KR20190093222A - 레이저 가공 장치에서 광학계의 수명을 연장하는 방법 및 시스템 - Google Patents

레이저 가공 장치에서 광학계의 수명을 연장하는 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

광학 구성요소의 수명을 연장하는 방법 및 장치가 개시된다. 레이저 에너지의 빔은 투과될 수 있는 스캔 렌즈와 교차하는 빔 경로를 따라 지향된다. 빔 경로는 스캔 렌즈에 의해 투과된 레이저 에너지로 작업물을 가공하기 위해 스캔 렌즈의 스캔 영역 내로 편향될 수 있다. 스캔 영역은 예를 들어, 작업물을 가공하는 동안 스캔 렌즈 내의 레이저 유도 손상을 지연시키거나 이를 회피하기 위해, 스캔 렌즈 내의 상이한 위치로 시프트될 수 있다.

Description

레이저 가공 장치에서 광학계의 수명을 연장하는 방법 및 시스템
연관된 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2016년 12월 30일에 출원된 미국가출원 제62/440,925호의 이익을 주장하며, 이는 그 전체가 본원에 참조로 통합된다.
I. 관련된 기술의 논의
레이저 가공 장치 내에서는, 미러(mirrors), 렌즈(예를 들어, 릴레이 렌즈, 스캔 렌즈 등), 빔 익스팬더(beam expander) 등과 같은 광학 구성요소가 레이저 에너지가 전파할 수 있는 빔 경로 내에 배열된다. 시간에 걸쳐, 빔 경로를 따라 전파되는 레이저 에너지는 광학 구성요소를 손상시킨다. 보통, 이 손상은 "레이저 유도 손상(laser-induced damage)"으로 지칭되며, 재료의 연화(material softening), 융해, 기화, 뒤틀림(warping), 피팅(pitting), 크래킹(cracking), 분쇄(shattering)로 나타날 수 있다.
일반적으로, 레이저 에너지의 입사 빔의 에너지 양(energy content)이 충분히 높은 것으로 가정하면, 레이저 유도 손상은 레이저 에너지의 열 흡수에 의해, 비선형 흡수(예를 들어, 다광자 흡수(multiphoton absorption), 애벌란시 이온화(avalanche ionization) 등)에 의해 또는 이의 조합으로 발생할 수 있다. 열 흡수는 통상적으로, 10 ms를 초과하는 펄스 지속기간을 갖는 연속파(CW) 방사 또는 레이저 펄스, 및 높은 펄스 반복률에서 생성된 레이저 펄스와 연관된다. 비선형 흡수는 초단(ultrashort) 펄스 지속기간(즉, 통상적으로 수십 ps 보다 짧은 지속기간)을 갖는 고강도 레이저 펄스의 사용으로 발생한다. 펄스 지속기간 및 펄스 반복률에 부가하여, 레이저 유도 손상은 또한, 레이저 에너지의 빔의 공간적인 강도 프로파일, 시간적인 펄스 프로파일 및 파장과 같은 하나 이상의 다른 인자에 의존할 수 있다.
전통적으로, 레이저 가공 장치 내에서 광학 구성요소에 대한 레이저 유도 손상은 임의의 손상된 광학 구성요소를 간단히 교체함으로써 다루어진다(addressed). 광학 구성요소가 교체되어야 할 때까지의 시간은 광학계 퍼징(optics purging) 및 파편(debris) 제거 기법을 이용함으로써 지연될 수 있지만, 광학 구성요소는 여전히 결국에는 교체되어야 할 것이다. 또한, 광학 구성요소, 특히 스캔 렌즈를 교체하는 것은 비용이 많이 든다.
일 실시예에서, 방법은: 레이저 에너지의 빔을 생성하는 것; 레이저 에너지의 빔을 스캔 렌즈와 교차하는 빔 경로를 따라 지향시키는 것(directing); 레이저 에너지의 빔을 스캔 렌즈를 통해 전파시키는 것; 스캔 렌즈를 통해 전파되는 레이저 에너지의 빔으로 제1 작업물을 가공하기 위해 빔 경로를 스캔 렌즈의 제1 영역 내로 편향시키는 것(deflecting); 및 빔 경로를 스캔 렌즈의 제1 영역 내로 편향시키는 것 이후에, 스캔 렌즈를 통해 전파되는 레이저 에너지의 빔으로 제2 작업물을 가공하기 위해 빔 경로를 스캔 렌즈의 제2 영역 내로 편향시키는 것을 포함하는 것으로 특징지어질 수 있다.
다른 실시예에서, 방법은: 레이저 에너지의 빔을 생성하는 것; 레이저 에너지의 빔을 스캔 렌즈와 교차하는 빔 경로를 따라 지향시키는 것; 레이저 에너지의 빔을 스캔 렌즈를 통해 전파시키는 것; 스캔 렌즈를 통해 전파되는 레이저 에너지의 빔으로 제1 작업물을 가공하기 위해 빔 경로를 스캔 렌즈의 제1 영역 내로 편향시키는 것; 및 빔 경로를 스캔 렌즈의 제1 영역 내로 편향시키는 것 이후에, 스캔 렌즈를 통해 전파되는 레이저 에너지의 빔으로 제1 작업물을 가공하기 위해 빔 경로를 스캔 렌즈의 제2 영역 내로 편향시키는 것을 포함하는 것으로 특징지어질 수 있다.
다른 실시예에서, 방법은: 레이저 에너지의 빔을 생성하는 것; 레이저 에너지의 빔을 스캔 렌즈와 교차하는 빔 경로를 따라 지향시키는 것; 레이저 에너지의 빔을 스캔 렌즈를 통해 전파시키는 것; 스캔 렌즈를 통해 전파되는 레이저 에너지의 빔으로 제1 작업물을 가공하기 위해 빔 경로를 스캔 렌즈의 스캔 영역 내로 편향시키는 것 - 스캔 영역은 스캔 렌즈의 제1 영역을 차지함(occupy) -; 및 빔 경로를 스캔 렌즈의 제1 영역 내로 편향시키는 것 이후에, 스캔 영역이 스캔 렌즈의 제2 영역을 차지하도록, 스캔 영역을 시프트 방향(shift direction)을 따라 시프트하는 것, 및 스캔 렌즈를 통해 전파되는 레이저 에너지의 빔으로 제1 작업물을 가공하기 위해 빔 경로를 스캔 렌즈의 제2 영역 내로 편향시키는 것을 포함하는 것으로 특징지어질 수 있다.
