KR20160126977A

KR20160126977A - 변형된 2차원 코드 및 이러한 코드를 생성하는 레이저 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20160126977A
Application number: KR1020167020433A
Authority: KR
Inventors: 저스틴 디. 레드
Original assignee: 일렉트로 사이언티픽 인더스트리즈, 아이엔씨
Priority date: 2014-02-28
Filing date: 2015-02-24
Publication date: 2016-11-02
Also published as: CN106030617A; TW201602918A; TWI659363B; CN106030617B; WO2015130698A1; US9269035B2; US20150248602A1

Abstract

2차원 코드 내 각 데이터 점은 스팟(32)들의 분배로 표시될 수 있다. 각 스팟(32)은 사람의 눈에 보이지 않을 만큼 충분히 작게 만들어져서 상기 2차원 코드가 투명한 물질 또는 비투명한 물질 위에 또는 내에서 보이지 않을 수 있다. 상기 스팟(32)들은 광학 코드 판독기를 위한 신호대잡음비를 증가시키기 위해 큰 거리로 이격될 수 있다. 레이저(50)는 상기 스팟(32)들을 생성하는데 사용될 수 있다.

Description

변형된 2차원 코드 및 이러한 코드를 생성하는 레이저 시스템 및 방법{MODIFIED TWO-DIMENSIONAL CODES, AND LASER SYSTEMS AND METHODS FOR PRODUCING SUCH CODES}

저작권 공지

2015 일렉트로 사이언티픽 인더스트리즈사 ( Electro Scientific Industries, Inc.) 본 특허 문헌의 본 개시 내용의 일부는 저작권의 보호를 받는 자료를 포함한다. 저작권 소유자는 특허 및 상표청에 있는 특허 파일 또는 기록에 있는 그대로 본 특허 문헌 또는 특허 개시 내용을 누군가가 팩스로 재생하는 것에는 이의를 제기하지 않지만, 그렇지 않은 경우에는 무엇이든지 모든 저작권을 보유한다. 37 CFR§1.71(d).

기술 분야

본 출원은 2차원 코드에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 이러한 코드를 생성하는 레이저 시스템 및 방법에 관한 것이다.

QR(quick response) 코드와 GS1 데이터매트릭스(DataMatrix: DM) 코드와 같은 2차원 식별(2DID) 코드는 여러 정보를 추적하고 제공하는 제품에 널리 사용되는 매트릭스 바코드의 유형이다. QR 코드는 밝은 배경(light background) 위에 정사각형 그리드(square grid) 내에 배열된 어두운 색으로 채워진 정사각형(filled darkened square)(흑색 정사각형)을 포함하고, 카메라와 같은 이미징 디바이스에 의해 고속으로 취득하기에 적절하다. 이 코드에서, 각 정사각형은 데이터 점을 나타낸다. 일반적인 정사각형 그리드 패턴은 행 또는 열마다 11개 내지 177개의 정사각형에 이른다. 취득된 이미지의 수평 및 수직 성분의 패턴은, 예를 들어, 상업적인 추적, 엔터테인먼트 및 교통 티켓, 제품 라벨, 제품 마케팅, 모바일 폰 태깅(tagging), 쿠폰(couponing), 텍스트 디스플레이, vCard 연락 정보 추가, URL 또는 URI 열기, 또는 이메일 또는 텍스트 메시지 구성과 같은 코딩된 정보를 보여주거나 활성화할 수 있다. QR 코드는 ISO 표준으로 커버되고, 그 사용에 라이센스가 없다. QR 코드를 생성하는 웹사이트와 앱이 널리 이용가능하여 사용자는 다른 사람이 스캔할 수 있는 자기 자신의 QR 코드를 생성 및 인쇄할 수 있다. (http://en.wikipedia.org/wiki/QR_code 참조). 예시적인 QR 코드는 도 1에 도시된다.

GS1 데이터매트릭스 코드는 또한 여러 ISO 및 IEC 표준(15424 및 15459)으로 커버되고, 많은 응용에 라이센스가 없다. http://en.wikipedia.org/wiki/Data_Matrix 참조. GS1 데이터매트릭스 코드-생성 자원이 또한 널리 이용가능하다. http://datamatrix.kaywa.com을 사용하여 생성된 예시적인 GS1 데이터매트릭스 코드가 도 2에 도시된다.

여러 물질에 많은 상이한 사이즈의 DM 또는 2DID 코드를 마킹(marking)하는 방법이 존재한다. 예를 들어, 일부 2DID 코드는 전통적인 인쇄 기술을 사용하여 라벨로 인쇄되고, 금속에 조각되거나, 묘비에 새겨질 수 있다.

본 개요는 예시적인 실시형태의 상세한 설명에서 더 설명된 것 중에서 선택된 일부 개념을 간략한 형태로 소개하려고 제공된 것이다. 본 개요는 청구된 주제의 핵심적인 또는 본질적인 본 발명의 개념을 식별하려고 의도된 것도 아니고, 청구된 주제의 범위를 제한하거나 결정하려고 의도된 것도 아니다.

일부 실시형태에서, 2차원 코드는 대조 배경(contrasting background)을 구비하는 기판 위에 또는 내에 스팟(spot)들의 분배로 표현되고, 상기 스팟들의 분배는, 제1 및 제2 스팟들의 그룹들을 포함하는 다수의 스팟들의 그룹들을 포함하고, 상기 제1 및 제2 스팟들의 그룹들 각각은 상기 스팟들의 분배가 기하학적 영역들의 다수의 행과 열의 어레이(array)를 형성하도록 기하학적 형상(geometric shape)을 나타내고, 상기 기하학적 영역들의 일부는 하나의 스팟들의 그룹들을 포함하고, 상기 기하학적 영역들의 일부에는 스팟이 없다.

일부 대안적인, 추가적인, 또는 누적 실시형태에서, 2차원 식별 코드로 기판을 마킹하는 방법은, 레이저 펄스를 생성하는 단계, 및 상기 레이저 펄스를 상기 기판으로 지향시켜 상기 기판 위에 또는 내에 스팟들의 분배를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 스팟들의 분배는 상기 2차원 코드를 나타내고, 제1 및 제2 스팟들의 그룹들을 포함하는 다수의 스팟들의 그룹들을 포함하고, 상기 제1 및 제2 스팟들의 그룹들 각각은 상기 스팟들의 분배가 기하학적 영역들의 다수의 행과 열의 어레이를 형성하도록 기하학적 형상을 나타내고, 상기 기하학적 영역들의 일부는 하나의 스팟들의 그룹들을 포함하고, 상기 기하학적 영역들의 일부에는 스팟이 없다.

일부 대안적인, 추가적인, 또는 누적 실시형태에서 작업물의 기판 위에 또는 내에 2차원 식별 코드로 기판을 마킹하는 레이저 마이크로 가공 시스템(micromachining system)으로서, 상기 2차원 코드는 기하학적-형상을 갖는 영역의 어레이를 포함하고, 상기 기하학적-형상을 갖는 영역의 일부는 지정되고, 상기 기하학적-형상을 갖는 영역의 일부는 지정되지 않고, 상기 레이저 마이크로 가공 시스템은, 빔 축을 따라 레이저 펄스를 생성하는 레이저; 상기 작업물을 이동시키는 작업물 지지 시스템; 상기 빔 축을 상기 작업물 쪽으로 지향시켜, 레이저 펄스가 상기 기판 위에 스팟을 마킹하도록 동작가능한 빔-위치지정 시스템; 및 상기 작업물 지지 시스템과 상기 빔-위치지정 시스템의 상대적인 움직임을 조정하고, 상기 2차원 코드의 지정된 기하학적-형상을 갖는 영역들을 상기 지정된 기하학적-형상을 갖는 영역들을 나타내는 상기 그룹들의 스팟들을 위한 상기 기판 위 각 위치로 변환하는 제어기를 포함한다.

일부 대안적인, 추가적인, 또는 누적 실시형태에서 상기 나타내는 기하학적 형상은 직사각형 기하학적 형상이고, 상기 제1 및 제2 스팟들의 그룹들은 상기 직사각형 기하학적 형상의 코너를 나타내도록 위치된다.

일부 대안적인, 추가적인, 또는 누적 실시형태에서 상기 제1 및 제2 스팟들의 그룹들 각각은 짝수개의 스팟을 포함한다.

일부 대안적인, 추가적인, 또는 누적 실시형태에서 상기 제1 및 제2 스팟들의 그룹들 각각은 홀수개의 스팟을 포함한다.

일부 대안적인, 추가적인, 또는 누적 실시형태에서 상기 2차원 코드를 나타내는 상기 스팟들의 분배는 상기 사람의 눈으로부터 25㎜ 이상의 거리에서 사람의 눈에 보이지 않는다.

일부 대안적인, 추가적인, 또는 누적 실시형태에서 상기 어레이는 50 마이크론(micron)을 초과하는 어레이 크기를 구비한다.

일부 대안적인, 추가적인, 또는 누적 실시형태에서 상기 어레이는 500 마이크론을 초과하는 어레이 크기를 구비한다.

일부 대안적인, 추가적인, 또는 누적 실시형태에서 상기 어레이는 500 마이크론 이하의 어레이 크기를 구비한다.

일부 대안적인, 추가적인, 또는 누적 실시형태에서 상기 어레이는 50 마이크론 이하의 어레이 크기를 구비한다.

일부 대안적인, 추가적인, 또는 누적 실시형태에서 상기 어레이는 1㎜ 이하의 어레이 크기를 구비한다.

일부 대안적인, 추가적인, 또는 누적 실시형태에서 상기 스팟들의 그룹들은 상기 사람의 눈으로부터 25㎜ 이상의 거리에서 사람의 눈에 보이지 않는다.

일부 대안적인, 추가적인, 또는 누적 실시형태에서 각 스팟은 사람의 눈으로부터 25㎜ 이상의 거리에서 사람의 눈에 보이지 않는다.

일부 대안적인, 추가적인, 또는 누적 실시형태에서 각 스팟은 35 마이크론 미만의 주 공간 축(major spatial axis)을 위한 크기를 구비한다.

일부 대안적인, 추가적인, 또는 누적 실시형태에서 각 스팟은 주 공간 축을 위한 스팟 크기를 구비하고, 상기 주 공간 축의 상기 스팟 크기의 4배 이상의 거리가 상기 스팟들을 분리시킨다.

일부 대안적인, 추가적인, 또는 누적 실시형태에서 상기 기하학적 영역은 QR 코드의 정사각형을 나타낸다.

일부 대안적인, 추가적인, 또는 누적 실시형태에서 상기 기하학적 영역은 데이터 매트릭스 코드의 정사각형을 나타낸다.

일부 대안적인, 추가적인, 또는 누적 실시형태에서 각 스팟은 레이저 펄스 또는 레이저 펄스의 그룹으로 형성된다.

일부 대안적인, 추가적인, 또는 누적 실시형태에서 각 스팟은 레이저 펄스 또는 레이저 펄스의 그룹으로 형성되고, 각 레이저 펄스는 50 ps 이하의 펄스폭을 구비한다.

일부 대안적인, 추가적인, 또는 누적 실시형태에서 상기 스팟은 어둡고(dark), 상기 기판은 밝다(light).

일부 대안적인, 추가적인, 또는 누적 실시형태에서 상기 스팟은 밝은 마크를 만들고, 상기 기판은 어둡다.

