KR20140075686A - 물질을 싱귤레이트하는 시스템 및 프로세스 - Google Patents

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마이클 미엘크
라마누자푸램 에이. 스리니바스
티모시 부스
토르 윌뱅크스
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레이디안스, 아이엔씨.
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Abstract

본 발명은 물질 싱귤레이션을 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 몇몇 실시예에 따라, 물질 싱귤레이션을 위한 방법은 제 1 레이저 출력을 물질에 적용하는 단계로서, 제 1 레이저 출력은 제 1 레이저 출력에 노출된 물질의 물질 특성의 변형을 야기하는, 제 1 레이저 출력의 적용 단계와; 물질의 싱귤레이션에 의해 생성된 표면이 실질적으로 결함이 없는 방식으로 물질의 싱귤레이션을 야기하기 위해 제 1 레이저 출력에 노출된 물질에 제 2 레이저 출력을 적용하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

물질을 싱귤레이트하는 시스템 및 프로세스{SYSTEMS AND PROCESSES THAT SINGULATE MATERIALS}
본 기술은 일반적으로 물질의 레이저 처리에 관한 것으로, 더 구체적으로 물질을 싱귤레이트(singulate)하는 시스템 및 방법에 관한 것이지만, 여기에 한정되지 않는다.
일반적으로 말하면, 싱귤레이션(singulation)은 종종 화학적 프로세스 및/또는 기계적 힘을 물질, 특히 강화 유리와 같은 부서지기 쉬운 물질에 적용하는 것을 수반하는 물질 분리 프로세스이다. 싱귤레이션을 통해 제품을 생성하도록 종종 처리되는 물질의 다른 공통적인 예들은 비결정질 고체 물질, 결정 물질, 반도체성 물질, 결정 세라믹, 폴리머, 수지 등을 포함하지만, 여기에 한정되지 않는다.
몇몇 실시예에 따라, 본 기술은 물질 싱귤레이션 방법에 관한 것이다. 방법은 (a) 제 1 레이저 출력을 물질에 적용하는 단계로서, 제 1 레이저 출력은 제 1 레이저 출력에 노출될 때 물질의 물질 특성의 변형을 야기하는, 적용 단계와; (b) 물질로의 결함부의 전달을 실질적으로 감소시키면서 물질의 싱귤레이션을 야기하기 위해 제 1 레이저 출력에 노출된 물질에 제 2 레이저 출력을 적용하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 본 기술은 물질 싱귤레이션을 야기하는 레이저 디바이스에 관한 것일 수 있다. 이들 레이저 디바이스는 (a) 물질의 적어도 일부분에 적용될 때 물질의 하나 이상의 물질 특성을 변형하기 위해 레이저 출력을 생성하는 제 1 레이저 디바이스와; (b) 제 1 레이저 디바이스의 레이저 출력에 노출된 물질에 적용될 때, 제품으로의 결함부의 전달을 실질적으로 감소시키면서 싱귤레이트된 제품을 제작하는 레이저 출력을 생성하는 제 2 레이저 디바이스를 포함할 수 있다.
추가 실시예에서, 본 기술은 프로세스에 의해 생성된 싱귤레이트된 제품에 관한 것일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 프로세스는 (a) 물질의 스톡(stock)을 제공하는 단계와; (b) 빔 경로를 따라 제 1 레이저 출력을 스톡 물질에 적용하는 단계와; (c) 분리에 의해 생성된 싱귤레이트된 물질의 표면이 실질적으로 결함부가 없는 방식으로 빔 경로를 따라 스톡 물질로부터 싱귤레이트된 물질의 분리를 야기하기 위해 빔 경로를 따라 제 2 레이저 출력을 적용하는 단계를 포함할 수 있다.
본 기술의 특정 실시예는 첨부도에 의해 도시된다. 도면이 반드시 축적대로 도시될 필요가 없고, 세부사항이 기술의 이해를 위할 필요는 없거나, 인식하기 어려운 다른 세부사항이 생략될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 본 기술이 본 명세서에 예시된 특정 실시예에 반드시 한정되지 않는다는 것이 이해될 것이다.
본 발명은 기계적 물질 분리 디바이스 및/또는 프로세스의 이용을 요구하지 않는 물질을 싱귤레이트하는 간략화된 프로세스에 효과적이다.
도 1은 본 개시에 따른 사용을 위한 예시적인 싱귤레이션 시스템의 개략도.
도 2a는 제 1 레이저 출력을 물질에 적용함에 의해 야기된 변형을 갖는 물질의 사시도.
도 2b는 현미경 평가 하에 도시된, 물질을 통해 확장하는 변형을 보여주는 물질의 측면 분해도.
도 3은 물질 내의 상이한 깊이를 통해 각각 확장하는, 변하는 변형을 보여주는 물질의 측면 분해도.
도 4a는 물질의 변형을 보여주는 측면 분해도의 현미경 사진.
도 4b는 물질에 3mm 집속된, 도 4a의 측면 분해도의 다른 현미경 사진.
도 5는 제 2 레이저 출력을 변형에 적용함에 의해 2개의 섹션으로 싱귤레이트된 물질의 사시도.
도 6은 본 기술에 따른 실시예를 구현하는데 사용될 수 있는 예시적인 계산 시스템을 도시한 도면.
이 기술이 많은 상이한 형태로 실시예를 허용하지만, 도면에 도시되고, 본 명세서에서 본 개시가 기술 원리의 예시로서 고려되고 기술을 예시된 실시예에 한정하도록 의도되지 않는다는 것을 이해하여 여러 특정 실시예를 구체적으로 설명할 것이다.
