KR20190019125A - 웨이퍼 다이싱 또는 커팅을 위한 다중-세그먼트 포커싱 렌즈 및 레이저 가공 시스템 - Google Patents

웨이퍼 다이싱 또는 커팅을 위한 다중-세그먼트 포커싱 렌즈 및 레이저 가공 시스템 Download PDF

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카롤리스 질비나스 바지레비씨우스
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에바나 테크놀로지스, 유에이비
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Abstract

본 발명은 커트/스크라이브/절단/다이싱 또는 일반적으로 분리되거나, 단단하고, 부서지기 쉽고, 고체 웨이퍼 또는 유리 시트를 제공할 수 있는 레이저 가공 방법을 제공하며, 상기 웨이퍼 또는 유리 시트는 베어(bare) 또는 마이크로전자(microelectronic) 또는 MEMS 디바이스를 갖는다.
레이저 가공 방법은 다중-세그먼트 렌즈(1)를 포함하는 쉐이핑 및 포커싱 유닛에 의해 펄스 레이저 빔을 변형시키는 단계를 포함한다. 상기 다중-세그먼트 렌즈는 다수의 빔 수렴 영역, 특히 다중 초점을 생성하고, 상기 간섭 스파이크 형상 강도 분포는 워크피스 재료의 광학적 손상 임계치를 초과한다. 상기 간섭 스파이크 형상 강도 분포는 워크피스의 벌크에 위치한다. 전술한 단계 동안 변형된 영역이 생성된다. 레이저 가공 방법은 레이저 빔의 초점과 관련하여 워크피스의 상대적인 병진에 의해 소정의 파단 라인 또는 곡선 궤도에 다수의 손상 구조를 생성하는 단계를 더 포함한다.

Description

다중-세그먼트 포커싱 렌즈의 사용에 의한 웨이퍼 다이싱 또는 커팅을 위한 레이저 가공 방법 및 시스템
본 방법은 레이저 재료 가공에 관한 것이다. 보다 상세하게는 경취성 재료, 다양한 형태의 유리 및 세라믹을 특수 형상의 레이저 빔으로 절단 및/또는 다이싱하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 기판상에 형성된 반도체 디바이스를 분리하는데 유용하다.
웨이퍼 다이싱은 점점 작아지고 복잡해지는 반도체 디바이스의 제조에 중요한 역할을 한다. 다이싱의 종래 방법은 100μm 보다 두꺼운 실리콘 웨이퍼는 다이아몬드 쏘우(diamond saw)을 사용하거나 얇은 경우 레이저 절삭(laser ablation)에 의한다.
다이아몬드 디스크 쏘우 기술은 낮은 가공 속도(단단한 재료의 경우)로 인해 제한적이다. 다이아몬드 디스크 쏘우은 일반적으로 폭이 넓고, 칩핑된 절단 자국(chipped kerf) 및 낮은 품질의 에지를 생성하며, 이는 결국 디바이스 수율과 수명을 저하시킨다. 상기 기술은 빠른 다이아몬드 디스크 저하로 인해 비싸고, 수냉 및 청소가 필요하기 때문에 실용적이지 못하다. 또한, 상기 장치는 절단되는 기판이 얇을 경우 제한된다.
또 다른 종래의 레이저 가공 기술, 즉 레이저 절삭(laser ablation)은 가공 속도가 느리며 절단 폭이 10-20μm에 이르러 대부분의 어플리케이션에서 너무 넓다. 또한, 레이저 절삭은 균열을 유도하고, 용융된 잔류물을 남기며, 절단면을 잔해물로 오염시킨다. 광역 열 영향부는 반도체 디바이스의 수명 및 효과를 감소시킬 수 있다.
레이저 절삭 및 다이아몬드 디스크 쏘우 기술은 점착제 스태킹(stacking)을 위한 염료 부착 필름과 같은 다른 표면 특성이 있을 수 있는 특수 웨이퍼에는 사용될 수 없다. 이러한 추가로 인해 종래의 쏘잉(sawing) 또는 절삭(ablation) 가공은 잔해물에 대해 더욱 어렵고 취약해진다. 분리된 디바이스의 품질을 향상시키기 위해 레이저 가공 기반 방법 및 장치가 개발되었다.
그 하나는 2006년 1월 31일에 공개된 US 특허 제US6992026호에 기술된 레이저 가공 및 레이저 가공 장치이다. 상기 방법 및 장치는 워크-피스(work-piece)의 표면상에 소정의 절단선으로부터 수직으로 연장된 융합 및 균열의 흔적을 생성하지 않고 워크-피스를 절단할 수 있게 한다. 워크-피스 표면은 다중-광자 흡수를 일으키기에 충분한 조건하에 소정의 절단선에 따라 펄스 레이저 빔으로 조사되고, 여기서 상기 빔은 초점 스폿(또는 응축 포인트:고 에너지/광자 밀도 구역)을 형성하고, 결과적으로 절단면(cleaving plain)에서 초점 스폿을 이동시킴으로써 소정의 절단선을 따라 변형된 영역(area)을 형성한다. 변형된 영역을 생성한 후 비교적 적은 양의 힘으로 워크-피스를 기계적으로 분리될 수 있다.
전술한 가공 방법 및 그 변형은 현재 당해 기술분야에서 '스텔스 다이싱'(‘stealth dicing')으로 알려져 있다. 모든 변형들은 웨이퍼가 투명한 파장에서 초점 펄스 레이저 빔에 의한 내부 천공을 기반으로 하지만, 예를 들어 내부에 에칭된(etched) 장식용 유리 블록에서와 같이 초첨에서의 비선형 가공에 의해 흡수된다. 내부 천공은 상단 및 하단 표면을 깨끗하게 유지한다. 웨이퍼는 일반적으로 기계적으로 늘어나는 플라스틱 점착제 테이프 위에 놓여져서 천공이 깨지는 원인이 된다. 이전의 가공과 달리 잔해물, 표면 균열 또는 열적 손상이 발생하지 않는다고 주장된다. 특수 및 다층 웨이퍼 외에도, 미세전자기계(MEM) 시스템 디바이스는 이러한 방식으로 분리될 수 있다.
