KR20110076884A

KR20110076884A - 동적 빔 어레이를 사용하는 광 밀링

Info

Publication number: KR20110076884A
Application number: KR1020117006479A
Authority: KR
Inventors: 브라이언 더블유. 베어드; 켈리 제이. 브룰런드; 로버트 헤인지
Original assignee: 일렉트로 싸이언티픽 인더스트리이즈 인코포레이티드
Priority date: 2008-09-22
Filing date: 2009-09-17
Publication date: 2011-07-06
Also published as: US20090242522A1; WO2010033723A3; JP2012502805A; CN102150254A; TW201012583A; WO2010033723A2; CN102150254B; CN103447689A; US8178818B2

Abstract

레이저 처리 시스템은 작업물에 관련된 빔 전달 좌표를 정렬하는 빔의 위치 지정 시스템을 포함한다. 빔의 위치 지정 시스템은 정렬에 대응하는 위치 데이터를 생성한다. 또한, 시스템은 펄싱된 레이저 소스와, 이 펄싱된 레이저 소스로부터 레이저 펄스를 수신하는 단일 빔 생성 모듈을 포함한다. 단일 빔 생성 모듈은 레이저 펄스로부터 단일 빔 어레이를 생성한다. 단일 빔 어레이는 복수의 단일 빔 펄스를 포함한다. 시스템은 단일 빔 어레이에서 각 단일 빔 펄스의 진폭을 선택적으로 변조하는 단일 빔 변조기와, 위치 데이터에 대응하는 작업물 상의 위치에서 하나 이상의 타겟에 변조된 단일 빔 어레이를 집속하는 단일 빔 전달 광학기를 더 포함한다.

Description

동적 빔 어레이를 사용하는 광 밀링{PHOTONIC MILLING USING DYNAMIC BEAM ARRAYS}

본 개시물은 레이저 처리 시스템에 관한 것이다. 구체적으로, 본 개시물은 광(photonic) 클록 및 위치 데이터를 기초로 작업물 타겟과, 증폭 및 정렬을 위해 펄스의 선택을 동기화하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.

레이저는 전자 매질과 같은 기판을 검사하고, 처리하며, 마이크로-가공하는 것을 포함하는 다양한 산업상 동작에 사용될 수 있다. 예를 들어, 동적 랜덤 액세스 메모리("DRAM")를 수리하기 위하여, 제 1 레이저 펄스는 DRAM 디바이스의 결함이 있는 메모리 셀에 대한 전기적 전도성 링크를 제거하는데 사용되고, 후에, 제 2 레이저 펄스는 여분의 메모리 셀에 대한 저항 링크를 제거하는데 사용되어, 결함이 있는 메모리 셀을 교체한다. 링크 제거를 요구하는 결함이 있는 메모리 셀이 무작위로 위치될 수 있기에, 작업물의 위치 지정 지연 시간은 전형적으로, 이러한 레이저 수리 처리가 단일 인터펄스(interpulse) 시간 보다는, 넓은 범위의 인터펄스 시간 동안 수행되도록 요구된다.

제거될 링크의 뱅크(bank)는 전형적으로 웨이퍼 상에 일직선으로 배열될 수 있다. 이 링크는 링크 동작(link run) 중에 일반적으로 처리된다. 링크 동작 동안, 스테이지 위치 지정기가 집속된 레이저 스폿의 위치를 가로 질러서 링크의 행을 통과할 때, 레이저 빔은 펄싱된다. 스테이지는 전형적으로 단일 시간 축을 따라 이동하고, 각 링크 위치에서 정지하지는 않는다. 이러한 생산 기술은 당업계에서 온-더-플라이("OTF", on-the-fly) 링크 처리로 참조되고, 이는 주어진 웨이퍼 상의 링크가 수리될 수 있는 속도에서 더 나은 효율을 허용하여, 전체 DRAM 생산 처리의 효율을 향상시킨다.

레이저 펄스 반복 주파수들(PRFs) 및 링크 동작 속도가 증가하기에, 더 많은 요구가 스테이지 위치 지정기에 부가된다. 스테이지 가속도 및 속도는 레이저 PRF만큼 빠르게 증가하지는 않는다. 따라서, 앞으로의 고 PRF 레이저(예를 들어, 수백 KHz 또는 MHz 범위의 PRF)를 가장 잘 이용하는 것은 어려울 수 있다.

일반적으로, 링크 처리 시스템에서 레이저 펄스의 현재의 순수한 활용은 매우 적다. 예를 들어, 대략 600,000개의 링크를 포함하는 전형적인 웨이퍼는 대략 600초 내에 처리될 수 있다. 이는 1kHz의 효율적인 블로우(blow) 속도를 나타낸다. 이러한 예시적인 웨이퍼 처리 시스템이 100 kHz PRF를 갖는 레이저 소스를 사용한다면, 백 개의 가능한 레이저 펄스마다로부터 대략 하나의 펄스만이 웨이퍼의 표면에 도달한다.

이중-빔 또는 다중-빔 레이저 시스템은 일반적으로 복잡한 레이저 광학 소 조립 부품을 사용하고, 일반적으로 구축하는데 비용이 많이 든다. 게다가, 레이저 설계에서의 최근의 진보는 이러한 접근법에 대한 문제점들을 나타낸다. 예를 들어, 특정 고 출력, 짧은 펄스-폭(예를 들어, 피코초 또는 펨토초 정도인) 레이저는 주 발진기-출력 증폭기(master oscillator-power amplifier, MOPA) 접근법을 기초로 하는데, 이 접근법에서 모드-잠금 레이저 발진기가 대략 10MHz 내지 대략 100MHz의 범위의 반복률로 안정된 시드(seed) 펄스를 제공하는 것이다. 이들 레이저 발진기는 능동적이거나 수동적으로 모드-잠금된다. 능동적으로 잠금된 발진기는 타이밍 목적을 위해 이 발진기의 출력 펄스 위상 및/또는 주파수의 일부 조정을 허가할 수 있다. 하지만, 수동 모드-잠금 주 발진기에서 출력 주파수는 아주 손쉽게 수정될 수는 없다. 따라서, 레이저 처리 시스템은 수동 모드-잠금 주 발진기에 의해 제공된 기본 주파수와 이 시스템의 동작을 동기화한다.

출력 증폭기(예를 들어, 다이오드-펌핑된(pumped) 광학 이득 매질)는 주 발진기로부터 선택된 펄스를 증폭한다. 전형적인 다이오드-펌핑된 Q-스위치 레이저의 경우처럼, 이들 증폭된 펄스의 에너지는 인터펄스 주기의 함수이다. 실제 동작 반복률(예를 들어, 출력 증폭기로부터 공급된 펄스의 주파수)은 전형적으로 기본(예를 들어, master 발진기) 반복 주파수의 약수(sub-multiple)이고, 주 발진기 주파수에 비해 전형적으로 대략 10 내지 1000배 적다.

원하는 레이저 동작을 위하여, 레이저는 일정한 반복률로 방출되어야 하고, 빔의 위치 지정 서브시스템은 레이저의 펄스 타이밍에 종속되어야 한다. 하지만, 펄스 배치 정확도를 유지하면서 이러한 빔 위치 타이밍을 달성하는 것은 배우 어려울 수 있다. 예를 들어, 위에 언급된 반복률에 대한 타이밍 윈도우(window)는 대략 10 나노초 내지 대략 100 나노초의 범위 내일 수 있다. 서보(servo) 제어 시스템은 이러한 작고, 고정된 타이밍 윈도우 내에서 고-정밀(예를 들어, 10 nm 이내) 펄스 배치를 보장할 수는 없다.

다수의 산업 레이저 처리 응용{메모리 디바이스 여분 회로에서의 링크 절단, 마이크로-비아 드릴링(micro-via drilling), 컴포넌트 트리밍(trimming), 및 매질 절단 또는 스크라이빙(scribing)}은 작업물 상에 레이저 펄스를 위치시키는 움직임 제어 시스템과 협력하여 고-에너지 레이저 펄스를 방출한다. 이러한 협력은 종종 정확한 타이밍을 사용하고, 동작 빔의 움직임 프로파일(profile)에 따라, 이러한 타이밍은 임의적일 수 있다. 타이밍 정확도가 처리 시스템의 정확도를 유지하기 위하여 사용되는 반면에, 펄스 명령의 임의적인 타이밍은 펄스 폭 및 피크 출력과 같은 레이저 성능의 양상을 감손시킬 수 있다.

다수의 레이저 처리 시스템 설계는 고 펄스 반복률의 일정한 펄스 에너지를 얻기 위하여 Q-스위치 레이저를 통합한다. 하지만, 이러한 레이저는 인터펄스 주기의 값(및 인터펄스 주기에서의 변화)에 민감할 수 있다. 따라서, 펄스 폭, 펄스 에너지, 및 펄스 진폭 안정성은 인터펄스 주기에서의 변경으로 변할 수 있다. 이러한 변화는 정적일 수(예를 들어, 펄스에 즉시 선행하는 인터펄스 주기의 함수로서) 있고/있거나, 동적일 수(예를 들어, 인터펄스 주기 히스토리의 함수로서) 있다. 이러한 민감도는 일반적으로 레이저 처리 시스템을 동작시킴으로써 감소되거나 최소화되어, 레이저가 명목상의 반복률(전형적으로 200kHz 이하)로 방출되고, 보다 적은 반복률의 편향은 펄스 특징에서 수용할 수 있는 편향을 생성한다.

이러한 접근법은 전형적으로 원하는 빔 궤도를 제어함으로써 달성되어, 이 레이저는 원하는 펄스 배치 정확도를 유지하기 위하여, 적합한 작업물 위치에서 "요구시에(on-demand)" 방출될 수 있어서, (또는 스테이지 속도, 전파 지연, 펄스 구축 시간, 및 다른 지연과 같은 알려진 요소를 기초로 하는 펄스를 그 위치에 가하여) 원하는 펄스 배치 정확도를 유지한다. 작업물의 위치는 반복률이 거의 일정하도록 차례로 나열된다. "더미(dummy)" 작업물 위치는 레이저 안정성 문제를 고려하기 위하여 처리 명령에 삽입될 수 있다. "더미" 작업물 위치는 아이들(idle) 주기 동안 반복률을 거의 일정하게 하고, "더미" 펄스는 기계적 셔터(shutter), 음향 광 변조기(AOM), 및 전자-광 변조기(EOM)와 같은 빔 변조 디바이스에 의해 작업물로부터 차단된다.

일 실시예에서, 레이저 처리 시스템은 작업물에 대해 빔 전달 좌표를 정렬하기 위한 빔 위치 지정 시스템을 포함한다. 빔 위치 지정 시스템은 정렬에 대응하는 위치 데이터를 생성한다. 또한, 시스템은 펄스 레이저 소스와, 이 펄스 레이저 소스로부터 레이저 펄스를 수신하는 단일 빔(beamlet) 생성 모듈을 포함한다. 단일 빔 생성 모듈은 레이저 펄스로부터 단일 빔 어레이를 생성한다. 단일 빔 어레이는 복수의 단일 빔 펄스를 포함한다. 게다가, 시스템은 단일 빔 어레이에서 각 단일 빔 펄스의 진폭을 선택적으로 변조하는 단일 빔 변조기와, 위치 데이터에 대응하는 작업물 상의 위치에서 하나 이상의 타겟에 변조된 단일 빔 어레이를 집속하는 단일 빔 전달 광학기를 포함한다.

또한, 특정 실시예에서, 시스템은 단일 빔 어레이에서 단일 빔 펄스를 샘플링하고, 단일 빔 어레이에서 각 단일 빔 펄스에 대한 전체 에너지를 결정하는 광검출 모듈을 포함한다. 광검출 모듈은 단일 빔 변조기에 오차 정정 보상 신호를 제공하여, 작업물 상의 특정 타겟에 제공된 연속적인 단일 빔 진폭을 조정하도록 구성된다. 또한, 광검출 모듈은 작업물 상의 특정 타겟에 전달된 연속적인 단일 빔 펄스에 의해 제공된 펄스 에너지의 합이 사전 결정된 임계치를 충족시키는지 또는 초과하는 지를 결정하기 위하여 구성될 수 있고, 단일 빔 변조기를 제어하여 추가의 단일 빔 펄스가 특정 타겟에 도달하는 것을 막도록 구성될 수 있다.

특정 실시예에서, 시스템은 펄싱된 레이저 소스의 펄스 반복 주파수(PRF), 단일 빔 어레이 피치(pitch), 및 빔 위치 지정 시스템과 작업물 사이의 상대적인 속도(스테이지 속도)와 작업물 타겟 피치를 매칭함으로써, 정렬을 제공하기 위해 빔 위치 지정 시스템과 협력하는 시스템 제어 컴퓨터를 더 포함한다.

다른 실시예에서, 레이저로 작업물을 처리하는 방법은 레이저 펄스를 생성하는 단계, 복수의 단일 빔 펄스를 포함하는 레이저 펄스로부터 단일 빔 어레이를 생성하는 단계, 단일 빔 어레이에서 단일 빔 펄스의 진폭을 변조하는 단계, 및 변조된 단일 빔 어레이를 작업물 상의 하나 이상의 타겟 위치에 집속하는 단계를 포함한다.

추가적인 양상 및 장점은 다음의 바람직한 실시예의 상세한 서술로부터 명백해질 것이고, 이 서술은 첨부도면을 참조로 진행될 것이다.

본 발명은 종래 기술에 비해 처리량을 증가시키고, 이중-빔 및 다중 빔 시스템에 비하여 구축하기 용이하며, 비용이 저렴한 단일-빔 시스템을 구축하고, 이에 대한 방법을 제공한다.

