KR20110065450A - 레이저 처리 시스템에서 적응형 광학기 빔성형 - Google Patents

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마크 에이. 언래스
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레오 발드윈
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일렉트로 싸이언티픽 인더스트리이즈 인코포레이티드
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Abstract

특정 응용(또는 응용의 서브셋)에 대하여 향상된 또는 최적의 빔 프로파일을 결정하고 구현하기 위하여 레이저 처리 시스템은 처리 빔을 빠르고 유연하게 수정한다. 시스템은 레이저 처리 시스템에서 변화에 대한 빔 성형 서브시스템의 민감도를 감소시키는데, 이 변화는 제조 오차 허용도, 열 드리프트, 성분 성능에서의 변화, 및 시스템 변화의 다른 소스에 기인한 변화를 포함한다. 또한, 특정 실시예는 수용할 수 있는 성형 빔 프로파일을 제공하기 위하여 저 품질 레이저 빔(높은 M2 값)을 조작한다.

Description

레이저 처리 시스템에서 적응형 광학기 빔성형{ADAPTIVE OPTIC BEAMSHAPING IN LASER PROCESSING SYSTEMS}
본 개시물은 레이저 처리에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 개시물은 매질 처리 동안 레이저 빔의 공간적 강도 프로파일(profile)의 형태를 신속히 변경하는 적응형 광학기를 사용하는 것에 관한 것이다.
다수의 레이저 처리 시스템은 특정 레이저 처리를 최적화하기 위하여, 작업 표면에서 특정 공간적 강도 프로파일을 갖는 처리 스폿(spot)을 사용한다. 요구된 공간적 강도 프로파일을 생성하는 빔 성형 방법은 예를 들어, 회절성이 있고, 굴절력이 있는 광학 요소를 사용하는 단계를 포함한다. 하지만, 이들 접근법은 수용할 수 있는 출력 빔 특징을 유지하기 위하여 일반적으로 요구되는, 제한적인 입력 레이저 빔 오차 허용도(예를 들어, 위치, 직경, 모드 품질, 및 다른 파라미터에 대한)에 기인하여, 설계의 도전(challenge)을 야기한다. 생산 레이저 처리 시스템은 입력 레이저 빔 특징부 및/또는 레이저 빔 전달 광학기에서 변화에도 불구하고, 이러한 출력 레이저 빔 특징을 충족시키기 위하여 일반적으로 설계된다. 이러한 변화는 예를 들어, 시간이 지남에 따라, 온도의 변화로서, 및/또는 시스템 구성요소의 변화(예를 들어, 하나의 시스템으로부터 다른 시스템으로의)로 발생할 수 있다.
요구된 공간적 강도 프로파일을 갖는 레이저 빔을 생성하는 전형적인 접근법은 사전-설계된 단단한 광학 요소를 사용하는 것이고, 이 요소는 올바른 작동을 위해 특정 빔 특징에 의존된다. 예를 들어, 회절성 광학 요소(DOE)는 특정 중심(centroid), X 및 Y 직경, 공간적 모드 콘텐츠, 및 파면(wavefront) 오차를 갖는 가우시안 빔으로 사용될 때, 요구된 특징(예를 들어, 피크 강도 변화, 공간적 컷오프(cutoff) 밴드, 최대 사이드로브(sidelobe) 진폭, 및 다른 특징)을 갖는 성형된 빔을 생성한다. 하지만, 출력 성형 빔 특징은 입력 빔 특징이 DOE를 설계하기 위하여 사용되는 규격으로부터 편향되기에, 악화된다.
DOE가 일반적으로 특정 응용에 대하여 만들어지기 때문에, 출력 빔의 형태는 일단 DOE가 설계되면, 쉽게 수정될 수 없다. 따라서, 특정 레이저 처리가 최적의 처리 품질 또는 속도를 위한 새로운 출력 빔의 형태 또는 다양한 출력 빔 형태를 사용한다면, 사전-설계된 단단한 광학 요소를 사용하는 현존하는 방법은 방해가 되고/되거나 실제적이지 않을 것이다. 이러한 것의 예외는 크기 조정(scaling)(예를 들어, 가변적인 배율을 통하여), 또는 회전(예를 들어 도페(Dove)의 프리즘과 같은 디바이스를 통하여)을 통한 출력 빔의 조작이다. 이들 방법은 일부 응용에 충분하지만, 다른 응용에서 불충분하거나 제한적일 수 있다.
따라서, 본 명세서에서 개시되는 특정 실시예는, 특정 응용(또는 응용의 서브셋)을 위하여 향상되거나 최적의 빔 프로파일을 결정하고 구현하기 위하여, 처리 빔을 신속하고 유연성 있게 수정하는 레이저 처리 시스템을 포함한다. 시스템은 레이저 처리 시스템에서 변화에 대한 빔 성형 서브시스템의 민감도를 감소시키는데, 이 변화는 제조 오차 허용도, 열 드리프트(drift), 구성요소 성능에서의 변화, 및 시스템 변화의 다른 소스에 기인한 변화를 포함한다. 또한, 특정 실시예는 수용할 수 있는 성형된 빔 프로파일을 제공하기 위하여 저 품질의 레이저 빔(높은 M2 값)을 조작한다.
일 실시예에서, 가공물을 처리하는 방법은 선택적으로 성형된 공간적 강도 프로파일을 갖는 레이저 빔을 사용한다. 방법은 가공물의 처리 특징의 제 1 세트(set)에 가공물의 제 1 부분을, 그리고 처리 특징의 제 2세트에 가공물의 제 2 부분을 연관시키는 단계를 포함한다. 또한, 방법은 특징의 제 1 세트에 제 1 공간적 강도 프로파일을, 그리고 특징의 제 2 세트에 제 2 공간적 강도 프로파일을 연관시키는 단계를 포함한다. 하나 이상의 적응형 광학기는 입력 레이저 빔의 위상과 진폭 중 적어도 하나를 변조하여, 제 1 공간적 강도 프로파일을 갖는 출력 레이저 빔을 생성한다. 그런 후에, 제 1 공간적 강도 프로파일을 갖는 출력 레이저 빔은 가공물의 제 1 부분을 처리한다. 또한, 방법은 하나 이상의 적응형 광학 요소를 사용하는 입력 레이저 빔의 변조를 조정함으로써, 사전 결정된 전환 시간 내에 출력 레이저 빔의 제 1 공간적 강도 프로파일로부터 출력 레이저 빔의 제 2 공간적 강도 프로파일로 동적으로 전환하는 단계와, 제 2 공간적 강도 프로파일을 갖는 출력 레이저 빔을 사용하여 가공물의 제 2 부분을 처리하는 단계를 포함한다. 일부 실시예에 따라, 사전 결정된 전환 시간은 대략 100㎲ 내지 대략 5ms인 범위 내이다.
다른 실시예에서, 레이저 처리 시스템은 가공물을 처리하기 위하여, 선택적으로 성형된 공간적 강도 프로파일을 사용한다. 시스템은 입력 레이저 빔을 생성하기 위한 레이저 소스 및, 입력 레이저 빔을 낮은-차수(lower-order) 횡 모드를 갖는 제 1 빔 성분으로, 그리고 제 1 빔 성분의 모드와 비교하여 높은-차수(higher-order) 횡 모드를 갖는 제 2 빔 성분으로 공간적으로 분리하는 공간적 필터를 포함한다. 또한, 시스템은 제 1 빔 성분의 적어도 하나의 위상 및 진폭을 변조하는 제 1 적응형 광학 요소, 제 2 빔 성분의 적어도 하나의 위상 및 진폭을 변조하는 제 2 적응형 광학 요소, 및 변조된 제 1 빔 성분과, 변조된 제 2 빔 성분을, 가공물을 처리하는 출력 레이저 빔으로 재결합하는 광학기를 포함한다.