일부 대안적인, 추가적인, 또는 누적 실시형태에서 상기 스팟은 어둡고, 상기 기판은 가시광에 실질적으로 투명하다.

일부 대안적인, 추가적인, 또는 누적 실시형태에서 상기 기판은 가시광에 불투명하다.

일부 대안적인, 추가적인, 또는 누적 실시형태에서 상기 기판은 결정 물질(crystalline material)을 포함한다.

일부 대안적인, 추가적인, 또는 누적 실시형태에서 상기 기판은 사파이어를 포함한다.

일부 대안적인, 추가적인, 또는 누적 실시형태에서 상기 기판은 비결정 물질(noncrystalline material)을 포함한다.

일부 대안적인, 추가적인, 또는 누적 실시형태에서 상기 기판은 유리를 포함한다.

일부 대안적인, 추가적인, 또는 누적 실시형태에서 상기 기판은 플라스틱을 포함한다.

일부 대안적인, 추가적인, 또는 누적 실시형태에서 상기 기판은 알루미늄을 포함한다.

일부 대안적인, 추가적인, 또는 누적 실시형태에서 상기 레이저 펄스는 제2 스팟들의 그룹들을 형성하기 전에 제1 스팟들의 그룹들을 순차적으로 형성하도록 지향된다.

일부 대안적인, 추가적인, 또는 누적 실시형태에서 상기 레이저 펄스는 상기 제1 그룹에서 제2 스팟을 형성하기 전에 제1 및 제2 그룹들 각각에서 제1 스팟을 형성하도록 지향된다.

일부 대안적인, 추가적인, 또는 누적 실시형태에서 빔-위치지정 시스템과 작업물 지지 시스템은 상기 기판 위 위치에 대하여 상기 레이저 펄스의 상기 스팟을 위치시키도록 협력하고, 위치에 대한 상기 스팟의 위치지정 정확도는 10 마이크론보다 더 열악(worse)하다.

일부 대안적인, 추가적인, 또는 누적 실시형태에서 빔-위치지정 시스템과 기판 지지 시스템은 상기 기판 위 위치에 대하여 상기 레이저 펄스의 상기 스팟을 위치시키도록 협력하고, 위치에 대한 상기 스팟의 위치지정 정확도는 5 마이크론보다 더 열악하다.

일부 대안적인, 추가적인, 또는 누적 실시형태에서 빔-위치지정 시스템과 기판 지지 시스템은 상기 기판 위 위치에 대하여 상기 레이저 펄스의 상기 스팟을 위치시키도록 협력하고, 위치에 대하여 상기 스팟의 상기 위치지정 정확도는 1 마이크론보다 더 열악하다.

일부 대안적인, 추가적인, 또는 누적 실시형태에서 상기 스팟들의 그룹들은 5 이상의 신호대잡음비(signal-to-noise ratio)를 제공한다.

일부 대안적인, 추가적인, 또는 누적 실시형태에서 스팟들의 그룹들 사이의 피치(pitch) 또는 외부 분리거리는 신호 진폭을 나타낼 수 있고, 상기 조정된 빔 위치지정 시스템과 작업물 지지 시스템의 불확실성 또는 최대 부정확도는 잡음을 나타낼 수 있다.

일부 대안적인, 추가적인, 또는 누적 실시형태에서 상기 스팟들의 그룹들 사이에 피치 또는 외부 분리거리는 상기 신호대잡음비를 증가시키도록 증가된다.

일부 대안적인, 추가적인, 또는 누적 실시형태에서 제어기는 상기 2차원 코드의 흑색 정사각형을 상기 스팟들의 그룹들을 위한 상기 기판 위 각 위치로 변환하는데 사용된다.

일부 대안적인, 추가적인, 또는 누적 실시형태에서 상기 어레이는 행 또는 열의 적어도 50개의 기하학적 영역을 포함한다.

일부 대안적인, 추가적인, 또는 누적 실시형태에서 상기 2차원 식별 코드는 기계-판독가능하도록 의도된다.

추가적인 측면 및 장점은 첨부 도면을 참조하여 진행되는 바람직한 실시형태의 이하 상세한 설명으로부터 명백할 것이다.

도 1은 종래의 QR 코드의 실시예를 도시하는 도면;
도 2는 종래의 GS1 데이터매트릭스 코드의 실시예를 도시하는 도면;
도 3은 정사각형 그리드 위에 중첩된 2DID 코드의 일부의 레이저로-만들어진 작은 "흑색 정사각형"을 도시하는 도면;
도 4는 2DID 코드의 어두운 색으로 채워진 정사각형을 대체하는데 사용된 레이저 스팟의 예시적인 패턴의 확대도;
도 5는, 어두운 색으로 채워진 각 정사각형이 도 4의 스팟의 패턴으로 대체된, 도 2의 데이터 매트릭스 코드의 변형된 버전을 도시하는 도면;
도 5A는 내부 분리 거리, 외부 분리 거리, 및 피치 사이에 구별을 제공하는 도 5의 확대된 부분을 도시하는 도면;
도 6은 변형된 2DID 코드의 스팟을 생성하기에 적절한 예시적인 레이저 마이크로 가공 시스템의 일부 부품들의 간략화된 부분 개략 사시도;
도 7은 레이저 펄스 초점 스팟 및 그 빔 웨이스트(beam waist)를 도시하는 도면;
도 8은 코팅 물질과 커버로 커버된 거친 표면(rough surface)을 구비하는 사파이어 웨이퍼(sapphire wafer)의 측단면도.

예시적인 실시형태는 첨부 도면을 참조하여 아래에 설명된다. 많은 상이한 형태 및 실시형태가 본 발명의 사상과 개시 내용을 벗어남이 없이 가능하므로 본 발명은 본 명세서에 제시된 예시적인 실시형태로 제한되는 것으로 해석되어서는 안된다. 오히려, 이 예시적인 실시형태는 본 발명이 철저하고 완전하며, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 본 발명의 범위를 전달하려고 제공된 것이다. 도면에서, 부품의 사이즈 및 상대적인 사이즈는 명료화를 위해 과장되었을 수 있다. 본 명세서에서 사용된 용어는 특정 예시적인 실시형태를 단지 설명하기 위한 것일 뿐 발명을 제한하려고 의도된 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태의 용어와"상기"가 앞에 붙은 용어는, 문맥에 명시적으로 달리 언급이 없는 한, 또한 복수의 형태를 포함하는 것으로 의도된다. 본 명세서에 사용될 때 "포함하는" 및/또는 "구비하는"이라는 용어는, 언급된 특징부, 정수(integer), 단계, 동작, 소자, 및/또는 부품의 존재를 제시하는 것일 뿐, 하나 이상의 다른 특징부, 정수, 단계, 동작, 소자, 부품, 및/또는 이들의 그룹의 존재나 추가를 배제하는 것이 아닌 것으로 이해된다. 달리 언급이 없는 한, 언급된 값의 범위는, 범위의 상한과 하한을 모두 포함할 뿐만 아니라 그 사이의 서브-범위를 포함한다.

일부 2DID 코드는, 예를 들어, TRACKinside(등록상표) 기술을 사용하는 것에 의해 유리 내에 마킹되었다 (http://www.totalbrandsecurity.com/?page_id=209#&panel1-1 참조). 여러 파라미터 조합으로 동작되는 적절한 레이저를 구비하는 모델 MM5330 및 MM5900과 같은, 미국 오레곤주 포틀랜드에 소재하는 일렉트로 사이언티픽 인더스트리즈사에서 제조한 다수의 레이저 마이크로 가공 시스템은 또한 세라믹, 유리, 금속, 또는 이들의 조합과 같은 여러 물질 위에 또는 내에 2DID 코드를 만드는데 적절하다.

더 작은 부분 위에 마킹하는 것이 바람직하므로, 2DID 코드의 사이즈는 더 작아져 왔다. 나아가, "보이지 않는" 2DID 코드의 이용가능성은 일부 응용에, 예를 들어, 방해 없는 시야가 바람직한 스크린으로 기능하는 투명한 물질에, 또는 여러 목적으로, 예를 들어, 인증된 제품 대(versus) 위조 제품을 검출하기 위해 사용될 수 있는 소유자 정보 또는 비밀 제조사 라벨에 사용가능할 수 있다.

2DID 코드를 보이지 않게 만드는 하나의 방법은 흑색 정사각형의 전체 어레이가 너무 작아서 사람의 눈에 보이지 않을 때까지 코드의 사이즈를 축소(shrink)시키는 것이다. 사람의 눈의 이론적인 최대 각도 해상도는 1.0 미터의 거리에서 d = 0.35㎜(350 마이크론) 및 2.0 미터의 거리에서 d = 0.7㎜의 스팟 사이즈에 대응하는 1.2 호 분(arc minute)이다. 편의상, 이 최대 각도 해상도는 d ≤ 0.35x㎜로 표시될 수 있고, 여기서 d는 밀리미터 단위의 스팟 사이즈이고, x는 눈으로부터 스팟까지의 미터 단위의 거리이다.

그러나, 더 가까운 거리, 예를 들어, 모바일 폰 스크린(약 25 cm)을 판독하는 일반적인 거리에서, 2DID 코드는 더 작아야 보이지 않을 수 있고(약 87.5 마이크론), 개별 정사각형은 심지어 더 작아야 할 수 있다. 레이저가 개별 정사각형을 적절히 작게 만드는데 사용될 수 있다 하더라도, 흑색 정사각형은 스팟 사이즈를 단일 레이저 펄스와 같은 사이즈를 구비하는 것일 것이다. 예를 들어, 종래에 작은 레이저 스팟 사이즈, 예를 들어, 약 5 마이크론은 이러한 보이지 않는 2DID 코드를 행 또는 열로 최대 17개의 정사각형을 포함하도록 제한할 수 있다. 레이저 스팟 사이즈의 최소한의 실제 한계는 일반적으로 사용되는 레이저의 파장의 약 2배인 것으로 인정되고, 그리하여 약 1 또는 2 마이크론 미만의 스팟 사이즈는 곤란하고 사용하기에 값비쌀 수 있다. 따라서, 2DID 코드를 보다 상당히 축소하는데 상당한 비용과 기술적인 한계가 있다.

도 3은 정사각형 그리드 패턴(10)에 중첩된 2DID 코드의 일부의 시뮬레이팅된 레이저로-만들어진 "흑색 정사각형"을 도시한다. 실제 레이저와 물질은 레이저가 적절히 정렬되지 않아서 완전히 흑색이지 않고, 회색 음영(shade of grey)인 블러(blurred)진 왜곡된 형상으로 마킹하게 할 수 있다. 모든 이들 인자(블러, 형상 왜곡, 오정렬, 및 낮은-대조 음영)에 의해 특정 정사각형이 "흑색" 또는 "백색"으로 분류되어야 하는지의 여부에 관해 더 낮은 확실성이 초래된다. 이들 인자의 일부는 광학 부품의 예측가능하지 않은 레이저 공동 효과, 과도 상태 또는 만성 오정렬, 또는 빔 위치지정 부품과 레이저 타이밍의 과도 상태 또는 만성 조정 부재로부터 초래될 수 있다. 이러한 불확실성은 집합적으로 "잡음"으로 지칭된다.