도 1은 작업물(X-Y) 위치 지정기를 포함하는 종래의 레이저 펄스 처리 제어 시스템의 블록도.
도 2는 일 실시예에 따른 레이저 펄스 처리 시스템의 블록도.
도 3은 일 실시예에 따라 도 2에 도시된 시스템을 사용하여 작업물을 처리하는 방법을 도시하는 흐름도.
도 4a, 도 4b, 도 4c 및 도 4d는 특정 실시예에 따라 위치 오차를 보상하는 수 개의 예시적인 방법을 도시하는 흐름도.
도 5는 일 실시예에 따라 벡터 처리 코움(comb)의 사용을 그래프로 도시하는 도면.
도 6은 일 실시예에 따라 동적 빔 어레이를 사용하여 작업물 타겟을 처리하는 광 밀링(milling) 서브시스템의 블록도.
도 7a는 일 실시예에 따라 프로그램할 수 있는 펄스폭 광 밀링 시스템의 블록도.
도 7b는 일 실시예에 따라 주 발진기와 통합된 프로그램할 수 있는 펄스폭 요소를 갖는 도 7에 도시된 광 밀링 서브시스템의 블록도.
도 8a, 도 8b, 및 도 8c는 일 실시예에 따라 이산적으로 밴딩된 반사판을 포함하는 단일 빔 생성 모듈의 다양한 시점을 개략적으로 도시하는 도면.
도 9는 다른 실시예에 따른 단일 빔 생성 모듈의 블록도.
도 10은 전기적 전도성 링크에 대하여 전형적으로 사용되는 다양한 패턴을 개략적으로 도시하는 도면.
도 11은 일 실시예에 따라 단일 빔 어레이로 타겟의 세트를 처리하는 방법의 흐름도.
도 12는 일 실시예에 따라 작업물 타겟 피치와 단일 빔 피치 사이의 관계를 개략적으로 도시하는 도면.
도 13은 웨이퍼의 처리를 도시하는 도면.
도 14는 일 실시예에 따라 AOD를 포함하는 레이저 처리 시스템의 개략도.
도 15는 일 실시예에 따라 복수의 측면으로 이격된 링크 뱅크를 가로질러 스캔하는(scanning) 처리 윈도우를 도시하는 개략도.
도 16은 일 실시예에 따라, X-축을 따라 확장하는 복수의 측면으로 이격된 링크 뱅크와, Y-축을 따라 확장하는 복수의 링크 뱅크를 가로질러 스캔하는 처리 윈도우를 도시하는 개략도.
도 17은 일 실시예에 따라 2개의 편향 디바이스를 포함하는 레이저 처리 시스템의 개략도.
도 18은 일 실시예에 따라 텔리센트릭(telecentric) 각도 검출기를 포함하는 레이저 처리 시스템의 개략도.
도 19a, 도 19b, 및 도 19c는 특정 실시예에 따라 각각의 재위치 지정 프로파일에 대한 일련의 레이저 펄스를 도시하는 타이밍 도면.
도 20은 다른 실시예에 따라 차후의 변조를 위한 단일 빔의 어레이를 생성하여, 도 6에 도시된 작업물에 전달하기 위해 구성되는 회절성 광학 요소의 블록도.

일 실시예에서, 광 클록은 레이저 처리 시스템에서 빔 위치 지정기 제어 요소를 조정하기 위한 주 타이밍 요소로 사용된다. 광 클록은 펄스 레이저 소스에서 광 발진기로부터의 펄스 출력일 수 있다. 광 발진기는 시드 발진기 또는 주 발진기일 수 있다. 빔 위치 지정기 제어 요소는 레이저 시스템으로부터 레이저 펄스의 방출과 작업물 상의 타겟 구조물의 정렬을 동기화시키기 위하여 광 발진기로부터 타이밍 신호를 사용한다. 레이저 소스로부터 하나 이상의 펄스는 타겟 구조물을 처리하기 위하여 레이저 시스템의 광학 요소를 통하여 전달된다. 레이저 소스로부터의 펄스는 타겟 구조물을 처리하는 펄스의 어레이를 생성하기 위하여 분할된 진폭일 수 있다.

본 명세서에서 개시된 레이저 시스템 및 방법은 폭넓은 다양한 작업물 타겟의 처리를 위하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 특정 실시예는 DRAM, SRAM, 및 플래쉬 메모리를 포함하는 반도체 메모리 디바이스의 폭 넓은 어레이에서 전기적 전도성 링크 구조물을 절단하기 위하여, 구리/폴리아미드(polyamide) 층 매질과 같이 유연한 회로 및 집적 회로(IC) 패키지에서 레이저로 드릴링된 마이크로-비아를 생성하기 위하여, 반도체 집적 회로, 실리콘 웨이퍼, 및 태양 전지의 레이저 스크라이빙 또는 다이싱(dicing)와 같은, 반도체의 레이저 처리 또는 마이크로 가공을 달성하기 위하여, 및 금속, 절연체, 중합체 물질, 및 플라스틱의 레이저 마이크로 가공을 달성하기 위하여 사용될 수 있다. 당업자라면, 다수의 다른 타입의 작업물 및/또는 작업물 구조물이 본 명세서에서 개시된 실시예에 따라 처리될 수 있다는 것을 인식할 것이다.

유사한 참조 번호가 유사한 요소로 참조되는 도면에 대한 참조가 이제부터 이루어진다. 다음의 서술에서, 다수의 특정 세부사항은 본 명세서에서 개시된 실시예의 완전한 이해를 위하여 제공된다. 하지만, 당업자라면, 실시예가 하나 이상의 특정 세부사항 없이, 또는 다른 방법, 요소 또는 매질로 실현될 수 있음을 인식할 것이다. 게다가, 일부의 경우에서, 잘-알려진 구조물, 물질, 또는 동작은 실시예의 양상을 모호하게 하는 것을 피하기 위하여 도시되지 않거나 상세히 서술되지는 않는다. 게다가, 서술된 특징부, 구조물, 또는 특징은 하나 이상의 실시예에서, 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다.

Ⅰ. 트리거할 수 있는( triggerable ) 레이저 소스의 전형적인 동기화

전형적인 레이저 처리 시스템에서, 타이밍 신호는 레이저 소스를 트리거하여 적절한 시간에 레이저 펄스를 방출하고(예를 들어, 스테이지 속도, 시스템 지연, 및 다른 파라미터를 기초로), 레이저 펄스를 이용하여 작업물 상의 타겟을 비추도록 사용된다. 예를 들어, 도 1은 작업물(X-Y) 위치 지정기(110)를 포함하는 종래의 레이저 펄스 처리 제어 시스템(100)의 블록도이다. 유사한 시스템은 베어드(Baird) 등의 미국 특허 번호. 6,172,325에 서술되고, 이 특허는 본 출원의 양수인에게 양도되었다. 시스템(100)은 빔 위치 제어기(116)를 제어하기 위하여 상호작용하는, 시스템 제어 컴퓨터(112)와 내장된 제어 컴퓨터(114)를 포함한다. 빔 위치 제어기(116)는 자외선(UV) 레이저 빔(120)에 대한 작업물(118)을 위치시키는, X-Y 위치 지정기(110)로부터 위치 정보를 수신한다. UV 레이저 빔(120)은 도시된 폴드(fold) 미러 뿐만이 아니라, 다양한 광학 요소(미도시)를 통하여 전파할 수 있다. 또한, X-Y 위치 지정기(110)는 X 또는 Y 스테이지에 연결될 수 있는 Z 위치 지정기(124)를 포함할 수 있다.

UV 레이저 시스템(126)은 다이오드-펌핑된, 음향-광학적으로 Q-스위치된 Nd:YVO₄ 레이저와 같은 Q-스위치된 고체 상태 적외선(IR) 레이저(128)를 포함한다. 또한, UV 레이저 시스템(126)은 IR 레이저(128)의 펄스 진폭을 변조하는 음향-광 변조기{(AOM)(130)}와, 잘-알려진 제 2, 제 3, 또는 제 4 고조파 변환 처리를 사용함으로써 IR 레이저(128)로부터 녹색 및/또는 UV 파장으로 적외선 파장 방출을 변환하는 주파수 체배기(132)를 포함한다. AOM(130)은 파선으로 도시된 AOM(134)의 위치에 의해 나타나는 주파수 체배기(132) 뒤에 대안적으로 위치될 수 있다. 어느 쪽의 실시예든지, 레이저 제어기(136)는 작업물(118)로 유도되는 UV 레이저 빔(120)을 전달하거나 차단하기 위하여 AOM(130){또는, AOM(134)}의 투과율을 제어한다.

시스템 제어 컴퓨터(112)는 작업물(118) 상의 처리 위치의 위치 좌표를 버스(138)를 가로질러 내장된 제어 컴퓨터(114)에 전달한다. 전형적인 견본 처리 응용에서, 작업물(118)은 가용성 링크와 같이, 오직 일부만이 레이저 처리되는 일정하게 이격된 타겟 또는 디바이스 구조물을 포함한다. UV 레이저 빔(120)에 의해 처리된 위치는 타겟 위치로 참조되고, UV 레이저 빔(120)에 의해 처리되지 않은 위치는 중간 위치로 참조된다. 내장된 제어 컴퓨터(114)는 거의 동일한 시간 간격으로 IR 레이저(128)에 이격된, 중간 위치 좌표를 타겟 위치 좌표에 더한다. 내장된 제어 컴퓨터(114)는 버스(140)를 통하여 빔 위치 제어기(116)에서의 레지스터(146)에 타겟 및 중간 위치 좌표를 한번에 하나씩 전달하고, 동시에, 버스(144)를 통하여 레이저 제어기(136)에서 레지스터(146)에 제어 데이터를 적재한다. 사전 결정된 속도는 X-Y 제어기(110)의 이동 속도를 제어하고, 제어 데이터는 좌표 위치가 처리될 타겟 위치인지, 그리고 모드 및 타이밍 정보를 더 포함하는 지를 나타낸다.

레이저 제어기(136)는 자동 펄스 모드 또는 펄스-온-위치(pulse-on-position) 모드로 타이머(148)를 동작시킨다. 자동 펄스 모드에서, 타이머(148)는 레지스터(146)에서 제어 데이터에 응답하여 개시한다. 펄스-온-위치 모드에서, 타이머(148)는 빔 위치 제어기(116)에서 비교기(152)로부터 위치 부합(coincidence) 신호(150)의 수신에 응답하여 개시한다. 빔 위치 제어기(116)에서의 위치 인코더(154)는 비교기(152)로의 X-Y 위치 지정기(110)의 현재 위치를 나타내고, 현재 위치가 레지스터(142)에 저장된 위치 정보와 매칭할 때, 위치 부합 신호(150)가 작업물(118)이 타겟 위치 또는 중간 위치에 관하여 적절하게 위치되는 것을 나타내기 위하여 생성된다. 따라서, 작업물(118)이 타겟 위치에 관하여 위치되었다면, 타이머(148)는 IR 레이저(128)(Q-스위치 게이팅(gating) 라인(158)을 통하여) 내의 Q-스위치를 동시에 동작하고, 사이클이 행한 인터럽트(156)가 타이머(148)로부터 내장된 제어 컴퓨터(114)로 전달될 때까지, AOM(130)을 전달 상태로 설정한다. AOM(130)의 투과율은 레이저 펄스 게이팅 디바이스 또는 펄스 진폭 변조기로서 제어할 수 있다. 따라서, IR 레이저(128)는 작업물(118) 상에 원하는 타겟을 처리하기 위하여 "요구시에" 트리거될 수 있다.

Ⅱ. 광 클록 동기화를 사용하는 예시적인 시스템

광 발진기는 명목상으로 고정된 주파수 코움에서 펄스를 방출하기 위하여 초고속의 레이저 시스템에서 사용될 수 있다. 하지만, 위에서 논의된 시스템(100)과는 다르게, 광 발진기는 "요구시에" 펄스를 생성하기 위해 직접 트리거될 수는 없다. 오히려, 광 발진기는 알려진 광 발진기 주파수(f_osc)에서 이산적인 시간 간격으로 펄스를 제공한다. 따라서, 본 명세서에 개시된 특정 실시예에서, 레이저 제어 시스템은 제 1 PRF(f_OSC)에서 광 발진기에 의해 방출된 광 펄스 출력으로부터 유도된 클록을 사용한다. 레이저 제어 시스템은 광 발진기 클록으로부터 작업물 위치 데이터와 타이밍 정보를 사용하여, 제 2 PRF에서의 생성 처리 주파수(f_p)로의 증폭을 위해 주파수 코움으로부터 펄스를 선택하고, 선택된 작업물 타겟으로 전달을 위해 처리 주파수(f_p)로 방출된 펄스를 더 선택하고, 선택된 펄스를 작업물 타겟에 유도하기 위하여, 빔 위치 지정 시스템 및/또는 협력하는 빔의 위치 지정 보상 요소를 제어한다.

도 2는 일 실시예에 따른 레이저 펄스 처리 시스템(200)의 블록도이다. 도 1에 도시된 시스템(100)과 유사하게, 시스템(200)은 X-Y 위치 지정기(110), 시스템 제어 컴퓨터(112), 내장된 제어 시스템(114), 및 빔 위치 제어기(116)를 포함한다. 빔 위치 제어기(116)는 레이저 빔(210)에 대한 작업물(118)을 위치시키는 X-Y 위치 지정기(110)로부터 위치 정보를 수신한다. 도시되지는 않았지만, 레이저 빔(210)은 레이저 빔 경로를 따라 다양한 광학 요소를 통하여 폴드 미러(122)로 전파할 수 있는데, 이 폴드 미러는 작업물(118)로 레이저 빔(210)을 재유도한다. X-Y 위치 지정기(110)는 또한 X 또는 Y 스테이지에 연결될 수 있는 Z 위치 지정기(124)를 포함할 수 있다.

시스템 제어 컴퓨터(112)는 작업물(118) 상의 처리 위치의 위치 좌표를 버스(138)를 가로질러 내장된 제어 컴퓨터(114)에 전달한다. 일 실시예에서, 작업물(118)은 오직 일부만이 레이저 처리되는 가용성 링크와 같은, 규칙적으로 이격된 디바이스 구조물을 포함한다. 위에서 논의되는 바와 같이, 레이저 빔(210)에 의해 처리된 위치는 타겟 위치로 참조되고, 레이저 빔(210)에 의해 처리되지 않는 위치는 중간 위치로 참조된다.

또한, 시스템(200)은 펄싱된 레이저 소스(212), 및 레이저 서브시스템 제어기(214)("LSC"로 도시된)를 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서, 펄싱된 레이저 소스(212)는 광 발진기(216), 제 1 광 변조기(218), 및 증폭기(220)를 포함한다. 또한, 펄싱된 레이저 소스(212)는 후 증폭기(221), 및 고조파 변환기 모듈(223)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 광 발진기(216)는 선(Sun) 등의 미국 특허 번호 6,574,250에 서술된 모드-잠금 발진기이고, 이 특허는 본 출원의 양수인에게 양도되었다. 이러한 실시예에서, 펄싱된 레이저 소스(212)는 모드-잠금 펄싱된 레이저이다. 대안적으로, 광 발진기(216)는 웨인가튼(Weingarten) 등의 미국 특허 번호 6,538,298에 교시된 반도체 흡수 미러 수동 모드-잠금 발진기일 수 있다. 당업자라면 다른 발진기 또한 사용될 수 있음을 인식할 것이다.

제 1 광학 변조기(218)는 예를 들어, 음향-광학 변조기(AOM), 전자-광학 변조기(EOM), 또는 당업계에 알려진 다른 광학 변조기일 수 있다. 증폭기(220) 및/또는 후 증폭기(221)는 예를 들어 광학적으로 펌핑된 이득 매질을 포함할 수 있다. 고조파 변환기 모듈(223)은 고조파 변환의 잘-알려진 방법을 통하여 더 높은 고조파 주파수에 대한 입사 출력 펄스의 변환에 대한 비선형 결정들(crystals)을 포함할 수 있다.