스텔스 다이싱의 단점은 일반적으로 스텔스 다이싱의 수행을 위해서는 높은 개구수(NA) 렌즈가 적용되어야 하며, 이는 작은 초점 심도(DOF)를 초래하고 엄격한 포커싱 조건을 제공하게 되는 것으로 볼 수 있다. 이는 절단 표면에서 무작위 방향으로 연장되는 다수의 균열을 초래하고 이러한 방식으로 절단된 웨이퍼로부터 제조된 디바이스의 수명에 영향을 미친다. 또한, 스텔스 다이싱은 사파이어(sapphire) 가공 시 단점이 있다. 이러한 특정 단점들은 웨이퍼와 기판이 120 - 140μm까지의 두께를 가지며 분리 라인(separation line)당 1회의 패스(pass)만으로 다이싱하는 경우는 분명하지 않다. 그러나, 더 두꺼운 웨이퍼(일반적으로 4'; 6' 사파이어 웨이퍼는 140μm - 250μm 이상)의 경우 분리 라인 당 여러 번의 패스(pass)가 요구된다. 결과적으로, 재료는 최종 디바이스 성능 및 수율에 바람직하지 않은 영향을 미치는 레이저 방사선에 장시간 노출된다. 또한, 다중-패스 가공(multi-pass processing)은 전체 가공 속도와 처리량을 저하시킨다.
재료 가공을 위한 다른 방법은 2013년 5월 23일에 공개된 US 특허출원 제US20131216573호에 개시되어 있다. 절단 단계를 준비하기 위해 투명 기판의 내부 가공을 위한 방법이 제공된다. 기판은 기판 내에 필라멘트를 생성하도록 선택된 펄스 에너지 및 펄스 지속 기간을 갖는 펄스가 포함된 초점 레이저 빔(focused laser beam)으로 조사된다. 기판은 레이저 빔에 대해 이동되어 기판을 조사하고 하나 이상의 추가적인 위치에서 추가 필라멘트를 생성한다. 생성된 필레멘트는 상기 기판을 절단하기 위해 내부로 스크라이브된(scribed) 경로를 정의하는 배열(array defining)을 형성한다. 레이저 빔 파라미터는 필라멘트 길이 및 위치를 조정하고, 선택적으로 V-채널 또는 그루브를 도입하여 레이저-절단 엣지(laser-cleaved edges)에 경사를 부여하도록 변화될 수 있다. 바람직하게는, 레이저 펄스는 필라멘트 형성을 위한 에너지 임계치(energy threshold)를 낮추고, 필라멘트 길이를 증가시키며, 부수적인 손상을 최소화하기 위해 필라멘트 변형 구역의 열적 어닐링(thermally annealing), 프로세스 재현성을 향상시키고, 저 반복률 레이저(low repetition rate lasers)의 사용과 비교하여 가공 속도를 증가시킨다.
이 방법의 적용은 베어 재료(bare materials)에만 적용할 수 있는 러프 가공(rough processing)을 초래하고, 요구되는 더 높은 펄스 에너지로 인해 다이싱이 용이하지 않아 최종 반도체 디바이스 성능에 바람직하지 못한 영향을 미친다. 특히, 이 방법을 사용하여 웨이퍼를 다이싱하면, 발광다이오드(LED)는 누설 전류가 증가하여 HB(high brightness) 및 UHB(ultrahigh brightness) LED의 경우 성능이 크게 저하되는 특징이 있다.
2009년 2월 5일에 공개된 또 다른 미국 특허출원 제US2009032511호는 레이저 빔 조작 방법, 보다 구체적으로는 레이저 재료 가공에 적용될 수 있는 빔 형성 및 빔 균질화를 개선하는 방법이 기술한다. 상기 발명은 일반적으로 기판의 표면상에 함유된 어닐링 영역(anneal region)에 걸쳐 일정량의 에너지를 신뢰성있게 전달할 수 있는 광학 시스템에 관한 것이다. 광학 시스템은 기판의 표면의 원하는 영역에 원하는 2차원 형상을 갖는 균일한 양의 에너지를 전달 또는 투사하도록 구성된다. 전형적으로, 어닐링 영역은 정사각형 또는 직사각형일 수 있다. 일반적으로, 상기 발명의 광학 시스템 및 방법은 하나 이상의 영역을 재 용융 및 응고시키기에 충분한 에너지를 전달함으로써 어닐링 영역 내에 있는 하나 이상의 영역을 우선적으로 어닐링하는데 사용된다.
2005년 8월 11에 공개된 또 다른 독일 특허출원 제DE102004001949호는 다중-세그먼트 렌즈를 사용하여 레이저 출력을 평행 축 상에 집중시키는 레이저 가공 시스템을 기술한다. 이러한 시스템은 레이저 재료 가공에도 적용될 수 있다. 5개의 렌즈 세그먼트는 초점이 파이버 가이드(fiber guide)상으로 지향된 원형 렌즈 표면 주위에 균일하게 이격되어 있다. 레이저는 렌즈로 향하게 된다. 이렇게 하면 워크피스 표면에 해당하는 출력 포인트에 레이저가 가장 잘 초점을 맞춘다.
2013년 10월 3일에 공개된 또 다른 미국 특허출원 제US2013256286호는 난시용 긴 형상의 빔 스팟(astigmatic elongated beam spot) 및 초단 펄스를 사용하는 레이저 가공 방법을 기술한다. 조정 가능한 난시용 긴 형상의 빔 스팟은 초단 펄스 및/또는 보다 긴 파장을 갖는 레이저 빔으로부터 형성되어 다양한 상이한 재료로 제조된 기판을 가공할 수 있다. 레이저 빔은 1 ns 미만의 펄스 지속 기간 및/또는 400 nm 보다 큰 파장을 갖는 펄스로 생성될 수 있다. 레이저 빔은 제1축에서 시준되고 제2축에서 수렴하는 난시용 빔을 생성하도록 변형된다. 난시용 빔은 기판상에 난시용 긴 형상의 빔 스팟을 형성하도록 초점을 맞추고, 기판은 제1축의 기판상에 초점이 맞추어지고 제2축의 초점은 벗어난다. 난시용 긴 형상의 빔 스팟은 하나의 초단 펄스에 충분한 에너지 밀도를 제공하여 기판 재료의 적어도 일부분의 저온 절삭(cold ablation)을 유발하도록 길이가 조절될 수 있다.