도 3에 도시된 레이저로-만들어진 흑색 정사각형과 그리드 패턴은 이 문제들이 2DID 코드를 축소시키는데 잡음을 증가시킬 수 있는 방식을 나타낸다. 특히, 도 3은 축소된 마크(12), 확대된 마크(14), 및 시스템 잡음에 의해 야기된 불균일한 에지(16)를 도시한다. 도 3은 또한, 빔 위치지정 시스템 또는 기판 위치지정 시스템에서 위치 부정확도 또는 조정 부정확도에 의해 야기되거나 또는 이 시스템들에 그리고 레이저 펄스 생성에서 타이밍 부정확도에 의해 야기될 수 있는 오정렬된 마크(18)를 도시한다. 이 왜곡된 마크, 특히 마크(14 및 18)는 광학 코드 판독기가 가장 복잡한 광학기기와 에러 정정 소프트웨어를 가지고 있는 경우에도 해석하는 것이 곤란할 수 있다.

마킹된 2DID 코드의 신호대잡음비(signal-to-noise ratio: SNR)는 2DID 코드를 판독할 때 에러를 최소화할 만큼 코드에 왜곡이 충분히 없는지의 여부의 가능성을 결정한다. 2DID 코드에서 개별 정사각형의 사이즈는 신호 강도에 비례하는 반면, 개별 정사각형의 형상과 사이즈의 왜곡은 잡음에 비례한다. 나아가, 신호 진폭은 각 정사각형을 나타내는 스팟들의 패턴들 사이의 공간적 분리거리에 의해 결정될 수 있고, 잡음 진폭은 스팟을 마킹하는데 사용되는 시스템의 정확도에 의해 결정될 수 있다. 그리하여, 개별 정사각형의 사이즈가 더 작아짐에 따라, 신호 강도는 더 낮아지고 코드는 완벽하지 않는 마킹 기계에서 발생할 수 있는 블러 또는 라인 왜곡과 같은 왜곡을 더 많이 받는다.

그럼에도 불구하고, 오레곤주 포틀랜드에 소재하는 일렉트로 사이언티픽 인더스트리즈사는 시스템 부품의 정렬, 타이밍, 및 조정을 정밀하게 제어하고 레이저 시스템 파라미터의 처리 윈도우를 제한하여 10 마이크론보다 더 작은 레이저 스팟을 작업물(46)(도 6) 위 원하는 위치에 정밀하게 전달하는 것에 의해 이런 많은 문제를 성공적으로 해결하는 레이저 마이크로 가공 시스템을 제조하였다. 일 특정 실시형태에서, 정사각형의 126 × 126 마이크론-어레이의 현미경 2DID 코드가 만들어졌고, 각 지정된 흑색 정사각형은 4-5 마이크론-스팟으로 표시되었다. 그러나, 이 2DID 코드를 만드는데 사용된 레이저 마이크로 가공 시스템은 매우 크고 매우 값비싼 부품이 사용되었다.

레이저로 보이지 않는 2DID 코드를 생성하는 시스템의 비용을 감소시키기 위해, 출원인은 완전히 상이한 패러다임을 추구하였다. 사람의 눈에 보이지 않을 만큼 작게 전체 2DID 코드를 축소시키는 것과 연관된 비용과 문제와 싸우기 보다는, 출원인은 2DID 코드가 2DID 코드의 각 흑색 정사각형에 대해 사람의 눈에 보이지 않는 스팟들의 그룹을 포함하는 변형된 2DID 코드로 표시될 수 있다는 것을 확인하였다.

도 4는 종래의 2DID 코드의 어두운 색으로 채워진 정사각형을 대체하는데 사용되는 레이저 마크 또는 스팟(32)의 예시적인 패턴 또는 그룹(30)의 확대도이다. 전술된 바와 같이, 사람의 눈의 최대 각도 해상도는 편의상 d ≤ 0.35x㎜로 표시될 수 있고, 여기서 d는 밀리미터 단위의 레이저 스팟의 주축이고, x는 눈으로부터 스팟까지의 미터 단위의 거리이다. 그래서, 약 125㎝의 일반적인 최소 판독 거리에서, 2DID 코드에서 각 스팟은 주 축이 사람의 눈에 보이지 않는(배율이 확대될 때, 예를 들어, 현미경 관찰 하에서는 보임) 약 44 마이크론 이하의 스팟 크기를 갖는 주축을 가지도록 할 수 있다.

패턴을 그룹화하는 실험 동안, 출원인은, 보이지 않는 작은 스팟(32)들이 서로 가까이 그룹화될 때, 이 스팟들이 더 큰 사이즈의 단일 스팟으로 보일 수 있고, 그리하여 스팟(32)들의 그룹(30)이 보일 수 있다는 것을 언급하였다. 그러나, 실험에 기초한 경험적인 데이터에 따르면, 스팟(32)들의 중심간 분리거리(s)가 도 4에 도시된 바와 같이 직경(즉, s ≥ 4d)의 4배를 초과할 때 직경(d)을 갖는 원형 형상의 스팟(32)들이 (단일 스팟으로 보이는 스팟의 집합(conglomeration)과는 대조적으로) 개별 스팟으로 보이는 것으로 입증되었다.

간단한 소프트웨어는 종래의 2DID 코드를 변형된 형태로 변환하는데 사용될 수 있고, 각 흑색 정사각형(또는 각 데이터 점)은 작은 스팟(32)(서브데이터 점)들의 패턴으로 표시되고, 각 개별 스팟(32)은 사람의 눈에 보이지 않을 만큼 충분히 작은 주 공간 축(d)을 가지도록 선택되고, 임의의 2개의 스팟(32)들 사이의 중심간 간격 또는 거리는 개별 스팟(32)의 최대 단면 크기(예를 들어, 주 공간 축(d))의 4배를 초과한다. 따라서, 각 스팟(32)의 형상과 스팟(32)의 사이즈는 선택될 수 있다. 원형 스팟(32)은 일반적으로 생성하기에 가장 용이하지만, 예를 들어 정사각형 또는 타원형 스팟(32)도 또한 사용될 수 있다. 유사하게, 각 스팟(32)을 형성하는 공간 에너지 프로파일은 균일해야 하는 것은 아니다.

일반적으로, 각 스팟(32)의 주 공간 축(d)은 약 0.5 마이크론 내지 약 90 마이크론이다. (약 87.5 마이크론 미만의 주 공간 축(d)은 25㎝의 거리에서 사람의 눈에 보이지 않는다). 일부 실시형태에서, 스팟(32)의 주 공간 축(d)은 약 1 마이크론 내지 약 75 마이크론이거나, 또는 스팟(32)의 주 공간 축(d)은 75 마이크론보다 더 짧다. 일부 실시형태에서, 스팟(32)의 주 공간 축(d)은 약 1 마이크론 내지 약 50 마이크론이거나, 또는 스팟(32)의 주 공간 축(d)은 50 마이크론보다 더 짧다. (약 43.75 마이크론보다 더 작은 주 공간 축(d)은 12.5㎝의 거리에서 사람의 눈에 보이지 않는다). 일부 실시형태에서, 스팟(32)의 주 공간 축(d)은 약 1 마이크론 내지 약 25 마이크론이거나, 또는 스팟(32)의 주 공간 축(d)은 25 마이크론보다 더 짧다. (약 22 마이크론보다 더 작은 주 공간 축(d)은 6.25㎝의 거리에서 사람의 눈에 보이지 않는다. 일반적으로, 약 30 마이크론 이하의 스팟 사이즈는 사람의 눈의 해부학적 제약과 종래의 안경의 광학적 제약으로 인해 임의의 거리에서 대부분의 사람의 눈에 보이지 않는다). 일부 실시형태에서, 스팟(32)의 주 공간 축(d)은 약 1 마이크론 내지 약 10 마이크론이거나, 또는 스팟(32)의 주 공간 축(d)은 10 마이크론보다 더 짧다. 일부 실시형태에서, 스팟(32)의 주 공간 축(d)은 약 1.5 마이크론 내지 약 5 마이크론이거나, 또는 스팟(32)의 주 공간 축(d)은 5 마이크론보다 더 짧다.

일반적으로, 레이저 마이크로 가공 시스템의 비용을 상당히 증가시킴이 없이 또는 광학 코드 판독기의 비용을 상당히 증가시킴이 없이 스팟(32)의 주 공간 축(d)을 가능한 한 작게 (그리고 마킹될 기판에 악영향을 미치지 않을 만큼 적어도 충분히 작게) 만드는 것이 유리하다. 스팟(32)의 주 공간 축(d)이 더 작게 만들면 만들수록, 스팟(32)들의 그룹(30)이 보이는 일 없이 최소 스팟 분리 거리(s)가 더 작게 만들어질 수 있는 (그리고 전체 2DID 코드의 사이즈가 더 작게 만들어질 수 있는) 것으로 이해된다. 그러나, 또한 최소 분리 거리(s)를 상당히 초과하는 분리 거리에서 스팟(32)들을 이격시켜 스팟(32)들의 주 공간 축(d)이 최소화될 때에도 신호대잡음비를 증가시키는 것이 유리할 수 있는 것으로 이해된다.

간략화를 위해, 각 스팟(32)은 형상과 사이즈가 유사할 수 있고, 유사한 공간 에너지 프로파일로 형성될 수 있다; 그러나, 이 특성은 바람직하다면 특정 스팟(32)에 대해 의도적으로 변경될 수 있다. 나아가, 상이한 스팟(32)들 사이에 의도치 않은 특성 차이는 유리한 신호대잡음비로 인해 광학 판독 에러를 야기하지 않는다.

일부 실시형태에서, 약 1 마이크론의 스팟 사이즈와 출원인의 경험적인 데이터에 기초하여, 최소 분리 거리(s)는 4 마이크론 이상이다. 1㎜ × 1㎜ 구역(field)으로 마킹될 177 × 177 2DID 코드를 위한 예시적인 어레이에서, 1-마이크론 스팟(32)들 사이의 분리 거리(s)는 약 5.6 마이크론만큼일 수 있다. 물론, 변형된 2DID 코드를 위한 구역이 이렇게 작아야 하는 것은 아니어서, 최대 분리 거리(s)는 기판의 사이즈를 2DID 코드의 행 또는 열의 기하학적 영역의 수로 나눈 것으로 결정될 수 있다. 예를 들어, 177 × 177 2DID 코드를 위한 10㎝ × 10㎝ 구역은 1-마이크론 스팟(32)들 사이의 565 마이크론-분리 거리(s)만큼 제공할 수 있고; 57 × 57 2DID 코드를 위한 20㎝ × 20㎝ 구역은 1-마이크론 스팟(32)들 사이의 3500 마이크론-분리 거리(s)만큼 제공할 수 있고; 또는 21 × 21 2DID 코드를 위한 1㎜ × 1㎜ 구역은 25-마이크론 스팟(32)들 사이의 40 마이크론-분리 거리(s)만큼 제공할 수 있다. 전술된 바와 같이, 더 큰 분리 거리(s)는 더 큰 신호대잡음비를 제공한다. 나아가, 레이저 마이크로 가공 시스템의 특성은 스팟(32)들 사이의 분리 거리(s)의 선택에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 레이저 마이크로 가공 시스템이 약 플러스(plus) 또는 마이너스(minus) 20 마이크론의 스팟 위치의 위치 정확도를 가지고 있다면, 40 마이크론의 분리 거리(s)가 유리할 수 있다.

