KR20170045151A - 기판 상에 레이저 어블레이션을 수행하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

기판 상에 레이저 어블레이션을 수행하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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KR20170045151A
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데이비드 찰스 밀른
필립 토마스 럼스비
데이비드 토마스 에드먼드 밀레스
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Abstract

레이저 어블레이션을 수행하기 위한 장치 및 방법이 개시된다. 예시적인 배치에서, 공간 광 변조기가 고체 레이저로부터 펄스 레이저 빔을 변조하는 데 사용된다. 2단계 축소(de-magnification) 공정은 공간 광 변조기에서 광선 세기를 상대적으로 낮게 유지하면서 중간 결상면에서 피드백 센서에 접근할 수 있도록 하는 데 사용된다.

Description

기판 상에 레이저 어블레이션을 수행하기 위한 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHODS FOR PERFORMING LASER ABLATION ON A SUBSTRATE}
본 발명은 고체 레이저 및 프로그램이 가능한 공간 광 변조기(programmable spatial light modulator)를 사용하여 기판 상에 레이저 어블레이션(laser ablation)을 수행하는 것과 관련된다.
레이저는 개선된 인쇄 회로 기판들(PBCs)의 제조에 널리 사용된다. 특히 잘 알려진 예로는 다층 PCB들에 소위 마이크로 비아(micro-vias)라고 불리는 블라인드 콘택홀(blient contact holes)을 드릴링하는 것이 있다. 이 경우에, 자외선(UV) 고체 레이저는 상부 구리층 및 하부 유전체층을 관통하여 하부 구리층과의 접촉을 허용하기 위해 종종 사용된다. 경우에 따라 두 가지 다른 재료를 제거하기 위해 두 가지 레이저 공정을 사용하여 이러한 공정의 비용 효율성을 향상시킬 수 있다. UV 다이오드 펌핑된 고체(DPSS; diode pumped solid state) 레이저는 일반적으로 상부 구리층에 홀을 뚫어 하부 유전체층을 노출시키는데 사용되며, 별도의 공정에서 각각의 홀 아래에 노출된 유전체 물질을 제거하기 위해 CO2 레이저가 사용된다.
최근에 새로운 형태의 고밀도 다층 회로 기판 제조 기술이 제안되었다. US2005/0041398A1 및 출판물 "Unveiling the next generation in substrate technology", Huemoeller et al, 2006 Pacific Micro-electronics Symposium은 "레이저-내장된 회로 기술(laser-embedded circuit technology)"의 개념을 설명한다. 이러한 새로운 기술에서, 레이저는 미세한 홈(groove), 넓은 면적의 패드 및 유기 유전체 기판의 콘택홀을 직접적으로 제거하는 데 사용된다. 홈은 패드 및 콘택홀에 연결되며, 레이저 구조화 및 후속하는 금속 도금 후에, 유전체층의 상부면에 매립된 미세한 도체 및 패드의 복잡한 패턴으로 구성된 제1층이 하부 금속층에 연결되는 더 깊은 콘택홀을 포함하는 제2층과 함께 형성된다. 이러한 신기술의 발전에 대한 자세한 내용은 2011년 11월 9일부터 11일까지 대만에서 개최된 제12회 전자 회로 세계 컨벤션(12th Electronic Circuit World Convention)에서 EU165 (David Baron)와 TW086-2 (Yuel-Ling Lee & Barbara Wood) 논문으로 발표되었다.
지금까지 직접 기록 또는 마스크 결상 방법을 사용하여 단일 공정에서 홈, 패드 및 콘택홀을 형성하기 위해 펄스화된 UV 레이저가 사용되어 왔다.
직접 기록 방식은 일반적으로 빔 스캐너를 사용하여 레이저로부터의 포커스된 빔을 기판 표면 위로 이동시켜 홈을 절단하고 또한 패드 및 콘택홀 구조체들을 생성한다.
이러한 직접 기록 방법은 높은 빔 품질을 가진 UV 다이오드 펌핑된 고체(DPSS) 레이저로부터 강하게 포커싱이 될 수 있는 빔을 사용하므로 미세 홈 절단 공정에 매우 적합하다. 또한 패드 및 콘택홀 구조와 관련된 서로 다른 층 깊이에 대한 요구 사항을 잘 처리 할 수 있다. 이러한 방법에 의해, 깊이가 다른 홈, 패드 및 콘택홀을 용이하게 형성할 수 있다. 그러나 UV DPSS 레이저의 낮은 펄스 에너지는 좁은 트랙과 홀을 생성하는 데 편리한 어블레이션을 가능하게 하기 위해 매우 작은 포커싱된 스팟(focused spot)이 요구되기 때문에, 더 큰 영역 특성들(features)과 접지면으로부터 물질을 제거하는 효율적인 방법은 아니다. 이러한 직접 기록 방법은 또한 홈과 패드 사이의 교차점에서 일정한 깊이를 유지하는 데 어려움이 있다. 내장형 도체를 기반으로 PCB를 제조하는 데 적합한 직접 기록 레이저 장비에 대한 설명은 2011년 11월 9일부터 11월 11일까지 대만에서 열리는 제12회 전자 회로 세계 컨벤션(12th Electronic Circuit World Convention)에서 TW086-9 (Weiming Cheng & Mark Unrath) 논문으로 발표되었다.
마스크 결상 접근법은 일반적으로 UV 엑시머 레이저를 회로 설계의 하나의 층 또는 레벨의 전체 디테일(detail)을 포함하는 마스크에 조사하기 위해 사용한다. 마스크의 이미지는 유전체 물질을 제거하기에 충분한 레이저 펄스 에너지 레벨로 기판 상에 회로의 전체 영역이 재현되도록 기판 상에 축소된다. 어떤 경우에는, 형성될 회로가 큰 경우 마스크와 기판의 상대적으로 동기화된 운동이 전체 패턴을 전달하는 데 사용된다. 대형 기판 영역을 덮기 위한 엑시머 레이저 마스크 투영 및 관련된 전략들이 수년 동안 알려져 왔다. Proc SPIE 1997, vol. 3223, p26 (Harvey & Rumsby)는 이러한 접근 방식에 대한 설명을 제공한다.
마스크의 전체 영역이 이미지 전송 공정 동안 조사되기 때문에, 이러한 접근법은 생성될 개별 구조체들의 총 면적에 민감하지 않으므로 미세 홈, 넓은 면적의 패드 및 접지면을 생성하는 데 적합하다. 또한 홈과 패드 사이의 교차점에서 깊이의 일정성을 유지하는 데 탁월하다. 그러나 회로가 극도로 고밀도인 경우를 제외하고, 이러한 마스크 결상 접근법은 엑시머 레이저의 구입 및 운영 비용이 모두 매우 높기 때문에 직접 기록 방식보다 훨씬 비싸다. 또한 마스크 결상은 새로운 마스크를 회로의 각 층에 사용해야 한다는 점에서 매우 융통성이 없다.
후자의 제한은 공개특허 US 2008/0145567 A1에 기술된 배열에서 극복된다. 이 경우, 엑시머 레이저 스캐닝 마스크 투영 시스템은 절연층에 동일한 깊이로 홈 및 패드로 구성된 층을 형성하고, 별도의 공정에서, 별도의 빔 전달 시스템에 의해 전달되는 제2 레이저를 사용하여 하부의 금속층을 관통하는 더 깊은 콘택홀을 형성한다. 이러한 2단계 공정은 다양한 깊이의 구조체 요구 사항을 처리하는 방식이다. 그러나, 여전히 엑시머 레이저의 사용과 관련된 고비용 문제가 존재한다.