본 명세서에 언급된 유사하거나 비슷한 요소 및/또는 구성요소가 유사한 도면 부호로 도면 전체에서 식별될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 여러 도면이 본 기술의 단지 개략적인 도면이라는 것이 추가로 이해될 것이다. 이와 같이, 몇몇 구성요소는 도면의 명백함을 위해 실제 축적으로부터 왜곡될 수 있다.
본 기술은 일반적으로 물질의 레이저 처리에 관한 것이고, 더 구체적으로, 한정에 의하지 않게, 2개 이상의 유형의 레이저 출력을 물질에 적용함으로써 물질, 특히 부서지기 쉬운 물질을 싱귤레이트하는 시스템 및 방법에 관한 것으로, 결과적인 싱귤레이트된 제품은 실질적으로 결함부가 없다.
싱귤레이션은 물질을 개별적인 제품으로 분리, 또는 특징부(features)를 물질로 밀링(milling)하는 것을 허용한다. 공통적인 싱귤레이션은 종종 미세 균열 또는 칩(chips)과 같은 결함부를 최종 제품에 도입하는 것을 피하기 위해 시도에서 느리고 반복적으로 수행되는 다수의 처리 단계를 수반한다. 심지어 다중-단계 프로세스에서도, 현재 프로세스는, 물질로의 기계적 힘의 임의의 적용이 결함부를 물질에 쉽게 전달할 수 있기 때문에 낮은 수율을 갖는다.
그러므로, 기계적 물질 분리 디바이스 및/또는 프로세스의 이용을 요구하지 않는 물질을 싱귤레이트하는 간략화된 프로세스가 필요하다.
일반적으로 말하면, 본 기술은, 레이저 출력의 각 유형이 변화의 상이한 물리적 메커니즘을 물질에 유도하는 2개 이상의 상이한 유형의 레이저 빔으로의 물질의 동시 노출을 포함할 수 있다. 이들 노출의 조합은 깨끗하고, 결함부가 없는 형태를 갖는 제품을 생성한다. 깨끗하고 결함부가 없는 형태를 갖는 제품은 또한 "실질적으로 매끄러운" 표면을 갖는 제품으로서 언급될 수 있다.
전술한 바와 같이, 종종 싱귤레이션을 통해 제품을 생성하도록 처리되는 물질의 공통적인 예는 비결정질 고체 물질, 결정 물질, 반도체성 물질, 결정 세라믹, 폴리머, 수지 등을 포함하지만, 여기에 한정되지 않는다.
예를 들어, 강화 유리 시트는, 강화 유리 시트를, 터치 스크린 디바이스를 생성하도록 이용될 수 있는 하나 이상의 터치 스크린 기판으로 변형하기 위해 2개 이상의 레이저 빔 출력을 받을 수 있다. 강화 유리의 예는 고온 노출에 의해, 또는 코닝제 고릴라 글래스(Gorilla Glass) 또는 아사히제 드래곤트레일(Dragontrail)과 같은 화학적 처리에 의해 개선되었던 유리를 포함할 수 있다. 강화 유리 시트는 특히 얇을 수 있는데, 대략 0.5mm 이하일 수 있고, 이것은 종래의 싱귤레이션 방법 동안 결함부 제공에 증가된 자화율을 제공할 수 있다.
광범위하게 말하면, 제 1 레이저 출력은 물질로의 변형을 유도할 수 있고, 제 2 레이저 출력은 변형에서 물질의 분리를 야기할 수 있다. 이러한 2가지 단계 프로세스는 균열 또는 다른 표면 불균일성/변동과 같은 결함부가 실질적으로 없는 에지 표면을 갖는 싱귤레이트된 제품(및 전체 제품)을 생성할 수 있다. 즉, 본 기술은 기계적 프로세스를 통해 생성된 싱귤레이트된 제품에 비해 더 매끄러운 싱귤레이트된 에지, 더 균일하게 평평한 표면, 더 낮은 표면 거침도(roughness), 및 더 큰 기계적 세기를 갖는 싱귤레이트된 제품을 생성한다.
본 기술은 크게 변하는 기하학적 구성을 갖는 싱귤레이트된 제품을 생성하도록 이용될 수 있다. 더욱이, 본 명세서에 제공된 시스템 및 방법은 미세한 정밀도로 특징부를 제품에 제조하도록 이용될 수 있다. 특징부의 예는 슬릿, 애퍼처, 그루브, 노치, 에칭 등을 포함하지만, 여기에 한정되지 않는다.
더 구체적으로, 제 1 레이저 빔은 빔 경로(또한 툴 경로로서 알려진)를 따라 이산 변화(discrete change)를 물질의 분자 구조로 유도할 수 있다. 변형은 물질 격자에서의 분자 결합의 분리, 분자 성분의 기하학적 재배향, 및/또는 분자 종의 공간 이동 - 단지 소수만이 언급됨 - 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 변형은 굴절률에 대한 섭동(perturbation), 광 흡수, 물질의 나머지에 대한 기계적 응력(stress)에서의 변동, 또는 물질의 물리적 밀도에서의 변화를 거시적으로 나타낼 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제 2 레이저 빔은 제 1 레이저 빔과 동일한 경로를 따를 수 있고, 레이저 빔에 의해 트레이스(traced)된 경로를 따라 기판(변형을 따라)의 섹션들 사이의 완전한 분리를 생성하는 경로를 따라 가열 효과를 생성할 수 있다. 2개의 레이저 빔은 매우 적은 시간 지연으로 기판 상에 이미징(imaged)될 수 있다. 즉, 제 1 빔의 전달 이후 제 2 빔의 전달 사이에 매우 적은 시간 지연이 있을 수 있다(몇몇 경우에 몇분의 1초만에). 더욱이, 2개의 레이저 빔은 단일 운동 제어 및 빔 전달 장치를 이용하여 이미징될 수 있다. 2개의 레이저 빔으로의 기판의 노출은 시간에 대해 하나의 레이저 빔으로서 작용하도록 실질적으로 동시에 발생할 수 있지만, 순 물질 변형(예를 들어, 싱귤레이션)은 2개의 이산 레이저 유도된 메커니즘의 조합된 효과에 의해 생성된다.