그룹 영역은 그룹(30)에서 스팟들의 분배의 주위(perimeter)를 형성하는 스팟(32)들로 한정될 수 있다. 그룹(30)에서 각 스팟(32)은 전술된 바와 같이 스팟 사이즈 또는 스팟 영역을 구비한다. 누적 스팟 영역은 하나의 그룹(30) 내 스팟(32)들의 스팟 영역의 합을 나타낼 수 있다. 일부 실시형태에서, 누적 스팟 영역은 그룹 영역의 10% 이하일 수 있다. 일부 실시형태에서, 누적 스팟 영역은 그룹 영역의 5% 이하이다. 일부 실시형태에서, 누적 스팟 영역은 그룹 영역의 1% 이하이다. 일부 실시형태에서, 누적 스팟 영역은 그룹 영역의 0.5% 이하이다. 일부 실시형태에서, 누적 스팟 영역은 그룹 영역의 0.1% 이하이다.

도 5는, 어레이에서 각 흑색 (지정된) 정사각형이 도 4의 스팟(32)들의 패턴으로 대체된, 도 2의 데이터 매트릭스 코드의 변형된 버전이다. 스팟(32)들의 그룹(30)은 각 스팟(32)이 지정된 정사각형의 코너에 위치되거나 근접하여 위치되도록 패턴으로 배열된 4개의 스팟(32)을 구비하는 것으로 도시된다.

변형된 2DID 코드 어레이를 위한 구역의 사이즈는 마킹될 작업물(46) 위에 기판(44)의 사이즈에 의해서만 제한된다(도 6). 많은 실시형태에서,　이 구역은 20㎝ × 20㎝보다 더 작고, 50 마이크론 × 50 마이크론보다 더 클 수 있다. 일부 실시형태에서, 이 구역은 500 마이크론 × 500 마이크론 이하일 수 있다(그리고 1 마이크론 × 1 마이크론을 초과할 수 있다).

일부 실시형태에서, 이 구역은 250 마이크론 × 250 마이크론 이하일 수 있다(그리고 1 마이크론 × 1 마이크론을 초과할 수 있다). 일부 실시형태에서, 이 구역은 100 마이크론 × 100 마이크론 이하일 수 있다(그리고 1 마이크론 × 1 마이크론을 초과할 수 있다). 일부 실시형태에서, 변형된 2DID 코드의 사이즈는 600 마이크론 × 600 마이크론 이상일 수 있다. 일부 실시형태에서, 변형된 2DID 코드의 사이즈는 1㎜ × 1㎜ 이하일 수 있다. 일부 실시형태에서, 변형된 2DID 코드의 사이즈는 1㎜ × 1㎜ 이상일 수 있고 10㎜ × 10㎜ 이하일 수 있다. 일부 실시형태에서, 변형된 2DID 코드의 사이즈는 1㎝ × 1㎝ 이상일 수 있고 10㎝ × 10㎝ 이하일 수 있다. 전술된 바와 같이, 선택된 레이저 마이크로 가공 특성은 스팟 사이즈에 영향을 미치고 위치지정 구역을 제한할 수 있다. 기판의 특성은 일부 물질에서 분리 거리(s)를 최대화하는 장점 또는 구조적 완전성(structural integrity)이 있을 수 있으므로 어레이의 구역의 사이즈에 또한 영향을 미칠 수 있다. 추가적으로, 광학 코드 판독기의 사이즈와 비용 및 그 성능, 및 코드 검출의 처리량은 또한 2DID 코드 어레이를 위한 적절한 구역 사이즈를 결정하는 인자일 수도 있다. 마지막으로, 변형된 2DID 코드의 목적은 어레이를 위해 선택된 구역의 사이즈에 영향을 미칠 수 있다.

어레이에서 기하학적 영역은 정사각형이어야 하는 것은 아닌 것으로 이해된다. 예를 들어, 이 기하학적 영역은 3각형 또는 6각형일 수 있다. 나아가, 각 기하학적 영역을 나타내는 그룹(30)에서 스팟(32)의 개수와 스팟(32)들의 패턴은 다소 임의일 수 있고 또는 특히 선택될 수 있다. 예를 들어, 5개의 스팟은 각 지정된 기하학적 영역, 예를 들어, 정사각형을 나타낼 수 있고, 4개의 스팟(32)은 코너에 위치되고, 하나의 스팟(32)은 중간에 위치된다. 따라서, 각 지정된 기하학적 영역은 짝수개의 스팟 또는 홀수개의 스팟으로 표시될 수 있다. 이러한 실시형태에서, 4개의 스팟(32)은 그룹(30)에서 임의의 2개의 스팟(32)들 사이에 최단 거리가 있으므로 선택된 거리(s)에 의해 중간 스팟(32)으로부터 분리된다. 코너(또는 주위) 스팟은 그리하여 s를 초과하는 거리만큼 분리된다. 따라서, 그룹(30)에서 스팟(32)(또는 가장 인접한 스팟(32))은 동일하지 않은 거리만큼 분리될 수 있다.

전술된 바와 같이, 어레이에서 지정된 기하학적 영역은 기하학적 영역과 유사한 기하학적 패턴으로 표시되어야 하는 것은 아니다. 예를 들어, 지정된 정사각형 기하학적 영역은 직사각형 패턴, 원형 패턴, 6각형 패턴, 8각형 패턴, 또는 3각형 패턴을 포함할 수 있으나 이들로 제한되지 않는 다른 기하학적 패턴으로 표시될 수 있다. 편의성과 간략함을 위해, 각 지정된 기하학적 영역에는 스팟(32)들이 동일한 기하학적 패턴으로 제공될 수 있다. 그러나, 선택된 지정된 기하학적 영역은 상이한 개수의 스팟(32), 상이한 사이즈의 스팟(32)의 패턴, 또는 상이한 스팟의 패턴으로 라벨링될 수 있다. 예를 들어, QR 코드의 위치 정사각형 및/또는 정렬 정사각형은 상이한 패턴 또는 상이한 사이즈의 패턴으로 표시될 수 있다.

도 3을 참조하면, 인접한 마킹된 정사각형들 사이에 의도된 분리가 없고, 마킹된 정사각형들 사이에 피치는 마킹된 정사각형의 변과 동일한 크기를 구비한다. 따라서, 도 3에 도시된 실시형태에서, 잡음은 신호와 비교될 수 있다. 그러나, 다시 도 5를 참조하면, 많은 실시형태에서, 인접한 스팟(32)들의 그룹(30)들은 외부 분리 거리(e)(상이한 그룹으로부터 인접한 스팟들 사이에 최소 분리 거리)와 피치(p)(인접한 기하학적 영역 또는 그 나타내는 그룹들 사이의 중심간 간격)만큼 분리될 수 있다. 도 5A는 내부 분리 거리(s), 외부 분리 거리(e), 및 피치(p)를 구별하기 위해 도 5의 확대된 부분이다.

많은 실시형태에서, 피치(p)는 외부 분리 거리(e)와는 상이하고 이를 초과할 수 있고, 피치(p)와 외부 분리 거리(e)는 그룹(30)에서 스팟(32)들 사이의 선택된 최소 분리 거리(s)와는 상이하고 일반적으로 이를 초과할 수 있다.

나아가, 일부 실시형태에서, 어레이에서 행들 또는 열들 사이의 외부 분리 거리(e)는 바람직한 신호대잡음비를 유지하기 위해 1s 이상일 수 있다. 행들 사이의 외부 분리 거리(e)는 열들 사이의 외부 분리 거리(e)와는 상이할 수 있는 것으로 이해된다. 또한 행들과 열들 사이의 외부 분리 거리(e)는 전술된 예시적으로 나열된 스팟 사이즈, 구역의 사이즈, 및 행 또는 열에서 그룹(30)들의 개수에 대해 절반을 초과하는 만큼 분리 거리(s)를 감소시킬 수 있는 것으로 이해된다.

유사하게, 일부 실시형태에서, 어레이에서 행들 또는 열들 사이에 피치(p)는 바람직한 신호대잡음비를 유지하기 위해 1s 이상일 수 있다. 또한 행들 사이에 피치(p)는 열들 사이의 피치(p)와는 상이할 수 있는 것으로 이해된다. 또한 행들과 열들 사이의 피치(p)는 전술된 예시적으로 나열된 스팟 사이즈, 구역의 사이즈, 및 행 또는 열에서 그룹(30)의 개수의 절반을 초과하는 만큼 분리 거리(s)를 감소시킬 수 있는 것으로 이해된다.

따라서, 신호대잡음비는 또한 예를 들어, 정사각형과 같은 기하학적 영역의 전체 사이즈를 (패턴들이 기하학적 영역의 중심 부근에 그룹화되어 있는 경우) 스팟(32)들의 패턴으로 한정된 주위보다 훨씬 더 크게 만드는 것에 의해 개선될 수 있다.

일부 실시형태에서, 신호 진폭은 외부 분리 거리(e) 또는 피치(p)로 표시될 수 있다. 잡음 진폭은 기판 위 특정 위치에 대해 스팟 위치의 불확실성 또는 부정확도로 표시될 수 있다. 예를 들어, 스팟을 마킹하는 레이저 마이크로 가공 시스템이 +/- 20 마이크론의 마킹 부정확도를 구비하는 경우, 이 부정확도는 잡음을 나타낼 수 있다. 그래서, 신호대잡음비는 마킹 부정확도에 대한 외부 분리 거리(e) 또는 피치(p)의 비(ratio)일 수 있다. 레이저 시스템에 고유한 마킹 부정확도가 시간에 따라 커지거나 악화되는 것이 허용되는 경우, 외부 분리 거리(e) 또는 피치(p)는 적절한 신호대잡음비를 유지하기 위해 증가될 수 있다. 대안적으로, 부정확도가 고정된 수로 알려진 경우, 신호대잡음비는 외부 분리 거리(e) 또는 피치(p)를 증가시키는 것에 의해 임의의 큰 수로 증가될 수 있다.

상기 사항을 고려하여, 이 신호대잡음비는, 로즈 기준(Rose criterion)에 따라, 100% 확실성으로 이미지 특징들을 구별하는데 필요한 최소 신호대잡음비인 5를 초과하도록 용이하게 수립될 수 있다. 그러나, 5 미만의 신호대잡음비 값이 사용될 수 있는 것으로 이해된다. 나아가, 본 명세서에서 설명된 변형된 2차원 코드는 10 이상, 100 이상, 또는 1000 이상과 같은 임의로 큰 신호대잡음비 값을 제공할 수 있는 것으로 이해된다.

일부 대안적인 실시형태에서, 인접한 지정된 기하학적 영역에서 패턴들이 스팟(32)들을 공유할 수 있도록 어레이에서 행들 또는 열들 사이에 간격이 사용되지 않는다. 예를 들어, 인접하여 지정된 정사각형 기하학적 영역의 2개의 코너 패턴은 2개의 정사각형 기하학적 영역의 경계(border)를 따라 2개의 스팟(32)들을 공유할 수 있다. 광학 코드 판독기는 예를 들어, 균일하게 이격된 스팟(32)의 3개의 쌍이 2개의 지정된 정사각형으로 표시된 것을 인식하도록 적응되어야 할 수 있다.

