KR20160117531A - 취성 재료를 묘각하고 화학 식각하는 방법 및 시스템 - Google Patents

취성 재료를 묘각하고 화학 식각하는 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

투명기판 내에서 매우 정밀한 폐쇄형 구조를 필라멘트 형성을 통하여 매우 빠르게 묘각할 수 있고, 수정된 영역은 건식 또는 습식으로 식각하여 폐쇄형 구조를 분리해 낼 수 있다. 금속 막은 투명기판과 맞물려지고 포토레지스트로 덮어진다. 금속 막 일부와 포토레지스트 막 일부는 투명기판을 통과하는 필라멘트 형성에 의해 동시에 제거된다. 포토레지스트는 제거되지 않는 금속 막 부위를 보호한다. 원하는 형상은 절단 영역을 건식 또는 습식으로 식각하여 약하게 함으로써 분리될 수 있다.

Description

취성 재료를 묘각하고 화학 식각하는 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR SCRIBING BRITTLE MATERIAL FOLLOWED BY CHEMICAL ETCHING}
본 특허 출원은 2015.01.13일에 가 출원된 미국 특허 가출원 번호 62103031의 우선권을 주장한다. 미국 특허 가출원 번호 62103031의 전체내용이 본 명세서에 참조로 포함되어 있다.
2013.01.31일에 출원된 미국 특허 출원번호 13640140, 2014.07.21일에 출원된 미국 특허 출원번호 14336912 및 2014.07.21일에 출원된 미국 특허 출원번호 14336819들이 본 명세서에 참조로 포함되어 있다.
본 발명은 재료의 레이저 가공 시스템 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 상기 재료에서 생성되는 수동 및 능동 전자 또는 전기 소자를 포함하는 웨이퍼, 기판, 및 플레이트를 싱귤레이션(singulation) 및/또는 절단하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
현재의 제조 공정에 있어서, 웨이퍼 또는 유리 판넬의 싱귤레이션, 다이싱(dicing), 묘각, 절개, 절단 및 단면 처리들은 매우 중요한 공정단계들로서 다이아몬드 또는 종래의 삭마 또는 파쇄 레이저를 이용한 묘각 및 절단에 의존하고 있으며, LED 다비이스(조명 조립기구 같은)나 발광 디바이스(LED 표시장치 같은)의 예들에서는 30 cm/초의 속도로 공정이 이루어지고 있다.
다이아몬드 절단 공정에서는 절단이 이루어진 후 기계적 롤러를 이용해서 샘플을 절개하는 금이 전파되도록 스트레스를 가한다. 이 공정은 수명, 효율성, 품질, 및 신뢰성들에 주요 단점들이 되는 조악한 모서리, 미세균열, 넓은 폭 자국 및 상당한 양의 잔해물들을 생성하는 한편, 추가적인 세척 및 연마 과정들을 야기시킨다. 다이아몬드 선침을 사용하는데 드는 초순수 물은 선침에 들어가는 비용보다 비싸고, 그 기법은 물이 오염되어 추가적인 생산비용이 드는 정제가 필요하여 친환경적이기 못하다.
다이아몬드 절단과 연계된 한계점들을 극복하기 위하여 싱귤레이션, 다이싱, 묘각, 절개, 절단 및 단면 처리를 위하여 레이저 삭마 가공이 개발되었다. 그러나, 주지의 레이저 가공방법들은, 특히 투명 재료에 있어서, 저속 공정, 균열발생, 삭마 잔해물에 의한 오염, 어느 정도 크기의 너비 폭 등의 단점들을 가지고 있다. 더우기, 레이저 작용시 발생하는 열 전달은 큰 영역에 걸쳐 부수적인 열적 손상(즉, 열 영향 영역)을 가져온다.
레이저 삭마 공정은 매질에 강하게 흡수되는 파장을 갖는 레이저(예, UV 엑시머 레이저 또는 원적외선 CO2 레이저)를 선택함으로써 향상될 수 있다. 그렇지만, 앞에서 언급한 단점들은 물리적인 삭마 공정에 고유한 적극적인 상호작용들 때문에 제거될 수가 없다. 이러한 사실 때문에 어떤 LED 응용분야에서는 손상을 일으키는 UV 공정의 많은 실패사례를 가져와 산업현장에서는 특정해결책에 따라 다르겠지만, 삭마성 묘각 또는 다이아몬드 묘각 공구들로부터 생기는 손상부를 제거하기 위해 종래의 묘각 및 파쇄 후 식각 과정을 주로 적용하고 있다.
또 다른 방법으로, 레이저 삭마는 레이저 펄스 시간을 줄임으로써 투명 매질의 표면을 향상시킬 수 있다. 이 방법은 공정 매질 내부와 투명한 레이저에 특히 잇점이 있다. 고출력 레이저를 투명재료 내부에 집중하면 비선형 효과가 일어나 레이저 초점 부피로 정의되는 작은 부피의 재료에 적당한 레이저 에너지가 정확하게 쌓이도록 조절 가능한 동적 불투명성이 부여된다. 또한, 단시간 레이저 펄스는 장시간 펄스에 비해 플라즈마 형성이나 그에 따른 플라즈마 반사들을 제거하여 소규모 열 확산이나 상당히 짧은 펄스시간의 열 전달 효과를 통하여 부수적인 손상을 줄일 수 있는 등의 추가적인 장점들을 제공한다.
그러므로 펨토나 피코초의 레이저 삭마는 불투명 또는 투명 재료의 가공에 상당한 혜택을 준다. 그렇지만, 일반적으로, 수십 내지 수백 펨토초의 레이저조차도 투명재료 가공시 조악한 표면을 형성시키고, 공정처리속도를 느리게 하고, 레이저로 형성된 자국 근처에서 미세균열을 일으키며, 특히 알루미나(Al2O3) 유리, 도핑된 유전체나 광결정 물질과 같은 취성재료들의 경우에 문제가 되는 구멍 또는 홈을 형성시킨다. 더우기, 삭마 잔해물은 가까운 샘플이나 주변 소자의 표면을 오염시킨다. 최근에는 파이버 레이저를 이용한 다중패스 펨토초 절단이 일본에서 논의된 바 있다. 이러한 접근은 다중패스를 만들어야 하기 때문에 공정 처리량이 저하된다.
레이저 가공이 상기에 언급된 바와 같이 다이아몬드 절단에 따른 많은 한계들을 성공적으로 극복하였지만, 신규조성의 물질로 된 웨이퍼나 판넬들은 묘각시킬 수 없었다. 더구나, 소자나 웨이퍼 다이스의 크기가 점점 작아져 다이아몬드나 기존 레이저 묘각의 한계에 다다르고 있다. 예로써, 30 um은 가능한 묘각 폭이나 15 um 폭은 이러한 기존 방법들로서는 힘들다. 더우기, 다이아몬드 묘각은 기판을 묘각하는데 기계적 힘을 사용하기 때문에 얇은 샘플을 묘각하기가 매우 힘들다. 웨이퍼 기반 소자들의 적층 물질이 점점 특이해지고 복잡해지기 때문에 이전에 적용된 레이저 묘각 기술들은 적층구조의 불투명성으로 인해 더이상 유효하게 사용되지 못한다.
투명물질 내에서 연속적인 레이저 필라멘트를 형성하는 시스템 및 방법들을 설명한다. 투명물질은 유리, 보로실리케이트 유리, 엠버 유리, 화학 또는 열 강화 유리, 사파이어, LiNbO3, 실리콘, Ti:사파이어, LiTaO3, 투명 세라믹(광 세라믹 ALON 포함), 결정성 봉, GaN, SiC 및 ZnSe 중에서 선택될 수 있다.