WO 2014/0688274 A1은 고체 레이저에 의해 형성된 스팟(spot)이 마스크를 통해 래스터(raster) 스캐닝되는 대안적인 접근법을 개시한다. 고체 레이저에 의해 조사된 마스크 패턴의 이미지가 기판 상에 투영되고, 마스크 패턴에 대응하는 구조물이 어블레이션에 의해 형성된다. 이러한 접근법은 값 비싼 엑시머 레이저의 필요성을 피하지만 여전히 마스크의 사용과 관련된 비유연성에 영향을 받는다. 다른 마스크 또는 마스크의 다른 영역이 구조체의 각 층을 형성하기 위해 요구된다. 형성되는 구조체에 대한 수정이 필요한 경우 완전히 새로운 마스크가 필요할 수 있다. 형성되는 구조체에서 마스크 패턴에 기인하는 에러가 검출되면, 새로운 마스크가 필요할 수 있다.
본 발명의 목적은 적어도 부분적으로 전술한 종래 기술의 문제점들 중 하나 이상을 해결하는 것이다. 특히, 본 발명의 목적은 높은 처리량, 저비용, 높은 유연성(flexibility), 및/또는 높은 수준의 제어 및/또는 신뢰성을 허용하는 레이저 어블레이션을 수행하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 기판 상에 레이저 어블레이션을 수행하기 위한 장치가 제공되며, 상기 장치는 펄스 레이저 빔을 제공하도록 구성된 고체 레이저; 변조기에 입력된 제어 신호에 의해 정의된 패턴으로 상기 펄스 레이저 빔을 변조하도록 구성된 프로그램이 가능한 공간 광 변조기(programmable spatial light modulator); 제1 결상면 내의 복수의 가능한 위치들 중 하나에서 선택적으로 상기 패턴의 이미지를 형성하도록 구성된 스캐닝 시스템; 및 상기 스캐닝 시스템 및 상기 공간 광 변조기를 제어하여 상기 제1 결상면 내의 상이한 위치들에서 상기 패턴의 복수의 이미지들을 순서대로 형성하도록 구성된 제어부를 포함한다.
엑시머 레이저가 아닌 고체 레이저를 사용하면 소유(ownership) 비용을 크게 감소시킨다.
추가적으로, 엑시머 레이저는 일반적으로 공간 광 변조기를 손상시키지 않기 위해 최대 전력 이하로 작동해야 하므로 효율이 저하된다.
공간 광 변조기의 사용은 기판 상에 어블레이션 패턴이 동적으로 변화되도록 할 수 있으며, 따라서 유연성(flexibility) 및 제어(control)를 증가시킨다.
공간 광 변조기를 사용하는 고해상도 종래 기술은 공간 광 변조기에 의해 정의된 패턴을 패턴의 타겟 (예를 들어, 기판) 상에 투영하기 위해 (스캐닝 능력이 없는) 고정된 광학 소자들을 사용하는 경향이 있다. 고정된 광학 소자들은 기판 상에 형성된 패턴이 공간 광 변조기 상에 정의된 패턴의 더 작은 버전이 되도록 패턴을 축소시킬 수 있다. 상기 축소(de-magnification)는 기판의 표면을 제거하기 위해 기판에서 충분히 높은 에너지 밀도를 제공하면서, 손상을 피하기 위해 충분히 낮은 펄스 에너지 밀도로 공간 광 변조기를 조명하는 것을 용이하게 한다. 축소는 또한 기판 상에 미세한 특성들(features)의 형성을 용이하게 한다. 공간 광 변조기에 의해 정의된 패턴이 기판 상의 상이한 위치에 형성될 필요가 있는 경우, 기판은 공간 광 변조기에 대하여 스캐닝 될 수 있다. 고정된 광학 소자들의 사용은 광학 소자들에 대한 설계 요건을 단순화하고 고정밀도로 패턴의 형성을 용이하게 한다. 그러나, 레이저 어블레이션과 관련하여, 기판의 넓은 영역을 고속으로 조사할 수 있는 것이 바람직하다. 이를 달성하기 위한 하나의 접근법은 매우 많은 수의 개별적으로 어드레스 가능한 요소 (예를 들어, 다수의 마이크로-미러들)을 공간 광 변조기에 제공하는 것일 수 있다. 이러한 방식으로, 보다 적은 수의 요소를 갖는 공간 광 변조기를 사용하여 가능한 것보다 많은 양의 패턴이 기판 상에 투영될 수 있다. 그러나, 보다 많은 요소를 갖는 공간 광 변조기를 제공하는 것은 더 비쌀 수 있다. 공간 광 변조기는 더 커질 필요가 있을 수 있으며, 이는 공간 광 변조기를 정확하게 (예를 들어, 균일하게) 조명하는 것을 더 어렵게 할 수 있다. 이러한 공간 광 변조기에 의해 한정된 패턴을 기판 상에 정확히 조명하는 것이 더 어려울 수 있다.
다른 접근으로는 기판을 더 빨리 스캔하는 것이다. 그러나, 필요한 가속도 및 위치 정확성을 제공하기 위해 정교한 모터들 및 기판 테이블 배치들이 요구된다.
예를 들어, DPSS 레이저는 파라미터 변수 설정에서 광범위하게 조정될 수 있다. 이를 통해 전체 전력을 유지하면서 고주파에서 상대적으로 낮은 펄스 에너지를 전달할 수 있다. 고주파수에서 레이저의 전체 전력을 이용하면 일반적으로 초당 수 미터 정도의 기판과 빔 사이의 상대 속도가 요구된다. 이러한 상대 속도는 기판 스캐닝만을 사용하여 달성하기가 어렵다.
본 실시예에 따라 제공되는 해결책은 기판을 스캐닝하는 대신에 (또는 스캐닝에 추가하여) 공간 광 변조기로부터 이미지를 스캐닝하는 것이다. 이러한 방식으로, 매우 많은 수의 요소(이들이 여전히 사용될 수 있음에도 불구하고) 및 기판의 신속한 스캐닝을 위한 복잡한 메커니즘(이들이 여전히 있을 수 있음에도 불구하고)을 갖는 공간 광 변조기를 필요로 하지 않으면서 복잡한 패턴이 기판 상의 넓은 영역에 신속하게 형성되도록 할 수 있다. 공간 광 변조기의 이미지를 스캐닝하는 것은 고정된 (비-스캐닝) 광학 시스템의 경우보다 더 복잡한 광학 요소들을 필요로 하지만, 본 발명자는 증가된 처리량 및/또는 감소된 비용 및 공간 광 변조기 및/또는 기판 스캐닝 시스템에서의 복잡성의 관점에서의 이득이 더 복잡한 광학 소자를 구현하는 것과 관련된 모든 문제점을 능가한다고 인식하고 있다. 전술한 예에서, 초당 수 미터 정도의 속도로 기판을 이동하는 것을 요구하는 DPSS 레이저의 사용이 제안된다. 이러한 속도에서 기판의 움직임을 발생시키는 것은 비현실적일 수 있지만, 레이저 빔을 스캔하기 위한 빔 스캐너의 사용에 기초한 동등한 스캐닝 속도의 발생은 현재 이용 가능한 레이저 빔 스캐너의 동작 범위 내에 있다.
일 실시예에서, 기판은 제1 결상면 내에 위치된다. 기판을 제1 결상면에 위치시킴으로써 장치의 전체 광학적 요구 사항을 단순화한다.
