내는 예시적인 개략도를 도시하며
도 8은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 듀얼 펄스 발생, 지연된 펄스 타이밍, 및 펄스 선택을 나타내는 예시적인 개략도를 도시하며;
도 9는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 듀얼 펄스 발생, 지연된 펄스 타이밍, 및 단일 펄스 선택을 나타내는 예시적인 개략도를 도시하며;
도 1OA~1OE는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 시스템에서 AOM 커맨드에 대한 광 응답, 및 레이저 펄스와 선택된 펄스의 대응하는 그룹의 예시적인 그래프도를 도시하고;
도 11A~11C는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 시스템에서 다른 AOM 커맨드 시퀀스에 대한 광 응답, 및 레이저 펄스와 선택된 펄스의 대응하는 그룹의 예시적인 그래프도를 나타낸다.
상기 도면은 예시적인 목적만을 위해 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시형태에 따른 시스템(10)은 2개의 레이저 트 리거 신호(14 및 16)뿐만 아니라 변조 제어 신호(18)를 제공하는 컨트롤러(12)(GSI Group Corporation of Billerica, Massachusetts에 의해 판매되는 Model M455 memory repair system controller 등)를 포함한다. 레이저 트리거 신호(14 및 16)는 트리거 지연 유닛(20)을 통과한 다음 레이저 광원(22 및 24)(예컨대, CrystaLaser of Reno, Nevada에 의해 제조되는 Model QG532-300-YV laser 등의 2개의 사용가능한 다이오드 펌핑 고체상 녹색 q 스위칭 레이저 광원)에 각각 접속된다. 대안으로, 컨트롤러는 트리거 지연 능력을 포함하고 독립적으로 프로그램가능 트리거 신호를 출력할 수 있다. 그 다음, 2개의 독립적으로 프로그램가능한 레이저 출력이 결합되어 AOM 등의 변조기(26)에 제공된다. 변조기(26)는 AOM 파이어링 시퀀스(18)에 응답하는 AOM 커맨드 시퀀스(30)에서 RF 제어 신호를 수신한다. 레이저 출력은 밀집된 펄스 쌍이 제공되도록(각 레이저로부터 하나) 결합된다. 펄스의 각 쌍을 위해, 변조기(26)는 각 레이저로부터의 펄스(펄스의 쌍), 상기 쌍으로부터의 하나의 쌍만을 전송하거나, 또는 펄스 시퀀스(32)의 일부로서 워크피스를 향하는 쌍으로부터 어떤 펄스도 전송하지 않는다.
예컨대, 도 2A에 도시된 바와 같은 6㎲의 폭을 갖는 RF 변조 구동 신호는 도 2A에 도시된 바와 같은 대응하는 AOM 광 응답(62)을 발생시킨다. 충돌 간격(64)은 AOM 응답(62)의 일부로서 규정될 수 있다. 상기 간격(64)은 실제 AOM 광 응답(62)의 일정한 부분을 포함할 수 있다. 레이저는 예컨대 도 2C의 66에서 상기 충돌 간격(64) 동안 트리거링되는 것으로 도시되고, 도 2D는 충돌 간격(64)에서 발생되는(특징 펄스가 지연을 형성한 후) 2개의 펄스(68)를 도시한다.
음향 광 디플렉터의 (유한) 상승 시간은 AOM 애퍼처 및 음향 속도에 의존한다. 전형적인 상승/하강 시간은 수백 또는 나노세컨드일 수 있다. 충돌 간격의 폭은 적절한 펄스 특징에 따라 결정될 수 있다. 예컨대, 워크피스에서의 펄스 투 펄스 에너지 균일성은 전형적인 펄스 규격일 수 있다. 10%의 에너지 변동이 허용가능하다면 충돌 간격은 1% 펄스-펄스 균일성이 요구되는 것보다 더 넓을 수 있다.
도 3A~3C는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 펄스 타이밍 및 변조 시스템을 나타내며, 여기서 변조 제어 신호(오히려 반복 변조 신호)는 요구된 시간에 선택적인 변조를 제공해서 충돌 간격(134) 동안 펄스 레이저(132)의 그룹으로부터 출력 펄스(130)를 선택적으로 허용한다. 이 예에서, 변조기는 제 1 오더 응답(통상적인 오프 AOM의 온)을 활성화시킴으로써 또는 제 1 오더 응답(통상적인 온 AOM의 오프)을 비활성화시킴으로써 응답을 생성해서 필요할 때만 충돌 간격을 제공하도록 관여된다.
도 4A~4C는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 펄스 타이밍 및 변조 시스템을 나타내며, 변조 제어 신호는 펄스(142)와 정렬되는 충돌 간격(144) 동안 레이저 펄스(142)의 그룹으로부터 출력 펄스(140)를 전송하는 변조 시퀀스를 제공한다. 이 예에서, 변조 반복율은 일정하고 그룹(144)의 위상은 출력(140)에 대한 펄스를 선택하기 전에 타이밍에 의해 시프팅된다.
도 5A~5C는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 펄스 타이밍 및 변조 시스템을 나타내며, 변조 제어 신호는 비충돌 간격(154)을 포함하는 변조 시퀀스를 제공해서 블록 펄스 그룹(156)을 선택적으로 블로킹한다. 펄스 그룹(152)은 충돌 간격(154) 동안 발생되도록 타임 시프팅되지만, 154에서의 변조 출력이 억제되어 펄스 그룹(156)을 블로킹하고, 충돌 간격(154)에서의 펄스 그룹(152)은 출력(150)으로 전송된다. 블로킹된 그룹(156)과 출력(15) 사이의 시간 주기는 출력(150)의 에너지를 안정화시키도록 세팅될 수 있고, 예컨대 간격(154 및 154')을 포함하는 변조 시퀀스의 기본 주기에 세팅될 수 있다. 이 실시형태에서, 변조 제어 신호는 엄격하게 반복 신호로서 제공되는 것이 아니라, 불규칙해서 개선된 출력 안정성을 제공한다. 특히, 156으로 도시된 바와 같이, 이 펄스는 충돌 간격이 있는 것 내에 있을 지라도 변조 펄스가 반복된다면 변조 신호가 그 때에 트리거링되지 않고 출력 펄스 그룹(150)이 정규 펄스 그룹 스페이싱에 의해 발생되기 때문에 어떤 출력도 제공되지 않는다.