광 발진기(216)에서 광 클록(222)은 레이저 서브시스템 제어기(214)를 통해 내장된 제어 컴퓨터(114)에 펄스 타이밍 데이터를 제공한다. 펄스 타이밍 데이터를 사용하여, 내장된 제어 컴퓨터(114)는 벡터 처리 코움을 생성하기 위하여 타겟 위치 좌표에 이격된 중간 위치 좌표를 추가한다. 벡터 처리 코움은 타겟 및 중간 타겟 벡터 좌표의 매트릭스를 나타낸다. 내장된 제어 컴퓨터(114)는 버스(140)를 통하여 벡터 처리 코움을 빔 위치 제어기(116)의 레지스터(142)에 전달한다. 레이저 서브 시스템 제어기(214) 및 빔 위치 제어기(116)는 아래에 서술되는 협력 빔 위치 보상 요소와 더 협력하여, 펄싱된 레이저 소스(212)에 의해 방출되는 펄스와 X-Y 위치 지정기(110)를 동기화하기 위해 벡터 처리 코움을 사용한다.

아래에 상세히 논의되는 바와 같이, 광 발진기(216)는 제 1 PRF(f_OSC)로 레이저 펄스의 빔을 방출한다. 제 1 광학 변조기(218)는 광 발진기(216)로부터, 펄싱된 레이저 소스(212)에 의해 증폭 및 차후의 출력을 위해 증폭기(220)틀 통과할 펄스의 서브셋을 선택한다. 제 1 광학 변조기(218)의 출력은 제 2 PRF(f_P)로 존재한다. 제 1 광학 변조기(218)를 통한 펄스의 선택은 클록(222)으로부터의 신호와, 빔 위치 제어기(116)로부터 수신된 위치 데이터를 기초로 한다.

또한, 시스템은 작업물(118)에 제공되는 펄스의 안정성을 증가시키는데 사용되는 제 2 광학 변조기(226)를 포함한다. 일 실시예에서, 레이저 서브시스템 제어기(214)에서의 타이머(148)는 타이밍 데이터를 기초로 펄싱된 레이저 소스(212)로부터 펄스를 전달하기 위하여 제 2 광학 변조기(226)를 제어한다. 제 1 광학 변조기(218)와 같이, 제 2 광학 변조기(226)는 AOM, EOM, 또는 다른 알려진 광학 변조 디바이스일 수 있다. 펄싱된 레이저 소스(212)의 외부에 도시되어 있지만, 당업자라면 본 명세서의 개시물로부터 제 2 광학 변조기(226)는 또한, 펄싱된 레이저 소스(212) 내에 포함될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 일 실시예에서, 본 출원의 양수인에게 양도된 베어드 등의 미국 특허 번호 6,172,325에 서술되는 것처럼, 제 2 광학 변조기(226)는 레이저 펄스 게이팅 디바이스 또는 펄스 증폭 변조기로서 제어할 수 있다. 또한, 본 출원의 양수인에게 양도된 선 등의 미국 특허 번호 6,947,454에 서술되는 것처럼 제 2 광학 변조기(226)는 펄싱된 레이저 소스(212)의 반복률로서, 실질적으로 정기적이고, 실질적으로 유사한 반복률로 반복될 수 있다.

또한, 시스템(200)은 작업물(118) 상의 선택된 타겟에 증폭된 레이저 펄스를 유도하기 위하여 빔 위치 보상 요소를 포함한다. 빔 위치 보상 요소는 음향-광학 편향기(230), 고속-조향(steering) 미러(232), 아래에서 논의되는 레이저 코움 색인 모듈(234), 이 둘의 조합, 또는 다른 광학 조향 요소를 포함할 수 있다. 당업자라면, 예를 들어, 전자-광학 편향기 또한 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 빔 조향 요소의 제어는 광 클록(222) 및, 빔 위치 제어기(116)로부터 수신된 위치 데이터를 기초로 한다.

Ⅲ. 예시적인 펄스 동기화 방법

도 3은 일 실시예에 따라 도 2에 도시되는 시스템(200)을 사용한 작업물(118)의 처리 방법(300)을 도시하는 흐름도이다. 시작(310) 이후에, 방법(300)은 광 발진기(216)에서 클록(222)에 의해 결정된 PRF의 처리 모드에서 레이저 서브시스템 제어기(214)에서의 타이머(148)를 설정하는 단계(312)를 포함한다. 타이머(148)는 제 1 광학 변조기(218) 및 제 2 광학 변조기(226)를 게이팅 오프하기 위하여 펄스 블록 신호(224, 228)를 설정하는데, 이로 인해 광 발진기(216)에 의해 방출된, 사용할 수 있는 양의 에너지가 작업물(118)에 도달하는 것을 막는다.

시스템(200)이 위치-온-펄스(position-on-pulse) 처리 동작을 개시하는 것을 준비할 때, 내장된 제어 컴퓨터(114)는 시스템 제어 컴퓨터(112)로부터 처리될 작업물(118) 상의 타겟 위치 좌표를 수신(314)한다. 위에 논의된 바와 같이, 발진기 모듈(216)에서 광 클록(222)은 내장된 제어 컴퓨터(114)에 펄스 타이밍 데이터를 제공한다. 펄스 타이밍 데이터를 사용하여, 내장된 제어 컴퓨터(114)는 처리를 요구하지 않는 타겟의 중간 위치 좌표를 계산(316)한다. 내장된 제어 컴퓨터(114)는 벡터 처리 코움을 생성하기 위하여 타겟 위치 좌표에 중간 위치 좌표를 추가한다. 벡터 처리 코움은 타겟 및 중간 타겟 벡터 좌표의 매트릭스를 나타낸다.

내장된 제어 컴퓨터(114)는 위치-온-펄스 모드로 시스템(200)을 설정(316)한다. 또한, 내장된 제어 컴퓨터(114)는, 버스(140)를 통하여 빔 위치 제어기(116)의 레지스터(142)에 위치 좌표를 나타내는 벡터 처리 코움을 적재하고(318), 현재 위치 좌표를 선택한다. 게다가, 내장된 제어 컴퓨터(114)는 위치-온-펄스 모드 인에이블링 데이터를 버스(144)를 가로질러 레이저 서브시스템 제어기(214)에 전달한다. 타이머(148)는 펄스 블록 신호(224, 228)를 설정하는 것을 지속하여, 제 1 광학 변조기(128)로 하여금 펄싱된 레이저 소스(212)가 펄스 에너지를 작업물(118)로 전달하는 것을 차단하게 한다. 그런 후에, 방법(300)은 현재 위치 좌표에 응답하는 빔 위치 지정기(110)를 이동시킨다.

그런 후에, 방법(300)은 X-Y 위치 지정기의 측정된 위치가 정확도 한계 내에서, 현재 위치 좌표에 의해 한정된 예상 위치에 매칭하는 지를 질의한다(324). 빔 위치 제어기(116)에서 빔 위치 인코더(154)는 비교기(152)에 X-Y 위치 지정기(110)의 현재 위치를 가리킨다. 비교기(152)는 빔 위치 인코더(154)로부터의 데이터를 레지스터(142)에 저장된 현재 위치 좌표와 비교한다. 데이터 및 좌표가 사전 결정된 한계 내에서 매칭한다면, 비교기(154)는 위치 부합 신호(150)를 활성화한다.

하지만, 만일 데이터 및 좌표가 사전 결정된 한계 내에서 매칭하지 않는다면, 비교기(154)는 정정 트리거 신호(미도시)를 단언한다. 그런 후에, 방법은 위치 오류를 보상한다(328). 아래에 상세히 논의되는 바와 같이, 이는 빔 위치 지정 시스템{예를 들어, X-Y 위치 지정기(110)} 및/또는 협력적인 빔의 위치 지정 보상 요소{예를 들어, AOD(230) 및/또는 FSM(232)}를 조정함으로써, 레이저 코움 색인을 활성화시킴으로써, 공진기 스테이지를 통하여 반복 제어 알고리즘을 구현함으로써, 하나 이상의 전술한 것의 조합을 통하여, 및/또는 본 명세서에 개시된 다른 방법에 의해 이루어질 수 있다.

데이터 및 좌표가 사전 결정된 한계 내에서 매칭할 때, 방법(300)은 타이머(148)를 개시시킨다. 일 실시예에서, 타이머(148)는 펄싱된 레이저 소스(212)로부터 출력과 실질적으로 부합하는 제어 신호를 인가함으로써 전달 상태로 제 2 광학 변조기(226)를 설정하여(332), 제 2 광학 변조기(226)는 펄스가 작업물(118)에 전달되도록 허용한다. 제 2 광학 변조기(226)는 타이머(148)가 제 2 광학 변조기(226)를 감소된 전달 상태로 다시 설정하는 시간인 사이클의 종료(334)에 도달할 때까지, 전달 상태로 남아있게 된다. 다른 실시예에서, 제 2 광학 변조기(226)는 펄스의 전달을 허용하는데, 충분한 사전 결정된 시간 동안 전달 상태를 유지한다. 이러한 사전-결정된 시간의 결과에서, 제 2 광학 변조기(226)는 감소된 전달 상태로 되돌아 간다. 어느 쪽의 실시예에서던지, 제 2 광학 변조기(226)가 감소된 전달 상태가 된 이후에, 방법(300)은 다음의 현재 좌표 위치를 지속하기 위하여 단계(318)로 되돌아 간다.

위에서 논의된 바와 같이, 제 1 광학 변조기(218)는 증폭되고, PRF(f_P)로 제 2 광학 변조기에 제공될 펄스를 선택한다. 본 출원의 양수인에게 양도된 선 등의 미국 특허 번호 6,947,454에 교시된 바와 같이, 이러한 기술은 작업 펄스 요청의 발생에 관계없이 실질적으로 일정하게 유지되는 제 2 광학 변조기(226)의 열 부하를 초래한다. 제 2 광학 변조기(226) 상의 이러한 결과의 일정한 부하는 열 부하 변화와 연관된 레이저 빔 품질 및 레이저 빔 위치 지정 오차의 악화를 감소시키거나 제거한다. 펄스간 진폭 변화 또는 펄스간 에너지 변화는 광검출 모듈(미도시)에 의해 감지될 수 있고, 제 2 광학 변조기(226)의 전달 레벨에 대한 동적 또는 예측 정정은 이러한 펄스간 변화를 감소시키기 위하여 후속적으로 제어될 수 있다.

Ⅳ. 예시적인 위치 보상 방법

위에서 논의된 바와 같이, 도 3에 도시된 방법(300)은 X-Y 위치 지정기(110)의 현재 위치가 예상 위치 윈도우를 초과할 때, 위치 요차를 보상하는 단계(328)를 포함한다. 이는 다수의 상이한 방식으로 달성될 수 있다. 도 4a, 도 4b, 도 4c, 및 도 4d는 특정 실시예에 따라 정정 트리거 신호를 검출(410)한 이후에, 위치 오차를 보상하는(328) 수 개의 예시적인 방법을 도시하는 흐름도이다.

도 4a에서, 방법(328)은 위치 보상 신호를, 도 2에 도시된 AOD와 같은 고-속 빔의 위치 지정 요소에 제공하는 단계(412)를 포함하는데, 이는 X-Y 위치 지정기(110)상에서 작업물(118)에 대한 빔(210)의 위치를 조정하기 위함이다. 위에서 나타난 바와 같이, EOD 또한, 사용될 수 있다. 위치 보상 신호는 AOD가 제공할 편향의 방향과 양을 나타내는 값을 포함할 수 있다. 이러한 값은 비교기(152) 및/또는 위치 인코더(154)에 의해 제공될 수 있는데(예를 들어, 레이저 서브시스템 제어기(214)를 통하여), 이는 위치 인코더(154)에 의해 측정된 X-Y 위치 지정기(110)의 현재 위치와 레지스터(142)에 저장된 예상 위치 사이의 차를 결정한다.

방법(328)은 AOD(230)에 의해 제공된 조정이 위치 오차를 보상하는데 충분한지, 그리고 작업물(118)에 대한 빔(210)의 위치가 사전 결정된 한계 내에 있을 때까지, 위치 보상 신호를 업데이트 하는 것을 지속하는지를 질의할 수 있다(414). 예를 들어, 도 2에 도시되진 않았지만, 레이저 빔(210)의 위치는 위치 정정 피드백을 AOD(230)에 제공하는 광검출 모듈에 의해 감지될 수 있다.

도 4b에서, 방법(328)은 도 2에 도시된 FSM(232)에 위치 보상 신호를 제공하는 단계(412)를 포함하는데, 이는 X-Y 위치 지정기(110)상의 작업물(118)에 대한 빔의 위치를 조정하기 위함이다. 도 4a에 도시된 실시예와 같이, 위치 보상 신호는 FSM(232)가 제공하는 편향의 방향 및 양을 나타내는 값을 포함할 수 있다. 게다가, 방법(328)은 FSM(232)에 의해 제공된 조정이 위치 오차를 보상하는데 충분한지, 그리고 작업물(118)에 대한 빔(210)의 위치가 사전 결정된 한계 내에 있을 때까지, 위치 보상 신호를 업데이트 하는 것을 지속하는 지를 질의할 수 있다(414).

도 4c는 도 4a 및 도 4b의 조합이고, 방법(328)은 AOD(230)에 주 위치 보상 신호를 제공하는 단계(420), 및 FSM(232)에 제 2 위치 보상 신호를 제공하는 단계(422)를 포함한다. 그 밖에, 방법(328)은 AOD(230) 및/또는 FSM(232)에 의해 제공된 조정이 위치 오차를 보상하는데 충분한지를 질의(414)할 수 있다. 방법(300)은 주 위치 보상 신호와 제 2 위치 보상 신호의 하나 또는 이 둘 모두를, 작업물(118)에 대한 빔(210)의 위치가 사전 결정된 한계 내에 있을 때까지 업데이트할 수 있다. 일 실시예에서, 방법(329)은 먼저 주 위치 보상 신호를 업데이트하고, 추가적인 조정이 충분한지를 결정하며, 만일 충분하지 않다면, 제 2 위치 보상 신호 또한 업데이트 한다. 이러한 시퀀스는 작업물(118)에 대한 빔(210)의 위치가 사전 결정된 한계 내에 있을 때까지 반복될 수 있다.

도 4d에서, 방법(328)은 레이저 코움 색인 모듈(234)에 위치 보상 신호를 제공하는 단계(424)를 포함한다. 레이저 코움 색인 모듈(234)은 요구된 양의 보상(예를 들어, 위치 보상 신호에 의해 나타난 양)을 기초로 벡터 처리 코움에서 레이저 코움 색인(k)을 변경한다(426). 레이저 펄스 색인(k)은 광 발진기(216)로부터 어떤 펄스가 제 1 광학 변조기(218)를 사용하여 펄싱된 레이저 소스(212)로부터 전달하는 지를 결정하는데 사용되는 정수 값이다. 도 5를 참조로 아래에 논의되는 바와 같이, 레이저 코움 색인(k)은 오프셋 주파수 코움(f_P')을 생성하기 위하여 제 2 주파수 코움(f_P)을 증가시키거나 감소시킴으로써 적용된다. 도시되는 예시에서, 레이저 코움 색인 모듈(234)은 제 1 광학 변조기(218)의 광 발진기 펄스 번호(m = 1)를 통한 선택 이후에, 레이저 코움 색인(k)을 1의 오프셋(k = 1)으로 제어하는데, 이로 인해 오프셋 처리 주파수 코움(f_P')에서 광 발진기의 펄스 개수(m = 12)의 후속적인 증폭이 초래된다.