일 실시예에서, 상기 장치는 기판 상의 상이한 위치들에서 상기 패턴의 복수의 이미지들을 형성하도록 구성된 투영 시스템을 더 포함하며, 상기 투영 시스템의 마지막 요소는 상기 제1 결상면 내의 상이한 위치들에서 상기 패턴의 복수의 이미지가 형성되는 동안 상기 공간 광 변조기에 대하여 고정된 상태로 유지되도록 구성된다. 따라서, 투영 시스템의 마지막 요소는 임의의 스캐닝 공정에 직접 관여하지 않는다. 투영 시스템의 고정되어 있는 마지막 요소 (또는 완전히 고정된 투영 시스템)을 갖는 것은 어블레이션 공정에 의해 생성된 잔해를 제거하기 위한 장치 (예를 들어, 흡입 장치)의 배치를 용이하게 한다.
다른 실시예에서, 기판은 제2 결상면에 제공되고, 상기 장치는 제1 결상면의 이미지의 축소 버전을 제2 결상면의 기판 상으로 투영하는 투영 시스템을 더 포함한다.
따라서, 공간 광 변조기의 이미지는 기판과 공간 광 변조기 사이의 중간 위치에 있는 결상면(여기서, 제1 결상면이라 칭함)에 형성된다. 이러한 구성은 제1 결상면이 중간 위치에 제공되지 않으면 불가능한 방식으로 제1 결상면이 센서 또는 다른 장치에 의해 접근되는 것을 가능하게 한다. 기판이 제1 결상면에 제공되는 경우, 예를 들어, 기판의 존재는 센서 또는 다른 장치에 의한 접근을 금지한다. 공간 광 변조기에 의해 형성된 이미지에 센서 또는 다른 장치들에 의한 접근을 허용하는 것은 이미지의 특성을 측정할 수 있게 한다. 예를 들어, 이미지의 품질과 관련된 파라미터가 측정 될 수 있다. 측정치들은, 예를 들어 피드백 장치에서 스캐닝 시스템 및/또는 공간 광 변조기의 동작을 제어하는데 사용될 수 있다.
이미지가 스캐닝 및/또는 축소된 후에 (제1 결상면에서) 이미지의 특성을 측정하는 것은 스캐닝 및/또는 축소 공정에 의해 도입된 오차를 검출하는 것을 가능하게 한다. 접근 가능한 중간 결상면을 갖지 않는 공간 광 변조기를 사용하는 시스템에서, 이미지는 공간 광 변조기의 출력 및/또는 기판 자체에서만 검사될 수 있다.
이 유형의 실시예에서, 투영 시스템의 마지막 요소는 또한 공간 광 변조기에 대해 고정된 상태로 유지되도록 구성될 수 있으며, 한편 제1 결상면 내의 상이한 위치에서 패턴의 복수의 이미지가 형성된다. 따라서, 투영 시스템의 마지막 요소는 임의의 스캐닝 공정에 직접 관여하지 않는다. 전술한 바와 같이, 투영 시스템의 고정된 마지막 요소 (또는 완전히 고정된 투영 시스템)을 갖는 것은 어블레이션 공정에 의해 생성된 잔해를 제거하기 위한 장치의 배치를 용이하게 한다.
일 실시예에서, 스캐닝 시스템은 제1 결상면에 형성된 패턴의 이미지가 공간 광 변조기에서의 패턴에 대해 축소되도록 구성된다. 공간 광 변조기에서 패턴을 축소하면 공간 광 변조기에서 기판에서 어블레이션이 수행되는데 필요한 세기가 감소된다. 많은 종류의 공간 광 변조기에 있어서, 손상 또는 수명 단축의 위험없이 공간 광 변조기에 의해 처리될 수 있는 광선 세기에는 한계가 있다. 공간 광 변조기와 제1 결상면 사이의 패턴을 축소함으로써 또한 기판 상에 미세한 구조를 형성하는 것을 용이하게 한다.
일 실시예에서, 공간 광 변조기와 제1 결상면 사이의 패턴의 축소는 기판이 제2 결상면에 제공되는 실시예와 관련하여 수행되며, 상기 장치는 제1 결상면 내의 이미지의 축소된 버전을 제2 결상면의 기판 상에 투영한다. 따라서, 2단계 축소 과정이 사용된다. 2단계 축소의 사용은 임의의 한 스테이지의 축소 배율 요건을 감소시키고 또한 향상된 유연성을 제공함으로써 공간 광 변조기와 기판 사이의 바람직한 전체 축소를 제공하는 것을 용이하게 한다.
전체 축소는 요구 사항에 따라 두 단계 중 하나를 바꾸거나 수정하여 조정할 수 있지만 두 단계 중 다른 단계를 바꾸거나 수정하지 않는 방식으로 조절될 수 있다.
또 다른 관점에 따르면, 기판 상에 레이저 어블레이션을 수행하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 고체 레이저를 사용하여 펄스 레이저 빔을 제공하는 단계; 상기 펄스 레이저 빔을 패턴으로 변조하기 위해 프로그램 가능한 공간 광 변조기에 제어 신호를 입력하는 단계; 및 상기 공간 광 변조기에 의해 정의된 패턴들의 제1 결상면 내에 복수의 이미지들을 제1 결상면 내의 서로 다른 위치들에 순서대로 형성하는 단계를 포함한다.
전술한 실시예에서와 같이, 기판은 제1 결상면에 위치될 수 있다. 전술한 실시예에서와 같이, 기판은 대안적으로 제2 결상면에 제공 될 수 있고 상기 방법은 제1 결상면의 이미지의 축소 버전을 제2 결상면의 기판 상에 투영하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 높은 처리량, 저비용, 높은 유연성, 및/또는 높은 수준의 제어 및/또는 신뢰성을 허용하는 레이저 어블레이션을 수행하는 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
이하에서, 본 발명은 첨부된 도면들을 참조하여 예시적인 방법으로 더 자세히 설명될 것이다.
도 1은 그 안에 형성될 필요가 있는 구조체들의 유형을 보여주는 전형적인 HDI 인쇄 회로 기판의 사시도이다.
도 2는 인쇄 회로 기판이 상부 및 하부 유전체층을 포함하는 도 1과 유사한 사시도이다.
도 3은 그 위에 형성된 얇은 보호 또는 희생층을 갖는 또 다른 전형적인 인쇄 회로 기판의 단면도이다.
도 4는 유전체층에 내장 구조체들을 형성하기 위한 공지된 장치의 개략도이다.
도 5는 유전체층에 내장 구조체들을 형성하기 위한 또 다른 공지된 장치의 개략도이다.
도 6은 유전체층에 내장 구조체들을 형성하기 위한 또 다른 공지된 장치의 개략도이다.
도 7은 유전체층에 내장 구조체들을 형성하기 위한 또 다른 공지된 장치의 개략도이다.
도 8은 유전체층에 내장 구조체들을 형성하기 위한 또 다른 공지된 장치의 개략도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 어블레이션(ablation)을 수행하기 위한 장치의 개략도이다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 어블레이션을 수행하기 위한 장치의 개략도이다.
도 11은 또 다른 실시예에 따른 어블레이션을 수행하기 위한 장치의 개략도이다.
