KR20150126603A

KR20150126603A - 테이퍼 제어를 위한 빔 각도 및 작업물 이동의 공조

Info

Publication number: KR20150126603A
Application number: KR1020157022909A
Authority: KR
Inventors: 하이빈 장
Original assignee: 일렉트로 싸이언티픽 인더스트리이즈 인코포레이티드
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2014-03-11
Publication date: 2015-11-12
Also published as: CN105163897A; EP2969372A4; TW201434562A; JP2016516584A; US20140263212A1; EP2969372A1; WO2014150604A1

Abstract

빔축(32)의 입사각(ω) 및 방위각(Φ)은 빔축(32)을 따라 전파되는 집점된 레이저 빔(30)에 의해 생성된 결과적인 커프(120)의 측벽(124)에 바람직한 테이퍼 특징들을 제공하기 위해 작업물(22)에 상대적으로 이동될 수 있다.

Description

테이퍼 제어를 위한 빔 각도 및 작업물 이동의 공조{COORDINATION OF BEAM ANGLE AND WORKPIECE MOVEMENT FOR TAPER CONTROL}

관련 출원

이 출원은 모든 목적을 위해 내용 전체가 참조로 본원에 포함되는 2013년 3월 15일에 출원된 미국 가 출원 번호 61/793,589의 정규 출원이다.

저작권 공고

ⓒ 2014 Electro Scientific Industries , Inc . 이 특허 문서의 개시의 부분은 저작권 보호 대상인 자료를 내포한다. 저작권자는 혹자에 의해 미국특허청 특허 파일 혹은 기록에 나타나 있는 특허 문서 혹은 특허 개시물의 원본 복사에 이의가 없으나, 이외 모든 저작권은 어떤 것이든 유보된다. 37 CFR § 1.71(d).

이 출원은 작업물 내에 피처를 가공하기 위한 레이저 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 작업물 내 만들어진 컷의 테이퍼를 제어하기 위해 빔 공조를 위한 레이저 시스템 및 방법에 관한 것이다.

작업물의 레이저 가공은 컷 품질에 해가 될 수 있는 테이퍼를 나타내는 커팅된 피처를 따라 에지를 종종 야기한다. 도 1은 종래의 레이저 처리 장비에 의해 작업물(22) 내에 만들어진 컷 또는 커프(20)를 도시한 것이다. 레이저 처리 장비는 콜리메이트 빔(24)의 빔 웨이스트(28)보다 크기가 작은 초점(26)에 스폿 크기(18)(도 8c)를 갖게 레이저 펄스의 콜리메이트 빔(24)을 집점한다. (빔 웨이스트(28)는 콜리메이트 빔이 초점(26)에 집점됨에 따라 크기가 감소한다.) 결과적인 집점된 빔(30)은 작업물(22)의 상면(34)에 수직한 빔축(32)을 따라 전파된다. 빔축(32) 및 작업물(22) 중 하나 이상은 커프(20)의 경로를 결정하는 작업물(22)을 따른 커팅 방향을 집점된 빔에 제공하기 위해 서로에 관하여 이동된다.

커팅에 의해 형성된 커프(20)는 바닥면(40) 및 측벽(42)에 의해 정의될 수 있다. 테이퍼는 작업물(22)의 상면(34)의 수직한 깊이방향 축(44)에 관하여 정의될 수 있다. 측벽(42)이 작업물(22)의 상면(34)에 수직하다면, 측벽(42)은 깊이방향 축(44)에 평행하고(그리고 이와 공선이고), 측벽(42)은 제로의 테이퍼를 갖는다.

그러나, 측벽(42)이 상면(34)에서 바닥면(40)으로 커프(20)의 중심에 안쪽으로 기울어지는 경사를 갖는다면, 컷에 의해 만들어진 측벽은 포지티브 테이퍼를 갖는다. 테이퍼는 도 1에 도시된 바와 같이, 측벽(42)과 깊이방향 축(44) 간에 측정된 테이퍼 각도 θ에 의해 정의될 수 있다. 측벽(42)이 상면(34)에서 바닥면(40)으로 커프(20)의 중심에서 멀어지게 기울어지는 경사를 갖는다면, 컷에 의해 만들어진 측벽(42)은 네거티브 테이퍼를 갖는다.

테이퍼 각도 θ는 몇도 내지 10도 이상, 혹은 의도적으로 더 큰 범위일 수 있고, 몇몇 레이저 처리 파라미터에 의해 영향을 받을 수 있는데, 그러나 반드시 이에 의해 제어되는 것은 아닐 수 있다. 큰 테이퍼가 많은 커팅 응용들에 있어선 이상적인 결과가 아니다. 또한, 최소화된 테이퍼 혹은 대략적으로 제로의 테이퍼는 많은 커팅 응용들에 있어서 바람직한 결과이다.

이 요약은 발명의 상세한 설명에서 더욱 설명되는 간이화된 형태로 개념들의 선택을 소개하기 위해 제공된다. 이 요약은 청구된 주제의 핵심적인 혹은 필수적인 발명적 개념을 확인하려는 것도 아니고, 청구된 주제의 범위를 결정하려고 하는 것도 아니다.

일부 실시예에서, 작업물 내에 피처를 레이저-가공하기 위한 방법은 작업물을 제공하는 단계; 레이저 광의 빔을 생성하는 단계; 작업물의 영역을 빔으로 조사하기 위해 빔을 작업물 상에 지향하는 단계로서, 빔은 입사각으로 작업물에 입사하고 작업물에 관하여 방위각 방향을 따라 작업물에 입사하는, 단계; 조사된 영역 내에 작업물의 부분을 제거하는 단계; 작업물 내에 가공 경로를 따라 작업물에 관하여 조사된 영역의 이동을 야기하는 단계; 및 가공 경로를 따라 조사된 영역의 위치에 기초하여 작업물에 관하여 빔의 방위각 방향을 변경하는 단계를 포함한다.

일부 대안적, 추가적, 혹은 점증적 실시예에서, 빔은 레이저 광의 적어도 한 펄스를 포함한다.

일부 대안적, 추가적, 혹은 점증적 실시예에서, 빔 내에 레이저 광은 100nm보다 큰 적어도 한 파장을 갖는다.

일부 대안적, 추가적, 혹은 점증적 실시예에서, 빔 내에 레이저 광은 11㎛ 미만의 적어도 한 파장을 갖는다.

일부 대안적, 추가적, 혹은 점증적 실시예에서, 작업물에 관하여 조사된 영역의 이동을 야기하는 것은 빔에 관하여 작업물을 이동하는 것을 포함한다.

일부 대안적, 추가적, 혹은 점증적 실시예에서, 빔에 관하여 작업물을 이동하는 것은 작업물을 선형으로 트랜스레이트하는 것을 포함한다.

일부 대안적, 추가적, 혹은 점증적 실시예에서, 빔에 관하여 작업물을 이동하는 것은 작업물을 회전적으로 트랜스레이트하는 것을 포함한다.

일부 대안적, 추가적, 혹은 점증적 실시예에서, 가공 경로의 적어도 부분은 곧바르다.

일부 대안적, 추가적, 혹은 점증적 실시예에서, 가공 경로의 적어도 부분은 만곡된다.

일부 대안적, 추가적, 혹은 점증적 실시예에서, 빔은 집점된다.

일부 대안적, 추가적, 혹은 점증적 실시예에서, 작업물에 관하여 빔의 방위각 방향을 변경하는 것은 빔을 편향하는 것을 포함한다.

일부 대안적, 추가적, 혹은 점증적 실시예에서, 빔을 편향하는 것은 빔을 반사하는 것을 포함한다.

일부 대안적, 추가적, 혹은 점증적 실시예에서, 빔을 편향하는 것은 빔을 굴절하는 것을 포함한다.

일부 대안적, 추가적, 혹은 점증적 실시예에서, 빔은 빔을 집점하기 전에 편향된다.

일부 대안적, 추가적, 혹은 점증적 실시예에서, 빔은 빔을 집점한 후에 편향된다.

일부 대안적, 추가적, 혹은 점증적 실시예에서, 빔은 동시에 편향되고 집점된다.

일부 대안적, 추가적, 혹은 점증적 실시예에서, 입사각은 가공 경로를 따라 조사된 영역의 위치에 기초하여 변경된다.

일부 대안적, 추가적, 혹은 점증적 실시예에서, 작업물 내에 피처를 레이저-가공하는 방법은 작업물을 제공하는 단계; 레이저 광의 빔을 발생하는 단계; 작업물의 영역을 조사하기 위해 빔을 작업물 상에 집점하는 단계로서, 빔은 입사각으로 작업물에 입사되고, 작업물에 관하여 방위각 방향을 따라 작업물에 입사되는, 단계; 작업물 내에 가공 경로를 따라 작업물에 관하여 조사된 영역의 이동을 이동 야기하는 단계; 및 가공 경로를 따라 조사된 영역의 위치에 기초하여 작업물에 관하여 빔의 방위각 방향을 변경하는 단계를 포함한다.

일부 대안적, 추가적, 혹은 점증적 실시예에서, 작업물 내에 피처를 레이저-가공하는 방법은 작업물을 제공하는 단계; 빔축을 따라 레이저 펄스들의 빔을 발생하는 단계; 커팅 경로를 따라 컷 방향으로 빔축과 작업물 간에 상대적 이동을 야기하는 단계; 커팅 경로를 따라 작업물 상에 제1 영역을 빔으로 조사하기 위해 작업물 상에 빔축을 지향하는 단계로서, 빔축은 제1 비제로 가공 각도로 작업물에 입사하고 커팅 방향에 관하여 제1 비제로 방위각 방향을 따라 작업물에 인가하는, 단계; 제1 입사각 및 제1 방위각 방향에 의해 영향을 받는 제1 테이퍼 특징을 갖는 제1 측벽을 포함하는 커프를 형성하기 위해 커팅 경로를 따라 제1 영역 내에 작업물의 물질을 제거하는 단계; 커팅 방향에 관하여 빔축의 제1 방위각 방향을 변경하는 단계; 커팅 경로를 따라 작업물 상에 제2 영역을 빔으로 조사하기 위해 작업물 상에 빔축을 지향하는 단계로서, 빔축은 제2 비제로 가공 각도로 작업물에 입사하며, 커팅 방향에 관하여 제2 비제로 방위각 방향을 따라 작업물에 인가하며, 제2 비제로 방위각 방향은 제1 비제로 방위각 방향과는 상이한 것인, 단계; 및 제2 입사각 및 제2 방위각 방향에 의해 영향을 받는 제2 테이퍼 특징을 갖는 제2 측벽을 형성하기 위해 커팅 경로를 따라 제2 영역 내에 작업물의 물질을 제거하는 단계를 포함한다.