다른 실시예에서, 장치는: 레이저 에너지의 빔을 생성하도록 구성된 레이저원 - 레이저 에너지의 빔은 빔 경로를 따라 전파될 수 있음 -; 빔 경로 내에 배열된 스캔 렌즈; 빔 경로 내에 배열되고, 스캔 렌즈에 관하여 빔 경로를 편향시키도록 구성된 적어도 하나의 위치 지정기(positioner); 선택적으로(optionally), 작업물을 지지하고 스캔 렌즈에 관하여 작업물을 이동시키도록 구성된 적어도 하나의 위치 지정기; 및 적어도 하나의 위치 지정기에 통신 가능하게(communicatively) 연결된 제어기를 포함하는 것으로 특징지어질 수 있다. 제어기는: 적어도 하나의 위치 지정기가 응답하는 하나 이상의 제어 신호를 생성하도록 구성된 프로세서; 및 프로세서에 의해 액세스 가능한 컴퓨터 메모리 - 컴퓨터 메모리는 프로세서에 의해 실행될 때 장치가 위의 단락에서 예시적으로 서술된 방법을 수행하게 하는 명령어를 저장함 - 를 포함하는 것으로 특징지어질 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 작업물 가공 장치를 개략적으로 도시한다.
도 2는 일 실시예에 따른, 도 1에 도시된 장치에 포함된 스캔 렌즈의 전파 영역 내의 스캔 영역을 도시한다.
도 3은 일 실시예에 따른, 도 2에 도시된 전파 영역 내의 스캔 영역의 예시적인 배열을 도시한다.
도 4는 일 실시예에 따른, 도 2에 도시된 전파 영역 내의 스캔 영역의 예시적인 배열을 도시한다.
첨부 도면을 참조로 예시적인 실시예가 아래에서 설명된다. 달리 명시되지 않는 한, 도면에서, 구성요소, 피처(feature), 요소 등의 크기, 위치 등뿐만 아니라 이들 사이의 임의의 거리는 축적대로 도시된 것은 아니고 명료함을 위해 과장된다. 도면 전체에서, 유사한 부호는 유사한 요소를 지칭한다. 따라서, 동일하거나 유사한 부호는, 대응하는 도면에서 언급되거나 서술되지 않더라도, 다른 도면을 참조로 서술될 수 있다. 또한, 참조 부호로 표기되지 않은 요소도 다른 도면을 참조로 서술될 수 있다.
본원에서 사용되는 용어는 단지 특정한 예시적인 실시예를 설명하기 위한 것이며, 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 달리 정의되지 않는 한, 본원에 사용된 (기술적 및 과학적 용어를 포함하는) 모든 용어는 통상의 기술자에 의해 보통 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 사용된 단수형인 "하나의(a, an)" 및 "그(the)"는 문맥상 달리 명시하지 않는 한, 복수형도 포함하는 것으로 의도된다. "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"이란 용어는, 본 명세서에서 사용될 때, 명시된 피처, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 구성요소의 존재를 열거하지만, 하나 이상의 다른 피처, 정수, 단계, 동작, 요소, 구성요소 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 것이 이해되어야 한다. 달리 지정되지 않는 한, 값의 범위는, 언급될 때 범위의 상한 및 하한뿐만 아니라, 그 사이의 임의의 하위 범위를 모두 포함한다. 달리 지시되지 않는 한, "제1", 제2" 등과 같은 용어는 하나의 요소를 다른 요소와 구분하기 위해서만 사용된다. 예를 들어, 하나의 노드는 "제1 노드"로 칭할 수 있고, 유사하게 다른 노드는 "제2 노드"로 칭할 수 있으며 그 역으로도 가능하다.
달리 지시되지 않는 한, "약", "대략" 등이란 용어는 양, 크기, 제형(formulations), 파라미터 및 다른 수량과 특성이 정확하지 않고 정확할 필요도 없으나, 바람직한 경우, 반영 공차(reflecting tolerances), 변환 인자, 반올림, 측정 오차 등, 그리고 이 분야의 기술자에게 알려진 다른 인자에 대한 근사치이거나 및/또는 이보다 크거나 작을 수 있음을 의미한다. 아래의(below)", "아래쪽의(beneath)", "낮은(lower)", "위의(above)", 그리고 "높은(upper)" 등과 같은 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시된 바와 같이, 하나의 요소 또는 피처와 다른 요소 또는 피처의 관계를 서술하는 설명의 용이함을 위해 본원에서 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어가 도면에 도시된 배향에 부가하여 상이한 배향도 포괄할 수 있음이 인식되어야 한다. 예를 들어, 도면에서 객체가 회전되면, 다른 요소 또는 피처 "아래의" 또는 "아래쪽"으로 서술된 요소는 다른 요소 또는 피처의 "위"로 배향될 것이다. 따라서, "아래의"란 예시적인 용어는 위 및 아래의 배향 양자를 포괄할 수 있다. 객체는 다르게 배향될 수 있고(예를 들어, 90도 회전 또는 다른 배향), 본원에서 사용되는 공간적으로 상대적인 서술자는 그에 따라 해석될 수 있다.
본원에 사용된 섹션 제목은 오직 구조적인 목적이고, 달리 명시하지 않는 한, 서술되는 주제를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 개시의 사상 및 교시를 벗어나지 않고 다수의 상이한 형태, 실시예 및 조합이 가능할 수 있음이 인식될 것이고, 따라서 본 개시는 본원에 제시된 예시적인 실시예로 제한되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 오히려, 이들 예시 및 실시예는 본 개시가 철저하고 완전하며, 이 기술분야의 기술자에게 본 개시의 범위를 전달하도록 제공된다.
I. 개요
본원에 서술된 실시예는 일반적으로, 작업물을 레이저 가공(또는 더 간단하게 "가공)하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 일반적으로, 작업물이 형성되는 하나 이상의 재료의 특성 또는 특징(예를 들어, 화학적 조성, 원자 구조, 이온 구조, 분자 구조, 전자 구조, 미세 구조, 나노 구조, 밀도, 점도, 굴절률, 투자율, 비 유전율(relative permittivity), 텍스처(texture), 색상, 경도, 전자기 방사에 대한 투과율 등 또는 이들의 임의의 조합의 형태)을 가열, 융해, 기화, 삭마, 균열(crack), 변색, 광택 처리(polish), 거칠어지게 처리(roughen), 탄화, 발포처리(foam) 또는 다른 방식으로 변경하기 위한 가공은 레이저 방사로 작업물에 조사함으로써 그 전체가 또는 부분적으로 달성된다. 가공될 재료는 가공 전에 또는 그 동안 작업물의 외부에 있을 수 있거나, 또는 가공 이전에 또는 그 동안 작업물 내에(즉, 작업물의 외부에는 존재하지 않음) 완전히 위치될 수 있다.