도 1은 고밀도 상호 연결(HDI) 인쇄 회로 기판(PCB) 또는 집적 회로(IC) 기판의 단면을 도시하며, 형성되어야 하는 "내장된" 구조체들의 유형을 나타낸다. 전기 회로를 형성하도록 패터닝된 구리층(1)은 유전체 코어층(2) 상에 지지된다. 구리층(1)은 레이저 어블레이션(laser ablation)에 의해 다양한 구조체들이 형성된 상부 유전체층(3)으로 오버 코팅된다. 홈들(4, 4', 4"), 대형 패드(5) 및 소형 패드(6,7)는 모두 상부 유전체층(3)의 전체 두께보다 작은 동일한 깊이를 갖는다. IC 기판에 대하여, 요구되는 홈(groove) 너비들 및 패드 직경들은 5 내지 10 마이크론(micron)의 깊이에서 각각 통상적으로 5 내지 15 마이크론 및 100 내지 300 ㎛의 값을 갖는다. HDI PCB의 경우, 홈들이 더 넓고 더 깊을 수 있다. 내부 패드(7)의 콘택홀 (또는 비아)(8)는 모든 상부 유전체층 물질이 제거되어 하부의 구리 회로의 영역을 노출시키도록 더 큰 깊이로 레이저 어블레이션에 의해 형성된다. 콘택홀 깊이들은 통상적으로 패드들 및 홈들의 깊이의 2배일 수 있다.
도 2는 도 1과 같은 HDI PCB 또는 IC 기판의 유사한 부분을 도시하지만, 이 경우 구리층 상부의 상부 유전체층은 상이한 재료의 상부 유전체층(9) 및 하부 유전체층(10)의 2개의 층으로 구성된다. 홈들(4, 4', 4"), 대형 패드(5) 및 소형 패드들(6, 7)은 모두 상부층(9)을 완전히 관통하지만 하부층(10)을 완전히 관통하지 않는다. 콘택홀(8)은 하부의 구리 회로의 영역을 노출시키도록 하부 유전체층(10)을 완전히 관통한다.
도 3은 구조체들의 레이저 패터닝 이전에 유전체층(3)의 상부 측에 얇은 보호층 또는 희생 물질층(11)이 적용된 HDI PCB의 단면을 도시한다. 이러한 보호층은 일반적으로 기껏해야 단지 수 마이크론 두께이고, 그 주요 목적은 레이저 어블레이션 공정 동안 유전체층(3)의 상부 표면을 손상으로부터 보호하는 것이다. 구조체들의 레이저 어블레이션 중에, 상기 빔은 보호층의 재료를 관통하고 하부의 유전체층(3)에서 요구되는 깊이까지 재료를 제거한다. 레이저 어블레이션 공정의 완료 후 및 후속 공정 전에, 보호층은 일반적으로 유전체 재료를 노출시키도록 제거된다.
도 4는 유전체층에 매립된 구조체들을 생성하기 위해 통상적으로 사용되는 공지된 장치를 도시한다. 엑시머 레이저(12)는 균질기 유닛(14)에 의해 형성되고 미러(15)에 의해 편향되며 마스크(16) 전체를 균일하게 조명하는 펄스화된 UV 빔(13)을 방출한다. 투영 시스템(17)은 기판(18)에서의 빔의 에너지 밀도가 유전체 재료를 제거하고 마스크 패턴에 대응하는 층에 구조체들을 형성하기에 충분하도록 유전체가 코팅된 기판(18)의 표면 상으로 마스크의 이미지를 축소시킨다.
렌즈(19)는 렌즈(17)에 입사하는 빔을 제어하여 최적의 방식으로 수행하는 필드 렌즈(field lens)이다. 각 레이저 펄스에서 마스크의 패턴은 잘 정의 된 깊이까지 유전체 표면에서 가공된다. 일반적으로 각 레이저 펄스로 가공 된 깊이는 1 마이크론의 분율이므로 많은 마이크론 깊이를 갖는 홈과 패드를 만들기 위해 많은 레이저 펄스들이 필요하다. 상이한 깊이의 특징들이 기판 표면으로 기계 가공될 필요가 있는 경우, 제1 레벨을 정의하는 마스크는 레이저 어블레이션 공정이 반복되는 더 깊은 레벨을 한정하는 또 다른 마스크(20)로 교환된다.
하나의 레이저 펄스로 각 마스크의 전체 영역 및 기판 상의 대응하는 영역을 조명하기 위해서는 레이저로부터의 높은 에너지를 갖는 펄스들이 필요하다. 예를 들어, 제작될 장치의 크기가 10x10mm(1cm2)이고 효율적인 어블레이션에 필요한 펄스 에너지 밀도가 약 0.5J/cm2이기 때문에 기판에 필요한 펄스 당 총 에너지는 0.5J이다. 광학 시스템의 손실 때문에, 레이저로부터 펄스 당 훨씬 더 많은 에너지가 필요하다. UV 엑시머(excimer) 레이저는 전형적으로 낮은 반복율로 높은 펄스 에너지로 작동하기 때문에 이러한 용도에 매우 적합하다. 300Hz까지의 반복 속도에서 최대 1J의 출력 펄스 에너지를 방출하는 엑시머 레이저를 쉽게 이용할 수 있다. 보다 큰 장치의 제조를 가능하게 하거나 보다 낮은 펄스 에너지를 갖는 엑시머 레이저의 사용을 허용하기 위해 다양한 광학적 전략이 고안되었다.
도 5는 빔 형성 광학기(21)가 마스크(16)의 표면에서 라인 빔을 생성하도록 배치된 경우를 나타내는 종래 기술을 도시한다. 이러한 라인 빔은 마스크의 전체 너비를 커버하기에 충분히 길다. 라인 빔은 미러(15)의 1D 운동에 의해 라인에 수직인 방향으로 마스크의 표면 위로 스캐닝된다. 라인(22)에서 라인(22')으로 마스크(15)를 이동시킴으로써 마스크의 전체 영역이 순차적으로 조명되고 그에 대응하여 기판 상에 가공될 전체 영역이 순차적으로 처리된다.
거울은 정확한 수의 레이저 펄스가 기판의 각 영역에 충돌하여 필요한 깊이의 구조를 생성할 수 있는 속도로 이동된다. 예를 들어, 300Hz에서 작동하는 엑시머 레이저 및 1mm의 너비를 갖는 기판에서의 라인 빔으로 각각의 레이저 펄스가 0.5 마이크론의 깊이로 재료를 제거하는 경우, 10 마이크론의 깊이를 갖는 구조체를 생성하기 위해서는 면적당 20개의 레이저 펄스가 필요하다. 이러한 배열은 라인 빔이 15mm/초(sec)의 속도로 기판을 가로질러 이동하는 것을 요구한다. 마스크에서의 빔의 속도는 렌즈의 축소 배율과 동일한 배율만큼 기판에서의 빔의 속도보다 크다.
도 6은 또 다른 공지된 구성을 도시하며 제한된 레이저 펄스 에너지 문제를 다루는 대안적인 방법을 예시한다. 이는 고정된 빔에 대해 정확하게 링크된 방식으로 마스크와 기판을 이동시키는 것을 포함한다. 빔 형성 광학기(21)는 마스크의 전체 너비에 걸쳐있는 길이를 갖는 라인 빔을 형성한다. 이 경우, 거울(15)은 정지 상태로 유지되고 마스크(16)는 도시된 바와 같이 선형으로 이동된다. 기판 상에 마스크의 정확한 이미지를 생성하기 위해, 결상 렌즈(17)의 축소 배율(de-magnification factor)만큼 마스크의 속도와 관련된 속도로 도시된 바와 같이 기판(18)을 마스크와 반대 방향으로 이동할 필요가 있다. 이러한 1D 마스크 및 기판 연동 이동 시스템은 반도체 제조를 위한 엑시머 레이저 웨이퍼 노광 도구에서 잘 알려져 있다.