일부 실시예에서, 빔축의 가공 각도는 작업물에 관한 입사각이다.

일부 실시예에서, 입사각은 실질적으로 빔-축 각도와 동일하다.

일부 대안적, 추가적, 혹은 점증적 실시예에서, 작업물 내에 피처를 레이저-가공하기 위한 방법은, 작업물을 제공하는 단계; 작업물 상에, 주변부를 갖는 이용가능 시야를 가진 비-텔리센트릭 렌즈를 통해 전파하는 빔축을 따라 레이저 펄스들의 빔을 발생하는 단계; 커팅 경로를 따라 컷 방향으로 빔축과 작업물 간에 상대적 이동을 야기하는 단계; 커팅 경로를 따라 작업물 상에 제1 영역을 빔으로 조사하기 위해서 시야의 주변부에 근접하여 작업물 상에 비-텔리센트릭 렌즈를 통해 빔축을 지향하는 단계로서, 빔축은 제1 비제로 가공 각도로 작업물 상에 입사하고 작업물에 관하여 제1 비제로 방위각 방향을 따라 작업물에 인가하는 것인, 단계; 및 제1 입사각 및 제1 방위각 방향에 의해 영향을 받는 제1 테이퍼 특징을 가진 제1 측벽을 포함하는 커프를 형성하기 위해 커팅 경로를 따라 제1 영역 내에 작업물의 물질을 제거하는 단계를 포함한다.

일부 대안적, 추가적, 혹은 점증적 실시예에서, 커팅 경로를 따라 커프가 확장된는 동안 제1 측벽의 제1 테이퍼 특징을 유지하기 위해서 시야의 주변부에 근접하여 작업물 상에 비-텔리센트릭 렌즈를 통해 빔축이 계속하여 지향된다.

일부 대안적, 추가적, 혹은 점증적 실시예에서, 커팅 경로는 곡률을 가지며, 빔축의 제1 방위각 방향은 커팅 경로의 곡률에 대해 조절하기 위해 작업물에 관하여 변경된다.

일부 대안적, 추가적, 혹은 점증적 실시예에서, 커팅 경로는 곡률을 가지며, 제1 영역은 제1 방향으로 커팅 경로를 따라 제1 세그먼트를 형성하고, 빔축의 제1 방위각 방향은 시야의 주변부에 근접하여 작업물 상에 비-텔리센트릭 렌즈를 통해 빔축의 방향이 커팅 경로를 따라 작업물 상에 제2 영역을 빔으로 조사하게 작업물에 관하여 변경되고, 빔축은 제2 비제로 가공 각도로 작업물에 입사하고 작업물에 관하여 제2 비제로 방위각 방향을 따라 작업물에 인가하고, 제2 비제로 방위각 방향은 제1 비제로 방위각 방향과는 상이하며, 제2 영역은 제1 방향으로부터 벗어나는 제2 방향으로 커팅 경로를 따라 제2 세그먼트를 형성하며, 제2 입사각 및 제2 방위각 방향에 의해 영향을 받는 제1 측벽의 제1 테이퍼 특징을 유지하면서 제2 방향으로 커프를 확장하게 커팅 경로를 따라 제2 영역 내에 작업물의 물질이 제거된다.

일부 대안적, 추가적, 혹은 점증적 실시예에서, 빔축의 제1 가공 각도는 비-텔리센트릭 렌즈의 렌즈축에 관하여 비제로 빔-축 각도의 방위로 놓인다.

일부 대안적, 추가적, 혹은 점증적 실시예에서, 빔축의 제1 가공 각도는 비-텔리센트릭 렌즈의 축면에 관하여 비제로 및 비-수직 빔-축 각도의 방위로 놓인다.

일부 대안적, 추가적, 혹은 점증적 실시예에서, 빔축은 이용가능 시야의 주변부의 5mm 내에서 작업물에 인가되게 지향된다.

일부 대안적, 추가적, 혹은 점증적 실시예에서, 빔축은 이용가능 시야의 주변부의 1mm 내에서 작업물에 인가되게 지향된다.

일부 대안적, 추가적, 혹은 점증적 실시예에서, 빔축은 이용가능 시야의 주변부의 100 미크론 내에서 작업물에 인가되게 지향된다.

일부 대안적, 추가적, 혹은 점증적 실시예에서, 빔축의 제1 가공 각도는 2도보다 크다.

일부 대안적, 추가적, 혹은 점증적 실시예에서, 빔축의 제1 가공 각도는 5도보다 크다.

일부 대안적, 추가적, 혹은 점증적 실시예에서, 빔축의 제1 가공 각도는 2도보다 크고 10도보다 작다.

일부 대안적, 추가적, 혹은 점증적 실시예에서, 빔축의 제1 가공 각도는 20도보다 작다.

일부 대안적, 추가적, 혹은 점증적 실시예에서, 제1 가공 각도 및 제2 가공 각도는 동일하다.

일부 대안적, 추가적, 혹은 점증적 실시예에서, 제1 가공 각도 및 제2 가공 각도는 서로 상이하다.

일부 대안적, 추가적, 혹은 점증적 실시예에서, 제1 방위각 방향은 20도보다 크거나 같고 180도 미만인 각도 값을 갖는다.

일부 대안적, 추가적, 혹은 점증적 실시예에서, 제1 방위각 방향은 약 90도인 각도 값을 갖는다.

일부 대안적, 추가적, 혹은 점증적 실시예에서, 제1 방위각 방향 및 제2 방위각 방향은 서로 다른 방향들에서 동일한 각도 값들을 갖는다.

일부 대안적, 추가적, 혹은 점증적 실시예에서, 제1 방위각 방향 및 제2 방위각 방향은 서로 다른 방향들에서 서로 상이한 각도 값들을 갖는다.

일부 대안적, 추가적, 혹은 점증적 실시예에서, 제1 측벽 및 제2 측벽은 동일한 테이퍼를 갖는다.

일부 대안적, 추가적, 혹은 점증적 실시예에서, 제1 측벽 및 제2 측벽은 동일한 특징들을 갖는다.

일부 대안적, 추가적, 혹은 점증적 실시예에서, 제1 측벽 및 제2 측벽은 의도적으로 상이한 테이퍼를 갖는다.

일부 대안적, 추가적, 혹은 점증적 실시예에서, 빔축은 커프의 폭보다 작은 반복적 패턴으로, 그리고 빔 경로를 따른 일부 레이저 스폿들이 제1 측벽을 형성하는 제1 레이저 스폿들이 되고 빔 경로를 따른 일부 레이저 스폿들이 제2 측벽을 형성하는 제2 레이저 스폿들이 되게, 작업물 상에 빔 경로로 지향되며, 제1 레이저 스폿들은 제1 방위각 방향으로 지향되고 제2 레이저 스폿들은 제2 방위각 방향으로 지향된다.

일부 대안적, 추가적, 혹은 점증적 실시예에서, 작업물 내에 피처를 레이저-가공하기 위한 레이저 마이크로가공 시스템은 빔축을 따라 선택된 펄스 파라미터들의 레이저 펄스들의 빔을 발생하게 동작하는 레이저; 자신을 통해 전파하게 동작하고 작업물 대해, 주변부를 가진 이용가능 시야를 갖는 비-텔리센트릭 렌즈; 작업물을 지지하고 이동하게 동작하는 작업물 스테이지; 비-텔리센트릭 렌즈를 통하여 그리고 작업물 상에 타겟 위치들을 향하여 직접 혹은 간접적으로 빔축을 지향하게 동작하는 고속 포지셔너; 작업물에 관하여 고속 포지셔너를 지지하고 이동하기 위한 포지셔너 스테이지; 및 작업물 스테이지의 이동을 제어하게 동작하며, 선택된 펄스 파라미터들, 하나 이상의 선택된 가공 각도들, 및 하나 이상의 선택된 방위각들에 의해 결정되는 선택된 테이퍼 특징들을 가진 측벽을 갖는 커프를 형성하기 위해서, 빔축을 따라 레이저 펄스들을 지향하게 고속 포지셔너를 제어하고 타겟 위치들에 시야의 주변부에 근접하여 작업물 상에 비-텔리센트릭 렌즈를 통해 빔축을 하나 이상의 선택된 가공 각도들 및 하나 이상의 선택된 방위각들에 유지하게 동작하는, 제어기를 포함한다.

일부 대안적, 추가적, 혹은 점증적 실시예에서, 작업물 내에 피처를 레이저-가공하는 방법은 표면을 가진 작업물을 제공하는 단계; 작업물을 지지하고 작업물을 이동하게 동작하는 작업물 스테이지를 제공하는 단계; 선택된 레이저 파라미터들을 가진 레이저 펄스들의 빔을 발생하고 레이저 펄스들을 빔축을 따라 전파시키는 단계; 비-텔리센트릭 렌즈를 통하여 그리고 작업물 상에 타겟 위치들을 향하여 직접 혹은 간접적으로 빔축을 지향하게 동작하는 고속 포지셔너를 제공하는 단계로서, 비-텔리센트릭 렌즈는 작업물 상에 표면에 일반적으로 수직한 중앙 렌즈축을 갖는, 단계; 커팅 경로를 따라 컷 방향으로 빔축과 작업물 간에 상대적 이동을 야기하는 단계; 및 제1 측벽, 바닥, 및 제2 측벽을 포함하는 커프를 형성하기 위해 커팅 경로를 따라 제1 영역 내에 작업물의 물질을 제거하기 위해서 커팅 경로를 따라 작업물의 제1 영역을 빔으로 조사하게, 비-텔리센트릭 렌즈를 통해 빔축을 작업물 상에 지향하는 단계로서, 중앙 렌즈축은 제2 측벽에서보다 제1 측벽에서 더 먼 거리에 위치되고, 빔축은 제1 측벽이 선택된 펄스 파라미터들, 선택된 가공 각도, 및 선택된 방위각 방향에 의해 결정된 테이퍼 특징을 갖고 형성되게, 선택된 비제로 가공 각도로 작업물에 입사하고 커팅 방향에 관하여 선택된 비제로 방위각 방향을 따라 작업물에 인가하는 것인, 단계를 포함한다.