추가적인 양상 및 장점은 다음의 바람직한 실시예의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이고, 이 설명은 첨부 도면을 참조로 진행될 것이다.
본 발명은 최적의 빔 프로파일을 결정하고 구현하는 레이저 처리 시스템을 이용하여, 처리 빔을 신속하고 유연성 있게 수정한다.
도 1은 일 실시예에 따라, 위상/진폭 변조기를 포함하는 레이저 처리 시스템의 블록도.
도 2는 일 실시예에 따라, 상이한 공간적 강도 프로파일을 갖는 가공물의 상이한 부분을 레이저 처리하기 위한 방법의 흐름도.
도 3은 일 실시예에 따라, 위상/진폭 변조기로 사용될 수 있는 변형가능(deformable) 미러의 횡단면도를 도시하는 개략도.
도 4는 일 실시예에 따라, 피드백(feedback)을 포함하는 레이저 처리 시스템의 블록도.
도 5는 일 실시예에 따라, 피드백을 사용하는 레이저 처리 방법의 흐름도.
도 6은 일 실시예에 따라, 고 품질 빔 모드와 저 품질 빔 모드를 따로 수정하기 위하여 구성되는 레이저 처리 시스템의 블록도.
도 7은 일 실시예에 따라, 도 6에 도시된 레이저 처리 시스템의 공간적 필터링(filtering)을 도시하는 개략도.
도 8은 일 실시예에 따라, 고 품질 빔 모드와 저 품질 빔 모드를 따로 수정하는 레이저 처리 방법을 도시하는 흐름도.
도 9는 일 실시예에 따라, 선형으로 편광된 처리 빔을 고 품질 및 저품질 성분으로 분리하는 공간적 필터의 블록도.
적응형 광학기는 처리 빔의 공간적 강도 프로파일을 유연하고 신속하게 성형하기 위하여, 레이저 처리 시스템의 광학 열(optical train)에 통합된다. 적응형 광학기는 레이저 빔을 위상 변조 및/또는 진폭 변조를 하기 위하여 구성되는데, 이는 2개의 공간적 강도 프로파일 사이에서 신속히 전환하기 위함이다. 위상 및/또는 진폭 변조 모두가 본 명세서에서 논의되는 실시예에서 사용될 수 있지만, 위상 변조는 진폭 변조의 효율보다 상대적으로 더 높은 광학 효율을 유지하는 능력에 기인하여, 특정 실시예에서 선호될 수 있다. 제 1 공간적 강도 프로파일로부터 제 2 공간적 강도 프로파일로 출력을 변경하기 위해 레이저 처리 시스템에 의해, 사용되는 시간은 본 명세서에서 "스위칭 시간"으로 참조될 수 있다. 일 실시예에서, 예를 들어, 레이저 처리 시스템의 스위칭 시간은 대략 100㎲ 내지 대략 5ms의 범위 내이다. 당업자라면 본 명세서의 개시물로부터, 다른 스위칭 시간 또한, 특정 응용을 위해 선택되는 적응형 광학기의 응답을 기초로 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
일 실시예에 따라, 레이저 처리 시스템은 선택적으로 수정될 수 있는 특징을 갖는 성형된 처리 빔을 생성하기 위하여 구성된다. 예를 들어, 시스템은 가공물에서 트렌치(treanch)의 선형 부분을 절단하기 위하여, 타원형으로 성형된 공간적 강도 프로파일을 갖는 레이저 빔을 생성할 수 있다. 그런 후에, 시스템은 가공물에서 트렌치의 굴곡진 부분을 절단하기 위하여 원형으로 성형된 공간적 강도 프로파일을 갖는 레이저 빔으로 전환될 수 있다. 다른 예시에서, 시스템은 상대적으로 크게 성형된 빔을 사용하여 가공물 특징부의 부분을 처리할 수 있고, 이 시스템은 빈틈없이 집속된 가우시안 스폿을 사용하여 특징부의 다른 부분을 처리할 수 있다. 다른 예시로서, 시스템은 특정 크기 및 플루언스(fluence)의 제 1 성형 빔을 사용하여 저-밀도 영역을 처리할 수 있다. 그런 후에, 시스템은 제 1 성형 빔과 동일한 출력을 사용하지만 더 높은 플루언스를 갖고, 더 작은 제 2 성형 빔을 사용하여 더 조밀한 영역을 처리할 수 있다. 또 다른 예시에서, 시스템은 가공물의 처리중에, 성형된 빔의 배향을 변경할 수 있다. 예를 들어, 시스템이 가공물에서 트렌치의 코너 부분을 절단할 때, 이 시스템은 직각 빔의 축을 대략 90˚(예를 들어, X-축으로부터 Y축으로)만큼 회전시킬 수 있다.
게다가, 또는 다른 실시예에서, 레이저 처리 시스템은 요구된 공간적 강도 프로파일에 추가되거나 개선하는 조정을 위해, 적응형 광학기에 피드백을 제공한다. 예를 들어, 처리 빔의 최적의 특징(예를 들어, 형태, 분해능, 아포디제이션(apodization), 파면, 및 다른 특징)은 미리 잘 알려지지는 않을 수 있다. 이러한 실시예에서, 시스템은 처리 빔 프로파일을 신속히 수정하고, 가공물 상에서 이들 처리 빔 프로파일의 성능을 평가하기 위하여 구성된다. 위에서 논의된 바와 같이, 초래하는 프로파일을 평가하기 위한 일련의 단단한-광학 빔 성형기를 통한 반복이 금지되거나 바람직하지 않을 수 있다. 하지만, 본 명세서에서 개시된 실시예는 이러한 처리를 매우 단순화한다.
게다가, 또는 다른 실시예에서, 레이저 처리 시스템은 저 품질 빔 모드(예를 들어, 비-TEM00 모드)와 고 품질 빔 모드(예를 들어, TEM00 모드)를 분리하기 위하여 공간적 필터 분리기를 포함한다. 시스템은 예를 들어, 2개 이상의 적응형 광학 성분을 사용하여, 고 품질 빔 모드와 저 품질 빔 모드를 따로 수정한다. 그런 후에, 시스템은 가공물 처리를 위해 수정된 저 품질 모드와 수정된 고 품질 모드를 결합한다. 일반적으로, 공간적 필터링을 사용하는 종래의 시스템은 출력 빔으로부터 저 품질 빔 모드를 실질적으로 제거한다. 이는 출력 빔의 출력을 감소시키는 희생으로 출력 빔의 분해능을 증가시킨다. 본 명세서에서 개시된 바와 같이, 적응형 광학기를 사용하여 고 품질 모드 및 저 품질 모드를 따로 수정함으로써, 시스템은 감소된 출력 손실을 갖는 고 분해능 프로파일을 생성하기 위하여 모드들을 재결합할 수 있다.
따라서, 레이저 처리 시스템은 악화된 또는 저 품질의 입력 레이저 빔을 사용할 수 있거나, 조정할 수 있다. 예를 들어, 바람직한 특징(예를 들어, 펄스 에너지, 펄스 주파수, 펄스 폭, 파장, 및 다른 특징)을 갖지만, 빔 품질(예를 들어, M2 빔 품질)을 악화시킨 레이저 소스를 사용하는 것이 효율적일 수 있다. 종래의 빔성형 광학기는 입력 빔이 고 품질(낮은 M2) 빔이라는 것을 요구하거나 가정할 수 있다. 입력 빔 품질이 악화되었다면, 출력 빔 형태는, 때때로 요구된 응용에서 효율적이거나 합리적으로 사용될 수 없는 지점에 대하여 일반적으로 악화를 겪게 된다. 일부 경우에서, 개별적인 빔의 특징은 수용할 수 있지만(빔성형 설계 처리 중에 알려진다면), 레이저 처리 동안 변화되어, 일정한 성능을 쉽게 얻지는 못한다. 하지만, 본 명세서에서 개시된 특정 실시예는 시스템이 입력 빔의 고 품질 성분 및 저 품질 성분을 따로 수정하도록 허락하여, 심지어 저 품질 또는 악화된 입력 빔도 가공물을 처리하는데 사용될 수 있게 된다.