개시된 레이저 가공 장치에 의해 수행될 수 있는 가공의 특정 예시는 비아 드릴링 또는 다른 홀 형성, 절단, 천공, 용접, 스크라이빙(scribing), 인그레이빙(engraving), 마킹(예를 들어, 표면 마킹, 하위 표면 마킹 등), 레이저 유도 순방향 전달(laser-induced forward transfer), 세척, 표백, 밝은 픽셀 교정(bright pixel repair)(예를 들어, 컬러 필터 암화(darkening), OLED 재료의 변경 등), 코팅 제거, 표면 텍스처링(texturing)(예를 들어, 거칠게 함, 매끄럽게 함(smoothing) 등) 등 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 따라서, 가공의 결과로서 작업물 상에 또는 그 내부에 형성될 수 있는 하나 이상의 피처는 개구부(openings), 슬롯, 비아 또는 다른 홀, 홈, 트렌치, 스크라이브 라인, 커프(kerfs), 리세스된 영역(recessed regions), 전도성 트레이스(conductive traces), 옴 접촉, 저항 패턴, 사람 또는 기계가 판독할 수 있는 표시(indicia)(예를 들어, 하나 이상의 시각적으로 또는 구조상으로 구분하는 특징을 갖는 작업물 내의 또는 그 상의 하나 이상의 영역으로 구성됨), 등 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 개구부, 슬롯, 비아, 홀 등과 같은 피처는 평면도로 볼 때 임의의 적합한 또는 바람직한 형태(예를 들어, 원형, 타원형, 정사각형, 직사각형, 삼각형, 환형 등 또는 이들의 임의의 조합)를 가질 수 있다. 또한, 개구부, 슬롯, 비아, 홀 등과 같은 피처는 (예를 들어, 소위 "관통 비아", "관통홀" 등을 형성하기 위해) 작업물을 완전히 관통하거나, 또는 (예를 들어, 소위 "블라인드 비아(blind vias)", "블라인드 홀" 등을 형성하기 위해) 작업물을 부분적으로만 관통하여 연장할 수 있다.
가공될 수 있는 작업물은 일반적으로 하나 이상의 금속, 폴리머, 세라믹, 조성물 또는 이들의 임의의 조합으로(예를 들어, 합금, 화합물, 혼합물, 용액, 조성물 등으로) 형성되는 것으로 특징지어질 수 있다. 가공될 수 있는 작업물의 특정 예시는 인쇄 회로 기판(PCB)의 패널(또한, 본원에서 "PCB 패널"로 지칭됨), PCB, 연성 인쇄 회로(FPC), 집적 회로(IC), IC 패키지(ICP), 발광 다이오드(LED), LED 패키지, 반도체 웨이퍼, 전자 또는 광학 디바이스 기판(예를 들어, Al2O3, AlN, BeO, Cu, GaAS, GaN, Ge, InP, Si, SiO2, SiC, Si1-xGex (여기서, 0.0001 < x < 0.9999) 등 또는 이들의 임의의 조합 또는 합금으로 형성된 기판), 리드 프레임, 리드 프레임 블랭크(blanks), 플라스틱, 비강화 유리(unstrengthened glass), 열 강화 유리, 화학 강화 유리(예를 들어, 이온 교환 공정을 통한), 석영, 사파이어, 플라스틱, 실리콘 등으로 형성된 물품, 전자 디스플레이의 구성요소(예를 들어, 그 위에 형성된 기판, TFT, 컬러 필터, 유기 LED(OLED) 어레이, 양자점 LED 어레이 등 또는 이들의 임의의 조합), 렌즈, 미러, 스크린 프로젝터, 터빈 블레이드(turbine blades), 파우더, 필름, 포일, 판(plates), 금형(예를 들어, 왁스 금형(wax molds), 사출성형 공정, 정밀 주조 공정을 위한 금형 등), 섬유(직물, 펠트(felted) 등), 외과용 기구, 의료용 삽입물(implants), 소비재 제품, 신발, 자전거, 차량, 차랑용 또는 항공 우주 산업용 부품(예를 들어, 프레임, 몸체 패널 등), 전기 기구(예를 들어, 전자레인지, 오븐, 냉장고 등), 디바이스 하우징(예를 들어, 시계용, 컴퓨터용, 스마트폰용, 태블릿 컴퓨터용, 웨어러블 전자 디바이스용 등 또는 이들의 임의의 조합)을 포함한다.
따라서, 가공될 수 있는 재료는 Al, Ag, Au, Cu, Fe, In, Mg, Pt, Sn, Ti 등과 같은 하나 이상의 금속 또는 이들의 임의의 조합(예를 들어, 합금, 조성물 등), 전도성 금속 산화물(예를 들어, ITO 등), 투명한 전도성 폴리머, 세라믹, 왁스, 수지, 유전체(dielectric) 무기 재료(예를 들어, 산화규소, 질화규소, 산질화규소 등 또는 이들의 임의의 조합과 같은 층간 유전체 구조로 사용됨), 로우-k(low-k) 유전체 재료(예를 들어, 메틸 실세스퀴옥산(MSQ), 하이드로겐 실세스뷔옥산(HSQ), 플루오르화 테트라에틸 오소실리케이트(FTEOS) 등 또는 이들의 임의의 조합), 유전체 유기 재료(예를 들어, (도우(Dow) 사에서 제조된) SILK, 벤조시클로부텐, 노틸러스(Nautilus), (듀퐁(DuPont) 사에서 제조된) 폴리플루오로테트라에틸렌, (얼라이드 케미컬(Allied Chemical) 사에서 제조된) FLARE 등 또는 이들의 임의의 조합), 유리 섬유, 폴리머 재료(폴리아미드, 폴리이미드, 폴리에스테르, 폴리아세탈, 폴리카보네이트, 변성 폴리페닐렌 에테르, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리에테르 술폰, 폴리에테르 이미드, 폴리에테르 에테르 케톤, 액정 폴리머, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌 및 이들의 임의의 화합물, 조성물 또는 합금), 가죽, 종이, 강화(build-up) 재료(예를 들어, "ABF" 등으로 알려진 안지노모토(ANJINOMOTO) 강화 필름 등), 유리 보강된 에폭시 라미네이트(예를 들어, FR4), 프리프레그(prepregs), 솔더 저항 등 또는 이들의 임의의 조성물, 라미네이트 또는 다른 조합을 포함한다.
