KR20120004426A - 개선된 레이저 가공 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

프로그래밍가능한 레이저 초점 스팟(104) 형태(101)를 이용하여 소재(100)에서 복잡한 특징부(107)를 레이저 가공하기 위한 방법 및 장치가 제공된다. 변형가능한 미러(92)는, 레이저 가공된 특징부(107)의 형태 및 크기에 걸쳐 개선된 제어를 달성하기 위해 소재(100)가 레이저 가공될 때 실시간으로 레이저 빔 초점 스팟(104)의 형태를 변경하도록 프로그래밍되고, 레이저 가공 시스템의 레이저 빔 경로(74)에 삽입된다.

Description

개선된 레이저 가공 방법 및 장치{IMPROVED METHOD AND APPARATUS FOR LASER MACHINING}

본 발명은 레이저 가공 소재(workpieces)를 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 특히, 전도체 또는 도파관을 형성하기 위해 후속하여 처리될 수 있는 전자 기판의 표면에서 트렌치 또는 가이드의 레이저 가공에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 후속적으로 형성된 전도체 또는 도파관의 전기 및 광학 특성을 제어하기 위해 일정한 단면을 갖는 전자 기판의 표면에서 트렌치 또는 가이드의 레이저 가공에 관한 것이다.

지향된 및 집속된 레이저 에너지는 전자 회로 기판에서 블라인드(blind) 및 관통 비아(through vias)의 드릴링(drilling)과 같은 정밀도 물질 제거와, 반도체 회로의 수리 또는 변형, 단일화를 위한 회로 조립체의 다이싱(dicing) 또는 스크라이빙(scribing), 또는 드릴링, 절단 가공, 또는 감광성 물질의 노출을 수반하는 다른 복잡한 작업을 요구하는 다양한 제조 작업에 사용된다. 물질 프로세스는 FR-4 또는 ABT와 같은 유기 회로 기판 물질, 실리콘 또는 사파이어, 금속 또는 금속 포일 또는 다양한 유형의 플라스틱 또는 유리로 된 반도체 웨이퍼의 범위에 있다. 이들 응용이 공통적으로 갖고 있는 것은, 가공이 레이저 빔 또는 레이저 펄스를 소재에 근접한 작은 초점 스팟에 집속시켜, 증발, 연마, 또는 다른 경우 물질의 제거를 야기하기 위해 소재의 표면 상에 또는 그 근처에 이미징(imaged)되는 초점 스팟으로 레이저 에너지를 집중시킴으로써 달성된다는 것이다.

이러한 유형의 레이저 초점 스팟 가공은 특히 전자 기판의 제조에 유용하다. 전기 및 전기-광학 조립체의 제조업자는 더 큰 가치를 소비자에게 전달하기 위해 더 높은 밀도, 더 빠른 회로 및 구성요소의 더 큰 집적도를 위해 계속해서 노력하고 있다. 이러한 노력의 일부로서, 제조업자는 전기 및 전기-광학 디바이스를 포함하는 기판 상의 디바이스를 상호 연결시키는 방법을 개선하려고 하고 있다. 구성요소는, 일반적으로 감광성 저항 응용과 함께 애디티브(additive) 또는 서브트랙티브(subtractive) 에칭을 이용하여 기판의 표면에 적용된 회로 패턴을 갖는 가능하면 다층 기판에 구성요소를 부착시킴으로써 상호 연결된다.

기판 상에 전자 또는 전기-광학 디바이스를 상호 연결시키는 이러한 방법에는 문제가 있다. 첫 번째 문제는, 회로 스위칭 속도가 증가함에 따라, 기판 상의 전도체의 전기 특성이, 회로가 클록킹(clocked)될 수 있는 속도를 제한시키는 중요한 인자가 된다는 것이다. 기판의 표면 상에 평평한 전도체를 형성하는 것은 이 문제를 악화시킬 수 있다. 전류 및 스위칭 속도가 증가함에 따라, 전도체의 단면 형태는 그것이 발생하는 회로의 전기적 성능에서 중요한 인자가 될 수 있다. 특히, 전도체의 단면 형태에서의 변화는 전도체의 임피던스에서의 불필요한 변화를 초래할 수 있으며, 이것은 반사 및 신호 손실을 초래할 수 있다. 더욱이, 회로가 기판에 적용될 수 있는 밀도는 부분적으로는 기판의 표면 상의 전도체의 크기의 함수이다.