어레이의 사이즈, 스팟(32)들 사이의 분리 거리(s), 외부 분리 거리(e)(만약 있다면) 또는 행들 사이 및 열들 사이의 피치 거리(p), 그룹(30)들의 선택된 패턴, 및 기하학적 영역의 사이즈와 형상에 상관없이, 스팟(32)들은 (흑색 정사각형과 같은) 지정된 기하학적 영역으로 되 변환될 수 있다.

전술된 바와 같이, 본 명세서에서 설명된 2DID 코드를 변형하는 장점은 2DID 코드를, 투명한 물질 또는 불투명한 물질인 여러 기판 물질에서 사람의 눈에 보이지 않게 만드는 방법을 포함한다. 예시적인 물질은 세라믹, 유리, 플라스틱, 및 금속, 또는 이들의 조합을 포함한다. 예시적인 물질은 결정 또는 비결정일 수 있다. 예시적인 물질은 천연 또는 합성 물질일 수 있다. 예를 들어, 레이저 마이크로 가공 시스템은 알루미나 또는 사파이어와 같은 반도체 웨이퍼 물질 위에 또는 내에 적절한 사이즈의 마크를 만들 수 있다. 레이저 마이크로 가공 시스템은 또한 유리, 강화 유리, 및 코닝 고릴라 유리(Corning Gorilla Glass^TM) 위에 또는 내에 적절한 사이즈의 마크를 만들 수 있다. 레이저 마이크로 가공 시스템은 또한 폴리카보네이트 및 아크릴화 위에 또는 내에 적절한 사이즈의 마크를 만들 수 있다. 레이저 마이크로 가공 시스템은 또한 알루미늄, 강철, 및 티타늄 위에 또는 내에 적절한 사이즈의 마크를 만들 수 있다.

변형된 2DID 코드를 보이지 않게 마킹하는 것은 투명한 물질을 불투명하게 함이 없이 코드를 배치하는 방식을 제공할 뿐만 아니라, 변형된 코드 내에 소유자 정보를 은닉하는 방식을 제공한다. 예를 들어, 다수의 패턴은 변형된 2DID 코드 내에 제공될 수 있고, 패턴의 일부만이 소유자 정보를 포함한다. 추가적으로, 작고 확산된 스팟(32)은 기판 물질에 불완전하게 보이도록 배열될 수 있어서, 경쟁자 또는 잠재적인 모방자가 변형된 2DID 코드가 존재하는지를 심지어 아는 것조차 곤란하게 할 수 있다. 마지막으로, 변형된 2DID 코드는 표준 2DID 코드보다 더 복잡하게 만들어져서, 변형된 2DID 코드는 위조품에 의해 식별되고 복사되는 것이 더 곤란할 수 있다.

2DID 코드를 보이지 않게 만드는 것에 상관없이, 변형된 2DID 코드는 변형된 코드를 임의의 큰 영역에 걸쳐 확산시키는 것에 의해 종래의 2DID 코드에 비해 신호대잡음비(SNR)에 큰 개선을 제공한다. 나아가, 스팟(32)이 보이지 않는지의 여부에 상관없이, 변형된 2DID 코드는 에러를 감소시키고 에러 정정의 비용과 시간(처리량)을 감소시킨다.

큰 영역에 걸쳐 2DID 코드를 확산시키는 다른 장점은 (만약 원하는 경우) 보이지 않는 것을 유지하면서 값싸고 낮은 정밀도의 레이저 마킹 시스템을 사용할 수 있게 한다.

전술된 바와 같이, 스팟(32)들은 작업물(46)(도 6)의 기판 물질 위에 또는 내에 마킹될 수 있다. 많은 응용에서, 내부에 스팟(32)을 마킹하는 장점이 있을 수 있다. 보이지 않는 스팟(32)은 매우 작고 보다 마모되기 쉬울 수 있고, 또는 일부 물질이 용이하게 식각될 수 있다. 그러나, 내부 마크는 정상 마모 또는 식각에 덜 액세스가능할 수 있다. 내부 마크는 또한 표면이 먼지 또는 유체로 침투되지 않게 하고 표면 크랙의 전파 또는 다른 표면 결함을 촉진하거나 구조적 완전성을 덜 손상시키게 할 것 같다.

일반적으로, 내부 마킹은 기판의 표면들 사이에 코어 물질의 크랙 생성, 밀도 변형, 빈공간 생성, 응력 구역(stress field), 또는 재-결정화 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

기판의 레이저 마킹의 신뢰성과 반복가능성을 개선시키도록 선택될 수 있는 예시적인 레이저 펄스 파라미터는 레이저 유형, 파장, 펄스 지속시간, 펄스 반복율, 펄스의 개수, 펄스 에너지, 펄스 시간적 형상, 펄스 공간적 형상, 및 초점 스팟 사이즈와 형상을 포함한다. 추가적인 레이저 펄스 파라미터는 물품의 표면에 대해 초점 스팟의 위치를 지정하는 것과, 물품에 대해 레이저 펄스의 상대적인 운동을 지시하는 것을 포함한다.

도 6은 변형된 2DID 코드의 스팟을 생성하기에 적절한 예시적인 레이저 마이크로 가공 시스템(40)의 일부 부품의 간략화된 부분 개략 사시도이다. 도 6을 참조하면, 작업물(46)의 기판(44)의 표면(42) 위에 또는 아래에 스팟(32)을 마킹하도록 동작가능한 일부 예시적인 레이저 처리 시스템은, 97229, 오레곤주, 포틀랜드에 소재하는 일렉트로 사이언티픽 인더스트리즈사에서 모두 제조한, ESI MM5330 마이크로 가공 시스템, ESI ML5900 마이크로 가공 시스템 및 ESI 5955 마이크로 가공 시스템이다.

이들 시스템은 일반적으로 최대 5 MHz의 펄스 반복율에서 약 266㎚(UV) 내지 약 1320㎚(IR)의 파장을 방출하도록 구성될 수 있는 솔리드-스테이트(solid-state) 다이오드-펌핑 레이저를 사용한다. 그러나, 이들 시스템 시스템은 전술된 바와 같이 기판(44) 위에 또는 내에 선택된 스팟(32)을 신뢰성 있고 반복가능하게 생성하는데 적절한 레이저, 레이저 광학기기, 부품 처리 장비, 및 제어 소프트웨어를 대체하거나 또는 추가하는 것에 의해 적응될 수 있다. 이 변형에 의해 레이저 처리 시스템은 적절한 레이저 파라미터로 레이저 펄스를 원하는 율로 그리고 레이저 스팟들 또는 펄스들 사이의 피치로 적절히 위치되고 홀딩된 작업물(46) 위 원하는 위치로 지향시켜, 원하는 색상, 대조, 및/또는 광학 밀도를 갖는 원하는 스팟(32)을 생성할 수 있다.

일부 실시형태에서, 레이저 마이크로 가공 시스템(40)은, 독일, 카이저슬라우테른(Kaiserslautern)에 소재하는 루메라 레이저사(Lumera Laser GmbH)에서 제조한 모델 래피드(model Rapid)와 같은 1064㎚ 파장에서 동작하는 다이오드-펌핑 Nd:YVO₄ 솔리드-스테이트 레이저(50)를 사용한다. 이 레이저는 솔리드-스테이트 고조파 주파수 생성기를 사용하여 선택적으로 주파수 배가되어 파장을 532㎚로 감소시켜 가시적인 (녹색) 레이저 펄스를 생성하거나, 또는 약 355㎚로 주파수 3배되거나 또는 약 266㎚로 주파수 4배되어 자외선(UV) 레이저 펄스를 생성할 수 있다. 이 레이저(50)는 6 와트의 연속적인 전력을 생성하도록 정격되고, 1000 KHz의 최대 펄스 반복율을 구비한다. 이 레이저(50)는 제어기(54)와 협력하여 1 피코초(picosecond) 내지 1,000 나노초(nanosecond)의 지속시간을 갖는 레이저 펄스(52)(도 7)를 생성한다.

일부 실시형태에서, 레이저 마이크로 가공 시스템(40)은 약 1030-1550㎚의 범위 내 기본 파장(fundamental wavelength)을 갖는 다이오드-펌핑 에르븀-도핑된 섬유 레이저(fiber laser)를 사용한다. 이 레이저는 솔리드-스테이트 고조파 주파수 생성기를 사용하여 선택적으로 주파수 배가되어, 파장을 약 515㎚로 감소시켜 가시적인 (녹색) 레이저 펄스를 생성하거나 또는, 예를 들어 약 775㎚로 감소시켜 가시적인 (암적색(dark red)) 레이저 펄스를 생성하거나, 또는 약 343㎚ 또는 약 517㎚로 주파수 3배되거나, 또는 약 257㎚ 또는 약 387.5㎚로 주파수 4배되어 자외선(UV) 레이저 펄스를 생성할 수 있다.

이 레이저 펄스(52)는 일반적으로 광학 경로(60)를 따라 위치되어 스팟(32)의 원하는 특성을 허용하는 하나 이상의 광학 부품을 포함하는 레이저 광학기기(62)에 의해 가우시안(Gaussian) 형상 또는 특별한 형상으로 성형되거나 또는 맞춰질 수 있다. 예를 들어, "톱 햇(top hat)" 공간 프로파일은 기판(44)에 도달하는 전체 스팟(32)에 걸쳐 균일한 선량(dose)의 복사선을 가지는 레이저 펄스(12)를 전달하는데 사용될 수 있다. 이것과 같은 특별히 성형된 공간 프로파일은 회절 광학 소자 또는 다른 빔-성형 부품을 사용하여 생성될 수 있다. 레이저 스팟(32)의 공간 방사 조도(spatial irradiance) 프로파일을 변형하는 상세한 설명은, 본 출원의 양수인에게 양도되고, 본 명세서에서 병합된 미국 특허 제6,433,301호(Corey Dunsky 등)에서 찾아볼 수 있다.

레이저 펄스(52)는 또한 폴드 미러(fold mirror)(64), 감쇠기 또는 펄스 피커(pulse picker)(예를 들어, 음향-광학기기 또는 전기-광학기기 디바이스)(66), 및 (예를 들어, 에너지, 타이밍, 또는 위치) 피드백 센서(68)를 포함할 수 있는 광학 경로(60)를 따라 전파된다.

제어기(54)에 의해 지시되는 레이저 빔-위치지정 시스템(70)과 협력하는, 광학 경로(60)를 따라 있는 레이저 광학기기(62) 및 다른 부품은, 광학 경로(60)를 따라 전파하는 레이저 펄스(52)의 빔 축(72)을 지향시켜 레이저 스팟 위치에서 기판(44)의 표면(42)에 근접하여 레이저 초점 스팟(80)을 형성한다. 레이저 빔-위치지정 시스템(70)은, 진행 축, 예를 들어, X-축을 따라 레이저(50)를 이동시키도록 동작가능한 레이저 스테이지(82)와, 진행 축, 예를 들어, Z-축을 따라 고속 위치지정기(미도시)를 이동시키는 고속-위치지정기 스테이지(84)를 포함할 수 있다. 일반적인 고속 위치지정기는 기판(44) 위에 큰 구역에 걸쳐 빔 축(72)의 방향을 신속히 변경할 수 있는 한 쌍의 검류계(galvanometer)로-제어되는 미러를 사용한다. 이러한 구역은 일반적으로 차후에 설명된 바와 같이 작업물 스테이지(86)에 의해 제공되는 움직임의 구역보다 더 작다. 음향-광학기기 디바이스 또는 변형가능한 미러는 또한 고속 위치지정기로 사용될 수 있으나 이 디바이스는 검류계 미러보다 더 작은 빔 편향 범위를 가지는 경향이 있다. 대안적으로, 음향-광학기기 디바이스 또는 변형가능한 미러는 검류계 미러에 더하여 고속 위치지정 디바이스로 사용될 수 있다.