II. 시스템 - 개요
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 작업물 가공 장치를 개략적으로 도시한다.
도 1에 도시된 실시예를 참조하면, 작업물 가공 장치(100)는 레이저 펄스를 생성하는 레이저원(104), 제1 위치 지정기(106), 제2 위치 지정기(108), 제3 위치 지정기(110), 스캔 렌즈(112) 및 제어기(114)를 포함한다.
다음의 서술로부터, 장치(100)가 제2 위치 지정기(108), 제3 위치 지정기(110) 또는 그 조합을 포함하는 경우, 제1 위치 지정기(106)는 선택적으로 포함된다는 것(즉, 장치(100)는 제1 위치 지정기(106)를 포함할 필요가 없음)이 인식되어야 한다. 마찬가지로, 장치(100)가 제1 위치 지정기(106), 제3 위치 지정기(110) 또는 그 조합을 포함하는 경우, 제2 위치 지정기(108)는 선택적으로 포함된다는 것(즉, 장치(100)는 제2 위치 지정기(108)를 포함할 필요가 없음)이 인식되어야 한다. 마지막으로, 장치(100)가 제1 위치 지정기(106), 제2 위치 지정기(108) 또는 그 조합을 포함하는 경우, 제3 위치 지정기(110)는 선택적으로 포함된다는 것(즉, 장치(100)는 제3 위치 지정기(110)를 포함할 필요가 없음)이 인식되어야 한다.
도시되진 않았지만, 장치(100)는 레이저원(104)에 의해 생성된 레이저 펄스를 하나 이상의 빔 경로(예를 들어, 빔 경로(116))를 따라 스캔 렌즈(112)로 집속, 확장, 시준(collimate), 성형(shape), 편광, 필터링, 분할, 결합, 크롭(crop), 또는 다른 방식으로 변경, 조절(condition), 지향, 모니터 또는 측정하기 위해, 하나 이상의 광학 구성요소(예를 들어, 빔 익스팬더, 빔 성형기(shapers), 개구, 필터, 시준기, 렌즈, 미러, 편광기, 파장판, 회절 광학 요소, 굴절 광학 요소 등 또는 이들의 임의의 조합)을 또한 포함한다. 전술한 구성요소 중 하나 이상이 제공될 수 있거나, 장치(100)가 미국특허 제4,912,487호, 제5,633,747호, 제5,638,267호, 제5,751,585호, 제5,847,960호, 제5,917,300호, 제6,314,473호, 제6,430,465호, 제6,700,600호, 제6,706,998호, 제6,706,999호, 제6,816,294호, 제6,947,454호, 제7,019,891호, 제7,027,199호, 제7,133,182호, 제7,133,186호, 제7,133,187호, 제7,133,188호, 제7,245,412호, 제7,259,354호, 제7,611,745호, 제7,834,293호, 제8,026,158호, 제8,076,605호, 제8,158,493호, 제8,288,679호, 제8,404,998호, 제8,497,450호, 제8,648,277호, 제8,680,430호, 제8,847,113호, 제8,896,909호, 제8,928,853호, 제9,259,802호, 또는 전술한 미국특허출원공개번호 제2014/0026351호, 제2014/0197140호, 제2014/0263201호, 제2014/0263212호, 제2014/0263223호, 제2014/0312013호 또는 독일특허 제DE102013201968B4호 또는 국제특허출원공개번호 제WO2009/087392호, 또는 이들의 임의의 조합에 개시된 하나 이상의 추가적인 구성요소를 더 포함할 수 있음이 더 인식될 것이고, 이들 각 문헌은 본원에 그 전체가 참조로 통합된다.
스캔 렌즈(112)를 통해 투과된 레이저 펄스는 작업물(102)로 전달되도록 빔 축을 따라 전파된다. 작업물(102)로 전달된 레이저 펄스는 가우시안 타입의 공간적 강도 프로파일 또는 비 가우시안 타입의(즉, "성형된") 공간적 강도 프로파일(예를 들어, "톱햇(top-hat)" 공간적 강도 프로파일)을 갖는 것으로 특징지어질 수 있다. 공간적 강도 프로파일은 공간적 강도 프로파일의 타입에 관계없이, 빔 축(또는 빔 경로(116))을 따라 전파하는 레이저 펄스의 형태(즉, 단면 형태)로 더 특징지어질 수 있고, 이 형태는 원형, 타원형, 직사각형, 삼각형, 육각형, 링형 등이거나 임의의 형태일 수 있다. 본원에서 사용되는 "스폿 크기"란 용어는 빔 축이 전달된 레이저 펄스에 의해 적어도 부분적으로 가공될 작업물(102)의 영역(또한, "가공 스폿", "스폿 장소" 또는 더 간단하게는 "스폿"으로 지칭됨)을 횡단하는 장소에서 전달된 레이저 펄스의 직경 또는 최대 공간 폭을 지칭한다. 본원에서 논의의 목적으로, 스폿 크기는 빔 축으로부터 광 강도가 빔 축에서 광 강도의 적어도 1/e2까지 감소되는 지점까지의 방사 또는 횡단 거리로 측정된다. 일반적으로, 레이저 펄스의 스폿 크기는 빔 웨이스트에서 최소일 것이다.
전달된 레이저 펄스는 2 ㎛로부터 200 ㎛까지의 범위 내의 스폿 크기로 작업물(102)에 충돌하는 것으로 특징지어질 수 있다. 하지만, 스폿 크기는 2 ㎛보다 작거나, 200 ㎛ 보다 크게 만들어 질 수 있음이 인식될 것이다. 따라서, 작업물(102)로 전달되는 적어도 하나의 레이저 펄스는 2 ㎛, 3 ㎛, 5 ㎛, 7 ㎛, 10 ㎛, 15 ㎛, 30 ㎛, 35 ㎛, 40 ㎛, 45 ㎛, 50 ㎛, 55 ㎛, 80 ㎛, 100 ㎛, 150 ㎛, 200 ㎛ 등을 초과하거나, 이의 미만이거나, 또는 이에 동일하거나, 또는 이들 값 중 임의의 값 사이의 스폿 크기를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 작업물(102)로 전달되는 레이저 펄스는 25 ㎛로부터 60 ㎛까지의 범위 내의 스폿 크기를 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 작업물(102)로 전달된 레이저 펄스는 35 ㎛로부터 50 ㎛까지의 범위의 스폿 크기를 가질 수 있다.