광 도파관에 대해, 도파관을 형성하는 채널 또는 트렌치의 단면 토폴로지(topology)는 중요하다. 몇몇 경우에, 도파관으로서 작용하는 것 외에도, 채널의 부분은 미러와 같은 광학 요소로서 사용될 수 있다. 이 경우에, 토폴로지 및 표면 텍스처(texture)는 도파관 자체의 토폴로지 외에도 채널 특징의 중요한 요소이다.

회로를 형성하는 종래 기술의 방법은 기판의 표면에 트렌치 또는 채널을 레이저 가공함으로써 기판 상에서 상호 연결하고, 종종 레이저 직접 연마, 즉 LDA(Laser Direct Ablation)은 FR-4와 같은 유기-주원료의 기판 상에 전도체를 형성하는 방법을 기재한, 발명자 Christopher Wargo 등의 미국 특허 #7,014,727호 "METHOD OF FORMING HIGH RESOLUTION ELECTRONIC CIRCUITS ON A SUBSTRATE"에 주어진다. 상기 방법은 기판의 표면에 적용된 저항 물질 층에서 채널을 가공하기 위해 레이저를 사용한다. 상기 방법은 또한 기판으로의 이러한 채널을 가공하는 것을 기재한다. 이들 채널은 후속적으로 전도체를 형성하기 위해 전도성 물질로 채워진다. 이 특허는 적절한 크기, 형태 및 깊이로 기판에 채널을 형성할 필요성을 기재하지만, 이를 달성하기 위한 어떠한 특정한 방법도 기재하거나 논의하지 않는다. 특히 이 인용 문헌은, 경로가 방향 및 형태에서 변화될 때 채널의 크기 및 형태를 유지하는 것을 논의하지 않는다.

더욱이, 전자 회로 기판에서의 채널은 또한 광 도파관으로서 사용될 수 있다. 광 도파관에 대한 설명은, 집적 광학(Integrated Optics)에서 발간된 Nina Hendricks 등에 의한 "Laser Ablation and Laser Direct Writing as Enabling Technologies for the Definition of Micro-Optical Elements"; Tadeusz Pustelny 등에 의해 출판된, 이론 및 응용, SPIE의 회보, Vol. 5956 pp 5961B-1-5961B-10에서 찾아볼 수 있다. 이 논문에서, 저자는 더 정밀하게 전자 구성요소로 레이저 다이오드와 같은 전기-광학 구성요소를 집적하기 위해 기판에서 도파관을 가공하기 위한 레이저를 이용하는 것을 설명한다. 논문은, 광학 디바이스에 적절한 표면 텍스처를 갖는 도파관을 형성할 필요성과, 이것이 어떻게 달성될 수 있는지를 논의하지만, 도파관의 형태 및 크기가 레이저 가공 동안 어떻게 제어될 수 있는지를 구체적으로 논의하지 않는다.

전자 기판에서 전도체 또는 도파관을 형성하기 위해 채널을 레이저 가공하는 것이 갖는 문제점은, 일반적으로 이들 채널이 원하는 지점을 연결시키기 위해 기판의 표면 상에서 방향을 변화시켜야 한다는 것이다. 이것은, 레이저가 기판의 표면에서 곡선과 같은 형태를 가공하는 것을 요구한다. 종래 기술의 레이저 스팟을 이용하여 표면에서 곡선을 가공하는 것은 채널이 가공될 때 깊이에서 변화하도록 할 것이다. 예를 들어, 가우스 프로파일(Gaussian profile) 빔은 병진 운동시 슈퍼-가우스 프로파일링된(super-Gaussian profiled) 그루브를 남겨둘 것이다. 둥근-평평한(round-flat) 프로파일{탑 햇 프로파일(Top Hat profile)} 빔은 코사인-형태의 그루브를 남겨둘 것이고, 정사각형-평평한(square-flat) 프로파일은 평평한 정사각형 그루브를 남겨둘 것이다. 종래 기술의 현재 상태는, 레이저 복사선의 균일한 선량이 최소 에지 효과로 균일한 직선 절단부를 남겨두도록 바람직한 스크라이빙 또는 다이싱과 같은 동작에 대한 평평한-정사각형 프로파일을 이용하는 것이다. 이것은 일반적으로 실질적으로 균일한 것(그 안에서 실질적으로 균일한 세기를 갖는 둥근 또는 정사각형 아웃라인)으로 일반적으로 실질적으로 가우스인 입사빔을 에너지 재분배에 의해 변형시키기기 위해 빔 경로에 위치되는 굴절, 회절, 또는 홀로그래픽 빔 성형기(shapers)를 통해 달성된다.