다른 예시적인 실시예에 따라, 본 기술은 물질에서의 제 1 변형을 생성하기 위해 단 펄스 레이저와, 물질을 분리시키기 위해 장 펄스 또는 연속파 레이저를 이용할 수 있다. 단 펄스 레이저와 연관된 피크 전력은 전술한 임의의 분자 섭동을 쉽게 초래할 수 있다. 이들 섭동은 단 레이저 펄스의 강한 전계를 물질에 적용함에 반응하여 전자의 급속한 가속에 의해 야기될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 제 1 변형은 물질의 격자 패턴(분자 레벨)에서의 불연속성과 같이 임의의 이온화 효과의 군(family)을 포함할 수 있다.
제 2 레이저는 비교적 높은 평균 전력 및 낮은 피크 전력을 갖는 레이저 빔을 생성할 수 있다. 레이저 빔은 광 흡수를 통해 물질에서 열을 생성할 수 있다. 제 2 레이저 빔 노출 영역 내의 국부적인 가열은 제 1 레이저 빔에 의해 생성된 변형을 선택적으로 가열할 수 있고, 격자 패턴 불연속성(예를 들어, 변형)을 따라 물질이 분리하도록 할 수 있다. 분리에 대한 다른 원인은 물질 변형 영역을 통해 음향 충격파(제 2 레이저의 레이저 빔의 적용에 의해 생성됨)의 전파를 포함할 수 있고, 및/또는 물질 변형 영역의 심한 열 변이(thermal gradation)를 포함할 수 있다.
도 1은 본 기술의 실시예를 실시하는데 사용하기 위한 예시적인 싱귤레이션 시스템{이후부터 "시스템(100)"으로 지칭됨}을 도시한다. 일반적으로 말하면, 시스템(100)은 제 1 레이저 디바이스(105) 및 제 2 레이저 디바이스(110)를 포함할 수 있고, 이들 디바이스 각각은 빔 전달 조립체(115)와 선택적으로 결합된다. 제 1 및 제 2 레이저 디바이스 각각은 아래에 더 구체적으로 논의될 것이다. 명백함을 위해, 제 1 및 제 2 레이저 디바이스(105 및 110)는 동일한 하우징(120) 내에 배치되는 것으로 도시되지만, 제 1 및 제 2 디바이스가 서로 개별적으로 수용될 수 있고, 선택적으로 개별적인 시스템(미도시)에 수용될 수 있다.
빔 전달 조립체(115)는 일반적으로 제 1 및 제 2 레이저 디바이스(105 및 110)에 의해 생성된 레이저 빔을 집속시키고 향하게 하기 위해 이용되는 광학 및/또는 구조적 구성요소를 포함하는 것으로 설명될 수 있다. 빔 전달 조립체의 구조 및 동작은 그 전에 본 개시에 대해 당업자에게 잘 알려져 있다. 그러므로, 빔 전달 조립체(115)의 상세한 논의는 간략함을 위해 생략될 것이다.
시스템(100)은 또한 제 1 및 제 2 레이저 디바이스(105 및 110) 아래에 위치된 플랫폼(125)을 포함할 수 있다. 플랫폼(125)은 또한 스톡(stock) 물질로서 알려진 물질(130)을 지지하도록 이용될 수 있다.
이제 집합적으로 도 1 내지 도 2b를 참조하면, 제 1 레이저 디바이스(105)는 물질(130) 내에서 주요 전자 에너지 여기를 유도하는 레이저 빔(135)을 생성하도록 적응되는 다수의 상이한 유형의 레이저들 중 임의의 하나를 포함할 수 있다. 제 1 레이저 디바이스(105)는 가시 광선, 근적외선, 또는 자외선 중 임의의 것으로부터 선택된 광의 파장을 포함하는 레이저 빔을 생성할 수 있다는 것이 이해될 것이다.
추가로, 제 1 레이저 디바이스(105)는 약 10 ns 이하의 레이저 펄스 지속기간을 이용할 수 있다. 다른 실시예에서, 제 1 레이저 디바이스(105)는 약 50 ps 이하의 레이저 펄스 지속기간을 이용한다. 몇몇 실시예에서, 제 1 레이저 디바이스(105)는 약 1 ps 이하의 레이저 펄스 지속기간을 이용할 수 있다. 제 1 레이저 디바이스(105)의 레이저 펄스 지속기간은 조사된(irradiated) 영역(변형의 바람직한 영역) 내에서 생성될 바람직한 전계 세기에 기초하여 선택될 수 있다. 레이저 펄스 지속기간 및 레이저 펄스 세기는 밀도 및 불투명도와 같은 물질의 물리적 특성에 기초하여 변할 수 있다.
제 1 레이저 디바이스(105)는 빔 경로(140)를 따라, 또는 패턴에 따라 레이저 빔을 물질에 선택적으로 적용할 수 있다. 빔 전달 조립체(115)의 선택적인 조정은 물질의 임의의 깊이에 대한 전기 에너지 여기를 야기할 수 있다(도 3을 참조). 추가로, 전기 에너지 여기의 양은 빔 전달 속도 및 빔 에너지 레벨과 같은 제 1 레이저 디바이스(105)의 추가 파라미터를 변경시킴으로써 선택적으로 조정될 수 있다.