또한 엑시머 레이저는 처리 대상 장치의 면적이 매우 크고 각 레이저 펄스에 충분한 에너지가 있어 장치의 전체 너비에 걸쳐 라인 빔을 생성하는 상황에서 2D 마스크 및 기판 스캐닝 방식이 사용되고 있다. Proc SPIE., 1996 (2921), p684는 그러한 시스템을 기술한다. 이러한 시스템은 매우 복잡하여 매우 정확한 마스크 및 작업 스테이지(work-piece stage) 제어가 요구되며, 또한 스캔 대역이 겹치는 기판 상의 영역에서 균일한 어블레이션 깊이를 얻도록 하는 것은 제어하기가 매우 어렵다.
도 7은 UV 엑시머 레이저 대신에 고체 레이저가 사용되는 공지된 구성을 도시한다. 상기 구성은 마스크 투영 광학 시스템이 사용되어 기판 내의 회로층의 구조를 정의하는데 사용되는 점에서 도 4, 도 5 및 도 6에 도시된 것과 유사하다.
레이저(52)는 렌즈(17)에 의해 기판 표면(18) 상에 결상한 후에, 에너지 밀도가 기판(18)의 표면 상의 물질을 제거하기에 충분하도록 하기 위해, 마스크(16)에서 적절한 크기의 원형 또는 다른 형상의 스팟(spot)을 형성하도록 광학기(24)에 의해 형상화 된다.
2D 스캐너 유닛(25)은 마스크(16)의 전체 영역이 커버되고 그에 대응하여 기판(18)에서 처리될 전체 영역이 또한 커버되도록 2차원 래스터 패턴(raster pattern)으로 마스크(16) 상에 스팟을 이동시키며, 마스크(16) 상의 패턴의 이미지는 기판 표면에 각인된다. 렌즈(17)는 상측에서 텔레센트릭(telecentric) 성능을 가질 수 있다. 이는 기판에 대한 거리의 변화가 이미지의 크기를 변화시키지 않도록 렌즈에 의해 평행한 빔이 형성된다는 것을 의미한다. 이는 광축을 따라 기판을 매우 정확하게 위치시킬 필요성을 없애고 기판의 비-편평성(non-flatness)을 허용할 수 있게 한다.
텔레센트릭 성능을 위한 조건이 충족되도록 스캐너(25)의 미러들 사이의 평면을 렌즈(17)의 입사 동공(26)에 결상하는 렌즈(19)가 제공된다. 렌즈(17)가 유전체층의 표면에서 5㎛ 이하의 잘 정의된 구조체를 정확하게 형성하기에 충분한 광학 해상도를 갖는 것이 중요하다. 해상도는 파장 및 개구수(numerical aperture)에 의해 결정되며, 355nm의 레이저 파장에 대해, 이는 약 0.15 이상의 개구수로 이해된다.
렌즈(17)에 대한 다른 요건은, 기판에서의 레이저 펄스의 에너지 밀도가 재료를 제거하기에 충분히 높지만 마스크에서의 에너지 밀도가 충분히 낮 도록 기판 상의 마스크 상의 패턴을 축소시켜서 석영 기판 상의 패턴화된 크롬층일 수 있는 마스크 물질이 손상되지 않도록 하는 것이다. 대부분의 경우 렌즈 배율이 3배 이상인 것이 적절하다고 판명되었다. 기판에서 0.5J/cm2의 에너지 밀도는 일반적으로 대부분의 고분자 유전체 재료를 제거하기에 충분하므로 렌즈 배율을 3배로 하고 렌즈에서 합리적인 손실을 허용하므로 마스크에서의 해당 에너지 밀도는 0.07J/cm2로, 석영 마스크의 크롬의 손상 레벨보다 훨씬 낮다.
도 8은 도 7의 구조를 사용하여 2층 구조체를 생성하는 하나의 방법을 도시한다. 제1 마스크(16)는 상부 영역 홈 및 패드 구조체를 생성하기 위해 전체 영역에 걸쳐 스캐닝되고, 그 다음에 제1 마스크(16)가 하부층 비아 구조체와 연관된 패턴을 갖는 제2 마스크(33)로 대체된다. 물론, 마스크의 정확한 위치 맞춤은 2개의 레이저 가공된 패턴이 기판 표면 상에 정확하게 중첩되도록 하는 것이 요구된다. 이러한 다중의 순차적 스캔 마스크 접근법은 하부층 마스크의 전부 또는 대부분을 스캐닝하는 것이 효율적이도록 하부층 패턴이 특징들(features)의 높은 밀도를 가질 때 바람직하다. 한편, 상부층 마스크에 의해 정의된 패드 영역 내에 위치한 비아(vias)와 같은 몇몇 더 깊은 특징들(features)만이 요구되는 경우, 대체적인 방법들이 가능하다. 예를 들어, 레이저가 (전체 마스크를 통해 스캔되는 것이 아니라) 비아의 위치에서 장시간 정지 상태로 유지되는 "포인트 앤 슈트(point and shoot)" 방법이 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 도 9에 도시되어 있으며, 이하에서 이에 대해 설명된다.
기판(18) 상에 레이저 어블레이션을 수행하기 위한 장치(50)가 제공된다. 장치(50)는 고체 레이저(52)를 포함한다. 고체 레이저는 펄스 레이저 빔을 제공하도록 구성될 수 있다. 고체 레이저(52)는 Q-스위치 CW 다이오드 펌핑 고체(DPSS; diode pumped solid state) 레이저 일 수 있다. 이러한 레이저는 엑시머 레이저와 매우 다른 방식으로 작동하여, 높은(다중 kHz 내지 100kHz) 반복율에서 낮은 에너지(예를 들어, 0.1mJ 내지 몇 10mJ)의 펄스를 방출한다. 많은 종류의 Q-스위치 DPSS 레이저가 현재 쉽게 이용 가능하다. 일 실시예에서, UV 영역에서 사용되는 다중 모드 DPSS 레이저가 사용된다. UV는 광범위한 유전체 재료의 제거에 적합하며 결상 렌즈들의 광학 해상도는 더 긴 파장들에 비해 우수하다. 또한, 멀티 모드 레이저 빔의 비간섭성(incoherent) 특성은 회절의 영향을 받지 않고 고해상도 이미지가 조명될 수 있게 한다. 단일 모드 레이저는 개별적인 작은 지점들에 초점을 맞추기에 적합하지만 이미지를 조명하는 데에는 적합하지 않다. 더 긴 파장과 더 낮은 모드 빔 출력을 갖는 다른 펄스 DPSS 레이저가 또한 사용될 수 있다.
예를 들어, 약 10kHz의 반복 속도로 20, 40 또는 80W의 출력을 제공하는 355nm의 파장에서 작동하는 UV MM CW 다이오드 펌핑 고체 레이저를 사용하여 출력 펄스 에너지를 각각 2, 4 및 8mJ로 제공 할 수 있다. 또 다른 예로 6kHz의 반복 속도로 40W를 제공하므로 펄스 당 6.7mJ를 제공하는 MMW DPSS 레이저가 존재한다. 또한, 약 100kHz의 반복 속도로 20W 또는 28W의 출력을 제공하여 각각 0.2 및 0.28mJ의 출력 펄스 에너지를 제공하는 355nm의 파장에서 작동 할 수 있는 UV 저모드 CW 다이오드 펌핑 고체 레이저가 존재한다.
레이저(52)로부터의 출력 빔(23)은 직접 또는 간접적으로 프로그램 가능한 공간 광 변조기(54) 상으로 지향된다. 일 실시예에서 (도시된 바와 같이) 장치(50)는 빔 형성기(beam shaper, 64)를 포함한다. 예를 들어, 빔 형성기(64)는 빔(23) 상에 탑햇(top-hat) 강도 프로파일을 부과하도록 구성될 수 있다.