2012년 9월 20일에 공개된 또 다른 미국 특허출원 제2012234807호는 워크-피스로의 확장된 깊이 영향을 주는 레이저 스크라이빙(laser scribing)방법을 기술한다. 이 방법은 의도적인 수차(aberrations)가 도입되는 방식으로 레이저 빔을 집중시키는 것에 기반한다. 종단 구면 수차 범위(The longitudinal spherical aberration range)는 제한된 횡단 구면 수차 범위를 갖는 워크-피스에 초점의 깊이를 확장시키기에 충분하도록 조정된다. 이 방법은 또한 고 에너지 펄스에 의한 러프 가공(rough processing)으로 인해 워크 피스 내부의 수직 손상 흔적(vertical damage traces)을 초래한다. 높은 펄스 에너지는 낮은 개구수 렌즈가 사용되어야 한다는 사실 때문에 필요하며, 느슨한 초점 조건을 초래한다. - 초첨 스폿은 매우 부드러운 공간 강도 프로파일을 가지며, 따라서 상대적으로 작은 피크 값을 갖는 넓은 영역에서 손상 임계 에너지 밀도를 초과하는 작동 조건을 초래한다. 펄스 강도 요건 증가(광학적 파괴에 필요한)로 인해 펄스 에너지 증가가 요구되며 위에서 언급한 것처럼 LED 누출 전류 및 칩 벽 거친 균열이 중요한 HB 및 UHB LED에 대한 가공 시 좋지 못하다.
2016년 4월 21일에 공개된 국제특허출원 제WO2016059449호는 '스파이크 형(spike-like)' 형상의 손상 구조를 형성함으로써 기판 절단 또는 다이싱을 위한 레이저 가공 방법을 기술한다. 이 발명은 단일 기판상에 형성된 반도체 디바이스를 분리하거나 고 두께의 경질 및 고체 기판을 빠르게 분리하는 레이저 가공의 효과적인 수단 및 방법을 제공한다. 절단(cleaving)/파단(breaking)/다이싱(dicing) 공정을 위한 디바이스 또는 기판의 준비 중에 의도된 절단선을 따라 깊고 좁은 손상 영역을 얻음으로써 손상 면적을 얻는다. 레이저 가공 방법은 '스파이크' 형상의 빔 수렴 구역, 보다 상세하게는 상기 워크피스의 벌크에서의 상기 워크피스 재료의 광학적 손상 임계 플루언스(threshold fluence)(파워 분포)가 생성되는 것과 같이 초점 유닛에 의해 펄스화 된 레이저 빔을 수정하는 단계를 포함한다. 전술한 단계 동안 수정된 구역('스파이크' 형태를 가짐)이 생성된다. 상기 레이저 가공 방법은 상기 레이저 빔 응축 지점에 대한 상기 워크피스의 상대적인 이동에 의해 소정의 파단 라인에 다수의 손상 구조를 생성하는 단계를 더 포함한다.
종래 기술의 방법은 웨이퍼 분리에 사용되는 기판 두께, 재료 유형 및 가공 품질에 제한을 부과한다. 보다 두꺼운 재료를 가공하기 위해 전술한 기술은 레이저 파워, 분리 당 레이저 빔 통과 횟수 또는 개선된 빔 및 초점의 형상을 필요로 한다. 결과적으로, 이것은 반도체 디바이스의 성능 및 생산 수율에 대한 광고 효과를 갖는다.
전술한 단점을 제거하기 위해, 본 발명은 단일 기판상에 형성된 반도체 또는 MEMS 디바이스를 분리하거나, 고 두께의 경질 및 고체 기판, 유리 또는 세라믹 시트를 분리하는 효과적이고 신속한 레이저 가공 방법을 제공한다. 절단/파단(다이싱) 절차를 위한 웨이퍼 또는 기판을 준비하는 동안, 목적하는 절단선을 따라 깊고 좁은 손상 영역의 수집으로 특징되는 레이저 가공 방법이 제공된다. 본 방법은 커팅 라인 당 다수의 레이저 빔 통과를 필요로 하지 않으므로 생산 수율을 증가시킨다. 이하에서는 '워크피스'라는 용어는 기판, 웨이퍼, 웨이퍼 시트, 유리시트, 반도체 디바이스 또는 가공 및 후속적인 기계적 분리를 위해 준비되고 상호 교환 가능하게 사용될 유사한 품목이라는 용어를 포함하도록 정의될 것이다.
레이저 가공 방법은 포커싱 요소(1)에 의해 펄스화 된 레이저 빔을 변형시키는 단계를 포함한다. 포커싱 요소의 광학 표면 중 하나는 상이한 곡률 반경을 갖는 세그먼트를 포함한다. 또한, 빔 발산 및 직경이 조정되고, 빔이 워크 피스의 벌크 내로 집중되어(focused), 다수의 초점들(focal points)이 빔을 빔 수렴 영역(beam convergence zone)에 형성되고, 보다 상세하게는, 몇 개의 초점들(focal points)이 세그먼트 렌즈의 광축상에 이격되어 있으며, 각각의 초점은 워크피스 재료의 광학적 손상 임계 플루언스(threshold fluence)(파워 분포)를 초과하도록 배열된다.
상기 재료는 상기 레이저 방사선의 파장에 대해 부분적으로 또는 완전히 투과성이며(transparent) 바람직하게는 워크피스의 광 조사시 0.9eV 이상의 밴드갭 에너지를 갖으며, 초점의 배열은 워크피스의 두께 내에 위치된다. 초점 스팟(focal spots)의 배열은 '스파이크'-형상의 구조를 형성하여 레이저 방사선의 간섭 신장된 고강도 영역을 형성한다. 플루언스(Fluence)는 멀티광자 흡수가 다중 초점 또는 전체 간섭 신장된 고강도 영역에서 적어도 발생하여 국부적인 용융 또는 쿨롱 폭발(Coulomb explosions)을 발생되도록 설정된다. 손상 구조(damage structures)라고도 불리는 일련의 변형 영역(다중 초점을 통해 연장되는 간섭장으로서 긴 형상을 가짐)은 재료의 벌크 및 의도된 다이싱 궤적을 따라 생성된다.
레이저 가공 방법은 레이저 빔 초점에 대해 워크피스(20)의 상대적인 병진에 의해 소정의 파단 라인에서 다수의 손상 구조를 생성하는 단계를 더 포함한다. 이러한 라인을 형성한 후에, 기계적 힘을 사용함으로써, 손상 영역의 시퀀스에 의해 정의되는 분리 경계를 갖는 2개 이상의 더 작은 조각으로 대상물을 분리 또는 절단할 수 있다는 것은 당업자에게 명백할 것이다.
상기 방법을 더 잘 이해하며, 실질적인 적용예를 위해 이하에서는 도면들을 제공한다. 도면은 단지 예시로서 제시된 것이며 본 발명의 범위를 제한하지는 않는다.