초속 레이저 펄스 버스트는 그 초점 형성이 빔 허리가 공정 물질 외부에 형성되고 주 초점이 물질 내부에 형성되지 않도록 하는 한편, 충분한 에너지 밀도가 물질 내 광 파괴를 일으키지 않으면서 연속 필라멘트가 물질 내에서 확장된 영역에 걸쳐 형성되도록 한다. 이러한 방법에 따라 형성된 필라멘트는 그 길이가 수정된 영역 길이와 1:1 대응하여 10 mm를 넘을 수 있고(필라멘트는 수정 작업의 대리자 역할로서 수정 영역은 필라멘트의 범위와 1:1로 따른다), 단면의 장축 상에서 보았을 때 무경사 윤곽을 나타낸다. 어떤 경우에는 물질 내 입사 빔이 분산된 초점을 일으키면서(늘어진 초점) 외부에 빔 허리가 형성되도록 무보정 또는 수차 광 요소가 사용된다. 절개/싱귤레이션 및/또는 마킹을 위해 투명기판 내에서 필라멘트 배열이 용이하게 형성되도록 다양한 시스템들을 설명한다. 공정을 능동적으로 조절할 수 있게 피드백을 제공하기 위해 필라멘트에 광 감시기능을 적용할 수 있다.
따라서, 첫 번째 양상으로:
레이저 펄스 버스트를 포함한 레이저 빔을 제공하는 레이저 소스;
투명재료의 외부에 플라즈마 채널 형성을 피하면서 외부위치에 빔 허리가 형성되도록 레이저 빔을 집중시키는 하나 또는 그 이상의 초점조정요소;
투명재료 내에서 광 파괴가 일어나지 않게 하면서 연속 레이저 필라멘트가 형성되도록 충분한 에너지 밀도를 생성하는 레이저 빔과 하나 또는 그 이상의 초점조정요소;
레이저 빔과 투명재료 사이에 상대적인 위치를 변화시키는 수단;
레이저 빔과 투명재료 사이에 상대적인 위치를 변화시키는 수단과 기능적으로 연결된 제어 및 가공 유닛;
투명재료 내에서 연속적인 레이저 필라멘트 배열 형성을 위하여 레이저 빔과 투명재료 사이의 상대적인 위치를 조절하는 제어 및 가공 유닛;
투명재료의 첫 번째 표면에서 두 번째 표면으로 연속적으로 연장되는 연속 레이저 필라멘트 배열; 및
폐쇄 형상을 분리하기 위해 연속 레이저 필라멘트 배열을 선택적으로 건식 또는 습식 식각하는 것을 포함하는 투명재료의 레이저 가공 방법이 제공이 된다.
또 다른 양상으로:
투명재료와 맞물려 금속 막이 형성되고 금속 막과 맞물려 포토레지스트 막이 형성되는 단계;
단일 또는 다수의 펄스로 된 레이저 버스트를 포함하는 레이저 빔을 제공하는 단계;
투명재료의 외부에 플라즈마 채널 형성을 피하면서 외부위치에 빔 허리가 형성되도록 투명재료와 상대해서 외부적으로 레이저 빔을 집중시키는 단계;
투명재료 내에서 광 파괴가 일어나지 않게 하면서 연속 레이저 필라멘트가 형성되도록 충분한 에너지 밀도를 유지하는 레이저 빔을 집중시키는 단계;
포토레지스트 막과 금속 막을 삭마하기 위하여 투명재료 내에서 연속 레이저 필라멘트와 저 파워 레이저 빔을 동시에 형성시키는 데 있어서, 저 파워 레이저 빔의 파워가 포토레지스트 막과 금속 막의 하나 또는 그 이상의 부위에 레이저 빔이 국부적으로 조사되어 이들 막들을 삭마함으로써 연속 레이저 필라멘트에 의해 형성된 투명재료를 관통하는 구멍에 근접한 금속 막을 제거하기에 충분하면서, 투명재료의 내부나 관통하는 필라멘트를 형성하는데 필요한 임계치 이하인 단계; 및,
금속 막에 손상을 주는 포토레지스트의 손상을 피하면서 투명재료 기판을 관통하는 구멍을 선택적으로 식각하는 단계들을 포함하는 투명재료의 레이저 가공 방법이 제공이 된다.
또 다른 양상으로:
투명재료와 연계해 금속 막이 형성되고 금속 막과 연계해서는 포토레지스트 막이 형성되는 단계;
단일 또는 다수의 펄스로 된 레이저 버스트를 포함하는 레이저 빔을 제공하는 단계;
투명재료의 외부에 플라즈마 채널 형성을 피하면서 외부위치에 빔 허리가 형성되도록 투명재료와 상대해서 외부적으로 레이저 빔을 집중시키는 단계;
투명재료 내에서 광 파괴가 일어나지 않게 하면서 연속 레이저 필라멘트가 형성되도록 충분한 에너지 밀도를 유지하는 레이저 빔을 집중시키는 단계;
포토레지스트 막과 금속 막을 삭마하기 위하여 투명재료 내에서 연속 레이저 필라멘트와 저 파워 레이저 빔을 동시에 형성시키는 데 있어서, 저 파워 레이저 빔의 파워가 포토레지스트 막과 금속 막의 하나 또는 그 이상의 부위에 레이저 빔이 국부적으로 조사되어 이들 막들을 삭마함으로써 연속 레이저 필라멘트에 의해 형성된 투명재료를 관통하는 구멍에 근접한 금속 막을 제거하기에 충분하면서, 투명재료의 내부나 관통하는 필라멘트를 형성하는데 필요한 임계치 이하인 단계;
투명 기판을 관통하는 다수의 구멍들을 생성시키고 기판을 통과하는 다수의 구멍들 중 각각의 구멍과 인접한 금속 막 및 포토레지스트 막의 일부를 제거하는 단계; 및,
금속 막에 손상을 주는 포토레지스트의 손상을 피하면서 투명재료 기판을 관통하는 구멍을 선택적으로 식각하는 단계들을 포함하는 투명재료의 레이저 가공 방법이 제공이 된다.
또 다른 양상으로,
투명재료와 연계해 금속 막이 형성되고 금속 막과 연계해서는 포토레지스트 막이 형성되는 단계;
단일 또는 다수의 펄스로 된 레이저 버스트를 포함하는 레이저 빔을 제공하는 단계;
무보정 또는 수차 광 초점요소를 이용하여 투명재료 외부에서 레이저 빔의 초기 초점허리를 발생시키는 단계;
투명재료 내에 분산되어 약하게 초점된 레이저 빔을 생성시키는 단계;
투명재료 내에서 공간적으로 확장된 균일한 필라멘트를 형성하는 단계;
투명기판 내에서 필라멘트 배열을 형성하는 단계;
각 연속 레이저 필라멘트와 근접한 금속 막과 포토레지스트 막 부위를 제거하는 단계;
연속 레이저 필라멘트 배열을 선택적으로 건식 또는 습식 식각하는 단계들을 포함하는 투명재료의 레이저 가공 방법이 제공이 된다.
또 다른 양상에서는 연속 레이저 필라멘트가 형성된 투명재료가 제공된다.
또 다른 양상에서는 연속 레이저 필라멘트가 형성된 투명재료가 제공되는데 연속 레이저 필라멘트가 약 1 mm를 넘는 길이를 갖는 것이 제공된다.
또 다른 양상에서는 절개 후 또는 싱귤레이션 후 파괴 강도가 약 50 MPa를 넘는 투명기판이 제공된다.