이러한 결과는 도 1에 도시되며, 도 1은 탑 햇 프로파일 빔으로 레이저 가공된 채널의 개략도이다. 도 1에서, 채널(10)은 탑 햇 또는 "둥근-평평한" 프로파일을 갖는 펄싱된 레이저 빔(미도시)으로 기판(12)에 레이저 가공된다. 중첩된 원(14)은 레이저 펄스의 위치를 나타낸다. 펄싱된 레이저로 채널을 레이저 가공할 때, 일반적으로 레이저는 레이저가 펄싱될 때 가공될 채널의 경로를 따라 부드럽고 연속적으로 인덱싱(indexed) 또는 이동되어, 기판에서 매끄럽고 연속적인 특징부(feature)를 가공한다. 위치의 실제 개수는 레이저 스팟의 크기, 채널의 원하는 폭 및 기판으로 전달된 펄스당 에너지, 및 이에 따라 펄스당 제거된 물질의 양에 따라 변할 것이다. 도시된 펄스 위치의 개수는 위치를 더 명백히 보기 위해 실제 실시로부터 더 감소된다. 제거된 물질의 양은, 펄싱된 빔이 채널이 뒤따르는 미리 결정된 경로 아래로 병진 이동될 때 각 지점이 수신하는 다중 펄스로부터 채널에서의 각 지점에서 수용된 누적 선량으로부터 계산된다. 이들 모든 예는, 레이저가 펄싱된 것이 아니라 연속파(CW)인 경우 동일하게 작 적용된다.

도 2는 그 중 하나가 24로 도시된 정사각형의 평평한 초점 스팟을 갖는 레이저 빔에 의해 기판(22)에서 레이저 가공된 직사각형 단면 채널(20)의 도면을 도시한다. 중첩 정사각형(26)은, 채널(20)이 가공될 때 레이저 초점 스팟의 연속적인 위치를 나타낸다. 도 1에 도시된 바와 같이, 도시된 중첩 레이저 초점 스팟 위치의 개수는 개략적이고, 레이저 반복율, 레이저 펄스 에너지, 펄스 크기, 및 다른 레이저 파라미터에 따라 실제 실시에서 변할 수 있다. 레이저 에너지가 정사각형 초점 스팟에 걸쳐 균일하게 분배되기 때문에, 채널에서의 각 지점에 의해 수용된 계산된 누적 선량은, 레이저 스팟이 원하는 가공 경로를 따라 이동할 때 동일하여, 결과적인 채널이 정사각형 에지를 갖는 평평한 바닥을 갖도록 한다는 것을 주지하자. 이것은 종종 LDA 응용에서 매우 바람직하다. 이러한 분석이 펄싱된 레이저 및 CW 레이저 모두에 대해 작용한다는 것이 주지된다.

전자 기판에서의 특정한 특징부, 예를 들어 다층 전자 기판에서의 비아를 가공하도록 설계된 레이저 가공 시스템은 종래 기술에 설명되었다. 본 발명의 양수인에게 양도된, 발명자 Cutler 등의 미국 특허 #5,798,927, "APPARATUS AND METHOD FOR COORDINATING THE MOVEMENTS OF STAGES IN MULTI-STAGE MULTI-RATE POSTIIONER SYSTEM"은 소재 상에 레이저 빔을 빠르고 정밀하게 위치시키기 위해 높고 낮은 위치 지정율(positioning rate)을 갖는 빔 조향 디바이스를 결합하는 것을 설명한다. 발명자 Dunsky 등의 미국 특허 # 6,433,301의 "BEAM SHAPING AND PROJECTION IMAGING WITH SOLID STATE UV GAUSSIAN BEAM TO FORM VIAS"는 비아 드릴링 응용에 대해 원하는 빔 형태를 형성하기 위해 회절 광학 요소를 이용하는 것을 설명한다. 도 3은 다층 전자 기판에서 비아를 가공하도록 설계된 종래 기술의 레이저 가공 시스템의 도면을 도시한다. 펄싱된 고체 상태 UV 레이저일 수 있는 레이저(30)는 제어기(32)의 방향으로 레이저 펄스(34)를 방출하고, 이러한 레이저 펄스(34)는 홀로그래픽 또는 회절일 수 있는 빔 성형 광학기기(36)에 의해 성형되고, 이러한 빔 성형 광학기기(36)는 그런 후에 다중 스테이지일 수 있는 빔 조향 광학기기(38)에 의해 제어기(32) 방향으로 f-세타 렌즈일 수 있는 스캔 광학기기(40)로, 다층 전자 기판일 수 있는 소재(42) 상으로 조향되고, 상기 소재(42)는 움직임 제어 유닛(44) 상에 고정되고, 상기 움직임 제어 유닛(44)은 제어기(32)의 방향으로 레이저 펄스(34)에 관련하여, 빔 조향 광학기기(36)와 협력하여 소재(42)를 이동시켜, 레이저 펄스(34)가 소재(42)에서 원하는 특징부를 가공하도록 한다. 전자 기판에서 특징부를 가공하기 위해 이들 요소를 이용하는 예시적인 시스템은 본 발명의 양수인인, OR, 포틀랜드, 일렉트로 사이언티픽 인더스트리이즈에 의해 제조된 Si5330 및 ICP5650 레이저 처리 시스템이다.

