KR20180011271A - 투명 물질들을 가공하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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제프리 로트
니콜라스 팔레토
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일렉트로 싸이언티픽 인더스트리이즈 인코포레이티드
센트레 테크놀로직 알파노브
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Abstract

기판에 피쳐들을 형성하는 방법은 기판에 레이저 펄스들의 빔을 조사를 포함하고, 레이저 펄스들은 레이저 펄스들의 빔이 기판의 제1 표면을 통해 기판의 내부로 투과되도록 선택된 파장을 갖는다. 레이저 펄스들의 빔은 빔 웨이스트를 기판의 제2 표면에서 또는 그 근처에 형성하도록 집속되고, 제2 표면은 z축 방향을 따라 제1 표면으로부터 이격되며, 빔 웨이스트는 기판의 제2 표면으로부터 기판의 제1 표면 방향으로 연장하는 나선형 패턴으로 이동된다. 레이저 펄스들의 빔은 20kHz 내지 3MHz 범위 내의 펄스 반복률, 펄스 기간, 펄스 오버랩 및 z축 이동 속도에 의해 특징지어 진다.

Description

투명 물질들을 가공하기 위한 방법 및 장치
연관된 출원들에 대한 상호 참조
본 출원은 그 전체가 참조로 통합되는, 2015년 6월 16일에 출원된 미국 가특허출원 제62/180,568호의 우선권을 주장한다.
기술분야
본 발명의 실시예들은 일반적으로 사파이어 및 유리와 같은 투명 물질들을 레이저 가공하는 것에 관한 것이다.
사파이어에 의해 제공되는 뛰어난 스크래치 저항성, 부식 저항성, 생물학적 적합성 및 열안정성으로 인해, 사파이어는 많은 현재 및 다음 세대의 기술들에 매력적인 물질이다. 모스 경도(Mohs index)가 9인 사파이어는 알려진 가장 단단한 물질들 중 하나이다. 가시광선으로부터 중간 적외선(mid-IR) 스펙트럼까지의 양호한 광학 투명성과 함께, 그 경도에 의해 주어지는 스크래치 저항성은 소비자의 전자장비들과 고가의 시계들의 커버 유리들, 그리고 군용 차량들 및 민간인 차량들(civilian vehicles)용 윈도우들과 같이, 사파이어의 광범위한 활용을 이끈다.
사파이어는 다수의 의료용 임플란트들 및 디바이스들에 대한 주요 물질인데, 왜냐하면 사파이어가 금속들과 중합체들에 비해, 우수한 생물학적 적합성과 안정성(inertness)을 보여주기 때문이다. 사파이어의 열안정성은 그 강도 및 전기 절연 능력과 함께 사파이어가 발광 다이오드용 기판으로서 선택되는 뚜렷한 이유들 중 하나이다. 사파이어의 높은 부식 및 열저항성은 다수의 혹독한 화학적 및 열적 환경에 유용한 것으로 나타난다.
사파이어가 널리 사용되면서, 사파이어의 생산은 최근 몇 년 간 전세계적으로 꾸준히 증가하고 있다. 하지만, 소비자의 전자 장비들을 포함하는 일부 시장들에서 사파이어 사용에 대한 성장은 예상보다 뒤쳐지고 있다. 그에 대한 이유 중 일부는 다수의 응용에 이로운 동일한 경도로 인해, 사파이어가 종래의 레이저 가공 방법들을 통해 미세 구조들을 가공하기가 매우 어려운 물질이라는 것이다.
본 발명의 일 실시예는 기판에 피쳐(feature)를 형성하는 방법이 기판에 레이저 펄스들의 빔을 조사 -- 레이저 펄스들은 레이저 펄스들의 빔이 기판의 제1 표면을 통해 기판의 내부로 투과(transmitted)되도록 선택된 파장을 가짐 -- 를 포함하는 것으로 특징지어 질 수 있다. 레이저 펄스들의 빔은 빔 웨이스트를 기판의 제2 표면에서 또는 제2 표면 근처에 형성하기 위해 집속되고, 제2 표면은 제1 표면으로부터 z축을 따라 이격되고, 빔 웨이스트는 기판의 제2 표면으로부터 기판의 제1 표면까지 연장하는 나선형 패턴으로 이동된다(translated). 레이저 펄스들의 빔은 20kHz 내지 3MHz의 범위 내에 있는 펄스 반복률, 펄스 기간, 펄스 오버랩(pulse overlap) 및 z축 이동 속도에 의해 특징지어 진다.
본 발명의 다른 실시예는 레이저 펄스들의 빔을 발생시키는 레이저원, 레이저 펄스들의 빔을 X축 및 Y축 방향을 따라 스캔하는 빔 조향 시스템, 레이저 펄스들의 빔을 집속할 시 생성되는 빔 웨이스트를 Z축 방향을 따라 이동시키는 z축 이동 시스템, 및 레이저원, 빔 조향 시스템 및 z축 이동 시스템 중 적어도 하나에 연결된 제어기를 포함하는 장치로 특징지어질 수 있다. 제어기는 레이저원, 빔 조향 시스템 및 z축 이동 시스템 중 적어도 하나를 제어하여 앞선 단락에서 서술된 방법을 수행하도록 동작한다. 본 발명의 또 다른 실시예는 앞선 단락에서 서술된 방법에 따라 형성된 홀을 갖는 기판을 포함하는 물품으로 특징지어질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상향식(bottom-up) 삭마(ablation) 기하학적 구조 및 나선형 패턴의 단면을 개략적으로 도시한다.
도 2는 본원에 개시된 예시적인 실시예들에 따라 형성된 홀에 대한 상부 및 하부의 일부 예시들을 도시한다.
도 3은 104kHz(좌측 상부), 260kHz(우측 상부), 521kHz(좌측 하부) 및 1042kHz(우측 하부)의 반복률로 드릴링된(drilled) 400㎛의 직경 홀에 대한 평균 테이퍼(taper) 대 z축 이동 속도의 그래프를 도시한다. 분리된 선들은 각 개별적인 오버랩 조건에 대해 나타낸다.
도 4는 (a) 완전한 상향식 삭마, 및 (b) 하이브리드 상향식/하향식(bottom-up/top-down) 삭마로 홀들을 드릴링하는데 적합한 조건들을 개략적으로 도시한다.
도 5는 프로필로메트리 측정치들(profilometry measurements)을 개략적으로 도시한다.