도 1은 다중-세그먼트 렌즈를 통한 레이저 빔 전파의 개략도이다. 각각의 라인은 빔의 상이한 부분 사이의 경계를 나타내며, 이들 부분은 상이한 초점들을 생성하는 렌즈 표면의 세그먼트에 의해 형성된다.
도 2는 다중-세그먼트 렌즈를 사용하여 들어오는 가우시안 프로파일 강도 분포(Gaussian profile intensity distribution) 레이저 빔에 포커싱을 맞춤으로써 얻은 워크피스 내부의 광선 트레이싱(ray tracing)을 개략도이다. 상기 빔의 각 세그먼트는 동일 광축상의 재료 내부에 포커싱되고(being focused), 일련의 손상 구조가 생성되어 절단/파단(cleaving/breaking) 평면을 형성한다;
도 3은 본 발명 및 광학 시스템에 따른 레이저 가공 시스템의 개략도이다.
도 4는 빔 스플리터(beam splitter)를 사용하여 광학 경로가 2개의 아암(arms)으로 분할되고 빔 쉐이핑(beam shaping)은 양쪽 아암(arms)에서 개별적으로 수행된다. 이후 상기 2개의 광학 경로가 다시 일치되어 포커싱 요소(focusing element)쪽으로 향하게 되는, 본 발명의 변형예이다.
도 5는 다-초점(24) 위치를 갖는 광선 트레이싱 형상 이미지를 형성하는 전술한 렌즈(1)를 통과하는 수치적으로 계산된 입사 레이저 빔의 줌-아웃(zoomed-out) 도면이다;
도 6은 전술한 렌즈(1)를 통과하고 광 침투 방향을 따라 소정의 길이의 '스파이크'(25)로 간섭 강도 분포를 형성하는 수치적으로 계산된 입사 레이저 빔의 줌 아웃 도면이다;
도 7은 '스파이크'(25)를 따라 수치적으로 계산된 광 강도 분포(26)를 도시한다.
도 8은 상이한 발산을 갖는 2개의 레이저 빔을 포커싱함으로써 높은 개구수 비구면 동심 원형 렌즈(1)로 가공한 후에 얻어진 표면(2) 균열 크랙(18)을 갖는 워크피스 표면의 현미경 이미지를 도시한다.
도 9는 약 190㎛ 두께를 가진 LiNbO3 웨이퍼와 같은 워크피스의 파손된 가장자리에서의 레이저 유도 손상 영역을 도시한다. 제1레이저 빔 경로는 손상 영역(27)의 상단 60㎛이고, 제2레이저 빔 경로는 손상 영역(28)의 다음 100㎛폭이다. 파손된 모서리의 균열은 상이한 발산을 갖는 2개의 레이저 빔을 포커싱 함으로써 다중-초점 높은 개구수 세그먼트 비구면 렌즈(1)로 처리한 후에 얻어졌다.
본 발명은 단일 기판 상에 형성된 반도체 또는 MEMS 디바이스를 분리하거나 단단한 기판 및 고체 기판을 분리하는 레이저 가공 방법 및 시스템을 제공한다. 절단/파단 과정을 위한 샘플을 준비하는 동안 손상 영역이 형성되며, 이는 의도된 절단선을 따라 얻어진 깊고 좁은 손상 영역을 특징으로 한다.
가장 바람직한 실시예에서, 가공 방법은 펄스 레이저 빔(13)을 제공하는 단계, 포커싱 요소(1)에 의해 상기 레이저 빔을 포커싱하는 단계, 상기 포커싱 된 펄스 레이저 빔으로 워크피스(2)를 조사하는 단계, 절단면을 생성하기 위해 일련의 손상 영역(18)을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 워크피스 재료는 레이저 방사선에 대해 투과성이고 상기 레이저의 광자 에너지를 초과하는 밴드 갭 에너지를 특징으로 한다. 레이저 빔을 포커싱하는 단계는 렌즈의 적어도 하나의 표면이 상이한 곡률 반경을 갖는 세그먼트들를 포함하고 각각의 표면 세그먼트는 상이한 초점 길이를 갖는 다중-세그먼트 렌즈(1) 사용을 포함한다. 세그먼트의 상이한 초점 길이는 광축 상으로 공간적으로 분리된 다수의 초점들을 생성하는데 사용된다. 보다 구체적으로는, 미리 형성된 레이저 빔이 렌즈(1)를 통과할 때, 상이한 곡률 영역을 통과하는 입사 광선은 다수의 초점들(24)로 초점을 맞춘다. 이들 각 영역의 비구면 특성은 초점에서 구면 수차가 나타나지 않도록 한다. 영역 면적(3 내지 7)은 에너지가 가우시안 형상 빔(Gaussian shape beam)의 초점 사이에 균등하게 분포되는 방식으로 선택된다. 렌즈는 높은 개구수를 갖도록 설계되어 있어, 타이트한 다중-포커싱(tight multi-focusing)이 가능하다. 초점(24) 사이의 짧은 거리 및 에너지 분포는 광 투과 방향을 따라 간섭 강도 분포(25)의 형성을 결정한다. 이러한 분포는 특정 길이를 갖는 고 강도 '스파이크'라고 할 수 있다.
2차원 강도 분포의 수치 계산은 도 6에 나타나있다. 실제로, 포인트(24)는 하나의 초점을 갖는 종래의 비구면 렌즈와 비교하여 기판에 훨씬 더 깊게 연장되는 긴 '스파이크'(25)와 효과적으로 섞인다. 그것이 본 발명의 주요 요지이다. 도 7은 '스파이크'로 형성된 레이저 빔의 광 투과 방향을 따라 수치 계산된 강도 분포(26)를 도시한다. 이 '스파이크'는 광학 파괴를 일으키는 데 필요한 것이며, 즉 광학 손상 임계치보다 큰 워크피스의 벌크(bulk)에서 더 높은 플루언스(fluence)(파워 분포)에 도달하는 것이다. 이러한 파워 분포(power distribution)는 그 두께의 큰 부분을 따라 형성되어 기판 내부에 위치되고, 웨이퍼(2) 또는 시트를 더 작은 부분들로 절단하는데 사용된다.
가장 바람직한 실시예에서, '스파이크' 형상의 플루언스 분포는 종횡비가 50배이상, 즉 횡 방향과 비교하여 길이방향으로 50배 이상 더 크다.
도 8 및 9는 도 1에 도시된 특수 설계된 다중-초점 고 개구수 세그먼트 비구면 렌즈(1)를 통해 동시에 지향되는 상이한 발산을 갖는 2개의 레이저 빔으로 얻어진 실제 처리 결과를 도시한다.