공간 광 변조기는 광의 빔 상에 공간적으로 변화하는 변조를 부과할 수 있는 장치이다. 프로그램 가능한 공간 광 변조기는 제어 신호에 응답하여 변조를 변화시킬 수 있는 변조기이다. 제어 신호는 컴퓨터에 의해 제공될 수 있다. 일 실시예에서, 변조기(54)는 마이크로-미러들 어레이를 포함한다. 일 실시예에서, 어레이는 2차원 어레이이다. 각각의 마이크로-미러는 개별적으로 어드레싱 가능할 수 있어서, 제어 신호가 미러가 기판에 도달하게 하는 방향으로 또는 (예를 들어 흡수되는 곳의 방열판 쪽으로 직접 향하게 함으로써) 기판에 도달하는 것을 방지하는 방향으로 광선을 반사하는지 여부에 상관없이 제어 신호가 각각의 미러에 대해 독립적으로 지정될 수 있다. 공간 광 변조기의 다른 형태들 또한 당해 분야에 공지되어 있으며 본 발명의 실시예들과 관련하여 사용될 수 있다.
도시된 실시예에서, 변조기(54)는 제어부(60)에 의해 제공된 제어 신호에 의해 정의된 패턴으로 펄스 레이저 빔을 변조하도록 구성된다. 변조기(54)로부터의 출력 빔(62)은 스캐닝 시스템(56)에 입력된다. 예컨대, 스캐닝 시스템은 2차원 빔 스캐너를 포함 할 수 있다. 스캐닝 시스템(56)은 제1 결상면(101) 내의 복수의 가능한 위치들 중 하나에서 선택적으로 패턴의 이미지를 형성하도록 구성된다. 일 실시예에서, 복수의 가능한 위치들은 변조기(54)의 기준 프레임에서 서로에 대해 상이하다. 제어부(60)는 스캐닝 시스템(56) 및 공간 광 변조기(54)를 제어하여 제1 결상면의 상이한 위치에서 패턴의 복수의 이미지를 (예를 들어 서로 다른 시간에) 순서대로 형성하도록 구성된다. 일 실시예에서, 상이한 위치는 변조기(54)의 기준 프레임에서 서로에 대해 상이하다. 일 실시예에서, 변조기(54)는 제1 결상면의 상이한 위치에서 복수의 이미지를 형성하는 동안 고정되어 있다. 도 9에 도시된 실시예에서, 기판(18)은 제 1 결상면(101)에 제공된다. 다른 실시예에서, 후술하는 바와 같이, 기판(18)은 다른 평면에 제공될 수 있다. 이미지들의 순서는 래스터-스캔(raster scan) 패턴으로 형성될 수 있다. 선택적으로, 이미지는 서로에 대해 모자이크 모양(tessellate)이 되도록 형상화된다. 이러한 방식으로, 개별 이미지보다 큰 영역은 스캔된 이미지들의 순서에 의해 (갭 없이) 연속적인 방식으로 패터닝될 수 있다. 예를 들어, 개별적인 이미지들 각각은 정사각형 또는 직사각형일 수 있고 이미지들은 더 큰 정사각형 또는 직사각형으로 구성된 영역을 연속적으로 커버하도록 스캔될 수 있다.
일 실시예에서, 스캐닝 시스템(56)은 제1 결상면(101)에 형성된 패턴의 이미지가 공간 광 변조기(54)에서의 패턴에 비하여 축소되도록 구성된다. 따라서, 공간 광 변조기(54) 상에 형성된 패턴은 제1 결상면(101) 상에 형성된다. 도 9에 도시된 예에서, 축소(de-magnification)는 투영 시스템(58) 내의 하나 이상의 적절하게 구성된 광학 요소에 의해 달성된다.
일 실시예에서, 투영 시스템(58)의 마지막 요소 (즉, 기판에 이르는 광학 경로를 따르는 마지막 요소)는 기판(18) 상의 이미지 스캐닝 동안 변조기(54)에 대해 고정된 상태로 유지되도록 구성된다. 그러므로 어블레이션은 국소 영역(고정된 마지막 요소의 하부)에서 이루어진다. 예를 들어, 기판 위의 패턴 스캐닝에 참여하기 위해 마지막 요소가 이동하도록 허용된다면 더 넓은 범위의 위치들에서 어블레이션이 일어난다. 어블레이션이 일어날 수 있는 위치 범위를 제한하면 효과적인 파편 제거를 보다 쉽게 만들 수 있다. 파편 제거 장치는 (예를 들어, 실시간으로 어블레이션 공정을 추적하기 위해 이동할 수 있는 방식이 아닌 영구적인 위치에서) 간소화 및/또는 간단히 장착될 수 있다.
일 실시예에서, 제어부(60)는 기판(18) 상에 형성된 이미지들의 순서 내의 각각의 이미지가 레이저(52)로부터의 상이한 단일 펄스로부터 형성되도록 구성된다. 다른 실시예에서, 제어부(60)는 이미지들의 순서 내의 하나 이상의 이미지 각각이 레이저로부터의 2개 이상의 상이한 펄스에 의해 형성되도록 배열할 수 있다. 일 실시예에서, 변조기(54)는 레이저(52)의 연속적인 펄스들 사이에서 상이한 패턴으로 펄스화된 레이저 빔을 변조할 수 있다. 이는 패턴이 하나의 펄스에서 다음 펄스로 변화될 수 있도록 함으로써, 기판 상에 복잡한 패턴들 (예를 들어, 이미지들의 순서의 적어도 서브 세트에 대해 하나의 이미지에서 다음 이미지로 변하는 이미지들의 순서들로부터 형성된 패턴들)의 조사를 용이하게 한다.
도 10은 기판(18)이 제2 결상면(102)에 제공되는 배열의 예를 도시한다. 제2 결상면(102)은 제1 결상면(101)으로부터 아래쪽에 있다. 도 9의 실시예에서와 같이, 스캐닝 시스템(56)은 제1 결상면(101) 내의 복수의 가능한 위치 중 하나에서 선택적으로 변조기(54)에 의해 형성된 패턴의 이미지를 형성하도록 구성된다. 투영 시스템(62)은 제1 결상면에서 이미지의 축소된 버전을 제2 결상면(102) 내의 기판(18) 상에 투영하도록 제공된다. 투영 시스템(62)은 제1 결상면(101)의 상이한 위치에 형성된 패턴의 복수의 이미지를 기판(18) 상의 대응하는 복수의 위치에 투영한다.
도 10에 도시된 특정 예에서, 장치(50)는 2개의 투영 시스템, 즉 제1 투영 시스템(58) 및 제2 투영 시스템(62)을 포함한다. 제1 투영 시스템(58)은 도 9를 참조하여 전술한 투영 시스템(58)과 동일 또는 유사한 방식으로 구성될 수 있다. 제1 투영 시스템(58)은 예를 들어, 변조기(54) 상에 형성된 패턴의 제1 결상면(101)에서 축소 이미지를 형성 할 수 있다. 전술한 바와 같이, 제2 투영 시스템은 제1 결상면(101)의 이미지를 기판(18) 상에 투영한다. 그러므로, 이러한 실시예는 두 단계 축소 공정을 제공한다.
상세한 설명의 서론 부분에서 언급한 바와 같이, 제1 결상면(101)이 기판(18)과 변조기(54) 사이의 중간 위치에 있도록 장치(50)의 광학 소자들을 배열함으로써 제1 결상면(101)이 접근될 수 있는 범위가 증가한다. 예를 들어, 제1 결상면(101)이 중간 위치에 제공되지 않으면 불가능한 방식으로 제1 결상면(101)이 센서 또는 다른 장치에 의해 접근되는 것이 가능 (또는 용이)하다. 기판(18)이 제1 결상면(101)에 제공되는 경우, 예를 들어 기판(18)의 존재는 센서 또는 다른 장치에 의한 접근을 금지한다.