투명하고 취성을 갖는 기판 내에서 매우 정밀한 패쇄형 구조를 레이저 필라멘트 형성을 통하여 매우 빠르게 묘각할 수 있고, 수정된 영역은 건식 또는 습식으로 화학 식각하여 패쇄형 구조를 분리해 낼 수 있다.
투명재료는 유리, 보로실리케이트 유리, 엠버 유리, 화학 또는 열 강화 유리, 사파이어, LiNbO3, 실리콘, Ti:사파이어, LiTaO3, 투명 세라믹(ALON과 같은), 결정성 봉, GaN, SiC 및 ZnSe 중에서 선택될 수 있다.
건식 식각재들을 국한된 것은 아니나 다음 것들을 포함한다: 카본 테트라풀루오라이드 CF4, 설퍼 헥사풀루오라이드 SF6, 나이트로젠 트라이풀루오라이드 NF3, 염소 Cl2, 그리고 다이클로르다이풀루오로 메탄 CCl2F2. 습식 식각재들은 국한된 것은 아니나 다음 것들을 포함한다: 질산(HNO3), 불산(HF), 수산화칼륨(KOH), 에틸렌디아민 파이로케타콜(EDP), 및 테트라메틸암모니움 하이드로사이드(TMAH).
투명하고 취성을 갖는 기판 내에서 매우 정밀한 폐쇄형 구조를 레이저 필라멘트 형성을 통하여 매우 빠르게 묘각할 수 있고, 수정된 영역을 건식 또는 습식으로 화학 식각하여 폐쇄형 구조를 분리해 낼 수 있다.
도 1은 길고 균일한 필라멘트 형상을 나타내는데, 요구되는 필라멘트 영역 내를 통과하는 빔 에너지를 변조하기 위해 상기 및/또는 하기 목표 투명재료('광 저장소'를 형성하는) 안으로 빔 에너지가 집중되는 것을 나타낸다.
도 2는 원하는 폐쇄형 구조를 갖는 기판을 도식적으로 나타낸다.
도 2a는 오리피스(orifice)/구멍들 간 간격을 나타내는 도 1의 확대 부이다.
도 2b는 도 2a의 1b-1b 선을 따른 도식적 단면도이다.
도 3은 원하는 형태가 몸체이고 내부 특징들이 절단되는 폐쇄형상이 묘각된 기판을 도시적으로 나타낸다.
도 3a는 도 3에 나타난 슬롯을 확대한 것이다.
도 3b는 구멍과 균열 선을 나타내는 도 3a의 확대 부이다.
도 3c는 도 3에 나타난 절단된 원의 확대 부이다.
도 3d는 구멍들과 균열 선 경로를 나타내는 도 3c의 확대 부이다.
도 3e는 도 3의 절단된 정사각형의 확대 도이다.
도 3f는 구멍들과 균열 선 경로를 나타내는 도 3e의 확대 부이다.
도 4는 방출된 폐쇄 형상(하드 디스크)을 도식적으로 나타낸 또 다른 도면이다.
도 4a는 구멍들과 균열 선 경로를 나타내는 도 4의 확대 부이다.
도 5a는 투명한 튜브로부터 절단된 두 개의 부분들을 나타낸다.
도 5b는 투명튜브 내 구멍들과 구멍들 사이의 미세균열을 보여주는 확대된 튜브 부분이다.
도 6a는 투명재료를 통과해서 연속적으로 구멍을 낸 절개 면을 보여준다; 그리고 도 6b는 보석을 관통해서 각을 지어 절단된 것을 보여준다.
도 7a-7e는 모서리가 각 지도록 절단된 것을 보여준다.
도 8a-8d는 절단되어 나온 유리 부분들을 나타낸다.
도 9a와 9b는 각각 기판 내에서 드릴(drill)된 구멍의 사시도와 측면도이다.
도 10은 웨이퍼 크기 기판을 가공하기에 적합한 필라멘트를 형성하는 것을 보여 준다.
도 11a와 11b는 각각 부분 묘각에 적합한 실시예의 설계상 평면도와 정면도이다.
도 12는 수차 초점 렌즈로 들어가는 입사 레이저 빔, 투명 기판의 바닥 표면과 맞물려 있는 금속 막, 금속 막과 맞물려 있는 포토레지스트, 포트레지스트 표면에 머무는 레이저 빔의 주 초점 허리, 그리고 투명 기판 내 제 이차 초점 허리들을 나타내는 투명 기판의 측면 개념도이다.
도 13은 내부를 통과하는 구멍들, 투명 기판과 맞물려 있는 금속 막, 금속 막과 맞물려 있는 포토레지스트, 투명기판, 금속 막 그리고 포토레지스트가 화학 식각재에 담겨있으면서 습식 식각 되는 것을 보여주는 투명 기판의 측면 개념도이다.
도 13a는 도 13에서 기판을 통과하는 다수의 구멍들과 그 구멍들 사이에서 형성된 균열선을 나타내는 투명 기판의 평면도이다; 그리고,
도 14는 투명 기판의 표면과 맞물려 있는 금속 막, 금속 막과 맞물려 있는 포토레지스트가 건식 식각 되고 있는 관통하는 구멍들을 갖는 투명 기판을 나타내는 측면 개념도이다.
본 발명의 구현을 실시예 만을 가지고 설명한다.
도 1은 길고 균일한 필라멘트 220 형상의 광학 구조를 나타내는데, 요구되는 필라멘트 영역 내를 통과하는 빔 에너지를 변조하기 위해 상기 및/또는 하기 목표 투명재료('광 저장소' 220 를 형성하는) 안으로 빔 에너지가 집중되는 것을 나타낸다. 입사 레이저 빔 160 은 목표 기판 215 의 위나 아래에서 초점들을 생성하는 분산 초점 조립체 150 를 통과한다.
투명 관 매질 내에서 초속 레이저 펄스의 전파는 군-속도 분산(GVD), 선형 회절, 자기 위상 변조 (SPM), 자기-초점, 원자가 전자대에서 전자대로 다수광자/터널 이온화 (MPI/TI), 플라즈마 초점 이탈, 셀프-스피프닝(self-steepening) 등과 같은 선형 및 비선형 효과들의 결합작용으로 인해 레이저 펄스가 공간적 그리고 일시적으로 강하게 재형상화 됨으로써 복잡하게 이루어진다. SL Chin et al. Canadian Journal of Physics, 83, 863-905 9 (2005) 참조. 이러한 효과들은 레이저 변수, 재료의 비선형 특성, 재료 내 초점 조건 등에 따라 다른 정도로 작용한다.