물질의 전기 에너지 여기는 빔 경로(140)를 따라 물질 내에서 분자의 섭동을 야기할 수 있다. 일반적인 용어에서, 물질의 섭동은 물질(130)의 하나 이상의 물리적 특성에서의 변화를 유도하는 것을 포함할 수 있다. 섭동은 예를 들어, 물질의 분자 격자에서의 분자 결합의 분리(또한 격자 패턴 불연속성을 생성하는 것으로 알려짐), 제거된 물질의 국부적인 부피(또한 스크라이브로서 알려짐), 물질의 분자의 기하학적 재배향, 및/또는 빔 경로를 따라 물질 밀도에서의 변화를 포함할 수 있다 - 단지 소수만이 지칭됨.
도 2a 및 도 2b는 빔 경로(140)의 길이를 따라 물질(130)의 상부 표면(150)과 하부 표면(155) 사이로 연장하는 변형(145)을 도시한다.
도 3은 물질(300) 내에서 길이 및 깊이를 변경하는 물질 변형을 도시한다. 예를 들어, 변형(305)은 물질(300)의 상부 표면(310)과 하부 표면(315) 사이로 연장할 수 있다{도 2a 및 도 2b의 변형(145)과 유사함}. 변형(320)은 상부 표면(310)으로부터 물질(300)의 깊이로 연장하는 것으로 도시된다. 변형(325)은 상부 표면(310) 아래의 거리에서 시작하여 하부 표면(315) 위에서 미리 결정된 거리에서 종료하는 것으로 도시된다. 변형(330)은 물질(300)의 하부 표면(315)으로부터 위로 연장하고 상부 표면(310)으로부터 미리 결정된 거리에서 물질(300) 내에서 종료하는 것으로 도시된다. 이들 변형은 단지 예시에 불과하고, 변형이 물질(300)의 상부 표면(310)과 하부 표면(315) 사이의 임의의 깊이에서 연장할 수 있다는 것을 예시한다.
추가로, 빔 경로(140)의 폭은 빔 전달 조립체(115)의 광학 구성을 변경함으로써 선택적으로 조정될 수 있다. 몇몇 실시예에 따라, 빔 전달 조립체(115)는 제 1 레이저 디바이스(105)의 출력을 대략 1 ㎛ 내지 100㎛의 폭으로 집속시킬 수 있다. 그 전에 본 개시에 대한 당업자는, 빔 폭이 변형(305)의 치수를 변경시키도록 선택적으로 변경될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
물질의 물질 특성에 대한 변형은 물질의 기계적 특성의 검사에 의해 증명될 수 있다. 예를 들어, 변형은 변형을 따라 물질의 굴절률(특히 투명하거나 반투명한 물질에 대해)에서의 변화를 유도할 수 있다. 그러므로, 물질의 굴절 검사시, 변형은 시각적으로 변형되지 않은 물질과 다른 것으로 나타날 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 변형된 물질(400)의 굴절 검사의 현미경 사진을 도시한다. 물질(400)은 물질(400) 내에서 변형(405)을 유도한 제 1 레이저 출력에 노출되었다. 변형은 제 1 레이저 디바이스에 의해 방출된 빔 경로를 따른 물질(400)의 밀도에서의 변화를 초래하였다는 것이 이해될 것이다. 검사는 물질에 대한 광의 적용을 포함하였다. 물질에 대한 광의 적용시, 변형(405)은 물질(400)을 통해 연장하는 검은 선으로서 나타난다. 이러한 어두워짐은 변형(405)에 인접한(어느 한 면상에서) 물질(400)의 나머지에 대해 변형(405)을 통해 더 느리거나 더 큰 흡수를 갖는 광 이동으로 인한 것이다.
도 4b는, 도 4b가 물질(400)에 3mm 집속된다는 점을 제외하고, 도 4a와 동일한 물질(400)의 부분을 도시한다는 점은 말할 필요가 없다. 더욱이, 물질(400)의 확대 및 이미징이 가능한데, 이는 물질(400)이 적어도 부분적으로 투명하고 이를 통해 광을 전달할 수 있기 때문이다.
도 5는 제 1 섹션(505) 및 제 2 섹션(510)과 같이 분리된 섹션으로 변형된 물질(500)(이미 싱귤레이트된 구성으로 도시된)의 분리(예를 들어, 싱귤레이션)을 도시한다. 제 1 및 제 2 섹션(505 및 510)은 제 1 섹션(505)의 에지 표면(515)을 보여주기 위해 단지 예시적인 목적으로 서로 오프셋되게 도시된다. 변형된 물질은 제 1 레이저 디바이스(105)의 제 1 레이저 출력을 이전에 받았던 물질을 포함하는 것으로 이해될 것이다.
변형된 물질(500)의 싱귤레이션은 빔 경로(520)를 따라 제 2 레이저 디바이스(110)의 레이저 출력에 의해 야기될 수 있다. 빔 경로(520)가 단지 예시적인 목적으로 변형된 물질(500)의 에지를 지나 연장하는 것으로 도시된다.
제 2 레이저 디바이스(110)의 레이저 출력은 빔 경로(520)를 따라 변형된 물질(500)의 가열을 야기할 수 있고, 이것은 변형{빔 경로(520)로 표시됨}을 따라 변형된 물질의 분리 또는 싱귤레이션을 초래한다. 제 2 레이저 디바이스(110)에 의한 변형된 물질(500)의 분리가 실질적으로 결함이 없는 싱귤레이트된 제품을 생성한다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 싱귤레이션 동안 생성되는 싱규레이트된 에지 표면(515)과 같은 에지 표면 및 코너(525 및 530)는 균열, 조각남(chipping), 또는 일그러짐(misshaping)과 같은 결함을 실질적으로 갖지 않는다. 이들 결함은 제품의 기계적 무결성(integrity), 파열 세기, 및/또는 미적인 가치를 저하시킬 수 있다. 도시되지 않았지만, 제 2 섹션(510)은 또한 실질적으로 결함이 없는 싱귤레이트된 에지 표면을 포함한다.