도 4는 기판(50)에서 굴곡진 채널을 가공하기 위해 도 3에 기재된 종래 기술의 레이저 가공 시스템을 이용하는 결과에 대한 시뮬레이션이다. 레이저 처리 시스템(미도시)은 경로(57)를 따라서 펄스(54)에서 시작하여 펄스(56)에서 끝나도록 일련의 정사각형-평평한 레이저 펄스(52)를 기판(50)으로 향하게 한다. 누적 레이저 복사선 선량 곡선(58, 62 및 66), 및 이에 따라 그 지점에서의 결과적인 채널의 단면은 각각 라인(60, 64 및 68)을 따라 계산된 단면 레이저 복사선 선량에 대응한다. 단면(58 및 66)이 허용가능하지만, 레이저 펄스(52)가 경로(57)를 따라 이동할 때, 가공된 채널의 형태는 단면(62)에서와 같이 될 때까지 정사각형-면을 갖는 평평한-바닥의 단면(58)으로부터 벗어나기 시작하고, 그런 후에 점차 단면(66)으로 다시 변한다는 것이 주지된다. 이것은 바람직하지 않은 결과이다. 종래 기술의 시스템이 가공이 발생할 때 특징부에서의 각 지점에서 누적 레이저 복사선 선량을 적절히 제어하지 않음으로써 가공된 채널의 원하는 토폴로지를 달성하지 않는다는 것이 이들 결과로부터 명백하다.

채널 경로가 방향 및 형태를 변화시킬 때 전자 기판에서 원하는 일정한 크기 및 깊이를 갖는 레이저 가공된 채널을 달성하기 위한 방법 및 장치가 필요하다.

본 발명의 하나의 목적은, 특징부 경로 방향 및 형태에서의 변화에도 불구하고 일정한 크기, 깊이 및 형태를 갖는 전자 기판에서의 특징부를 레이저 가공하기 위한 방법 및 장치를 설명하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은, 특징부가 레이저 가공되고 있을 때 초점 스팟의 형태를 변화시킴으로써 특징부 경로 방향 및 형태에서의 변화에도 불구하고 일정한 크기, 깊이 및 형태를 갖는 특징부를 레이저 가공하기 위한 방법 및 장치를 설명하는 것이다.

도 5는, 레이저 펄스가 소재를 가공할 때 실시간으로 레이저 펄스 초점 스팟의 형태를 변화시켜, 종래 기술의 전술한 단점을 해결하는 본 발명의 일실시예를 도시한다. 원하는 레이저 초점 스팟 형태는 가공되는 특징부의 형태에 기초하여 계산된다. 가공될 특정한 형태가 주어지면, 형태가 선택되고, 이러한 형태는 원하는 특징부 엔벨로프를 통해 병진 운동하고 회전될 때, 원하는 매끄러움 및 형태에서의 특징부의 측면 및 바닥을 남기고, 레이저 펄스와 소재 사이에서 적절한 레이저 펄스 파라미터 및 관련 움직임 파라미터로 레이저 가공될 때 원하는 단면을 유지한다.