도 6은 2개의 레이저 광원으로부터 펄스를 결합해서 펄스 시퀀스(32)에 대한 양 펄스를 선택하는 프로세스의 개략도를 나타낸다. 2개의 레이저의 펄싱은 70kHz의 공칭 펄스율에서 거의 연속되고 독립적인 레이저 트리거 신호(34 및 36)에 응답하는 레이저 펄스의 2개의 독립적이고 안정화된 시퀀스를 발생시킨다. 40 및 42로 도시된 바와 같이, 펄스는 0 내지 500ns에 의해 시간적으로 분리될 수 있다. 이들 독립적인 펄스 시퀀스는 편광형 빔 결합기(44)로 결합되어 밀집된 펄스의 그룹(예컨대, 쌍)을 포함하는 레이저 펄스(46)의 결합된 시퀀스를 형성한다. 충돌 간격(48)은 양 펄스가 50으로 도시된 바와 같이 시스템에 의해 출력되게 한다.
펄스 스페이싱(T)(즉, 각 펄스 그룹에서의 펄스 사이의 시간)은 대응하는 트리거 신호(34 및 36) 사이의 상대 지연에 의해 제어된다. 상기 지연은 0부터 공칭 펄스 반복율의 주기까지 또는 대략 14 마이크로세컨드까지 세팅될 수 있다. 전형적인 듀얼 펄스 처리를 위해, 상기 지연은 0(펄스 사이의 100%의 일시적인 오버랩)부터 대략 500 나노세컨드까지 세팅될 수 있고, 통상적으로 대략 1마이크로세컨드보다 더 작다. 다른 실시형태에서, 펄스 스페이싱은 비충돌 간격의 길이에 의해 한정된 펄스 스페이싱보다 더 클 수 있다.
변조기(26)는 예컨대, a low thermal drift model N23080-3-.532-LTD manufactured by NEOS Technologies, Inc. of West Melbourne, Florida 등의 음향 광 변조기일 수 있다. 음향 광 변조기는 빔 결합기와 포커싱 렌즈 사이에 배치된다. 상기 변조기는 RF 구동 신호의 변조를 변조기로 제어하는(예컨대, 게이트) AOM 파이어링 시퀀스를 개시하는 시스템 컨트롤러(12)로부터 프로가능 타이밍 신호(18)에 의해 동작된다. 충돌 간격(48) 동안(이하에 논의되는 바와 같이 AOM 광 응답의 윈도우의 상승과 하강 에지 사이에서 발생), 하나 이상의 펄스는 워크피스를 향해 다이렉팅될 수 있다. 따라서, 소정 주파수에서의 RF 신호는 AOM에 인가된다. 소정 주파수에서의 RF 신호는 비충돌 간격 동안 인가되지 않는다. 충돌 간격은 타깃의 위치에 대응되어 타이밍되고, 충돌 간격 동안 하나 이상의 펄스는 레이저로부터 워크피스로 전파될 수 있다. 비충돌 간격 동안, 펄스는 양쪽 레이저 광원으로부터 워크피스로 전파될 수 없다. 레이저 펄스는 도 6에 도시된 바와 같이 AOM 광 응답의 윈도우의 하강 에지를 향해 더 가깝게 발생될 수 있다.
다시 도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 펄스 타이밍이 충돌 간격에 대하여 제어될 수 있고 펄스 타이밍이 특히 조정될 수 있어서 하나 이 상의 조정된 펄스(70)는 충돌 간격(48')의 외측 및 인접한 비충돌 간격 내로 이동된다(타임 시프팅된다). 이와 같이, 선택된 펄스는 광축을 따라 워크피스 상의 대응하는 타깃으로 전파되어 비선택 펄스가 블로킹된다. 도 2에 도시된 실시형태와 유사하게, 도 4의 타이밍 시스템은 조정된 레이저 트리거 신호(34' 및 36')를 지연시키기 위해 응답하는 레이저 펄스의 2개의 독립적이고 안정화된 시퀀스를 발생시키는 2개의 레이저(22' 및 24')를 더 포함한다. 40' 및 42'로 도시된 바와 같이, 상기 펄스는 시간 T + 델타(대략 2 ~ 3㎲)로 분리될 수 있다. 이들 독립적인 펄스 시퀀스는 편광형 빔 결합기(44')에 의해 결합되어 레이저 펄스(46')의 결합 시퀀스를 형성한다. 충돌 간격(48')은 50'로 도시된 시스템에 의해 출력되는 하나의 펄스를 전송한다.
각각 요구되지 않은 펄스의 지연은 거의 연속적인 레이저 동작을 유지함으로써 안정한 레이저 동작을 유지하기에 충분히 작고 또한 비선택 펄스를 인접한 블로킹 간격으로 이동시킴으로써 펄스가 워크피스와 충돌되는 것을 블로킹시키기에 충분히 크다. 특히, 요구되지 않는 펄스는 시간(델타), 전형적으로 대략 2~3㎲의 적은 양으로 지연됨으로써 어떤 요구되지 않는 에너지가 손상을 야기할 수 있는 워크피스와 충돌되는 것을 방지한다.
2개의 밀집된 펄스가 처리에 사용되는 바람직한 단일 통과 처리 실시형태에서, 밀집된 제 2 펄스의 펄스 에너지가 감소되어 기판 손상을 최소화하면서 제 1 펄스 후에 남는 어떤 불필요한 재료를 제거한다. 여기서, 펄스의 밀집된 그룹이 사용되어 단일 통과 듀얼 펄스 처리르 성취함으로써 높은 단일 통과 처리 속도 및 시 스템 처리율을 유지해서 제 2 통과와 어텐던트(attendant) 처리 시간 증가 및 시스템 처리율 감소를 회피한다.
제 2 펄스의 에너지는 어떤 감소된 값일 수 있고; 바람직하게는 제 2 펄스는 제 1 펄스의 30%와 60% 사이이다. 상대 펄스 에너지는 편광 빔 결합기에 앞서 하나 또는 2개의 빔의 선형 빔 편광을 수동으로 또는 자동적으로 회전시킴으로써 음향 광 변조기 전에 세팅된다.