도 6은 104kHz(맨 위의 행), 260kHz(제2 행), 521kHz(제3 행) 및 1042kHz (맨 아래 행)의 반복률로 드릴링된 400㎛ 직경 홀들의 상면의 레이저 스캔 현미경 이미지들을 도시한다. 도시된 사진들은 z축/가공 속도의 함수로서 홀 품질의 전개(evolution)를 나타낸다. 104kHz 사진들에서 적색 화살표는 눈을 균열(crack)/손상(damage)으로 안내하기 위해 배치된다.
도 7은 104kHz, 260kHz, 521kHz 및 1042kHz의 반복률에서 드릴링된 모든 홀들에 대한 홀 품질 대 테이퍼 각도(taper angle)의 플롯을 도시한다. 홀들은 이들이 균열 또는 상당한 흠들(chips)을 갖지 않는 경우 "1"의 값을 부여 받고, 상당한 벗겨짐(chipping) 또는 임의의 균열(cracking)이 존재하는 경우 "0"의 값을 부여 받는다.
도 8은 사소한 거의 눈에 보이지 않는 결과들(effects)(좌측)로부터, 감소된 배면 홀 품질(back-side hole quality)을 역시 초래하는 매우 현저한 손상(우측)으로의 배면 손상 링들의 전개를 도시한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 예시적인 실시예들을 설명한다. 본 개시의 사상 및 교시를 벗어나지 않고 다수의 상이한 형태들 및 실시예들이 가능하고, 따라서 본 개시는 본원에 제시된 예시적인 실시예들로 제한되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 오히려, 이들 예시적인 실시예는 본 개시가 철저하고 완전하며, 이 기술분야의 기술자에게 본 개시의 범주를 전달하도록 제공된다. 도면들에서 구성요소들의 크기들 및 상대적인 크기들은 축척대로 도시된 것은 아니고 및/또는 명료화를 위해 과장될 수 있다. 본원에 사용되는 용어는 예시적인 특정 실시예들만을 설명하기 위함이며, 제한하고자 함이 아니다. 본원에 사용된 단수 형태인 "하나의(a, an)", 및 "그(the)"는 문맥상 분명하게 달리 지시하지 않는 한, 복수 형태도 포함하는 것으로 의도된다. 본 명세서에서 사용될 때 "포함하다" 및/또는 "포함하는"이란 용어는 서술된 피쳐들, 정수들, 단계들, 동작들, 요소들 및/또는 구성요소들의 존재를 명시하지만, 하나 이상의 다른 피쳐들, 정수들, 단계들, 동작들, 요소들, 구성요소들 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않음이 인식되어야 한다. 달리 명시되지 않는 한, 인용되는 값들의 범위는 그 범위의 상한치와 하한치 둘 다는 물론, 이들 사이의 임의의 하위 범위들을 포함한다.
위에서 언급한 사파이어 사용의 추세들을 고려하여, 발명자들은 (본원에서 개시된 기법들이 430㎛보다 두껍거나 얇은 사파이어 웨이퍼들에서 홀들을 드릴링하거나 다른 피쳐들을 형성하는데 적용될 수도 있지만) 두께가 430㎛ 사파이어 웨이퍼들에서 홀들을 드릴링하는데 적합한 초단파 펄스 레이저를 이용하여 다양한 가공 조건에서 사파이어의 레이저 삭마 연구를 수행하였다. 직경이 < 500㎛ 홀들의 드릴링을 수반하는 연구들이 0.8ps, 1030nm의 레이저원으로 수행되었지만, 본원에서 개시된 기법들의 이익들은 다른 가공 파라미터들이 그에 따라 조정되는 경우, 50ps 이하(예를 들어, 40ps 이하, 30ps 이하, 20ps 이하, 10ps 이하, 5ps 이하, 2ps 이하, 1ps 이하, 0.8ps 이하 등)의 펄스 기간으로 실현될 수 있다는 점이 인식될 것이다. 마찬가지로, 레이저원은 1030nm 이외의 파장(예를 들어, 1064nm, 532nm, 515nm, 355nm, 343nm 등, 또는 그들 사이의 임의의 파장 또는 1064nm를 초과하거나 343nm 미만인 파장)에서 레이저 에너지를 발생시킬 수 있다. 유사하게, 본원에서 서술된 연구들이 사파이어에서 홀들의 형성을 수반하지만, 본원에서 논의된 기법들은 본원에서 논의된 가공 파라미터들이 그에 따라 선택되는 경우, 유리와 같은 다른 투명한 물질(예를 들어, 용융 석영(fused quartz), 소다-석회 유리, 보로규산염 나트륨 유리, 알칼리토류 알루미노규산염 유리(alkaline earth aluminosilicate glass), 알칼리 알루미노규산염 유리, 산화물 유리 등 또는 이들의 임의의 조합)에서 홀들을 형성하는데 적용될 수 있다는 점이 인식될 것이다. 이하에서 서술되는 연구들이 26.4μJ의 최대 펄스 에너지, 그러므로 18㎛ 1/e2 빔 웨이스트에 대해 20.7J/cm2의 피크 플루언스로 제한되지만, 본원에 개시된 기법들은 최대 펄스 에너지가 피크 플루언스를 충분히 높게 유지시켜 삭마 공정을 시작 또는 계속하도록 선택되거나 다른 방식으로 조정될 수 있는 경우, 18㎛보다 작은 또는 18㎛보다 큰 1/e2의 스폿 크기들로 실현될 수 있다는 점에서 유리하다는 것이 인식될 것이다. 이 작업의 목적은 반복률, 펄스 오버랩 및 빔 웨이스트 높이에 대해 투명한 물질에서 홀들을 드릴링하기 위한 파라미터 공간을 정의하는 것이다. 본원에서 사용되는 "펄스 오버랩"이란 용어는 펄스들 각각의 빔 웨이스트에서 연속적으로 전달된 레이저 펄스들의 공간적 오버랩을 지칭한다. 목표는 직경이 50㎛내지 5mm의 범위 내에 있고, 흠들, 균열들 또는 다른 손상이 없고 평균 테이퍼 각도가 <5° 이며, 드릴링 속도가 ~4초/홀 만큼 낮은 홀들(예를 들어, 관통홀들, 블라인드 홀들(blind holes) 등)을 제공하는 것이다. 2° 미만의 테이퍼를 갖는 홀들이 달성되었다.