도 6은 프로그래밍가능 빔 성형 광학기기 조립체에 대한 더 구체적인 도면을 도시한다. 이 실시예는 프로그래밍가능 변형가능한 미러를 레이저 가공 시스템의 광학 경로에 삽입하여, 시스템이 소재에서 채널을 가공할 때 시스템은 실시간으로 레이저 펄스의 초점 스팟 형태 및 에너지 분포를 프로그래밍가능하게 변경시키도록 한다. 실시예는 레이저 펄스를 수용함으로써 작용하여, 선택적으로 빔을 팽창시키고, 이 빔을 변형가능한 미러의 표면 상으로 투사시킨다. 변형가능한 미러는 유연한 미러에 부착된 엑추에이터(actuators)의 어레이로 구성된다. 미러는 세그먼트화(segmented)될 수 있어서, 엑추에이터가 유연한 미러에 부착된 미러의 섹션을 개별적으로 또는 연속적으로 이동시키도록 하고, 여기서 엑추에이터는 변형가능한 미러의 표면이 연속적인 표면이더라도 위아래로 이동시킬 수 있다. 이 실시예에 대한 연속적인 모델이 선택된다. 미러의 표면을 이동시킴으로써, 미러는 홀로그램과 같은 펄스의 형태를 변경시키는 위상 시프트를 도입함으로써 레이저 펄스를 성형한다. 미러의 표면에 충돌하는 레이저 광은 미러에 도달할 때 평평한 파면을 갖도록 시준된다. 변형가능한 미러의 표면에 도입된 변경은 위상 시프트를 파면에 도입하고, 이것은 스팟에 집속될 때, 변형가능한 미러에 의해 도입된 섭동(perturbations)에 직접 관련된 레이저 에너지의 특정한 분포를 초래한다. 미러에서 반사되는 광은 빔 조향 광학기기로 향하게 되고, 그런 후에 스캔 렌즈로 향하게 되어, 스팟을 작동 크기 스팟의 아래로 집속된다. 선택적으로, 미러로부터 반사된 광은, 변형가능한 미러가 빔 조향 및 스캔 광학기기로부터 일정 거리에 있고 중계 렌즈가 빔 품질을 유지시키는데 필요한 경우에 선택적인 출력 광학기기를 통해 송출된다. 변형가능한 미러는 빔 조향 광학기기 및 선택적인 중계 렌즈를 통해 레이저 펄스 신호의 원하는 형태를 스캔 렌즈로 반사하도록 프로그래밍되어, 미러의 해상도 내에서 레이저 펄스 초점 스팟의 원하는 형태를 생성한다.

변형가능한 미러가 레이저 펄스 파면을 변경시키기 때문에, 미러의 해상도 내에서 가능한 임의의 그레이스케일 밀도를 갖는 임의의 형태를 생성하는 것이 가능하다. 이것은, 시스템이 기판 상에 투사된 레이저 광의 양이 레이저 초점 스팟에서의 임의의 지점에서 입력 광의 0과 100% 사이에서 값을 취할 수 있는 경우, "그레이스케일" 마스크를 반사하도록 프로그래밍될 수 있다는 것을 의미한다. 이러한 방식으로, 특징부에서의 개별적인 지점이 수용하는 레이저 복사선의 누적 선량은 적절히 프로그래밍될 수 있어서, 복잡한 특징부 형태를 가능하게 한다. 이것은 또한 결과적인 초점 스팟이 회전되도록 하는데, 그 이유는 변형가능한 미러에 프로그래밍된 패턴을 회전시키는 것이 결과적인 초점 스팟 형태를 회전시키기 때문이다.

이 실시예는, 변형가능한 미러가 프로그래밍가능하고, 레이저 펄스를 완전히 상이한 형태로 성형시키기 위해 100㎛만큼 적게 완전히 재구성될 수 있다는 점을 이용한다. 이것은 변형가능한 미러가, 특징부가 가공될 때 실시간으로 레이저 펄스 초점 스팟 형태를 변화시키도록 한다. 공칭 형태로부터의 원하는 허용가능한 편이를 갖는 특징부를 가공하기 위해 얼마나 많은 상이한 형태가 필요하고, 그 지점에서 형태가 변화해야 하는지를 결정하기 위한 계산이 이루어진다. 시스템은, 펄스의 수, 레이저 반복률, 펄스 지속기간 및 펄스 에너지를 포함하는, 특징부를 가공하는데 필요한 레이저 파라미터를 계산하고, 그런 후에 특징부를 레이저 가공하기 위해 변형가능한 미러 및 빔 조향 광학기기의 업데이트로 레이저의 펄싱을 조정한다.

동작시, 레이저 가공될, 채널에 대한 경로 세그먼트일 수 있는 특징부는 특징부를 가공하기 위해 어떤 레이저 초점 스팟 형태(들)가 사용되는지를 결정하기 위해 검사받는다. 이러한 정보는 CAD 데이터로부터 올 수 있는데, 이러한 CAD 데이터는 기판과 연관되고, 후속하여 미리 결정된 형태와 칭하기 위해 경로 세그먼트를 추출하도록 분석된다. 일단 형태의 시퀀스가 선택되면, 레이저 펄스 파라미터 및 움직임 제어 파라미터는 원하는 크기, 형태 및 표면 부드러움을 갖는 특징부를 가공하기 위해 선택된다.