추가의 측면들 및 잇점들은 동반된 도면을 참조하여 진행하는 바람직한 실시예의 다음 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

도 1은 종래의 레이저 처리 장비에 의해 작업물 내 만들어진 컷 또는 커프의 측면 단면도이다.
도 2는 렌즈의 렌즈축과 공선인 빔축으로 만들어진 예시적 컷 또는 커프의 측면 단면도이다.
도 3은 작업물의 표면에 관하여 비수직 각도에 그리고 작업물의 표면을 따라 커팅 경로에 관하여 제1 방위각 방향의 방위로 놓인 빔축으로 만들어진 예시적 컷 또는 커프의 측면 단면도이다.
도 4는 작업물의 표면에 관하여 비수직 각도에 그리고 작업물의 표면을 따라 커팅 경로에 관하여 제2 방위각 방향에 방위로 놓인 빔축으로 만들어진 예시적 컷 또는 커프의 측면 단면도이다.
도 5는 이용가능 시야의 주변부에 근접하여 작업물에 인가하게 빔축을 지향함으로써 외 커프 벽 내에 바람직한 테이퍼 특징들을 가진 원형 피처를 형성하기 위해 빔축과 작업물 간에 예시적 상대적 공조된 이동을 도시한 평면도이다.
도 6은 이용가능 시야의 주변부에 근접하여 작업물에 인가하게 빔축을 지향함으로써 내 커프 벽 내에 바람직한 테이퍼 특징들을 가진 원형 피처를 형성하기 위해 빔축과 작업물 간에 예시적 상대적 공조된 이동을 도시한 평면도이다.
도 7은 타원형 피처를 구획하는 커팅 경로의 평면도이다.
도 8은 커팅 경로를 따라 커프를 형성하기 위해 작업물 상에 예시적 빔 경로의 평면도이다.
도 9는 제어된 테이퍼를 가진 커프를 만들기 위해 동작하는 레이저 마이크로가공 시스템의 개요도이다.
도 10은 여러 포지셔닝 요소들의 대표적 작업 엔벨로프의 평면도이다.

예시적 실시예가 동반된 도면을 참조하여 이하 설명된다. 이 발명의 정신 및 교시된 바 내에서 많은 서로 다른 형태 및 실시예가 가능하며, 따라서 이 발명은 본원에 개시되는 예시적 실시예로 제한되는 것으로서 해석되지 않아야 한다. 그보다는, 이들 예시적 실시예는 이 개시가 철저하고 완전하게 되고 당업자에게 발명의 범위를 전달하도록 제공된다. 도면에서, 성분들의 크기 및 상대적 크기는 명확성을 위해 과장되어 있을 수 있다. 본원에서 사용되는 용어는 특정한 예시적 실시예만을 기술할 목적을 위한 것이며 제한하려는 것이 아니다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태는 문맥이 명백히 달리 지시하지 않는 한, 복수의 형태도 포함하게 의도된다. "포함하다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는 이 명세서에서 사용될 때 언급된 특징, 정수, 단계, 동작, 요소, 및/또는 성분의 존재를 명시하지만, 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분, 및/또는 이들의 그룹의 존재 혹은 추가를 배제하는 것은 아님이 더욱 이해될 것이다. 달리 특정되지 않는 한, 값들의 범위는 인용되었을 때 이들 사이에 임의의 부-범위 뿐만 아니라, 범위의 상한 및 하한 둘 다를 포함한다.

다음 실시예는 작업물(22) 내에 커프(20)를 커팅하는 것에 대한 예로서만 본원에 제시된다. 이러한 실시예는 임의의 피처-커팅 동작 및, 특히 트레패닝 동작을 나타낸다. 이러한 레이저 물질 처리 동작에서 테이퍼 제어는 적어도 두 주요 이유 때문에 과제가 될 수 있다: 1) 레이저 빔(24)은 발산을 나타내어, 작업물(22)은 작업물(22) 내 컷의 깊이(50)가 증가함에 따라 상이한 빔 웨이스트(28) 및 피크 세기가 발생하게 되고; 2) 컷의 바닥면(40)에 도달하는 파워는 스캐터링 및 굴절 효과들에 기인하여 깊이의 함수로서 감소한다.

도 2는 비-텔리센트릭 스캐닝 혹은 집점 렌즈(62)의 렌즈축(60)과 공선인(및 스캐닝 혹은 집점 렌즈(62)의 축면(64)에 수직한) 빔축(32)으로 만들어진 예시적 컷 또는 커프(20a)의 단면도이다. 도 9에 관하여 나중에 기술되는 바와 같이, 레이저 빔(24)은 광학 경로(80)를 따라 전파되고, 종국에는 고속 포지셔너(90) 및 렌즈(62)의 제약에 연관된 빔축(32)의 편향의 각도 범위 내에 한도들에 의해 정의되는 렌즈(62)를 통한 시야(FOV)(100)(도 5)를 갖는 고속 포지셔너(90)에 의해 빔축(32)을 따라 지향된다. 고속 포지셔너(90)는 빔 포지셔닝 시스템(94)의 스테이지(92)에 장착되고, 작업물에 관하여 스테이지(92)의 위치는 FOV(100) 내에 레이저 스폿(102)(도 8c)이 사용할 수 있는 즉각적 위치들의 작업물 상에 영역을 정의한다. 도 2에 도시된 프로세스에 관하여, 빔축(32)은 시야(100)의 중심(원(98)으로 나타낸 바와 같은)에 지향되고, 커프(20a)는 이를테면 측벽(42)의 양측 상에 현저한 포지티브 테이퍼를 나타내는, 커프(20)와 유사한 특징들을 갖는다.

도 3은 표면(34)에 관하여 제1 비수직 인가 각도 α에 그리고 커팅 경로(122)에 관하여 제1 방위각 방향 혹은 작업물(22)의 표면(34)을 따른 커팅 방향(128)(도 8a)의 방위로 놓인 빔축(32)으로 만들어진 예시적 컷 또는 커프(120a)의 단면도이다. 방위각 방향은 작업물(22) 상에 커팅 경로(122)의 방향에 가로이고, 일반적으로, 커팅 경로(122)의 방향으로부터 측정된 수평 각도 혹은 방위각 Φ로서, 혹은 작업물을 양분하는 축(148)으로부터 측정된 수평 각도 혹은 방위각 Φ로서, 혹은 컷될 피처를 양분하는 축으로부터 측정된 수평 각도 혹은 방위각 Φ로서 정의될 수 있다. 유사하게, 도 4는 표면(34)에 관하여 제2 비수직 인가 각도 α에 그리고 작업물(22)의 표면(34)을 따라 커팅 경로(122)의 커팅 방향(128)에 관하여 제2 방위각 방향 Φ의 방위로 놓인, 혹은 작업물을 양분하는 축(148)으로부터 측정된 수평 각도 혹은 방위각 Φ로서, 혹은 컷될 피처를 양분하는 축으로부터 측정된 수평 각도 혹은 방위각 Φ로서 빔축(32)으로 만들어진 예시적 컷 또는 커프(120a)의 단면도이다.

도 3 및 도 4에 관하여, 커프들(120a, 120b)(일반적으로 커프(120))의 측벽(42)을 개별적으로 커팅(128) 경로(122)의 커팅 방향(128)(도 3 및 도 4를 내포하는 페이지 안쪽으로 보는 방향)에 관하여 좌측 측벽 124_a 및 우측 측벽 124_b이라 지칭할 수 있다. 또한, 좌측 측벽(124_a)은 커팅 경로(122)의 커팅 방향(128)에 바로 반시계 방향인 측벽(124)으로서 정의될 수 있고, 우측 측벽(124_b)은 커팅 경로(122)의 커팅 방향(128)에 바로 시계방향인 측벽(124)으로서 정의될 수 있다. 측벽(124)은 또한 이들이 가공되는 피처의 중심에 가까운지 아니면 먼지 여부에 관하여 내 및 외 측벽(124)로서 다루어질 수도 있다.

일부 실시예에서, 빔축(32)은 렌즈(62)의 렌즈축(60)에 관하여 비제로 빔-축 각도 ω에(그리고 렌즈(62)의 축면(64)에 대한 비제로 및 비-수직 각도 Ψ에), 그리고 방위각 방향 Φ, 즉 커팅 경로(122)에 가로인 방향으로 지향될 수 있다. 일부 실시예에서, 빔-축 각도 ω은 표면(34)에 관하여 빔축(32)의 입사각이다. 일부 실시예에서, 빔축(32)은 깊이방향 축(44)에 관하여 상보 각도 Υ로 지향될 수 있다.

도 3 및 도 4에 관하여, 비-텔리센트릭 렌즈(62)를 사용하여, 집점된 빔(30)은 빔축(32)과 작업물(22) 간에 상대적 위치들에 따라 서로 다른 테이퍼들을 가진 작업물(22)의 물질을 커팅한다. 예를 들면, 도 3에 관하여, 빔축(32)이 좌측으로 기울어진 각도(좌측으로 기울어진 빔-축 각도 ω 혹은 각도 Ψ, 혹은 우측으로 기울어진 인가 각도 α 혹은 상보 각도 Υ)을 갖도록 작업물(22)이 렌즈의 시야(100)에 관하여 좌측 상에 있을 때는 언제나, 결과적인 커프(120)의 좌측 측벽(124a)은 빔축(32)의 가공 각도 및 방위각 방향 Φ에 기인하여 우측 측벽(124b)보다 덜 한 테이퍼를 나타낼 것이다. 빔축(32)의 가공 각도 및 방위각 방향 Φ과 다른 레이저 파라미터들 간에 적합한 공조로, 레이저 가공 시스템(88)은 포지티브 테이퍼, 제로 테이퍼, 혹은 네거티브 테이퍼의 낮은 값들을 포함하는 -그러나 이들로 제한되지 않는다- 바람직한 테이퍼 특징들을 달성할 수 있다.

일부 실시예에서, 바람직한 테이퍼 특징들은 측벽(124)과 깊이방향 축(44) 간에 측정된, 5도 미만이거나 이와 동일한 테이퍼 각도 θ을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 테이퍼 각도 θ은 1도 미만이거나 이와 동일하다. 일부 실시예에서, 테이퍼 각도 θ는 0.5도 미만이거나 이와 동일하다. 일부 실시예에서, 테이퍼 각도 θ은 0.1도 미만이거나 이와 동일하다. 일부 실시예에서, 바람직한 테이퍼 특징들은 이를테면 텍스처 혹은 스무드니스, 혹은 텍스처 혹은 스무드니스의 균질성과 같은, 측벽(124)의 다른 질들을 포함할 수 있다.