이러한 단일 통과 기술은 녹색 레이저 주파수 메모리 복구에서 수율을 개선하는데 적절하고 수율 개선 이득은 적외(IR) 처리에 비해서 녹색 레이저 주파수 처리에 중요하다. 예컨대, 듀얼 펄스 녹색 레이저 주파수 시스템은 수율을 96%에서 99%까지 증가시킬 수 있는 반면, 듀얼 펄스 IR 주파수 시스템은 수율을 99.6%에서 99.8%까지 증가시킬 수 있다.
따라서, 편리하게도, 다수의 레이저 광원에 의해 펄스의 그룹으로부터의 펄스 선택은 각 레이저 광원에 대한 개별 변조기라기 보다도 오히려 단일 변조기에 의해 성취된다. 또한, 펄스의 에너지가 제어될 수 있다. 단일 변조기는 타깃 위치 결정과 동기화되어 충돌 간격은 펄스가 선택된 타깃을 조사하게 한다. 타깃 위치 결정은 M455의 미세 위치 결정 스테이지 등의 정밀 위치 결정 시스템에 의해 포커싱 레이저 스폿에 대한 타깃을 이동시킴으로써 달성된다.
본 발명의 실시형태에서, 펄스의 그룹은 레이저 처리용의 각종 방식으로 발생되어 사용될 수 있다. 예컨대, 미국 특허 출원 공개 제2002/0167581호[이하, 코딩레이(Cordingley) '581 공개 출원]는 116~126, 193~202 및 210 단락에서 적어도 부분적으로 멀티 펄스 레이저 처리용 방법 및 시스템을 개시하고, 그 개시는 참조문헌으로 본원에 포함되어 있다. 선택된 펄스는 안정한 레이저 펄스 에너지를 유지하고 거의 정속 및 파워 레벨로 각 레이저 광원을 펄싱하면서 단일 타깃 또는 다수 타깃에 동시에 또는 빠른 시퀀스로 전달될 수 있다.
펄스는 어떤 요구된 소정 펄스 형상, 펄스 폭, 펄스 에너지, 피크 펄스 파워, 및 일시적 스페이싱을 갖는 것으로 발생될 수 있다. 제어가능한 폭, 피크 강도, 및 형상의 다수 펄스는 다수 펄스의 버스트가 온더플라이(on-the-fly) 링크 서빙 처리 동안 실질적으로 연속적인 시드 레이저 출력으로부터 슬라이싱된 10~1000ns에 걸쳐 변조기에 의해 출력될 수 있는 것을 부분적으로 개시하는 2007년 5월 18일자로 제출된 출원중인 미국 임시 특허 출원 일련번호 제60/938,967호에 개시되어 있는 바와 같이 변조기를 제어함으로써 연속적인 레이저 빔으로부터 생성될 수 있고, 그 개시는 참조문헌으로 본원에 포함되어 있다.
본 발명의 어떤 실시형태에 의하면, 단일 트리거 및 프로그램가능 전자 지연은, 예컨대 코딩레이 '581 공개 출원의 도 15a에 도시된 바와 같이 대안으로서 다수의 트리거에 사용되어 각 레이저를 상이한 시간에 트리거링함으로써 그룹에서 펄스의 스페이싱을 세팅할 수 있다. 전자 지연이 사용될 때 고정값이 프로그램되어 레이저 제어 하드웨어로 로딩될 수 있다.
일예에서, 더블 펄스 시스템은 지연된 펄스 펄스 픽킹을 사용하는 단일 펄스 시스템으로 신속히 스위칭되어 단일 펄스로서 소망의 펄스를 선택하고 안정한 레이저 동작을 동시에 유지한다. 단일 펄스는 예컨대 하나의 레이저로부터 및 2개의 레 이저의 결합 출력에 의해 발생될 수 있다.
적절한 레이저 시스템은 고체 상태 q 스위칭 레이저, 파이버 레이저, 고속 반도체 레이저로 시딩되고 파이버 증폭기에 의해 증폭되는 MOPA(Master-Oscillator-Power Amplifier) 배치, 모드 로킹 레이저, 및 그 조합을 포함한다. 상기 레이저는 나노세컨드, 피코세컨드, 또는 펨토세컨드 출력을 생성할 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 펄스의 그룹은 고속 반도체 레이저로 직접 변조되고 하나 이상의 파이버 옵틱 증폭기(MOPA 구성)로 증폭된 채로 발생되어 지연될 수 있다. 그 다음, 증폭기 출력은 AOM을 통하여 전파된다. 또한, 다른 실시형태에 의하면, 각종 파이버 기반 MOPA 구성은 본 발명의 시스템 및 방법에 이용될 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 의하면, 동기화된 충돌 간격에 대한 레이저 펄스의 타임 시프팅이 사용되어 예컨대 단일 레이저 광원이 펄스의 그룹을 발생시킬 때 펄스의 그룹으로부터 소정 수의 펄스를 선택할 수 있다. 펄스 그룹의 지연이 변화되므로 상이한 펄스가 그룹으로부터 선택된다. 일반적으로, 레이저 광원 출력이 안정되도록 펄스 그룹에서의 에너지가 실질적으로 일정하게 남는 것이 바람직하다. 그러나, 펄스 그룹 내의 펄스는 변화된 성질을 가질 수 있고; 펄스의 타임 시프팅이 사용되어 전체 그룹의 에너지가 실질적으로 일정하면서 상이한 특징을 갖는 펄스의 그룹에서 펄스를 선택할 수 있다. 예컨대, 펄스의 그룹은 상이한 펄스 폭, 상이한 펄스 형상, 또는 상이한 펄스 에너지를 갖는 펄스를 포함할 수 있다. 이러한 타입의 펄스 성질 선택이 사용되어 저에너지 얼라인먼트 펄스에 대한 펄스 그룹의 저에너지 부분을 선택할 수 있다. 펄스 에너지는 펄스 그룹의 실질적으로 일정한 에너지를 유지하면서 펄스 에너지 특징을 변화시키기 위해 타임 시프트를 변경하지 않고 충돌 간격 내의 펄스로부터 충돌 간격 외측의 펄스로 이동될 수 있다.