레이저 시스템은 기판을 레이저 펄스 축에 상대적인 위치로 이동시키도록 움직임 제어 서브시스템 및 레이저 펄스 조향 광학기기에게 지시하고, 레이저의 펄싱을 시작한다. 변형가능한 미러는, 움직임 제어 서브시스템 및 레이저 펄스 조향 광학기기가 레이저 펄스에 상대적으로 기판 위치를 변화시키도록 조합할 때 레이저 펄스 초점 스팟이 원하는 형태를 고려하도록 한다. 레이저가 펄싱하고 기판이 펄스에 대해 이동하는 동안, 변형가능한 미러는 레이저 초점 스팟의 형태를 업데이트하여, 레이저 펄스가 원하는 일정한 토폴로지 및 표면 마감을 갖는 특징부를 가공하도록 하고, 이를 통해 종래 기술의 전술한 단점을 해결한다.

본 발명은 특징부 경로 방향 및 형태에서의 변화에도 불구하고 일정한 크기, 깊이 및 형태를 갖는 전자 기판에서의 특징부를 레이저 가공하기 위한 방법 및 장치에 효과적이다

도 1은 원형-평평한 레이저 펄스를 갖는 종래 기술의 레이저 가공을 도시한 도면.
도 2는 정사각형-평평한 레이저 펄스를 갖는 종래 기술의 레이저 가공을 도시한 도면.
도 3은 종래 기술의 레이저 가공 시스템을 도시한 도면.
도 4는 종래 기술의 시스템에 의해 기판에서 가공하는 굴곡진 특징부를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 구성된 레이저 가공 시스템을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 구성된 프로그래밍가능 빔 성형기를 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 일실시예에 의해 레이저 가공된 굴곡진 특징부를 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 일실시예에 의해 레이저 가공된 굴곡진 특징부를 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 일실시예에 의해 레이저 가공된 굴곡진 특징부를 도시한 도면.

다음의 논의에 설명되는 바와 같이, 본 발명의 실시예들은 레이저 펄스에 의해 소재에 전달된 에너지의 분포를 제어하기 위해 레이저 펄스 초점 스팟을 성형함으로써 종래 기술에 나타난 문제를 해결한다. 도 5는 본 발명의 일실시예를 도시하며, 펄싱된 고체 상태의 UV 레이저일 수 있는 레이저(70)는 제어기(72)의 방향으로, 시준 광학기기(76)에 의해 성형된 레이저 펄스(74)를 방출하고, 상기 시준 광학기기(76)는 레이저(70)로부터 방출된 펄스로부터 더 큰 시준된 펄스를 생성한다. 시준 광학기기(76)는 레이저 펄스를 시준하고, 이들 레이저 펄스를 원하는 빔 크기로 팽창시킨다. 레이저 펄스(74)는 이 지점에서 수mm의 유효 직경을 갖는다. 레이저 펄스(74)는 그런 후에 초점 스팟 성형 광학기기(77)로 전달되고, 이러한 초점 스팟 성형 광학기기(77)는 제어기(72)의 방향으로 레이저 펄스 초점 스팟을 원하는 형태로 성형한다. 펄스는, 다중-스테이지일 수 있고 제어기(72)에 의해 또한 제어될 수 있는 펄스 조향 광학기기(78)로 향하고, 그런 후에 f-세타 렌즈일 수 있고 레이저 펄스(74)를 소재(82)로 집속하고 향하는 스캔 광학기기(80) 상으로 향하고, 상기 소재(82)는 전자 기판일 수 있고, 움직임 제어 조립체(84) 상에 고정되고, 상기 움직임 제어 조립체(84)는 제어기(72)의 방향으로 레이저 펄스(74)에 대해 그리고 빔 조향 광학기기(78)와 협력하여 소재(82)를 이동시켜, 레이저 펄스(74)가 소재(82) 상의 원하는 지점으로 향하게 하고, 이를 통해 소재(82)에서 원하는 특징부를 가공한다.