도 4에 관하여, 빔축(32)이 우측으로 기울어진 각도(우측으로 기울어진 빔-축 각도 ω 혹은 각도 Ψ, 혹은 좌측으로 기울어진 인가 각도 α 혹은 상보 각도 Υ)을 갖도록 작업물(22)이 렌즈의 시야(100)에 관하여 우측 상에 있을 때는 언제나, 결과적인 커프(120)의 우측 측벽(124b)은 빔축(32)의 가공 각도 및 방위각 방향 Φ에 기인하여 좌측 측벽(124a)보다 덜 한 테이퍼를 나타낼 것이다.

계속하여 도 3 및 도 4에 관하여, 일부 실시예에서, 빔축(32)의 가공 각도는 1도보다 크거나 같고 20도 미만이다. 일부 실시예에서, 빔축(32)의 가공 각도는 1도보다 크거나 같고 10도 미만이다. 일부 실시예에서, 빔축(32)의 가공 각도는 2도보다 크거나 같다. 일부 실시예에서, 빔축(32)의 가공 각도는 5도보다 크거나 같다. 일부 실시예에서, 빔축(32)의 가공 각도는 8도보다 크거나 같다. 일부 실시예에서, 빔축(32)의 가공 각도는 1도보다 크거나 같고 10도 미만이다.

일부 실시예에서, 이를테면 곧바른 커프(120)를 커팅하기 위한, 빔축(32)의 방위각 Φ는 커팅 방향(128)에 관하여 20도보다 크거나 같고 180도 미만이다. 일부 실시예에서, 빔축(32)의 방위각 Φ는 커팅 방향(128)에 관하여 45도보다 크거나 같다. 일부 실시예에서, 빔축(32)의 방위각 Φ는 커팅 방향(128)에 관하여 45도보다 크거나 같고 135도 미만이거나 이와 같다. 일부 실시예에서, 빔축(32)의 방위각 Φ는 커팅 방향(128)에 관하여 70도보다 크거나 같고 110도 미만이거나 이와 같다. 일부 실시예에서, 빔축(32)의 방위각 Φ는 커팅 방향(128)에 관하여 약 90도이다. 그러나, 이를테면 원, 타원, 혹은 난형을 위한 폐루프 커팅 경로(122)를 가공하기 위해서, 빔축(32)의 방위각 Φ는 작업물(22)의 양분하는 축(148)에 관하여 360도일 수 있고 빔축(32)이 주변부를 일주할 때 변경할 수 있다.

일부 실시예에서, 상대적 이동은 제1 측벽(124a)이 선택된 펄스 파라미터, 선택된 가공 각도 ω, 및 선택된 방위각 방향 Φ에 의해 결정된 테이퍼 특징을 갖고 형성되게 빔축(32)이 선택된 비제로 가공 각도 ω에서 작업물(22)에 입사하여 커팅 방향(128)에 관한 선택된 비제로 방위각 방향 Φ을 따라 작업물(22)에 인가하도록, 렌즈(62)의 중심축(60)이 제2 측벽(124b)로부터보다 제1 측벽(124a)으로부터 더 먼 거리에 위치되게, 비-텔리센트릭 렌즈(62)를 통해 빔축(32)을 작업물(22) 상에 지향하는 것을 포함한다.

일부 실시예에서, 빔축(32)은 가공 각도를 달성하기 위해서 고속 포지셔너(90) 및/또는 렌즈(62)의 이용가능 시야(100)의 주변부에 근접하여 작업물(22)에 인가하게 지향된다. 일부 실시예에서, 빔축(32) 은 이용가능 시야(100)의 주변부의 5mm 내에 작업물(22)에 인가하게 지향된다. 일부 실시예에서, 빔축(32) 은 이용가능 시야(100)의 주변부의 2mm 내에 작업물(22)에 인가하게 지향된다. 일부 실시예에서, 빔축(32)은 이용가능 시야(100)의 주변부의 2mm 내에 작업물(22)에 인가하게 지향된다. 일부 실시예에서, 빔축(32)은 이용가능 시야(100)의 주변부의 500 미크론 내에 작업물(22)에 인가하게 지향된다. 일부 실시예에서, 빔축(32)은 이용가능 시야(100)의 주변부의 100 미크론 내에 작업물(22)에 인가하게 지향된다. 일부 실시예에서, 빔축(32)은 이용가능 시야(100)의 주변부의 25 미크론 내에 작업물(22)에 인가하게 지향된다.

일부 실시예에서, 이용가능 시야(100)는 직경을 가지며, 빔축(32)은 이용가능 시야(100)의 주변부에 관하여 직경의 40% 내에서 작업물(22)에 인가하게 지향된다. 일부 실시예에서, 빔축(32)은 이용가능 시야(100)의 주변부에 관하여 직경의 30% 내에서 작업물(22)에 인가하게 지향된다. 일부 실시예에서, 빔축(32)은 이용가능 시야(100)의 주변부에 관하여 직경의 20% 내에서 작업물(22)에 인가하게 지향된다.

일부 실시예에서, 이용가능 시야(100)는 10mm 내지 100mm의 직경(혹은 주 축)을 갖는다. 일부 실시예에서, 이용가능 시야(100)는 15mm보다 큰 직경을 갖는다. 일부 실시예에서, 이용가능 시야(100)는 25mm 내지 50mm의 직경을 갖는다. 일부 실시예에서, 이용가능 시야(100)는 75mm보다 작은 직경을 갖는다.

도 5는 이용가능 시야(100)의 주변부에 근접하여 작업물(22)에 인가하게 빔축(32)을 지향함으로써 외 커프 벽(124) 내에 바람직한 테이퍼 특징들을 가진 원형 피처(140)을 형성하기 위해서 원형 커팅 경로(122)를 따라 빔축(32)과 작업물(22) 간에 예시적 상대적 공조된 이동(130a)을 도시한 평면도이다.

도 5에 관하여, 이를테면 관통공 비아를 형성하기 위해서, 원형 피처(140)가 작업물(22)로부터 제거되는 일부 실시예에서, 외 측벽(124a)의 테이퍼가 제어된다. 일부 실시예에서, 상대적 이동(130a)은 빔축(32)이 원형 피처(140)의 바깥 에지 상에 집점되게, 렌즈(62)의 시야(100)에 혹은 근접하여 원으로 작업물(22)을 이동하여 피처가 일반적으로 시야(100)(시야(100)가 피처(140)의 크기와 비교하여 클 때) 안쪽으로 이동하는 것을 포함한다. 일부 실시예에서, 빔축(32)의 방위각 Φ는 렌즈축(60)과 같은 중심축에 관하여 회전하고 작업물(22)은 시야(100)의 주변부 주위로 선회한다. 일부 실시예에서, 빔축(32)의 방위각 Φ는 고정되고, 작업물(22)은 원형 피처(140)의 중심에 축을 중심으로 회전하고 아울러 작업물(22)이 시야(100)의 주변부 주위로 선회한다. 일부 실시예에서, 빔축(32)의 방위각 Φ가 회전하고, 작업물(22)은 작업물(22)이 시야(100)의 주변부 주위로 선회하는 동안 회전한다. 앞서 논의된 바와 같이, 테이퍼는 가공 각도, 방위각 Φ, 및 이외 다른 레이저 파라미터들을 제어함으로써 선택된다. 내 측벽(124b)의 테이퍼는 이러한 실시예에서 우려할 필요가 없다.

그러나, 도 6에 관하여, 이를테면 원형 디스크를 형성하기 위해서, 원형 피처(140)가 작업물(22)로부터 제거되는 일부 실시예에서, 내 측벽(124b)의 테이퍼가 제어된다. 도 6은 이용가능 시야(100)의 주변부에 근접하여 작업물(22)에 인가하게 빔축(32)을 지향함으로써, 내 커프 벽(124) 내에 바람직한 테이퍼 특징들을 가진 원형 피처(140)를 형성하기 위해 원형 커팅 경로(122)를 따라 빔축(32)과 작업물(22) 간에 예시적 상대적 공조된 이동(130b)을 도시한 평면도이다.

일부 실시예에서, 상대적 이동(130b)은 빔축(32)이 원형 피처(140)의 안쪽 에지 상에 집점되게, 렌즈(62)의 시야(100)의 주변부에 혹은 근접하여 원에 작업물(22)을 이동하여 피처가 대체로 시야(100) 밖으로 이동하게(시야(100)가 피처(140)의 크기에 비해 클 때) 하는 것을 포함한다. 일부 실시예에서, 빔축(32)의 방위각 Φ는 렌즈축(60)과 같은 중심축에 관하여 회전하고 작업물(22)은 시야(100)의 주변부 주위로 선회한다. 일부 실시예에서, 빔축(32)의 방위각 Φ는 고정되고, 작업물(22)은 원형 피처(140)의 중심에 축을 중심으로 회전하고 아울러 작업물(22)이 시야(100)의 주변부 주위로 선회한다. 일부 실시예에서, 빔축(32)의 방위각 Φ가 회전하고, 작업물(22)은 작업물(22)이 시야(100)의 주변부 주위로 선회하는 동안 회전한다. 앞서 논의된 바와 같이, 테이퍼는 가공 각도, 방위각 Φ, 및 이외 다른 레이저 파라미터들을 제어함으로써 선택된다. 외 측벽(124a)의 테이퍼는 이러한 실시예에서 우려할 필요가 없다.

원형 피처(140)와 같은 컷아웃 피처의 형상에 따라, 시야(100)의 중심으로부터 작업물(22)에 대한 상대적 오프셋 및 측벽(24)에 대해 요망되는 테이퍼를 달성하기 위해 빔축(32)(다른 레이저 파라미터들과 공조하여)에 대해 요망되는 각도를 계산할 수 있다.

일부 실시예에서, 작업물은 레이저 처리의 속도로 이동된다. 일부 실시예에서, 빔 이동 속도와 작업물 이동 속도와의 조합은 레이저 처리 동안 빔축(32)과 작업물(22) 간에 전체적인 상대적 속도를 제공하며 레이저 가공 프로세스의 바이트 크기로 전환할 수 있다. 일부 실시예에서, 요망되는 레이저 처리 속도(및 요망되는 바이트 크기)로 빔축(32)과 작업물(22) 간에 이러한 상대적 이동은 렌즈(62)의 시야(100) 및/또는 고속 포지셔너(90)의 크기와 유사한 영역에 걸쳐 작업물(22)의 고속 이동 속도를 이용할 수 있다.