일부 레이저 광원에는 펄스 특징의 변화를 셋업하고 조정하는데 요구되는 상당한 시간이 있을 수 있다. 펄스 그룹 내의 펄스 특징을 변화시키기 보다는 오히려 가변 특징을 갖는 다수 펄스가 단일 펄스 그룹에 포함될 수 있다. 그룹의 타임 시프팅이 사용되어 레이저 처리 동작에서 펄스 특징의 신속한 선택을 허용할 수 있다. 예컨대, 2개의 펄스 타입이 단일 처리 실행에 사용되면 타임 시프팅이 사용되어 2개의 펄스의 그룹의 일부를 선택해서 처리 요구에 따른 절적한 펄스 폭 및/또는 펄스 에너지 또는 펄스 형상을 신속하게 세팅할 수 있다. 단일 레이저 광원을 갖는 경우에, 그룹 중 하나의 펄스가 선택될 때 비선택 펄스는 선택 펄스의 충돌 기간 전에 또는 후에 비충돌 간격 동안 블로킹된다.
도 8은 펄스 중 2개를 제공하는 하나의 레이저 광원(80) 및 변조기(82)를 포함하는 본 발명의 일시형태에 따른 펄스 타이밍 시스템을 나타낸다. 펄스(84)는 대략 0~100ns의 시간으로 분리될 수 있고, 충돌 간격(86), 예컨대 윈도우는 88로 나타낸 바와 같은 펄스 중 2개의 출력을 전송할 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시형태에 의하면, 펄스 타이밍은 하나의 레이저 광원(80')이 사용되어 양 펄스(84')를 발생시키는 것을 제외하고 도 7에 도시된 시스템과 유사하게 충돌 간격(86')의 외측으로 및 인접한 비충돌 간격으로 하나 이상의 조정된 펄스(90)가 이동(타임 시프팅)되도록 조정될 수 있다. 이와 같이, 선택 펄스는 워크피스 상의 대응하는 타깃으로 광축을 따라 전파되고 비선택 펄스는 블로킹된다. 도 8에 도시된 실시형태와 마찬가지로, 도 9의 타이밍 시스템은 충돌 간격(86')를 제공하는 변조기(82')를 더 포함한다. 펄스는 시간(T) + 델타(대략 2~3 ㎲)로 분리될 수 있다. 충돌 간격(86')은 시스템에 의해 출력되는 하나의 펄스만을 전송하고 비선택 펄스(90)는 88'로 나타낸 바와 같이 블로킹된다.
펄스 그룹의 상이한 부분을 사용함으로써 선택될 수 있는 펄스 특징은 펄스 에너지, 펄스 형상, 및 펄스 폭을 포함한다. 펄스 에너지는 시간 간격 동안 방출된 에너지로 이해된다. 시간 간격은 고정값일 수 있거나 또는 펄스 동안의 상대 전력값 예컨대 전체 폭의 반 최대, 피크의 10% 등으로부터 결정될 수 있다. 펄스 형상이라는 용어는 전력 대 시간의 그래프로 플롯팅될 수 있는 펄스의 일시적 프로파일을 언급하는 것으로 의도된다. 예컨대, 펄스 형상은 가우시안, 스퀘어, 스파이크, 스퀴글리(squiggly), 웨이비(wavy), 톱니, 또는 다른 파형을 포함할 수 있다. 바람직하게도, 외부 변조되고 파이버 증폭된 cw 시드 레이저가 사용되어 제어 신호에 응하여 가변 펄스 형상을 발생시킨다.
대안 실시형태에서, 레이저 광원에 고속 인터페이스를 제공해서 레이저 파라미터의 고속 세팅을 허용하는 것이 유리할 수 있다. 예컨대, RS-232 직렬 인터페이스는 IEEE 1394 또는 다른 고속 인터페이스로 교체될 수 있다. 펄스 그룹의 파라미터가 충분히 고속으로, 예컨대 10마이크로세컨드 또는 더 고속으로 셋업될 수 있을 때, 펄스 성질의 온더플라이 구성은 충돌 간격의 100kHz 반복율에 대응하는 전형적인 처리율에 가능하다. 온더프라이 처리에 레이저를 셋업하는데 요구되는 정밀한 시간 주기는 처리율에 의존하는 것이 이해된다. 고속 또는 저속은 고속 또는 저속 레이저 펄스 파라미터 셋업을 각각 요구한다. 파라미터는 모든 충돌 간격을 셋업하기에 충분히 신속하게 변화될 수 없을 때에도 고속 셋업은 처리 실행의 상이한 부분에 펄스 파라미터를 셋업함으로써 전체 처리량에 유익할 수 있다. 이들 부분은 처리될 타깃의 상이한 그룹 또는 얼라인먼트 타깃 및 처리 타깃의 상이한 타입을 포함할 수 있다.
본 발명의 어떤 실시형태에 의하면, 3개의 펄스의 펄스 그룹이 사용될 수 있고, 3개, 2개, 1개 또는 제로 펄스가 선택되어 도 1OA~1OC에 도시된 바와 같이 충돌 간격 내에 있을 수 있다. 도 1OA에 도시된 바와 같이, 변조기 응답(160)의 충돌 간격(W)은 마이크로스트럭처 위치에 대응하는 것으로 도시된 바와 같이 주기(P1, P2, P3)를 갖는 반복 시퀀스에 동기화되고, 펄스 그룹의 상이한 각각의 타임 시프트(t1, t2, t3 및 t4)가 사용되어 충돌 간격에서 발생되는 그룹(162, 164, 166 및 168)(도 10B에 도시됨)으로부터 펄스의 수를 선택한다. 일반적으로, 주기(P1, P2, P3)는 모두 마이크로스트럭처의 일정한 간격의 그룹을 처리할 때 동일한 길이이고, 다른 실시형태에서, 예컨대 처리될 마이크로스트럭처의 스페이싱 또는 타이밍이 일정하지 않을 때 주기는 일정하지 않을 수 있다. 시프트는 전체 그룹 또는 그룹 내의 펄스의 서브세트에 적용되어 도 10C에서 각각 172, 174, 176 및 178로 도시된 바와 같이 3개, 2개, 1개 또는 제로 펄스의 출력 그룹을 제공할 수 있다. 따라서, 시스템은 요구된 출력을 제공하는 충돌 간격 시퀀스의 적절한 타임 시프트를 간단히 선택한다.