A. 레이저원
일반적으로, 레이저원(104)은 레이저 펄스를 생성하도록 동작한다. 가령, 레이저원(104)은 펄스 레이저원, CW 레이저원, QCW 레이저원, 버스트 모드 레이저(burst mode laser) 등 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 레이저원(104)이 QCW 또는 CW 레이저원을 포함하는 경우, 레이저원(104)은 QCW 또는 CW 레이저원으로부터 출력된 레이저 방사의 빔을 시간적으로 변조하기 위한 펄스 게이팅(pulse gating) 유닛(예를 들어, 음향 광학(AO) 변조기(AOM), 빔 초퍼(beam chopper) 등)을 더 포함할 수 있다. 도시되진 않았지만, 장치(100)는 선택적으로, 레이저원(104)에 의해 출력된 광의 파장을 변환하도록 구성된 하나 이상의 고조파 생성 결정(harmonic generation crystals)(또한, "파장 변환 결정"으로 알려짐)을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 레이저원(104)은 QCW 레이저원 또는 CW 레이저원으로 제공되고, 펄스 게이팅 유닛을 포함하지 않을 수 있다. 따라서, 작업물(102)로 최종적으로 전달된 레이저 에너지(예를 들어, 일련의 레이저 펄스로, 또는 CW 빔 등으로 제공됨)는 전자기 스펙트럼의 자외선(UV), 가시광선(예를 들어, 자색, 청색, 녹색, 적색 등) 또는 적외선(IR) 범위, 또는 이들의 임의의 조합 중 하나 이상 내의 하나 이상의 파장을 갖는 것으로 특징지어질 수 있다. 전자기 스펙트럼의 UV 범위에서 레이저 광은 10 nm, 121 nm, 124 nm, 157 nm, 200 nm, 334 nm, 337 nm, 351 nm, 380 nm 등 또는 이들 값 중 임의의 것 사이와 같이, 10 nm(또는 그 즈음)로부터 385 nm(또는 그 즈음)까지의 범위 내의 하나 이상의 파장을 가질 수 있다. 전자기 스펙트럼의 가시광선의 녹색 범위에서 레이저 광은 511 nm, 515 nm, 530 nm, 532 nm, 543 nm, 568 nm 등 또는 이들 값 중 임의의 것 사이와 같이, 500 nm(또는 그 즈음)로부터 570 nm(또는 그 즈음)까지의 범위 내의 하나 이상의 파장을 가질 수 있다. 전자기 스펙트럼의 IR 범위에서 레이저 광은 700 nm 내지 1000 nm, 752.5 nm, 780 nm 내지 1060 nm, 799.3 nm, 980 nm, 1047 nm, 1053 nm, 1060 nm, 1064 nm, 1080 nm, 1090 nm, 1152 nm, 1150 nm 내지 1350 nm, 1540 nm, 2.6 ㎛ 내지 4 ㎛, 4.8 ㎛ 내지 8.3 ㎛, 9.4 ㎛, 10.6 ㎛ 등 또는 이들 값 중 임의의 것 사이와 같이, 750 nm(또는 그 즈음)로부터 15 ㎛(또는 그 즈음)까지의 범위 내의 하나 이상의 파장을 가질 수 있다.
레이저원(104)에 의해 출력되는 레이저 펄스는 10 fs로부터 900 ms까지의 범위 내에 있는 (즉, 펄스 대 시간에서 광 전력의 반치 전폭(full-width at half-maximum, FWHM)을 기초로 하는) 펄스 폭 또는 지속기간을 가질 수 있다. 하지만, 펄스 지속기간은 10 fs보다 짧거나 또는 900 ms보다 길 수 있음이 인식될 것이다. 따라서, 레이저원(104)에 의해 출력되는 적어도 하나의 레이저 펄스는 10 fs, 15 fs, 30 fs, 50 fs, 100 fs, 150 fs, 200 fs, 300 fs, 500 fs, 700 fs, 750 fs, 800 fs, 850 fs, 900 fs, 950 fs, 1 ps, 2 ps, 3 ps, 4 ps, 5 ps, 7 ps, 10 ps, 15 ps, 25 ps, 50 ps, 75 ps, 100 ps, 200 ps, 500 ps, 1 ns, 1.5 ns, 2 ns, 5 ns, 10 ns, 20 ns, 50 ns, 100 ns, 200 ns, 400 ns, 800 ns, 1000 ns, 2 ㎲, 5 ㎲, 10 ㎲, 50 ㎲, 100 ㎲, 300 ㎲, 500 ㎲, 900 ㎲, 1 ms, 2 ms, 5 ms, 10 ms, 20 ms, 50 ms, 100 ms, 300 ms, 500 ms, 900 ms, 1 s 등의 미만이거나, 이를 초과하거나, 또는 이에 동일하거나, 또는 이들 값 중 어느 것 사이의 펄스 지속기간을 가질 수 있다.
레이저원(104)에 의해 출력되는 레이저 펄스는 5 mW로부터 50 kW까지의 범위 내에 있는 평균 전력을 가질 수 있다. 하지만, 평균 전력은 5 mW보다 낮거나, 50 kW 보다 높게 생성될 수 있음이 인식될 것이다. 따라서, 레이저원(104)에 의해 출력되는 레이저 펄스는 5 mW, 10 mW, 15 mW, 20 mW, 25 mW, 50 mW, 75 mW, 100 mW, 300 mW, 500 mW, 800 mW, 1 W, 2 W, 3 W, 4 W, 5 W, 6 W, 7 W, 10 W, 15 W, 18 W, 25 W, 30 W, 50 W, 60 W, 100 W, 150 W, 200 W, 250 W, 500 W, 2 kW, 3 kW, 20 kW, 50 kW 등의 미만이거나, 이를 초과하거나, 또는 이에 동일하거나, 또는 이들 값 중 어느 것 사이의 평균 전력을 가질 수 있다.