도시되지 않았지만, 제 2 레이저 디바이스(110)에 의해 생성된 레이저 빔은 변형된 물질에 직접 인접한 물질의 온도를 증가시킬 정도로 충분한 폭을 가질 수 있다. 인접한 물질에 대한 온도에서의 증가는 싱귤레이션 동안 빔 경로(520)를 따라 결함의 전개를 방지하는데 도움을 준다.
이용된 레이저의 유형에 따라, 제 2 레이저 디바이스(110)의 제 2 출력은 변형된 물질(500)을 통해 전파되는 음향 충격파를 생성할 수 있다. 이러한 음향 충격파는 빔 경로(520)를 따라 변형된 물질의 장애를 야기할 수 있다. 충격파가 초고속 레이저 디바이스의 출력에 의해 생성될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
다른 실시예에서, 제 2 레이저 디바이스(110)의 레이저 빔은 약 10 ps 이상의 레이저 펄스 지속기간을 이용할 수 있다. 다른 실시예는 약 1 ㎲ 이상의 레이저 펄스 지속기간을 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제 2 레이저 출력은 대략 0.78 내지 3 ㎛(즉, 근적외선 광 스펙트럼)의 범위(0.78㎛ 및 3 ㎛을 포함함)로부터 선택된 파장을 포함한다. 다른 응용에서, 제 2 레이저 출력은 대략 50 내지 1,000㎛(즉, 원적외선 광 스펙트럼)의 범위(50㎛ 및 1,000 ㎛을 포함)으로부터 선택된 파장을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 제 2 레이저 디바이스(110)는 연속파 레이저 디바이스를 포함한다.
전술한 바와 같이, 제 2 레이저 디바이스(110)의 빔의 폭은 변형(145)의 폭에 기초하여 선택적으로 조정될 수 있다. 빔의 폭은 빔 전달 디바이스(115)의 광학 구성을 변경시킴으로써 선택적으로 조정될 수 있다. 몇몇 실시예에 따라, 빔 전달 조립체(115)는 제 2 레이저 디바이스(110)의 출력을 대략 10㎛ 내지 10mm의 폭으로 집속할 수 있다{제 1 레이저 디바이스의 출력에 의해 야기된 변형의 폭에 기초하여, 또는 대략 1 내지 100㎛).
몇몇 실시예에서, 시스템(100)은 빔 경로(140)의 전체 길이를 따라 제 2 레이저 디바이스(110)로부터의 레이저 출력을 적용하기 전에 물질(130)의 빔 경로(140)의 전체 길이를 따라 제 1 레이저 디바이스(105)로부터의 레이저 출력을 적용할 수 있다. 다른 실시예에서, 제 1 및 제 2 레이저 디바이스(105 및 110) 모두의 레이저 출력은 실질적으로 동시에 발생한다. 즉, 제 2 레이저 디바이스(110)의 출력의 적용은 제 1 레이저 디바이스(105)의 출력의 적용 이후에 발생할 수 있다. 예를 들어, 제 2 레이저 디바이스(110)의 레이저 빔은 빔 경로(140)를 따라 제 1 레이저 디바이스(105)의 레이저 빔 뒤에(미리 결정된 거리에서) 후속할 수 있다.
전술한 예가 간단한 직사각형 물질을 2개의 개별적인 직사각형 섹션으로 분리시키는 것을 구상하지만, 시스템(100)이 스톡 물질로부터 미세한-형태의 제품을 생성하도록 이용될 수 있다는 것을 당업자는 인식할 것이다. 예를 들어, 강화 유리 시트는 전술한 방법에 따라 복수의 터치 스크린 기판을 생성하도록 처리될 수 있다. 터치 스크린 기판은 임의의 바람직한 기하학적 구성을 가질 수 있다.
추가로, 미세한 세부사항은 전술한 프로세스를 이용하여 애퍼처(apertures) 또는 포트와 같이 터치 스크린 기판에 제조될 수 있다.
다른 예시적인 용도에서, 반도체 기판은 본 기술에 의해 처리될 수 있다. 예를 들어, 관통-실리콘 비아(through-silicon vias)와 같은 특징부는 본 기술의 이용으로 반도체 기판에 제조될 수 있다.
몇몇 실시예에 따라, 제 1 및 제 2 레이저 디바이스를 갖는 것보다, 시스템은 다양한 레이저 출력을 생성할 수 있는 단일 레이저 생성 및 방출 디바이스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 단일 레이저 생성 및 방출 디바이스는 단 및 장 펄스 지속기간 레이저 빔 모두를 생성할 수 있다. 더욱이, 단일 레이저 생성 및 방출 디바이스는 또한 임의의 적합한 파장 내에 있는 레이저 빔을 출력할 수 있다.
제 1 및 제 2 레이저 디바이스(105 및 110) 모두에 관해, 이들 레이저 디바이스는 물질로의(예를 들어, 물질쪽으로의 전달, 또는 그 내에서) 레이저 빔 전달을 위한 다수의 기술들 중 임의의 하나를 이용할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 레이저 빔 전달 기술의 비-제한적인 예는 임의의 부피, 평면, 라인, 또는 그 전에 본 개시에 대한 당업자에게 알려져 있는 지점 중 임의의 것에 대한 레이저 에너지의 배치를 위한 임의의 다른 기술/디바이스와 함께, 선형 및/또는 비선형 광학 전파, 정적 및/또는 과도(transient) 도파 효과, 광학 회절, 굴절, 반사, 필라멘테이션(filamentatino), 자가-집속을 포함한다.