유사한 참조 번호가 유사한 요소로 참조되는 도면에 대한 참조가 이제부터 준비된다. 다음의 서술에서, 다수의 특정 세부사항은 본 명세서에서 개시된 실시예의 완전한 이해를 위하여 제공된다. 하지만, 당업자라면, 실시예가 하나 이상의 특정 세부사항 없이, 또는 다른 방법, 성분 또는 매질로 실현될 수 있음을 인식할 것이다. 게다가, 일부의 경우에서, 잘-알려진 구조, 매질, 또는 동작은 실시예의 양상을 모호하게 하는 것을 피하기 위하여 도시되지 않거나 상세히 서술되지는 않는다. 게다가, 서술된 특징부, 구조, 또는 특징은 하나 이상의 실시예에서, 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따라 위상/진폭 변조기(110)를 포함하는 레이저 처리 시스템(100)의 블록도이다. 또한, 레이저 처리 시스템(100)은 대물 렌즈(112) 및 제어 시스템(114)을 포함할 수 있다. 제어 시스템(114)은 예를 들어, 처리기와 컴퓨터 저장 매체(미도시)를 포함할 수 있는데, 이 컴퓨터 저장 매체는 본 명세서에서 서술되는 방법을 수행하기 위해 사용되는, 컴퓨터가 실행할 수 있는 지령 및 데이터를 저장하기 위해 구성된다. 위상/진폭 변조기(110)는 입력 처리 레이저 빔(116)의 공간적 강도 프로파일을 유연하고 신속하게 성형하기 위하여, 레이저 처리 시스템(100)의 광학 열로 통합되는 적응형 광학기를 포함한다. 대물 렌즈(112)는 위상/진폭 변조기(110)로부터 수신되는 조정된 처리 레이저 빔(118)을 가공물(120) 상에 집속하여(예를 들어, 스크라이빙(scribing), 다이싱(dicing), 비아 드릴링(via drilling), 및/또는 다른 매질 처리를 위하여), 요구된 성형 처리 빔을 생성한다.
도 1에 도시되는 바와 같이, 위상/진폭 변조기(110)는 제어 시스템(114)으로부터 수신된 제어 신호를 기초로 입력 처리 빔(116)을 위상 변조 및/또는 진폭 변조하기 위하여 구성된다. 위상/진폭 변조기(110)의 작동은 기본적인 푸리에 광학기(fourier optic)을 기초로 할 수 있고, 예를 들어, 렌즈의 앞의 주 평면에서의 빔의 푸리에 변환은 렌즈의 후 초점 면에 생성된다. 따라서, 위상/진폭 변조기(110)는 입력 처리 빔(116)의 위상 특징 및/또는 진폭 특징을 조작하여, 출력 초점 평면에서 임의로 성형된 공간적 강도 프로파일을 생성한다. 당업자라면 본 명세서서의 개시물로부터, 공간적 강도 프로파일의 형태가 광학 시스템의 회절 제약(예를 들어, 빔 직경, 초점 길이, 및 다른 제약)에 의존할 수 있다는 것을 인식할 것이다.
일 실시예에서, 제어 시스템(114)은 위상/진폭 변조기(110)에 입력 신호의 사전 결정된 세트를 제공하여, 출력 빔(118)에 대한 특정 공간적 강도 프로파일을 생성한다. 예를 들어, 입력 빔(116)의 알려진 특징(예를 들어, 위상 및 진폭 왜곡)과, 필요한 출력 빔(118)의 특징이 주어진다면, 제어 시스템(114)은 위상/진폭 변조기(110)의 특징을 미리 계산할 수 있다(광학 시스템의 회절 제약이 주어진 상태에서 실행할 수 있는 해결책을 고려하여). 일 실시예에서, 예를 들어, 반복적인 Gerchberg-Saxton 알고리즘은 변조를 미리 계산하는데 사용될 수 있다. 위상/진폭 변조기(110)의 특징은 예를 들어, 이전에 수행된 테스트, 또는 특정한 공간적 강도 프로파일에 대응하는 실험에 기초할 수 있다.
일 실시예에서, 제어 시스템(114)은 다수의 상이한, 바람직한 출력 빔(118) 특징에 대한 위상/진폭 변조기(110)의 입력 신호 또는 특징을 미리 계산한다. 따라서, 위상/진폭 변조기(110)는 처리 중에, 제어 시스템(114)에 의해 지시되는 다양한 출력빔을 제공하기 위하여 이 변조기의 특징을 전환할 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 위상/진폭 변조기(110)는 처리되는(선형으로부터 트렌치의 굴곡진 부분으로의 변화하는, 또는 저-밀도 영역으로부터 고-밀도 영역으로의 변화하는) 가공물(120)의 특정 특징부 또는, 부분을 기초로 이 변조기의 특징을 전환할 수 있다.
예를 들어, 도 2는 일 실시예에 따라, 상이한 공간적 강도 프로파일로 가공물의 다른 부분을 레이저 처리하는 방법(200)의 흐름도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 방법(200)은 입력 레이저 빔(116)을 생성하는 단계(210) 및, 제 1 공간적 강도 프로파일을 얻기 위하여 입력 레이저 빔(116)의 위상 및/또는 진폭을 변조하는 단계(212)를 포함한다. 또한, 방법(200)은 가공물(120)의 제 1 부분을 제 1 공간적 강도 프로파일을 갖는 출력 레이저 빔(118)으로 처리하는 단계(214)를 포함한다. 제어 시스템(114)은 예를 들어, 가공물(120)의 제 1 부분을, 제 1 공간적 강도 프로파일에 연관시키기 위하여 프로그램될 수 있다. 일 실시예에서, 가공물(120)의 제 1 부분은 특징부의 타입(예를 들어, 선형 트렌치, 굴곡진 트렌치, 또는 특정 밀도를 갖는 매질) 또는, 차례로 제 1 공간적 강도 프로파일에 연관되는 구조{예를 들어, 가용성 링크(link)}에 연관될 수 있다.
또한, 방법(200)은 제 2 공간적 강도 프로파일을 얻기 위하여 입력 레이저 빔(116)의 위상 및/또는 진폭을 변조하는 단계(216)를 포함한다. 방법(200)은 가공물(120)의 제 2 부분을 제 2 공간적 강도 프로파일을 갖는 출력 레이저 빔을 사용하여 처리하는 단계(218)를 더 포함한다. 제 1 공간적 강도 프로파일을 사용하는 것처럼, 제어 시스템(114)은 가공물(120)의 제 2 부분을 제 2 공간적 강도 프로파일에 및/또는 제 2 공간적 강도 프로파일에 연관된 특징부의 타입 또는 구조에 연관시키기 위하여 프로그램될 수 있다.