도 7에 관하여, 일부 실시예에서, 상대적 이동들은 커프(120)의 경로와 비슷한 커팅 경로(122)를 따라 빔 경로(142)를 제공한다. 도 7은 타원형 피처(140a)를 일주하는 빔 경로(142)의 평면도이다. 이들 빔 경로(142)는 동심 커팅 경로(122)로서 도시되었는데 그러나 추가적으로 혹은 대안적으로 피처(140a)가 제거될 것이라면 실질적으로 동일하지만 깊이방향으로 분리될 수도 있다. 이들 빔 경로(142)는 이를테면 특히, 피처(140a)가 비교적 작거나 시야(100)보다 훨씬 크지 않을 때, 작업물(22)을 이동하고 계속하여 방위각을 변경함으로써, 앞서 논의된 전술한 상대적 이동 기술에 의해 달성될 수 있다.

그러나, 피처(140a) 혹은 작업물(22)이 크다면, 작업물(22)을 이동하고 지지하기 위한 스테이지(150)의 대역폭은 작업물(22)의 적절한 상대적 이동을 제공해야 하는 과제가 될 수 있다. 이에 따라, 일부 실시예에서, 작업물(22) 상에 빔 경로(142)는 커팅 경로(122)와는 상이할 수 있다.도 8a는 커프(120)를 형성하기 위한 예시적 직선 커팅 경로(122)의 부분의 평면도이다. 도 8b는 도 8a에 도시된 커팅 경로(122)를 따라 커프(120)를 형성하기 위해 작업물(22) 상에 예시적 빔 경로(142)의 확대된 평면도이다. 도 8b에 관하여, 커프(120)는 원, 타원, 횡 스캔 라인의 국부화된 빔 경로 반복, 혹은 작업물 스테이지(150)에 대역폭 요구를 감소시키기 위한 다른 빔 경로 패턴에 의해 요망되는 전체적인 커프 폭(144)이 되게 할 수 있다. 도 8c는 고속 포지셔너(90) 및/또는 고-속도 포지셔너(160)에 의해 빔축(32)의 연속적 이동으로부터 비롯되는 빔 경로(142)를 따라 작업 표면에 개개의 레이저 스폿(102)이 놓여진 평면도를 보여주는 컴퓨터 모델이다.

도 8a-도 8c(전체적으로 도 8)에 관하여, 예시적 실증적 파라미터들은, 약 18kHz의 PRF; 약 25㎛의 스폿 크기; 약 50mm/sec의 선속력(작은 회전하는 원형 패턴이 작업 표면에 걸쳐 이동하고 있는 레이트); 약 2kHz의 회전 레이트(원형 패턴이 회전하는 레이트); 약 30㎛의 회전 앱티튜드(원형 패턴의 직경(빔의 중심까지)); 약 10㎛의 안쪽 직경(나선 패턴의 출발 직경(원형 패턴의 중심까지)); 약 150㎛의 바깥쪽 직경(나선 패턴의 종료 직경(원형 패턴의 중심까지)); 및 약 2의 사이클 횟수(나선 패턴의 회전 횟수)를 포함한다. 모델은 15 내지 20 kHz 범위 내 레이저 펄스 레이트를 지원하기 위해서, 1 kHz 내지 2.5 kHz(회전당 5 내지 15 펄스)의 회전 레이트가 실질적 펄스 중첩을 위해 요망됨을 보여준다.

다시 도 8에 관하여, 이 기술은 가공 질 및 집점된 출력 빔(30)을 사용하는 다른 이익들(즉, 더 넓은 스폿을 달성하기 위해 빔을 촛점 이탈함이 없이)을 유지하면서도 스폿 직경(18)보다 넓은 커프가 몇번의 패스로 형성될 수 있게 한다. 또한, 빔 경로(142)는 작업물 스테이지(150) 혹은 고 상대적 이동 응용을 위한 일부 고속 포지셔너(90)의 대역폭 능력 밖일 수 있다. 그러나, 작업물 스테이지(150) 혹은 고속 포지셔너 스테이지(92)는 각각의 측벽(124a 및 124b)에 요망되는 테이퍼를 제공하기 위해 레이저 스폿(102a 및 102b)에 대한 요망되는 비-수직 입사 가공 각도 ω 및 방위각 Φ을 수용하기 위해 측벽(124a 및 124b)으로부터 충분한 거리를 고속 포지셔너(90) 혹은 고-속도 포지셔너(160)에 제공하기 위해, 필요하다면, 옮겨질 수도 있다. 측벽(124)을 형성하지 않는 레이저 스폿(102)은 반드시 비-수직 입사 가공 각도 ω 및 방위각 Φ을 가질 필요는 없다. 또한, 상대적 이동은 빔축(32)을 이용가능한 시야(100)의 주변부에 혹은 근접하여 지향하기 위해서 고속 포지셔너(90) 및/또는 고-속도 포지셔너(150)에 대해 구현될 수 있다. 이 기술은 블라인드 비아의 에지와 같은 임의의 곡률의 커팅 경로(122)를 가공하기 위해 사용될 수 있다. 이 기술은 의도적으로 입사 가공 각도 ω 및 방위각 Φ을 선택함으로써 그리고 의도적으로 이용가능 시야(100)의 주변부를 이용함으로써 Donald Cutler 등의 미국특허 6,706,998에 개시된 기술을 개선함에 유의한다. 이 출원의 양수인에 양도된 Donald Cutler 등의 미국특허 6,706,998는 참조로 본원에 포함된다.

도 9는 제어된 테이퍼를 가진 커프를 만들기 위해 동작하는 레이저 마이크로가공 시스템의 개요도이다. 도 9에 관하여, 레이저 출력(164)은 빔 포지셔닝 시스템(94)의 일련의 빔-지향 성분(170)(예를 들면 스테이지 축 포지셔닝 미러), 광학 고-속도 포지셔너(160), 및 고속 포지셔너(90)(예를 들면 한쌍의 갈바노미터-구동 X- 및 Y-축 미러)에 의해 지향되기 전에 광학 경로(80)를 따라 위치된 선택적 빔 익스팬더 렌즈 성분(166)(및/또는 선택적 감쇠기 혹은 펄스 피커, 예를 들면 음향-광학 혹은 전기-광학 장치, 및/또는 예를 들면 에너지, 타이밍, 혹은 위치를 위한, 피드백 센서)을 포함하는 다양한 공지된 광학계에 의해 조작될 수 있다. 마지막으로, 레이저 출력(164)은 작업물(22) 상에 레이저 스폿(102)을 형성하기 위해 빔축(32)을 따라 집점된 레이저 출력 빔(30)으로서 지향되기 전에, 비-텔리센트릭 집점 렌즈, 스캐닝 렌즈, 혹은 f-세타 렌즈와 같은, 렌즈(22)를 통과한다.

일부 실시예에서, 빔 포지셔닝 시스템(90)은 바람직하게 적어도 2개의 플랫폼 혹은 스테이지(150 및 92)를 제어하고 레이저 출력 빔(30)을 요망되는 레이저 타겟 위치(180)에 타겟 및 집점하기 위해 포지셔닝 성분(170)을 지지하는 트랜스레이트 스테이지 포지셔너를 채용한다. 일부 실시예에서, 트랜스레이트 스테이지 포지셔너는, 전형적으로 선형 모터에 의해 이동되는 Y 스테이지(150)가 작업물(22)을 지지 및 이동하고; X 스테이지(92)가 고속 포지셔너(90) 및 렌즈(62)를 지지 및 이동하고; Z 스테이지(182)가 X 스테이지와 Y 스테이지 간에 Z 차원을 조절할 수 있고; 빔-지향 성분(170)이 레이저(184)와 고속 포지셔너(90) 간에 임의의 턴을 통해 광학 경로(80)를 정렬하는, 분할-축 시스템이다. 작업물 스테이지(150)는 Y-축과 같은 단일 축을 따라 이동하게 동작할 수 있고, 혹은 작업물 스테이지(150)는 X-축 및 Y-축과 같은 횡단 축들을 따라 이동하게 동작할 수 있다. 대안적으로 혹은 추가로, 작업물 스테이지(150)는 이를테면 Z-축(단독으로, 혹은 X-축 및 Y-축을 따라 작업물을 이동할 뿐만 아니라)에 관하여, 작업물(22)을 회전하게 동작할 수 있다. 예를 들면, 작업물 스테이지(152)는 축에 관하여 작업물을 회전하는 추가의 회전 스테이지(152)를 지지할 수 있다. 전형적인 트랜스레이트 스테이지 포지셔너는 2 혹은 3m/sec의 속력 및 1.5G 혹은 이 이상의 가속도가 가능할 수 있다. 현재의 비용 효율적 트랜스레이트 스테이지는 약 400mm/sec 내지 약 1m/sec의 범위에서 수행한다. 당연히, 이들은 훨씬 더 느리게도 이동할 수 있다. 편의상, 고속 포지셔너(90)과 하나 이상의 트랜스레이트 스테이지(150 및/또는 92)과의 조합을 주 혹은 통합 포지셔닝 시스템이라 지칭할 수 있다.

전형적인 고속 포지셔너(90)는 작업물(22) 상에 비교적 큰 시야(100) 상에서 빔축(32)의 방향을 신속히 변경할 수 있는 한 쌍의 갈바노미터-제어 미러를 채용한다. 이러한 시야(100)는 전형적으로 작업물 스테이지(150)에 의해 제공되는 이동의 시야보다 작다. 음향-광학 장치 혹은 변형가능 미러(혹은 이외 다른 고속 스티어링 미러)와 같은, 고-속도 포지셔너(160)는 이들 장치가 갈바노미터 미러보다 작은 빔 편향 범위를 갖는 경향이 있을지라도, 대안적으로 고속 포지셔너(90)로서 사용될 수도 있다. 대안적으로, 고-속도 포지셔너는 갈바노미터 미러에 더하여 채용될 수도 있다. 예시적 고속 포지셔너는 약 2 혹은 3m/sec 내지 약 10m/sec의 선속력 및 약 1000 내지 2000 G의 가속도가 가능할 수 있고, 따라서 이들은 또한 예시적 통합 포지셔닝 시스템의 전형적인 능력이다. 당연히, 선속력은 이들 범위 미만에서도 동작할 수 있다.