도 1OD 및 1OE는 펄스 그룹이 그룹(182)에서 다른 펄스와 상이한 펄스 형상의 하나 이상의 펄스(180)를 각각 포함할 때 충돌 간격은 펄스 또는 펄스들(184)의 일 타입이 워크피스와 충돌되게 하거나 또는 펄스(186)의 다른 타입이 워크피스와 충돌되게 할 수 있는 것을 나타낸다.
타임 시프팅된 펄스의 실시형태는 다수 빔 처리에 의해 사용될 수 있다. 단일 광원 또는 다수 광원 결합 빔이 사용될 때 타임 시프팅된 펄스가 사용되어 특정 빔 광원으로부터 펄스를 선택할 수 있다. 단일 광원이 분할될 때 타임 시프트는 광 지연, 바람직하게는 가변 광 지연에 의해 하나 이상의 빔에 통상 적용된다. 광 지연 및 트리거링 지연 또는 다수 광 지연의 조합이 사용되어 어느 한쪽의 빔으로부터 펄스를 선택할 수 있다. 편리하게도, 다수 광원에 의해 다수 트리거링 지연이 사용될 수 있다.
일반적으로, 다수 빔을 갖는 타임 시프팅이 사용되어 펄스 성질에 제한되지 않는 빔 성질을 스위칭할 수 있다. 예컨대, 레이저 광원, 빔 경로, 빔 경로의 광 소자의 차이는 상이한 빔 성질을 줄 수 있고; 타임 시프팅이 사용되어 빔을 효과적으로 스위칭하고 빔 성질을 선택할 수 있다. 결합된 빔 경로는 레이저 스폿이 서로에 대해 오프셋으로 형성되도록 발산될 수 있다. 이것은 링크에 대한 스폿의 주행 방향을 따라 및 링크의 행에서의 상이한 타깃 링크 상에 오프셋될 수 있고; 예컨대 링크의 행을 따라 인접한 또는 인접하지 않은 링크에 오프셋될 수 있다. 마찬가지 로, 레이저 스폿은 주행 방향에 수직한 방향으로, 홀로 또는 수직으로 정렬될 수 있는 링크의 상이한 행에서의 링크로의 주행 방향으로의 오프셋에 대한 조합으로 오프셋될 수 있고, 링크에 대한 스폿의 주행 방향으로 오프셋되거나 스태거링될 수 있다. 타임 시프팅을 사용하여 하나 이상의 결합 빔의 펄스는 충돌 윈도우 외측으로 시프팅되어 안정한 레이저 동작을 유지하면서 단일 AOM에 의해 다수 빔으로부터 충돌용 워킹 펄스를 선택할 수 있다.
광원을 갖는 단일 AOM 또는 음향 광 디플렉터를 사용하는 것은 다수 음향 광 디바이스와 관련된 상이한 드리프트를 제거할 수 있다. 단일 디바이스에 있어서, 드리프트는 빔 투 빔 포인팅 정밀도를 개선할 수 있는 본래의 공통 모드이고 멀티 빔 조정 요구를 감소시킬 수 있다.
도 11A~11C는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 펄스 타이밍 및 변조 시스템을 나타내며, 변조 제어 신호는 또한 펄스 그룹(192)을 선택적으로 블로킹하는 불규칙적인 변조 신호를 제공하고 펄스(192)와 정렬되는 충돌 간격(194) 동안 레이저 펄스(192)의 그룹으로부터 출력 펄스(190)를 전송한다. 196으로 나타낸 바와 같이, 어떤 변조 진폭 제어 신호는 고에너지 레벨에 제공되어 어떤 변조도 변조기에서 온도 변동의 관리를 용이하게 하기 위해 발생되지 않는 194'의 충돌 간격에서 발생되는 억제된 에너지를 오프셋할 수 있다. 상술한 바와 같이, 블로킹된 그룹(192')과 출력(192') 사이의 시간 주기가 세팅되어 출력(190)의 에너지를 안정화시킨다.
본 발명의 다른 실시형태에 의하면, 편광 또는 비편광 빔 결합 기술이 사용되어 예컨대 코딩레이 '581 공개 출원의 193~203 단락에 개시된 바와 같이 밀집된 펄스의 그룹으로 상이한 레이저 광원의 출력을 결합할 수 있고, 그 개시는 참조문헌으로 본원에 포함되어 있다.
또한, 하나 이상의 레이저 펄스를 하나 이상의 타깃으로 전달하는 다수의 대안(빔 경로를 신속히 스위칭하는 EO 변조기의 사용에 의해)은 예컨대 미국 특허 제6,541,731호(Mead '731 특허)에 개시된 바와 같이 사용될 수 있고, 그 개시는 참조문헌으로 본원에 포함되어 있다. Mead '731 특허의 장치는 둘 이상의 레이저 시스템을 사용해서 처리 파라미터 유연성을 달성한다. 독립적으로 제어된 레이저 시스템의 출력 빔은 빔을 단일 또는 다수 처리 빔으로 결합하는 빔 스플리터를 사용하여 결합된다. 시스템의 동작 유연성은 다수의 EO 변조기 및 편광 센서티브 빔 스플리터의 사용을 통하여 더 증대될 수 있다. Mead '731 특허의 도 9는 요구된 출력 특징을 달성하기 위해 독립적으로 동작하는 3개의 레이저 시스템을 사용하는 시스템의 예시이고; Mead '731 특허의 도 10은 2개의 독립적인 레이저 시스템으로부터의 출력이 편광 빔 스플리터에 의해 결합되는 본 발명의 대체 실시형태의 예시이고; Mead '731 특허의 도 11은 EO 변조기를 사용하는 본 발명의 대체 실시형태의 예시이다.