도 8은 상이한 발산을 갖는 2개의 레이저 빔을 포커싱하는, 다중-초점 고 개구수 세그먼트 비구면 렌즈(1)로 워크피스를 가공한 후에 얻어진 표면 균열 크랙(18)을 갖는 워크피스 표면(20)을 도시한다.
도 9는 약 190㎛의 두께를 갖는 LiNbO3 웨이퍼의 파손된 가장자리상의 레이저 유도 손상 영역을 도시한다. 제1레이저 빔 경로는 손상 영역(27)의 탑(top) 60㎛이고, 제2레이저 빔 경로는 손상 영역(28)의 다음 100㎛ 범위로 표시된다. 이는 상세한 설명에서 더 설명되는 바와 같이, 상이한 발산을 갖는 몇몇 빔이 단일 다중-세그먼트 렌즈(1)와 동시에 초점이 맞춰지는 다른 바람직한 실시예의 양호한 예이다.
포커싱 요소(1)의 광축을 가로지르는 방향으로 워크피스의 병진과 동시에, 포커싱된 펄스 레이저 빔(13)을 통해 워크피스(2)에 조사하는 단계가 수행된다. 빔의 초점은 몇몇의 빔 수렴 구역(초점 스팟, 초점 포인트)이 워크피스의 벌크 내부에 형성되어 수렴 구역의 모양과 매우 비슷하거나 유사한 손상 구조를 만든다. 수렴 구역은 워크피스 재료의 손상 임계치(damage threshold)을 초과하는 공간 플루언스 분포(patial fluence distribution)가 도 2에 예시된 바와 같이 초점 포인트 구조의 형태의 방식으로 형성된다.
'손상'이란 용어는 이후의 절단 단계 동안 제어된 크랙(분리 경계를 따라) 포메이션(formation)을 생성할 수 있을 정도로 기계적 특성이 충분히 변경되는 재료의 모든 종류의 국소적인 변형을 의미한다. 변형 또는 손상 구조(국소적인 손상 구역, 영역)은 다광자 흡수 매커니즘에 의해 도입되며, 이는 워크피스 재료가 중심 파장에 부분적으로 또는 완전히 투명할 때 가능하고(재료 밴드갭은 단일 광자 에너지의 에너지를 초과하며, 바람직하게는 여러 번) 짧은 초단파 펄스 및 좁은 공간 응축(예:빔 포커싱)을 사용하여 충분한 광자 밀도를 얻을 수 있다. 워크피스 재료의 밴드 갭 에너지는 0.9eV를 초과하는 것이 바람직하다.
가공 방법은 파단/분리 라인으로 형성된 다수의 손상 구조(18)의 이격된 위치에서 샘플을 반복적으로 조사하는 단계를 더 포함한다. 이것은 바람직하게는 직선 병진 스테이지(17)의 동력화된 어셈블리상에 워크피스(2)를 장착하고 예정된 절단 라인을 따라 워크피스를 원하는 방향으로 병진시켜 절단면을 형성함으로써 달성된다. 포커싱 유닛 및 워크피스의 상대적 이동이 보장되는 한, 회전 스테이지(rotational stages), 겐트리 스테이지(a gantry stage), 동기화(mobilize)하도록 배치된 포커싱 유닛(focusing unit)을 포함하는 다른 병진 스테이지의 구성이 사용될 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다. 기계적으로 가공하기 어려운 0.9eV 이상의 밴드 갭을 갖는 웨이퍼 형상의 기판은 워크피스로 사용될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 포지셔닝 시스템은 곡면, 원형 또는 타원형 궤도, 즉 자유-형상 궤적으로 워크피스(또는 포커싱 요소)를 병진시키도록 배열된다. 결과적으로 다양한 2D 구조는 하나의 재료 시트(a sheet of material)로부터 절단될 수 있다. 이는 화학적으로 강화된 유리를 포함하여 유리 또는 세라믹과 같은 비정질 또는 다결정 재료 가공에 특히 적합하다.
가장 바람직한 실시예에서, 가공 단계는 바람직하게는 원형-타원형 가우시안 강도 분포(Gaussian intensity distribution)의 빔을 생성하는 펄스 레이저 빔(13) 소스(14)을 사용하고, 도 3에 도시된 바와 같이 빔 포커싱 요소(1), 빔 쉐이핑 유닛(15), 빔 포커싱 요소(1) 또는 워크피스(2) 사이의 거리를 안정화시키는 수단을 포함하는 빔 쉐이핑 및 포커싱 유닛(1, 15, 16), 자동화된 병진 스테이지 어셈블리(translation stage assembly)와 같은 워크피스(2)를 유지 및 병진시키는 수단(17)이 수행된다. 상기 펄스 레이저 빔 소스(14)는 바람직하게는 일정한 편광의 연속적인 레이저 펄스를 안정적으로 생성할 수 있고 100 내지 1500 fs 범위로 설정된 펄스 지속 시간을 갖는 잘 정의된 시간 엔벌로프(envelope), 바람직하게는 가우시안 500nm 내지 2000nm의 범위로 설정된 중심 파장, 10kHz 내지 2MHz의 범위에서 설정된 주파수 및 쉐이핑 및 포커싱 유닛(1, 15, 16) 뒤의 펄스를 펄스 에너지로 허용하기에 충분한 1 내지 100 μJ 범위이다. 빔 쉐이핑 광학기(15)는 바람직하게는 예를 들어 Keplerian 또는 Galilean 망원경 유형의 빔 익스팬더 또는 빔의 적절한 폭 및 발산을 달성하기 위해 필요한 기타 구성 요소(3)로 구성된다. 빔 포커싱 유닛은 바람직하게는 다중-세그먼트 렌즈(1) 및 렌즈와 워크피스 사이의 사전 설정된 거리를 유지하는 수단, 예를 들어, 상기 포커싱 요소(16)의 작동 거리에서 상기 빔 포커싱 유닛(1, 15, 16)과 상기 워크피스(2) 사이의 거리를 유지하는 압전 나노 위치기(piezoelectric nanopositioner) 또는 병진 속도 300m/s에서 약 2 μm까지의 오차가 발생하는 전동 선형 병진 스테이지(16)를 포함한다. 빔 포커싱 요소(1)는 빔이 워크피스의 여러 개의 벌크로 집중되어 초점(focal point)을 달성(워크피스의 손상 임계치를 초과하는 플루언스의 공간분포)할 수 있도록 배치되며, 도2 에 도시된 바와 같이, 다중 초점들의 형상과 동등 및/또는 공간적으로 높은 강도 분포를 갖는다. 생성된 손상 구조(18)는 또한 필요한 경우 워크피스의 제1표면(19)으로부터 벌크로 연장되도록 제조될 수 있으며, 상기 표면(19)에서 제거(ablation)(제거에 의해 피트(20)를 생성시킴)를 유도함으로써 달성될 수 있다.