비선형 굴절률의 강도 의존성 때문에 강한 레이저 펄스가 전파되는 동안에는 펄스의 자기 초점을 일으키는 가변 굴절률로 인해 펄스의 중심부는 외곽부 보다 느린 속도로 진행한다. MPI/TI 플라즈마 발생으로 인한 자기 초점 영역 내에서, 플라즈마는 음의 렌즈로 작용하고 펄스의 초점을 이탈시키나 고강도로 인해 자기-초점이 다시 일어난다. 초점과 초점 이탈 사이의 균형작용이 필라멘트라고 알려진 장 플라즈마 채널을 생성시킨다. 펄스당 낮은 에너지의 필라멘트를 사용하면 재료 내 굴절률이 수정된 자국을 남긴다. 필라멘트는 그를 형성하기 위해 주입되는 에너지의 배경 에너지로 둘러싸인다. 이러한 배경 에너지는 기술적으로 필라멘트 저장소로 알려져 있다. 저장소의 일부를 막거나 교란시키면 필라멘트가 손실되는 효과를 가져온다. 이러한 이유 때문에, 필라멘트간 간격은 필라멘트 형성에 결정적이다. 그렇지 않은 경우에는 기판이 묘각되는 대신에 손상이나 균열이 생긴다. 필라멘트 형성시에는 플라즈마 발생시에 고유하게 따르는 광음향 효과가 일어난다. 이것이 기판 내로 직경 1 um 보다 작은 내부 구멍을 만들고 레이저 입력 파워에 따라 직경 변화없이 10 mm까지 길이가 커질 수 있다. 이러한 이유 때문에 많은 수의 평평한 기판 시트들을 적층시킬 수 있고 그들을 단일 작업으로 묘각하는 것이 가능하다. 특정 재료의 임계치 파워보다 큰 것을 사용하는 한 재료 내에서 단일 펄스의 초속 레이저를 사용하여 필라멘트를 형성시킬 수 있다. 다수의 연달은 펄스 또는 버스트 펄스는 열 축적과 연이은 광음향 충격파 발생으로 인해 필라멘트를 훨씬 더 잘 형성시킬 수 있다. 재료 내 조밀한 초점의 결과(플라즈마 공동 형태나 레이저 초점들)로 광 파괴가 일어나나, 초점 요소만으로 필라멘트 형성을 용이하게 하는 NA 가 0.4 미만을 사용하면 매우 완화된 초점의 결과로 필라멘트가 형성된다. 기하학적인 초점은 목표물의 표면에 100 내지 200 um 크기로 퍼지는 기능이 있으나 NA가 1 또는 그 이상(100x 유침 대물렌즈)인 것을 사용하면 광학 선형 펄스가 1 um 로 스스로 초점화 된다. '필라멘트' 또는 '플라즈마 채널' 등의 용어는 이러한 공정에서 표준 용어이나, 이 기술분야에서 어떤 경우에는 동일한 효과를 설명하기 위해 '연장된 초점'으로 표현하기도 한다. 연장된 초점은 초속 펄스를 사용한 결과이다. 예로써, 장 레이저 펄스를 연장하여 동일한 효과를 관찰하기는 불가능하다.
이 기술분야의 다른 사람들은 이러한 공정을 '버스트 초속 필라멘트 형성'이라고 설명하고, 첫 번째 펄스가 도파로를 만들고 연속된 펄스들이 그 도파로를 따른다고 주장한다.
한편, 열 축적 효과는 버스트 주기가 1 MHz나 그 아래로 떨어지면 사라지게 된다. 열 축적은 30 내지 60 MHz의 버스트 주기를 사용했을 때 필라멘트를 매우 잘 형성시킨다. 이러한 조건에서 폭이 100 nm 보다 작은 균열이 생긴다. 이는 묘각선의 상부에서 하부까지에 커튼(균열 벽)을 만든다. 누수 탐지 염료를 사용하여 염료가 묘각선을 따라 또 다른 표면에 도달된다는 것을 증명하였다. 모세 효과로 인해 염료가 균열 벽과 필라멘트 채널 내부로 이동할 수 있다.
모델명이 Rofin StarPico인 30 MHz 파종기가 사용되었는데, 30 MHz는 본 발명 실시예의 표준 버스트 주기이고 단일 또는 복수의 펄스가 100 kHz 주기에서 버스트집합체를 형성시킬 수 있다. 단일 또는 복수의 펄스는 15 ps 보다 빨리 평균 파워 50 W로 더 증폭될 수 있다. 버스트 집합체는 그 안에 1-6 개의 펄스를 가지며, 유리 기판에서 필라멘트를 만드는 데 필요한 임계 파워를 초과한다.
도 2는 원하는 폐쇄형 구조가 묘각된 기판을 도식적으로 나타낸다. 폐쇄형 형상(요구형상)은 도 2에 참조 번호 2로 표기된 부분이다.
주 몸체 또는 폐쇄형 구조가 요구 형상인 두 가지 경우가 분명히 존재한다. 도 2에서 보여진대로, 생산물 2는 주 기판 1에서 필라멘트 묘각으로 형성된 폐쇄형 구조이다. 도 2을 참조하면, 실선 21S는 기판 1의 표면 1S에 묘각된 선을 나타낸다. 실시예의 폐쇄형상은 이에 국한되지 않으나 스마트폰 커버 유리 또는 차량 유리, 거울, 건축 유리 등이 될 수 있다.
도 2a는 구멍(오리피스) 21B 들 간 간격을 나타내는 도 2의 확대 부이다. 오리피스 21B는 직경이 대략 1 um이다. 미세균열 21C 가 도 2a의 오리피스 21B 사이에 나타나있다. 미세균열 21C는 광음향 압축으로 인한 충격파로 생긴다. 구멍간 간격은 형상의 종류(샘플 종류), 기판 두께 및 오리피스 깊이에 따라 참조 번호 25에 나타난 바와 같이 중심에서 중심 간 길이가 2-10 um 이다.
도 2b는 도 2a의 1b-1b 선을 따른 도식적 단면도이다. 오리피스 21B는 기판을 완전히 통하여 연장된다. 투명 기판에 드릴된 모든 오리피스는 실질적으로 경사를 갖지 않는 실린더 형태이다. 요구형상은 샘플을 OH 이온 교환수에 담구어 두거나 가열, 냉각, 또는 공기압을 가하는 등으로 절단 부위를 약하게 하는 여러 기술 들을 통하여 분리될 수 있다. 본 발명의 주요 양상은 몸체로부터 요구형상을 제거하기 위해 건식 또는 습식 화학 식각을 사용한다.
도 3은 원하는 형태가 몸체 1S이고 내부 특징들이 절단되는(기판으로부터 제거되는) 폐쇄형상들 33, 43, 및 53이 묘각된 기판 1S을 도시적으로 나타낸다. 도 3에 보여진대로, 부분 2에서 만들어진 슬롯 3, 원 4, 및 절단물 5의 어느 형태도 원하는 폐쇄형상이 아닌 경우, 몸체로부터 슬롯 3, 원 4, 및 절단물 5의 어느 형상도 용해시키거나 파괴 시킬 수 있다. 슬롯 3,원 4 또는 절단물 5은 얼마 동안 불산 용액에서 식각 된다. 이러한 식각은 레이저가 방사된 영역의 용해를 더 빠르게 하여 필라멘트 묘각선을 따라 완전한 분리를 일으키며 내부 폐쇄 형상은 자체 무게로 떨어져 나간다. 예로써, 원형구조들은 기판 내에서 광음향 압축 영역을 생성시켜 식각 용액에서 떨어지게 함으로써 반경 1 내지 50 mm로 분리 될 수 있다.
도 3a는 도 3에 나타난 슬롯 3을 확대한 것이다. 도 3b는 구멍 33 과 미세균열 33C 을 나타내는 도 3a의 확대 부이다. 도 3c는 도 3에 나타난 절단된 원 4 의 확대 부이다. 도 3d는 구멍들 43 과 미세균열 43C 을 나타내는 도 3c의 확대 부이다. 도 3e는 도 3의 절단된 정사각형 5 의 확대 도이다. 도 3f는 구멍들 53 과 미세균열 53C 을 나타내는 도 3e의 확대 부이다. 모든 실시예에서 화학 용기가 절단물을 제거키위해 사용되었다.
하드 디스크 드라이브에 사용되는 디스크를 형성하기 위해 두 개의 원형으로 유리을 묘각하는 것은 산업분야에서 도전적 과제이다. 관련 기술 분야에서 다이아몬드 롤러 묘각 후 불량한 단면 품질은 연마를 필요로 하여 생산비용을 높인다. 도 4는 방출된 폐쇄 형상을 도식적으로 나타낸 또 다른 도면이다. 기판이 묘각 된 후, 접시가 기판 60 의 몸체로부터 분리되고, 중심 디스크 80 이 또한 접시로부터 분리 된다.