도 6은 초점 스팟 성형 광학기기(77)의 세부사항을 도시한다. 레이저 펄스(74)는, 필요한 경우 시준된 펄스가 확대되고 약 9.6mm의 깨끗한 애퍼처를 갖는 변형가능한 미러(92)의 표면 상으로 투사되는 선택적인 입력 광학기기(90)에 의해 수용된다. 제어기(미도시)의 제어 하에 변형가능한 미러는 변조하고, 레이저 펄스(74)를 선택적인 출력 광학기기(94)로 반사하기 전에 레이저 펄스(74)를 성형하고, 이러한 선택적인 출력 광학기기(94)는 레이저 펄스를 펄스 조향 광학기기(78) 상으로 중계한다. 출력 광학기기(94)는, 미러(92) 및 펄스 조향 광학기기(78)가 수cm 이상만큼 분리되는 경우에 변형가능한 미러(92)의 출력을 중계하는데 사용된다. 변형가능한 미러(92)는 엑추에이터의 어레이에서의 각 엑추에이터를 단일 유연한 미러의 배면에 부착함으로써 구성된다. 엑추에이터가 위 아래로 이동할 때, 엑추에이터는 미러의 표면을 변형시킨다. 엑추에이터의 해상도는, 이러한 유형의 변형가능한 미러가 레이저 빔 파면에서의 프로그래밍가능한 시프트를 생성하여, 레이저 펄스에서의 홀로그램-형 간섭 패턴을 생성함으로써 레이저 펄스와 상호 작용할 수 있도록 이루어지고, 여기서 파장의 건설적이고(constructive) 해로운 간섭이 레이저 초점 스팟을 성형한다. 미러를 프로그래밍하는 한가지 가능한 방법은, 원하는 초점 스팟 형태의 푸리에 변환의 실제 양의(positive) 부분에 비례하여 일련의 계수를 계산하고, 이들 계수를 사용하여 미러를 프로그래밍하는 것이다.

예시적인 변형가능한 미러 조립체는 MA, 캠브리지, Boston Micromachines Corporation에 의해 제조된 Kilo-DM이다. 이 디바이스는 미러 요소당 최대 1.5마이크론 스트로크, 최대 9.6mm 깨끗한 애퍼처를 갖는 미러 요소의 32X32 어레이를 포함한다. 이 디바이스는 최대 10kHz의 프레임율로 전체 어레이를 업데이트할 수 있고, 이것은 레이저 펄스 초점 스팟이 100㎛로 완전히 변화할 수 있다는 것을 의미한다.

도 7은, 기판(100)에서의 굴곡진 채널을 가공하기 위해 도 5에 기재된 본 발명의 일실시예를 이용한 결과에 대한 시뮬레이션이다. 레이저 처리 시스템(미도시)은 기본 레이저 펄스 초점 형태(101)를 갖는 일련의 성형된 레이저 펄스를 기판(100)으로 향하게 하여, 채널의 곡선에 매칭하는데 필요한 대로 기본 형태를 회전시킨다. 펄스(102)는 경로(107)를 따라 펄스(104)에서 시작하여 펄스(106)에서 끝나도록 기판(100) 상으로 향하게 된다. 누적 레이저 복사선 선량 곡선(108, 122 및 116), 및 이에 따라 그 지점에서 결과적인 채널의 단면은 각각 라인(110, 114 및 118)을 따라 계산된 단면의 레이저 복사선 선량에 대응한다. 모든 단면(108, 112 및 116)이 허용가능하며, 이것은 결과적인 채널이 그 전체 길이, 원하는 결과를 통해 정사각형-면을 갖는 평평한-바닥의 단면을 갖는다는 것을 의미하는 것이 주지된다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예의 시뮬레이션이다. 레이저 처리 시스템(미도시)은 기본 레이저 초점 스팟 형태(121)를 갖는 일련의 성형된 레이저 펄스를 향하게 한다. 이러한 초점 스팟 형태가 초점 스팟을 가로질러 세기의 맞춰진 분포를 갖도록 프로그래밍된다는 것이 주지된다. 레이저 초점 스팟 형태(121) 상의 단면 라인(112)은 세기 분포를 갖고, 이에 따라 레이저 복사선 선량(124)을 갖는다. 세기 분포는 라인(122)과 평행한 모든 단면에 대해 동일하다. 단면(122)에 직각으로 취해진 단면 라인(126)은 초점 스팟 형태를 가로질러 세기(128)의 균일한 분포를 보여준다. 레이저 에너지의 이러한 맞춰진 분포는, 이러한 형태가 직사각형 단면을 갖는 특징부를 가공하도록 한다. 이러한 실시예는, 선택된 초점 스팟 형태가 회전되고 경로를 따라 병진 이동될 때 누적 선량을 계산함으로써, 그리고 각 지점에서의 누적 에너지 선량이 동일하도록 초점 스팟 형태 내에서 에너지 분포의 윤곽에 따름으로써(contouring) 이것을 달성한다. 도 8은, 맞춰진 초점 스팟 형태가 기판에서의 특징부를 가공하기 위해 어떻게 사용되는지를 도시한다. 이중 하나가 132로 표시된 레이저 펄스 초점 스팟 형태는, 경로(137)를 따라 펄스(134)에서 시작하여 펄스(136)에서 끝나도록 기판(130) 상으로 향하게 된다. 누적 레이저 복사선 선량 곡선(144, 146 및 148), 및 이에 따라 그 지점에서의 결과적인 채널의 단면은 각각 라인(138, 140 및 142)을 따라 계산된 단면의 레이저 복사선 선량에 대응한다. 모든 단면(144, 146 및 148)이 허용가능하며, 이것은 결과적인 채널이 전체 길이, 원하는 결과를 통해 정사각형-면을 갖는 평평한-바닥의 단면을 갖는다는 것을 의미하는 것이 주지된다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예로부터의 결과를 도시한다. 도 9에서, 기판(150)은 원하는 특징부(미도시)의 윤곽을 따르는 에지를 갖는 레이저 펄스 초점 스팟 형태(151)로 레이저 가공된다. 이러한 레이저 초점 스팟 형태(151)는, 위치(154)에서 시작하여 위치(156)에서 끝나는 경로(157)를 따라 회전되고 병진 이동될 것이다. 이중 하나가 152로 표시되는 레이저 펄스 초점 스팟은 원하는 경로(157)에 맞춰지도록 병진 이동되고 회전될 것이다. 누적 레이저 복사선 선량 곡선(158, 160 및 162), 및 이에 따라 그 지점에서의 결과적인 채널의 단면은 각각 라인(164, 166 및 168)을 따라 계산된 단면의 레이저 복사선 선량에 대응한다. 모든 단면(158, 160 및 162)이 허용가능하며, 이것은 결과적인 채널이 전체 길이, 원하는 결과를 통해 정사각형-면을 갖는 평평한-바닥의 단면을 갖는다는 것을 의미하는 것이 주지된다.