선택 파장에 의한 레이저 처리 및 펄스 픽킹용 방법 및 시스템은 또한 본원에서 개시된 바와 같이 사용될 수도 있다. 예컨대, 상이한 동작 파장의 상이한 레이저 광원이 사용될 수 있고, 레이저 광원은 적외, 가시, 또는 자외선일 수 있으며, 파장은 1.32㎛, 1.064㎛, 1.047㎛, .532㎛, .351㎛, .266㎛ 또는 이용가능 레이저 라인, 시프팅된 레이저 라인, 또는 주파수 체배 레이저 라인일 수 있다.
메모리 복구를 위한 처리 특징은, 예컨대 미국 특허 제6,559,412호(그 개시는 참조문헌으로 본원에 포함되어 있음) 및 적어도 코딩레이 '581 공개 출원의 149~156 단락에 개시되어 있는 바와 같이 파장에 의해 상당히 변화될 수 있다. 실리콘 기판은 IR 파장에서 트랜스미시브되고 통상 손상에 민감하지 않다. 그러나, 가시 및 자외 파장을 위해, 실리콘은 상당한 흡수를 갖고 저에너지 펄스가 사용되어 기판 손상을 회피한다. 저에너지 가시 및 UV 처리의 하나의 결과는 재료의 불완전한 제거에 의해 수율을 감소시킬 수 있다는 것이다.
본 발명의 일실시형태의 하나의 적용에서, 대략 0.18 마이크론보다 더 좋은 시스템 얼라인먼트가 안정화되고 한쪽은 얼라인먼트를 위해 선택되고 다른 쪽은 충돌 윈도우의 외측으로 펄스를 선택적으로 타임 시프팅시킴으로써 효과적으로 블로킹된다. 안정화 레이저 사이의 신속한 스위칭은 과도한 정정 시간없이 가능하다. 이 실시형태에서, 얼라인먼트는, 예컨대 코딩레이 '581 공개 출원의 도 10, 14a, 및 14b에 도시되고 General Scanning, Inc. 1998에 의해 공개된 Don Smart and John Edwards에 의한 "Link Processing with Lasers"의 16~20 페이지에 개시된 바와 같이 개별적으로 각 빔에 인가되는 잘 공지된 에지 스캐닝 기술을 사용하여 성취될 수 있고, 그 개시는 참조문헌으로 본원에 포함되어 있다. 또한, 일치 또는 오프셋 펄스를 위해, 워크피스의 얼라인먼트 및 펄스의 상대 공간 얼라인먼트가 중요하다. 레이저 처리 분야에 공지된 각종 얼라인먼트 스킴은, 예컨대 코딩레이 '581 공개 출원의 129~131 및 177 단락에 개시된 바와 같이 다수 펄스 처리에 사용될 수 있다.
또 다른 실시형태에서, 2개의 트리거 신호가 동시에 지연되어 2개의 빔을 블로킹할 수 있다. 이 기술은 예컨대 얼라인먼트 또는 조정 루틴에서 백그라운드 에너지를 검출할 수 있다. 양 트리거가 지연될 때 변조기는 규칙적 간격의 충돌 간격을 사용함으로써 열적으로 안정화되어 더 균일한 열 로드를 제공할 수도 있다.
상이한 타입의 광 변조기는 음향 광 변조기, 및 전자 광 변조기 등을 사용한다. 일방적으로, 음향 광 변조기는 대략 100kHz까지의 레이트에서 단일 펄스 또는 펄스의 그룹을 픽킹하는 펄스에 바람직하지만, 본 발명은 충돌 간격 및 블로킹 간격을 갖는 어떤 변조기에 의해 실시될 수 있다. 음향 광 디플렉터는 변조기로서 사용될 수 있거나 또는 변조기에 더하여 사용될 수 있다.
선택된 펄스는 통상 단일 오브젝티브 렌즈에 의해 워크피스 상의 스폿으로 포커싱된다. 다수의 펄스는 다수의 광 경로를 통해 다수 렌즈로 향하게 될 수 있다.
당업자는 다수의 수정을 이해하고 본 발명의 정신 및 범위로부터 벗어나지 않고 상기 개시된 실시형태가 변화될 수 있다.

Claims (26)

  1. 연속 동작 궤도를 따라 워크피스를 레이저 기반 처리하는 방법으로서:
    가변 타이밍 신호에 응하여 시간적으로 밀집된 둘 이상의 레이저 펄스를 발생시키는 스텝;
    펄스 충돌 간격 및 비충돌 간격의 커맨드 시퀀스에 따라 제어되는 광 변조기에 의해 워크피스 타깃에 대응하는 연속 동작 궤도 사이의 상기 밀집된 펄스 중 둘 이상의 펄스를 선택해서 각 선택된 펄스를 펄스 충돌 간격 동안 워크피스 타깃과 충돌시키는 스텝;
    상기 가변 타이밍 신호를 변경해서 하나 이상의 펄스 시간이 충돌 간격으로부터 인접한 비충돌 간격으로 시프팅되는 밀집된 펄스의 스페이싱을 변화시키는 스텝; 및
    하나 이상의 시프팅된 펄스를 광 변조기에 의해 비충돌 간격 동안 워크피스와 충돌시키는 것을 블로킹하는 스텝을 포함하며;
    상기 가변 타이밍 신호가 충분히 연속되어 안정한 레이저 동작을 유지하는 것을 특징으로 하는 워크피스를 레이저 기반 처리하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    선택된 둘 이상의 레이저 펄스를 워그피스 상에 포커싱하는 스텝; 및
    상기 포커싱된 둘 이상의 레이저 펄스에 대한 멀티 머티리얼 디바이스의 하 나 이상의 마이크로스트럭처를 정확히 위치 결정하는 스텝을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 워크피스를 레이저 기반 처리하는 방법.