도 4a는 구멍들 81E 과 미세균열 89C 를 나타내는 도 4의 확대 부이다. 구멍 81E 들은 기판 60 을 관통한다. 투명 기판에 생긴 모든 구멍 81E 들은 실질적으로 경사가 없는 원형 형태이다.
도 4의 참조번호 81I 는 원형의 내부 묘각선을 나타내고, 81E 는 원형의 외부 묘각선을 나타낸다. 묘각한다 함은 기판이 구멍을 포함한다는 것을 의미한다.
묘각선 81I, 81E 는 원형의 천공을 만들기 위해 초속 버스트 필라멘트 방법을 써서 유리기판에 초 단위로 만들어진다. 식각 후 중신 원 85 은 자체 무게로 떨어지거나 공기압 또는 물리적 수 터치로 분리되고, 디스크 80 또한 절단 홈으로부터 분리된다.
계속 도 4를 참조하면, 디스크 89은 1 um 정밀도로 절단되고 단면 조도는 1 um 미만이다. 초속 버스트 필라멘트 묘각은 미세균열이나 모서리 조각없이 절단하기 때문에 연마가 필요 없다.
도 5a는 보로실리케이트(borosilicate) 유리를 나선형으로 절단한 것을 나타낸다. 투명 재료로부터 깨끗하게 절단된 곡선면을 볼 수 있다. 여기서 보로실리케이트 유리 링 부위 75,77 은 투명 튜브 70 에서 절단된다. 도 12B 는 투명 튜브 70 내 구멍 12D 와 구멍들 사이의 미세균열 12C 를 나타내는 튜브 부를 확대한 것이다. 절단은 유리 스프링 구조를 만들기 위해 나선형 운동으로 행하여질 수 있고, 튜브 자체는 얇은 디스크를 만드는 봉이 될 수 있다.
도 6a에서 보여진대로, 다이아몬드와 같은 보석을 관통하는 구멍들을 156, 151, 152, 153, 154 조밀한 간격으로 배열하여 절개면 155 을 형성할 수 있다. 필라멘트 형성으로 인해 매우 좁은 수정영역의 커튼이 절개면을 형성한다. 보석을 적당한 식각액에 두면 식간 산이 구멍 내에서 모세 효과로 이동하여 재료의 양호한 분리를 가져온다. 이 기술을 이용하여 절단 공정과정에서 값비싼 석재의 손실을 매우 줄일 수 있다. 도 6b는 두 세 번의 절단 후 최종 석재를 보여준다.
도 7a-e는 후공정으로 싱귤레이션없이 각도를 갖는 모서리를 내부 특징으로 하는 절단 방법을 보여준다. 도 7a-e에서 빔 트랙 137, 142 는 원하는 최종 모서리 765의 경사와 동일한 각도로 입사 빔과 기울어진 각 축 136 을 중심으로 한 회전에의해 만들어진다. 이러한 제약이 없는 구현방법은 각진 절단과 회전단 기구의 병진운동으로써 필라멘트 배열에 의한 복잡한 절단물들의 생성을 가능하게 한다.
도 7e는 다수의 필라멘트 형성 빔에 의한 공정을 통하여 모깍인 부위 140 를 형성하는 실시예를 나타낸다. 빔과 필라멘트 경로는 여러 각도로 모깍이거나 비스듬한 모서리가 형성되도록 조절 가능함을 이해할 수 있다. 더우기, 모서리는 직선일 수도 있다. 직선이라 함은 기판의 표면과 수직 하다는 것을 의미한다. 평행한 형태의 경우에는 직각으로 입사되는 빔과 함께 직각과 다른 입사각을 이루는 목표물에 도달하는 다수의 빔을 얻기 위해 빔이 나누어져 진행할 수 있도록 함으로써 3면 모서리 또는 비스듬한 모서리를 생성시킬 수 있다.
비스듬한 경사는 예컨대 공정에서 허용되는 분리각에 따라 2면 또는 그 이상의 면들에서 생성시킬 수 있다. 몇가지 예들이 도 7e에 나타나 있다. 필라멘트 형성 공정 이후에 샘플은 분리을 위해 식각 용기에 놓여진다.
도 8a-d는 기판에서 다양한 형태로 매우 미세하게 절단된 것들을 보여준다. 알파벳이나 숫자로 표시하는 것 대신에 명함이나 광고 로고를 기판에 새길 수 있다. 곡선 또는 각진 채널, 저장기기, 기어와 같은 매우 미세한 구조들을 유리에 새길 수 있다. 이것은 미세구조 형성에 비용과 시간이 많이 드는 MEMS 생산에 들어가는유리나 유사재료들에 엄청난 응용분야를 열어준다. 공정결과 나온 부분들도 금속 막을 가질 수 있고 이들도 화학용기 또는 건식 식각 될 수 있다. 50 um 폭을 갖는 채널을 200 um 두께의 유리에서 얻을 수 있고 식각된 절개선은 항상 묘각선을 따른다.
도 9a 와 b 는 구멍 드릴의 평면도와 등거리 도면이다. 구멍들은 대량 여과에 사옹될 수 있고, 유리의 관통 구멍들은 CPU 같은 칩 내부에서 레벨간 절연체나 구멍을 통한 상호연결용으로 또한 사용될 수 있다.
도 9a 와 b에 보여진대로 물체 분리 소자 68 는 도 10에 나타낸 바와 같이 관통 드릴된 동일한 크기를 갖는 구멍 69A 의 배열을 갖는 평면 유리 기판 70 이다. 작동시에는 분리될 재료(가스, 액체 또는 고체 입자)가 기판 70 의 평면과 줄모양으로 접촉되어 재료가 구멍 배열 69 을 입자가 통과할 만큼 충분한 힘으로 통과하여 소자의 밑면 68 을 지나가도록 한다. 이론상, 소자면과 수직한 힘이 가장 빠르게 작동하고 각이진 줄은 어느 정도만 작동한다. 기판에 생긴 구멍크기는 분리될 아이템의 기하적 특징에 따라 정해진다.
50 um 에서 5 mm 까지 두께의 투명재료에서 50 내지 1000 um 직경의 구멍들에 대한 수요는 상당히 크다. 현재의 방법이 관통 구멍을 만드는 최선의 것으로 보인다. 또 다른 실시예로서, 유리 내 관통 구멍은 반도체 소자의 상호연결에 그 수요가 크다. CPU에 사용되는 주파수가 매우 높기 때문에 회로간 연결을 위해 긴 와이어를 사용하는 것은 방사를 초래한다. 칩들이 적층 되는 것을 피하기 위하여, 매우 얇은 막의 유리가 칩간 절연층으로 사용된다. 레벨간 연결은 관통 구멍을 통하여 이루어진다. 하나의 샘플에 때로는 십 만개 이상의 구멍들을 필요로 한다. 초속 버스트 필라멘트를 이용한 레이저 삭마로 만들어진 구멍들은 묘각될 수 있고, 이후에 화학식각으로 제거될 수 있다. 이렇게 하여 제조 공정 속도롤 높이고 비용을 줄이게 된다.
도 10은 싱귤레이션에 적합한 레이저 시스템 설계의 실시예를 나타낸다. 레이저 72 는 버스트 펄스를 전달하는데, 예로써, 대략 1 uJ - 50 mJ의 에너지를 약 2.5 MHz의 반복속도로 전달한다.