실험
이들 연구는 샘플 상에서(on-sample) 26.4μJ의 최대 펄스 에너지 및 3MHz까지의 반복률을 갖는 0.8ps 1030nm 레이저로 수행되었고 자동상관 및 스펙트럼 분석기로 검증되었다. 실험 장치는 빔 조향 시스템으로서, 스캔 검류계(20mm의 입구 구경) 및 100mm의 텔레센트릭 집속(telecentric focusing) 렌즈를 사용한다. 4x 빔 익스펜더(beam expander)는 99%의 빔 직경을 4.6mm로부터 18mm로 증가시켜, 1/e2 샘플 상에서 20.7 J/cm2의 최대 피크 플루언스에 대해 18㎛ 측정된 빔 웨이스트를 생성한다. 레이저 빔의 편광은 레이저로부터 선형이고, λ/4 파장판을 사용함으로써 원형 편광으로 변한다.
본원에 제시된 모든 드릴링 공정을 위한 패턴은 피쳐 엣지들(feature edges)의 품질을 최적화하기 위해 각 나선형 반복(내측 + 외측 복귀(return) 경로)에 대한 전체 나선형 직경에서 원형 회전(revolution)이 추가된 나선형이다. 패턴 단면의 개략적인 스케치가 도 1에 도시된다. 스캔 속도/펄스 오버랩, 레이저 반복률, 펄스 에너지 및 패턴 직경을 포함하는 가공 파라미터들은 0.8ps의 펄스들로 사파이어 드릴링을 위한 최적의 가공 조건들을 결정하기 위해, 이들 연구들 전체에 걸쳐 변한다. 피치(pitch)는 모든 시험들에 대해 9㎛(빔 웨이스트의 절반)에서 일정하게 유지된다. 모든 시험들은 샘플 상에서 26.4μJ의 최대 펄스 에너지로 이루어졌다. 실험들은 임의의 가스 차폐 없이 대기에서 이루어졌다.
두께가 430㎛이고, 직경이 50.8mm인 이중 연마된(dual-polished) c-평면 사파이어 웨이어들이 이 연구들 전체에 걸쳐 사용되었다. 이들 웨이퍼를 기계 가공하기 위한 유효 두께 -- 빔 웨이스트가 웨이퍼의 상면으로부터 하면으로(또는 그 역으로) 움직이도록 z축을 따라 이동되어야 하는 거리 -- 는 ~250㎛이고, 이는 사파이어 웨이퍼의 두께 430㎛를 그의 굴절률(n=1.75)로 나눈 것과 동일하다. 빔 웨이스트의 Z축 이동은 스캔 렌즈를 Z축을 따라 이동, 사파이어 샘플이 지지되는 단을 (예를 들어, Z축을 따라) 이동, 또는 음향 광학 편향기 시스템을 처핑(chirping) 등을 함으로써, 또는 이들의 임의의 조합을 통해 달성될 수 있다.
관통홀들은 도 1에 도시된 상향식 기하학적 구조에서 삭마 공정을 사용함으로써 드릴링되었다. 상향식 삭마 방법은 이전 작업들에서 광범위한 유리들에서 제로 테이퍼 홀들(zero-taper holes)을 생성하는데 활용된다. 이러한 구성에서, 레이저 빔은 사파이어 웨이퍼의 하면 아래에서 그 빔 웨이스트로 시작한다. 공정이 시작할 때, 빔 웨이스트는 z축을 따라 일정한 속도로 상향 이동되고(즉, 샘플을 통해), 속도는 통상 10㎛/s 내지 50㎛/s, 또는 그 이상이다. 빔 웨이스트가 사파이어 샘플의 상면에 도달할 때 z축을 따른 움직임이 멈춘다. 드릴링 공정 전체에 걸쳐, 플라즈마가 눈에 보일 수 있다. 드릴링이 완료될 때, 나선형 패턴은 보이지 않게 되고, 샘플 가공이 수동으로 즉시 정지된다.
도 2에서, 이들 시험에서 생성된 가장 좋은 품질의 홀들의 예시들이 도시된다. 도 2에서, 홀들 중간의 텍스처 구역은 레이저 현미경의 샘플 단으로부터 유래하고, 사파이어에서 드릴링된 홀들의 품질에 대해 어떤 것을 나타내는 것은 아니다. 상면 및 하면 이미지들(각각 상단 및 하단 패널)은 테이퍼가 매우 작고(<2°), 벗겨짐 및 균열이 없음을 입증한다. 하면은 상부와 거의 동일한 직경을 나타내며, 또한 벗겨짐 또는 균열이 없음을 나타낸다.
상면 및 하면 상의 홀 직경이 거의 동일한 것으로 관찰되었으나, 어떠한 실험 조건들에서 제로 테이퍼 홀들의 발생은 관찰되지 않았다. 그 이유는 가공 동안 홀의 측벽을 따라 용융된 사파이어 입자상 물질들의 재증착(redeposition)이다. 이는 도 2에서 고품질 및 저품질(poor-quality) 결과들 모두에서 두드러진다 -- 양자의 경우, 용융된 사파이어 입자상 물질들의 밀집한 집합체(aggregates)들이 사파이어 웨이퍼의 하면(즉, 삭마된 물질이 상향식 공정 동안 분출되어야 하는 면) 상의 홀 내부에서 관찰된다. 본 문서에서, 최소 테이퍼, 그러므로 홀 측벽을 따라 재증착된 물질의 최소량을 산출하는 파라미터를 결정한다. 가공된 샘플들은 웨이퍼 표면으로부터 파편 및 입자상 물질들을 제거하기 위해 알코올솜(alcohol swab)으로 세척되었으나, 이는 홀 내의 재증착된 물질에는 영향을 미치지 못하였다. 차후의 연구들은 가공 동안 이러한 재증착을 감소시키기 위해, 그리고 재증착된 물질을 후가공으로 제거하기 위한 기법들을 시험할 것이다.