추가로, 본 명세서에 개시된 레이저 디바이스의 조합된 효과는, 성형된 고가의 보석, 반도체 웨이퍼 스크라이빙 또는 싱귤레이션, 경조직(hard tissue)의 수술적 절단, 및 투명 디바이스 내부의 직렬 번호 또는 부분 번호와 같은 표식의 마킹을 포함하지만, 여기에 한정되지 않은 광범위한 미세-제조 응용에 사용하도록 구성될 수 있다 - 단지 소수만이 지칭됨.
다시 도 1을 참조하면, 동작시, 물질(130)의 스톡은 시스템(100)의 플랫폼(125) 상에 위치된다. 몇몇 실시예에서, 실행가능한 명령은 스톡 물질로부터 제품을 싱귤레이트하기 위해 시스템(100)의 동작 특성을 선택적으로 변경하도록 이용될 수 있다. 이들 명령은 도 6을 참조하여 기재된 계산 시스템(600)과 같은 계산 시스템(미도시)의 프로세서에 의해 실행될 수 있다. 계산 시스템은 특히 물질을 싱귤레이트하기 위해 시스템(100)의 동작을 제어하도록 제안될 수 있다.
실행가능 명령은 물질(130)의 물리적 특성에 기초하여 선택되는 제 1 레이저 디바이스(105)를 위한 레이저 파라미터를 포함할 수 있다. 물질(130)의 물리적 특성은 사용자에 의해 입력될 수 있거나, 하나 이상의 센서(미도시)로부터 데이터 수집을 통해 입력될 수 있다. 다음으로, 빔 전달 조립체(115)는 제 1 레이저 디바이스(105)의 빔을 물질(130)에 대해 특정한 깊이 및 폭으로 집속시키도록 선택적으로 조정된다. 제 1 레이저 디바이스(105)의 출력은 바람직한 제품 프로파일에 따라 빔 경로(140)를 따라 적용된다. 즉, 빔 경로(140)는 바람직한 제품 프로파일(예를 들어, 직사각형, 원형, 다각형, 불규칙성, 등)의 아웃라인에 근사한다.
제 1 레이저 디바이스(105)의 출력의 적용은 빔 경로(140)를 따라 물질(130)의 물질 특성의 변형(145)을 야기한다. 빔 경로(140)를 따라 물질(130)의 분리 또는 싱귤레이션을 야기하기 위해, 제 2 레이저(110)에 대한 레이저 파라미터는 물질의 물리적 특성 및 물질(130) 내에 유도된 변형(145)에 기초하여 다시 선택적으로 조정된다.
다음으로, 빔 전달 장치(115)의 구성은 선택적으로 조정된다. 예를 들어, 제 2 레이저 디바이스(110)의 빔의 폭은, 제 2 레이저 디바이스(110)의 빔이 변형(145)에 인접한 물질의 부분, 및 변형(145) 자체로 향하도록 선택된다.
제 2 레이저 디바이스(110)의 출력의 적용은 물질(130){또는 물질(130)의 임의의 다른 부분}의 에지 표면에 결함을 제공하지 않고도 변형(145)을 따라 스톡 물질(130)로부터의 제품(미도시)의 싱귤레이션 또는 분리를 야기한다.
도 6은 본 기술의 실시예를 구현하는데 사용될 수 있는 예시적인 계산 시스템(600)을 도시한다. 도 6의 시스템(600)은 계산 시스템, 네트워크, 서버, 또는 이들의 조합의 유사성의 배경으로 구현될 수 있다. 도 6의 계산 시스템(600)은 하나 이상의 프로세서(610) 및 메인 메모리(620)를 포함한다. 메인 메모리(620)는 부분적으로 프로세서(610)에 의한 실행을 위해 명령 및 데이터를 저장한다. 메인 메모리(620)는 동작시 실행가능 코드를 저장할 수 있다. 도 6의 시스템(600)은 대용량 저장 디바이스(630), 휴대용 저장 매체 드라이브(들)(640), 출력 디바이스(650), 사용자 입력 디바이스(660), 그래픽 디스플레이(670), 및 주변 디바이스(680)를 더 포함한다.
도 6에 도시된 구성요소는 단일 버스(690)를 통해 연결되는 것으로 도시된다. 구성요소들은 하나 이상의 데이터 전달 수단을 통해 연결될 수 있다. 프로세서 유닛(610) 및 메인 메모리(620)는 로컬 마이크로프로세서 버스를 통해 연결될 수 있고, 대용량 저장 디바이스(630), 주변 디바이스(들)(680), 휴대용 저장 디바이스(640), 및 디스플레이 시스템(670)은 하나 이상의 입력/출력(I/O) 버스를 통해 연결될 수 있다.
자기 디스크 드라이브 또는 광 디스크 드라이브를 통해 구현될 수 있는 대용량 저장 디바이스(630)는 프로세서 유닛(610)에 의한 사용을 위해 데이터 및 명령을 저장하기 위한 비휘발성 저장 디바이스이다. 대용량 저장 디바이스(630)는 시스템 소프트웨어를 메인 메모리(620)에 로딩하기 위해 본 기술의 실시예를 구현하기 위한 시스템 소프트웨어를 저장할 수 있다.
휴대용 저장 디바이스(640)는 도 6의 컴퓨터 시스템(600)으로 그리고 컴퓨터 시스템으로부터 데이터 및 코드를 입력 및 출력하기 위해 플로피 디스크, 컴팩트 디스크, 디지털 비디오 디스크, 또는 USB 저장 디바이스와 같은 휴대용 비휘발성 저장 매체와 연계하여 동작한다. 본 기술의 실시예를 구현하기 위한 시스템 소프트웨어는 그러한 휴대용 매체 상에 저장될 수 있고, 휴대용 저장 디바이스(640)를 통해 컴퓨터 시스템(600)에 입력될 수 있다.
