KR20170102317A

KR20170102317A - 식각-정지 물질 손상을 최소화하기 위한 가변 에너지 빔을 포함하는 레이저 어블레이션 시스템

Info

Publication number: KR20170102317A
Application number: KR1020177021379A
Authority: KR
Inventors: 브라이언 엠. 어윈; 바우베 더블유. 레인스트라; 니콜라스 에이. 폴로모프; 코트니 티. 시츠; 매슈 이. 수터; 크리스토퍼 엘. 테슬러
Original assignee: 서스 마이크로텍 포토닉 시스템즈 인코포레이티드; 인터내셔날 비즈니스 머신 코포레이션
Priority date: 2014-12-30
Filing date: 2015-12-21
Publication date: 2017-09-08
Also published as: TW201627782A; HK1246971A1; EP3241233A4; EP3241233A2; US20160184926A1; CN107430997A; WO2016109272A2; JP2018500182A; WO2016109272A3

Abstract

어블레이션 시스템은 가공물의 적어도 하나의 매립된 특징부 상에 형성된 에너지-감응 물질을 제거하기 위하여 에너지 빔을 생성하도록 구성된 어블레이션 수단을 포함한다. 상기 어블레이션 수단은 상기 에너지-감응층의 제1부분을 제거하기 위하여 초기 유량(fluence) 및 초기 펄스 반복 주파수(pulse rate)를 선택한다. 상기 어블레이션 수단은 또한 상기 매립된 특징부가 손상되거나 변형되지 않으면서 노출되도록 상기 에너지-감응층의 제2나머지 부분을 제거하기 위하여 에너지 빔의 상기 초기 유량 및 초기 펄스 반복 주파수 중 적어도 하나를 감소시킨다.

Description

식각-정지 물질 손상을 최소화하기 위한 가변 에너지 빔을 포함하는 레이저 어블레이션 시스템

본 발명은 일반적으로 에너지 어블레이션 기술에 관한 것으로, 더 상세하게는 어블레이션 레벨을 제어하기 위해 레이저 빔의 세기를 조정하도록 구성된 레이저 어블레이션(ablation) 시스템에 관한 것이다.

예를 들어, 반도체 및/또는 식각 재료와 같은 다양한 재료는 가공물(workpiece)에 하나 이상의 특징부(features)를 형성하는 고-에너지 및/또는 빠른-반복 레이저 펄스를 생성하도록 구성된 레이저 어블레이션 수단을 사용하여 식각될 수 있다. 종래의 레이저 기반 어블레이션 공정은 종종 레이저 펄스에 대한 노출로부터 하부층을 보호하는 식각-정지층을 이용한다. 그러나, 어블레이션 공정 동안, 레이저 빔에 의해 전달된 유량(fluence)은 식각-정지층의 일부 영역을 과다 노출시킬 수 있다.

도 1a 및 도 1b를 참고하면, 예를 들어, 레이저 어블레이션 공정 후의 가공물(10)이 도시되어 있다. 가공물(10)은 레이저-감응(sensitive)층(14) 및 하부층(16) 사이에 개재된 식각-정지층(12)을 포함한다. 레이저-감응층(14)은 도 1a에 도시된 바와 같이 그 안에 형성된 트렌치(18)를 갖는다. 트렌치(18)는 식각 공정을 제한하며 하부층(16)을 보호하는 식각-정지층(12)을 노출시킨다. 레이저 유량(fluence)은 레이저 어블레이션 공정 중에 예를 들어 레이저-감응층(14)의 코너 영역(20)과 같은 특정 영역에 우연히 집중될 수 있다. 레이저-감응층(14)의 측벽에서 반사된 유량은 특정 농도 영역(20)을 과다노출 및 이로 인해 가열되게 하는 레이저 유량 농도의 증가를 일으키며, 식각-정지층(12) 물질의 리플로우(reflow), 재결정화 및 변형을 야기할 수 있다. 결과적으로, 트렌치(18)는 원하는 직경, 예컨대 45 마이크로미터(μm)로 형성되지만, 식각-정지층(12)은 의도치 않은 변형부(22)를 포함하도록 변경된다. 이 경우, 예를 들어, 변형부(22)는 식각-정치층(12)의 주변부 아래로 연장되는 공동(cavity)으로 형성된다(도 1b 참고). 변형부(22)는 레이저 감응층(14)의 에지가 공동 내로 하강함으로써 레이저-감응층(14)에 의도하지 않은 장력을 생성하고 식각된 개구의 측벽에서 증가된 경사를 생성하여 후속 공정 단계를 복잡하게 할 수 있다.

레이저 어블레이션 수단은 최대 처리량(throughput)으로 작동하는 것이 바람직하다. 처리량을 증가시키는 현재의 방법은 가공물에 전달되는 파워를 증가시키는 것을 포함한다. 레이저 파워가 증가되어야 하는 추가적인 이유는 식각된 특징부가 두께 및 조성이 변할 수 있는 레이저-감응층에서 완전히 개방되는 것을 보장하기 위한 것이다. 그러나, 전술한 바와 같이, 증가된 파워는 예를 들어, 식각-정지층을 과도하게 노출시키고 이에 따라 식각-정지층을 변형시킬 수 있다. 식각-정지층의 손상 및 변형을 줄이기 위한 현재의 방법은 특정한 식각-정지 물질을 사용하는 것 및/또는 보다 높은 에너지 처리량을 견디도록 식각-정지 물질의 두께를 증가시키는 것을 포함한다. 그러나, 이러한 방법은 가공물을 특정 설계 응용 분야로 제한시키며, 일반적으로 가공물의 전체 비용을 증가시킨다.