입력 처리 빔(116)의 위상 및/또는 진폭을 변조하는 적응형 광학기를 사용하여, 방법(200)은 제 1 공간적 강도 프로파일과 제 2 공간적 강도 프로파일 사이의 빠른 전환 시간을 제공한다. 진폭 변조는 예를 들어, 마이크로미러(micromirror) 어레이(array)를 사용하여 달성될 수 있다. 하지만, 진폭-만의 변조는 광학 효율 및 스폿 크기를 제한할 수 있다. 따라서, 특정 실시예에서, 위상 변조는 진폭 변조와 결합된다(또는 진폭 변조 대신에 사용된다). 위에서 논의된 바와 같이, 일 실시예에서, 전환 시간은 대략 100㎲ 내지 대략 5ms의 범위 내이다. 당업자라면 본 명세서의 개시물로부터, 대략 100㎲보다 적고 대략 5ms보다 높은 다수의 다른 전환 시간 또한 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 일 실시예에서, 전환 시간은 전기-광학 공간적 광(light) 변조기를 사용할 때 대략 10㎲만큼 작을 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 위상/진폭 변조기(110)는 본 명세서에서 개시된 실시예에 따라, 빔 성형을 구현할 수 있는 적응형 광학 요소를 포함한다. 이러한 적응형 광학 요소는 상대적으로 높은 비용과, 산업상-품질 성분의 결핍에 기인하여 널리 사용되지는 않았다. 하지만, 최근에 이러한 성분의 선택은, 비용이 수용할 수 있는 수준으로 낮아졌기에 확장되고 있다. 게다가, 고 출력 레벨을 견디는 적응형 광학 요소는 고-반사 절연체 코팅의 응용에 기인하여, 이용가능해지고 있다.
예를 들어, 액정 기반의 적응형 광학 성분은 위상/진폭 변조기(110)로 사용될 수 있다. 액정 변조기(미도시)는 전극의 2개의 층 사이에 위치된 네마틱(nematic) 또는 강유전성 액정 요소의 어레이를 포함할 수 있다. 전극의 하나의 층은 전극 어레이를 형성하기 위하여 마이크로-패터닝될(micro-patterned) 수 있다. 전극에 상이한 전압을 가함으로써, 액정 분자의 배향은 이에 대응하여 변한다. 따라서, 각 액정 요소에서 굴절률 또는 흡수는 입력 레이저 빔(116)의 파면을 변조하기 위하여 조정될 수 있다.
다른 타입의 적응형 광학 성분은 변형가능 미러이다. 예를 들어, 도 3은 일 실시예에 따라 위상/진폭 변조기(110)로 사용될 수 있는 변형가능 미러(300)의 횡-단면도를 도시하는 개략도이다. 변형가능 미러(300)는 실리콘 웨이퍼 미러 프레임(312) 상에 반사 코팅(310)을 포함한다. 반사 코팅(310) 및 미러 프레임(312)은 미러 막(membrane)(314) 및 전도성 코팅(316) 위에 위치된다. 미러 막(314)은 예를 들어, 실리콘 니트라이드(silicon nitride)의 얇은 층(예를 들어, 대략 1㎛ 두께 정도)을 포함할 수 있다. 미러 막(314) 및 전도성 코팅(316)은 스페이서{(spacer)(320)}에 의해 실리콘 웨이퍼 패드 어레이 기판(318)으로부터 분리된다. 전도성 매질(예를 들어, 금)을 포함하는 액추에이터(actuator) 패드 어레이(322)는 실리콘 웨이퍼 패드 어레이 기판(318) 위에 형성된다. 작동 중에, 제어 전압은 액추에이터 패드 어레이(322)에 가해져서 미러 막(314)을 정전기로 변형시킨다. 따라서, 도 1에 도시된 제어 시스템(114)은 미러 표면 최적화 성능을 제공하기 위하여 액추에이터 패드 어레이(322)에 제어 신호를 제공할 수 있다.
당업자라면, 본 명세서의 개시물로부터, 위에 서술된 특정 액정 변조기 및 변형가능 미러(300)가 오직 설명을 위한 목적으로 제공되고, 다른 구성 또는 적응형 광학 요소 또한 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 변형가능 미러는 독립적인 평면 미러 단편에 의해 형성된, 단편화된 변형가능 미러, 마이크로 전자기계 시스템(MEMS: microelectromechanical system), 또는 상이한 매질의 2개 이상의 층에 의해 형성된 바이몰프(bimorph) 변형가능 미러를 포함할 수 있다.
액정 변조기와는 다르게, 변형가능 미러는 임의의 형태를 생성할 수 있는 자연적으로 프로그램할 수 있는 디바이스는 일반적으로 아니다. 일부 변형가능 미러 기술은 임의의 형태(특정 정확도 경계 내에서)를 생성하는 "개방-루프(loop)" 모드로 사용을 위해 교정될 수 있다. 예를 들어, Iris AO, Inc.(캘리포니아, 버클리 소재) 및 다른 제조업자는 잘 조정될 수 있는 변형가능 미러를 제공한다. 이러한 변형가능 미러가 사용될 때, 입력 빔 특징은 감지될 수 있고, 이 변형가능 미러는 미러로부터 피드백에 대한 요구 없이 개방-루프 방식으로 제어된다. 개방-루프 빔 성형 제어가 입력 빔(116) 및 변형가능 미러의 특징의 지식으로 달성될 수 있지만, 이러한 지식은 항상 충분히 이용가능하지는 않는다. 일부의 경우에서, 입력 빔(116) 및/또는 변형가능 미러의 특징은 명목상의 명세서로부터 편향할 수 있다. 이러한 실시예에서, 위상/진폭 변조기(110)의 입력 제어 신호는 출력 빔(118)의 요구된 특징을 얻기 위하여 수정된다. 이러한 경우에서, 다른 디바이스는 입력 및/또는 출력 빔의 특징을 모니터링하기 위하여 처리 시스템에 포함될 수 있다.
이러한 모니터링 디바이스는 파면 센서(예를 들어, Shack-Hartmann, 피라미드, 및 다른 파면 센서), 점 회절 간섭계, 평면 미러 간섭계, 및 다른 도량형(metrology) 디바이스와 같은, 하나 이상의 도량형 디바이스를 포함할 수 있다. 대안으로, 출력 빔(118)의 특징은 전하-결합 디바이스(CCD) 카메라, 상보성 금속 산화막 반도체(CMOS: complementary metal-oxide-semiconductor) 카메라, 열전도(thermopile) 어레이, 광(photo)다이오드 어레이, 나이프 엣지(knife edge) 검출기, 슬릿(slit) 검출기, 또는 다른 직접 검출 디바이스와 같은 요소로 직접 평가된다.
예를 들어, 도 4는 일 실시예에 따라 피드백을 포함하는 레이저 처리 시스템(400)의 블록도이다. 레이저 처리 시스템(400)은 입력 처리 빔(116)을 수신하는 위상/진폭 변조기(110), 및 출력 빔(118)의 일부를 대물 렌즈(112)를 통하여 가공물로 유도하는 빔스플리터(beamsplitter)(410)를 포함한다. 또한, 빔스플리터(410)는 일련의 렌즈(412, 414)를 통하여 출력 빔(118)의 일부를, 제어 시스템(114)과 통신하는 파면 센서(416)에 유도한다. 제어 시스템(114)은 파면 센서(416)에 의해 측정된 출력 빔(118)의 특징을, 특징의 요구되거나 사전 결정된 세트와 비교하기 위하여 구성된다. 제어 시스템(114)은 출력 빔(118)의 특징을 최적화하기 위하여 사용되는 목적(objective) 함수 값을 생성하고, 이 출력 빔의 특징은 가공물(120)을 처리하는데 사용된다. 아래에 논의되는 바와 같이, 일부 실시예에서, 목적 함수 값은 오류 신호의 형태이다. 렌즈(412, 414)는 변조된 출력 빔(118)의 분할된 부분을 파면 센서(416)의 분명한 구경으로 크기조정하고, 빔이 대물 렌즈의 주 평면에 결합되도록 한다. 빔의 직경을 크기조정하기 위하여 렌즈(412, 414)를 사용하는 것은 제어 시스템(114)이 출력 빔(118)의 특징을 최적화할 때 고려되는 파면의 크기 조정을 초래한다. 마찬가지로, 제어 시스템(114)은 아래에 논의되는 렌즈(420, 422)에 의해 제공되는 입력 빔의 파면의 크기조정을 고려할 수 있다.