입력 디바이스(660)는 사용자 인터페이스의 부분을 제공한다. 입력 디바이스(660)는 알파벳 문자 및 다른 정보를 입력하기 위해 키보드와 같은 알파벳 키패드, 또는 마우스, 트랙볼, 스타일러스, 또는 커서 방향 키와 같은 포인팅 디바이스를 포함할 수 있다. 추가로, 도 6에 도시된 시스템(600)은 출력 디바이스(650)를 포함한다. 적합한 출력 디바이스는 스피커, 프린터, 네트워크 인터페이스, 및 모니터를 포함한다.
디스플레이 시스템(670)은 액정 디스플레이(LCD) 또는 다른 적합한 디스플레이 디바이스를 포함할 수 있다. 디스플레이 시스템(670)은 텍스트 및 그래픽 정보를 수신하고, 디스플레이 디바이스로의 출력을 위한 정보를 처리한다.
주변기기(680)는 추가 기능을 컴퓨터 시스템에 추가하기 위해 임의의 유형의 컴퓨터 지원 디바이스를 포함할 수 있다. 주변 디바이스(들)(680)은 모뎀 또는 라우터를 포함할 수 있다.
도 6의 컴퓨터 시스템(600)에 제공된 구성요소는 일반적으로, 본 기술의 실시예와 함께 사용하는데 적합하고 종래 기술에 잘 알려진 그러한 컴퓨터 구성요소의 넓은 카테고리를 나타내도록 의도되는 컴퓨터 시스템에서 발견된 것들이다. 따라서, 도 6의 컴퓨터 시스템(600)은 개인용 컴퓨터, 핸드 헬드 계산 시스템, 전화, 모바일 계산 시스템, 워크스테이션, 서버, 미니컴퓨터, 메인프레임 컴퓨터, 또는 임의의 다른 계산 시스템일 수 있다. 컴퓨터는 또한 상이한 버스 구성, 네트워크화 플랫폼, 다중-프로세서 플랫폼 등을 포함할 수 있다. 유닉스, 리눅스, 윈도우즈, 매킨토시 OS, 팜 OS, 안드로이드, 아이폰 OS 및 다른 적합한 운영 체제를 포함하는 다양한 운영 체제가 사용될 수 있다.
본 명세서에 기재된 처리를 수행하는데 적합한 임의의 하드웨어 플랫폼이 기술과 함께 사용하는데 적합하다는 것이 주지된다. 컴퓨터-판독가능 저장 매체는 중앙 처리 유닛(CPU), 프로세서, 마이크로제어기 등에 명령을 제공하는데 참여하는 임의의 매체 또는 매체들을 언급한다. 그러한 매체는 각각 광 또는 자기 디스크 및 동적 메모리와 같은 비휘발성 및 휘발성 매체를 포함하지만, 여기에 한정되지 않는 형태를 취할 수 있다. 컴퓨터-판독가능 저장 매체의 공통적인 형태는 플로피 디스크, 플렉서블 디스크, 하드 디스크, 자기 테이프, 임의의 다른 자기 저장 매체, CD-ROM 디스크, 디지털 비디오 디스크(DVD), 임의의 다른 광 저장 매체, RAM, PROM, EPROM, FLASHEPROM, 임의의 다른 메모리 칩 또는 카트리지를 포함한다.
다양한 실시예가 위에서 설명되었지만, 이들 다양한 실시예가 한정되지 않게 단지 예로서 제공되었음이 이해되어야 한다. 설명은 기술의 범주를 본 명세서에 설명된 특정 형태에 한정하도록 의도되지 않는다. 따라서, 바람직한 실시예의 폭 및 범주는 전술한 임의의 예시적인 실시예에 의해 한정되지 않아야 한다. 상기 설명이 제한적이지 않고 예시적이라는 것이 이해되어야 한다. 이에 대조적으로, 본 설명은, 첨부된 청구항에 의해 한정되고 다른 경우 당업자에게 인식되는 기술의 사상 및 범주 내에 포함될 수 있을 정도로 그러한 대안, 변형 및 등가물을 포함하도록 의도된다. 그러므로, 기술의 범주는 상기 설명을 참조하지 않고 결정되어야 하고, 그 대신 등가물의 전체 범주와 함께 첨부된 청구항을 참조하여 결정되어야 한다.

Claims (22)

  1. 물질 싱귤레이션(singulation)을 위한 방법으로서,
    제 1 레이저 출력을 물질에 적용하는 단계로서, 제 1 레이저 출력은 제 1 레이저 출력에 노출된 물질의 물질 특성의 변형을 야기하는, 제 1 레이저 출력의 적용 단계와;
    물질로의 결함(defect)의 제공을 실질적으로 감소시키면서 물질의 싱귤레이션을 야기하기 위해 제 1 레이저 출력에 노출된 물질에 제 2 레이저 출력을 적용하는 단계를
    포함하는, 물질 싱귤레이션을 위한 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 제 1 레이저 출력의 레이저 펄스 지속기간은
    약 10 ns 이하;
    약 50 ps 이하;
    약 1 ps 이하
    중 임의의 것을 포함하는, 물질 싱귤레이션을 위한 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 물질 특성에서의 변형은
    물질의 물질 격자에서의 분자 결합을 분리시키는 것과;
    물질의 분자 성분의 기하학적 재배향(reorientation)과;
    빔 경로를 따라 물질 밀도에서의 변화
    중 임의의 것을 포함하는, 물질 싱귤레이션을 위한 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 제 1 레이저 출력은 가시광, 근적외선 광, 또는 자외선 광 중 임의의 것으로부터 선택된 파장을 포함하는, 물질 싱귤레이션을 위한 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 제 2 레이저 출력은
    물질의 온도에서의 증가;
    물질에서의 불연속적인 응력 경사(stress gradiant);
    물질을 통한 음향 충격파의 전파
    중 적어도 하나를 야기하는, 물질 싱귤레이션을 위한 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 제 1 레이저 출력은 빔 경로에 따라 물질에 적용되고, 추가로 제 2 레이저 출력은 빔 경로를 따라 그리고 빔 경로에 직접 인접하게 물질에 적용되는, 물질 싱귤레이션을 위한 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 제 2 레이저 출력은 대략 3 내지 50 ㎛(3㎛ 및 50㎛ 포함)의 범위로부터 선택된 파장을 포함하는, 물질 싱귤레이션을 위한 방법.