도 5는 일 실시예에 따라 벡터 처리 코움의 사용을 그래프로 도시한다. 도시된 바와 같이, 광 발진기(216)는 제 1 PRF(f_OSC)로 연속적인 펄스(510)를 제공한다. 연속적인 펄스(510)(인터펄스 주기) 간의 시간은 대략 1ns 내지 대략 100ns일 수 있다. 대략 100ns보다 높은 인터펄스 주기 또한 사용될 수 있다. 당업자라면, 대략 1ns 보다 적은 인터펄스 주기를 갖는 매우 밀집한 발진기 또한 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 이들의 속도에서, 빔 위치 지정 시스템{예를 들어, X-Y 제어기(110)}가 레이저 빔(210)으로 작업물(118) 상에 특정 타겟을 정확하게 정렬하는 것은 어렵거나 불가능할 수 있다. 게다가, 증폭기(220)가 광 발진기(216)에 의해 제공된 각 펄스를 효율적으로 증폭하는 것은 어렵거나 불가능할 수 있다. 따라서, 제 1 광학 변조기(218)는 작업물(118)에 전달하는 매 n번째 펄스를 선택하기 위하여 제 2 PRF(f_P)에서 동작할 수 있다. 제 2 PRF f_P = f_OSC/n이다. 도 5에 도시된 예시에서, 처리 주파수 색인은 n = 10이어서, 전달된 펄스(예를 들어, 레이저 코움 색인(k)을 증가시킴으로써 어떠한 위치 보상도 존재하지 않을 때)가 발진기 주파수 코움 펄스 m = 11, m = 21, m = 31 등에 대응하도록 한다. 당업자라면 본 명세서의 개시물로부터, 임의의 다른 정수 값 또한 처리 주파수 색인(n)에 대하여 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 처리 주파수 색인(n)은 선택될 수 있어서, 예를 들어, X-Y 위치 지정기(110)가 사전 결정된 한계 내에서 위치 오차를 유지하면서, 제 2 PRF(f_P)로 타겟 사이에 이동할 수 있다.

도 5에 더 도시되는 바와 같이, 레이저 코움 색인(k)은 시스템 제어 컴퓨터(112)에 의해 제어되는 레이저 PRF(예를 들어, f_P)의 수정 없이도 정수 광 발진기 인터펄스 간격에 의해 2개의 연속적인 펄스 사이에서 증가될 수 있다. 이러한 예시에서, 제 1 펄스(m = 1)가 증폭에 대한 제 1 광학 변조기(218)에 의해 전달된 이후에, 레이저 코음 색인(k)은 k = 0 으로부터 k = 1로 증가된다. n = 10이 불변하기에, 오프셋 처리 주파수(f_P')에 대응하는 각 펄스(m=12, m=22, m=32, m=42...) 사이에 광 발진기(216)로부터 방출되는 10개의 펄스가 여전히 존재한다. 따라서, 제 1 펄스(m = 1) 이후에 레이저 코움 색인(k)을 증가시키는 것은, 처리 코움에서 제 1 광학 변조기(218)에 의해 전달되는 계속되는 펄스(m = 12, m = 22, m = 32, m = 42...)를 1/f_OSC의 정수 값만큼 타임 시프트(time shift) 시키는 반면에, 작업 펄스가 방출되는 새로운 PRF(fP')가 f_P와 동일해진다.

다시 도 4d를 참조하면, 방법(328)은 또한, 펄스 진폭 안정화를 위해 레이저 코움 색인(k)을 증가시킨 이후에, 제 2 광학 변조기(226)에 입사하는 제 1 펄스(m = 12)를 선택적으로 차단하는 단계를 포함할 수 있다. 제 1 펄스(m = 12)를 차단하기 위하여 제 2 광학 변조기(226)를 사용하는 것은 인터펄스 주기가 1/f_P 보다 긴(또는 짧은) 레이저 코움 색인 이후에 펄스 진폭 안정화를 가능하게 하기 위하여 설정 간격을 고려한다.

2개의 연속적인 펄스 사이에서 레이저 코움 색인(k)을 증가시키는 것은 작업 표면 = (k에서의 시프트) * (빔 위치 지정기 속도 * (1/f_OSC))으로 레이저 빔 시프트를 초래한다. 예시적인 수의 예시로서, f_OSC = 10MHz, f_P = 1MHz, 및 빔 위치 지정기 속도 = 500㎚/㎲라면, k = 1{펄스(m = 10) 내지 펄스(m = 11)로 언급되는}의 시프트는 (500㎚/㎲×0.1㎲) = 50㎚의 작업 표면 시프트를 초래한다. 동일한 예시에서, f_OSC = 100MHz를 사용하면, 작업 표면 시프트 = 5㎚이다. 이들 값은 작업 레이저 펄스가 할당된 작업물 타겟 위치를 잘라낼 수 있도록 빔의 변위와 다른 위치 지정 요소를 더 보조할 수 있는 레이저 코움 증가 성능을 나타낸다. 당업자라면, 빔 위치 제어기(116)과 협력하여 내장된 제어 컴퓨터에 의해 제어되어, PRF(f_P)에서 일련의 펄스가 대안적으로 사용될 수 있고, 레이저 코움 색인될 수 있다는 것을 인식할 것이다.

당업자라면, 본 명세서의 개시물로부터, 위치 오차 보상에 대한, 본 명세서에 개시된 임의의 실시예가 속도와 정확도를 향상시키기 위하여 조합될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 게다가, 위치 오차 보상은 도 4a, 도 4b, 도 4c, 도 4d, 및 도 5에 도시되는 실시예에 제한되지 않는다. 예를 들어, 다른 실시예에서, 서보 트래킹 오차는 공진기 스테이지의 사용을 통하여 반복적인 제어 알고리즘의 사용을 통하여 거의-제로로 동작될 수 있다. 이러한 실시예에서, 타겟 동작은 높은 속도 및 높은 가속도로 구성될 수 있다. 청크 스테이지는 동일한 행위(어떠한 간격의 프로파일링 없이)를 정확하게 반복하여, 반복적인 학습 알고리즘이 만족스러운 오차 허용도 내로 반복적인 오차를 감소시킬 수 있다. 그런 후에, 추가의 보상은 위에 서술된 빔 보상 요소를 사용하여 사용될 수 있다.

게다가, 또는 다른 실시예에서, 빔 편향 요소{예를 들어, AOD(230) 또는 FSM(232)}는 시간으로 통합되는 속도 오차를 정정하기 위하여 빔(210)을 조향시킬 수 있다. 속도가 매우 느리다면, 시스템(200)은 빔 조향 디바이스의 편향 범위 내에 잔류하도록, 레이저 펄스를 스킵할 수 있다. 속도가 매우 빠르다면, 시스템(200)이 편향 디바이스 상의 범위로부터 동작하도록 시스템(200)은 제 1 동작에 대한 특정 링크를 처리할 수 있어서, 다른 타겟을 처리하기 위한 제 2 및 추가적인 동작을 수행할 수 있다. 이는 바람직하지 않을 수 있는데, 그 이유는 처리 시간을 일반적으로 증가시키기 때문이다. 따라서, 일부 실시예에서, 시스템(200)은 최악의 경우의 속도가 결코 PRF * 피치를 초과하지 않도록 PRF * 타겟 피치의 곱보다 더 느리게 링크 동작을 처리할 수 있다.

별도의 실시예에서, 광 발진기(216)로부터 단일 또는 다중 출력 펄스는 펄스당 광 발진기 출력 에너지가 작업물의 효율적인 광 코움 레이저 처리에 대해 충분한 처리에서 직접 사용될 수 있다.

Ⅴ. 변조된 단일 빔 어레이를 사용하는 예시적인 광 밀링

일 실시예에서, 본 명세서에서 서술된 시스템 및 방법은 반도체 링크 구조물을 포함하는 작업물 타겟의 어레이 밀링에 대해 사용된다. 아래에 논의되는 바와 같이, 도 2에 도시된 레이저 펄스 처리 시스템(200)은 펄싱된 레이저 소스(212)에 의해 생성된 레이저 빔(210)으로부터 단일 빔의 어레이를 생성하기 위하여 구성되는 광 밀링 서브시스템을 포함할 수 있다. 광 밀링 서브시스템은 각 단일 빔을 변조하고, 작업물(118) 상의 타겟에 단일 빔의 변조된 어레이를 제공한다. 시스템 제어 컴퓨터(112) 및/또는 내장된 제어 컴퓨터(114)는 단일 빔의 변조된 어레이로부터 사용될 수 있는 다수의 펄스를 결정하여, 특정 작업물 구조물을 처리하기 위하여 구성된다. 게다가, 또는 다른 실시예에서, 피코초 MOPA 레이저 소스의 펄스폭은 주 발진기에 삽입된 스펙트럼 대역 통과 요소를 다양화함으로써 프로그램된다. 특정 실시예에서, 주 발진기는 위에 논의된 바와 같이, 빔 위치 지정 시스템에 대한 기준 타이밍 요소로 사용된다.

아래에 논의되는 바와 같이, 단일 빔의 어레이는, 예를 들어, 경사진 반사판을 사용하여 생성될 수 있다. 또한, 단일 빔의 어레이는 예를 들어, 편광 분리 및 재결합 광을 사용하여 생성될 수 있다. 또한, 단일 빔의 어레이는 하나 이상의 회절성 광학 요소(아래에 논의되는 도 20을 참조)를 사용하여 생성될 수 있다.

광 밀링 서브시스템은 다양한 상이한 레이저 소스를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 레이저 소스는 대략 10kHz보다 높고, 더 바람직하게는 대략 100kHz 이상의 PRF에서 펄스당 적합한 에너지를 생성하기 위하여 구성되는 다이오드-펌핑된 수동 모드-잠금 MOPA를 포함한다. 국제 출원 공보 번호 WO 2008/014331에서 베어드 등에 의해 서술된 광섬유(fiber) 주 발진기를 사용하는 직렬(tandem) 광 증폭기가 사용될 수 있다. 이러한 특정 실시예에서, 광섬유 주 발진기는 대략 100fs 내지 대략 500ps 범위 내의 펄스 지속 기간을 갖는 레이저 펄스를 제공한다. 또 다른 실시예에서, 펄싱된 주 발진기 광섬유 출력 증폭기(MOFPA: master oscillator fiber power amplifier)가 사용될 수 있다.

도 6은 일 실시예에 따라 동적 빔 어레이를 사용하여 작업물 타겟을 처리하는 광 밀링 서브시스템(600)의 블록도이다. 광 밀링 서브시스템(600)은 레이저 소스(610), 조건적 광학기(612), 단일 빔 생성 모듈(614), 단일 빔 변조기(616), 광 검출 모듈(618) 및 단일 빔 전달 광학기(620)를 포함한다.

레이저 소스(610)로부터의 레이저 빔(622)은 빔의 조건적 광학기(612)를 통하여 단일 빔 생성 모듈(614)로 유도된다. 아래에 상세히 논의되는 바와 같이, 단일 빔 생성 모듈(614)은 레이저 빔(622)을 단일 빔 어레이(624)로 분리시킨다. 논의의 목적으로, 단일 빔 어레이(624)는 본 명세서에서 q×r개의 단일 빔 어레이(624)로 참조될 수 있는데, 여기에서 q는 제 1 방향(예를 들어, 행)의 단일 빔의 개수를 나타내고, r은 제 2 차원(예를 들어, 열)의 단일 빔의 개수를 나타낸다. 단일 빔 생성 모듈(614)은 q×r개의 단일 빔 어레이(624)를 단일 빔 변조기(616)에 제공하는데, 이 변조기는 제어된 출력 단일 빔 에너지 값으로 각 입사하는 단일 빔을 감쇄시킨다. 단일 빔 변조기(616)는 광검출 모듈(618)에 의해 샘플링되고, 단일 빔 전달 광학기(620)에 제공되는, 변조된 q×r개의 단일 빔 어레이(626)를 출력한다. 단일 빔 전달 광학기(620)는 변조된 q×r개의 단일 빔 어레이(626)를 작업물(118)에 집속한다. 변조된 q×r개의 단일 빔 어레이(626)에서 각 단일 빔의 에너지 값은, 예를 들어, 도 2에 도시된 시스템 제어 컴퓨터(112)에 의해 제어된다.

(A) 광 밀링을 위한 레이저 소스 및 변조 방법

일 실시예에서, 레이저 소스(610)는 도 2에 도시되고, 위에서 상세히 서술된 펄싱된 레이저 소스(212)를 포함한다.

다른 실시예에서, 레이저 소스(610)는 피코초 광섬유 주 발진기를 사용하는 직렬 광 증폭기를 포함한다. 이러한 일 실시예에서, 기초 레이저 출력은 고조파 출력을 생성하기 위하여 고조파 변환 모듈(도 2에 도시된 고조파 변환 모듈(223)과 같이 후속적으로 연결될 수 있다. 직렬 광 증폭기는 대략 500ns 내지 대략 1ps 범위 내의 펄스폭, 대략 2.2㎛ 내지 대략 100㎚ 범위 내의 파장, 및 더 바람직하게는 대략 2.0㎛ 내지 대략 200㎚ 범위 내의 파장으로 방출하는 다이오드-펌핑된 광섬유 주 발진기를 통합할 수 있다.

변조 방법은 시드 다이오드의 직접 변조, 펄싱된 또는 지속 파(CW) 시드 출력의 외부 변조, 또는 AOM 및/또는 EOM을 통한 출력 증폭 단에 대한 입력의 외부 변조를 포함할 수 있다. 또한, 출력 증폭 스테이지에 공급되는 펌프 출력의 변조는 레이저 소스(610)에 의해 생성된 시간적 펄스 형태를 더 수정하기 위하여 사용될 수 있다.

다른 실시예에서, 레이저 소스(610)는 대략 500ns 내지 대략 100ps의 펄스 폭, 대략 2.2㎲ 내지 대략 150㎚ 범위 내의 파장으로 방출하는 q-스위치 다이오드-펌핑된 고체 상태 레이저를 포함한다. 레이저 소스(610)는 내부 캐비티(cavity) 또는 외부 캐비티 고조파 변환 광학기를 사용할 수 있다. 레이저 소스(610)는 CW 방출일 수 있다. 이러한 경우에서, q-스위치에 공급되는 RF 윈도우 게이트의 변조는 시간적 펄스 형태의 제어를 제공한다. 또한, 고체 상태 레이저에 공급되는 다이오드 펌프 출력의 변조는 레이저 소스 서브시스템에 의해 생성된 시간적 펄스 형태를 더 수정하기 위하여 사용될 수 있다.