이들 공정에서 생성된 홀들의 프로파일들은 레이저 조사 현미경(Keyence VK-9700, VK9710)으로 분석되어, 최대(즉, 홀 입구) 및 최소 홀 직경 및 평균 테이퍼 각도와 같은 양적 파라미터들은 물론, 균열 및 벗겨짐을 포함하는 질적 특성들을 결정하였다. 이미지들은 사파이어 웨이퍼의 전체 두께에 대해 2㎛ 스텝 크기로 생성된다. 각 홀은 두 개의 직교하는 선들에 대해 분석되었고, 홀의 입구 직경 및 홀의 내부 직경에 대한 결과들은 이들 두 개의 선들에 대해 평균을 낸 것이다. 이들 결과는 홀 테이퍼 각도를 결정하는데 사용되었다. 각 홀의 평균 테이퍼 각도(θ)는 상면 상의 홀 직경(T), 홀의 최소 내부 직경(B) 및 샘플 두께(h)로부터 결정된다:
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결과들 및 논의
비교적 작은 직경을 갖고, 종횡비(샘플 두께 : 홀 직경)가 높은 드릴링 홀들은 종종 고품질 홀들을 생성하기 위해 극도로 제한된 파라미터 공간을 초래하며, 그로부터는 유용한 일반적인 정보가 거의 학습될 수 없다. 다른 한편으로, 비교적 큰 직경과 낮은 종횡비를 갖는 드릴링 홀들은 매우 광범위한 유효 파라미터 공간을 초래하며, 이 공간도 일반적인 정보를 거의 초래하지 않는다. 이들 연구 전체에 걸쳐 수행된 대부분의 시도는 이들의 제한하는 경우들 사이의 적합한 중간점일 것으로 예측되는 400㎛ 직경(~1의 종횡비)의 패턴 직경으로 이루어졌다. 그러므로, 이들 연구로부터 학습된 교훈들은 매우 작은 치수(100㎛ 이하의 직경)부터 매우 큰 치수(수 밀리미터)까지의 홀들에 대한 최적 레이저 기계가공 파라미터들을 결정하는데 도움을 주는 가이드라인들로서 유용하다.
21kHz, 104kHz, 260kHz, 521kHz 및 1042kHz의 펄스 반복률을 갖는 400㎛ 직경의 홀들을 드릴링하였다. 각 반복률에서, 홀들은 가능한 경우 (빔 웨이스트에서) 빔 직경의 70%, 80%, 90%, 95% 및 98%의 펄스 오버랩들로 드릴링되었다. 반복률이 증가될 때 임의의 특정 펄스 오버랩을 위해 필요한 스캔 속도도 증가해야 한다. 검류계의 직선 속도가 >10m/s의 속도에서 신뢰성 있는 한편, 400㎛ 크기의 피쳐들에 대한 가공 속도들은 매우 낮은 값들로 제한된다는 점을 주목하는 것이 중요하다. 움직임 속도가 400㎛ 직경의 나선형 패턴에 대해 <800mm/s의 최대값으로 제한되었다는 점이 관찰되었다. 이러한 제한에 기인하여, 모든 반복률에서 펄스 오버랩 조건들 모두에 대한 연구들을 수행할 수 없었다.
각 펄스 오버랩에서 z축에 따른 집속점의 이동은 상당한 및 일상적인(regular) 손상이 더 낮은 가공 속도들에서 관찰되는 한, 10㎛/s로부터 ≥50㎛/s까지 변했다. 홀 처리량이 합리적인 상태로 유지되는 것을 보장하기 위해, 최저 z축 이동 속도를 10㎛/s로 제한한다. 21kHz에서 수행된 시험들에 대한 결과를 제시하지 않는다 -- 21kHz에서 드릴링된 홀들은 가끔 허용 가능한 품질이었으나, 결과들이 안정적이지 않았고, 거의 대부분은 모든 반복률들 및 펄스 오버랩들 전체에서 사파이어 기판에 대해 심각한 균열 및 손상을 초래하였다.
테이퍼 최소화
수학식 1을 이용하여, 반복률들, 펄스 오버랩들 및 z축 속도들의 배열에 대해 계산된 테이퍼 값들은 도 3에 도시된다. 오차 바들은 위에서 서술된 바와 같이, 두 개의 직교하는 홀 프로파일들로부터 계산된 테이퍼의 차이로부터 결정된다.
90%의 펄스 오버랩을 갖는 260kHz의 반복률에서 생성된 결과들로 돌아간다(도 3의 우측 상부 차트에서 ▲로 표시된 데이터). z축 이동 속도의 함수로서, 테이퍼의 전개는 두 개의 다른 영역들 -- 고속(≥60㎛/s)에서 거의 선형인 기간(regime)과 속도(<60㎛/s)에서 더 복잡한 기간 -- 로 분리될 수 있음이 나타난다. 이러한 더 낮은 속도 범위에서, z축 이동 속도가 10㎛/s로부터 40㎛/s로 증가될 때 테이퍼가 증가하고, 속도가 40㎛/s로부터 60㎛/s로 증가될 때 테이퍼가 약간 감소함이 관찰되었다. 이러한 데이터 세트에 대해, 40㎛/s의 값은 눈으로 관찰되고 하이브리드 상향식/하향식 공정이 아닌 상향식 삭마를 통해서만 홀을 드릴링한 최대 z축 이동 속도에 대응한다. 낮은 z축 이동 속도들(예를 들어, 이 데이터 세트에서 ≤40㎛/s)에서, 상향식 공정은 열축적 및 인큐베이션 효과들(incubation effects)에 기인하여, 웨이퍼의 하면 아래에서 떨어진 빔 웨이스트부터 시작함이 관찰된다. 이들 효과는 전체 공정에 걸쳐 유지되고, 드릴링은 도 4a에 도시된 바와 같이, 축적/인큐베이션 효과들이 경계(threshold)를 초과하고 상면 상에서 삭마를 시작하기 전, ~250㎛의 z축 이동 이후에 완료된다. 하지만, z축 속도가 증가하여 40㎛/s를 초과할 때, 빔 웨이스트가 사파이어 웨이퍼의 하면에 점점 가까워지는 상향식 삭마를 시작(onset)함이 관찰된다. 결과적으로, 250㎛의 상향식 가공 윈도우의 단부에 대한 z축 값도 더 높은 값으로 시프트한다. 결국, 상향식 가공 윈도우는 사파이어 웨이퍼의 상면 상에서 삭마를 시작하는 z축 위치에 오버랩한다. 따라서, 40㎛/s 이상의 z축 속도에서, 공정은 도 4b에 도시된 것처럼 하이브리드 상향식/하향식 공정이 되고, 하향식 공정 대 상향식 공정의 비율은 z축 속도가 증가함에 따라 증가한다.
이러한 하이브리드 공정을 초래하는 더 느린 z축 속도들에서, 공정의 상향식 부분은 공정 중 하향식 부분으로 전환되기 전 웨이퍼로 깊게 진행한다. 40㎛/s로부터 60㎛/s까지 테이퍼가 감소하는 것은: 상향식 공정이 웨이퍼 전체에 진행하지 않기 때문에, 용융된 사파이어의 얇아진 층이 측벽을 따라 재증착되는 것으로 이해될 수 있다. 하향식 공정은 이러한 재증착된 층의 두께를 넘어 연장하지 않는 테이퍼 벽을 생성하고, 이는 이러한 이동 전 최대 속도들에서 생성된 상향식 홀들보다 낮은 테이퍼를 초래한다. 속도가 60㎛/s 이상으로 증가될 때, 상향식으로부터 하향식으로의 전환이 더 일찍 발생하고, 이는 재증착 층을 넘어 연장하는 벽 테이퍼를 초래하고, 홀의 최소 직경을 감소시키는 레지(ledge) 또는 돌출(overhang)을 초래하므로, 60㎛/s로부터 200㎛/s까지 테이퍼가 증가하는 일반적인 추세를 이끈다.