추가적으로, 작업물(46)은 빔 축(72)에 대해 기판(44)을 위치시키도록 동작가능한 움직임 제어 소자를 구비하는 작업물 스테이지(86)에 의해 지지될 수 있다. 작업물 스테이지(86)는 단일 축, 예를 들어, Y-축을 따라 이동하도록 동작가능할 수 있고, 또는 작업물 스테이지(86)는 횡방향 축, 예를 들어, X-축과 Y-축을 따라 이동하도록 동작가능할 수 있다. 대안적으로, 작업물 스테이지(86)는, 예를 들어, Z-축 주위로(만) 작업물(46)을 회전시키도록 동작할 수 있다(또는 뿐만 아니라 X-축과 Y-축을 따라 작업물(46)을 이동시키도록 동작가능할 수 있다).

제어기(54)는 작업물(46)이 빔 축(72)에 대해 연속적으로 상대 운동하는 동안 레이저 빔-위치지정 시스템(70)과 작업물 스테이지(86)의 동작을 조정하여 합성 빔-위치지정 능력을 제공하여, 기판(42) 위에 또는 내에 스팟(32)을 마킹하는 능력을 제공할 수 있다. 이 능력은 기판(42) 위에 스팟(32)을 마킹하여야 하는 것은 아니고, 이 능력은 처리량을 증가시키기 위해 바람직할 수 있다. 이 능력은, 본 출원의 양수인에 양도되고, 본 명세서에서 병합된 미국 특허 제5,751,585호(Donald R. Cutler 등)에 설명된다. 추가적인 또는 대안적인 빔 위치지정 방법이 사용될 수 있다. 일부 추가적인 또는 대안적인 빔 위치지정 방법은, 본 출원의 양수인에 양도되고 본 명세서에서 병합된, 미국 특허 제6,706,999호(Spencer Barrett 등)와 제7,019,891호(Jay Johnson)에 설명된다.

본 명세서에서 설명된 여러 빔-위치지정 시스템은 기판(44) 위 스팟(32)의 원하는 위치의 수 마이크론 내에 레이저 스팟 위치의 빔-위치지정 정확도를 제공하도록 제어될 수 있다. 그러나, 높은 정확도는 더 높은 비용의 부품, 더 큰 피드백 제어, 및 더 느린 시스템 처리량으로 구현될 수 있는 것으로 이해된다. 일반적으로, 빔-위치지정 에러는 상당히 증가된 신호대잡음비가 설명된 본 명세서에서 설명된 변형된 2DID 코드에 의해 제공되는 것으로 인해 분리 거리(s)의 1/2만큼 일 수 있다. 이러한 허용가능한 에러는 상당히 클 수 있고, 예를 들어, 매우 큰 구역에 대해 1㎜일 수 있다. 그러나, 심지어 매우 낮은-비용의 레이저 마이크로 가공 시스템은 더 큰 정확도를 달성할 수 있다. 출원인은, 많은 실시형태에서, 레이저 스팟 위치의 에러가 상대적으로 작은 구역에 대해서도 기판(44) 위 스팟(32)의 원하는 위치의 플러스 또는 마이너스 20 마이크론만큼일 수 있다는 것을 확인하였다. 매우 작은 구역을 갖는 많은 실시형태에서, 레이저 스팟 위치의 에러는 기판(44) 위 스팟(32)의 원하는 위치의 플러스 또는 마이너스 10 마이크론만큼일 수 있다. 그러나, 최소화된 구역 사이즈에서, 레이저 스팟 위치의 에러는 기판(44) 위 스팟(32)의 원하는 위치의 플러스 또는 마이너스 1 마이크론만큼일 수 있다.

126 x 126 마이크론 실연을 생성하는데 사용되는 +/- 0.5 마이크론 정확도 레이저 마이크로 가공 시스템의 비용은 백만 달러를 훨씬 넘을 수 있다. +/- 20 마이크론 정확도 레이저 마이크로 가공 시스템의 비용은 보다 정확한 기계의 비용의 대략 1/10(즉, 약 $100,000)일 수 있다. 나아가, 보다 정확한 다른 기계도 훨씬 더 크고, 주의 깊게 제어된 온도 환경(및 제어된 진동)을 요구하는 반면, +/- 20 마이크론 정확도 기계는 상당히 더 작고, 특별한 제약 없이 일반적인 팩토리 환경에서 동작할 수 있다.

도 7은 초점 스팟(80)과 그 빔 웨이스트(90)를 도시한다. 도 7을 참조하면, 레이저 펄스(52)의 초점 스팟(80)은 레이저 광학기기(62)에 의해 주로 결정되는 빔 웨이스트(90)(단면)와 레이저 에너지 분배를 구비할 수 있다. 스팟(32)의 주 공간 축(d)은 일반적으로 빔 웨이스트의 주 축의 함수이고, 2개는 동일하거나 또는 유사할 수 있다. 그러나, 스팟(32)의 주 공간 축(d)은 빔 웨이스트의 주 축보다 더 크거나 더 작을 수 있다.

레이저 광학기기(62)는 빔 웨이스트의 초점의 깊이와, 그리하여 기판(44) 내 스팟(32)의 깊이를 제어하는데 사용될 수 있다. 초점 깊이를 제어하는 것에 의해, 제어기(54)는 레이저 광학기기(62)와 고속 위치지정기 Z-스테이지(84)를 사용하여 스팟(32)을 높은 정밀도로 반복가능하게 기판(44)의 표면으로 또는 이 표면 부근으로 위치시킬 수 있다. 기판(44)의 표면(42) 위 또는 아래에 초점 스팟을 위치지정하는 것에 의해 마크를 만들면, 레이저 빔이 지정된 양만큼 디포커싱(defocus)할 수 있고, 이에 의해 레이저 펄스에 의해 조명된 영역을 증가시키고 이 표면(42)에서의 레이저 플루언스(fluence)를 (이 표면에 있는 물질의 손상 임계값 미만의 양으로) 감소시킬 수 있다. 빔 웨이스트의 기하학적 형상은 알려져 있으므로, 기판의 실제 표면(42) 위 또는 아래 또는 내에 초점 스팟(80)을 정밀하게 위치지정시키면, 주 공간 축(d)과 플루언스를 추가적으로 정밀하게 제어할 수 있다.

일부 실시형태에서, 예를 들어, 사파이어와 같은 투명한 물질을 마킹하기 위하여, 레이저 플루언스는 레이저 스팟의 위치를, 기판(44)의 표면(42)에 있는 것으로부터, 기판(44) 내 정밀한 거리에 위치된 것으로, 조절하는 것에 의해 기판(44)의 코어에 정밀하게 제어될 수 있다. 다시 도 7을 참조하면, 빔 웨이스트(90)는 FWHM 방법에 의해 측정될 때 빔 축(72)을 따라 레이저 펄스(52)의 공간 에너지 분배(88)로 표시된다. 레이저 마이크로 가공 시스템(40)이 표면(42)에서 거리(96) 위에 레이저 펄스(52)를 포커싱하는 경우, 주 축(92)은 표면(42)에서 레이저 펄스 스팟 사이즈를 나타낸다. 레이저 처리 시스템이 표면에서 거리(98) 아래에 레이저 펄스를 포커싱하는 경우, 주 축(94)은 표면(42)에서 레이저 펄스 스팟 사이즈를 나타낸다. 스팟(32)을 내부에 마킹하는 것이 바람직한 대부분의 실시형태에서, 초점 스팟(80)은 표면(42) 위에 또는 아래에서보다 기판(44) 내에 위치되는 것으로 지향된다. 플루언스 또는 방사 조도는 초점 스팟(80)을 제외하고 기판 물질의 식각 임계값 미만의 양으로 사용될 수 있고, 초점 스팟에서는 플루언스 또는 방사 조도는 기판 물질의 식각 임계값을 초과하도록 집중된다.

일부 실시형태에서, 레이저 펄스들의 그룹들은 단일 스팟(32)을 생성하는데 사용될 수 있다. 특히, 레이저 파라미터는 각 레이저 펄스가 스팟(32)에 대한 바람직한 사이즈 미만의 영역에 영향을 미치도록 선택될 수 있다. 이 경우에, 스팟(32)이 (사람의 눈에 의해 여전히 검출가능하지 않을 수 있는) 바람직한 사이즈에 도달할 때까지 복수의 레이저 펄스는 단일 위치에 지향될 수 있다. 레이저 펄스s의 그룹은 상대 운동 또는 실질적으로 상대적인 정지 위치에서 전달될 수 있다.

유리하게는 일부 실시형태에서 사용될 수 있는 레이저 파라미터는 IR 내지 UV에 이르는 파장, 또는 보다 구체적으로 약 10.6 마이크론으로부터 아래로 약 266㎚에 이르는 파장을 갖는 레이저(50)를 사용하는 것을 포함한다. 레이저(50)는 2 W에서, 1 W 내지 100 W의 범위에서, 또는 보다 바람직하게는 1 W 내지 12 W의 범위에서 동작될 수 있다. 펄스 지속시간은 1 피코초 내지 1000 ns 범위, 또는 보다 바람직하게는 약 1 피코초 내지 200 ns 범위에 있다. 레이저 반복율은 1 KHz 내지 100 MHz 범위, 또는 보다 바람직하게는 10 KHz 내지 1 MHz 범위에 있을 수 있다. 레이저 플루언스는 약 0.1 X 10^-6 J/㎠ 내지 100.0 J/㎠ 범위 또는 보다 구체적으로 1.0 X 10^-2 J/㎠ 내지 10.0 J/㎠ 범위에 있을 수 있다. 빔 축(72)이 마킹되는 기판(44)에 대해 이동하는 속력은 1 ㎜/s 내지 10 m/s 범위, 또는 보다 바람직하게는 100 ㎜/s 내지 1 m/s 범위에 있다. 기판(44) 위에서 인접한 행들의 스팟(32)들 간의 피치 또는 간격은 1 마이크론 내지 1000 마이크론 범위 또는 보다 바람직하게는 10 마이크론 내지 100 마이크론 범위에 있을 수 있다. 기판(44)의 표면(42)에서 측정된 레이저 펄스(52)의 주 공간 축(d)은 10 마이크론 내지 1000 마이크론 범위 또는 50 마이크론 내지 500 마이크론 범위에 있을 수 있다. 물론, 주 공간 축(d)은 바람직하게는 스팟(32)이 보이지 않도록 의도된 경우 약 50 마이크론보다 더 작다. 기판(44)의 표면(42)에 대해 레이저 펄스(52)의 초점 스팟(80)의 고도는 -10㎜ 내지 +10㎜ 범위 또는 -5㎜ 내지 +5㎜ 범위에 있을 수 있다. 표면을 마킹하는 많은 실시형태에서, 초점 스팟(80)은 기판(44)의 표면(42)에 위치된다. 내부를 마킹하는 많은 실시형태에서, 초점 스팟(80)은 (기판의 표면들 사이) 기판(44)의 표면(42) 아래에 위치된다. 내부를 마킹하는 일부 실시형태에서, 초점 스팟(80)은 기판(44)의 표면(42)에서 적어도 10 마이크론 아래에 위치된다. 내부를 마킹하는 일부 실시형태에서, 초점 스팟(80)은 기판(44)의 표면(42)에서 적어도 50 마이크론 아래에 위치된다. 내부를 마킹하는 일부 실시형태에서, 초점 스팟(80)은 기판(44)의 표면(42)에서 적어도 100 마이크론 아래에 위치된다.