레이저 펄스는 레이저원(104)에 의해 5 kHz로부터 1 GHz까지의 범위 내에 있는 펄스 반복률로 출력될 수 있다. 하지만, 펄스 반복률은 5 kHz 미만이거나, 또는 1 GHz를 초과할 수 있음이 인식될 것이다. 따라서, 레이저 펄스는 레이저원(104)에 의해, 5 kHz, 50 kHz, 100 kHz, 175 kHz, 225 kHz, 250 kHz, 275 kHz, 500 kHz, 800 kHz, 900 kHz, 1 MHz, 1.5 MHz, 1.8 MHz, 1.9 MHz, 2 MHz, 2.5 MHz, 3 MHz, 4 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 20 MHz, 50 MHz, 70 MHz, 100 MHz, 150 MHz, 200 MHz, 250 MHz, 300 MHz, 350 MHz, 500 MHz, 550 MHz, 700 MHz, 900 MHz, 2 GHz, 10 GHz 등의 미만이거나, 이를 초과하거나, 또는 이와 동일하거나, 또는 이들 값 중 어느 것 사이의 펄스 반복률로 출력될 수 있다.
파장, 펄스 지속기간, 평균 전력 및 펄스 반복률에 부가하여, 작업물(102)로 전달된 레이저 펄스는 (예를 들어, 하나 이상의 바람직한 특징을 갖는 하나 이상의 피처를 형성하기 위하여) 작업물(102)을 가공하는 데 충분한 (W/cm2로 측정되는) 광 강도와 (J/cm2로 측정되는) 플루엔스(fluence) 등으로 가공 스폿에서 작업물(102)에 방사하도록, (예를 들어, 선택적으로, 파장, 펄스 지속기간, 평균 전력 및 펄스 반복률 등과 같은 하나 이상의 다른 특징을 기초로) 선택될 수 있는 펄스 에너지, 피크 전력 등과 같은 하나 이상의 다른 특징에 의해 특징지어질 수 있다.
레이저의 타입의 예시는 레이저원(104)이 기체 레이저(예를 들어, 이산화탄소 레이저, 일산화탄소 레이저, 엑시머 레이저 등), 고체 상태 레이저(예를 들어, Nd:YAG 레이저 등), 로드(rod) 레이저, 파이버(fiber) 레이저, 광결정 로드/파이버 레이저(photonic crystal rod/fiber lasers), 수동형 모드 록 고체 상태 벌크 또는 파이버 레이저(passively mode-locked solid-state bulk or fiber lasers), 다이 레이저(dye lasers), 모드 록(mode-locked) 다이오드 레이저, 펄스 레이저(예를 들어, ms-, ns-, ps-, fs- 펄스 레이저), CW 레이저, QCW 레이저 등 또는 이들의 임의의 조합으로 특징지어질 수 있다. 그 구성에 의존하여, 기체 레이저(예를 들어, 이산화탄소 레이저 등)는 하나 이상의 모드에서(예를 들어, CW 모드, QCW 모드, 펄스 모드 또는 이들의 임의의 조합에서) 동작하도록 구성될 수 있다. 레이저원(104)으로 제공될 수 있는 레이저원의 특정 예시는: EOLITE사에서 제조된 BOREAS, HEGOA, SIROCCO 또는 CHINOOK 레이저 시리즈; PYROPHOTONICS사에서 제조된 PYROFLEX 레이저 시리즈; COHERENT사에서 제조된 레이저의 PALADIN Advanced 355 또는 DIAMOND 시리즈(예를 들어, DIAMOND E-, G-, J-2, J-3, J-5 시리즈); SYNRAD 사에서 제조된 PULSTAR 또는 FIRESTAR 시리즈 레이저; 모두 TRUMPF사에서 제조된 TRUFLOW 레이저 시리즈(예를 들어, TRUFLOW 2000, 2700, 3000, 3200, 3600, 4000, 5000, 6000, 7000, 8000, 10000, 12000, 15000, 20000), TRUCOAX 레이저 시리즈(예를 들어, TRUCOAX 1000) 또는 TRUDISK-, TRUPULSE-, TRUDIODE-, TRUFIBER-, 또는 TRUMICRO 레이저 시리즈; IMRA AMERICA사에서 제조된 FCPA μJEWEL 또는 FEMTOLITE 레이저 시리즈; AMPLITUDE SYSTEMES사에서 제조된 TANGERINE 및 SATSUMA 시리즈 레이저(및 MIKAN 및 T-PULSE 시리즈 발진기); IPG PHOTONICS사에서 제조된 CL-, CLPF-, CLPN-, CLPNT-, CLT-, ELM-, ELPF-, ELPN-, ELPP-, ELR-, ELS-, FLPN-, FLPNT-, FLT-, GLPF-, GLPN-, GLR-, HLPN-, HLPP-, RFL-, TLM-, TLPN-, TLR-, ULPN-, ULR-, VLM-, VLPN-, YLM-, YLPF-, YLPN-, YLPP-, YLR-, YLS-, FLPM-, FLPMT-, DLM-, BLM- 또는 DLR 레이저 시리즈(예를 들어, GPLN-100-M, GPLN-500-QCW, GPLN-500-M, GPLN-500-R, GPLN-2000-S 등을 포함) 등 또는 이들의 임의의 조합과 같은 하나 이상의 레이저원을 포함한다.
B. 제1 위치 지정기
제1 위치 지정기(106)는 빔 경로(116)에 배열되거나, 위치되거나 또는 다른 방식으로 배치되고, 레이저원(104)에 의해 생성된 레이저 펄스를 회절, 반사, 굴절 등 또는 이들의 임의의 조합으로 처리하도록(즉, 레이저 펄스를 "편향"시키도록) 동작하여, (예를 들어, 스캔 렌즈(112)에 관하여) 빔 경로(116)의 이동을 제공하고, 따라서, 작업물(102)에 상대적인 빔 축의 이동을 제공한다. 일반적으로, 제1 위치 지정기(106)는 X축 및 Y축(또는 방향)을 따라 작업물(102)에 관하여 빔 축의 이동을 제공하도록 구성된다. 도시되진 않았지만, X축(또는 X 방향)은 도시된 Y축 및 Z축(또는 방향)에 직교하는 축(또는 방향)을 지칭하는 것으로 이해될 것이다.