상향식 공정 단독으로부터 하이브리드 공정으로의 이러한 전환(transition)은 프로필로메트리 측정들에 의해 결정되는 홀 벽의 곡률에 의해서도 확인된다. 상향식 공정은 사파이어 웨이퍼의 상면 쪽으로 약간 볼록한 한편, 하향식 공정으로 완료된 하이브리드 홀들은 하향식 공정의 일반적인 특성과 같이 오목하다. 이는 도 5에서 관찰될 수 있다 -- 260kHz 및 90% 펄스 오버랩의 이러한 데이터 세트에서 40㎛/s로부터 45㎛/s까지의 측벽 곡률의 차이는 감지하기 어렵지만 눈에 보인다. 그 결과는 도 5의 하단 패널에서 150㎛/s에 대해 도시된 바와 같이, z축 이동 속도가 더 증가될 때, 더 두드러진다.
펄스 오버랩이 260kHz에서 95%까지 증가될 때(도 3의 우측 상부 차트에서 ●로 표시된 데이터), 90%보다 95%의 평균 테이퍼 값들이 조금 더 높지만, 260kHz에서 90% 펄스 오버랩에 대해 특징으로 한 관측 및 추세들이 거의(excellent) 일치한다. 유사하게, 홀들이 30㎛/s 이상에서 심각한 큰 균열들을 나타내기 시작하여, 데이터 세트가 60㎛/s에서 끊기더라도(truncated), 이들 관측은 98%의 펄스 오버랩까지(도 3의 우측 상부 차트에서, ■로 표시된 데이터) 연장될 수 있다. 260kHz에서 80% 및 70%의 펄스 오버랩들에 필요한 패턴 속도들은 검류계에 대해 너무 높지만, 하나 이상의 음향 광학 편향기들, 고속 조향 미러들 등 또는 이들의 임의의 조합과 같은 다른 빔 조향 시스템을 이용하여 달성될 수 있다.
펄스 오버랩이 증가되고 z축 이동 속도가 증가될 때 260kHz에서 드릴링된 홀들에 대한 평균 테이퍼 각도가 증가함이 관찰되었다. 이들 추세 모두는 z축을 따른 나선형 패턴의 공간적 주기가 증가될 때 -- 나선형 패턴 속도가 감소될 때(즉, 펄스 오버랩이 증가될 때) --, z축을 따른 연속적인 패턴들 반복들 사이의 거리도 증가되고, 이는 z축을 따른 공정 속도가 직접 증가될 때에도 그러하다. 이는 관찰된 평균 테이퍼 각도의 증가에 기여할 수도 있지만, 이들 변수의 함수로서 드릴링된 홀들의 단면들은 이 가능성을 확인 또는 반박하기 위한 시험이 아직 이루어지지 않았다.
더 높은 반복률들에서 보다 적은 허용 가능한 펄스 오버랩 조건들이 있고, 1042kHz에서 98%의 펄스 오버랩 데이터 세트가 무시할 수 없는 균열 및 표면 손상에 기인하여 60㎛/s를 넘어 계속되지 못하더라도, 260kHz에서 z축 이동 속도의 함수로서 이들 추세들은 521kHz의 반복률(도 3의 좌측 하단 차트)에서 및 1042kHz의 반복률(도 3의 우측 하단 차트)에서 드릴링으로부터 획득된 결과들에 적용된다. 더 높은 반복률들에서, 인큐베이션 효과들이 증가되어, 상향식 가공 윈도우의 개시를 동일한 펄스 오버랩 및 z축 이동 속도에서 더 낮은 반복률의 것보다 낮게 시프트한다. 이는 더 높은 반복률에서 더 높은 z축 이동 속도의 하이브리드 공정의 시작을 초래한다. 이는 521kHz에 대한 95%의 펄스 오버랩에서 명백히 눈에 보이고, 260kHz에 대한 40㎛/s 대신, 50㎛/s에서 발생하는 전환이 눈으로 관찰되었다. 이들 조건에서 드릴링된 대부분의 홀들에 대한 상당한 손상과 더 큰 테이퍼의 변동에 기인하여, 521kHz 및 1042kHz에서 98%의 펄스 오버랩에 대한 이러한 행위(behavior)를 확인하는 것은 어렵다. 104kHz의 반복률(도 3에서 좌측 상단 차트)에서 드릴링된 일련의 홀들은 연구된 모든 펄스 오버랩들에 대해 더 높은 반복률들에서의 추세들로부터 상당히 벗어난다. 이들 홀은 품질이 비교적 양호하지 않고, 균열의 가능성이 매우 높다.
이러한 하이브리드 공정의 고려되어야 할 하나의 결과는 처리량에 대해 그것이 갖는 영향이다. 공정이 상향식 삭마를 단독으로 포함할 때, 단일 홀에 대한 드릴링 시간은 z축 이동 속도에 의해 나누어진 250㎛의 유효 샘플 두께와 동일하다. 홀 테이퍼는 일반적으로 가장 느린 z축 이동 속도에서 최소화되고, 이는 이들 조건에서 처리량이 낮은 명백한 결점을 갖는다. 상향식 단독 공정을 위한 제한에 가까운 40 내지 50㎛/s의 속도들에 대해, 이것은 홀당 5 내지 6초의 드릴링 시간과 같다. 하이브리드 공정이 나타나기 시작할 때, 공정 시간은 z축 이동 속도에 반비례하지 않고, 5 내지 10초 범위 내에 속하는 공정 시간이 관찰된다. 그러므로, 홀 테이퍼에서 처리량과 최소한의 잠재적 감소들에 대한 개선들이 없기 때문에, 하이브리드 상향식/하향식 공정이 발생할 수준 이상에서 z축 이동 속도들에 대해 상당한 장점들도 존재하지 않는 것으로 결론을 내린다. <5 도의 측벽 테이퍼를 갖는 홀들은 260kHz(90% 및 95% 펄스 오버랩) 및 521kHz(95% 펄스 오버랩)에서 광범위한 z축 속도들로 생성될 수 있다.