게다가, 또는 다른 실시예에서, 입력 빔(116) 또한 모니터링될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 시스템(400)은 다른 일련의 렌즈(420, 422)를 통하여 입력 빔(116)의 일부를, 제어 시스템(114)과 통신하는 다른 파면 센서(424)에 유도하는 다른 빔스플리터(418)를 포함한다. 제어 시스템(114)은 파면 센서(424)에 의해 측정된 입력 빔(116)의 특징을, 입력 빔 특징의 요구되거나 사전 결정된 세트와 비교하기 위하여 구성될 수 있다. 그런 후에, 제어 시스템(114)은 출력 빔(118)의 특징을 최적화하기 위하여, 이러한 비교의 적어도 일부(위에 논의된 목적 함수 값과 조합될 수 있는)를 기초로 이러한 위상/진폭 변조기(110)를 제어할 수 있다.
입력 빔(116) 및/또는 출력 빔(118)의 특징을 검사하여, 피드백 루프에서 위상/진폭 변조기(110)의 특징을 수정함으로써, 제어 시스템(114)은 광학 시스템 및, 입력 빔의 특징에 의해 강제되는 제한 내로 출력 빔(118)의 요구된 특징을 최적화한다. 레이저 처리 시스템(400)은 가능하다면(예를 들어, 위상/진폭 변조기의 성능의 제약 또는, 회절 또는 에텐듀(etendue)에 의해 강제된 물리적 제한에 의해 제한되지 않는다면), 입력 빔(116)의 특징에서 변화를 동적으로 교정하는데, 이는 손쉽게 수정될 수 없는 단단한-광학 DOE 요소에 대해 장점이다. 심지어, 요구된 출력 빔 특징이 달성되는 것을 막는 입력 빔 특징의 경우조차, 최고의-경우(하지만 차선의) 출력 빔(118)은 처리 응용에서의 사용에 대해 적절할 수 있다.
출력 빔(118)의 프로파일을 최적화하기 위하여 제어 시스템(114)에 의해 사용될 수 있는 알고리즘은 출력 빔(118)의 바람직한 특징의 양을 한정하는 목표 함수를 간접 방법 기반으로 최대화하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템(114)은 수치 최적화 방법(유전(genetic) 알고리즘, 국부 컨벡스(convex) 최적화, 또는 다른 알려진 수치 계산법)을 사용할 수 있다. 다른 실시예에서, 제어 시스템(114)은 입력 빔(116)의 특징을 명백하게 고려하여, 위상/진폭 변조기(110)의 특징을 적절하게 수정하는 직접 방법을 사용할 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템(114)은 주어진 입력 빔(116)을 재성형하여 요구된 출력 빔(118)을 생성하는 푸리에 변환 알고리즘을 직접적으로 적용하여, 입력 빔의 위상 및 진폭 왜곡을 고려할 수 있다. 다른 실시예에서, 위에서 논의된 바와 같이, 반복적인 Gerchberg-Saxton 알고리즘은 변조를 미리 계산하기 위하여 사용될 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따라 피드백을 사용하는 레이저 처리 방법(500)의 흐름도이다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 방법(500)은 입력 레이저 빔(116)을 생성하는 단계(510), 및 가공물(120)을 처리하는 출력 레이저 빔(118)을 얻기 위하여 입력 레이저 빔의 위상 및/또는 진폭을 수정하는 단계(512)를 포함한다. 또한, 방법(500)은 적어도 하나의 입력 빔(116) 및 출력 빔(118)의 하나 이상의 특징을 모니터링 하는 단계(514)를 포함한다. 방법(500)은 출력 빔(118)이 원하는 공간적 강도 프로파일을 갖도록, 모니터링된 특징을 기초로 입력 빔(116)의 변조를 조정하는 단계(516)를 더 포함한다.
위에서 논의된 바와 같이, 특정 실시예에서, 레이저 처리 시스템은, 빔 모드를 분리하고, 고-품질(예를 들어, TEM00) 모드 및 다른 (비-TEM00) 모드를 개별적으로 조작하여, 가공물을 처리하는데 사용되는 출력 빔으로 빔 모드를 재결합함으로써, 이상적이지는 않은 높은-M2 빔으로 작동하는 능력을 포함한다. 높은-차수 빔 성분이 이러한 빔의 더 높은 에텐듀에 기인하여 매우 높은 분해능의 출력 빔을 생성할 수는 없기 때문에, 이러한 실시예는 예를 들어, 출력 빔 분해능 요구사항이 알맞은 경우에 적용할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따라, 고 품질 빔 모드와 저 품질 빔 모드를 따로 수정하기 위하여 구성되는 레이저 처리 시스템(600)의 블록도이다. 시스템(600)은 남아있는 높은-차수 빔 모드(616)와 낮은-차수 빔 모드(614)를 공간적으로 분리하는 공간적 필터 분리기(612)상에, 입력 처리 빔(116)을 집속하는 입력 렌즈(610)를 포함한다. 낮은-차수 빔 모드(614)는 렌즈(618)에 의해 재시준(recollimate)되고, 제 1 위상/진폭 변조기{110(a)}에 제공된다. 높은-차수 빔 모드(616)는 다른 렌즈(620)에 의해 재시준되고, 제 2 위상/진폭 변조기{110(b)}에 제공된다.
도 7은 일 실시예에 따라, 도 6에 도시된 레이저 처리 시스템(600)의 공간적 필터링을 도시하는 개략도이다. 이러한 예시에서, 입력 빔(116)이 완전한 평면 파가 아니라고 간주된다. 따라서, 회절에 기인하여, 입력 렌즈(610)는 단일 스폿에 입력 빔(116)을 집속하지 못한다. 오히려, 도 7에 도시된 바와 같이, 입력 렌즈(610)는 공간적 필터 분리기(612)의 위치에 대응하는 초점 면(예를 들어, XY 평면에 도시되는)에서 밝고 어두운 영역의 회절 패턴(710)을 생성한다. 이러한 예시에서, 회절 패턴(710)은 일련의 빛(714)의 동심원 고리(4개가 도시)에 의해 둘러싸인 중앙의 밝은 스폿(714)을 포함한다. 당업자라면, 본 명세서의 개시물로부터 다수의 다른 회절 패턴도 가능하다는 것을 인식할 것이다.
공간적 필터 분리기(612)는 요구된 빛이 제 1 위상/진폭 변조기{110(a)}로 전달되도록 허용하는 구경 또는 "핀 홀(pin hole)"을 갖는 기울어진 거울을 포함한다. 이러한 예시에서, TEM00 모드에 대응하는 중앙의 밝은 스폿(712)은 공간적 필터 분리기(612)의 핀 홀을 통하여 제 1 위상/진폭 변조기{110(a)}로 전달되고, 공간적 필터 분리기(612)는 비-TEM00모드를 제 2 위상/진폭 변조기{110(b)}를 향해 반사시킨다. 도 6에 도시된 특정 공간적 필터 분리기(612)에 대한 대안은 도 9에 관하여 아래에 논의된다. 당업자라면, 본 명세서의 개시물로부터 다른 타입의 공간적 필터 또한 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
레이저 처리 시스템(600)은 TEM00 모드 및 비-TEM00 모드의 위상 및/또는 진폭을 독립적으로 수정하기 위하여, 제 1 위상/진폭 변조기{110(a)} 및 제 2 위상/진폭 변조기{110(b)}를 독립적으로 제어하는 제어 시스템(114)을 포함한다. 반-파장판(622)은 변조된 빔(예를 들어, 도 7에 도시된 고 품질, 낮은-M2 모드 빔) 중 하나의 편광을 회전시켜, 편광 빔스플리터(624)가 출력 빔(118)을 형성하기 위하여 수정된 빔을 재결합할 수 있다. 그런 후에, 대물 렌즈(112)는 출력 빔(118)을 가공물(120)에 집속한다.