제1 위치 지정기(106)에 의해 제공된 작업물(102)에 관한 빔 축의 이동은 일반적으로, 가공 스폿이 X 및 Y 방향으로 0.01 mm 내지 4.0 mm 사이만큼 연장하는 제1 스캔 필드 또는 "제1 스캐닝 범위" 내에서 스캔되거나, 이동되거나, 또는 다른 방식으로 위치될 수 있도록 제한된다. 하지만, 제1 스캐닝 범위는 (예를 들어, 제1 위치 지정기(106)의 구성, 빔 경로(116)를 따른 제1 위치 지정기(106)의 장소, 제1 위치 지정기(106) 상에 입사하는 레이저 펄스의 빔 크기, 스폿 크기 등과 같은 하나 이상의 인자에 의존하여) X 또는 Y 방향 중 임의의 방향으로 0.01 mm 미만으로 또는 4.0 mm를 초과하여 연장할 수 있음이 인식될 것이다. 따라서, 제1 스캐닝 범위는 X 및 Y 방향 중 임의의 방향으로, 0.01 mm, 0.04 mm, 0.1 mm, 0.5 mm, 1.0 mm, 1.4 mm, 1.5 mm, 1.8 mm, 2 mm, 2.5 mm, 3.0 mm, 3.5 mm, 4.0 mm, 4.2 mm, 5 mm, 10 mm, 25 mm, 50 mm, 70 mm 등의 미만이거나, 이를 초과하거나 또는 이에 동일하거나 또는 이들 값 중 임의의 것 사이의 거리만큼 연장할 수 있다. 본원에서 사용되는 "빔 크기"란 용어는 레이저 펄스의 직경 또는 폭을 지칭하고, 빔 축으로부터 광 강도가 빔 경로(116)를 따른 전파 축에서 광 강도의 1/e2까지 감소되는 지점까지의 방사 또는 횡단 거리로서 측정될 수 있다. 따라서, 일부 실시예에서, (예를 들어, X 또는 Y 방향 또는 다른 방향으로의)제1 스캐닝 범위의 최대 치수는 작업물(102)에 형성될 피처(예를 들어, 개구부, 리세스(recess), 비아, 트렌치 등)의 (X-Y 평면에서 측정된) 대응하는 최대 치수 이상일 수 있다. 하지만, 다른 실시예에서, 제1 스캐닝 범위의 최대 치수는 형성될 피처의 최대 치수 미만일 수 있다.
일반적으로, 제1 위치 지정기(106)가 제1 스캐닝 범위 내의 임의의 장소에 가공 스폿을 위치시킬 수 있는(따라서 빔 축을 이동시킬 수 있는) 속도(또한, "위치 지정 속도"로 지칭됨)는 50 kHz(또는 그 즈음)로부터 250 MHz(또는 그 즈음)까지의 범위 내에 있다. 이 범위는 제1 위치 지정 대역폭으로도 지칭된다. 하지만, 제1 위치 지정 대역폭은 50 kHz 미만이거나 250 MHz를 초과할 수 있음이 인식될 것이다. 위치 지정 속도의 역은 본원에서 "위치 지정 기간(positioning period)"으로 지칭되고, 가공 스폿을 제1 스캐닝 범위 내의 일 장소로부터 제1 스캐닝 범위 내의 임의의 다른 장소로 변경하는 데 필요한 최소 시간량으로 지칭된다. 따라서, 제1 위치 지정기(106)는 20 ㎲(또는 그 즈음)로부터 0.004 ㎲(또는 그 즈음)까지의 범위 내에 있는 위치 지정 기간에 의해 특징지어질 수 있다. 일 실시예에서, 제1 위치 지정 대역폭은 100 kHz(또는 그 즈음)로부터 10 MHz(또는 그 즈음)까지의 범위 내에 있다. 예를 들어, 제1 위치 지정 대역폭은 2 MHz(또는 그 즈음), 1 MHz(또는 그 즈음) 등이다.
제1 위치 지정기(106)는 초소형 정밀 기계 시스템(micro-electro-mechanical-system, MEMS) 미러 또는 미러 어레이, 음향 광학(AO) 편향기(acousto-optic deflector, AOD) 시스템, 전자 광학 편향기(electro-optic deflector, EOD) 시스템, 압전 액추에이터, 전왜 액추에이터(electrostrictive actuator), 음성 코일 액추에이터, 검류계 미러 시스템, 회전하는 다각형 스캐너 등을 포함하는 고속 조향 미러(fast-steering mirror, FSM) 요소 등 또는 이들의 임의의 조합으로 제공될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 위치 지정기(106)는 적어도 하나의(예를 들어, 한 개의, 두 개의 등) 단일 요소(single-element) AOD 시스템, 적어도 하나의(예를 들어, 한 개의, 두 개의 등) 위상 어레이 AOD 시스템 등 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 AOD 시스템으로서 제공된다. AOD 시스템 양자는 결정질 Ge, PbMoO4, 또는 TeO2, 유리질 SiO2, 석영, As2S3 등과 같은 재료로 형성된 AO 셀을 포함한다. 본원에서 사용되는 "단일 요소" AOD 시스템은 AO 셀에 음향적으로 연결된 단일 초음파 변환기(ultrasonic transducer) 요소만을 갖는 AOD 시스템을 지칭하는 한편, "위상 어레이" AOD 시스템은 공통 AO 셀에 음향적으로 연결된 적어도 두 개의 초음파 변환기 요소의 위상 어레이를 포함한다.
통상의 기술자에 의해 인식되는 바와 같이, AO 기법(예를 들어, AODs, AOMs 등)은 AO 셀을 통해 동시에(contemporaneously) 전파하는 광파(optical wave)의 하나 이상의 특징(즉, 본 출원의 컨텍스트(context)에서의 레이저 에너지의 빔)을 변조하기 위해, AO 셀을 통해 전파하는 음향파에 의해 야기되는 회절 효과를 이용한다. 통상적으로, AO 셀은 동일한 영역에서 음향파와 광파 양자를 지원할 수 있다. 음향파는 AO 셀에서 굴절률에 섭동(perturbation)을 제공한다. 음향파는 통상적으로 하나 이상의 RF 주파수에서 초음파 변환기 요소를 구동시킴으로써 AO 셀로 가해진다(launched). 음향파의 특징(예를 들어, 진폭, 주파수, 위상 등)을 제어함으로써, 전파하는 광파의 하나 이상의 특징은 (예를 들어, 스캔 렌즈(112)에 상대적인) 빔 경로(116)의 이동을 제공하도록 제어 가능하게 변조될 수 있다. 또한, AO 셀에 가해지는 음향파의 특징은 AO 셀을 통과(transits)할 때 레이저 에너지의 빔에서 에너지를 감쇠시키기 위해 잘 알려진 기법을 이용하여 제어될 수 있다. 따라서, AOD 시스템은 또한, 작업물(102)로 최종적으로 전달된 레이저 펄스의 펄스 에너지(그리고, 그에 대응하여 플루엔스, 피크 전력, 광 강도, 평균 전력 등)를 변조하도록 동작될 수 있다.