일 실시예에서, 센서(64)는 제1 결상면(101) 내에 또는 그 근처에 제공된다. 이러한 실시예의 예가 도 11에 도시되어 있다. 센서(64)는 제1 결상면에 형성된 이미지의 특성을 측정하도록 구성될 수 있다. 이 특성은 예를 들어 초점의 품질의 측정, 패턴의 하나 이상의 특징들(features)의 위치 정확도의 측정, 선들 또는 선들 사이의 공간들(예컨대, 최소 선 너비 또는 공간)과 같은 특징들(features)의 너비의 측정, 세기 정확도의 측정 (예컨대, 동일한 세rl를 갖도록 의도된 영역들에 대한 세기의 균일도)를 포함한다.
일 실시예에서, 제어부(60)는 변조기(54) 및 스캐닝 시스템(56) 중 하나 또는 둘 모두의 동작을 제어하기 위해 센서(64)에 의해 측정된 측정 특성을 사용하도록 구성된다. 예를 들어, 제어부(60)는 명목 상의 스캐닝 경로와 같은 스캐닝 시스템의 동작 특성을 변경함으로써 센서(64)에 의해 검출된 이미지 품질의 편차에 반응하도록 구성될 수 있다. 선택적으로 또는 부가적으로, 제어부(64)는 변조기(54)의 동작 특성을 수정함으로써 편차에 응답할 수 있다. 예를 들어, 변조기(54) 상에 형성된 이미지는 제1 결상면(101)에서 검출된 왜곡 또는 다른 에러를 보상하도록 수정될 수 있다. 센서(64)는 연결 라인(66)을 통해 제어부(60)에 연결될 수 있다. 센서(64)는 피드백 루프에서 동작하도록 구성될 수 있다.
도 11의 실시예는 센서(64)의 존재 및 센서(64)와 제어기(60) 사이의 연결 라인(66)을 제외하고 도 10을 참조하여 전술한 실시예와 동일하다.
제1 결상면(101)의 상이한 위치에 걸쳐 변조기(54)에 의해 정의된 이미지를 스캐닝하는 것은 이미지에 왜곡이 생기게 할 수 있다. 이는 예를 들어, 변조기(54)와 제1 결상면(101) 내의 상이한 위치 사이에 존재하는 상이한 광학 경로 길이로 인해 발생할 수 있다. 왜곡은 광축으로부터 더 가까운 스캐닝 위치에서보다 광축으로부터 더 먼 스캐닝 위치에서 더 클 수 있다. 일 실시예에서, 이러한 왜곡 및/또는 다른 왜곡은 패턴의 이미지가 제1 결상면(101)에서 형성되어야 하는 위치의 함수로서 변조기(54)에 의해 정의된 패턴을 조정함으로써 적어도 부분적으로 보정될 수 있다. 교정 측정은 변조기(54)에 의해 정의된 패턴들이 어떻게 조정되어야 하는지를 정의하는 교정 데이터를 획득하도록 수행될 수 있다.
상술한 실시예들 중 어느 하나 또는 다른 실시예에서, 스캐닝 시스템(56)은 1D, 2D 또는 3D 스캐닝 시스템일 수 있다. 스캐닝 시스템은 예를 들어 1D, 2D 또는 3D 빔 스캐너 및 빔 스캐너로부터의 출력으로부터 이미지를 형성하도록 구성된 연관된 광학 (예를 들어, 렌즈) 시스템을 포함할 수 있다. 스캐닝 시스템(56)이 1D 스캐닝 시스템인 경우, 스캐닝 시스템(56)은 스캐닝 라인 (예를 들어, 직선)을 따라 변조기(54) 상의 패턴의 이미지를 스캔하도록 구성될 수 있고, 장치는 기판(18)을 스캐닝 라인에 수직인 방향을 따라 이동하도록 구성될 수 있다. 이러한 구성은 예컨대 기판(180) 상에 이미지의 래스터 스캔(raster scan)을 생성하는 데 사용될 수 있다. 스캐닝 시스템(56)이 2D 스캐닝 시스템일 때, 스캐닝 시스템(56)은 변조기(54) 상에 패턴의 이미지를 제1 결상면에서 광축에 수직인 2개의 수직축에 대해 임의로 변위시킬 수 있다. 스캐닝 시스템(56)이 3D 스캐닝 시스템인 경우, 스캐닝 시스템(56)은 제1 결상면의 영역에서 삼차원으로 임의로 변조기 상에 패턴의 이미지를 위치시킬 수 있다. 이러한 구성은 2D 스캐닝 시스템과 동일한 방식으로 이미지를 위치시킬 수 있지만, 광축에 평행한 방향을 따라 초점 위치를 변화시키는 추가적인 가능성을 가질 수 있다. 이러한 기능은 광축으로부터 멀리 떨어진 제1 결상면 내의 위치에서 광 경로의 증가로 인해 발생할 수 있는 포커스 에러를 보정하는데 유용할 수 있다.
18: 기판
23: 출력 빔
50: 장치
52: 고체 레이저
54: 공간 광 변조기
56: 스캐닝 시스템
58: 투영 시스템
60: 제어부
62: 투영 시스템
64: 센서
66: 연결 라인
101: 제1 결상면
102: 제2 결상면

Claims (33)

  1. 펄스 레이저 빔을 제공하도록 구성된 고체 레이저;
    변조기에 입력된 제어 신호에 의해 정의된 패턴으로 상기 펄스 레이저 빔을 변조하도록 구성된 프로그램이 가능한 공간 광 변조기(programmable spatial light modulator);
    제1 결상면 내의 복수의 가능한 위치들 중 하나에서 선택적으로 상기 패턴의 이미지를 형성하도록 구성된 스캐닝 시스템; 및
    상기 스캐닝 시스템 및 상기 공간 광 변조기를 제어하여 상기 제1 결상면 내의 상이한 위치들에서 상기 패턴의 복수의 이미지들을 순서대로 형성하도록 구성된 제어부를 포함하는, 기판 상에 레이저 어블레이션을 수행하기 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 상기 제1 결상면 내에 위치되는, 기판 상에 레이저 어블레이션을 수행하기 위한 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기판 상의 상이한 위치들에서 상기 패턴의 복수의 이미지들을 형성하도록 구성된 투영 시스템을 더 포함하며,
    상기 투영 시스템의 마지막 요소는 상기 제1 결상면 내의 상이한 위치들에서 상기 패턴의 상기 복수의 이미지들이 형성되는 동안 공간 광 변조기에 대하여 고정된 상태로 유지되도록 구성된, 기판 상에 레이저 어블레이션을 수행하기 위한 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 결상면에 형성된 상기 이미지를 축소시키며, 상기 축소 이미지를 제2 결상면 내에서 상기 기판 상에 투영하도록 구성된 투영 시스템을 더 포함하며,
    상기 투영 시스템은 상기 제1 결상면의 상이한 위치들에 형성된 상기 패턴의 상기 복수의 이미지들을 상기 기판 상의 대응되는 복수의 위치들 상에 투영하도록 구성된, 기판 상에 레이저 어블레이션을 수행하기 위한 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 투영 시스템의 마지막 요소는 상기 제1 결상면 내의 상이한 위치들에서 상기 패턴의 상기 복수의 이미지들이 형성되는 동안 공간 광 변조기에 대하여 고정된 상태로 유지되도록 구성된, 기판 상에 레이저 어블레이션을 수행하기 위한 장치.