본 발명은 식각-정지 물질의 손상을 최소화하기 위한 어블레이션 시스템 및 어블레이션 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 적어도 하나의 실시예에 따르면, 어블레이션 시스템은 가공물의 적어도 하나의 매립된 특징부 상에 형성된 에너지-감응 물질을 제거하기 위하여 에너지 빔을 생성하도록 구성된 어블레이션 수단(tool)을 포함한다. 상기 어블레이션 수단은 상기 에너지-감응층의 제1부분을 제거하기 위하여 초기 유량(fluence) 및 초기 펄스 반복 주파수(pulse rate)를 선택한다. 상기 어블레이션 수단은 또한 상기 매립된 특징부가 손상되거나 변형되지 않으면서 노출되도록 상기 에너지-감응층의 제2나머지 부분을 제거하기 위하여 에너지 빔의 상기 초기 유량 및 초기 펄스 반복 주파수 중 적어도 하나를 감소시킨다.

다른 실시예에 따르면, 가공물의 적어도 하나의 매립된 특징부 상에 형성된 에너지-감응층을 제거하는 방법은 어블레이션 수단에 의해 발생된 초기 유량 및 초기 펄스 반복 주파수를 갖는 에너지 빔을 상기 에너지-감응층을 향하도록 방향을 설정하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 에너지 빔의 상기 초기 유량 및 상기 초기 펄스 반복 주파수 중 적어도 하나에 따라 상기 에너지-감응층의 제1부분을 제거하는 단계를 더 포함한다. 상기 초기 유량 및 상기 초기 펄스 반복 주파수 중 적어도 하나를 감소시키는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 상기 에너지 빔의 상기 감소된 유량 및 상기 감소된 펄스 반복 주파수의 적어도 하나에 따라 상기 에너지-감응층의 제2나머지 부분을 제거하는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 가공물의 적어도 하나의 매립된 특징부 상에 형성된 에너지-감응층을 제거하는 방법은 어블레이션 수단을 사용하여 에너지 빔을 생성하는 단계를 포함한다. 상기 에너지 빔은 제1 유량 레벨을 갖는 제1유량 부분 및 제2유량 레벨을 갖는 제2유량 부분을 포함한다. 상기 방법은 상기 에너지-감응층을 가로질러 에너지 빔을 스캔하는 단계를 더 포함한다. 상기 적어도 하나의 매립된 특징부가 손상되거나 변형되지 않으면서 노출되도록 상기 제1유량 부분이 상기 에너지-감응 물질을 제1깊이로 제거하고 상기 제2유량 부분이 상기 에너지-감응층의 제2나머지 부분을 제거한다.

추가적인 특징은 본 발명의 기술을 통해 구현된다. 다른 실시예들이 본 명세서에서 상세히 설명되며 이는 청구된 발명의 일부로 간주된다. 본 발명의 특징을 보다 잘 이해하기 위해, 상세한 설명 및 도면을 참조한다.

본 발명은 식각-정지 물질의 손상을 최소화하기 위한 어블레이션 시스템 및 어블레이션 방법을 제공할 수 있다.

본 발명으로 간주되는 주제(subject matter)는 명세서의 결론 부분의 청구 범위에서 특별히 언급되고 청구된다. 상기 특징들은 첨부된 도면과 관련하여 수행된 하기의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1a는 종래의 레이저 어블레이션 공정에 따른 가공물의 단면도이다.
도 1b는 종래의 레이저 어블레이션 공정에 의해 야기된 가공물에 포함된 식각-정지층의 손상된 부분의 근접도(close-up view)이다.
도 2a는 제1실시예에 따른 가공물의 레이저-감응층 상에 제1파워 레벨을 갖는 레이저 빔을 인가하기 전의 레이저 어블레이션 시스템의 평면도이다.
도 2b는 제1실시예에 따른 도 2a에 도시한 레이저 빔 및 가공물의 측면도이다.
도 2c는 제1실시예에 따른 레이저-감응층의 제1어블레이션을 수행하기 위해 제1스캐닝 방향을 따라 가공물을 스캔한 후의 도 2b에 도시된 레이저 빔의 측면도이다.
도 2d는 제1실시예에 따른 가공물의 제2방향을 따라 레이저-감응층의 제1제거된 부분 상에 감소된 파워 레벨을 갖는 레이저 빔의 제2패스를 수행하기 전의 도 2a 내지 도 2c에 도시된 레이저 어블레이션 시스템의 평면도이다.
도 2e는 제1실시예에 따른 레이저-감응층을 완전히 제거하기 위하여 제2스캐닝 방향을 따라 가공물을 스캔한 후의 도 2d에 도시된 레이저 빔의 측면도이다.
도 3은 비-한정적인 실시예에 따른 가공물을 제거하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 비-제한적인 실시예에 따른 가공물을 제거하는 다른 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5a는 제2실시예에 따른 가공물의 에너지-감응층을 따라 제1유량 부분과 제2유량 부분을 포함하는 레이저 빔을 스캔하기 전의 레이저 어블레이션 시스템의 평면도이다.
도 5b는 도 5a에 도시된 레이저 어블레이션 시스템에 의해 생성된 레이저 빔의 측면 프로파일을 나타내는 측면도이다.
도 5c는 에너지-감응층의 제거 후의 도 5a 및 도 5b에 도시된 레이저 어블레이션 시스템의 평면도이다.
도 6a 및 도 6b는 제3실시예에 따른 레이저 빔의 펄스 반복 주파수를 변화시키는 것에 응답하여 가공물 상에 전면적인(full-scale) 어블레이션을 수행하도록 구성된 어블레이션 시스템을 나타낸다.