본 발명의 기본 원리에서 벗어나지 않고도 본 발명의 전술한 실시예의 세부사항에 대한 많은 변화가 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 그러므로, 본 발명의 범주는 다음의 청구항에 의해서만 결정되어야 한다.

Claims (6)

1. 레이저 가공 시스템을 통해 소재에서의 특징부(feature)를 가공하기 위한 개선된 방법으로서, 상기 레이저 가공 시스템은 레이저 펄스를 방출하도록 동작하는 레이저를 포함하고, 상기 레이저 펄스는 레이저 펄스 파라미터 및 레이저 초점 스팟을 갖고, 상기 초점 스팟은 초점 스팟 형태를 갖고, 상기 특징부는 경로를 갖고, 상기 경로는 미리 결정된 경로 파라미터를 갖는, 레이저 가공 시스템을 통해 소재에서의 특징부(feature)를 가공하기 위한 개선된 방법에 있어서,
   상기 미리 결정된 경로 파라미터를 검사하는 단계와;
   상기 검사된 미리 결정된 경로 파라미터와 일치하도록 상기 레이저 초점 스팟 형태를 선택하는 단계와;
   상기 검사된 미리 결정된 경로 파라미터와 일치하도록 상기 레이저 펄스 파라미터를 설정하는 단계와;
   상기 선택된 레이저 초점 스팟 형태 및 상기 설정된 레이저 펄스 파라미터를 이용하여 상기 경로에 근접한 상기 소재에 충돌하도록 상기 레이저 펄스를 향하게 하여, 상기 소재에서 상기 특징부를 가공하는, 레이저 펄스를 향하게 하는 단계를
   포함하는, 레이저 가공 시스템을 통해 소재에서의 특징부를 가공하기 위한 개선된 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 레이저 초점 스팟 형태는 변형가능한 미러로 생성되는, 레이저 가공 시스템을 통해 소재에서의 특징부를 가공하기 위한 개선된 방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 미리 결정된 경로 파라미터는 선형 형태, 프로파일 형태, 폭 및 깊이를 포함하는, 레이저 가공 시스템을 통해 소재에서의 특징부를 가공하기 위한 개선된 방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 레이저 펄스 파라미터는 파장, 펄스 지속기간, 펄스 형태, 펄스 에너지, 및 펄스 반복율을 포함하는, 레이저 가공 시스템을 통해 소재에서의 특징부를 가공하기 위한 개선된 방법.
5. 소재에서 특징부를 가공하기 위한 개선된 레이저 가공 시스템으로서, 상기 레이저 가공 시스템은 레이저 빔 축 상에서 레이저 펄스를 방출하도록 동작가능한 레이저 및 제어기를 포함하는, 소재에서 특징부를 가공하기 위한 개선된 레이저 가공 시스템에 있어서,
   상기 레이저 초점 스팟이 상기 제어기에 의해 향하는 대로 성형되도록 상기 레이저 빔 축에 설치되고 상기 제어기에 동작가능하게 연결되는 빔 성형 디바이스를
   포함하는, 레이저 가공 시스템.
6. 제 5항에 있어서, 상기 빔 성형 디바이스는 변형가능한 미러인, 레이저 가공 시스템.

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