  3. 기판; 및 상대 궤도를 따라 단일 통과 동작에서 다수의 펄스를 발생하고 처리 시스템의 위치 결정 서브시스템에 의해 제어되는 하나 이상의 마이크로스트럭처를 포함하는 멀티 머티리얼 디바이스를 처리하는 방법으로서:
    상기 멀티 머티리얼 디바이스와 레이저 빔 웨이스트 사이의 상대 이동을 유도하는 스텝;
    하나 이상의 레이저 펄스가 타킷 위치에서 워크피스와 충돌하게 되는 상대 이동 동안 타킷 위치와 관련된 충돌 간격을 개시하는 스텝;
    상기 상대 궤도에서 타킷 위치에 대응하는 시간에 제 1 레이저 펄스를 발생시키는 스텝;
    상기 제 1 레이저 펄스에 의해 충돌 간격 동안 타깃을 조사하는 스텝;
    상기 충돌 간격에 인접한 비충돌 간격 동안 제 1 펄스에 대하여 지연된 시간에 제 2 레이저 펄스를 발생시키는 스텝; 및
    상기 제 2 펄스가 타깃을 조사하는 것을 블로킹하는 스텝을 포함하며;
    상기 제 1 펄스와 관련된 제 1 빔 웨이스트 및 타깃이 실질적으로 일치하고; 상기 지연은 안정한 레이저 동작을 유지하기에 충분히 작고 충돌 간격으로부터 인접한 비충돌 간격으로 지연된 펄스를 이동시키기에 충분히 큰 제 1 펄스에 대한 소정 시간인 것을 특징으로 하는 멀티 머티리얼 디바이스를 처리하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 펄스는 독립적으로 트리거링되는 것을 특징으로 하는 멀티 머티리얼 디바이스를 처리하는 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 소정 시간은 멀티 머티리얼 디바이스의 열 특성에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 멀티 머티리얼 디바이스를 처리하는 방법.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 소정 시간은 대략 1~500 나노세컨드의 범위내인 것을 특징으로 하는 멀티 머티리얼 디바이스를 처리하는 방법.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 레이저 펄스를 발생시키는 스텝은 제 1 레이저에 의해 제 1 레이저 펄스를 발생시키는 스텝을 포함하며; 상기 제 2 레이저 펄스를 발생시키는 스텝은 제 2 레이저에 의해 제 2 레이저 펄스를 발생시키는 스텝을 포함하고; 펄스들 사이의 상대 지연은 소정 시간에 대응하는 것을 특징으로 하는 멀티 머티리얼 디바이스를 처리하는 방법.
  8. 광 변조기에 의해 레이저 펄스의 그룹으로부터 레이저 펄스를 선택하는 방법으로서:
    레이저 타이밍 신호에 대응하는 레이저 펄스의 그룹, 상기 레이저 펄스에 대하여 이동하는 워크피스 타깃에 대응하는 레이저 펄스의 그룹의 제 1 부분, 및 레이저 펄스의 그룹의 제 1 부분과 관련된 충돌 간격과 인접한 비충돌 간격에 대응하는 레이저 펄스의 그룹의 제 2 부분을 발생시키는 스텝;
    충돌 간격 및 비충돌 간격의 커맨드 시퀀스에 따라 광 변조기를 제어하는 스텝;
    상기 광 변조기에 의해 레이저 펄스의 그룹의 제 1 부분을 선택해서 각 선택된 펄스를 펄스 충돌 간격 동안 워크피스 타깃과 충돌시키는 스텝; 및
    레이저 펄스의 그룹의 제 2 부분을 워크피스와 충돌시키는 것을 블로킹하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 펄스를 선택하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 레이저 타이밍 신호를 조정해서 워크피스에 대한 펄스의 조정된 그룹을 발생시키는 스텝을 더 포함하며; 상기 레이저 타이밍 신호를 조정하는 스텝은 레이저 펄스의 그룹의 제 2 부분으로부터 레이저 펄스의 그룹의 제 1 부분으로 시프팅된 펄스를 이동시킴으로써 상기 시프팅된 펄스는 충돌 간격 동안 선택되는 것을 특징으로 하는 레이저 펄스를 선택하는 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 레이저 타이밍 신호를 조정해서 워크피스에 대한 펄스의 조정된 그룹을 발생시키는 스텝을 더 포함하며; 상기 레이저 타이밍 신호를 조정하는 스텝은 레이저 펄스의 그룹의 제 1 부분으로부터 레이저 펄스의 그룹의 제 2 부분으로 시프팅된 펄스를 이동시킴으로써 상기 시프팅된 펄스는 워크피스와 충돌되는 것이 블로킹되는 것을 특징으로 하는 레이저 펄스를 선택하는 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 레이저 펄스를 발생시키는 스텝은 상이한 펄스 특성을 갖는 펄스의 그룹을 발생시키는 스텝을 포함하며; 선택된 펄스는 레이저 타이밍 신호에 따라 소망의 펄스 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 펄스를 선택하는 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 레이저 펄스의 그룹의 제 1 부분을 선택하는 스텝은 레이저 펄스의 그룹으로부터 소망의 펄스 수를 선택하는 것을 특징으로 하는 레이저 펄스를 선택하는 방법.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 레이저 펄스의 그룹을 발생시키는 스텝은 제 1 레이저 트리거 신호에 대응하는 레이저 펄스의 제 1 시퀀스를 발생시키는 스텝, 제 2 레이저 트리거 신호 에 대응하는 레이저 펄스의 제 2 시퀀스를 발생시키는 스텝, 및 광 변조기로 레이저 펄스의 제 1 및 제 2 시퀀스를 전파시키는 스텝을 포함하고; 소망의 펄스 선택에 따라 하나 이상의 트리거 신호의 타이밍을 조정하는 스텝을 더 포함하며;
    상기 제 1 및 제 2 시퀀스로부터의 대응하는 펄스는 시간적으로 밀집된 펄스의 그룹을 형성하고; 펄스 스페이싱은 대략 1~500ns의 범위내인 것을 특징으로 하는 레이저 펄스를 선택하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    제 1 펄스 시퀀스는 제 1 레이저 광원에 의해 발생되고; 제 2 펄스 시퀀스는 제 2 레이저 광원에 의해 발생되는 것을 특징으로 하는 레이저 펄스를 선택하는 방법.