종래의 레이저 어블레이션 시스템은 가공물의 레이저-감응 물질을 제거하기 위해 레이저 어블레이션 공정을 수행할 때 단일 파장, 유량(fluence), 펄스 지속 기간(pulse duration), 및 펄스 반복 주파수(pulse rate)의 레이저 빔을 생성한다. 결과적으로, 유량 및/또는 펄스 반복 주파수는 정밀도 없이 가공물에 방출될 때 레이저 처리량(throughput)을 증가시키기 위해 일반적으로 증가될 수 있으며, 예를 들어, 레이저-감응 물질의 하부에 형성된 식각-정지층과 같은 하나 이상의 매립된 특징부(feature)를 변형 및/또는 손상시킬 수 있다. 종래의 레이저 시스템과는 달리, 본 발명의 다양한 실시예는 레이저 어블레이션 공정을 수행할 때 레이저 빔의 펄스 반복 주파수 및/또는 유량을 조정하도록 구성된 레이저 어블레이션 시스템을 제공한다. 이러한 방식으로, 레이저 어블레이션 공정은 매립된 특징부(예를 들어, 식각-정지층)의 변형을 완화시키도록 제어될 수 있다.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 제1비-제한적 실시예에 따른 어블레이션 시스템(100)이 도시된다. 어블레이션 시스템(100)은 레이저 빔(102a)을 생성하는 어블레이션 수단(101)을 포함한다. 비-제한적 실시예에 따르면, 어블레이션 수단은 제1레이저 빔(102a)을 생성하는 레이저 어블레이션 수단이다. 가공물(104)을 스캔하기 전에, 가공물(104)에 레이저 유량(fluence, 에너지/단위 면적)을 전달하기 위해 (예를 들어, 파워, 파장, 펄스 지속 기간, 및 펄스 반복 주파수가 정의된) 제1레이저 빔(102a)이 생성된다. 가공물의 스캔 동안, 빔은 하나 이상의 마스킹(masking) 층에 의해 달라질(즉, 마스킹될) 수 있으며, 가공물(104)에 도달하는 결과적인 레이저 빔은 유량을 받는(즉, 식각되는) 영역과 유량을 받지 않는(즉, 식각되지 않는) 영역을 포함할 수 있다. 종래의 어블레이션 시스템과 달리, 하기에 더 자세히 설명되는 것과 같이 인가된 레이저 유량(102a) 및/또는 펄스 반복 주파수는 가공물(104)의 레이저-감응층(108) 내에 하나 이상의 특징부를 형성하기 위하여 레이저 어블레이션 공정을 수행할 때 동적으로(dynamically) 제어될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1패스(예를 들어, 초기 패스) 동안 인가된 제1레이저 빔(102a)의 초기 인가 레이저 유량, 초기 레이저 폭(width), 초기 레이저 펄스 반복 주파수(pulse rate), 초기 스캔 속도, 및 초기 식각 깊이는 이러한 파라미터를 조정할 수 있는 사용자의 능력 및 레이저-감응층(108)의 초기 두께와 물리적 성분에 기초하여 결정된다.

가공물(104)은 도 2b에 추가적으로 도시된 것과 같이 레이저-감응층(108)과 하부층(112) 사이에 개재된 매립된 특징부(110)를 포함한다. 매립된 특징부(110)는 식각-정지층으로 도시되었지만, 예를 들어 매립된 특징부(110)는 레이저-감응 물질의 하나 이상의 부분이 제거되는 동안 화학적 및/또는 구조적 완전성을 유지하도록 의도된 하나 이상의 특징부를 포함할 수 있다. 매립된 특징부(110)는 금속층, 전기적으로 도전성을 갖는 콘택 패드, 전기적으로 도전성을 갖는 비아(vias), 및 배리어층을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 레이저-감응층(108)은 초기 두께(d1)를 가지며 예를 들어, 유기물 또는 유기물 및 비-유기물의 조합을 포함하는 다양한 레이저-감응 물질을 포함한다. 하부층(112)은 예를 들어, 규소, 이산화규소 등과 같은 특정 응용 분야에 적합한 임의의 재료를 포함한다.