화강석 수직부 115 은 산업계에서 보통 쓰이고 있는 기계적 진동을 완충하는 대응 물체로 설계된다. 이것은 광학기구가 단 위에서 X 또는 Y 한 축으로나 양축 모두로 움직일 수 있게 하는 다리 역할을 할 수도 있다. 화강석 기저대 129 는 하나 또는 모는 시스템 요소들을 지지하는 대응 물체를 제공한다. 몇몇 구현 예에서는, 조작 기구 122 가 안정성 이유로 시스템으로부터 진동되면서 이탈된다.
Z 축 모터 구동부 124 는 광학기구들을 서보 조절 X-Y 단 84 과 상대적으로 Z 축 방향으로 움직이는 데 제공된다.(조건 및 초점설정, 필요 시 스캔) 이 동작은 XY단 84 과 연계될 수 있어서, 상부의 화강석 다리에서는 X 또는 Y 방향으로, 샘플 재료를 지지하는 화강석 기저대 129 상에서는 XY 방향으로 동작 될 수 있다.
단 84 는, 예로써, XY 및 경사축, 감마("yaw")를 갖는 쎄타(Theta) 단들을 포함한다. 단 84 의 동작은 콤퓨터 제어 시스템으로 조정되는데, 예로써, 큰 모판으로부터 원하는 부분형상을 만든다. 계측 기구 108 은 후공정 또는 전공정 (또는 모두) 측정을 하기 위해 제공되는데, 예로써, 맵핑(mapping), 크기 측정, 및/또는 절단 후 모서리 품질검사에 이용된다.
도 11a는 레이저 가공으로 유리 하드 디스크 드라이브 판 189 을 절단하는 레이저 시스템의 예를 보여주는 평면 개념도이다. 레이저 헤드 177 의 X-Y 동작은 도 10A에 보여지는데 레이저 헤드 177 가 유리 기판 170 위에 개념적으로 나타나 있다. 유리 기판 170 은 화강석(또는 다른 치수적으로 안정한) 지지대 120 상부의 빔 171, 172 에 의해 지지된다. 레일 175, 176 은 도 10a에 나타난 바와 같이 레일 175, 176 을 따라 X 방향으로 움직일 수 있는 동작 암 178 을 지지한다. 동작 암 178 은 이를 X 방향으로 정확하게 위치시키는 모터와 제어기에 의해 구동된다. 유사하게, 레이저 헤드는 모터와 제어기로 구동되고, 도 11a와 11b에 나타낸 대로 Y 방향의 동작 암 178 을 따라 정확하게 움직이면서 위치를 잡는다. 도 11b는 도 11a의 유리 하드 디스크 판을 절단하는 레이저 시스템의 예를 보여주는 측면 개념도이다. 동작 암 178 은 레일 수단을 포함하고 레이저 헤드 177 은 Y 방향으로 레이저 헤드 177를 위치시키기 위해 모터 177M 또는 다른 수단을 포함한다. 더우기, Z 방향으로 움직이는 레이저 헤드는 빕 허리를 원하는 대로 조절하는데 쓰인다. 수직 레일 177V 는 수직 방향 (Z 방향)으로 레이저 헤드 177 을 움직이게 한다. 더 나아가, 선택적 분산-초점 렌즈를 레이저 헤드 177 과 함께 사용할 수 있다는 것을 알 수 있다. 유리 하드 디스크 판 180 이 도 25A 와 도 4에 나타나 있다.
많은 수의 디스크를 포함하는 다수의 큰 크기의 유리 판들은 화학 용기에 담겨진다. 그렇게 해서 중심 원과 판이 주 기판으로부터 좋은 단면 품질과 정확성을 가지면서 분리된다. 이 하드 디스크는 단지 하나의 실시예이고, 평평하거나 굴곡진 형태의 어떤 취성 재료에서 나온 부분들일 수 있다.
도 12는 수차 초점 렌즈 150 로 들어가는 입사 레이저 빔 150I, 투명 기판의 바닥 표면과 맞물려 있는 금속 막 150M, 금속 막과 맞물려 있는 포토레지스트 150R, 포트레지스트 150R 표면에 머무는 레이저 빔의 주 초점 허리 150P, 그리고 투명 기판 150T 내에서 제 이차 초점 허리 150S 들을 나타내는 투명 기판 150T 의 측면 개념도이다.
도 13은 내부를 통과하는 구멍들 150H, 투명 기판 150T 과 맞물려 있는 금속 막 150M, 금속 막 150M 과 맞물려 있는 포토레지스트 150R, 투명기판 150T, 금속 막 150M 그리고 포토레지스트 150R 가 화학 식각재 301 에 담겨있으면서 습식 식각되는 것을 보여주는 투명 기판 150T 의 측면 개념도이다. 투명 기판 180 의 원하는 부위는 그 투명 기판을 식각액에 충분한 시간동안 둠으로써 투명 기판 150T 의 나머지 부위로부터 중력에 의해 분리된다. 지지대 302A, 302B, 및 302C 들은 투명 기판의 남은 부위 아래에 놓인다. 나머지 부위는 그로부터 원하는 부위가 제거된 후의 남은 부위이다.
도 13의 배치는 식각액 301 이 가득한 용기 303 내에 있다. 식각액은 기판의 구멍 150H 들 내에 머물며 구멍들의 노출된 표면을 약하게 한다. 습식 식각액은 여기서 명시된 투명 기판의 사용에 적합한 이전에 명시된 어떤 것이라도 좋다.
도 13a는 도 13에서 기판을 통과하는 다수의 구멍 150H 들과 그 구멍들 사이에서 형성된 균열선 151C, 152C 을 나타내는 투명 기판 150T 의 평면도이다. 구멍 150H 들은 다른 도면에서 설명된 바와 같은 매우 작은 직경을 갖는다. 구명 150H 는 서로 가까이 떨어져 있다. 구멍 150H 는 레이저 필라멘트에 의해 만들어진다. 바람직 하기로는, 구멍 간 간격은 중심 대 중심으로 2-10 um이다. 구멍 150H 는 직경으로 1 um와 같거나 작다. 균열선 151C, 152C 은 인접한 구멍들 사이에서 형성되어 원하는 부위 180 이 기판 150T 으로부터 분리될 때 부드러운 표면으로 된다. 본 실시예의 원하는 부위 180 는 용기로부터 제거될 때 자체 무게나 또는 기계소자, 손가락(표시안됨) 또는 공기압으로 인해 분리된다.
도 13을 참조하면 모세 효과는 습식 식각액 301 이 기판을 통과하는 구멍 150H 내로 끌어 올려지는 것을 도와준다. 모세 효과는 여기서 설명된 필라멘트 공정으로 만들어진 매우 작은 직경의 구멍 때문에 생긴다. 또 도 13을 참조하면 구멍 150H 는 식각액 301 으로 채워진다. 식각액 표시(액체 표시)는 도 13에서 보여지기 힘들기 때문에 구멍 150H 에 사용되어 있지 않는다. 구멍 150H 내 식각액 301 은 기판 재료의 균열선을 따라 기판 재료를 약하게 하여 부드러운 모서리를 갖는 부위를 분리하는 것을 돕는다.
도 14는 투명 기판 150T 의 표면과 맞물려 있는 금속 막 150M, 금속 막과 맞물려 있는 포토레지스트 150R 가 건식 식각 되고 있는 통과 구멍 150H 들을 갖는 투명 기판 150T 을 나타내는 측면 개념도이다. 전극 190A, 190C 들은 가스/플라즈마 150G 에서 작동되는 RF 전압원에 의해 여기되어 건식 식각재를 여기시킨다. 식각재는 기판의 구멍 150H 내에 머물며 투명 기판 150T 의 구멍 150H 의 노출된 표면을 약하게 한다. 건식 식각재는 여기서 명시된 투명 기판의 사용에 적합한 이전에 명시된 어떤 것이라도 좋다. 여기서 어떤 것도 사용되는 건식 식각의 유형을 제한하지 않는다.