제어 시스템(114)은 조합된 출력 빔을 최적화하기 위하여, 개별적인 변조기{110(a), 110(b)}를 조정한다. 일반적으로, 높은-차수(비-TEM00, 비-가우시안) 빔은, 심지어 스폿 크기가 요구된 성형 스폿 크기 내에 있는 동안 수용될 수 있는 최적화 이후에도, 상대적으로 큰 스폿을 형성한다. 그런 후에, 낮은-차수 빔(TEM00, 가우시안)은 빔 프로파일의 나머지를 "메워서", 더 높은 분해능을 달성하기 위하여 조작될 수 있다. 낮은-차수 및 높은-차수 빔 모드 모두를 사용함으로써, 출력 빔(118)의 전체 품질 및 분해능은, 그렇지 않을 경우 높은-차수 빔 모드를 버리는 것으로부터 초래될 수 있는 출력 빔 출력의 감소 없이 증가된다.
도 6에 도시되지는 않았지만, 하나 이상의 센서는 제 1 위상/진폭 변조기{110(a)} 및 제 2 위상/진폭 변조기{110(b)}를 조정하기 위한 피드백을 제어 시스템(114)에 제공할 수 있다. 예를 들어, 가공물(120) 상에서 레이저 스폿은 이미징될(imaged) 수 있고, 출력 빔(118)의 일부는 분석을 위해 CCD 카메라에 유도될 수 있다. 제어 시스템(114)은 카메라로 감지된 출력 빔의 프로파일을 요구된 또는 타겟 기준 빔의 프로파일로 비교할 수 있는데, 이는 제 1 위상/진폭 변조기{110(a)} 및 제 2 위상/진폭 변조기{110(b)} 중 적어도 하나를 조정하는데 사용되는 목표 함수 값을 얻기 위함이다.
일 실시예에서, 제어 시스템(114)에 의해 얻어진 목표 함수 값은 오류 신호 E신호의 형태이다. 타겟 기준 빔의 공간적 강도 프로파일{타겟 빔 프로파일(I타겟)은:
I타겟 = exp[-(a(x-x0))2m -(b(y-y0))2n]
으로 나타날 수 있고, 여기에서, a 및 b는 방향(x 및 y)에서 빔 폭을 한정하고, m 및 n은 빔의 측면의 기울기를 규정하는 정수이며, x0 및 y0은 빔 중심의 좌표이다. 오차 신호 E신호에 대하여, 타겟 기준 빔과 카메라에 의해 취득된 빔 사이의 초래된 RMS 신호는:
E신호 = [∑x∑y(I타겟(x,y)- I카메라(x,y))2]1/2
이고, 여기에서 I카메라는 카메라에 의해 측정된 공간적 강도 프로파일이다.
제어 시스템(114)은 제 1 위상/진폭 변조기{110(a)}와 제 2 위상/진폭 변조기{110(b)} 중 적어도 하나의 입력(예를 들어, 조정할 수 있는 미러의 전극 어레이에 가해지는 전압)을 조정하기 위하여 오류 신호 E신호를 사용한다.
도 8은 일 실시예에 따라, 고 품질 빔 모드와 저 품질 빔 모드를 따로 수정하는 레이저 처리 방법(800)을 도시하는 흐름도이다. 도 6 및 도 8을 참조하여, 방법(800)은 입력 레이저 빔을 생성하는 단계(810), 및 낮은-차수 횡 모드를 갖는 제 1 빔 성분(614) 및, 하나 이상의 높은-차수 횡 모드를 갖는 제 2 빔 성분(616)을 생성하는 입력 레이저 빔(116)을 공간적으로 필터링하는 단계를 포함한다.
방법(800)은 변조 파라미터의 제 1 세트를 기초로 제 1 빔 성분(614)의 위상 및/또는 진폭을 변조하는 단계(814)를 더 포함한다. 변조 파라미터의 제 1 세트는 예를 들어, 요구된 공간적 강도 프로파일 및/또는 분해능을 기초로 선택될 수 있다. 또한, 방법(800)은 변조 파라미터의 제 2 세트를 기초로 제 2 빔 성분(616)의 위상 및/또는 진폭을 변조하는 단계(816)를 포함한다. 변조 파라미터의 제 2 세트는 예를 들어, 요구된 공간적 강도 프로파일을 기초로 선택될 수 있다. 특정 실시예에서, 변조 파라미터의 제 2 세트는 변조 파라미터의 제 1 세트와 상이하다.
또한, 방법(800)은 대물 렌즈(112)의 초점 면에 실질적으로 위치된, 요구 분해능과 공간적 강도 프로파일을 갖는 출력 레이저 빔(118)을 얻기 위하여 변조된 제 1 빔과 변조된 제 2 빔을 결합하는 단계(818)를 포함한다. 방법(800)은 출력 레이저 빔(118)으로 가공물(120)을 처리하는 단계(820)를 더 포함한다.
이러한 접근법은 2개의 변조기{110(a), 110(b)}가 2개의 빔(614, 616)을 따로 조작하도록 허용하여, 약간의 타협, 또는 어떠한 타협도 없이(예를 들어, 비-TEM00 모드를 버림으로써 출력을 감소시키는 것 없이) 각 빔(614, 616)의 성능을 사용한다. 하지만, 다른 접근법은 분리되지 않은 빔의 위상 및/또는 진폭 특징을 조작하기 위하여 단일 변조기를 사용하고, 출력 빔 특징을 최적화하기 위하여 위에 서술된 최적화 방법을 사용하는 것이다. 고-품질 및 저-품질 빔 성분의 특징과 출력 빔 요구사항에 따라, 이러한 접근법은 충분할 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따라, 선형으로 편광된 처리 빔(116)을 고 품질 및 저 품질 성분으로 분리하는 공간적 필터(900)의 블록도이다. 도 9에 도시된 공간적 필터(900)는 도 6에 도시된 시스템(600)에서 공간적 필터 분리기(612) {및 하나 이상의 렌즈(610, 618, 620)}를 교체할 수 있다. 공간적 필터(900)는 편광 민감 빔 스플리터(910), 페러데이 회전기(912), 제 1 렌즈(914)와, 구경(918) 및 제 2 렌즈(918)를 갖는 미러(916)를 포함한다.
편광 민감 빔 스플리터(910)는 선형으로 편광된 처리 빔(116)을 페러데이 회전기(912)로 전달하기 위하여 구성된다. 페러데이 회전기(912)는 선형으로 편광된 처리 빔(116)의 편광을 회전시킨다(예를 들어, 45°만큼). 제 1 렌즈(914)는 미러(916)의 구경(918) 상에 회전된 빔을 집속한다. 회전된 빔의 낮은-차수 빔 모드(614)는 구경(918)을 통과하여 제 2 렌즈(920)로 전달되는데, 이 제 2 렌즈는 낮은-차수 빔 모드(614)를 재시준하고, 위에서 논의된 제 1 위상/진폭 변조기{110(a)}로 이 빔 모드를 전달한다.