출원인은, 1 내지 1,000 피코초의 범위의 레이저 펄스폭을 생성하는 피코초 레이저를 사용함과 함께 서브-표면 초점 스팟(80)을 사용하면, 사파이어와 같은 일부 투명한 반도체 기판 내에 마크를 신뢰성 있고 반복가능하게 생성하는 우수한 방식을 제공할 수 있다는 것을 발견하였다. 일부 실시형태에서, 1 내지 100 ps 범위의 펄스폭이 사용될 수 있다. 일부 실시형태에서, 5 내지 75 ps 범위의 펄스폭이 사용될 수 있다. 일부 실시형태에서, 10 내지 50 ps 범위의 펄스폭이 사용될 수 있다. 10- 내지 1000-펨토초(femtosecond) 범위의 파장을 생성하는 펨토초 레이저가 대안적으로 우수한 결과를 제공할 수 있는 것으로 이해된다. 그러나, 피코초 레이저를 사용하는 장점은 이것이 훨씬 더 값싸고, 훨씬 더 적은 유지보수를 요구하고, 일반적으로 현존하는 펨토초 레이저보다 훨씬 더 긴 동작 수명을 구비하는 것이다.

마킹이 전술된 바와 같이 여러 파장에서 달성될 수 있으나, 출원인은 피코초 범위에서 동작하는 IR 레이저가 특히 반복가능한 우수한 결과를 제공하는 것을 발견하였다. 1064㎚ 또는 그 부근의 파장이 특히 유리하였다. 예시적인 레이저(50)는 루메라 6 W 레이저였다. 섬유 레이저 또는 다른 유형의 레이저도 사용될 수 있는 것으로 이해된다.

유사한 파라미터도 또한 금속 또는 코팅된 금속, 예를 들어, 양극 산화된(anodized) 알루미늄에 보이지 않는 서브-표면 마크를 만드는데 사용될 수 있다. 양극 산화된 알루미늄 기판(44)에 마킹을 맞추는 것은, 본 출원의 양수인에 양도되고 본 명세서에서 병합된, 미국 특허 제8,379,679호(Haibin Zhang 등) 및 미국 특허 공개 제2013-0208074호(Haibin Zhang 등)에 상세히 설명된다.

전술된 바와 같이, 투명한 반도체 기판 물질은 선택적으로 기판 물질로 레이저 출력을 지향시키는 것에 의해 내부에 마킹될 수 있다. 기판(44)을 내부에 마킹하면 물과 먼지 저항성과 같은 표면(42)의 완전성을 유지할 수 있다. 내부 마킹은 또한 표면 마킹에 의해 생성되는 크랙 전파 및 다른 악영향을 감소시킬 수 있다.

도 8을 참조하면, 출원인은 또한 잉곳(ingot)으로부터 절단된 웨이퍼(100) 또는 다른 반도체 기판 물질이 거친 표면 텍스처를 갖는 표면(104 및 106)을 구비하는 경향이 있다는 것을 주목하였다. 자연 상태에서 표면(104 및 106)의 표면 텍스처는 기판(100)으로 지향되는 레이저 펄스(52)의 광학 특성에 악영향을 미칠 수 있다.

출원인은 또한 연마되지 않은 표면과 같은 거친 텍스처를 갖는 거친 표면(104 또는 106)을 구비하는 기판(100)이 표면(104 또는 106)에 손상을 야기함이 없이 내부에 마킹되는 것이 곤란하다는 것을 확인하였다.

거친 표면의 광학적 악영향은 레이저 출력(110)을 수용하는 편평한 표면(140 또는 142)을 효과적으로 제공하는 코팅 물질(130)을 사용하는 것에 의해 완화될 수 있다. 편평한 표면(140)은 코팅 물질(130)의 상부 표면을 나타낸다. 편평한 표면(142)은 코팅 물질(130)을 위한 커버(150)의 편평한 표면이다. 코팅 물질(130)은 기판의 굴절률과 광학적으로 호환가능한 코팅 굴절률을 구비한다.

코팅 굴절률은 (예를 들어, 25℃에서) 기판의 굴절률의 2의 굴절률 내에 있을 수 있다. 코팅 굴절률은 기판 굴절률의 1의 굴절률 내에 있을 수 있다. 코팅 굴절률은 기판 굴절률의 0.5의 굴절률 내에 있을 수 있다. 코팅 굴절률은 기판 굴절률의 0.2의 굴절률 내에 있을 수 있다. 코팅 굴절률은 1.2 내지 2.5일 수 있다. 코팅 굴절률은 1.5 내지 2.2일 수 있다. 코팅 굴절률은 1.7 내지 2.0일 수 있다. 코팅 굴절률은 1.75 내지 1.85일 수 있다. 커버는 이 범위에서 매칭 굴절률을 더 구비할 수 있다.

코팅 물질(130)은 유체, 겔, 또는 오일을 포함할 수 있다. 코팅 물질(130)은 (예를 들어 760 ㎜Hg에서) 180℃를 초과하는 끓는점을 구비할 수 있다. 코팅 물질은 (예를 들어 25℃에서) 2 내지 5 g/㏄의 밀도를 구비할 수 있다. 코팅 물질은 2.5 내지 4 g/㏄의 밀도를 구비할 수 있다. 코팅 물질(130)은 3 내지 3.5 g/㏄의 밀도를 구비할 수 있다.

일부 실시형태에서, 코팅 물질은 메틸렌 요오드화물(methylene iodide)을 포함할 수 있다. 코팅 물질은 보석 굴절계 액체(gem refractometer liquid)를 포함할 수 있다. 코팅 물질은 레이저 처리 동안 유체 특성을 유지할 수 있다. 코팅 물질은 평탄화 조성물(leveling composition)을 포함할 수 있다. 코팅 물질(130)은 바람직하게는 레이저 처리 후 거친 표면으로부터 용이하게 제거된다. 코팅 물질(130)은 아세톤(acetone), 카본 테트라염화물(carbon tetrachloride), 에틸 에테르(ethyl ether), 메틸렌 염화물(methylene chloride), 톨루엔(toluene), 자일렌(xylene), 또는 이들의 조합에 의해 거친 표면으로부터 세정(cleaned)될 수 있고, 또는 코팅 물질(130)은 물에 의해 거친 표면으로부터 세정될 수 있고, 또는 코팅 물질(130)은 알코올에 의해 거친 표면으로부터 세정될 수 있다.

커버(150)는 레이저 파장에 투명할 수 있다. 커버(150)는 기판 물질을 포함할 수 있다. 커버(150)는 이 파장에서 비반사성의 평활한 커버 표면을 포함할 수 있다. 커버(150)는 유리를 포함할 수 있다. 커버(150)는 사파이어, 다이아몬드, 실리콘, 또는 플라스틱을 포함할 수 있다.

거친 표면 경감 기술은 본 명세서에서 병합된 미국 가특허 출원 제61/912,192호(Haibin Zhang 등)에 설명된다.

상기 설명은 본 명세서에서 예로서 2DID 코드에 대해 이루어진 것이지만, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 투명한 기판(44)을 마킹하는 깊이 제어를 사용하는 것에 의해, 스팟(32)을 사용하는 3D 코드를 제조할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

상기 사항은 본 발명의 실시형태를 예시하는 것일 뿐 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 일부 특정 예시적인 실시형태들이 설명되었으나, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 신규한 개시 사항과 장점을 실질적으로 벗어남이 없이, 개시된 예시적인 실시형태에 많은 변형뿐만 아니라 다른 실시형태들도 가능하다는 것을 용이하게 이해할 수 있을 것이다.

따라서, 모든 이러한 변형은 청구범위에 한정된 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다. 예를 들어, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 임의의 문장 또는 문단의 내용은 다른 문장 또는 문단의 일부나 모두의 내용과 조합되는 것이 상호 배타적인 경우를 제외하고 서로 조합될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에게는 본 발명의 기초 원리를 벗어남이 없이 전술된 실시형태의 상세에 많은 변경이 이루어질 수 있다는 것이 명백하다. 그리하여 본 발명의 범위는 이하 청구범위와 여기에 포함된 청구범위의 균등범위에 의해 결정되어야 한다.