다른 실시예에서, 레이저 소스(610)는 대략 100ps 내지 대략 10fs 인 범위 내의 펄스 폭, 대략 2.2㎛ 내지 대략 150㎚ 범위 내의 파장으로 방출하는 MOPA이다. 레이저 소스(610)는 내부 캐비티 또는 외부 캐비티 고조파 변환 광학기를 사용할 수 있다. 변조 방법은 AOM 및/또는 EOM을 통한 출력 증폭기에 대한 입력의 다이오드 펌프 변조 또는 외부 변조를 포함할 수 있다. 또한, 출력 증폭기에 공급되는 펌프 출력의 변조는 레이저 소스(610)에 의해 생성된 시간적 펄스 형태를 더 수정하기 위하여 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 주 발진기는 광섬유 레이저 주 발진기이고, 출력 증폭기는 광섬유 출력 증폭기이다. 당업자라면 초고속 광섬유 레이저로서 이러한 구성을 인식할 것이다.

또 다른 실시예에서, 레이저 소스(610)는 대략 100ps 하지만 10fs 이상의 펄스폭, 대략 2.2㎛ 내지 대략 150㎚ 범위 내의 파장으로 방출하는 동조 가능 펄스 폭 MOPA를 포함한다. 예를 들어, 도 7a는 일 실시예에 따라 프로그램할 수 있는 펄스 폭 광 밀링 시스템(700)의 블록도이다. 시스템(700)은 시스템 제어 컴퓨터(112), 서브시스템 제어 전자 장치(712), 및 프로그램할 수 있는 펄스 폭 요소(714)를 갖는 레이저 소스(610')를 포함하는 광 밀링 서브시스템(600')을 통하여 펄스폭 선택을 제공하는 그래픽 유저 인터페이스{(GUI)(710)}를 포함한다. 사용자는 레이저 소스(610')에 의해 생성된 레이저 빔(622)의 펄스 폭을 선택적으로 변경하기 위하여 펄스폭 선택 GUI(710)를 사용할 수 있다. 사용자의 선택에 응답하여, 서브시스템 제어 전자 장치(712)는 펄스 폭을 조정하기 위하여 프로그램할 수 있는 펄스 폭 요소를 제어한다.

이러한 일 실시예에서, 프로그램할 수 있는 펄스 폭 요소(714)는 대략 50ps 내지 대략 10fs 범위 내의 레이저 소스(610')의 이산 펄스폭 가변성(tunability)을 허용하기 위하여 주 발진기에 삽입된다. 예를 들어, 도 7b는 일 실시예에 따라, MOPA(718)의 주 발진기(716)로 통합되는 프로그램할 수 있는 펄스 폭 요소(714)를 갖는 도 7a에 도시된 광 밀링 서브시스템(600')의 블록도이다. MOPA(718)는 출력 증폭기(720)를 포함한다. 도 7b에 도시된 예시적인 실시예에서, 프로그램할 수 있는 펄스 폭 요소(714)는 프로그램할 수 있는 밴드패스 필터를 포함한다.

프로그램할 수 있는 펄스 폭 요소(714)를 갖는 레이저 소스(610')는 내부 캐비티 또는 외부 캐비티 고조파 변환 광학기를 사용할 수 있다. 변조 방법은 AOM 및/또는 EOM를 통해 출력 증폭기(720)에 대한 입력의 다이오드 펌프 변조 또는 외부 변조를 포함할 수 있다. 또한, 출력 증폭기(720)에 공급되는 펌프 출력의 변조는 레이저 소스(610')에 의해 생성되는 시간적 펄스 형태를 더 수정하기 위하여 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 주 발진기(716)는 광섬유 레이저 주 발진기이고, 출력 증폭기(720)는 광섬유 출력 증폭기이다.

도 6으로 되돌아가서, 다른 실시예에서, 레이저 소스(610)는 대략 50ps 내지 대략 10fs 범위 내의 펄스폭, 대략 2.2㎛ 내지 대략 150㎚의 파장으로 방출하는 주 발진기 재생성 증폭기를 포함한다. 레이저 소스(610)는 내부 캐비티 또는 외부 캐비티 고조파 변환 광학기를 사용할 수 있다. 변조 방법은 AOM 및/또는 EOM를 통해 출력 증폭기에 대한 입력의 다이오드 펌프 변조 또는 외부 변조를 포함할 수 있다. 또한, 출력 증폭기에 공급되는 펌프 출력의 변조는 레이저 서브시스템에 의해 생성되는 시간적 펄스 형태를 더 수정하기 위하여 사용될 수 있다.

(B) 단일 빔 생성

도 8a, 도 8b, 및 도 8c는 일 실시예에 따라 이산적으로 밴딩된 반사판(810)을 포함하는 단일 빔 생성 모듈(614)의 다양한 시각을 개략적으로 도시한다. 도 8a는 제 1 표면(S1) 및 제 2 표면(S2)을 포함하는 이산적으로 밴딩된 반사 판(810)의 측면도를 개략적으로 도시한다. 도 8b는 제 1 표면(S1)의 정면도를 개략적으로 도시한다. 도 8c는 제 2 표면(S2)의 정면도를 개략적으로 도시한다. 도 8a 및 도 8b에 도시되는 바와 같이, 제 1 표면(S1) 및 제 2 표면(S2)은 각각이 각각의 반사율(R1, R2,...,Rn)을 갖는 이산적인 부분 또는 밴드를 포함한다.

도 8a에 도시되는 바와 같이, 밴드는 제 1 표면(S1) 및 제 2 표면(S2)에 정렬되어, 입력 레이저 빔(622)(예를 들어, 레이저 소스(610)에 의해 제공되는)이 제 1 표면(S1)을 통하여 이산적으로 밴딩된 반사 판(810)에 들어가고, 제 2 표면(S2)으로부터 부분적으로 반사되고, 이 제 2 표면을 부분적으로 투과하여, 제 1 단일 빔(812)을 형성한다. 제 1 표면(S1)은 제 1 단일 빔(812)의 부분을 형성하지는 않는 빔의 일부를 제 2 표면(S2) 방향으로 반사시킨다. 제 2 표면(S2)은 빔을 부분적으로 반사하고, 빔을 부분적으로 투과시켜 제 2 단일 빔(814)을 형성한다. 제 2 표면(S2)은 다시 빔을 부분적으로 반사하고, 빔을 부분적으로 투과시켜 제 3 단일 빔(816)을 형성한다. 이러한 처리는 이산적으로 밴딩된 반사 판(810)이 단일빔 어레이(624)에 대해 원하는 수의 단일 빔을 생성할 때까지 반복된다. 도시되지는 않았지만 단일 빔 생성 모듈(614)은 입력 레이저 빔(622)의 일부를 다수의 이산적으로 밴딩된 반사 판(810)으로 유도하여 q×r개의 단일 빔 어레이(624)를 제공하는 하나 이상의 빔스플리터를 포함할 수 있다.

도 9는 다른 실시예에 따라 단일 빔 생성 모듈(614)의 블록도이다. 이러한 예시적인 실시예의 단일 빔 생성 모듈(614)은 제 1 ¼파장판(910), 편광 빔스플리터 큐브(912), 제 2 ¼파장판(914), 제 1 미러(916), 제 3 ¼파장판(918), 및 제 2 미러(920)를 포함한다. 제 1 ¼파장판(910)은 선형으로 편광되는 입사 레이저 빔(622)을 수신하고, 원형으로 편광된 빔을 편광 빔스플리터 큐브(912)에 전달한다. 원형으로 편광된 빔의 단편(fraction)은 제 1 단일 빔(922)으로서 편광 빔스플리터 큐브(912)의 출력 표면을 통해 전달된다. 그런 후에, 원형으로 편광된 빔의 다른 단편은, 이 빔의 단편이 제 2 ¼파장판(914)을 통하여 제 1 미러(916)로 유도되는 편광 빔스플리터 큐브(912)의 제 1 채널로 반사된다. 빔은 제 1 미러(916)로부터 반사되고, 제 2 ¼파장판을 통한 제 2 경로가 p-편광되도록 한다. p-편광된 요소는 편광 빔스플리터 큐브(912)의 제 2 채널에 들어가는데, 이 채널에서, 제 3 ¼파장판(918)을 통한 유사한 전달, 제 2 미러(920)로부터의 반사, 및 제 3 ¼파장판(918)을 통한 두 번째의 전달 이후에, 이 p-편광된 요소는 제 2 단일 빔(924)으로서 편광 빔스플리터 큐브(912)의 출력 표면을 통하여 방출된다. 도 9에 도시되는 것과 같이, 모듈(614)을 생성하는 추가적인 단일 빔 어레이는 q×r개의 단일 빔 어레이(624)를 생성하기 위하여 사용될 수 있다. 게다가, 또는 다른 실시예에서, 하나 이상의 회절성 광학 요소(2010)는 도 20에 도시되는 q×r개의 단일 빔 어레이(624)에서 단일 빔을 생성할 수 있다. 회절성 광학 요소(2010)는 2-차원 또는 3-차원 어레이(624)에서 단일 빔의 원하는 분포를 생성하기 위하여 성형된 격자(grating)를 포함할 수 있다.

도 9로 돌아가서, 제 1 단일 빔(922) 및 제 2 단일 빔(924)은 거의 동일 직선상에 있을 수 있거나, 단일 빔 어레이 생성 모듈(614)의 광학 요소의 정렬에서 변화에 기인하여 서로 무작위로 오프셋될 수 있다. 하지만 당업자라면 본 명세서의 개시물로부터, 제어된 양의 오프셋이 단일 빔 어레이 생성 모듈(614)의 광학기에 삽입되어, 제 1 단일 빔(922) 및 제 2 단일 빔(924)의 경로가 서로 요구된 거리에, 그리고 서로 요구된 거리에서 실질적으로 평행하다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 도 9에 도시된 제 2 미러(920)는 교차 지점의 정점(vertex)이 편광 빔스플리터 큐브(912)의 중간 지점과 평행인 라인을 따라 펼쳐진 한 쌍의 미러(미 도시)에 의해 교체될 수 있다. 다른 예시로서, 오프셋은 상보적인 방식(예를 들어 하나는 시계방향으로, 다른 하나는 반시계방향으로 회전시킴)으로 미러(916, 620)를 약간 기울임으로써 제공될 수 있다. 당업자라면, 제 1 단일 빔(922) 및 제 2 단일 빔(924)의 경로를 오프셋하는 다른 방식을 인식할 것이다.

(C) 타겟 정렬

일 실시예에서, 시스템 제어 컴퓨터(112)는 도 2에 도시되는 X-Y 위치 지정기(110)를 제어하여, 변조된 q×r개의 단일 빔 어레이(626)의 전달을 조정하는데, 이 어레이는 작업물(118) 상의 특정 타겟에 단일 빔 전달 광학기(620)에 의해 집속된다. 일 실시예에서, 현재 위치 신호는 각 다룰 수 있는 단일 빔에 대해 생성된다. 이산의 또는 다중-채널 빔 위치 보상 요소는 위에서 언급된 바와 같이, 사전 결정된 정확도의 한계 내에서 현재 위치 성능을 달성하기 위하여 레이저 코움 색인과의 조합으로 사용될 수 있다.

작업물 타겟은 예를 들어, 반도체 디바이스 상에 배열된 전기적 전도성 링크를 포함할 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 레이저 펄스는 DRAM 디바이스의 결함이 있는 메모리 셀로의 전기적 전도성 링크를 제거하는데 사용될 수 있다. 이러한 전기적 전도성 링크는 1차원 또는 2차원 패턴으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 도 10은 전기적 전도성 링크(1010)에 대해 전형적으로 사용되는 다양한 패턴을 도시한다. 도시된 패턴은 사다리 패턴(1012), 포크 패턴(1014), 생선뼈 패턴(1016), 및 지그재그 패턴(1018)을 포함한다. 하지만, 당업자라면 본 명세서의 개시물로부터 임의의 패턴도 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다.

일 실시예에서, 시스템 제어 컴퓨터(112)는 스텝 및 반복 패턴으로 X-Y 위치 지정기(110)를 동작하는데, 이는 집속된 변조 q×r개의 단일 빔 어레이(626)를 작업물 타겟에 공간적으로 매칭하기 위함이다. 예를 들어, 도 11은 일 실시예에 따라, 단일 빔 어레이(624)로 타겟의 세트(도 10에 도시된 전기적 전도성 링크(1010)와 같은)를 처리하는 방법(1100)의 흐름도이다. 시작(1110) 이후에, 방법(1100)은 타겟의 세트에 대해 복수의 단일 빔 경로를 정렬하는 단계(1112)를 포함한다. 예를 들어, 시스템 제어 컴퓨터(112)는 X-Y 위치 지정기(110)와 단일 빔 전달 광학기(620)를 제어할 수 있는데, 이는 작업물(118) 상의 패턴으로 배열된 q×r개의 타겟과 q×r개의 단일 빔 경로를 공간적으로 정렬하기 위함이다.

타겟과 단일 빔 경로를 정렬한 이후에, 레이저 소스(610)는 레이저 펄스(622)를 생성(1112)하고, 단일 빔 생성 모듈(614)은 레이저 펄스를 단일 빔 어레이(624)로 분할(1116)하고, 단일 빔 변조기(616)는 단일 빔 어레이(624)를 변조하며(1118), 단일 빔 전달 광학기(620)는 변조된 단일 빔 어레이(626)를 집속(1120)한다. 그런 후에, 방법(1100)은 집속되고 변조된 수정 단일 빔 어레이(626)로 타겟의 세트를 처리(1122)하고, 처리 할 다른 타겟의 세트가 존재하는지를 질의(1124)한다. 처리할 다른 타겟의 세트가 존재한다면, 시스템 제어 컴퓨터(112)는 새로운 타겟의 세트와 단일 빔 경로를 정렬(1112)하고, 방법(1100)을 반복한다. 일단 모든 타겟의 세트가 처리되면, 방법(1100)은 종료(1126)된다.

다른 실시예에서, 시스템(200)의 제어 컴퓨터(112)는 레이저 PRF, 단일 빔 어레이 피치, 및 X-Y 빔 위치 지정기(110)의 속도에 작업물 타겟 피치을 매칭하여, 작업물 타겟이 다중 단일 빔에 의해 전달된 단일 펄스의 합에 의해 순차적으로 처리되도록 한다. 도 12는 일 실시예에 따라, 작업물 타겟 피치(1208)와 단일 빔 피치(1210) 사이의 관계를 개략적으로 도시한다. 도시되는 바와 같이, 단일 빔{(1212)(단일 빔 피치(1210))} 사이의 거리 또는 피치는 타겟{(1214)(타겟 피치(1208)} 사이의 피치와, 관계를 통한 레이저 소스(610)의 PRF에 관련된다:

c×(단일 빔 피치) = d×(작업물 타겟 피치),

여기에서 c와 d는 정수이고:

작업물 타겟 피치 = 단 속도/PRF,

여기에서, 바람직하게 정수(c 및 d)는

c/d = 정수 값

이 되도록 선택된다.