미러(916)는 다시 제 1 렌즈(914)로부터 수신한 회전된 빔의 높은-차수 빔 모드(616)를 되반사시켜 제 1 렌즈(914)와 패러데이 회전기(912)를 통과시키는데, 이 패러데이 회전기는 높은-차수 빔 모드(616)의 편광을 더 회전 시켜서(예를 들어, 추가적인 45°만큼), 이 빔 모드는 편광 민감 빔 스플리터(910)에 의해, 위에서 논의된 제 2 위상/진폭 변조기{110(b)}로 반사된다.
본 명세서에서 개시된 실시예는 처리 레이저 빔의 강도 프로파일의 신속하고 유연성 있는 수정을 제공하는데, 이는 특정 응용 및/또는 응용의 서브셋에 대한 최적의 빔 프로파일을 결정하고 구현하기 위함이다. 이 실시예는 레이저 처리 시스템에서 변화에 대한 빔 성형 서브시스템의 민감도를 감소시키는데, 이 변화는 제조 오차 허용도, 열 드리프트, 성분 성능에서의 변화, 및 시스템 변화의 다른 소스에 기인한 변화를 포함한다. 특정 실시예는 수용할 수 있는 성형된 빔 프로파일을 제공하기 위하여 저 품질의 레이저 빔(높은 M2 값)을 조작한다. 또한, 본 명세서에서 서술된 실시예는 동시에, 배열, 초점 면 조정, 처리 빔 파면 정정, 및 다른 장점과 같은 추가적인 기능을 제공한다.
당업자에게 있어서 본 발명의 기초가 되는 원리을 벗어나는 것 없이 상기 명시된 실시예의 세부사항에 대한 다수의 변형이 만들어질 수 있다는 것이 명백하다. 예를 들어, 일 실시예에서, 도 4에 도시된 위상/진폭 변조기(110)의 정정된 출력은 요구된 특징(예를 들어, 피크 강도 변화, 공간적 컷오프 밴드(band), 최대 사이드로브 진폭, 및 다른 특징)을 갖는 출력 빔(118)을 성형하는 회절 광학 요소(DOE)로 유도될 수 있다. 위상/진폭 변조기(110)는 DOE가 의도된 것처럼 동작하도록 입력 빔(116)의 편향을 고려한다. 당업자라면, 본 개시물로부터 개시된 실시예에 대한 다른 변형을 인식할 것이다. 그러므로 본 발명의 범주는 오직 다음의 청구항으로써 결정되어야 한다.
116 : 입력 레이저 처리 빔 610, 614, 620 : 렌즈
612 : 공간적 필터 분리기 622 : 반-파장판
110(a) : 제 1 위상/진폭 변조기
110(b) : 제 2 위상/진폭 변조기
120 : 가공물 624 : 빔 스플리터(beamsplitter)
112 : 대물 렌즈 114 : 제어 시스템

Claims (20)

  1. 선택적으로 성형된 공간적 강도 프로파일을 갖는 레이저 빔을 사용하여 가공물을 처리하는 방법에 있어서,
    상기 가공물의 제 1 부분을 처리 특징의 제 1 세트에, 그리고 상기 가공물의 제 2 부분을 처리 특징의 제 2 세트에 연관시키는, 가공물의 제 1 및 제 2 부분을 연관시키는 단계,
    제 1 공간적 강도 프로파일을 특징의 제 1 세트에, 그리고 제 2 공간적 강도 프로파일을 특징의 제 2 세트에 연관시키는 단계로서, 제 1 및 제 2 공간적 강도 프로파일은 대물 렌즈의 초점 면 상에 실질적으로 입사하는 출력 레이저 빔의 각각의 형태에 대응하는, 제 1 및 제 2 공간적 강도 프로파일을 연관시키는 단계,
    상기 제 1 공간적 강도 프로파일을 갖는 출력 레이저 빔을 생성하기 위하여, 상기 입력 레이저 빔의 상기 위상 및 상기 진폭 중 적어도 하나를 변조하는 단계로서, 상기 변조는 적어도 하나의 적응형 광학 요소에 의해 수행되는, 변조 단계,
    상기 제 1 공간적 강도 프로파일을 갖는 상기 출력 레이저 빔을 사용하여 상기 가공물의 제 1 부분을 처리하는 단계,
    상기 하나 이상의 적응형 광학 요소를 사용하는 상기 입력 레이저 빔의 변조를 조정함으로써, 사전 결정된 전환 시간 내에, 상기 출력 레이저 빔의 상기 제 1 공간적 강도 프로파일로부터 상기 출력 레이저 빔의 상기 제 2 공간적 강도 프로파일로 동적으로 전환하는 단계, 및
    상기 제 2 공간적 강도 프로파일을 갖는 상기 출력 레이저 빔을 사용하여 상기 가공물의 제 2 부분을 처리하는 단계를
    포함하는, 레이저 빔을 사용하여 가공물을 처리하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 공간적 강도 프로파일과 상기 제 2 공간적 강도 프로파일 사이의 전환 시간은 대략 10㎲ 내지 5㎳의 범위 내인, 레이저 빔을 사용하여 가공물을 처리하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 입력 레이저 빔과 상기 출력 레이저 빔 중 적어도 하나의 특성을 측정하는 단계,
    상기 제 1 공간적 강도 프로파일의 사전 결정된 특성과 상기 측정된 특성 사이의 목표 함수 값을 결정하는 단계, 및
    상기 제 1 공간적 강도 프로파일을 최적화하기 위하여 상기 목적 함수 값을 기초로 상기 입력 레이저 빔의 상기 변조를 조정하는 단계를
    더 포함하는, 레이저 빔을 사용하여 가공물을 처리하는 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 적응형 광학 요소는 변형가능 미러, 액정 변조기, 및 전자-광학 공간적 광 변조기를 포함하는 그룹으로부터 선택되는, 레이저 빔을 사용하여 가공물을 처리하는 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 낮은-차수 횡 모드를 갖는 제 1 빔 성분과, 상기 제 1 빔 성분의 모드와 비교하여 높은-차수 횡 모드를 갖는 제 2 빔 성분으로, 상기 입력 레이저 빔을 공간적으로 필터링하는 단계를 더 포함하는, 레이저 빔을 사용하여 가공물을 처리하는 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 변조 단계는
    변조 특징의 제 1 세트를 사용하여 상기 제 1 빔 성분을 변조하는 단계,
    상기 제 1 세트에 관계없는 변조 특징의 제 2 세트를 사용하여 상기 제 2 빔 성분을 변조하는 단계, 및
    상기 제 1 공간적 강도 프로파일과 상기 제 2 공간적 강도 프로파일 중 하나를 생성하기 위하여 상기 변조된 제 1 빔 성분과 상기 변조된 제 2 빔 성분을 재결합하는 단계를
    포함하는, 레이저 빔을 사용하여 가공물을 처리하는 방법.
  7. 선택적으로 성형 된 공간적 강도 프로파일을 사용하는 레이저 처리 시스템에 있어서,
    입력 레이저 빔을 생성하는 레이저 소스,
    상기 입력 레이저 빔을, 낮은-차수 횡 모드를 갖는 제 1 빔 성분과, 상기 제 1 빔 성분의 모드와 비교하여 높은-차수 횡 모드를 갖는 제 2 빔 성분으로 공간적으로 분리하는 공간적 필터,
    상기 제 1 빔 성분의 상기 위상과 상기 진폭 중 적어도 하나를 변조하기 위한 제 1 적응형 광학 요소,
    상기 제 2 빔 성분의 상기 위상과 상기 진폭 중 적어도 하나를 변조하기 위한 제 2 적응형 광학 요소, 및
    상기 변조된 제 1 빔 성분 및 상기 변조된 제 2 빔 성분을, 가공물을 처리하는 출력 레이저 빔으로 재결합하기 위한 광학기를
    포함하는, 공간적 강도 프로파일을 사용하는 레이저 처리 시스템.