투명 기판 150T 의 레이저 가공 방법의 하나의 실시예는 다음 단계들을 포함한다. 투명재료와 맞물려 금속 막 150M 이 형성되고 금속 막 150M 과 맞물려 포토레지스트 막 150R 이 형성된다. 단일 또는 다수의 펄스로 된 레이저 버스트를 포함하는 레이저 빔 150I(도 12)이 제공된다. 투명재료 150T 의 외부에 플라즈마 채널 형성을 피하면서 외부위치에 빔 허리 150P 가 형성되도록 투명재료와 상대해서 외부적으로 레이저 빔이 집중된다. 투명재료 내에서 광 파괴가 일어나지 않게 하면서 연속 레이저 필라멘트가 형성되도록 충분한 에너지 밀도를 유지하는 레이저 빔을 집중한다. 이 공정은 포토레지스트 막 150R 과 금속 막 150M 을 삭마하기 위하여 투명재료 내에서 연속 레이저 필라멘트(220, 도 1)를 동시에 집중시키면서 저 파워 레이저 빔을 동시에 형성시키는데, 금속 막을 하나 또는 그 이상의 부위에서 국부적으로 삭마함으로써 연속 레이저 필라멘트에 의해 형성된 투명재료를 관통하는 구멍에 근접한 금속 막이 제거될 수 있도록 저 파워 레이저 빔이 포토레지스트 막 150R 과 금속 막 150M 을 삭마하기에 충분한 파워를 유지하면서 투명재료의 내부에 있거나 관통하는 필라멘트를 형성하는데 필요한 임계치 이하의 파워를 갖는다. 연속 레이저 필라멘트는 기판 내나 기판을 통과하여 형성되면서 동시에 포토레지스트 막과 금속 막이 삭마되어 제거된다. 포토레지스트 막과 금속 막이 제거되고 나면, 구멍들은 습식 또는 건식 식각 된다. 이 공정에서는 금속 막에 손상을 주는 포토레지스트의 손상을 피하면서 투명재료 기판을 관통하는 구멍을 선택적으로 식각하는 것이 요구된다. 포토레지스트는 습식 또는 건식 식각재에 금속 막이 노출되는 것을 피함으로써 금속 막에 부수적인 손상을 효과적으로 막는다. 포토레지스트 막과 금속 막은 도 13과 14에서 보여진대로 구멍 150H 에 근접해서 제거된다. 다양한 마스크가 습식 및 건식 식각 과정에 사용될 수 있다. 포토레지스트 막과 금속 막은 필라멘트 형성과 동시에 제거된다. 도 14 참조.
본 발명은 투명 재료상에서 금속을 인쇄하는데 또한 적합하다. 투명 재료는 그위에 금속 막이 입히고, 다음으로 포토레지스트가 금속에 입힌다. 그 다음 마스크가 금속 막에 대어진다. 마스크는 빛이 그 아래 포토레지스트에 도달되는 것을 방지한다. 마스크가 일례로 문자 A를 형성한다고 하자. 적당한 빛이 마스크에 의해 가려지지 않고 노출된 포토레지스트에 가해진다. 본 발명은 포토레지스트의 삭마, 금속 삭마, 및 광음향 압축에 의한 투명 재료를 통과하는 구멍 형성들에 관해 동시에 언급하고 있기 때문에 금속 및 포토레지스트 식각 기술이 고 품질 문자 A 를 만드는데 사용될 수 있다.
215 투명재료 기판
220 필라멘트
160 레이저 빔
150 초점 조립체
150M 금속 막
150R 포토레지스트

Claims (24)

  1. 투명 재료의 레이저 가공 방법에 있어서,
    레이저 펄스 버스트를 포함한 레이저 빔을 제공하는 레이저 소스;
    상기 투명재료의 외부에 플라즈마 채널 형성을 피하면서 상기 투명재료의 외부위치에 빔 허리가 형성되도록 상기 레이저 빔을 집중시키는 하나 또는 그 이상의 초점조정요소;
    상기 투명재료 내에서 광 파괴가 일어나지 않게 하면서 연속 레이저 필라멘트가 형성되도록 충분한 에너지 밀도를 생성하는 레이저 빔과 하나 또는 그 이상의 초점조정요소;
    상기 레이저 빔과 상기 투명재료 사이에 상대적인 위치를 변화시키는 수단;
    상기 레이저 빔과 상기 투명재료 사이에 상대적인 위치를 변화시키는 상기 수단과 기능적으로 연결된 제어 및 공정 유닛;
    상기 투명재료 내에서 연속적인 레이저 필라멘트 배열 형성을 위하여 상기 레이저 빔과 상기 투명재료 사이의 상대적인 위치를 제어하는 상기 제어 및 공정 유닛;
    상기 투명재료의 첫 번째 표면에서 두 번째 표면으로 연속적으로 연장되는 상기 연속 레이저 필라멘트 배열; 및
    폐쇄 형상을 분리하기 위해 상기 연속 레이저 필라멘트 배열을 선택적으로 건식 또는 습식으로 식각하는 것을 포함하는 투명재료의 레이저 가공 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 투명재료는 유리, 보로실리케이트 유리, 엠버(amber) 유리, 화학 또는 열 강화 유리, 사파이어, LiNbO3, 실리콘, Ti:사파이어, LiTaO3, 투명 세라믹, ALON, 결정성 봉, GaN, SiC 및 ZnSe 들로 이루어진 군에서 선택 되어지는 투명재료의 레이저 가공 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 건식 식각은 CF4, SF6, NF3, Cl2, 및 CCl2F2 로 이루어진 군에서 선택되는 반응성 가스의 플라즈마에 의해 수행되는 투명재료의 레이저 가공 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 습식 식각은 질산(HNO3), 불산(HF), 수산화칼륨(KOH), 에틸렌디아민 파이로케타콜(EDP), 및 테트라메틸암모니움 하이드로사이드(TMAH) 들로 이루어진 군에서 선택되는 식각액으로 수행되는 투명재료의 레이저 가공 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 투명기판은 절개 후 또는 싱귤레이션 후 파괴 강도가 약 50 MPa를 넘는 투명재료의 레이저 가공 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 연속 레이저 필라멘트는 약 1 mm를 넘는 길이를 갖는 투명재료의 레이저 가공 방법.