도 12에서, 단일 빔 피치(1210)는 (△x_BL)^{i, j}로 나타나고, 작업물 피치(1208)는 (△x_p)^h이고, 여기에서 i는 단일 빔 개수의 색인이고, j는 펄스 개수의 색인이며, h는 작업물 타겟 색인이다. 따라서, 예를 들어, 특정 펄스(j)로부터 생성된 특정 단일 빔(i)은 본 명세서에서 (bi:pj)로 나타날 수 있다. 스테이지가 일정한 속도로 이동할 때(연속적인 스캔이 없을 경우) 작업물 타겟마다 최대 전달 가능 펄스의 개수는, 단일 빔의 개수(i)와 동일하다. 실제 예시로서, 각 연속적인 레이저 펄스(j)로부터 생성된 3개의 단일 빔(1212)(i = 3)의 경우를 고려하라. 이러한 예시에서, 레이저 빔의 경로는 도 12에 도시된 작업물 타겟(1214)을 통하여 좌측에서 우측으로 이동하는데, 이는 연속적인 레이저 펄스가 레이저 소스로부터 방출되기 때문이다. 제 1 작업물 타겟(1214)은 제 1 펄스로부터 생성된 제 3 단일 빔(1212)(b3:p1), 제 1 펄스로부터 생성된 제 2 단일 빔(b2:p1), 및 제 1 펄스로부터 생성된 제 1 단일 빔(b1:p1)에 의해 순차적으로 처리된다. 제 2 타겟(1214)은 제 2 펄스의 제 3 단일 빔(b3:p2), 제 2 펄스의 제 2 단일 빔(b2:p2), 및 제 2 펄스의 제 1 단일 빔(b1:p2)에 의해 처리된다.

(D) 단일 빔 진폭 제어

일 실시예에서, 집속되고 변조된 단일 빔 어레이(626)는 다룰 수 있는 진폭이다. 어레이(626)에서 각 단일 빔(1212)의 진폭은 b_j:p_i:A로 표시되고, 여기에서 A는 0 내지 1의 실수이고, 0은 최소 펄스 진폭을 나타내고, 1은 최대 펄스 진폭을 나타내며, 중간값은 이들 최소 및 최대값 사이의 크기 조정된 진폭 값을 나타낸다. 실제 예시로서, 3개의 단일 빔(i = 3)의 경우를 고려해보면, 제 1 타겟(1214) 및 제 3 타겟(1214)이 펄스당 최대 펄스 개수 및 최대 진폭으로 밀링되고, 제 2 타겟(1214)이 밀링되지 않는다면, 광 밀링 패턴은 다음으로 프로그램된다:

제 1 작업물 타겟 : (b3:p1:1);(b2:p1:1);(b1:p1:1),

제 2 작업물 타겟 : (b3:p2:0);(b2:p2:0);(b1:p2:0),

제 3 작업물 타겟 : (b3:p3:1);(b2:p3:1);(b1:p3:1).

일 실시예에서, 도 6에 도시된 광 모듈(618)은 실-시간으로 특정 작업물 타겟(1214)에 대한 단일 빔(1212)당 적용된 전체 에너지를 계산하기 위하여 구성된다. 광검출 모듈(618)은 연속적인 단일 빔 진폭(b_j:p_i:A_i _,j,h)을 조절하기 위하여 오류 정정 보상 신호를 단일 빔 변조기(616)에 제공한다. 이는 작업물 타겟(1214)에 전달된 펄스 당 전체 에너지의 매우 뛰어난 제어를 허용한다. 또한, 이는 특정 타겟(1214)에 적용되는 전체 에너지의 정확한 제어를 허용한다. 예를 들어, 광 검출 모듈(618)은 특정 타겟(1214)에 적용되는 일련의 단일 빔(1212)의 전체 에너지가 사전 결정된 임계치 값을 충족하거나 또는 초과하는 지를 결정할 수 있다. 일단 임계치가 충족되면, 광 검출 모듈(618)은 이 특정 타겟(1214)에 전달되는 추가적인 단일 빔(1212)을 막기 위하여, 단일 빔 변조기(616)를 제어할 수 있다. 당업자라면 본 명세서의 개시물로부터 다른 요소 또한 펄스당 에너지 또는 특정 타겟(1214)에 적용되는 전체 에너지를 제어하기 위하여 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 광 검출 모듈(618)은 레이저 소스(610')에 의해 제공되는 펄스의 에너지를 조절하기 위하여, 도 7a 및 도 7b에 도시되는 프로그램할 수 있는 펄스 폭 요소에 피드백을 제공할 수 있다.

Ⅵ. 예시적인 스와스 ( swath ) 처리

본 명세서에서 서술된 시스템 및 방법은 스와스 처리 실시예에서 사용될 수 있고, 펄스는 작업물에서 타겟 구조의 행을 따라, 또는 인접한 행 사이로 온-더-플라이(on-the-fly)로 편향될 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 도 2에 도시된 광 발진기(216)는 이동 처리 윈도우에서 빔의 위치 지정 요소{예를 들어, AOD(230), FSM(232), 및/또는 레이저 코움 색인 모듈(234)}에 의해 유도될 수 있는 고 PRF(예를 들어, 수십 kHz 내지 수 MHz)에서 펄스를 제공할 수 있다.

예시를 위하여, 도 13은 웨이퍼(1310)의 처리를 도시한다. 종래의 순차적인 링크 블로잉 처리는 각 링크 동작 동안 한 번, 웨이퍼(1310)를 가로질러 X-Y 움직임 스테이지(110)를 스캐닝하는 것을 요구한다. 웨이퍼(1310)를 가로질러 반복적으로 앞, 뒤로의 스캐닝은 완전한 웨이퍼 처리를 초래한다. 전형적으로 머신은 Y-축 링크 동작(1314)(점선으로 도시되는)의 처리 이전에 X-축 링크 동작{(1312)(실선으로 도시되는)의 처리를 앞, 뒤로 스캔한다. 이 예는 단순히 예시적이다. 링크 동작 및 처리 양상의 다른 구성이 가능할 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼 또는 광학 장치의 레일을 이동시켜 링크를 처리하는 것은 가능하다. 게다가, 링크 뱅크 및 링크 동작은 지속적인 행위로 처리되지 않을 수 있다.

DRAM, 예를 들어 메모리 셀(미 도시)을 포함하는 웨이퍼(1310)는 X-축의 링크 동작(1312) 및 Y-축의 링크 동작(1314) 사이의 영역(1316)에 위치될 수 있다. 설명의 목적으로, X-축의 링크 동작(1312)과 Y-축의 링크 동작(1314)의 교차 지점 근처의 웨이퍼(1310)의 일부는 그룹 또는 링크 뱅크에 배열되는 복수의 링크(1318)를 설명하기 위하여 확대된다. 일반적으로, 링크 뱅크는 다이의 중심 근처에, 디코더 회로의 근처에 있고, 메모리 셀의 임의의 정렬 위에 있지는 않는다. 링크(1318)는 전체 웨이퍼(1310)의 상대적으로 작은 영역을 커버한다.

도 14, 도 17, 및 도 18은 스와스 처리에 대한 예시적인 대안 실시예를 제공하고, 이는 설명의 목적으로 제공된다. 당업자라면 도 14, 도 17, 및 도 18에 관련하여 논의되는 스와스 처리의 원리가 본 명세서에서 논의되는 다른 실시예(예를 들어, 도 2)에 적용될 수 있다는 것을 인식할 것이다.

도 14는 일 실시예에 따라 AOD(1410)를 포함하는 레이저 처리 시스템(1400)의 개략도이다. AOD(1410)는 레이저(1414)에 의해 방출되는 펄싱된 레이저 빔(1412)를 편항시키기 위하여 구성되는 초고속 디바이스를 포함하여, 2개의 연속적인 펄스가 2개의 측면으로 이격되는 링크 뱅크에서 2개의 상이한 링크에 전달될 수 있도록 한다. 일 실시예에서, AOD(1410)는 1차원(예를 들어, 스캐닝 방향에 수직)에서 레이저 펄스를 편향하기 위해 구성된다. 다른 실시예에서, AOD(1410)는 레이저 펄스를 2차원(예를 들어, 스캐닝 방향에 수직 및 스캐닝 방향에 평행)으로 편향시키기 위하여 구성된다. 다른 실시예에서, 2개의 AOD는 2차원의 편향을 제공하기 위하여 사용된다.

또한 일 실시예에서, 레이저 처리 시스템(1400)은 레이저 펄스가 작업물(1418)(예를 들어, 복수의 링크를 포함하는 반도체 웨이퍼)에 도달하는 것을 허용하거나 막기 위하여 구성되는 스위치(1416)를 포함한다. 스위치(1416)는 AOD 또는, 음향-광학 변조기(AOM) 디바이스를 포함할 수 있다. 하지만 일 실시예에서, 스위치(1416) 및 AOD(1410)는 레이저 펄스가 작업물(1418)에 도달하는 것을 막기 위해 펄싱된 레이저 빔(1412)을 빔 덤프(미도시)로 선택적으로 유도하기 위하여 구성된 단일 디바이스를 포함한다.

또한, 도 14에 도시되는 바와 같이, 레이저 처리 시스템(1400)은 상이하게 편향된 빔 경로(실선 및 점선으로서 현재의 AOD(1410)로 도시된)를 집속 렌즈(1426)의 빛의 입사면(entrance pupil)에 대응하는 미러{(1424)(또는 FSM과 같은 다른 재유도 디바이스) 상의 동일한 위치에 유도하는 릴레이 렌즈(1422)를 포함할 수 있다. 동작 중, AOD(1410)에 의해 제공된 상이한 편향 각은 작업물(1418) 상에 상이한 위치로 유도되는 상이한 펄스를 초래한다. 도시되진 않았지만, 일 실시예에서, 컴퓨터가 판독할 수 있는 매체 상에 저장된 지령을 실행하기 위하여 구성된 제어기는 AOD(1410)를 제어하는데, 이는 작업물(1418) 상에서 원하는 위치로 레이저 펄스의 시퀀스를 선택적으로 편향시키기 위함이다.

당업자라면 본 명세서의 개시물로부터, 시스템(1400)이 예시를 목적으로 제공된다는 것과, 다른 시스템 구성도 가능할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 게다가, 다양한 다른 예시적인 시스템의 실시예는 아래에 제공된다.

도 15는 일 실시예에 따라 복수의 측면으로 이격된 링크 뱅크(1510, 1512, 1514, 1516, 1518, 1520)를 가로질러 스캐닝하는 처리 윈도우(1500)를 도시하는 개략도이다. 각 링크 뱅크(1510, 1512, 1514, 1516, 1518, 1520)는 절단되지 않은 복수의 링크(1522)와, 처리 윈도우(1500)가 복수의 링크 뱅크(1510, 1512, 1514, 1516, 1518, 1520)를 가로질러 스캔할 때, 연속적인 레이저 펄스에 의해 절단된 복수의 링크(1524)를 포함한다.

일 실시예에서, 레이저 처리 시스템(1400)은 이동 처리 윈도우(1500) 내에서 임의의 링크(1522, 1524)를 절단하기 위하여 구성된다. 따라서, 도 15에 도시된 예시에 포함된 6개의 링크 뱅크(1510, 1512, 1514, 1516, 1518, 1520)를 처리하는 6개의 개별적인 링크 동작을 사용하는 것보다는, 시스템(1400)은 단일 패스로 모든 6개의 링크 뱅크(1510, 1512, 1514, 1516, 1518, 1520)를 처리하여, 시스템 처리량을 크게 향상시킨다. 일 실시예에서, 예를 들어, 단일 빔 경로를 통하여 제공된 100kHz의 레이저, 50㎛×50㎛ 처리 윈도우, 및 저 성능 스테이지(예를 들어, 축당 1G 가속 및 20 ms 설정 시간)을 포함하는 시스템은 종래의 링크 처리 시스템의 처리량 보다 2배 내지 3배의 증가 된 처리량을 가질 수 있다. 이러한 시스템은 고 PRF 레이저(예를 들어, 300kHz) 및 고 성능 스테이지(예를 들어, 1m/s 링크 동작, 5G 가속, 및 0.001초의 설정 시간)을 포함하는 이중-빔 시스템과 경쟁할 수 있다. 더 낮은 성능 스테이지를 갖는 시스템을 구축하는 것은 상당히 더 쉽고 더 저렴할 수 있다. 게다가, 단일 빔 시스템은 이중-빔 시스템을 구축하는 것보다 더 쉽고 더 저렴할 수 있다.

일 실시예에서, 처리 윈도우(1500)는 복수의 링크(1524)가 절단될 때, 실질적으로 연속적인 동작으로 복수의 링크 뱅크(1510, 1512, 1514, 1516, 1518, 1520)를 가로질러 스캔한다. 다른 실시예에서, 처리 윈도우(1500)는 일련의 이산적 움직임에서 복수의 링크 뱅크(1510, 1512, 1514, 1516, 1518, 1520)를 가로질러 나아간다. 이러한 하나의 실시예에서, 처리 윈도우는 각 스텝 또는 홉 사이의 링크(1522, 1524) 사이의 2개의 상호 배타적인 세트를 포함한다. 따라서, 시스템(1400)은 처리 윈도우(1500)가 제 2 (및 상이한) 링크의 세트를 포함하는 제 2 위치로 이동하기 전에, 제 1 위치에 있는 처리 윈도우(1500) 내에서 축-상에 및 교차하는 방향 모두에서 제 1 링크(1522, 1524)의 세트를 처리할 수 있다. 다른 실시예에서, 처리 윈도우(1500)는 스캔 방향에서 더 작은 스텝을 취하여, 각 링크 뱅크(1510, 1512, 1514, 1516, 1518, 1520)에 대응하는 링크(1522, 1524) 중 하나의 그룹(또는, 하나의 열)이 한 스텝 동안 스캐닝 윈도우(1500)에 들어갈 때, 링크(1522, 1524)의 다른 그룹은 스캐닝 윈도우(1500)를 빠져나간다. 따라서, 시스템(1400)은 각 스텝 사이에서 상이한 링크 뱅크(1510, 1512, 1514, 1516, 1518, 1520)에서 상이하게 이격된 링크(1522, 1524)의 그룹 또는 열을 처리한다.

당업자라면 본 명세서의 개시물로부터, 처리 윈도우(1500) 및 링크 뱅크(1510, 1512, 1514, 1516, 1518, 1520)의 상대적인 크기에 따라, 시스템(1400)이 단일 경로에서 6개보다 많은 링크 뱅크를 처리할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 게다가, 시스템(1400)은 예를 들어, 단일 경로에서 단일 링크 뱅크를 처리하는 것을 포함하여, 단일 경로에서, 6개보다 적은 링크 뱅크를 처리할 수 있다.

또한, 당업자라면 본 명세서의 개시물로부터, 시스템(1400)이 처리 윈도우(1500) 내에서 실질적으로 평행이고, 측면으로 이격된 링크 뱅크(1510, 1512, 1514, 1516, 1518, 1520)를 처리하는 데에만 제한되지는 않는다는 것을 이해할 것이다. 게다가, 처리 윈도우(1500)를 통과하는 링크 뱅크(1522, 1524)는 임의의 패턴으로 배열될 수 있다. 또한, 절단될 링크(1524)는 임의의 시퀀스로 절단될 수 있다. 게다가, 도 15가 X-방향(수평)에서 균일한 스캔 방향을 도시하는 반면에, 스캔 방향은 또한, Y-방향(수직), X 및 Y 방향의 조합, 및/또는 웨이퍼의 XY 평면 주위의 무작위 패턴일 수 있다. 일 실시예에서, 스캔 방향은 처리량을 최적화하기 위하여 선택된다.