도 2c를 참고하면, 제1스캐닝 방향(103a)을 따라 레이저 빔(102a)의 제1패스에 의해 적용되는 제1스캐닝 공정을 수행한 후의 어블레이션 시스템(100)이 도시되어 있다. 제1스캐닝 공정 동안, 제1레이저 빔(102a)은 제1레이저 빔(102a)의 레이저 유량, 레이저 폭, 레이저 펄스 반복 주파수 및 스캔 속도가 적용된 제1패스를 따라 레이저-감응층(108)의 일부를 제거한다. 따라서, 레이저-감응층(108)의 초기 두께(d1)는 감소된 두께(d2)로 감소된다. 상술한 바와 같이, 제1스캐닝 공정 동안 제거되는 레이저-감응층(108)의 제1부분은 예를 들어, 레이저-감응층(108)의 초기 두께(d1) 및 물리적 성분과 같은 레이저-감응층(108)의 특징부에 기초한다. 이러한 방식으로, 레이저-감응층(108)의 제1부분은 제1고-레이저 유량 및/또는 고-펄스 반복 주파수 레이저 빔(102a)을 사용하여 제거되는 반면, 레이저-감응층(108)의 제2부분(즉, 나머지 부분(116))은 하기에 더 자세히 설명된 바와 같이, 제1레이저 빔(102a)의 높은 처리량(throughput)으로부터 매립된 특징부(110)를 보호하기 위해 남아있게 된다.

도 2d를 참조하면, 어블레이션 시스템(100)은 제1실시예의 어블레이션 공정에 포함된 제2스캐닝 공정을 수행하기 위해 제2레이저 빔(102b)을 생성한다. 예를 들어, 제2레이저 빔(102b)은 제2파워를 갖는다. 제2파워는, 예를 들어, 가공물(104)의 레이저-감응층(108)에 형성된 이전에 제거된 부분에 적은 전체 유량(108)을 적용하기 위한 감소된 유량, 감소된 펄스 반복 주파수, 감소된 레이저 폭, 및/또는 증가된 레이저 속도를 사용하여 생성될 수 있는 제2에너지 레벨로 정의된다. 레이저 유량 및/또는 레이저 반복 주파수가 감소될 때, 어블레이션 율(ablation rate)이 느려지므로 열의 축적 및 감응층에 대한 손상 위험이 감소된다.

도 2e를 참조하면, 제2스캐닝 방향(103b)을 따라 제2레이저 빔(102b)이 이동하는 스캐닝 공정이 포함된 제2패스를 수행한 후의 어블레이션 시스템(100)이 도시된다. 제2스캐닝 방향(103b)은, 예를 들어 제1스캐닝 방향(103a)의 반대 방향이다. 그러나, 제2스캐닝 동작은 제1스캐닝 동작과 동일한 방향으로 수행될 수도 있다. 제2스캐닝 공정 동안, 제2레이저 빔(102b)은 제2레이저 빔(102b)의 제2인가된 에너지 레벨을 따라 (도 2d에 참조 부호 108로 표시된) 레이저-감응층의 나머지 부분을 제거한다. 따라서, 매립된 특징부(110)가 노출된다. 그러나, 더 낮게 인가된 에너지 레벨은 매립된 특징부(110)가 과열, 손상 및/또는 변형되는 것을 방지한다. 그러므로, 매립된 특징부(100)의 화학적 및 구조적 완전성(integrity)이 유지된다.

도 3을 참조하면, 흐름도는 비-한정적 실시예에 따라 가공물을 제거하는 방법을 나타낸다. 이러한 방법은 동작 300에서 시작하며, 동작 302에서 레이저 어블레이션 수단 상에 레이저-감응층을 포함하는 가공물이 로딩된다. 동작 304에서, 레이저 수단에 의한 초기 유량 출력(initial fluence output)이 측정되며, 동작 306에서, 초기 레이저 유량 출력이 레이저-감응층의 두께 및 물리적 성분을 포함하는 다수의 파라미터에 기초하여 정확한지 여부에 대한 결정이 이루어진다. 유량 출력이 정확하지 않을 때(예를 들어, 너무 높거나 너무 낮을 때), 레이저 어블레이션 수단의 감쇠기가 레이저 수단의 유량 출력을 조정하기 위해 동작 308에서 조정될 수 있다. 유량 출력이 정확할 때, 동작 310-320에서 레이저 빔 펄스 반복 주파수를 변화시키는 어블레이션 공정이 가공물 상에 수행된다.

예를 들어, 가공물의 레이저-감응층은 동작 310에서 레이저 어블레이션 수단의 레이저 빔 출력과 정렬되며, 동작 312에서 레이저 빔을 출력하는 제1펄스 반복 주파수가 설정된다. 동작 312에서, 가공물 상에 형성된 레이저-감응층의 하나 이상의 지점이 설정된 적용 유량, 제1펄스 반복 주파수, 초기 레이저 폭, 및 초기 스캔 속도에 따라 제거된다. 동작 316에서, 레이저 빔을 출력하는 제2펄스 반복 주파수, 예를 들어 더 낮은 펄스 반복 주파수가 동작 316에서 설정된다. 일 실시예에 따르면, 제2펄스 반복 주파수를 설정하는 시간은 제거될 레이저-감응층의 원하는 영역을 가로질러 제1레이저 스캔을 수행한 후에 설정될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 제1펄스 반복 주파수 (예를 들어, 초기 펄스 반복 주파수)는 미리 결정된 수의 펄스를 완료한 후에 제2펄스 반복 주파수 (예를 들어, 낮은 펄스 반복 주파수)로 설정될 수 있다. 동작 320에서, 가공물의 제거가 완료되었는지에 대한 결정이 이루어진다. 추가적인 어블레이션이 가공물의 다른 지점에서 요구될 때, 방법은 동작 310로 되돌아가고 동작 310-320에 따라 어블레이션 공정을 계속 수행한다. 그렇지 않은 경우, 방법은 동작 322에서 종료된다.