다수의 응용들에서, 처리량을 증가시키기 위한 간단한 방식은 반복률을 증가시키는 것이다 -- 예를 들어, 평균 전력을 두 배로 인가하기 위해 반복률을 두 배로하는 것은 다수의 예시들에서 처리량을 두 배로 증가시킬 것으로 예상된다. 이들의 결과는 그 예상에 맞지 않는다. 예를 들어, 260kHz에서 90%의 펄스 오버랩에 대한 검류계 움직임 속도는 521kHz에서 95%의 펄스 오버랩에 대한 검류계 움직임 속도와 동일하나, 앞선 단락에서 서술한 바와 같이, 열축적 및 인큐베이션 효과들의 개선으로 인한 상향식 삭마를 위한 공정 윈도우의 시프트에 기인하여, 잠재적인 처리량은 적은 양만 증가된다.
요약하면, <5°의 측벽 테이퍼를 갖는 홀들은 260kHz(90% 및 95% 펄스 오버랩) 및 521kHz(95% 펄스 오버랩)에서 광범위한 z축 속도들로 생성될 수 있다. 상향식 공정으로부터 하이브리드 공정으로 전환할 때 가장 빠른 공정은 5 내지 6초 내에 4 내지 5°의 테이퍼를 갖는 홀들을 생성한다. 평균 테이퍼 값들이 521kHz에서 20㎛/s 부근에서 2° 미만으로 관찰되는 더 낮은 테이퍼가 요구되는 경우, 이는 처리량의 비용으로 달성될 수 있다.
균열들 및 흠들을 회피
사파이어에서 작은 테이퍼 홀들을 허용 가능한 처리량으로 생성하기 위한 조건들을 정의했으므로, 테이퍼를 넘는 홀들의 품질을 고려해야 한다: 가공 중에 균열과 벗겨짐을 방지하는 데 필요한 조건들이 무엇이고, 그것이 테이퍼와 처리량만을 고려하면서 결정된 가공 윈도우에 어떠한 영향을 미쳤는가?
상이한 z축 속도들 및 반복률들에서 홀 품질을 나타내는 사진들을 도 6에 나타낸다. 각 반복률에서, 최상의 홀 품질과 최소량의 균열을 입증한 펄스 오버랩이 선택되었다. 모든 홀들의 원형 및 대칭은 우수하고, 시험된 전체 파라미터 공간에 대해 일정하다. 상단 행에서, 104kHz 및 90%의 펄스 오버랩으로 생성된 홀들이 도시된다. 10㎛/s에서 홀은 테이퍼(도 3에 따라, 7°)와 균열이 크다. 30㎛/s 및 50㎛/s에서 드릴링된 홀들은 각각 테이퍼가 작지만, 50㎛/s에서의 홀에 균열이 발생하였다. 도 6의 제2 및 제3 행에 있는 260kHz(90% 펄스 오버랩) 및 521kHz(95% 펄스 오버랩)에서의 홀들은 유사하게 진행된다 -- 양자는 10㎛/s로부터 50㎛/s까지 테이퍼를 약간 증가시키고(~2°로부터 ~4°로), 이 z축 속도 범위에서 홀들에는 균열이 발생되지 않는다. 1042kHz에서의 홀들(제4 행)은 테이퍼에 대해 260kHz 및 521kHz에서의 홀들과 유사하게 진행하나, 품질은 명확하게 감소된다 -- 매우 심각한 손상이 50㎛/s에서 분명하며, 10㎛/s 및 30㎛/s에서 점착성(sticky) 입자상 물질이 보인다. 유사한 입자상 물질들은 더 낮은 반복률들에서 생성된 홀들로부터 부드러운 알코올 솜으로 쉽게 제거되었지만, 1042kHz에서 표면 상에는 부분적으로 남아 있었다. 이는 높은 펄스 오버랩 및 높은 반복률에서의 가공 동안 증가된 열효과를 반영한다.
도 7은 홀 품질 대 테이퍼의 플롯을 나타내고, 여기서, 균열이 없고 (대부분이) 매우 작은 흠이 있는 홀들에 대해 "1"의 값이 할당되고, 눈에 보이는 균열들 및/또는 흠들이 있는 홀들에 대해 "0"의 값이 할당된다. 104kHz, 260kHz, 521kHz 및 1042kHz의 반복률들에서 생성된 모든 홀들로부터의 결과들은 이 플롯에 따른다. 5° 미만 및 이를 초과하는 테이퍼 값들에 대한 홀 균열 가능성에서 분명한 경계가 관찰된다. ≤5°의 테이퍼를 갖는 홀들에 대해, 시간의 86%에 흠 또는 균열이 없음이 관찰되었다. 하지만, >5°의 테이퍼를 갖는 홀들에 대해, 24%의 경우들에서만 흠 또는 균열이 없음이 관찰되었다. 이는 홀 품질과 테이퍼 사이의 강한 상관관계를 입증한다. 종합적으로, 이는 이전의 섹션에서 정의된 가공 윈도우와 잘 부합한다 -- 사파이어에서 작은 테이퍼(≤5°)로 드릴링된 홀들은 균열이 없거나, 큰 벗겨짐을 나타내지 않을 것이다. 이들 실험에서 조사된 큰 파라미터 공간을 통해, 개별적인 홀들에 대한 파라미터들은 일반적으로 한 번 또는 두 번을 초과하여 시험되지 않았고, 이는 홀 균열에 대해 부정 또는 긍정 오류를 쉽게 초래할 수 있다. 도 7은 5° 미만의 테이퍼를 갖는 홀들을 생성하는 파라미터들을 통한 작업이 높은 성공적인 드릴링 가능성을 보장한다는 점을 시사한다. 그러므로, 균열들을 방지하기 위한 최선의 조건들은 90% 및 95% 펄스 오버랩에서 260kHz, 및 95% 펄스 오버랩에서 521kHz이다. 이들 세 개의 조건들의 세트 모두에 대한 테이퍼들은 상향식 삭마로부터 하이브리드 공정으로의 전환을 통한 z축 움직임 속도들에서 5° 미만으로 유지된다.