  15. 정렬된 다수의 펄스 레이저 처리 시스템에서 레이저 펄스 시퀀스를 안정화시키는 방법으로서:
    레이저 펄스의 제 1 시퀀스를 발생시키는 스텝으로서, 상기 제 1 시퀀스의 제 1 부분에서의 펄스는 레이저 펄스에 대한 연속 처리 궤도를 따라 이동하는 워크피스의 타깃의 위치에 대응하는 시간에 발생되는 스텝;
    충돌 및 비충돌 간격의 커맨트 시퀀스에 따라 제어되는 광 변조기에 의해 제 1 시퀀스의 하나 이상의 펄스를 선택해서 각 선택된 펄스를 펄스 충돌 간격 동안 워크피스 타깃과 충돌시키는 스텝; 및
    상기 워크피스에 대한 레이저 펄스의 제 1 시퀀스의 제 2 부분의 펄스 타이밍을 조정하는 스텝으로서, 상기 제 1 시퀀스의 제 2 부분에서의 펄스는 충돌 간격에 인접한 비충돌 간격에 대응하는 시간에 발생됨으로써 제 1 펄스 시퀀스의 펄스를 워크피스와 충돌시키는 것을 블로킹하는 스텝을 포함하며;
    상기 조정 및 발생 스텝은 실질적으로 연속적이고 안정화된 제 1 펄스 시퀀스를 유지하는 것을 특징으로 하는 레이저 펄스 시퀀스를 안정화시키는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    레이저 펄스의 제 2 시퀀스를 발생시키는 스텝으로서, 상기 제 2 시퀀스의 부분에서의 펄스는 워크피스의 타깃의 위치에 대응하는 시간에 발생되는 스텝; 및
    충돌 간격 및 비충돌 간격의 커맨드 시퀀스에 따라 광 변조기에 의해 제 2 시퀀스의 하나 이상의 펄스를 선택해서 각 선택된 펄스를 펄스 충돌 간격 동안 하나 이상의 워크피스 타깃과 충돌시키는 스텝을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 펄스 시퀀스를 안정화시키는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 2 시퀀스의 선택된 펄스는 제 1 시퀀스에서의 펄스에 대응하고; 대응하는 펄스는 시간적으로 조정되어 인접한 비충돌 간격으로 블로킹되는 것을 특징으로 하는 레이저 펄스 시퀀스를 안정화시키는 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 2 시퀀스의 선택된 펄스는 제 1 시퀀스에서의 선택된 펄스에 대응됨으로써 다수의 펄스는 충돌 간격 동안 워크피스 타깃과 충돌되어 마이크로스트럭처를 처리하는 것을 특징으로 하는 레이저 펄스 시퀀스를 안정화시키는 방법.
  19. 제 16 항에 있어서,
    1에서 500 나노세컨드까지 제 1 및 제 2 시퀀스의 충돌 펄스 사이의 지연을 세팅하는 스텝을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 펄스 시퀀스를 안정화시키는 방법.
  20. 제 16 항에 있어서,
    제 1 펄스 시퀀스는 제 1 레이저 광원에 의해 발생되고; 제 2 펄스 시퀀스는 제 2 레이저 광원에 의해 발생되는 것을 특징으로 하는 레이저 펄스 시퀀스를 안정화시키는 방법.
  21. 기판; 및 단일 통과 궤도에서 다수의 펄스를 발생하는 하나 이상의 마이크로스트럭처를 포함하는 멀티 머티리얼 디바이스를 레이저 처리하는 안정화 시스템으로서;
    조정가능한 타이밍 신호에 응하여 제 1 및 제 2 펄스를 발생시키는 펄스 발생 수단;
    마이크로스트럭처에 대응하는 충돌 간격 및 인접한 비충돌 간격의 커맨트 시퀀스에 응하여 제 1 및 제 2 레이저 펄스를 변조하는 변조 수단;
    상기 궤도 및 제 1 펄스와 제 2 펄스 사이의 소망의 펄스 지연에 따른 조정가능한 레이저 타이밍 신호를 발생시키는 신호 발생 수단;
    상기 궤도 사이에 충돌 간격 및 비충돌 간격의 커맨트 시퀀스를 발생시키는 커맨드 발생 수단; 및
    선택된 펄스에 의해 충돌 간격 동안 마이크로스트럭처를 조사하는 조사 수단으로서, 각 선택된 펄스와 관련된 빔 웨이스트 및 마이크로스트럭처가 실질적으로 일치되는 조사 수단을 포함하고;
    상기 변조 수단은 마이크로스트럭처에 대한 제 2 펄스 지연이 충분히 커서 충돌 간격으로부터 인접한 비충돌 간격으로 제 2 펄스를 이동시킴으로써 제 2 펄스가 하나 이상의 마이크로스트럭처에 조사되는 것을 블로킹할 때 제 2 펄스를 블로킹하는 수단을 포함하며;
    상기 조정가능한 레이저 타이밍 신호는 충돌 간격 동안 제 1 펄스의 선택을 제공하고; 상기 지연이 충분히 작아서 안정한 동작을 유지하는 것을 특징으로 하는 멀티 머티리얼 디바이스를 레이저 처리하는 안정화 시스템.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 펄스 발생 수단은,
    제 1 소정 특징을 갖는 제 1 펄스를 발생시키는 제 1 수단; 및
    제 2 소정 특징을 갖고 제 1 펄스에 대한 소정 시간을 지연시키는 제 2 펄스를 발생시키는 제 2 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 머티리얼 디바이스를 레이저 처리하는 안정화 시스템.
  23. 제 21 항에 있어서,
    하나 이상의 레이저 광원; 및 각 레이저 광원과 변조 수단에 접속되어 가변 펄스 타이밍에 의해 펄스 전파를 제어하는 컨트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 머티리얼 디바이스를 레이저 처리하는 안정화 시스템.
  24. 제 21 항에 있어서,
    2개의 q 스위칭 주파수 체배 레이저 광원을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 머티리얼 디바이스를 레이저 처리하는 안정화 시스템.
  25. 제 21 항에 있어서,
    프로그램가능 펄스 프로파일을 갖는 단섬유 레이저 광원을 더 포함하며; 상기 레이저 타이밍 신호는 둘 이상의 밀집된 펄스의 그룹을 발생시키는 것을 특징으로 하는 멀티 머티리얼 디바이스를 레이저 처리하는 안정화 시스템.
  26. 제 21 항에 있어서,
    상기 레이저 펄스를 포커싱하는 광 시스템; 및
    상기 포커싱된 레이저 펄스에 대한 멀티 머티리얼 디바이스의 하나 이상의 마이크로스트럭처를 정확히 위치시키는 위치 결정 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 머티리얼 디바이스를 레이저 처리하는 안정화 시스템.
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