  8. 제 1항에 있어서, 제 2 레이저 출력은 대략 0.78 내지 3 ㎛(0.78㎛ 및 3㎛ 포함)의 범위로부터 선택된 파장을 포함하는, 물질 싱귤레이션을 위한 방법.
  9. 제 1항에 있어서, 제 2 레이저 출력은 대략 50 내지 1000 ㎛(50㎛ 및 1000㎛ 포함)의 범위로부터 선택된 파장을 포함하는, 물질 싱귤레이션을 위한 방법.
  10. 제 1항에 있어서, 제 2 레이저 출력의 레이저 펄스 지속기간은
    약 10 ps 이상;
    약 1 ㎲ 이상
    중 임의의 것을 포함하는, 물질 싱귤레이션을 위한 방법.
  11. 제 1항에 있어서, 제 2 레이저 출력은 연속파 출력을 포함하는, 물질 싱귤레이션을 위한 방법.
  12. 제 1항에 있어서, 제 1 레이저 출력을 적용하는 단계와 제 2 레이저 출력을 적용하는 단계는 실질적으로 동시에 발생하고, 제 1 레이저 출력의 적용은 먼저 발생하는, 물질 싱귤레이션을 위한 방법.
  13. 제 1항에 있어서, 제 1 레이저 출력을 물질 내의 깊이로 집속시키는 단계를 더 포함하고, 깊이는 물질의 상부 표면과 물질의 하부 표면 사이에 위치되는, 물질 싱귤레이션을 위한 방법.
  14. 물질 싱귤레이션을 야기하기는 레이저 장치로서,
    물질의 적어도 부분에 적용될 때 물질의 하나 이상의 물질 특성을 변형하기 위해 레이저 출력을 생성하는 제 1 레이저 방출 디바이스와;
    제 1 레이저 디바이스의 레이저 출력에 노출된 물질에 적용될 때, 싱귤레이트된 제품으로의 결함의 제공을 실질적으로 감소시키지 않으면서 싱귤레이트된 제품을 생성하는 레이저 출력을 생성하는 제 2 레이저 방출 디바이스를
    포함하는, 물질 싱귤레이션을 야기하기는 레이저 장치.
  15. 제 14항에 있어서, 제 1 레이저 방출 디바이스의 레이저 출력을 물질 내의 깊이로 집속시키는 빔 집속 조립체를 더 포함하고, 깊이는 물질의 상부 표면과 물질의 하부 표면 사이에 위치되는, 물질 싱귤레이션을 야기하기는 레이저 장치.
  16. 제 15항에 있어서, 제거된 물질의 국부화된 부피를 생성하기 위해 제 1 레이저 방출 디바이스의 레이저 출력을 물질의 상부 표면에 집속시키는 빔 집속 조립체를 더 포함하는, 물질 싱귤레이션을 야기하기는 레이저 장치.
  17. 제 15항에 있어서, 제 1 레이저 방출 디바이스의 레이저 출력은 물질에 적용되고, 레이저 출력은 물질에서의 격자 패턴 불연속성을 야기하는, 물질 싱귤레이션을 야기하기는 레이저 장치.
  18. 제 17항에 있어서, 제 2 레이저 방출 디바이스의 레이저 출력은 물질에 적용되고, 레이저 출력은 격자 패턴 불연속성을 따라 물질의 싱귤레이션을 야기하는 격자 패턴 불연속성의 열팽창을 야기하는, 물질 싱귤레이션을 야기하기는 레이저 장치.
  19. 제 15항에 있어서, 제 1 레이저 방출 디바이스 및 제 2 레이저 방출 디바이스는 조정가능한 레이저 파라미터를 선택적으로 갖는 단일 레이저 디바이스를 포함하는, 물질 싱귤레이션을 야기하기는 레이저 장치.
  20. 제 15항에 있어서, 물질은 유리 물질, 비결정질 고체 물질, 결정 물질, 반도체성 물질, 결정 세라믹, 폴리머, 및 이들의 조합들 중 임의의 것을 포함하는, 물질 싱귤레이션을 야기하기는 레이저 장치.
  21. 프로세스에 의해 생성된 싱귤레이트된 제품으로서,
    물질의 스톡을 제공하는 단계와;
    빔 경로를 따라 제 1 레이저 출력을 스톡 물질에 적용하는 단계로서, 제 1 레이저 출력은 빔 경로를 따라 스톡 물질의 물질 특성의 변형을 야기하는, 적용 단계와;
    분리에 의해 생성된 싱귤레이트된 물질의 표면이 실질적으로 결함을 갖지 않는 방식으로 빔 경로를 따라 스톡 물질로부터 싱귤레이트된 물질의 분리를 야기하기 위해 빔 경로를 따라 제 2 레이저 출력을 적용하는 단계를
    포함하는, 프로세스에 의해 생성된 싱귤레이트된 제품.
  22. 제 21항에 있어서, 싱귤레이트된 제품은 하나 이상의 관통 비아(through vias)를 갖는 반도체를 포함하는, 프로세스에 의해 생성된 싱귤레이트된 제품.
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