도 10은 여러 포지셔닝 요소들의 대표적 작업 엔벨로프의 평면도이다. 도 10에 관하여, 선형 스테이지(152 및 92)는 전형적으로 고속 포지셔너(90)의 고속 포지셔너 엔벨로프(174)보다 큰 스테이지 엔벨로프(172)를 제공한다. 일부 실시예에서, 고속 포지셔너 엔벨로프(174)는 500 mm²보다 작거나 같다. 일부 실시예에서, 고속 포지셔너 엔벨로프(174)는 고속 포지셔너(90)의 시야(100)와 동등할 수 있다. 일부 실시예에서, 고속 포지셔너 엔벨로프(174)는 300 mm²보다 작거나 같고, 혹은 100 mm²보다 작거나 같고, 혹은 25 mm²보다 작거나 같다. 고속 포지셔너 엔벨로프(174)는 전형적으로 고-속도 포지셔너(160)의 고-속도 포지셔너 엔벨로프(176)보다 크다. 이들 포지셔닝 성분들의 일부 혹은 모든 엔벨로프들은 측벽(124)의 요망되는 테이퍼를 달성하기 위해 작업물(22)에 관하여 요망되는 입사 가공 각도 ω 및 방위각 Φ을 빔축(32)에 제공하기 위해 이용될 수 있다.

예를 들면, 도 3 및 도 10에 관하여, 요망되는 테이퍼를 가진 측벽(124a)의 형성에 관하여 요망되는 입사 가공 각도 ω 및 방위각 Φ을 수용하기 위해서, 선형 스테이지 엔벨로프(172)(작업물 스테이지(150)) 및/또는 고속 포지셔너 엔벨로프(174)(고속 포지셔너 스테이지(92))는 좌측으로 옮겨질 수 있고, 및/또는 고-속도 포지셔너 엔벨로프(176)는 우측(방위각 방향을 좌측으로 옮기고 및/또는 입사각을 증가시킴으로써)으로 옮겨질 수 있다. 유사하게, 도 4 및 도 10에 관하여, 요망되는 테이퍼를 가진 측벽(124b)의 형성에 관하여 요망되는 입사 가공 각도 ω 및 방위각 Φ을 수용하기 위해서, 선형 스테이지 엔벨로프(172)(작업물 스테이지(150)) 및/또는 고속 포지셔너 엔벨로프(174)(고속 포지셔너 스테이지(92))는 우측으로 옮겨질 수 있고, 및/또는 고-속도 포지셔너 엔벨로프(176)는 좌측(방위각 방향을 우측으로 옮기고 및/또는 입사각을 증가시킴으로써)으로 옮겨질 수 있다.

일부 실시예에서, 렌즈(62)는 렌즈축(60) 및 렌즈(62)의 축면이 고속 포지셔너(90) 및 또는 스테이지(92)에 관하여 정지하여 있게 고속 포지셔너(90)에 관하여 고정된 위치를 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 렌즈(62)는 렌즈(62)가 축면(64) 내에서 이동될 수 있고 및/또는 렌즈(62)의 축면(64)이 경사질 수 있게 고속 포지셔너에 관하여 이동할 수 있다. 렌즈(62)를 이동하기 위해 압전기 혹은 이외 다른 작동기가 채용될 수 있다. 렌즈(62)의 이동은 입사 가공 각도 ω 및 방위각 Φ의 제어를 용이하게 하기 위해 작업물(22)과 빔축(22) 간에 얼마간의 상대적 이동을 보충 혹은 치환하기 위해 사용될 수 있다.

레이저 시스템 제어기(190)는 바람직하게 레이저(184)의 발화를 스테이지(150 및 90) 및 고속 포지셔너(90)의 이동에 동기화한다. 레이저 시스템 제어기(190)는 일반적으로 고속 포지셔너(90), 스테이지(150 및 90), 레이저(184), 및 고-속도 포지셔너 제어기(192)를 제어하는 것으로 도시된다. 당업자는 레이저 시스템 제어기(190)가 파워를 제어 및/또는 이들 레이저 성분의 임의의 혹은 모두에 제공하기 위해 통합된 혹은 독립적인 제어 부-시스템들을 포함할 수 있다는 것과 이러한 부-시스템들은 레이저 시스템 제어기(190)에 관하여 원격에 위치될 수 있음을 알 것이다. 또한, 레이저 시스템 제어기(190)는 바람직하게, 포지셔닝 시스템(94)의 레이저(184) 혹은 성분과의 임의의 동기화를 제어할 뿐만 아니라, 고-속도 포지셔너 제어기(192)를 통해 직접 혹은 간접적으로, 고-속도 포지셔너(160)의 방향, 경사각 혹은 회전, 및 속도 혹은 주파수를 포함한, 상대적 이동을 제어한다. 편의상, 고-속도 포지셔너(160)와 고-속도 포지셔너 제어기(192)와의 조합을 2차 혹은 비-통합 포지셔닝 시스템이라고 지칭할 수 있다.

빔 포지셔닝의 추가적인 혹은 대안적 방법이 채용될 수 있다. 빔 포지셔닝의 몇몇 추가적인 혹은 대안적 방법은 Donald R. Cutler 등의 미국특허 5,751,585, Spencer Barrett 등의 미국특허 6,706,999 및 Jay Johnson의 7,019,891에 기술되어 있고, 이들 모두는 이 출원의 양수인에 양도되고, 이들 모두는 참조로 본원에 포함된다. 또한, 멀티-툴 포지셔닝 시스템은 커프를 형성하기 위해 2개의 빔을 동시에 지향하기 위해 채용될 수도 있고 각 빔은 요망되는 테이퍼의 상이한 측벽(124)을 형성하기 위해 지향됨을 알 것이다.

예시적 레이저 펄스 파라미터는 레이저 유형, 파장, 펄스폭, 펄스 반복 레이트, 펄스 수, 펄스 에너지, 펄스 시간적 형상, 펄스 공간적 형상, 및 촛점 크기 및 형상을 포함한다. 추가의 레이저 펄스 파라미터들은 작업물(22)의 표면에 관하여 촛점의 위치를 특정하는 것과, 작업물(22)에 관하여 레이저 펄스의 상대적 이동을 지시하는 것을 포함한다.

일부 실시예에서, 일부 실시예를 위해 잇점이 있게 채용될 수 있는 레이저 파라미터는 IR 내지 UV, 더 특히 약 10.6 미크론 이하 내지 약 266 nm의 범위인 파장을 가진 레이저(184)를 사용하는 것을 포함한다. 레이저(184)는 1W 내지 100W, 혹은 더 바람직하게 1W 내지 12W의 범위 내에 있는, 2W에서 동작할 수 있다. 펄스폭은 1 피코초 내지 1000 ns, 혹은 더 바람직하게 약 1 피코초 내지 200 ns의 범위이다. 레이저 반복 레이트는 1 KHz 내지 100 MHz, 혹은 더 바람직하게 10KHz 내지 1MHz의 범위 내일 수 있다. 레이저 플루언스는 약 0.1 X 10^-6 J/cm² 내지 100.0 J/cm², 혹은 더 특히 1.0 X 10^-2J/cm² 내지 10.0 J/cm²의 범위일 수 있다. 작업물(22)에 관하여 빔축(32)이 이동하는 속도는 1 mm/s 내지 10 m/s, 혹은 더 바람직하게 100 mm/s 내지 1 m/s의 범위이다. 작업물(22)의 표면에서 측정된 레이저 스폿(102)의 주 공간 축(18)은 10 미크론 내지 1000 미크론 혹은 50 미크론 내지 500 미크론의 범위일 수 있다.

작업물(22) 상에 혹은 이 내에 커프(120)를 만들기 위해 동작할 수 있는 몇몇 예시적 레이저 처리 시스템은 ESI 5320, ESI MM5330 마이크로가공 시스템, ESI ML5900 마이크로가공 시스템 및 ESI 5955 마이크로가공 시스템이고, 모두는 Electro Scientific Industries, Inc., Portland, OR 97229에 의해 제조된다.

이들 레이저-가공 시스템은 거의 임의의 유형의 레이저(184)를 채용할 수 있다. 일부 실시예는 고체상태 다이오드-펌핑 레이저(184)를 채용하며, 이것은 5 MHz까지의 펄스 반복 레이트로 약 366 nm(UV) 내지 약 1320 nm(IR)의 파장을 방출하게 구성될 수 있다. 그러나, 이들 시스템은 앞서 기술된 바와 같이 작업물(22) 상에 선택된 레이저 스폿(102)을 신뢰성있게 그리고 반복적으로 생성하기 위해 적합한 레이저, 레이저 광학계, 부품 취급 장비, 및 제어 소프트웨어의 치환 혹은 추가에 의해 개조될 수 있다. 이들 수정예는 레이저 처리 시스템이 적합한 레이저 파라미터를 가진 레이저 펄스를 레이저 스폿들(102) 간에 요망되는 레이트 및 바이트 크기로 적합하게 위치되고 유지된 작업물(22) 상에 요망되는 위치들에 지향할 수 있게 한다.

일부 실시예에서, 레이저-가공 시스템은 Lumera Laser GmbH, Kaiserslautern, Germany에 의해 제조된 모델 Rapid와 같은, 1064 nm 파장으로 동작하는 다이오드-펌핑 Nd:YVO₄ 고체상태 레이저(184)를 채용한다. 이 레이저는 파장을 532 nm까지 감소시키고 그럼으로써 가시 (녹색) 레이저 펄스를 생성하기 위해 고체상태 하모닉 주파수 발생기를 사용하여 선택적으로 주파수가 2배가 되거나, 약 355 nm으로 3배가 되거나 266 nm까지 4배가 되어 자외선(UV) 레이저 펄스를 생성할 수 있다. 이 레이저(184)는 6 와트의 연속 파워를 생성하게 규격이 정해지고 1000 KHz의 최대 펄스 반복 레이트를 갖는다. 이 레이저(184)는 제어기(54)와 공조하여 1 피코초 내지 1,000 나노초의 폭을 가진 레이저 펄스를 생성한다.