균열 및 벗겨짐에 더하여, 가공 동안 배면 손상 링들(back-side damage rings)의 형성을 초래하는 조건들도 고려되어야 한다. 이들 손상 링들의 크기는 도 8에 도시된 것처럼 크게 변할 수 있다. 여기서, 형성을 겨우 시작하여 명확하게 찾지 않으면 쉽게 놓칠 수 있는 손상 링(좌측 패널)과, 보다 더 명백한 손상 링들(중앙 및 우측 패널)의 예시가 나타난다. 이들 손상 링이 가장 강하게 보이는 경우, 이들은 또한 최우측 예시와 같이 하면에서 홀의 엣지 품질에 영향을 미칠 수 있다. 간단히 말해, 이들 링의 외관에 대한 추세들은 균열들 및 흠들만큼 분명하지 않다. 균열과 같이, 손상 링들의 존재는 큰 테이퍼 각도들에 강하게 연관되고, 허용 가능한 가공 파라미터 공간은 90% 및 95% 펄스 오버랩에서 260kHz, 그리고 95% 펄스 오버랩에서 521kHz으로 포함된다.
결론들
50ps의 레이저원 및 유사한 스펙들을 통한 이전 시도들과는 달리, 2ps 미만의 범위(예를 들어, 1ps 이하, 0.8ps 이하 등) 내에 있는 펄스 기간의 광섬유 레이저 시스템으로 사파이어 드릴링 결과들의 보장(promising)이 달성되었다. 비선형 흡수 및 에너지 조사(energy deposition)의 동적 상호 작용 제어에 의한 공정 초기화, 물질 주입 및 기판에서의 열 손실(dissipation)은, 대부분의 드릴링 공정 동안 상향식 공정을 유지하기 위하여 상당히 높은 반복률(통상적으로, 500kHz) 및 높은 펄스 펄스 오버랩(90 내지 98%)에서의 가공 윈도우를 정의한다. 이들 조건 하에, 430㎛의 기판들에서 400㎛의 홀들의 드릴링은 2° 미만의 테이퍼 각도를 갖고, 5초 내에 획득될 수 있다.
드릴링 절차 동안의 일정 지점에서, 집속 위치의 상승(lifting)은 표면 흡수의 경계를 능가한다. 이는 상향식 공정이 테이퍼 및 양호하지 않은 배면 품질에 의해 영향을 받는 통상적인 하향식 삭마 메커니즘으로 전환하는 전환점이다. 그러므로, 이 연구 내의 일반적인 결과는 공정 속도와 품질 모두가 상향식 공정으로부터 이익을 얻는다는 것이다. 하향식 삭마로의 공정 전환이 일찍 이루어질수록, 테이퍼 각도와 배면 손상이 더 현저해진다.
도시되진 않았지만, 레이저원, 빔 위치결정(positioning) 시스템, Z축 이동 시스템 등의 동작들이 그에 통신 가능하게 연결된 하나 이상의 제어기들을 통해 제어될 수 있음이 인식될 것이다. 제어기는 명령들을 실행하기 위해 프로그램 가능 프로세서(예를 들어, 하나 이상의 범용 컴퓨터 프로세서들, 마이크로프로세서들, 디지털 신호 프로세서들 등 또는 이들의 임의의 조합)로 제공될 수 있다. 이들 명령은 소프트웨어, 펌웨어 등, 또는 PLD들(programmable logic devices), FPGA들(field-programmable gate arrays), FPOA들(field-programmable object arrays), 디지털, 아날로그 및 혼합된 아날로그/디지털 회로를 포함하는 ASIC들(application-specific integrated circuits) 등, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 임의의 적합한 회로의 형태로 구현될 수 있다. 명령들의 실행은 디바이스 내에서 또는 디바이스의 네트워크를 통해 하나의 프로세서 상에서, 프로세서들 사이에 분배되어, 프로세서들을 통해 병렬로 등, 또는 이들의 조합으로 수행될 수 있다. 상세한 기능을 구현하기 위한 소프트웨어 명령들은 본원에 제공된 서술로부터 기술자에 의해 쉽게 창시되고(authored), 예를 들어, C, C++, Visual Basic, Java, Python, Tel, Perl, Scheme, Ruby 등으로 기록될 수 있다. 소프트웨어 명령들은 보통 자기 또는 광디스크들, 메모리 카드들, ROM 등과 같은 유형의 매체에 전달되는 하나 이상의 데이터 구조들 내에 명령들로 저장되고, 로컬로, 원격으로(예를 들어, 네트워크를 통해), 또는 이들의 조합으로 액세스될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들이 서술되고 예시되었으나, 기술은 그에 제한되지 않고, 전술한 가공 파라미터들 중 하나 이상이 이러한 인자들 예를 들어, 드릴링될 사파이어의 두께, 드릴링될 홀의 원하는 직경, 홀 드릴링 공정의 원하는 처리량, 결과적인 홀들의 원하는 품질, 드릴링된 홀의 원하는 테이퍼, 드릴링되는 물질의 특정한 화학 또는 기계적 특성들 등 또는 이들의 임의의 조합에 의존하여 조정될 수 있다는 점이 인식될 것이다. 그럼에도 불구하고, 이 분야의 기술자라면, 하나 이상의 가공 파라미터들이 변경되는 경우, 하나 이상의 다른 가공 파라미터들이 그에 따라 조정되어야 한다는 점을 인식할 것이다. 따라서, 레이저원은 펄스 기간이 50ps 이하(예를 들어, 40ps 이하, 30ps 이하, 20ps 이하, 10ps 이하, 5ps 이하, 2ps 이하, 1ps 이하, 0.8ps 이하 등)인 레이저 펄스들을 발생시킬 수 있다. 게다가, 레이저 펄스들은 IR, 녹색 또는 UV 레이저 펄스들로 발생될 수 있다. 예를 들어, 레이저 펄스들은 1030nm(또는 그쯤), 515nm(또는 그쯤), 343nm(또는 그쯤) 등의 파장을 가질 수 있다. 레이저 펄스들은 20kHz 내지 3MHz(예를 들어, 50kHz 내지 1MHz 또는 그쯤, 100kHz 내지 500kHz 또는 그쯤, 100kHz 내지 250kHz 또는 그쯤 등) 범위 내의 반복률에서 출력될 수 있다. 물론, 반복률은 3MHz를 초과하거나 20kHz 미만일 수 있다. 일부 실시예들에서, 펄스 오버랩은 50% 내지 단지 100% 미만의 범위 내(예를 들어, 70% 내지 98%의 범위 내, 80% 내지 95%의 범위 내, 95% 내지 98%의 범위 내 등)에 있을 수 있다. 일부 실시예들에서, 펄스 오버랩은 처리되는 물질에 의존하여 50% 미만일 수 있다. 예를 들어, 유리 내에 홀들을 형성할 때, 펄스 오버랩은 50% 미만(예를 들어, 40% 이하, 30% 이하, 20% 이하, 10% 이하, 5% 이하, 1% 이하 등)일 수 있는 한편, 사파이어에 홀들을 형성할 때, 펄스 오버랩은 통상적으로, 50% 이상으로 선택될 수 있다. Z축 이동 속도는 10㎛/s 내지 100㎛/s(예를 들어, 30㎛/s 내지 80㎛/s, 50㎛/s 내지 60㎛/s 등)의 범위 내에 있을 수 있다. 물론, Z축 이동 속도는 100㎛/s 를 초과하거나 또는 10㎛/s 미만일 수 있다. 전술한 가공 파라미터들은 50㎛ 내지 5mm 범위 내(예를 들어, 100㎛ 내지 2mm 범위 내, 300㎛ 내지 450㎛ 범위 내, 400㎛ 등)에 있는 직경을 갖는 사파이어 기판에 홀들을 드릴링하도록 적합하게 선택될 수 있다. 본원에 서술된 홀 드릴링 기법들이 사파이어에서 관통홀들 및 블라인드 홀들과 같은 드릴링 홀들에 연관되어 논의되었지만, 이들 기법들이 사파이어에서 홀들 이외의 피쳐들을 형성하는데 적용될 수도 있고, 레이저원에 의해 발생된 레이저 펄스들의 파장에 적어도 부분적으로 투명한 물질(예를 들어, 용융 석영, 소다 석회 유리, 보로규산염 나트륨 유리, 알칼리토류 알루미노규산염 유리, 알칼리 알루미노규산염 유리, 산화물 유리 등 또는 이들의 임의의 조합)에서 홀들(또는 임의의 다른 피쳐)을 형성하는데 적용될 수도 있다.