예를 들어, 도 16은 일 실시예에 따라, X-축을 따라 확장하는 복수의 측면으로 이격된 링크 뱅크(1510, 1512, 1514, 1516, 1518, 1520), 및 Y-축을 따라 확장하는 복수의 링크 뱅크(1610, 1612)를 가로질러 스캔하는 처리 윈도우(1500)를 도시하는 개략도이다. X-축을 따라 확장하는 측면으로 이격된 링크 뱅크(1510, 1512, 1514, 1516, 1518, 1520) 상의 처리 윈도우(1500)의 단일 경로에서, 처리 윈도우는 또한, Y-축을 따라 확장하는 복수의 링크 뱅크(1610, 1612)에서 링크(1522, 1524)의 적어도 일부의 위를 통과한다. 다시, 도 16에 도시되는 바와 같이, 시스템(1400)은 처리 윈도우(1500)를 통과하는 임의의 링크(1522, 1524)를 선택적으로 절단할 수 있다.

일 실시예에서, 시스템(1400)은 처리량을 최대화하거나 증가시키기 위하여, 처리 윈도우(1500) 내에서 링크 블로우의 시퀀스를 정렬하고 배열한다. 최대화되거나 증가된 처리량을 달성하기 위하여, 시스템(1400)은 처리 윈도우(1500)의 크기, 임의의 주어진 시간에 블로우될 처리 윈도우(1500) 내에서의 링크(1522, 1524)의 개수, 및 링크 블로우의 시퀀스에 호환될 수 있는 스테이지 속도를 계산한다. 이러한 일 실시예에서, 시스템(1400)은 차단된 펄스의 수를 감소시키기 위하여 스테이지 속도를 선택한다. 또한, 스테이지 속도는 블로우 되도록 의도된 매 링크가 처리 윈도우(1500)의 단일 경로에서 블로우되는 것을 보장하기 위하여 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 스테이지 속도는 일정할 수 있다.

다른 실시예에서, 스테이지 속도는 처리 윈도우(1500)를 현재 통과하는 블로우될 링크(1524)의 개수를 기초로 변할 수 있다. 예를 들어, 블로우될 더 적은 수의 링크(1524)가 처리 윈도우(1500)를 통과할 때, 시스템(1400)은 스테이지 속도를 증가시킬 수 있다. 블로우될 더 많은 수의 링크(1522, 1524)가 처리 윈도우(1500)를 통과할 때, 시스템은 스테이지 속도를 감소시킬 수 있다.

일 실시예에서, 최대 스테이지 속도(V_SMAX)는 링크 동작의 그룹상의 처리 윈도우(1500) 내에서 링크(N_MAX)의 최대 개수를 찾음으로써 결정된다. 예를 들어, 최대 스테이지 속도(V_SMAX)는 N_MAX에 의해 분할되는 PRF에 의해 곱해지는 처리 윈도우(1500)의 폭{AOD(AOD_WIDTH)}으로 설정될 수 있다. 이는 최대 스테이지 속도(V_SMAX)에 대한 충분한 추정을 제공한다. 하지만, 일 실시예에서, 시스템(1400)은 속도가 상기 한계를 초과할 때, 링크 동작의 짧은 섹션 상에서 처리되지 않은 링크에 대한 버퍼를 제공하는, 처리 윈도우(1500)에서의 링크(1522, 1524)의 가능한 "질의"를 고려한다. 링크 동작의 밀도에 따라, 이러한 질의는 대략 50% 내지 대략 100%의 범위 내에서 스테이지 속도를 증가시킬 수 있다. 이러한 향상은 가속/감속 시간 및 오버헤드에 의해 일부 실시예에서 감소 될 수 있다. 일 실시예에서, 최대 스테이지 속도(V_SMAX)를 결정하는 질의를 사용하는 것은 반복적인 처리이고, "링크 질의"의 오버플로우는 실제 최대 속도로 접근할 때, 매우 비-선형이 된다. 이러한 실시예에서, 더 큰 선형성은 예를 들어, 링크 밀도를 필터링함으로써, 주어진 속도에 대한 "링크 흐름"을 계산함으로써, 및 최대 "처리 흐름"(링크 피치에 의해 증가된 PRF)이 주어진 처리 윈도우(1500)에서 허용가능한 "축적량"을 계산함으로써 삽입될 수 있다.

이동 처리 윈도우(1500) 내에서 임의의 링크(1524)를 절단하기 위하여, 도 14에 도시된 AOD(1410)의 위치의 정확도는 전체 처리 윈도우(1500) 상의 시스템 정확도를 유지하기 위하여 충분히 작다. 현재 높은 개구수의 렌즈는 대략 50㎛의 스캔 필드를 갖는다. 게다가, 평균 + 3σ < 0.18㎛ 보다 더 나은 시스템 링크 블로우 정확도를 갖는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, AOD(1410)가 오차 예산(budget)에 대한 대략 20nm의 시스템 부정확도에 기여한다면, 일 실시예에 따라 AOD(1410)는 대략 1/2500의 위치 지정 정확도를 갖는다.

도 17은 일 실시예에 따라 2개의 편향 디바이스를 포함하는 레이저 처리 시스템(1700)의 개략도이다. 시스템(1700)은 도 14에 논의된, 레이저(1414), 스위치(1416), AOD(1410), 릴레이 렌즈(1422), 미러(1424), 및 집속 렌즈(1426)를 포함한다. 하지만, 시스템(1700) 또한, 빔 경로에서 다른 AOD(1712) 및, 다른 릴레이 렌즈(1714)를 포함한다.

일 실시예에서, AOD(1410)는 X-방향으로 레이저 빔을 편향시키기 위하여 구성되고, AOD(1712)는 Y-방향으로 레이저 빔을 편향시키기 위하여 구성된다. 릴레이 렌즈(1422)는 AOD(1410)로부터 AOD(1712)로 레이저 빔을 이미지 처리한다. 따라서, 시스템(1700)은 2개의 방향으로 레이저 펄스를 재유도할 수 있다. 하지만 일 실시예에서, 도 14에 도시된 AOD(1410)는 2개의 방향으로 레이저 빔을 편향시킬 수 있는 단일 디바이스를 포함한다.

도 18은 일 실시예에 따라, 텔레센트릭 각도 검출기(1814)를 포함하는 레이저 처리 시스템(1800)의 개략도이다. 이러한 실시예에서, 부분적 투명 미러(1810)는 집속 렌즈(1426)에 레이저 빔의 일부를, 그리고 추가의 릴레이 렌즈(1812)를 통하여 텔레센트릭 각도 검출기(1814)에 레이저 빔의 일부를 유도한다. 텔레센트릭 각도 검출기(1814)는 쿼드(quad) 셀, PSD, 또는 빔 각도를 검출하기 위해 구성되는 카메라 검출기를 포함할 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 텔레센트릭 각도 검출기(1814)는 오차 정정 및/또는 교정을 위해 AOD(1410, 1712) 중 하나 또는 모두에 피드백을 제공하는데 사용될 수 있다.

일 실시예에서, 시스템(1400)은 각 링크(1524)를 블로우하기 위하여 단일 펄스를 사용하는 처리 윈도우(1500)에서 각각의 링크(1524)를 처리한다. AOD(1410)는 처리 윈도우(1500)가 스캔 방향으로 이동할 때, 집속된 링크 펄스의 위치를 2개의 연속되는 레이저 펄스 사이의 처리 윈도우(1500) 내의 링크(1524)로 재유도한다. 종래의 링크 처리 시스템이 초고속 PRF 레이저에 의해 생성된 펄스의 대략 99%의 절반을 차단할 수 있지만, 시스템(1400)은 펄스의 대부분 또는 모두를 사용할 수 있다. 따라서, 처리량은 더 빨리 작업물(1418)을 이동시키는 것 없이 상당히 증가될 수 있다.

게다가, 또는 다른 실시예에서, 시스템(1400)은 작업물(1418) 상의 다른 위치에 후속적인 펄스를 유도하기 위하여 AOD(1410)를 사용하기 전에 2개 이상의 펄스로 작업물(1418) 상의 단일 위치를 처리할 수 있다. 시스템은 작업물(1418) 상의 상이한 위치에 레이저 빔을 재유도하기 전에, 10개, 예를 들어, 낮은 에너지 펄스를 링크(1524)에 제공할 수 있다. 따라서, 시스템(1400)은 다수의 블로우를 갖는 타겟 요구 링크(1524)에 초고속 PRF(예를 들어, 대략 1MHz 내지 대략 100MHz 내의 범위에서)로 생성된 펄스를 유도하는 효율적인 방식을 제공할 수 있다.

처리 윈도우(1500)가 작업물(1418)에 관련하여 지속적으로 이동한다면, AOD(1410)는 일 실시예에 따라 추적을 위해 사용될 수 있는데, 이는 하나 이상의 펄스가 링크(1524)에 전달되는 동안, 집속된 스폿 위치와 링크 위치 사이의 정적인 관계를 유지하기 위함이다. 또한, 추적은 복수의 측면으로 이격된 링크의 정적 관계를 유지하기 위하여 사용될 수 있다.

일 실시예에서, 작업물(1418) 상의 위치 사이의 스위칭 시간은 하나보다 적은 레이저 펄스 주기이다. 다른 실시예에서, 스위칭 시간은 대략 레이저 펄스 주기이다. 다른 실시예에서, 스위칭 시간은 스위칭 펄스 주기보다 길다. 따라서, 레이저(1414)는 예를 들어, 시스템(1400)이 3개 또는 4개의 레이저 펄스 주기 동안, 10개의 레이저 펄스로 링크(1524)를 처리하고, 하나의 링크로부터 다음으로 전환된다면 효율적으로 사용된다.

새로운 위치로 전환하기 전(예를 들어, 처리 윈도우(1500)가 도 15 및 도 16에 도시된 스캔 방향으로 나아가기 전에), 단일 링크(1522, 1524)에 모든 10개의 펄스(위의 예시에서)를 전달하는 것보다는, 2개 이상의 펄스가 2개 이상의 측면으로 이격된 링크(1522, 1524)(예를 들어, 스캔 방향의 수직으로 이격된)에 전달될 수 있다. 예를 들어, 6개의 측면으로 이격된 링크(1522)(도 15에 도시된 각 링크 뱅크(1510, 1512, 1514, 1516, 1518, 1520) 중 하나)의 각각에 단일 펄스를 전달하는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, AOD(1410)는 새로운 위치로 처리 윈도우(1500)를 시프트하기 전에, 6개의 측면으로 이격된 링크(1522)에 6개의 연속적인 레이저 펄스를 편향시킬 수 있다.

도 19a, 도 19b, 및 도 19c는 특정 실시예에 따라, 각각의 재위치 지정 프로파일(1916, 1918, 1920)에 관련된 일련의 레이저 펄스(1914)를 도시하는 타이밍 다이어그램(1900, 1910, 1912)이다. 당업자라면 본 명세서의 개시물로부터, 도 19a, 도 19b, 및 도 19c에 도시된 타이밍 다이어그램(1900, 1910, 1912)이 오직 예시의 목적으로 제공된다는 것과, 링크 당 전달된 펄스와 링크 사이의 시프트를 위해 사용된 펄스 주기의 임의의 조합이 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 도 19a에 도시된 실시예에서, 단일 레이저 펄스는 블로우 주기 동안 링크에 전달된다. 그런 후에, AOD 또는 고속 빔 편향기(미도시)는 예를 들어, 시프트 주기동안 각 펄스 사이에 시프트되거나 재위치된다. 따라서, 이러한 예시에서, 일련의 레이저 펄스(1914)에서의 각 레이저 펄스는 상이한 링크에 전달된다.

도 19b에 도시된 실시예에서, AOD 또는 고속 빔 편향기는 도 19a에서의 예시와 비교되는 것처럼, 각 블로우 주기 사이에 이격을 위해 더 많은 시간을 사용한다. 구체적으로, 제 1 펄스가 제 1 링크에 전달된 이후에, AOD 또는 고속 빔 편향기는 제 2 펄스가 제 2 링크에 전달되기 전에 3개의 펄스 주기 동안 시프트한다. 아래에 논의되는 바와 같이, 스위치(예를 들어, 추가 AOD 및 빔 덤프)는 사용되지 않는 레이저 펄스가 시프트 주기동안 작업물의 표면에 도달하는 것을 막기 위해 사용될 수 있다.

도 19c에 도시된 실시예에서, 제 1 복수의 펄스(9개로 도시된)는 제 1 블로우 주기 동안 제 1 링크에 전달되고, AOD 또는 고속 빔 편향기는 수 개의 펄스 주기(대략 3개로 도시된) 동안 시프트되며, 제 2 복수의 펄스는 제 2 블로우 주기 동안 제 2 링크에 전달된다. 하지만, 일 실시예에서, 2개 이상의 제 1(및/또는 제 2) 복수의 펄스는 위에 논의된 AOD(1410)와 같은 고속 편향 디바이스를 사용하여, 제 1(및/또는 제 2) 블로우 주기 동안 복수의 측면으로 이격된 링크 사이에 배포될 수 있다. 따라서, 펄스는 연속적인 레이저 펄스(1914)에서 가능한 많은 펄스로서 활용하기 위하여 효율적으로 배포될 수 있다. 일 실시예에서, 사용된 펄스의 개수는 종래의 링크 처리 시스템에 의해 활용되는 펄스와 비교하여 대략 1%보다 많이 증가 된다.

코히어런트(coherent) 크로스토크는 전체적으로 또는 부분적으로 겹치는 영역에서 작업 표면상의 동일한 타겟을 처리하기 위하여 유도되는 레이저 스폿, 빔(예를 들어, 가우시안 테일)의 임의의 부분이 겹치도록 작업 표면상의 분리된 타겟에 겹치는 레이저 스폿 또는, 펄스 에너지 또는 반사된 펄스 에너지 검출기와 같은 검출기에서 겹치는 레이저 스폿에 대한 문제일 수 있다. 상이한 레이저 스폿의 가우시안 테일이 겹칠 때, 예를 들어, 2개의 인접한 구조물(예를 들어, 링크) 사이의 영역에서의 크로스토크 및 간섭은 바람직하지 않게 높은 광 에너지 레벨에 의해 초래되는 데미지를 초래할 수 있다. 따라서, 위에서 논의된 실시예에서, 단일 레이저 스폿은 동시에 작업물 상의 처리 윈도우 내에서 입사된다. 작업물 상에서 공간적으로 겹치도록 구성되는 2개의 순차적인 레이저 스폿은 서로 간섭하지 않고, 이로 인해 코히어런트 크로스토크를 감소하거나 제거한다. 하지만, 다른 실시예에서, 다수의 스폿은 동시에 작업물 상의 처리 윈도우 내에서 입사될 수 있다. 예를 들어, 2개 이상의 레이저 빔이 2개 이상의 빔 경로를 통하여 제공될 수 있다.