이들 레이저 펄스는 가우시안일 수 있고 혹은 레이저 스폿(102)의 요망되는 특징들을 허용하기 위해 광학 경로(80)를 따라 위치된 하나 이상의 광학 성분을 전형적으로 포함하는, 레이저 광학계에 의해 특별하게 형상화 혹은 재단될 수도 있다. 특별하게 형상화된 공간 프로파일은 회절 광학 요소 혹은 이외 다른 빔-형상화 성분을 사용하여 생성될 수 있다. 레이저 스폿(102)의 공간 조사 프로파일을 수정하는 상세한 설명은 이 출원의 양수인에게 양도되고 참조로 본원에 포함되는 Corey Dunsky 등의 미국특허 6,433,301에서 찾아볼 수 있다.

전술한 바는 발명의 실시예를 예시하고 이를 제한하는 것으로서 해석되지 않아야 한다. 몇몇 구체적인 예시적 실시예가 기술되었지만, 당업자는 다른 실시예 뿐만 아니라, 개시된 예시적 실시예에 대한 많은 수정이 발명의 신규한 교시된 바 및 잇점에서 실질적으로 벗어남이 없이 가능함을 쉽게 알 것이다.

따라서, 모든 이러한 수정예는 청구항에 정의된 바와 같은 발명의 범위 내에 포함되게 의도된다. 예를 들면, 당업자는 임의의 문장 혹은 단락의 주제가 다른 문장 혹은 단락의 일부 혹은 전부의 주제와 조합이 상호 배타적인 경우를 제외하고, 조합될 수 있음을 알 것이다.

발명의 근본 원리 내에서 위에 기술된 실시예의 상세에 많은 변경이 행해질 수 있음이 당업자에게 자명할 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 다음 청구항에 의해 결정될 것이며 청구항의 등가물들은 이에 포함된다.