  8. 제 7항에 있어서, 대물 렌즈의 초점 면에 실질적으로 위치되는 상기 출력 레이저 빔의 제 1 공간적 강도 프로파일을 조정하는, 상기 제 1 적응형 광학 요소 및 상기 제 2 적응형 광학 요소의 상기 변조를 제어하기 위한 제어 시스템을 포함하는, 공간적 강도 프로파일을 사용하는 레이저 처리 시스템.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 제어 시스템은
    상기 가공물의 제 1 부분을 처리할 때, 상기 출력 레이저 빔의 상기 제 1 공간적 강도 프로파일을 선택하고,
    상기 가공물의 제 2 부분을 처리할 때, 상기 대물 렌즈의 상기 초점 면에 실질적으로 위치된 상기 제 1 공간적 강도 프로파일로부터 제 2 공간적 강도 프로파일로 전환하는 상기 제 1 적응형 광학 요소와 상기 제 2 적응형 광학 요소의 상기 변조를 변경하도록
    더 구성되는, 공간적 강도 프로파일을 사용하는 레이저 처리 시스템.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 제 1 공간 강도 프로파일로부터 상기 제 2 공간적 강도 프로파일로 변경을 위한 전환 시간은 대략 10㎲ 내지 대략 5㎳의 범위 내인, 공간적 강도 프로파일을 사용하는 레이저 처리 시스템.
  11. 제 8항에 있어서, 상기 입력 레이저 빔과 상기 출력 레이저 빔 중 적어도 하나의 특징을 측정하는 센서를 더 포함하고, 상기 제어 시스템은 상기 제 1 공간적 강도 프로파일의 사전결정된 특징과 상기 측정된 특징 사이의 목표 함수 값을 결정하고, 상기 제어 시스템은 상기 목표 함수 값을 기초로, 상기 제 1 적응형 광학 요소와 상기 제 2 적응형 광학 요소를 조정하는, 공간적 강도 프로파일을 사용하는 레이저 처리 시스템.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 센서는 파면(wavefront) 센서, 전하-결합 디바이스(CCD) 카메라, 상보성 금속 산화막 반도체(CMOS: complementary metal-oxide-semiconductor) 카메라, 열전도(thermopile) 어레이, 광(photo)다이오드 어레이, 나이프 엣지(knife edge) 검출기, 슬릿(slit) 검출기를 포함하는 상기 그룹으로부터 선택되는, 공간적 강도 프로파일을 사용하는 레이저 처리 시스템.
  13. 제 7항에 있어서, 상기 제 1 적응형 광학 요소와 상기 제 2 적응형 광학 요소 중 적어도 하나는 변형가능 미러, 액정 변조기, 및 전자-광학 공간적 광 변조기를 포함하는 그룹으로부터 선택되는, 공간적 강도 프로파일을 사용하는 레이저 처리 시스템.
  14. 제 7항에 있어서, 상기 낮은-차수 횡 모드는 TEM00 모드인, 공간적 강도 프로파일을 사용하는 레이저 처리 시스템.
  15. 선택적으로 성형 된 공간적 강도 프로파일을 갖는 레이저 빔을 사용하여 가공물을 처리하는 방법에 있어서,
    낮은-차수 횡 모드를 갖는 제 1 빔 성분과, 상기 제 1 빔 성분의 모드에 비교하여 높은-차수 횡 모드를 갖는 제 2 빔 성분으로 입력 레이저 빔을 공간적으로 필터링하는 단계,
    변조 특징의 제 1 세트를 사용하여, 상기 제 1 빔 성분의 상기 위상과 상기 진폭 중 적어도 하나를 변조하는 단계,
    상기 제 1 세트와 관계없는 변조 특징의 제 2 세트를 사용하여, 상기 제 2 빔 성분의 상기 위상과 상기 진폭 중 적어도 하나를 변조하는 단계,
    상기 변조된 제 1 빔 성분과, 상기 변조된 제 2 빔 성분을 대물 렌즈의 초점 면에 실질적으로 위치된 제 1 공간적 강도 프로파일을 갖는 출력 레이저 빔으로 재결합하는 단계, 및
    상기 출력 레이저 빔으로 상기 가공물의 제 1 부분을 처리하는 단계를
    포함하는, 레이저 빔을 사용하여 가공물을 처리하는 방법.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 가공물의 제 1 부분은 제 1 타입의 특징부에 연관되고, 상기 가공물의 제 2 부분은 제 2 타입의 특징부에 연관되며, 상기 방법은
    상기 제 1 공간적 강도 프로파일로부터, 특징부의 제 2 타입에 연관되는 제 2 공간적 강도 프로파일로 전환하기 위하여 상기 제 1 빔 성분과 상기 제 2 빔 성분 중 적어도 하나의 상기 변조를 조정하는 단계,
    상기 대물 렌즈의 상기 초점 면에 실질적으로 위치된 상기 제 2 공간적 강도 프로파일을 갖는 상기 출력 레이저 빔으로 상기 가공물의 상기 제 2 부분을 처리하는 단계를
    포함하는, 레이저 빔을 사용하여 가공물을 처리하는 방법.
  17. 제 16항에 있어서, 대략 10㎲ 내지 대략 5㎳의 범위 내에 있는 전환 시간 동안, 상기 제 1 공간적 강도 프로파일로부터 상기 제 2 공간적 강도 프로파일로 전환하는 단계를 더 포함하는, 레이저 빔을 사용하여 가공물을 처리하는 방법.
  18. 제 15항에 있어서,
    상기 입력 레이저 빔과, 상기 출력 레이저 빔 중 적어도 하나의 특징을 측정하는 단계,
    상기 제 1 공간적 강도 프로파일의 사전 결정된 특징과 상기 측정된 특징 사이의 목표 함수 값을 결정하는 단계, 및
    상기 제 1 공간적 강도 프로파일을 최적화하기 위하여 상기 목표 함수 값을 기초로 제 1 빔 성분과 상기 제 2 빔 성분 중 적어도 하나의 상기 변조를 조정하는 단계를
    포함하는, 레이저 빔을 사용하여 가공물을 처리하는 방법.
  19. 제 15항에 있어서, 상기 제 1 빔 성분과 상기 제 2 빔 성분 중 적어도 하나를 변조하는 단계는 변형가능 미러, 액정 변조기, 및 전자-광학 공간적 광 변조기를 포함하는 상기 그룹으로부터 선택된 적응형 광학 요소의 변조 파라미터를 제어하는 단계를 포함하는, 레이저 빔을 사용하여 가공물을 처리하는 방법.
  20. 레이저 처리 시스템에 있어서,
    입력 레이저 빔을 생성하기 위한 레이저 소스,
    상기 레이저 빔의 상기 위상과 상기 진폭 중 적어도 하나를 변조하기 위한 적응형 광학 요소로서, 상기 변조는 상기 입력 레이저 빔의 하나 이상의 특징을 조정하는, 적응형 광학 요소, 및
    대물 렌즈의 초점 면에 실질적으로 위치된 선택된 공간적 강도 프로파일을 갖는 출력 레이저 빔을 생성하기 위하여 상기 조정된 입력 레이저 빔을 성형하는 회절 광학 요소를
    포함하는, 레이저 처리 시스템.
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