도 4를 참조하면, 흐름도는 다른 비-한정적 실시예에 따른 가공물을 제거하는 방법을 나타낸다. 상기 방법은 동작 400에서 시작되며, 동작 402에서 레이저-감응층을 포함하는 가공물이 레이저 어블레이션 수단 상에 로딩된다. 동작 404에서, 제1레이저 스캔 동안 생성될 레이저 수단의 제1유량 출력 레벨(예를 들어, 레이저 빔의 유량 레벨)이 측정되며, 동작 406에서, 제1유량 출력 레벨이 레이저-감응층의 두께 및 물리적 성분을 포함하는 다수의 파라미터에 기초하여 정확한지 여부에 대한 결정이 이루어진다. 유량 출력 레벨이 정확하지 않은 경우 (예를 들어, 너무 높거나 너무 낮은 경우), 레이저 어블레이션 수단의 감쇠기가 레이저 수단의 제1유량 출력을 조정하기 위해 동작 408에서 조정된다. 유량 출력이 정확한 경우, 감쇠기의 제1감쇠기 위치가 동작 410에서 설정(예를 들어, 메모리에 전기적으로 저장)된다.

동작 412에서, 제2레이저 스캔 동안 생성된 레이저 수단의 제2유량 출력 레벨이 측정되며, 동작 414에서, 제2유량 출력 레벨이 레이저-감응층의 두께 및 물리적 성분을 포함하는 다수의 파라미터에 기초하여 정확한지 여부에 대한 결정이 이루어진다. 유량 출력 레벨이 정확하지 않은 경우 (예를 들어, 너무 높거나 너무 낮은 경우), 레이저 어블레이션 수단의 감쇠기가 레이저 수단의 제2유량 출력 레벨을 조정하기 위해 동작 416에서 조정된다. 유량 출력이 정확한 경우, 감쇠기의 제2감쇠기 위치가 동작 418에서 설정 (예를 들어, 메모리에 전기적으로 저장)되며, 레이저 빔의 유량이 변화하는 어블레이션 공정이 동작 420-430에서 가공물에 수행된다.

예를 들어, 가공물의 레이저-감응층은 동작 420에서 레이저 어블레이션 수단의 레이저 빔 출력과 정렬되며, 동작 422에서 감쇠기의 위치가 제1감쇠기 설정에 따라 설정된다. 감쇠기 위치는 레이저 어블레이션 수단의 전자 제어기(미도시)에 의해 수동으로 및/또는 자동으로 설정될 수 있다. 동작 424에서, 가공물 상에 형성된 레이저-감응층은 제1인가된 유량 출력 레벨 및 제1펄스 반복 주파수를 포함하는 입력에 따라 제1깊이로 제거된다. 이러한 방식으로, 감소된 두께를 갖는 레이저-감응 물질의 일부가 가공물의 매립된 특징부 상에 남아있게 된다.

동작 426에서, 감쇠기의 위치는 제2감쇠기 설정에 따라 설정되고, 레이저-감응 물질의 나머지 부분은 동작 428에서 제거되어 매립된 특징부를 노출시킨다. 동작 430에서, 가공물의 제거가 완료되었는지에 대한 결정이 이루어진다. 추가적인 어블레이션이 가공물 상의 상이한 지점에서 요구될 때, 방법은 동작 420로 되돌아가서 동작 420-430에 따라 어블레이션 공정을 계속 수행한다. 도 4는 유량을 변화시키는 어블레이션 공정을 도시하고 있지만, 도 3의 하나 이상이 동작이 하나 이상의 매립된 특징부의 변형을 방지하면서 가공물의 하나 이상의 부분을 제거하기 위하여 펄스 반복 주파수, 레이저 빔의 인가된 유량, 레이저 폭, 스캔 속도, 및 초기 식각 깊이를 변화시키는 어블레이션 공정을 수행하기 위해 도 4에 도시된 실시예와 통합될 수 있다.