전술된 내용은 본 발명의 실시예들을 예시하는 것일 뿐 이를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 몇몇 예시적인 특정 실시예들을 설명하였지만, 해당 기술 분야에 숙련자라면 본 발명의 신규한 교시들 및 장점들을 실질적으로 벗어나지 않으면서, 개시된 실시예들에 대한 많은 변형예는 물론, 다른 실시예들도 가능하다는 것을 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 변형예들은 청구범위에 한정된 본 발명의 범주 내에 포함되는 것으로 의도된다. 예를 들어, 숙련자라면 임의의 문장 또는 문단의 주제가, 그 조합들이 상호 배타적인 경우를 제외하고는, 다른 문장들 또는 문단들의 일부 또는 전체의 주제와 조합될 수 있다는 점을 인식할 것이다. 이 기술분야의 숙련자라면 본 발명의 기본 원리를 벗어나지 않고 상술한 실시예들의 세부 사항에 대해 다수의 변화들이 이루어질 수 있다는 점이 명백할 것이다. 그러므로 본 발명의 범주는 다음의 청구범위에 의해 결정되고, 청구범위의 균등물도 본 발명의 범주에 포함되어야 한다.

Claims (21)

  1. 기판에 피쳐(feature)를 형성하는 방법으로서,
    레이저 펄스들의 빔을 기판에 조사 -- 상기 레이저 펄스들은 상기 레이저 펄스들의 빔이 상기 기판의 제1 표면을 통해 상기 기판의 내부로 투과(transmitted)되도록 선택된 파장을 가짐 --;
    빔 웨이스트(beam waist)를 상기 기판의 제2 표면에 또는 상기 제2 표면 근처에 형성하도록 상기 레이저 펄스들의 빔을 집속 -- 상기 제2 표면은 상기 제1 표면으로부터 z축 방향을 따라 이격됨 --; 및
    상기 기판을 삭마(ablate)하기 위해, 상기 빔 웨이스트를 상기 기판의 제2 표면으로부터 상기 기판의 제1 표면 방향으로 연장하는 나선형 패턴으로 이동(translating)을 포함하고,
    상기 레이저 펄스들의 빔은 펄스 반복률, 펄스 기간, 펄스 오버랩(pulse overlap) 및 z축 이동 속도에 의해 적어도 부분적으로 특징지어 지고,
    상기 펄스 반복률은 20kHz 내지 3MHz의 범위 내에 있는, 피쳐 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 펄스 반복률은 100kHz 내지 600kHz의 범위 내에 있는, 피쳐 형성 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 펄스 기간은 50ps 이하인, 피쳐 형성 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 펄스 기간은 20ps 이하인, 피쳐 형성 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 펄스 기간은 10ps 이하인, 피쳐 형성 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 펄스 기간은 1ps 이하인, 피쳐 형성 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 펄스 오버랩은 적어도 50%인, 피쳐 형성 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 펄스 오버랩은 적어도 80%인, 피쳐 형성 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 펄스 오버랩은 적어도 90%인, 피쳐 형성 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 펄스 오버랩은 95% 내지 98%의 범위 내에 있는, 피쳐 형성 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 펄스 오버랩은 50% 미만인, 피쳐 형성 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 z축 이동 속도는 10㎛/s 내지 100㎛/s의 범위 내에 있는, 피쳐 형성 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 z축 이동 속도는 30㎛/s 내지 80㎛/s의 범위 내에 있는, 피쳐 형성 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 z축 이동 속도는 50㎛/s 내지 60㎛/s의 범위 내에 있는, 피쳐 형성 방법.
  15. 제1항에 있어서, 상기 피쳐는 홀인, 피쳐 형성 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 홀은 관통홀인, 피쳐 형성 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 홀의 직경은 50㎛ 내지 5mm의 범위 내에 있는, 피쳐 형성 방법.
  18. 제1항에 있어서, 상기 기판은 사파이어를 포함하는, 피쳐 형성 방법.
  19. 제1항에 있어서, 상기 기판은 유리를 포함하는, 피쳐 형성 방법.
  20. 제1항의 공정에 따라 형성된 홀을 갖는 기판을 포함하는 물품.
  21. 기판에 피쳐를 형성하는 장치로서,
    레이저 펄스들의 빔을 발생시키는 레이저원;
    상기 레이저 펄스들의 빔을 X축 및 Y축 방향을 따라 스캔하는 빔 조향 시스템;
    상기 레이저 펄스들의 빔을 집속할 시 생성되는 빔 웨이스트를 Z축 방향을 따라 이동시키는 z축 이동 시스템; 및
    상기 레이저원, 상기 빔 조향 시스템 및 상기 z축 이동 시스템으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나에 연결된 제어기를 포함하고, 상기 제어기는 상기 레이저원, 상기 빔 조향 시스템 및 상기 z축 이동 시스템으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 제어하여 제1항의 공정을 수행하도록 동작하는, 피쳐 형성 장치.
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