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 제1 결상면 내에 형성된 상기 이미지의 특성을 측정하도록 구성된 센서를 더 포함하는, 기판 상에 레이저 어블레이션을 수행하기 위한 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 공간 광 변조기 및 상기 스캐닝 시스템 중 하나 또는 모두의 동작을 제어하기 위해 상기 센서에 의해 측정된 상기 측정된 특성을 사용하도록 구성된, 기판 상에 레이저 어블레이션을 수행하기 위한 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스캐닝 시스템은 상기 제1 결상면에 형성된 상기 패턴의 상기 이미지가 상기 공간 광 변조기에서 상기 패턴에 비하여 축소되도록 구성된, 기판 상에 레이저 어블레이션을 수행하기 위한 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 순서에서의 각각의 이미지가 상기 고체 레이저로부터의 다른 단일 펄스로부터 형성될 수 있도록 구성된, 기판 상에 레이저 어블레이션을 수행하기 위한 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로그램이 가능한 공간 광 변조기는 상기 패턴이 하나의 펄스로부터 다음 펄스까지 변화될 수 있도록 상기 고체 레이저의 연속적인 펄스들 사이에 상이한 패턴으로 상기 펄스 레이저 빔을 변조할 수 있도록 구성된, 기판 상에 레이저 어블레이션을 수행하기 위한 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 공간 광 변조기를 제어하여, 상기 패턴이 상기 제1 결상면에 형성된 위치의 함수로서 상기 제1 결상면에서 형성될 상기 패턴을 변경하도록 구성된, 기판 상에 레이저 어블레이션을 수행하기 위한 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공간 광 변조기는 미러 어레이를 포함하는, 기판 상에 레이저 어블레이션을 수행하기 위한 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상이한 위치들은 상기 프로그램이 가능한 공간 광 변조기의 기준 프레임 내에서 서로에 대해 상이한, 기판 상에 레이저 어블레이션을 수행하기 위한 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스캐닝 시스템은 상기 스캐닝 시스템이 상기 패턴의 상기 이미지를 형성할 수 있는 상기 제1 결상면 내의 복수의 가능한 위치들이 상기 프로그램이 가능한 공간 광 변조기의 상기 기준 프레임에서 서로에 대해 상이한 복수의 위치들이 되도록 하는, 기판 상에 레이저 어블레이션을 수행하기 위한 장치.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스캐닝 시스템은 이차원 빔 스캐너를 포함하는, 기판 상에 레이저 어블레이션을 수행하기 위한 장치.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로그램이 가능한 공간 광 변조기는 복수의 개별적으로 어드레스가 가능한(individually addressable) 요소들을 포함하는, 기판 상에 레이저 어블레이션을 수행하기 위한 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 프로그램이 가능한 공간 광 변조기는 개별적으로 어드레스가 가능한 요소들의 이차원 어레이를 포함하는, 기판 상에 레이저 어블레이션을 수행하기 위한 장치.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로그램이 가능한 공간 광 변조기는 상기 제1 결상면 내의 상이한 위치에서 상기 패턴의 상기 복수의 이미지를 형성하는 동안 고정되어 있도록 구성된, 기판 상에 레이저 어블레이션을 수행하기 위한 장치.
  19. 펄스 레이저 빔을 제공하기 위해 고체 레이저를 사용하는 단계;
    상기 펄스 레이저 빔을 패턴으로 변조하기 위해 프로그램이 가능한 공간 광 변조기에 제어 신호를 입력하는 단계; 및
    상기 공간 광 변조기에 의해 정의된 패턴들의 제1 결상면 내의 상이한 위치들에 이미지들을 순서대로 형성하는 단계;를 포함하는, 기판 상에 레이저 어블레이션을 수행하는 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 기판은 상기 제1 결상면에 위치하는, 기판 상에 레이저 어블레이션을 수행하는 방법.
  21. 제19항 또는 제20항에 있어서,
    투영 시스템은 상기 기판 상의 상이한 위치들에 상기 패턴의 상기 복수의 이미지들을 형성하는 데 사용되며, 상기 투명 시스템의 마지막 요소는 상기 제1 결상면 내의 서로 다른 위치들에 상기 패턴의 상기 복수의 이미지들이 형성되는 동안 상기 공간 광 변조기에 대하여 고정되어 있는, 기판 상에 레이저 어블레이션을 수행하는 방법.
  22. 제19항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 결상면 내의 상기 이미지들의 축소된 버전들을 제2 결상면 내의 상기 기판 상에 투영시키는 단계를 더 포함하며, 상기 제1 결상면 내의 상이한 위치들에 배치된 이미지들은 상기 기판 상의 대응되는 상이한 위치들에 투영되는, 기판 상에 레이저 어블레이션을 수행하는 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 투영 시스템은 상기 제1 결상면 내의 상기 이미지들의 상기 축소된 버전들을 상기 기판 상에 투영하며, 상기 투영 시스템의 마지막 요소는 상기 제1 결상면 내의 상이한 위치들에 상기 패턴의 상기 복수의 이미지들을 형성하는 동안 상기 공간 광 변조기에 대하여 고정되어 있는, 기판 상에 레이저 어블레이션을 수행하는 방법.
  24. 제19항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 결상면에 형성된 상기 이미지의 특성을 측정하고 상기 공간 광 변조기 및 상기 스캐닝 시스템 중 하나 또는 모두의 동작을 제어하기 위해 상기 측정된 특성을 사용하는 단계를 더 포함하는, 기판 상에 레이저 어블레이션을 수행하는 방법.
  25. 제19항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 결상면에 형성된 상기 패턴의 각각의 이미지는 상기 어레이에서의 상기 패턴에 대하여 축소된, 기판 상에 레이저 어블레이션을 수행하는 방법.
  26. 제19항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 결상면에 형성된 상기 이미지들은 서로에 대해 모자이크식으로 배열된, 기판 상에 레이저 어블레이션을 수행하는 방법.
  27. 제19항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상이한 위치들은 상기 프로그램이 가능한 공간 광 변조기의 상기 기준 프레임에서 서로에 대해 상이한, 기판 상에 레이저 어블레이션을 수행하는 방법.
  28. 제19항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    이차원 빔 스캐너는 상기 상이한 위치들에서 상기 공간 광 변조기에 의해 정의된 패턴들의 상기 이미지들을 형성하는 데 사용되는, 기판 상에 레이저 어블레이션을 수행하는 방법.
  29. 제19항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로그램이 가능한 공간 광 변조기는 복수의 개별적으로 어드레스 가능한 요소들을 포함하는, 기판 상에 레이저 어블레이션을 수행하는 방법.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 프로그램이 가능한 공간 광 변조기는 개별적으로 어드레스 가능한 요소들의 이차원 어레이를 포함하는, 기판 상에 레이저 어블레이션을 수행하는 방법.
  31. 제19항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로그램이 가능한 공간 광 변조기는 상기 제1 결상면 내의 상이한 위치들에 상기 패턴의 상기 복수의 이미지들이 형성되는 동안 고정된 상태를 유지하는, 기판 상에 레이저 어블레이션을 수행하는 방법.
  32. 첨부된 도면의 도 9를 참조하여 및/또는 도 9에 도시된 바에 따라 실질적으로 전술한 바와 같이 작동하도록 배열되고 구성된 레이저 어블레이션을 수행하기 위한 장치.
  33. 첨부된 도면의 도 9를 참조하여 및/또는 도 9에 도시된 바에 따라 실질적으로 전술한 바와 같은 레이저 어블레이션을 수행하는 방법.
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