도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 비-제한적인 제2 실시예에 따른 어블레이션 시스템(500)이 도시된다. 어블레이션 시스템(500)은 가공물(504)에 하나 이상의 특징부를 형성하기 위한 에너지 빔(502)을 생성하는 어블레이션 수단(501)을 포함한다. 비-제한적 실시예에 따르면, 어블레이션 수단은 고정된 펄스 반복 주파수에서 레이저 빔(502)을 생성하는 레이저 어블레이션 수단이다. 가공물의 스캔 동안, 빔은 하나 이상의 마스킹(masking) 층에 의해 달라질(즉, 마스킹될) 수 있으며, 가공물(104)에 도달하는 결과적인 레이저 빔은 유량을 받는(즉, 식각되는) 영역과 유량을 받지 않는(즉, 식각되지 않는) 영역을 포함할 수 있다. 종래의 어블레이션 시스템과 달리, 레이저 어블레이션 시스템(500)은 인가된 유량이 변화하는 레이저 빔(502)을 사용하여 가공물(504)의 레이저-감응층(506)을 제거한다. 일 실시예에 따르면, 레이저 빔(502)은 제1유량 부분(508a) 및 제2유량 부분(508b)을 갖는다. 제1유량 부분(508a)은 제2유량 부분(508b)보다 더 높은 유량 레벨을 제공한다. 제1 및 제2유량부(508a, 508b) (즉, 유량의 변화)는 어블레이션 수단의 내부 광학계 및/또는 어블레이션 수단의 레이저 빔 출력과 가공물(504) 사이에 개재된 하나 이상의 마스크(미도시)에 의해 달성될 수 있다. 이러한 방식으로, 레이저 빔(502)은 스캐닝 방향(510)을 따른 단일 패스 동안 레이저-감응층(506)에 둘 이상의 인가된 유량 레벨을 전달한다.

도 5b에 도시된 레이저 빔(502)의 측면-프로파일을 참조하면, 리딩 에지(leading edge, 512a)와 트레일링 에지(trailing edge, 512b) 사이에서 연장된 레이저 빔 폭이 도시된다. 다양한 마스크 및/또는 광학계가 리딩 에지(512a)와 트레일링 에지(512b) 사이에 존재하는 유량을 조정할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 레이저 빔(502)의 유량 레벨은 리딩 에지(512a) (즉, 최고 유량)에서 트레일링 에지(512b) (최저 유량)로 감소한다. 이러한 방식으로, 레이저-감응층(506)의 제1부분은 제1부분(512a)에 의해 전달된 높은 유량을 사용하여 제거되는 반면, 레이저-감응층(506)의 나머지 부분은 제2부분(512b)에 의해 제공되는 낮은 유량을 사용하여 제거된다. 따라서, 레이저-감응층(506)은 매립된 특징부(514)의 변형을 야기하지 않고 레이저 빔(502, 도 5c)의 오직 단일 패스를 사용하여 하나 이상의 매립된 특징부를 노출하도록 점차적으로 제거될 수 있다.

도 6을 참조하면, 제3비-제한적 실시예에 따라 가공물(602) 상에 전면적인(full-scale) 어블레이션을 수행하도록 구성된 어블레이션 시스템(600)이 도시된다. 본 실시예에서, 레이저는 가공물을 가로질러 스캔되지 않고, 대신 가공물의 특정 위치에서 방향이 설정된다. 어블레이션 시스템(600)은 가공물(602)의 레이저-감응 물질(606)에 전달된 펄스 레이저 빔의 개수에 응답하여 레이저 빔(604)의 펄스 반복 주파수를 변화시킨다. 상술한 바와 같이, 레이저-감응 물질(606)을 원하는 깊이까지 제거하기 위해 필요한 레이저 펄스의 수는 레이저-감응 물질(606)의 두께 및 재료에 따라 결정될 수 있다. 도 6에 추가로 도시된 바와 같이, 레이저-감응 물질(606)에 제1깊이(d1)를 갖는 하나 이상의 특징부(607)를 형성하기 위해 제1펄스 반복 주파수가 설정될 수 있다. 레이저 어블레이션 수단은 발생된 펄스 레이저 빔(604)의 수를 세도록 구성된다. 펄스 수가 발생되면 (즉, 펄스 레이저 빔의 수가 발생되면), 레이저 어블레이션 수단은 펄스 반복 주파수를 도 6b에 도시된 바와 같이 제2펄스 반복 주파수(예를 들어, 낮은 펄스)로 자동적으로 조정할 수 있다. 이러한 방식으로, 나머지 레이저-감응 물질(606)은 하나 이상의 매립된 특징부(608)를 노출하기 위해 트랜치(607)의 깊이(d2)를 증가시키도록 제거될 수 있다. 그러나, 펄스 반복 주파수가 낮아지므로, 매립된 특징부(608)의 과열, 손상 및/또는 변형의 가능성은 감소 또는 방지된다.

본 명세서에서 사용된 모듈이라는 용어는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit), 전자 회로, 하나 이상의 소프트웨어 또는 펌웨어 프로그램을 실행하는 프로세서(공유, 전용 또는 그룹) 및 메모리, 조합 논리 회로, 및/또는 기술된 기능을 제공하는 다른 적절한 구성요소를 포함하는 하드웨어 모듈을 지칭한다.