하나 또는 다수의 블로우를 갖는 영역을 처리하는 동안, 몇 가지 원인으로 집속된 스폿을 조향하기 위한 고속 빔 조향 메카니즘을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.

먼저, 상이한 링크 블로우 위치 사이의 전환을 위하여 빔 편향을 하는 것이 필요하다. 그 다음에, 처리 영역이 작업물에 관하여 지속적으로 이동하는 시스템에서, 추적 명령을 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 명령은 하나 이상의 레이저 펄스가 링크에 전달되는 동안에, 집속된 스폿 위치와 링크 위치 사이의 정적 관계를 유지하는 것에 도움을 줄 수 있다. 추적 명령은 다수의 펄스가 하나의 링크에 타게팅될 것이라면, 특히 유용하다.

추가의 빔 편향 또는 조향은 움직임 스테이지에서 추적 오차를 보상하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 2차원의 XY 스테이지가 집속된 레이저 스폿 하에 웨이퍼를 위치시키는데 사용된다면, 오류를 추적하는 여분의 XY 스테이지(원하는 궤도 및 실제 궤도 사이의 즉각적 차이)는 빔 조향을 사용하기 위하여 보상될 수 있다. 이는 FSM 오차 보상과 유사하다.

또한, 다른 타입의 시스템 오류 또는 간섭을 정정하는 조향 메카니즘을 사용하는 것이 가능할 수 있다. 예를 들어, 9830 플랫폼에서 최종 집속 대상의 움직임을 감지하고, FSM을 사용하는 작업물에서 스폿의 최종 움직임을 정정한다. 이는 동일한 조향 메카니즘을 사용하여 이루어질 수 있다. 또한, 레이저 레일의 조향 안정성에서 감지된 부정확과 같은 빔 조향 오차를 보상할 수 있다. 그리고, 열 드리프트와 같은 다른 오류도 이 조향 메카니즘을 사용하여 정정될 수 있다.

AOM, EOM, 또는 다른 조향 메카니즘에 전달되는 넷(net) 추적 또는 조향 명령은 하나 이상의 상기 조향 조건의 중첩 및 추가이다. 또한, 위에 언급되지 않은 빔을 조향 하기 위한 다른 바람직한 이유가 존재할 수 있다.

위치 지정이 정확하고 고속인 빔 조향 디바이스는 일 실시예에서, 처리 영역 상에서 시스템 정확도를 유지하는데 충분히 작아야 한다. 현재의 고 개구수 렌즈는 대략 50 미크론의 스캔 필드를 갖고, 시스템 링크 블로우 정확도는 평균 + 3σ < 0.18nm 보다 양호하다. AOD가 오차 예산에 대한 시스템 부정확성의 20nm를 기여하는 것이 허용되면, AOD는 대략 1/2500의 정확도로 위치시키는 능력을 필요로 할 것이다. 이는 합리적인 요구이다. 일부 폐쇄-루프 감지 및 피드백 정정을 이용하는 AOM 또는 고속 빔 조향 디바이스를 동작시키는 것이 바람직할 수 있다.

이를 행하기 위한 하나의 방식은 이들 원하지 않는 펄스의 위치를 측정할 수 있는 위치 민감성 검출기 또는 쿼드 셀을 포함하는 빔 덤프에 원치 않는 펄스를 편향시키는 AOD를 사용하는 것일 수 있다. AOM 교정에서 열 드리프트 또는 변경은 이러한 기술에 의해 검출될 수 있다.

또한, AOM을 통하여 추가의 빔을 방출하는 것과 빔이 편향되는 방법을 측정하는 것이 가능할 수 있다. 예를 들어, 커팅(cutting) 레이저에 덧붙여, 헬륨 네온 CW 레이저는 AOM을 통하여 유도될 수 있고, 초래되는 편향된 CW 빔의 일부는 피드백 목적을 위한, 또는 드리프트를 검출하기 위한 PSD 또는 쿼드 셀에 유도될 수 있다.

당업자라면, 본 발명의 기초가 되는 원리를 벗어나지 않고도, 상기-서술된 실시예의 세부사항에 대해 다수의 변형이 만들어질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 그러므로, 본 발명의 범주는 오직 다음의 청구항만으로 결정되어야 한다.

610 : 레이저 소스 612 : 조건적 광학기
614 : 단일 빔 생성 모듈 616 : 단일 빔 변조기
618 : 광 검출 모듈 620 : 단일 빔 전달 광학기

Claims

레이저 처리 시스템에 있어서,
작업물에 대한 빔 전달 좌표를 정렬하는 빔 위치 지정 시스템으로서, 상기 정렬에 대응하는 위치 데이터를 생성하는, 빔 위치 지정 시스템,
펄싱된(pulsed) 레이저 소스,
상기 펄싱된 레이저 소스로부터 레이저 펄스를 수신하고, 상기 레이저 펄스로부터 복수의 단일 빔(beamlet) 펄스를 포함하는 단일 빔 어레이를 생성하는, 단일 빔 생성 모듈,
상기 단일 빔 어레이에서 각 단일 빔 펄스의 상기 진폭을 변조하는 단일 빔 변조기, 및
상기 위치 데이터에 대응하는 작업물 상의 위치에서의 하나 이상의 타겟에 상기 변조된 단일 빔을 집속하는 단일 빔 전달 광학기를
포함하는, 레이저 처리 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 단일 빔 어레이에서 상기 단일 빔 펄스를 샘플링하고,
상기 단일 빔 어레이에서 각 단일 빔 펄스에 대한 전체 에너지를 결정하기 위한
광검출 모듈을 더 포함하는, 레이저 처리 시스템.
제 2항에 있어서, 상기 광 검출 모듈은 상기 단일 빔 변조기에 오차 정정 보상 신호를 제공하여, 상기 작업물 상의 특정 타겟에 제공되는 일련의 단일 빔 진폭을 조정하기 위하여 더 구성되는, 레이저 처리 시스템.
제 2항에 있어서, 상기 광 검출 모듈은
상기 작업물 상의 특정 타겟에 전달되는 일련의 단일 빔 펄스에 의해 제공되는 상기 펄스 에너지의 합이 사전 결정된 임계치를 충족시키거나 초과하는 지를 결정하고,
추가의 단일 빔 펄스가 상기 특정 타겟에 도달하는 것을 막기 위하여 상기 단일 빔 변조기를 제어하기 위하여
더 구성되는, 레이저 처리 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 펄싱된 레이저 소스의 펄스 반복 주파수(PRF),
단일 빔 어레이 피치(pitch), 및
빔 위치 지정 시스템과 상기 작업물 사이의 상대적인 속도(스테이지 속도)와
작업물 타겟 피치를 매칭함으로써, 정렬을 제공하기 위하여 상기 빔 위치 지정 시스템과 협력하는 시스템 제어 컴퓨터를 더 포함하는, 레이저 처리 시스템.
제 5항에 있어서, 상기 단일 빔 피치는 관계:
c×(단일 빔 피치) = d×(작업물 타겟 피치)
를 통하여 상기 작업물 타겟 피치와 상기 펄싱 된 레이저 소스의 상기 PRF에 연관되는데,
여기에서 c 와 d는 정수이고,
작업물 피치 = 스테이지 속도/PRF,
그리고, 여기에서 상기 정수(c 및 d)는
c/d = 정수 값
이 되도록 선택되는, 레이저 처리 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 단일 빔 생성 모듈은
복수의 각 제 1 반사성 밴드를 포함하는 제 1 표면과,
복수의 각 제 2 반사성 밴드를 포함하는 제 2 표면을
포함하는 이산적으로 밴딩된(banded) 반사판을 포함하고,
상기 제 1 표면은
상기 이산적으로 밴딩된 반사판으로의 상기 레이저 펄스를 수신하고,
상기 제 2 표면으로부터 수신된 상기 레이저 펄스의 감소된 부분을 다시 상기 제 2 표면을 향해 상기 이산적으로 밴딩된 반사판에 연속적으로 반사시키도록
구성되고,
상기 제 2 표면은
제 1 부분을 연속적으로 전달하고 상기 제 1 표면으로부터 수신된 상기 레이저 펄스의 감소된 부분의 제 2 부분을 반사시키도록
구성되며, 상기 전달된 제 1 부분은 상기 단일 빔 어레이에서 각 단일 빔 펄스에 대응하는, 레이저 처리 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 단일 빔 생성 모듈은
상기 레이저 펄스를 수신하고, 선형 편광으로부터 원형 편광으로 상기 레이저 펄스를 변환하는 제 1 ¼ 파장판,
제 1 채널, 제 2 채널 및 출력 표면을 포함하는 편광 빔 스플리터 큐브로서, 상기 단일 빔 어레이에서 제 1 단일 빔 펄스로서 상기 출력 표면을 통하여 상기 원형으로 편광된 레이저 빔의 제 1 부분을 전달하고, 상기 원형으로 편광된 레이저 빔의 제 2 부분을 상기 제 1 채널에 전달하도록 구성되는, 편광 빔 스플리터 큐브,
상기 원형으로 편광된 레이저 빔의 상기 제 2 부분을 제 1 미러에 전달하고, 상기 제 1 미러로부터 반사광을 수신하여, 이로 인해 상기 제 1 미러로부터의 반사광을 편광 빔 스플리터 큐브에 다시 통과되는 p-편광 빔으로 변환하는 제 2 ¼ 파장판으로서, 상기 편광 빔 스플리터 큐브는 상기 제 2 채널을 통해 상기 p-편광 빔을 전달하는, 제 2 ¼ 파장판, 및
상기 p-편광 빔을 제 2 미러에 전달하고, 상기 제 2 미러로부터 반사광을 수신하여, 상기 제 2 미러로부터 반사광을 다시 상기 편광 빔 스플리터 큐브로 전달하는 제 3 ¼ 파장판으로서, 상기 편광 빔 스플리터 큐브는 상기 단일 빔 어레이에서 제 2 단일 빔 펄스로서 상기 출력 표면을 통해 상기 제 3 ¼ 파장판으로부터 수신된 상기 빔을 전달하는, 제 3 ¼ 파장판을
포함하는, 레이저 처리 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 단일 빔 생성 모듈은 적어도 하나의 회절 광학 요소를 포함하는, 레이저 처리 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 펄싱된 레이저 소스는
제 1 펄스 반복 주파수로 레이저 펄스를 방출하는 광 발진기로서, 상기 제 1 펄스 반복 주파수는 상기 작업물에 관련된 상기 빔 전달 좌표의 상기 정렬에 대해 상기 빔 위치 지정 시스템의 협력을 위한 기준 타이밍 신호를 제공하는, 광 발진기와,
상기 제 1 펄스 반복 주파수보다 작은 제 2 펄스 반복 주파수에서, 증폭을 위해 상기 레이저 펄스의 서브셋을 선택하는 제 1 광학 변조기로서, 상기 서브셋에 포함된 상기 레이저 펄스의 상기 선택은 상기 제 1 펄스 반복 주파수와 상기 위치 데이터를 기초로 하는, 제 1 광학 변조기를
포함하는, 레이저 처리 시스템.
제 10항에 있어서, 상기 위치 데이터를 기초로 상기 빔 전달 좌표의 상기 정렬을 조정하는 레이저 코움(comb) 색인 모듈을 더 포함하고, 상기 레이저 코움 색인 모듈은
상기 제 1 펄스 반복 주파수가 상기 제 2 펄스 반복 주파수의 정수배(n)가 되도록 상기 제 2 펄스 반복 주파수를 선택하고,
빔 전달 좌표 조정의 양을 기초로 상기 광 발진기 인터펄스 시간의 정수배(n)만큼 상기 서브셋에서 증폭된 제 1 펄스와 상기 서브셋에서 증폭된 제 2 펄스 사이의 인터펄스 시간을 오프셋시키도록
구성되는, 레이저 처리 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 펄싱된 레이저 소스는 광섬유 주 발진기를 포함하는 직렬 광 증폭기를 포함하는, 레이저 처리 시스템.
제 12항에 있어서, 상기 광섬유 주 발진기는 대략 100fs 내지 대략 500ps 사이의 범위 내의 펄스 지속 기간을 갖는 레이저 펄스를 출력하도록 구성되는, 레이저 처리 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 펄싱된 레이저 소스는 q-스위치 다이오드-펌핑된 고체 상태 레이저를 포함하는, 레이저 처리 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 펄싱된 레이저 소스는 주 발진기 출력 증폭기(MOPA)를 포함하는, 레이저 처리 시스템.
제 15항에 있어서, 상기 MOPA의 주 발진기와 통합되는 프로그램할 수 있는 펄스폭 요소를 더 포함하는, 레이저 처리 시스템.
제 16항에 있어서, 상기 프로그램할 수 있는 펄스 폭 요소는 프로그램할 수 있는 대역 통과 필터를 포함하는, 레이저 처리 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 펄싱된 레이저 소스는 주 발진기 재생 증폭기를 포함하는, 레이저 처리 시스템.
레이저로 작업물을 처리하는 방법에 있어서, 상기 방법은
레이저 펄스를 생성하는 단계,
상기 레이저 펄스로부터 복수의 단일 빔 펄스를 포함하는 단일 빔 어레이를 생성하는 단계,
상기 단일 빔 어레이에서 각 단일 빔 펄스의 상기 진폭을 변조하는 단계, 및
상기 변조된 단일 빔 어레이를 상기 작업물 상의 하나 이상의 타겟 위치에 집속하는 단계를
포함하는, 레이저로 작업물을 처리하는 방법.
제 19항에 있어서,
상기 단일 빔 어레이에서 상기 단일 빔 펄스를 샘플링하는 단계,
상기 단일 빔 어레이에서 각 단일 빔 펄스에 대한 전체 에너지를 결정하는 단계, 및
상기 작업물 상의 특정 타겟에 제공된 연속적인 단일 빔 진폭을 조정하기 위하여 오차 보상 신호를 생성하는 단계를
포함하는, 레이저로 작업물을 처리하는 방법.
제 19항에 있어서,
상기 작업물 상의 특정 타겟에 전달된 일련의 단일 빔 펄스에 의해 제공되는 상기 펄스 에너지의 합이 사전 결정된 임계치를 충족하거나 초과하는 지를 결정하는 단계, 및
상기 결정을 기초로, 추가의 단일 빔 펄스가 상기 특정 타겟에 도달하는 것을 방지하는 단계를
더 포함하는, 레이저로 작업물을 처리하는 방법.
제 19항에 있어서,
펄싱된 레이저 소스의 펄스 반복 주파수(PRF),
단일 빔 어레이 피치, 및
빔 위치 지정 시스템 및 상기 작업물 사이의 상대적인 속도와
작업물 타겟 피치를 매칭하는, 레이저로 작업물을 처리하는 방법.