  7. 투명재료의 레이저 가공 방법에 있어서,
    상기 투명재료와 맞물려 금속 막이 형성되고 상기 금속 막과 맞물려 포토레지스트 막이 형성되는 단계;
    단일 또는 다수의 펄스로 된 레이저 버스트를 포함하는 상기 레이저 빔을 제공하는 단계;
    상기 투명재료의 외부에 플라즈마 채널 형성을 피하면서 상기 투명재료의 외부위치에 빔 허리가 형성되도록 상기 투명재료에 대하여 외부적으로 상기 레이저 빔을 집중시키는 단계;
    상기 투명재료 내에서 광 파괴가 일어나지 않게 하면서 그 안에서 연속 레이저 필라멘트가 형성되도록 충분한 에너지 밀도를 유지하는 상기 레이저 빔을 집중시키는 단계;
    상기 포토레지스트 막과 상기 금속 막을 삭마하기 위하여 상기 투명재료 내에서 상기 연속 레이저 필라멘트와 저 파워 레이저 빔을 동시에 형성시키는 데 있어서, 상기 저 파워 레이저 빔의 파워가 상기 포토레지스트 막과 상기 금속 막의 하나 또는 그 이상의 부위에 상기 레이저 빔이 국부적으로 조사되어 이들 막들을 삭마함으로써 상기 연속 레이저 필라멘트에 의해 형성된 상기 투명재료를 관통하는 구멍과 근접한 상기 금속 막을 제거하기에 충분하면서, 상기 투명재료의 내부나 관통하는 상기 필라멘트를 형성하는데 필요한 임계치 이하인 단계; 및,
    상기 금속 막에 손상을 주는 상기 포토레지스트의 손상을 피하면서 상기 투명재료 기판을 관통하는 상기 구멍을 선택적으로 식각하는 단계들을 포함하는 투명재료의 레이저 가공 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 투명재료는 유리, 보로실리케이트 유리, 엠버(amber) 유리, 화학 또는 열 강화 유리, 사파이어, LiNbO3, 실리콘, Ti:사파이어, LiTaO3, 투명 세라믹(광세라믹 ALON과 같은), 결정성 봉, GaN, SiC 및 ZnSe 들로 이루어진 군에서 선택되는 투명재료의 레이저 가공 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 투명재료는 유리, 보로실리케이트 유리, 엠버(amber) 유리, 화학 또는 열 강화 유리, 사파이어, LiNbO3, 실리콘, Ti:사파이어, LiTaO3, 투명 세라믹(광세라믹 ALON과 같은), 결정성 봉, GaN, SiC 및 ZnSe 들로 이루어진 군에서 선택되는 투명재료의 레이저 가공 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 건식 식각은 CF4, SF6, NF3, Cl2, 및 CCl2F2 로 이루어진 군에서 선택되는 반응성 가스의 플라즈마에 의해 수행되는 투명재료의 레이저 가공 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 연속 레이저 필라멘트는 길이가 약 1mm를 넘는 투명재료의 레이저 가공 방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 투명기판은 절개 후 또는 싱귤레이션 후 파괴 강도가 약 50 MPa를 넘는 투명재료의 레이저 가공 방법.
  13. 투명재료의 레이저 가공 방법에 있어서,
    상기 투명재료와 맞물려 금속 막이 형성되고 상기 금속 막과 맞물려 상기 포토레지스트 막이 형성되는 단계;
    상기 단일 또는 다수의 펄스로 된 상기 레이저 버스트를 포함하는 상기 레이저 빔을 제공하는 단계;
    상기 투명재료의 외부에 플라즈마 채널 형성을 피하면서 상기 투명재료의 외부위치에 상기 빔 허리가 형성되도록 상기 투명재료에 대하여 외부적으로 상기 레이저 빔을 집중시키는 단계;
    상기 투명재료 내에서 광 파괴가 일어나지 않게 하면서 그 안에서 상기 연속 레이저 필라멘트가 형성되도록 충분한 에너지 밀도를 유지하는 상기 레이저 빔을 집중시키는 단계;
    상기 포토레지스트 막과 상기 금속 막을 삭마하기 위하여 상기 투명재료 내에서 상기 연속 레이저 필라멘트와 상기 저 파워 레이저 빔을 동시에 형성시키는 데 있어서, 상기 저 파워 레이저 빔의 파워가 상기 포토레지스트 막과 상기 금속 막의 하나 또는 그 이상의 부위에 상기 레이저 빔이 국부적으로 조사되어 이들 막들을 삭마함으로써 상기 연속 레이저 필라멘트에 의해 형성된 상기 투명재료를 관통하는 구멍과 근접한 상기 금속 막을 제거하기에 충분하면서, 상기 투명재료의 내부나 관통하는 상기 필라멘트를 형성하는데 필요한 임계치 이하인 단계;
    상기 투명기판을 통과하는 다수의 구멍을 생성시키고, 상기 기판을 통과하는 상기 다수의 구멍들 각각과 근접해 있는 상기 금속 막 일부와 상기 포토레지스트 막 일부를 제거하는 단계; 및,
    상기 금속 막에 손상을 주는 상기 포토레지스트의 손상을 피하면서 상기 투명재료 기판을 관통하는 상기 구멍을 선택적으로 식각하는 단계들을 포함하는 투명재료의 레이저 가공 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 투명재료는 유리, 보로실리케이트 유리, 엠버(amber) 유리, 화학 또는 열 강화 유리, 사파이어, LiNbO3, 실리콘, Ti:사파이어, LiTaO3, 투명 세라믹(광세라믹 ALON과 같은), 결정성 봉, GaN, SiC 및 ZnSe 들로 이루어진 군에서 선택되는 투명재료의 레이저 가공 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 건식 식각은 CF4, SF6, NF3, Cl2, 및 CCl2F2 로 이루어진 군에서 선택되는 반응성 가스의 플라즈마에 의해 수행되는 투명재료의 레이저 가공 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 습식 식각은 질산(HNO3), 불산(HF), 수산화칼륨(KOH), 에틸렌디아민 파이로케타콜(EDP), 및 테트라메틸암모니움 하이드로사이드(TMAH) 들로 이루어진 군에서 선택되는 식각액으로 수행되는 투명재료의 레이저 가공 방법.
  17. 상기 투명재료와 맞물려 상기 금속 막이 형성되고 상기 금속 막과 맞물려서는 상기 포토레지스트 막이 형성되는 단계;
    다수의 펄스로 된 상기 버스트를 다수 포함하는 상기 레이저 빔을 제공하는 단계;
    무보정 또는 수차 광 초점요소를 이용하여 상기 투명재료 외부에서 상기 레이저 빔의 초기 초점허리를 발생시키는 단계;
    상기 투명재료 내에 분산되어 약하게 초점된 레이저 빔을 생성시키는 단계;
    상기 투명재료 내에서 공간적으로 확장된 균일한 필라멘트를 형성하는 단계;
    상기 투명기판 내에서 필라멘트 배열을 형성하는 단계;
    각 연속 레이저 필라멘트와 근접한 상기 금속 막 일부와 상기 포토레지스트 막 일부를 제거하는 단계; 및,
    상기 연속 레이저 필라멘트 배열을 선택적으로 건식 또는 습식 식각하는 단계들을 포함하는 투명재료의 레이저 가공 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 투명기판 내에서 상기 필라멘트 배열 형성을 능동적으로 제어하는 것이 용이하도록 피드백을 주기 위해 상기 필라멘트를 광 감시하는 단계를 추가적으로 포함하는 투명재료의 레이저 가공 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 투명재료는 유리, 보로실리케이트 유리, 엠버(amber) 유리, 화학 또는 열 강화 유리, 사파이어, LiNbO3, 실리콘, Ti:사파이어, LiTaO3, 투명 세라믹(광세라믹 ALON과 같은), 결정성 봉, GaN, SiC 및 ZnSe 들로 이루어진 군에서 선택되는 투명재료의 레이저 가공 방법.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 건식 식각은 CF4, SF6, NF3, Cl2, 및 CCl2F2 로 이루어진 군에서 선택되는 반응성 가스의 플라즈마에 의해 수행되는 투명재료의 레이저 가공 방법.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 습식 식각은 질산(HNO3), 불산(HF), 수산화칼륨(KOH), 에틸렌디아민 파이로케타콜(EDP), 및 테트라메틸암모니움 하이드로사이드(TMAH) 들로 이루어진 군에서 선택되는 식각액으로 수행되는 투명재료의 레이저 가공 방법.
  22. 제13항에 있어서,
    상기 투명재료를 균열선을 따라 부드러운 모서리가 상기 균열선을 따라 형성되도록 분리하는 단계를 추가적으로 포함하는 투명재료의 레이저 가공 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    묘각선 폭이 15 um 이하인 것을 생성시키는 단계를 추가적으로 포함하는 투명재료의 레이저 가공 방법.
  24. 제23항의 가공 공정으로 정밀한 기하 구조를 갖는 가공물.
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