본 발명의 다양한 실시예에 대한 설명은 발명의 목적을 위해 제시되었지만, 개시된 실시예로 제한하려는 것은 아니다. 기술된 실시예의 범위 및 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서의 많은 변형 및 변화는 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 여기에 사용된 용어는 실시예들의 원리, 시장에서 발견된 기술에 대한 실제 응용 또는 기술적 개선을 가장 잘 설명하거나 해당 분야의 통상의 기술자가 본 명세서에 개시된 실시예들을 이해할 수 있도록 선택되었다.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예만을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하려는 것은 아니다. 본 명세서에서 사용된 단수 형태 "일(a)", "일(an)", 및 "그(the)"는 문맥 상 다르게 지시하지 않는 한 복수 형태를 포함하는 것이다. 본 명세서에서 사용된 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"이라는 용어는 언급된 특징(features), 정수(integers), 단계(steps), 동작(operations), 요소(elements), 및 /또는 구성 요소(components)의 존재를 나타내지만, 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 동작, 구성 요소 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하의 청구 범위에서 모든 수단 또는 단계와 기능 요소의 대응되는 구조, 재료, 작용(acts) 및 균등물은 구체적으로 청구되는 다른 청구된 요소와 조합하여 기능을 수행하기 위한 임의의 구조, 재료 또는 작용을 포함하는 것이다. 본 발명의 설명은 예시 및 묘사를 목적으로 제시되었지만, 개시된 형태로 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 발명의 범위 및 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서의 많은 변형 및 변화는 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 실시예는 발명의 교시(teachings) 원리 및 실제 응용을 가장 잘 설명하고 통상의 기술자가 고려된 특정 용도에 적합한 다양한 변형을 갖는 다양한 실시예에 대한 본 발명을 이해할 수 있도록 선택 및 설명되었다.

본 명세서에 도시된 흐름도는 하나의 예에 불과하다. 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위에서 이러한 다이어그램 또는 기재된 동작들에 많은 변형이 있을 수 있다. 예를 들어, 동작은 다른 순서로 수행되거나 동작이 추가, 삭제 또는 수정될 수 있다. 이러한 모든 변형은 청구된 발명의 일부로 간주된다.

다양한 실시예가 설명되었지만, 현재 및 미래의 기술 분야의 통상의 기술자는 다음의 청구범위의 범위 내에서 다양한 변형이 행해질 수 있음을 이해할 것이다. 이러한 청구범위는 최초에 기술된 발명에 대한 적절한 보호를 유지하도록 해석되어야 한다.

100: 어블레이션 시스템
101: 어블레이션 수단
102a: 제1레이저 빔
102b: 제2레이저 빔
103a: 제1스캐닝 방향
103b: 제2스캐닝 방향
104: 가공물
108: 레이저-감응층
110: 매립된 특징부
112: 하부층
116: 나머지 부분