Claims

작업물 내에 피처를 레이저-가공하는 방법에 있어서,
작업물을 제공하는 단계;
상기 작업물 상에 주변부를 갖는 이용가능 시야를 가진 비-텔리센트릭 렌즈를 통해 전파하는 빔축을 따라 레이저 펄스들의 빔을 발생하는 단계;
커팅 경로를 따라 컷 방향으로 상기 빔축과 상기 작업물 간에 상대적 이동을 야기하는 단계;
커팅 경로를 따라 상기 작업물 상에 제1 영역을 상기 빔으로 조사하기 위해서 상기 시야의 상기 주변부에 근접하여 상기 작업물 상에 상기 비-텔리센트릭 렌즈를 통해 상기 빔축을 지향하는 단계로서, 상기 빔축은 제1 비제로(nonzero) 가공 각도로 상기 작업물 상에 입사하고 상기 작업물을 양분하는 깊이방향 축에 관하여 제1 비제로 방위각 방향을 따라 상기 작업물에 인가하는, 상기 빔축을 지향하는 단계; 및
상기 제1 입사각 및 상기 제1 방위각 방향에 의해 영향을 받는 제1 테이퍼 특징을 가진 제1 측벽을 포함하는 커프(kerf)를 형성하기 위해 상기 커팅 경로를 따라 상기 제1 영역 내 상기 작업물의 물질을 제거하는 단계를 포함하는, 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 커팅 경로를 따라 상기 커프를 확장하는 동안 상기 제1 측벽의 상기 제1 테이퍼 특징을 유지하기 위해서 상기 시야의 상기 주변부에 근접하여 상기 작업물 상에 상기 비-텔리센트릭 렌즈를 통해 상기 빔축을 계속하여 지향하는 단계를 더 포함하는, 방법.
청구항 2에 있어서, 상기 커팅 경로는 곡률을 가지며, 상기 방법은:
상기 커팅 경로의 상기 곡률에 대해 조절하기 위해 상기 작업물을 양분하는 상기 깊이방향 축에 관하여 상기 빔축의 상기 제1 방위각 방향을 변경하는 단계를 더 포함하는, 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 커팅 경로는 곡률을 가지며, 상기 제1 영역은 제1 방향으로 상기 커팅 경로를 따라 제1 세그먼트를 형성하고, 상기 방법은:
상기 시야의 상기 주변부에 근접하여 상기 작업물 상에 상기 비-텔리센트릭 렌즈를 통해 상기 빔축이 지향되게 하여 상기 커팅 경로를 따라 상기 작업물 상에 제2 영역을 상기 빔으로 조사하기 위해 상기 작업물을 양분하는 상기 깊이방향 축에 관하여 상기 빔축의 상기 제1 방위각 방향을 변경하는 단계로서, 상기 빔축은 제2 비제로 가공 각도로 상기 작업물에 입사하고 상기 작업물을 양분하는 상기 깊이방향 축에 관하여 제2 비제로 방위각 방향을 따라 상기 작업물에 인가하고, 상기 제2 비제로 방위각 방향은 상기 제1 비제로 방위각 방향과는 상이하며, 상기 제2 영역은 상기 제1 방향으로부터 벗어나는 제2 방향으로 상기 커팅 경로를 따라 제2 세그먼트를 형성하는, 상기 제1 방위각 방향을 변경하는 단계; 및
상기 제2 입사각 및 상기 제2 방위각 방향에 의해 영향을 받는 상기 제1 측벽의 제1 테이퍼 특징을 유지하면서 상기 제2 방향으로 상기 커프를 확장하는 상기 커팅 경로를 따라 상기 제2 영역 내에 상기 작업물의 물질을 제거하는 단계를 더 포함하는, 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 빔축의 상기 제1 가공 각도는 상기 비-텔리센트릭 렌즈의 렌즈축에 관하여 비제로 빔-축 각도의 방위로 놓인, 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 빔축의 상기 제1 가공 각도는 상기 비-텔리센트릭 렌즈의 축면에 관하여 비제로 및 비-수직 빔-축 각도의 방위로 놓인, 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 빔축은 상기 이용가능 시야의 상기 주변부의 5mm 내에서 상기 작업물에 인가하게 지향되는, 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 빔축은 상기 이용가능 시야의 상기 주변부의 2mm 내에서 상기 작업물에 인가하게 지향되는, 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 빔축은 상기 이용가능 시야의 상기 주변부의 500 미크론 내에서 상기 작업물에 인가하게 지향되는, 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 빔축은 상기 이용가능 시야의 상기 주변부의 100 미크론 내에서 상기 작업물에 인가하게 지향되는, 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 빔축은 상기 이용가능 시야의 상기 주변부의 25 미크론 내에서 상기 작업물에 인가하게 지향되는, 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 빔축의 상기 제1 가공 각도는 1도보다 큰, 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 빔축의 상기 제1 가공 각도는 5도보다 큰, 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 빔축의 상기 제1 가공 각도는 20도보다 작은, 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 빔축의 상기 제1 가공 각도는 10도보다 작은, 방법.
청구항 4에 있어서, 상기 제1 가공 각도 및 상기 제2 가공 각도는 동일한, 방법.
청구항 4에 있어서, 상기 제1 가공 각도 및 상기 제2 가공 각도는 서로 상이한, 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 제1 방위각 방향은 상기 커팅 방향에 관하여 20도보다 크거나 같고 160도 미만인 각도 값을 갖는, 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 제1 방위각 방향은 상기 커팅 방향에 관하여 45도보다 크거나 같고 155도 미만인 각도 값을 갖는, 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 제1 방위각 방향은 상기 커팅 방향에 관하여 45도보다 크거나 같고 135도 미만인 각도 값을 갖는, 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 제1 방위각 방향은 상기 커팅 방향에 관하여 70도보다 크거나 같고 110도 미만인 각도 값을 갖는, 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 제1 방위각 방향은 상기 커팅 방향에 관하여 약 90도인 각도 값을 갖는, 방법.
청구항 4에 있어서, 상기 제1 방위각 방향 및 상기 제2 방위각 방향은 상기 커팅 방향에 관하여 동일한 각도 값들을 갖는, 방법.
청구항 4에 있어서, 상기 제1 방위각 방향 및 상기 제2 방위각 방향은 상기 서로 상이한 방향들에서 서로 상이한 각도 값들을 갖는, 방법.
청구항 4에 있어서, 상기 제1 측벽 및 상기 제2 측벽은 동일한 테이퍼를 갖는, 방법.
청구항 4에 있어서, 상기 제1 측벽 및 상기 제2 측벽은 동일한 특징들을 갖는, 방법.
청구항 4에 있어서, 상기 제1 측벽 및 상기 제2 측벽은 의도적으로 상이한 테이퍼를 갖는, 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 빔축은 상기 빔 경로를 따라 일부 레이저 스폿들이 상기 제1 측벽을 형성하는 제1 레이저 스폿들이 되고, 상기 빔 경로를 따라 일부 레이저 스폿들이 제2 측벽을 형성하는 제2 레이저 스폿들이 되게, 상기 커프의 폭보다 작은 반복적 패턴으로 상기 작업물 상에 빔 경로로 지향되며, 상기 제1 레이저 스폿들은 상기 커팅 방향에 관하여 상기 제1 방위각 방향으로 지향되고, 상기 제2 레이저 스폿들은 상기 커팅 방향에 관하여 제2 방위각 방향으로 지향되는, 방법.
작업물 내에 피처를 레이저-가공하는 방법에 있어서,
작업물을 제공하는 단계;
레이저 광의 빔을 생성하는 단계;
상기 작업물의 영역을 상기 빔으로 조사하기 위해 상기 빔을 상기 작업물 상에 지향하는 단계로서, 상기 빔은 입사각으로 상기 작업물에 입사하고 상기 작업물에 관하여 방위각 방향을 따라 상기 작업물에 입사하는, 상기 빔을 상기 작업물 상에 지향하는 단계;
상기 조사된 영역 내에 상기 작업물의 부분을 제거하는 단계;
상기 작업물 내에 가공 경로를 따라 상기 작업물에 관하여 조사된 상기 영역의 이동을 야기하는 단계; 및
상기 가공 경로를 따라 조사된 상기 영역의 위치에 기초하여 상기 작업물에 관하여 상기 빔의 상기 방위각 방향을 변경하는 단계를 포함하는, 방법.
청구항 29에 있어서, 상기 빔축은 이용가능 시야를 갖는 고속 포지셔너를 채용하는 빔 포지셔닝 시스템에 의해 지향되고, 상기 이용가능 시야는 주변부를 가지며, 상기 빔축은 상기 가공 각도를 달성하기 위해 상기 이용가능 시야의 상기 주변부에 근접하여 상기 작업물에 인가하게 지향되는, 방법.
작업물 내에 피처를 레이저-가공하는 방법에 있어서,
작업물을 제공하는 단계;
레이저 광의 빔을 발생하는 단계;
상기 작업물의 영역을 조사하기 위해 상기 빔을 상기 작업물 상에 집점하는 단계로서, 상기 빔은 입사각으로 상기 작업물에 입사되고 상기 작업물에 관하여 방위각 방향을 따라 상기 작업물에 입사되는, 상기 빔을 상기 작업물 상에 집점하는 단계;
상기 작업물 내에 가공 경로를 따라 상기 작업물에 관하여 조사된 상기 영역의 이동을 이동 야기하는 단계; 및
상기 가공 경로를 따라 조사된 상기 영역의 위치에 기초하여 상기 작업물에 관하여 상기 빔의 상기 방위각 방향을 변경하는 단계를 포함하는, 방법.
작업물 내에 피처를 레이저-가공하는 방법에 있어서,
작업물을 제공하는 단계;
빔축을 따라 레이저 펄스들의 빔을 발생하는 단계;
커팅 경로를 따라 컷 방향으로 상기 빔축과 상기 작업물 간에 상대적 이동을 야기하는 단계;
상기 커팅 경로를 따라 상기 작업물 상에 제1 영역을 상기 빔으로 조사하기 위해 상기 작업물 상에 상기 빔축을 지향하는 단계로서, 상기 빔축은 제1 비제로 가공 각도로 상기 작업물에 입사하고 상기 커팅 방향에 관하여 제1 비제로 방위각 방향을 따라 상기 작업물에 인가하는, 상기 작업물 상에 상기 빔축을 지향하는 단계;
상기 제1 입사각 및 상기 제1 방위각 방향에 의해 영향을 받는 제1 테이퍼 특징을 갖는 제1 측벽을 포함하는 커프를 형성하기 위해 상기 커팅 경로를 따라 상기 제1 영역 내에 상기 작업물의 물질을 제거하는 단계;
상기 커팅 방향에 관하여 상기 빔축의 상기 제1 방위각 방향을 변경하는 단계;
상기 커팅 경로를 따라 상기 작업물 상에 제2 영역을 상기 빔으로 조사하기 위해 상기 작업물 상에 상기 빔축을 지향하는 단계로서, 상기 빔축은 제2 비제로 가공 각도로 상기 작업물에 입사하며, 상기 커팅 방향에 관하여 제2 비제로 방위각 방향을 따라 상기 작업물에 인가하며, 상기 제2 비제로 방위각 방향은 상기 제1 비제로 방위각 방향과는 상이한, 상기 작업물 상에 상기 빔축을 지향하는 단계; 및
상기 제2 입사각 및 상기 제2 방위각 방향에 의해 영향을 받는 제2 테이퍼 특징을 갖는 제2 측벽을 형성하기 위해 상기 커팅 경로를 따라 상기 제2 영역 내에 상기 작업물의 물질을 제거하는 단계를 포함하는, 방법.
작업물 내에 피처를 레이저-가공하기 위한 레이저 마이크로가공 시스템에 있어서,
빔축을 따라 선택된 펄스 파라미터들의 레이저 펄스들의 빔을 발생하게 동작하는 레이저;
자신을 통해 전파하게 동작하고 상기 작업물 대해, 주변부를 가진 이용가능 시야를 갖는 비-텔리센트릭 렌즈;
상기 작업물을 지지하고 이동하게 동작하는 작업물 스테이지;
상기 비-텔리센트릭 렌즈를 통하여 그리고 상기 작업물 상에 타겟 위치들을 향하여 직접 혹은 간접적으로 상기 빔축을 지향하게 동작하는 고속 포지셔너;
상기 작업물에 관하여 고속 포지셔너를 지지하고 이동하기 위한 포지셔너 스테이지; 및
상기 작업물 스테이지의 이동을 제어하게 동작하며, 상기 선택된 펄스 파라미터들, 하나 이상의 선택된 가공 각도들, 및 하나 이상의 선택된 방위각들에 의해 결정되는 선택된 테이퍼 특징들을 가진 측벽을 갖는 커프를 형성하기 위해서, 상기 빔축을 따라 상기 레이저 펄스들을 지향하게 상기 고속 포지셔너를 제어하고 상기 타겟 위치들에 상기 시야의 상기 주변부에 근접하여 상기 작업물 상에 상기 비-텔리센트릭 렌즈를 통해 상기 빔축을 상기 하나 이상의 선택된 가공 각도들 및 상기 하나 이상의 선택된 방위각들로 유지하게 동작하는, 제어기를 포함하는, 레이저 마이크로가공 시스템.
청구항 33에 있어서, 상기 빔축의 상기 제1 가공 각도는 상기 비-텔리센트릭 렌즈의 렌즈축에 관하여 비제로 빔-축 각도의 방위로 놓인, 레이저 마이크로가공 시스템.
청구항 33 또는 34에 있어서, 상기 빔축의 상기 제1 가공 각도는 상기 비-텔리센트릭 렌즈의 축면에 관하여 비제로 및 비-수직 빔-축 각도의 방위로 놓인, 레이저 마이크로가공 시스템.
청구항 33 내지 35 중 어느 한 청구항에 있어서, 상기 빔축은 상기 이용가능 시야의 상기 주변부의 5mm 내에서 상기 작업물에 인가하게 지향되는, 레이저 마이크로가공 시스템.
청구항 33 내지 36 중 어느 한 청구항에 있어서, 상기 빔축은 상기 이용가능 시야의 상기 주변부의 2mm 내에서 상기 작업물에 인가하게 지향되는, 레이저 마이크로가공 시스템.
청구항 33 내지 37 중 어느 한 청구항에 있어서, 상기 빔축은 상기 이용가능 시야의 상기 주변부의 500 미크론 내에서 상기 작업물에 인가하게 지향되는, 레이저 마이크로가공 시스템.
청구항 33 내지 38 중 어느 한 청구항에 있어서, 상기 빔축은 상기 이용가능 시야의 상기 주변부의 100 미크론 내에서 상기 작업물에 인가하게 지향되는, 레이저 마이크로가공 시스템.
청구항 33 내지 39 중 어느 한 청구항에 있어서, 상기 빔축은 상기 이용가능 시야의 상기 주변부의 25 미크론 내에서 상기 작업물에 인가하게 지향되는, 레이저 마이크로가공 시스템.
청구항 33 내지 40 중 어느 한 청구항에 있어서, 상기 빔축의 상기 제1 가공 각도는 1도보다 큰, 레이저 마이크로가공 시스템.
청구항 33 내지 41 중 어느 한 청구항에 있어서, 상기 빔축의 상기 제1 가공 각도는 5도보다 큰, 레이저 마이크로가공 시스템.
청구항 33 내지 42 중 어느 한 청구항에 있어서, 상기 빔축의 상기 제1 가공 각도는 20도보다 작은, 레이저 마이크로가공 시스템.
청구항 33 내지 43 중 어느 한 청구항에 있어서, 상기 빔축의 상기 제1 가공 각도는 10도보다 작은, 레이저 마이크로가공 시스템.
청구항 33 내지 44 중 어느 한 청구항에 있어서, 상기 제1 방위각 방향은 상기 커팅 방향에 관하여 20도보다 크거나 같고 160도 미만인 각도 값을 갖는, 레이저 마이크로가공 시스템.
청구항 33 내지 45 중 어느 한 청구항에 있어서, 상기 제1 방위각 방향은 상기 커팅 방향에 관하여 45도보다 크거나 같고 155도 미만인 각도 값을 갖는, 레이저 마이크로가공 시스템.
청구항 33 내지 46 중 어느 한 청구항에 있어서, 상기 제1 방위각 방향은 상기 커팅 방향에 관하여 45도보다 크거나 같고 135도 미만인 각도 값을 갖는, 레이저 마이크로가공 시스템.
청구항 33 내지 47 중 어느 한 청구항에 있어서, 상기 제1 방위각 방향은 상기 커팅 방향에 관하여 70도보다 크거나 같고 110도 미만인 각도 값을 갖는, 레이저 마이크로가공 시스템.
청구항 33 내지 48 중 어느 한 청구항에 있어서, 상기 제1 방위각 방향은 상기 커팅 방향에 관하여 약 90도인 각도 값을 갖는, 레이저 마이크로가공 시스템.
작업물 내에 피처를 레이저-가공하는 방법에 있어서,
표면을 가진 작업물을 제공하는 단계;
상기 작업물을 지지하고 상기 작업물을 이동하게 동작하는 작업물 스테이지를 제공하는 단계;
선택된 레이저 파라미터들을 가진 레이저 펄스들의 빔을 발생하고 상기 레이저 펄스들을 빔축을 따라 전파시키는 단계;
비-텔리센트릭 렌즈를 통하여 그리고 상기 작업물 상에 타겟 위치들을 향하여 직접 혹은 간접적으로 상기 빔축을 지향하게 동작하는 고속 포지셔너를 제공하는 단계로서, 상기 비-텔리센트릭 렌즈는 상기 작업물 상에 상기 표면에 일반적으로 수직한 중앙 렌즈축을 갖는, 상기 고속 포지셔너를 제공하는 단계;
커팅 경로를 따라 컷 방향으로 상기 빔축과 상기 작업물 간에 상대적 이동을 야기하는 단계; 및
제1 측벽, 바닥, 및 제2 측벽을 포함하는 커프를 형성하기 위해 상기 커팅 경로를 따라 상기 제1 영역 내에 상기 작업물의 물질을 제거하기 위해서 커팅 경로를 따라 상기 작업물의 제1 영역을 상기 빔으로 조사하게 상기 비-텔리센트릭 렌즈를 통해 상기 빔축을 상기 작업물 상에 지향하는 단계로서, 중앙 렌즈축은 상기 제2 측벽에서보다 상기 제1 측벽에서 더 먼 거리에 위치되고, 상기 빔축은 상기 제1 측벽이 선택된 펄스 파라미터들, 선택된 가공 각도, 및 선택된 방위각 방향에 의해 결정된 테이퍼 특징을 갖고 형성되게, 선택된 비제로 가공 각도로 상기 작업물에 입사하고 상기 커팅 방향에 관하여 선택된 비제로 방위각 방향을 따라 상기 작업물에 인가하는, 상기 빔축을 상기 작업물 상에 지향하는 단계를 포함하는, 방법.
청구항 1 대신 청구항 50에 종속된 청구항 2 내지 28 및 30 중 어느 한 청구항의 방법.