빔 포커싱 요소(1)의 개구수는 바람직하게는 높지만 (NA > 0.7), 다른 실시예에서는 NA가 0.5 내지 0.9의 범위에서 선택될 수 있는데, 이는 렌즈 디자인이 다른 곡률 반경을 갖는 렌즈의 다른 세그먼트를 형성하여 몇 개의 초점을 생성하고, 바람직하게는 하나의 세그먼트가 하나의 초점을 생성하는데 사용된다. 상기 수렴 영역(convergence zone)의 예시적인 광선 추적 이미지는 도 2에 도시된다.
또 다른 실시예에서, 빔 포커싱 요소(1)는 빔의 다중-포인트 초점 스팟을 형성하도록 배열된 다중-세그먼트 렌즈(도1 참조)일 수 있다. 렌즈의 오목면은 상이한 곡률 반경을 가지며 상이한 초점 길이를 특징으로 하는 2이상의 세그먼트를 포함한다. 세그먼트는 서로 원활하게 전환되어 초점 스팟을 점차적으로 전환시켜 더 높은 플루언스 영역(fluence zones)과 함께 '스파이크' 모양의 초점을 형성한다. 입사 레이저 빔은 바람직하게는 빔 단면이 렌즈 개구의 90%이상을 채우고 그러한 렌즈가 동시에 다중 초점을 생성하도록 확장된다(도2 참조). 가장 바람직할 실시예에서, 빔은 1/e2 레벨에서의 가우시안 빔 강도가 다중-세그먼트 렌즈(1)의 클리어 애퍼처(clear aperture)의 원주에 가깝도록 렌즈에 맞추어야 한다.
바람직하게는, 표면상에 전달되는 각각의 레이저 펄스 사이의 거리는 0.1 μm 내지 10 μm의 범위일 수 있고 자동화된 병진 스테이지 조립체(17)의 병진 속도, 또는 레이저 펄스 반복 속도 또는 양쪽 모두를 변경함으로써 조정될 수 있다. 절단/파단(18) 평면은 자동화된 병진 스테이지 조립체(17)의 직선 운동에 의해 형성된다. 하나의 절단 라인에 대한 패스 수(반복된 병진)는 최대 2 여야 하지만, 이에 제한되지 않는다. 이 경우, 타이트한(tight) 포커싱 및 다중 초점 포인트 형성이 관련되어 있으며 다중-세그먼트 렌즈 파라미터, 렌즈 재료의 광학 특성 또는 입사 빔의 특성을 조작함으로써 제어될 수 있다.
렌즈 디자인의 목적은 두께, 밴드-갭 에너지, 흡수, 굴절률 등과 같은 워크피스 파라미터에 달려있을 수 있다. 렌즈 디자인은 다중 초점 사이의 우수한 플루언스 분포를 목표로 가우시안 또는 탑-햇(top-hat) 빔에 맞게 조정될 수 있다. 렌즈의 세그먼트(1)는 사이즈 또는 표면적이 변할 수 있다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 다중 초점 배열을 생산하고 가공 속도를 증가시키거나 더 두꺼운 웨이퍼를 가공하기 위한 가공 시스템을 조정하기 위해, 상이한 발산을 갖는 최대 4개의 일치하는 레이저 빔들을 동시에 초점을 맞추기 위한 동일한 빔 포커싱 요소(1)를 사용한다.
전술한 실시예로는 레이저 빔(13)을 다수의 요소로 분리하는 수단을 포함하는 광학 시스템이며, 예를 들어, 편광이 다르거나 제 시간에 성분들을 지연시킴으로써 분리되거나 공간적으로 분리될 수 있다. 복굴절 디바이스, 빔 스플레터, 평광기, 프리즘 또는 기타 광학 요소를 사용하여 다수의 요소로 레이저 빔 분리를 할 수 있다. 또한, 전술한 입사 빔 수렴을 변화시키는 수단을 적용하여 각각의 광학 경로에서 빔의 파라미터를 개별적으로 조정할 수 있다. 결과적으로, 다수의 레이저 빔이 형성되고 집중되어 다수의 수렴 영역이 형성되어 재료 내의 여러 개의 좁은 손상 구조가 생성되거나 더 균일하게 분포된 플루언스가 생성된다. 따라서, 전체 가공 속도가 증가되거나 높은 정밀도가 달성된다. 도 4는 빔 분할 어셈블리(beam splitting assembly)의 가능한 변형 예 중 하나를 도시한다. 다른 변형은 주로 빔 쉐이핑 요소의 배치가 다를 수 있다. 완전한 빔 쉐이핑 요소 세트(23)는 각각의 광학 경로에 배치될 수 있다(도4에 도시된 바와 같이); 다른 실시예에서, 발산 컨트롤 유닛(즉, 망원경) 2세트는 각각의 광학 경로에 개별적으로 배치될 수 있지만, 포커싱 요소(10) 이전에 빔 쉐이퍼(즉, 렌즈 그룹)이 공통 광학 경로에 배치된다; 다른 실시예에서, 발산 컨트롤 유닛(즉, 망원경) 2세트는 각각 광학 경로에 개별적으로 배치될 수 있지만, 빔 쉐이퍼(즉, 렌즈 그룹)은 제1빔 스플리터(22) 이전에 공통 광학 경로에 배치된다.
또 다른 실시예에서, 빔 포커싱 유닛을 통해 집속된 펄스 레이저 빔을 워크피스(2)에 조사하는 단계 동안, 빔 포커싱 유닛은 적어도 하나의 회절 요소를 포함하도록 배열되고, 빔 쉐이핑 광학을 증대시키거나 교체하며, 빔 포커싱 요소(1)를 통과한 후에 다중 초점이 생성되는 방식으로 입사 빔을 생성한다.