Claims

가공물의 적어도 하나의 매립된 특징부(feature) 상에 형성된 에너지-감응층을 제거하는 방법에 있어서,
어블레이션 수단에 의해 발생된, 초기 유량(fluence) 및 초기 펄스 반복 주파수(pulse rate)를 갖는 에너지 빔이 상기 에너지-감응층을 향하도록 방향을 설정하는 단계;
상기 에너지 빔의 상기 초기 유량 및 상기 초기 펄스 반복 주파수 중 적어도 하나에 따라 상기 에너지-감응층의 제1부분을 제거하는 단계;
상기 초기 유량 및 상기 초기 펄스 반복 주파수 중 적어도 하나를 감소시키는 단계; 및
상기 에너지 빔의 감소된 유량 및 감소된 펄스 반복 주파수의 적어도 하나에 따라 상기 에너지-감응층의 제2나머지 부분을 제거하는 단계를 포함하는, 에너지-감응층을 제거하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 에너지-감응층을 원하는 깊이로 제거하도록 상기 에너지 빔의 상기 초기 유량 및 상기 초기 펄스 반복 주파수 중 적어도 하나를 자동적으로 감소시키는 단계를 더 포함하는, 에너지-감응층을 제거하는 방법.
제2항에 있어서,
상기 에너지-감응층의 두께 및 상기 에너지-감응층의 재료 중 적어도 하나를 결정하는 단계; 및
상기 두께 및 상기 재료 중 적어도 하나에 기초하여 상기 초기 유량 및 상기 초기 펄스 반복 주파수 중 적어도 하나를 선택하는 단계를 더 포함하는, 에너지-감응층을 제거하는 방법.
제3항에 있어서,
상기 에너지-감응층의 제1부분이 제거되도록 상기 에너지-감응층에 상기 초기 유량 및 초기 펄스 반복 주파수를 전달하기 위해 상기 가공물을 가로질러 에너지 스캔을 수행하는 단계를 더 포함하는, 에너지-감응층을 제거하는 방법.
제4항에 있어서,
상기 적어도 하나의 매립된 특징부가 변형되지 않으면서 노출되도록 상기 에너지-감응층의 상기 나머지 부분에 상기 감소된 유량 및 감소된 펄스 반복 주파수 중 적어도 하나를 전달하기 위해 상기 가공물을 가로질러 제2에너지 스캔을 수행하는 단계를 더 포함하는, 에너지-감응층을 제거하는 방법.
제5항에 있어서,
상기 에너지-감응 물질을 제거하기 위한 원하는 깊이를 결정하는 단계;
상기 초기 유량을 측정하고, 상기 초기 에너지 깊이에 기초하여 상기 에너지-감응 물질이 제거되는 예상 깊이를 결정하는 단계;
상기 원하는 깊이를 상기 예상 깊이와 비교하는 단계; 및
상기 예상 깊이가 상기 원하는 깊이와 일치하지 않을 때 상기 초기 유량을 조정하는 단계를 더 포함하는, 에너지-감응층을 제거하는 방법.
제6항에 있어서,
상기 초기 유량을 조정하는 단계는 상기 어블레이션 수단 상에 설치된 감쇠기를 조정하는 단계를 포함하는, 에너지-감응층을 제거하는 방법.
제7항에 있어서,
상기 어블레이션 수단은 레이저 빔을 생성하도록 구성된 레이저 어블레이션 수단인, 에너지-감응층을 제거하는 방법.
작업물의 적어도 하나의 매립된 특징부 상에 형성된 에너지-감응 물질을 제거하기 위한 에너지 빔을 생성하도록 구성된 어블레이션 수단;
상기 어블레이션 수단은 상기 에너지-감응층의 제1부분을 제거하기 위해 상기 에너지 빔의 초기 유량 및 초기 펄스 반복 주파수를 선택하며, 상기 적어도 하나의 매립된 특징부가 손상되거나 변형되지 않으면서 노출되도록 상기 에너지-감응층의 제2나머지 부분을 제거하기 위해 상기 에너지 빔의 상기 초기 유량 및 상기 초기 펄스 반복 주파수 중 적어도 하나를 감소시키는 것을 특징으로 하는, 어블레이션 시스템.
제9항에 있어서,
상기 어블레이션 수단은 상기 에너지-감응 물질을 원하는 깊이로 제거하는 것에 대응하여 상기 에너지 빔의 상기 초기 유량 및 상기 초기 펄스 반복 주파수 중 적어도 하나를 자동으로 감소시키는, 어블레이션 시스템.
제10항에 있어서,
상기 초기 유량 및 상기 초기 펄스 반복 주파수 중 적어도 하나는 두께 및 재료 중 적어도 하나에 기초하여 선택된, 어블레이션 시스템.
제11항에 있어서,
상기 에너지 어블레이션 수단은 상기 에너지-감응층의 상기 제1부분을 제거하기 위해 상기 초기 유량 및 상기 초기 펄스 반복 주파수를 상기 에너지-감응층에 전달하도록 상기 작업물을 가로질러 상기 에너지 빔을 스캔하는 제1스캐닝 동작을 수행하는, 어블레이션 시스템.
제12항에 있어서,
상기 에너지 어블레이션 수단은 상기 적어도 하나의 매립된 특징부가 손상되거나 변형되지 않으면서 노출되도록 상기 에너지-감응층의 상기 나머지 부분에 상기 감소된 유량 및 감소된 펄스 반복 주파수 중 적어도 하나를 전달하기 위하여 상기 가공물을 가로질러 제2에너지 빔을 스캔하는 제2스캐닝 동작을 수행하는, 어블레이션 시스템.
제13항에 있어서,
상기 에너지 어블레이션 수단은 상기 에너지 빔의 상기 유량을 변화시키도록 구성된 조절 가능한 감쇠기를 포함하는, 어블레이션 시스템.
가공물의 적어도 하나의 매립된 특징부 상에 형성된 에너지-감응층을 제거하는 방법에 있어서,
어블레이션 수단을 사용하여, 제1유량 레벨을 갖는 제1유량 부분 및 제2유량 레벨을 갖는 제2유량 부분을 포함하는 에너지 빔을 생성하는 단계; 및
상기 제1유량 부분이 상기 에너지-감응 물질을 제1깊이로 제거하고 상기 제2유량 부분이 상기 에너지-감응층의 제2나머지 부분을 제거하며 상기 적어도 하나의 매립된 특징부가 손상되거나 변형되지 않으면서 노출되도록 상기 에너지-감응층을 가로질러 상기 에너지 빔을 스캔하는 단계를 포함하는, 에너지-감응층을 제거하는 방법.
제15항에 있어서,
상기 제1유량 부분은 상기 에너지 빔의 리딩 에지(leading edge)와 상기 제2유량 부분 사이에 위치하며, 상기 제2유량 부분은 상기 제1유량 부분과 상기 에너지 빔의 트레일링 에지(trailing edge) 사이에 위치하는, 에너지-감응층을 제거하는 방법.
제16항에 있어서,
상기 매립된 특징부는 상기 에너지 빔의 단일 스캔 후에 노출되는, 에너지-감응층을 제거하는 방법.
제17항에 있어서,
상기 제1유량 레벨은 상기 제2유량 레벨보다 큰, 에너지-감응층을 제거하는 방법.
제18항에 있어서,
상기 어블레이션 수단의 내부 광학계 및 상기 어블레이션 수단과 상기 가공물 사이에 배치된 마스크 중 적어도 하나에 기초하여 상기 제1유량 레벨 및 상기 제2유량 레벨을 생성하는 단계를 더 포함하는, 에너지-감응층을 제거하는 방법.
제19항에 있어서,
상기 제1 및 제2 유량 레벨은 상기 에너지-감응층의 두께 및 상기 에너지-감응층의 재료 중 적어도 하나에 기초하여 선택된, 에너지-감응층을 제거하는 방법.