Claims

2차원 식별 코드로 기판을 마킹하는 방법으로서,
레이저 펄스를 생성하는 단계; 및
상기 기판으로 상기 레이저 펄스를 지향시켜 상기 기판 위에 또는 내에 스팟들의 분배를 형성하는 단계를 포함하되, 상기 스팟들의 분배는 상기 2차원 코드를 나타내고, 제1 및 제2 스팟들의 그룹들을 포함하는 다수의 스팟들의 그룹들을 포함하며, 상기 제1 및 제2 스팟들의 그룹들 각각은 상기 스팟들의 분배가 기하학적 영역들의 다수의 행과 열의 어레이를 형성하도록 기하학적 형상을 나타내고, 상기 기하학적 영역들의 일부는 하나의 스팟들의 그룹을 포함하고, 상기 기하학적 영역의 일부에는 스팟이 없는, 2차원 식별 코드로 기판을 마킹하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 나타내는 기하학적 형상은 직사각형 기하학적 형상이고, 상기 제1 및 제2 스팟들의 그룹들은 상기 직사각형 기하학적 형상의 코너를 나타내도록 위치된, 2차원 식별 코드로 기판을 마킹하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 스팟들의 그룹들 각각은 홀수개의 스팟을 포함하는, 2차원 식별 코드로 기판을 마킹하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 2차원 코드를 나타내는 상기 스팟들의 분배는 상기 사람의 눈으로부터 25㎜ 이상의 거리에서 사람의 눈에 보이지 않는, 2차원 식별 코드로 기판을 마킹하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 어레이는 50 마이크론을 초과하는 어레이 크기를 구비하는, 2차원 식별 코드로 기판을 마킹하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 어레이는 500 마이크론을 초과하는 어레이 크기를 구비하는, 2차원 식별 코드로 기판을 마킹하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 어레이는 1㎜ 이하의 어레이 크기를 구비하는, 2차원 식별 코드로 기판을 마킹하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 스팟들의 그룹들은 상기 사람의 눈으로부터 25㎜ 이상의 거리에서 사람의 눈에 보이지 않는, 2차원 식별 코드로 기판을 마킹하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 그룹들의 각 스팟은 상기 사람의 눈으로부터 25㎜ 이상의 거리에서 사람의 눈에 보이지 않는, 2차원 식별 코드로 기판을 마킹하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 그룹들의 스팟들 각각은 35 마이크론 미만의 주 공간 축을 위한 크기를 구비하는, 2차원 식별 코드로 기판을 마킹하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 스팟들 각각은 주 공간 축을 위한 크기를 구비하고, 상기 스팟들은 상기 주 공간 축의 크기의 4배 이상인 거리만큼 분리된, 2차원 식별 코드로 기판을 마킹하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 기하학적 영역은 QR 코드의 정사각형을 나타내는, 2차원 식별 코드로 기판을 마킹하는 방법.
제1항에 있어서, 각 스팟은 레이저 펄스로 형성된, 2차원 식별 코드로 기판을 마킹하는 방법.
제13항에 있어서, 상기 레이저 펄스는 50 ps보다 더 짧은 펄스폭을 구비하는, 2차원 식별 코드로 기판을 마킹하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 스팟은 어둡고, 상기 기판은 밝은, 2차원 식별 코드로 기판을 마킹하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 스팟은 어둡고, 상기 기판은 가시광에 실질적으로 투명한, 2차원 식별 코드로 기판을 마킹하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 기판은 사파이어를 포함하는, 2차원 식별 코드로 기판을 마킹하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 기판은 유리를 포함하는, 2차원 식별 코드로 기판을 마킹하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 기판은 플라스틱을 포함하는, 2차원 식별 코드로 기판을 마킹하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 기판은 알루미늄을 포함하는, 2차원 식별 코드로 기판을 마킹하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 레이저 펄스는 상기 제2 스팟들의 그룹을 형성하기 전에 상기 제1 스팟들의 그룹을 순차적으로 형성하도록 지향된, 2차원 식별 코드로 기판을 마킹하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 레이저 펄스는 상기 제1 그룹에서 제2 스팟을 형성하기 전에 상기 제1 및 제2 그룹들 각각에서 제1 스팟을 형성하도록 지향된, 2차원 식별 코드로 기판을 마킹하는 방법.
제1항에 있어서, 빔-위치지정 시스템과 기판 지지 시스템은 상기 기판 위 위치에 대하여 상기 레이저 펄스의 상기 스팟을 위치시키도록 협력하고, 위치에 대한 상기 스팟의 위치지정 정확도는 5 마이크론보다 더 열악한, 2차원 식별 코드로 기판을 마킹하는 방법.
제1항에 있어서, 빔-위치지정 시스템과 기판 지지 시스템은 상기 기판 위 위치에 대하여 상기 레이저 펄스의 상기 스팟을 위치시키도록 협력하고, 위치에 대한 상기 스팟의 위치지정 정확도는 10 마이크론보다 더 열악한, 2차원 식별 코드로 기판을 마킹하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 스팟들의 그룹은 5 이상의 신호대잡음비를 제공하는, 2차원 식별 코드로 기판을 마킹하는 방법.
제1항에 있어서, 제어기는 상기 2차원 코드의 흑색 정사각형을 상기 스팟들의 그룹들을 위한 상기 기판 위 각 위치로 변환하는데 사용되는, 2차원 식별 코드로 기판을 마킹하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 어레이는 행 또는 열로 적어도 50개의 기하학적 영역을 포함하는, 2차원 식별 코드로 기판을 마킹하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 2차원 식별 코드는 배율 하에서 보이는, 2차원 식별 코드로 기판을 마킹하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 스팟들의 그룹은 10 이상의 신호대잡음비를 제공하는, 2차원 식별 코드로 기판을 마킹하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 스팟들의 그룹은 100 이상의 신호대잡음비를 제공하는, 2차원 식별 코드로 기판을 마킹하는 방법.
작업물의 기판 위에 또는 내에 2차원 식별 코드로 기판을 마킹하는 레이저 마이크로 가공 시스템으로서, 상기 2차원 코드는 기하학적-형상을 갖는 영역의 어레이를 포함하고, 상기 기하학적-형상을 갖는 영역의 일부는 지정되고, 상기 기하학적-형상을 갖는 영역의 일부는 지정되지 않고, 상기 레이저 마이크로 가공 시스템은,
빔 축을 따라 레이저 펄스를 생성하는 레이저;
상기 작업물을 이동시키는 작업물 지지 시스템;
상기 작업물을 따라 상기 빔 축을 지향시켜, 레이저 펄스가 상기 기판 위에 스팟을 마킹하도록 동작가능한 빔-위치지정 시스템; 및
상기 작업물 지지 시스템과 상기 빔-위치지정 시스템의 상대적인 움직임을 조정하고, 상기 2차원 코드의 지정된 기하학적-형상을 갖는 영역을 상기 지정된 기하학적-형상을 갖는 영역을 나타내는 상기 그룹들의 스팟들을 위한 상기 기판 위 각 위치로 변환하는 제어기를 포함하는, 레이저 마이크로 가공 시스템.
제31항에 있어서, 상기 기하학적-형상을 갖는 영역은 직사각형 기하학적 형상을 구비하고, 각 스팟들의 그룹은 상기 직사각형 기하학적 형상의 코너를 나타내도록 위치된, 레이저 마이크로 가공 시스템.
제31항에 있어서, 상기 스팟들의 그룹들 각각은 홀수개의 스팟을 포함하는, 레이저 마이크로 가공 시스템.
제31항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2차원 코드를 나타내는 스팟들의 분배는 상기 사람의 눈으로부터 25㎜ 이상의 거리에서 사람의 눈에 보이지 않는, 레이저 마이크로 가공 시스템.
제31항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 어레이는 50 마이크론을 초과하는 어레이 크기를 구비하는, 레이저 마이크로 가공 시스템.
제31항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 어레이는 500 마이크론을 초과하는 어레이 크기를 구비하는, 레이저 마이크로 가공 시스템.
제31항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 어레이는 1㎜ 이하의 어레이 크기를 구비하는, 레이저 마이크로 가공 시스템.
제31항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스팟들의 그룹들은 상기 사람의 눈으로부터 25㎜ 이상의 거리에서 사람의 눈에 보이지 않는, 레이저 마이크로 가공 시스템.
제31항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서, 각 스팟은 상기 사람의 눈으로부터 25㎜ 이상의 거리에서 사람의 눈에 보이지 않는, 레이저 마이크로 가공 시스템.
제31항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 그룹들의 스팟들 각각은 35 마이크론 미만의 크기를 갖는 주 공간 축을 구비하는, 레이저 마이크로 가공 시스템.
제31항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스팟들 각각은 주 공간 축을 위한 크기를 구비하고, 상기 스팟들은 상기 주 공간 축의 크기의 4배 이상의 거리만큼 분리된, 레이저 마이크로 가공 시스템.
제31항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지정된 기하학적-형상을 갖는 영역은 QR 코드의 흑색 정사각형을 나타내는, 레이저 마이크로 가공 시스템.
제31항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서, 각 스팟은 레이저 펄스로 형성된, 레이저 마이크로 가공 시스템.
제43항에 있어서, 상기 레이저 펄스는 50 ps보다 더 짧은 펄스폭을 구비하는, 2차원 식별 코드.
제31항 내지 제44항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스팟은 어둡고, 상기 기판은 밝은, 2차원 식별 코드.
제31항 내지 제44항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스팟은 어둡고, 상기 기판은 가시광에 실질적으로 투명한, 2차원 식별 코드.
제31항 내지 제44항 또는 제46항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판은 사파이어를 포함하는, 2차원 식별 코드.
제31항 내지 제44항 또는 제46항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판은 유리를 포함하는, 2차원 식별 코드.
제31항 내지 제46항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판은 플라스틱을 포함하는, 2차원 식별 코드.
제31항 내지 제46항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판은 알루미늄을 포함하는, 2차원 식별 코드.
2차원 식별 코드로서,
대조 배경을 구비하는 기판 위에 또는 내에 스팟들의 분배를 포함하되, 상기 스팟들의 분배는 제1 및 제2 스팟들의 그룹들을 포함하는 다수의 스팟들의 그룹들을 포함하고, 상기 제1 및 제2 스팟들의 그룹들 각각은 상기 스팟들의 분배가 기하학적 영역들의 다수의 행과 열의 어레이를 형성하도록 기하학적 형상을 나타내며, 상기 기하학적 영역들의 일부는 하나의 스팟들의 그룹을 포함하고, 상기 기하학적 영역들의 일부에는 스팟이 없는, 2차원 식별 코드.
제51항에 있어서, 상기 나타내는 기하학적 형상은 직사각형 기하학적 형상이고, 상기 제1 및 제2 스팟들의 그룹들은 상기 직사각형 기하학적 형상의 코너를 나타내도록 위치된, 2차원 식별 코드.
제51항에 있어서, 상기 제1 및 제2 스팟들의 그룹들 각각은 홀수개의 스팟을 포함하는, 2차원 식별 코드.
제51항 내지 제53항 중 어느 한 항에 있어서,상기 2차원 식별 코드는 상기 사람의 눈으로부터 25㎜ 이상의 거리에서 사람의 눈에 보이지 않는, 2차원 식별 코드.
제51항 내지 제54항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 어레이는 50 마이크론을 초과하는 어레이 크기를 구비하는, 2차원 식별 코드.
제51항 내지 제55항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 어레이는 500 um를 초과하는 어레이 크기를 구비하는, 2차원 식별 코드.
제51항 내지 제56항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 어레이는 1㎜ 이하의 어레이 크기를 구비하는, 2차원 식별 코드.
제51항 내지 제57항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 스팟들의 그룹들은 사람의 눈으로부터 25㎜ 이상의 거리에서 사람의 눈에 보이지 않는, 2차원 식별 코드.
제51항 내지 제58항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스팟들은 상기 사람의 눈으로부터 25㎜ 이상의 거리에서 사람의 눈에 보이지 않는, 2차원 식별 코드.
제51항 내지 제59항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 그룹들의 상기 스팟들 각각은 35 마이크론 미만의 크기를 갖는 주 공간 축을 구비하는, 2차원 식별 코드.
제51항 내지 제60항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스팟들 각각은 주 공간 축을 위한 크기를 구비하고, 상기 스팟들은 상기 주 공간 축의 크기의 4배 이상의 거리만큼 분리된, 2차원 식별 코드.
제51항 내지 제61항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기하학적 영역은 QR 코드의 정사각형을 나타내는, 2차원 식별 코드.
제51항 내지 제62항 중 어느 한 항에 있어서, 각 스팟은 레이저 펄스로 형성된, 2차원 식별 코드.
제53항에 있어서, 상기 레이저 펄스는 50 ps보다 더 짧은 펄스폭을 구비하는, 2차원 식별 코드.
제51항 내지 제64항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스팟은 어둡고, 상기 기판은 밝은, 2차원 식별 코드.
제51항 내지 제64항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스팟은 어둡고, 상기 기판은 가시광에 실질적으로 투명한, 2차원 식별 코드.
제51항 내지 제64항 또는 제66항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판은 사파이어를 포함하는, 2차원 식별 코드.
제51항 내지 제64항 또는 제66항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판은 유리를 포함하는, 2차원 식별 코드.
제51항 내지 제66항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판은 플라스틱을 포함하는, 2차원 식별 코드.
제51항 내지 제66항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판은 알루미늄을 포함하는, 2차원 식별 코드.
제51항 내지 제70항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 어레이는 행 또는 열로 적어도 50개의 기하학적 영역을 포함하는, 2차원 식별 코드.
제51항 내지 제71항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2차원 식별 코드는 배율 하에서 보이는, 2차원 식별 코드.