또 다른 실시예에서, 빔 쉐이핑 및 포커싱 유닛(1, 15, 16)을 통해 포커싱된 펄스 레이저 빔을 워크피스(2)에 조사하는 단계 동안, 빔 쉐이핑 요소는 입사 빔이 다중-세그먼트 렌즈(1)를 통과한 후에 다중 초점 강도 분포가 생성되는 방식으로 입사 빔을 형성하는 적어도 하나의 어댑티브 광학 맴버(adaptive optics member)가 배치된다. 이를 통해 보다 다양한 입사 광선(또는 특이하고 상이하게 변조된 광선)을 사용하거나 변동하는 처리 파라미터에 대한 보상을 허용한다. 빔 쉐이핑 맴버(23)는 변형 가능한 거울(Deformable Mirrors), 압전 변형 가능한 거울(Piezoelectric Deformable Mirrors) 또는 유사물에 기초될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 집속된 펄스 레이저 빔을 빔 포커싱 유닛을 통해 워크피스에 조사하는 단계 동안, 전술한 실시예에 따르면 어댑티브 광합 맴버는 액정 광 변조기(Liquid Crystal Light Modulator) 또는 마이크로-미러 매트릭스(micro-mirror matrix)와 같은 적어도 하나의 위상 및/또는 진폭 변조 맴버로 대체될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 전술한 실시예에 따르면 빔 포커싱 유닛(1, 15, 16)을 통해 집속된 펄스 레이저 빔을 워크피스(2)에 조사하는 단계 동안, 어댑티브 광합 맴버는 적어도 플랫-탑 빔 쉐이핑 회절 광학 요소와 같은 하나의 패시브 회절 빔 변조 요소(passive diffractive beam modulating element), 수차(aberration) 또는 비점 수차 보정(astigmatism correction)을 위한 회절 광학 요소를 포함한다. 패시브 회절 요소는 이러한 요소로 변조된 빔이 다중 초점 강도 분포를 달성하는 빔 포커싱 요소(1)에 포커싱될 수 있는 방식으로 당업자에 의해 선택된다. 상기 요소는 빔 포커싱 요소(1) 이후의 광학 경로에 배치될 수 다는 점에 유의해야 한다.
다른 실시예에서, 바람직하게는 다중-세그컨트 렌즈(1)인 빔 포커싱 요소는 도 2에 도시된 바와 같은 방식으로 빔의 초점을 조작하는데 사용된다. 다중-세그먼트 렌즈(1)에 의해 영향을 받는 빔의 세그먼트는 워크피스의 표면(19)에 부딪쳐 약간 굴절하며 그러한 방식으로 포커싱한다: (8)은 세그먼트(7)를 통해 전파하는 빔이 초점을 맞추는 다중-세그먼트 렌즈(1)의 광학 축에 수직인 평면이다. 따라서, (9)는 세그먼트(6)의 초점면이고, (10)은 세그먼트(5)의 초점면이며, (11)은 세그먼트(4)의 초점면이고 (2)는 세그먼트(3)의 초점면이다.
본 발명을 보다 잘 나타내기 위해, 다음의 예가 제공된다. 이하에서 개시된 실시예 및 파라미터는 본 발명을 보다 잘 이해할 수 있도록 제공되며, 발명의 범위를 제한하지 않는다. 이러한 파라미터는 광범위한 간격으로 변경하여 유사하거나 다른 결과를 재현할 수 있으나, 다이싱 가공의 주요 컨셉은 동일하게 유지된다.
예 1
워크피스 재료는 LiNbO3이다. 워크피스는 두께가 약 190 μm인 기판(슬래브) 형태이다. 레이저 소스는 100kHz의 출력 주파수로 설정되는 출력 방사 파장 1030nm, 펄스 폭 5 ps (반치폭/1.41)을 갖는 펨토초(femtosecond) 레이저이다. 포커싱 유닛은 빔 포커싱 요소로서, ~0.8 NA 다중-포커스 세그먼트형 비구면 렌즈로 구성된다. 서로 다른 발산으로 설정된 두 개의 레이저 빔이 포커싱 요소를 통해 전달된다. 빔 포커싱 유닛 후의 펄스 에너지는 각각 3 μJ 및 5 μJ로 선택되고, 제1 및 제2 빔의 응축 영역은 각각 웨이퍼의 제1표면 아래 20 μm 및 80 μm에서 형성된다. 절단 방향을 따라 손상 구조 사이의 거리는 3 μm이다. 처리 속도, 특히 선형 변환 스테이지의 변환 속도는 300 mm/s 이다. 가공 및 파단/다이싱 후의 결과는 도 9에 도시된다.

Claims (20)

  1. 기판 절단(cleaving) 또는 다이싱(dicing)을 위한 레이저 가공 방법(laser processing method )에 있어서,
    - 펄스 레이저 빔(pulsed laser beam)을 제공하는 단계,
    - 포커싱 요소(focussing element)에 의해 상기 레이저 빔을 포커싱(focussing) 하는 단계,
    - 상기 포커싱 된 펄스 레이저 빔으로 워크피스(workpiece)를 조사하는 단계,
    - 절단면(cleaving plane)을 생성하기 위해 일련의 손상 영역(damage zones )을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 워크피스 재료는 레이저 방사선(laser radiation)에 대해 투과성(transparent)이고 상기 레이저의 광자 에너지를 초과하는 밴드 갭 에너지(band gap energy)를 특징으로 하는 상기 레이저 빔을 포커싱하는 단계는 다중-세그먼트 렌즈(multi-segment lens)의 사용을 포함하고,
    상기 렌즈의 표면 중 적어도 하나는 상이한 곡률 반경을 갖는 세그먼트들(segments)을 포함하고, 각각의 표면 세그먼트는 상이한 초점 길이(focal length)를 가지며,
    상기 세그먼트들의 상기 상이한 초점 길이들은 간섭 '스파이크'-형태의(interference 'spike'-shaped) 초점 강도 분포(focal intensity distribution)로 변환되는 다수의 공간적으로 분리된 초점들(focal points)을 생성하는데 사용되는 것을 특징으로 하는,
    기판 절단(cleaving) 또는 다이싱(dicing)을 위한 레이저 가공 방법
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판 재료는 탄화규소(silicon carbide), 질화 갈륨(gallium nitride), 사파이어(sapphire), 다이아몬드(diamond), 니오브산리튬(lithium niobate), 유리 또는 유사물과 같이, 단단하고 깨지기 쉬운 재료 또는 밴드 갭이 0.9 eV를 초과하는 유리인 웨이퍼 형 기판(wafer shaped substrate)인 것을 특징으로 하는,
    기판 절단(cleaving) 또는 다이싱(dicing)을 위한 레이저 가공 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 레이저 빔 포커싱 요소(laser beam focusing element)의 상기 세그먼트들은 축 방향으로 대칭이고 동심(concentrically)으로 정렬되는 것을 특징으로 하는,
    기판 절단(cleaving) 또는 다이싱(dicing)을 위한 레이저 가공 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 렌즈의 상기 세그먼트들은 비구면 특성(aspheric nature)을 가지며 상기 초점들(focal points)에서의 구면 수차(spherical aberrations)를 최소화하도록 배치되는 것을 특징으로 하는,
    기판 절단(cleaving) 또는 다이싱(dicing)을 위한 레이저 가공 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 포커싱 요소(focusing element)는 상이한 곡률 반경을 갖는 2 이상의 세그먼트들을 갖는 것을 특징으로 하는,
    기판 절단(cleaving) 또는 다이싱(dicing)을 위한 레이저 가공 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세그먼트들의 치수들(dimensions)은 에너지가 가우시안 에너지 분포 단면(Gaussian energy distribution cross-section)을 갖는 빔에 대한 초점들(foci) 사이에 동일하게 분배되는 방식으로 선택되는 것을 특징으로 하는,
    기판 절단(cleaving) 또는 다이싱(dicing)을 위한 레이저 가공 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 초점들 사이의 거리 및 에너지 분포는 광 투과 방향을 따라 간섭 강도 분포(interference intensity distribution)의 포메이션을 결정하고, 특정 길이의 '스파이크'-형상의 플루언스 분포(‘spike'-shape fluence distribution)와 유사하며, 이 분포는 절단되거나(cleaved) 다이싱되는(diced) 기판 안으로 깊게 확장되는 것을 특징으로 하는,
    기판 절단(cleaving) 또는 다이싱(dicing)을 위한 레이저 가공 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 '스파이크'-형상의 플루언스 분포는 종횡비가 50배 이상인 것을 특징으로 하는,
    기판 절단(cleaving) 또는 다이싱(dicing)을 위한 레이저 가공 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 빔 포커싱 요소(beam focusing element)는 상기 포커싱 요소를 타격하는 횡 방향 빔 요소들이 서로 대략 동일한 거리를 갖는 초점들(focal points)로 포커스되는 방식으로 상기 레이저 빔을 포커스하는 것을 특징으로 하는,
    기판 절단(cleaving) 또는 다이싱(dicing)을 위한 레이저 가공 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 빔은 상기 입사 빔을 적어도 2 개의 광학 경로들로 분할하고 각각의 광학 경로에서 개별적으로 발생을 제어하도록 구성된 상기 빔 쉐이핑 유닛(beam shaping unit)에 의해 영향을 받고, 상기 빔 쉐이핑 유닛은 상기 적어도 2개의 광학 경로를 하나의 광학 경로로 연결하는 것을 특징으로 하는,
    기판 절단(cleaving) 또는 다이싱(dicing)을 위한 레이저 가공 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 일련의 손상 영역을 형성하는 단계는 상기 워크피스를 상대적으로 상기 포커스된 레이저 빔(focused laser beam)으로 병진시켜(translating) 커팅 라인(cutting line)을 생성하고 상기 워크피스가 바람직한 크기의 조각으로 절단될 때까지 상기 공정을 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    기판 절단(cleaving) 또는 다이싱(dicing)을 위한 레이저 가공 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 단계는 미리 결정된 궤적으로 수행되며, 직선 및/또는 곡면 및/또는 원형 부분을 포함하는 인접한 손상된 구조체(damaged structures) 사이에서 0.1 내지 10 μm의 거리를 두는 것을 특징으로 하는,
    기판 절단(cleaving) 또는 다이싱(dicing)을 위한 레이저 가공 방법.
  13. 펄스 레이저 소스(pulsed laser source), 포커싱 요소(focusing element) 및 웨이퍼 포지셔닝(wafer positioning)을 위한 포지셔닝 결정 시스템(actuated positioning system)을 포함하는 웨이퍼 커팅(wafer cutting) 또는 스크라이빙(scribing) 또는 다이싱(dicing) 또는 절단(cleaving)을 위해 배치된 레이저 가공 시스템에 있어서,
    상기 포커싱 요소는 적어도 하나의 다중-세그먼트 광학 표면(multi-segment optical surface)을 포함하고, 상이한 세그먼트들은 상기 광학 축상의 공간적으로 분리된 초점들에서 상기 레이저 빔을 포커스 하도록 구성되는 것을 특징으로 하는,
    레이저 가공 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    워크피스 표면들(workpiece surfaces) 중 적어도 하나에 대해 상기 초점 그룹들의(group of focal points) 고정된 상대 위치를 유지하도록 구성된 포지셔닝 스테이지(positioning stage)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    레이저 가공 시스템.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    입사 빔을 2개 이상의 광 경로들(optical paths)로 분리하고 각각의 광 경로에서 발산을 개별적으로 제어하도록 구성된 빔 쉐이핑 유닛(beam shaping unit)을 더 포함하고, 상기 빔 쉐이핑 유닛은 상기 2개 이상의 광 경로들로부터 빔을 단일 광 경로로 결합하도록 구성되는 것을 특징으로 하는,
    레이저 가공 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 시스템은 상기 빔을 2개 내지 8개의 별개의 광 경로들로 분할하도록 구성되는 것을 특징으로 하는,
    레이저 가공 시스템.
  17. 제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    패시브 회절 소자(passive diffractive element), 위상(phase) 또는 진폭 변조 소자(amplitude modulating element), 복굴절 소자(birefringent element), 수차 보정 소자(aberration corrective elements), 플랫 탑 빔 쉐이핑 회절 소자(a flat top beam shaping diffractive element), 또는 임의의 다른 어댑티브 광학 소자(adaptive optics element) 중 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    레이저 가공 시스템.
  18. 제13항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 펄스 레이저 소스(the pulsed laser source)는 500 내지 2000 nm의 파장 범위에서 레이저 방사선(laser radiation)을 방출하도록 구성되거나 또는 표준 레이저 파장이 파라메트릭 광학 수단(means of parametric optics)에 의해 상기 범위에서 조정되는 것을 특징으로 하는,
    레이저 가공 시스템.
  19. 제13항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 펄스 레이저 소스는 10 kHz 내지 2 MHz 범위의 반복 속도에서 100 fs 내지 15000 fs의 범위의 지속 시간을 갖는 레이저 펄스를 방출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는,
    레이저 가공 시스템.
  20. 제13항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 펄스 레이저 소스는 1 내지 100 μJ 범위의 펄스 에너지를 갖는 레이저 펄스를 방출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는,
    레이저 가공 시스템.

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