AOD 시스템 중 어느 것이라도 빔 경로(116)를 편향시킴으로써, (예를 들어, 단일 방향을 따른 빔 축의 이동을 제공하도록 구성된) 단일 축 AOD 시스템으로서, 또는 (예를 들어, 다수의 방향 예를 들어, X 방향 및 Y 방향을 따른 빔 축의 이동을 제공하도록 구성된) 다중 축 AOD 시스템으로서 제공될 수 있다. 일반적으로, 다중 축 AOD 시스템은 다중 셀 시스템 또는 단일 셀 시스템으로 제공될 수 있다. 다중 셀, 다중 축 시스템은 통상적으로, 상이한 축을 따른 빔 축의 이동을 제공하도록 각각 구성된 다수의 AOD 시스템을 포함한다. 예를 들어, 다중 셀, 다중 축 시스템은 X 방향을 따른 빔 축의 이동을 제공하도록 구성된 제1 AOD 시스템(예를 들어, 단일 요소 또는 위상 어레이 AOD 시스템)(예를 들어, "X축 AOD 시스템"), 및 Y 방향을 따른 빔 축의 이동을 제공하도록 구성된 제2 AOD 시스템(예를 들어, 단일 요소 또는 위상 어레이 AOD 시스템)(예를 들어, "Y축 AOD 시스템")을 포함할 수 있다. 단일 셀, 다중 축 시스템(예를 들어, "X/Y 축 AOD 시스템")은 통상적으로, X 및 Y 방향을 따른 빔 축의 이동을 제공하도록 구성된 단일 AOD 시스템을 포함한다. 예를 들어, 단일 셀 시스템은 공통 AOD 셀의 상이한 평면, 면(facets), 측면(sides) 등에 음향적으로 연결된 적어도 두 개의 초음파 변환기 요소를 포함할 수 있다.
C. 제2 위치 지정기
제1 위치 지정기(106)와 유사하게, 제2 위치 지정기(108)는 빔 경로(116)에 배치되고, 스캔 렌즈(112)에 상대적인 빔 경로(116)의 이동을 통해 작업물(102)에 상대적인 (예를 들어, X 방향, Y 방향 또는 이들의 임의의 조합을 따른) 빔 축의 이동을 제공하기 위해, 레이저원(104)에 의해 생성되고 제1 위치 지정기(106)에 의해 통과된 레이저 펄스를 회절, 반사, 굴절 등 또는 이들의 임의의 조합으로 처리하도록 동작한다. 제2 위치 지정기(108)에 의해 제공된, 작업물(102)에 관한 빔 축의 이동은 일반적으로, 가공 스폿이 제2 스캔 필드 내에 또는, 제1 스캐닝 범위보다 큰 구역에 걸쳐, X 및/또는 Y 방향으로 연장하는 "스캐닝 범위" 내에서 스캔되거나, 이동되거나 또는 다른 방식으로 위치될 수 있도록 제한된다. 본원에 서술된 구성을 고려하여, 제1 위치 지정기(106)에 의해 제공된 빔 축의 이동은 제2 위치 지정기(108)에 의해 제공된 빔 축의 이동에 겹쳐질 수 있다는 점이 인식되어야 한다. 따라서, 제2 위치 지정기(108)는 제2 스캐닝 범위 내에서 제1 스캐닝 범위를 스캔하도록 동작한다.
일 실시예에서, 제2 스캐닝 범위는 X 및/또는 Y 방향으로 1 mm 내지 1.5 m 사이로 연장한다. 다른 실시예에서, 제2 스캐닝 범위는 X 및/또는 Y 방향으로 15 mm 내지 50 mm 사이로 연장한다. 하지만, 제2 위치 지정기(108)는 제2 스캐닝 범위가 X 또는 Y 방향 중 어느 방향으로 1 mm 미만 또는 1.5 m를 초과하여 연장하도록 구성될 수 있음이 인식될 것이다. 따라서, 일부 실시예에서, (예를 들어, X 또는 Y 방향 또는 다른 방향으로의)제2 스캐닝 범위의 최대 치수는 작업물(102)에 형성될 피처(예를 들어, 비아, 트렌치, 스크라이브 라인, 리세스된 영역, 전도성 트레이스 등)의 (X-Y 평면에서 측정된) 대응하는 최대 치수 이상일 수 있다. 하지만, 다른 실시예에서, 제2 스캐닝 범위의 최대 치수는 형성될 피처의 최대 치수 미만일 수 있다.
일반적으로, 제2 위치 지정기(108)가 가공 스폿을 제2 스캐닝 범위 내의 임의의 장소에 위치시킬 수 있는(따라서, 빔 축을 제2 스캐닝 범위 내로 이동시키거나 및/또는 제2 스캐닝 범위 내에서 제1 스캐닝 범위를 스캔할 수 있는) 위치 지정 속도(positioning rate)는 제1 위치 지정 대역폭 미만인 범위(또한, 본원에서 "제2 위치 지정 대역폭"으로 지칭됨)에 걸친다(spans). 일 실시예에서, 제2 위치 지정 대역폭은 900 Hz로부터 5 kHz까지의 범위 내에 있다. 다른 실시예에서, 제1 위치 지정 대역폭은 2 kHz로부터 3 kHz까지의 범위(예를 들어, 약 2.5 kHz)에 있다.
제2 위치 지정기(108)는 두 개의 검류계 미러 구성요소를 포함하는 검류계 미러 시스템으로서 제공될 수 있으며, 하나의 검류계 미러 구성요소(예를 들어, X축 검류계 미러 구성요소)는 작업물(102)에 관하여, X 방향을 따른 빔 축의 이동을 제공하도록 배열되고, 다른 검류계 미러 구성요소(예를 들어, Y축 검류계 미러 구성요소)는 작업물(102)에 관하여, Y 방향을 따른 빔 축의 이동을 제공하도록 배열된다. 하지만, 다른 실시예에서, 제2 위치 지정기(108)는 작업물(102)에 관하여, X 및 Y 방향을 따른 빔 축의 이동을 제공하도록 배열된 단일 검류계 미러 구성요소를 포함하는 검류계 미러 시스템으로서 제공될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 제2 위치 지정기(108)는 회전하는 다각형 미러 시스템 등으로서 제공될 수 있다. 따라서, 제2 위치 지정기(108) 및 제1 위치 지정기(106)의 특정 구성에 의존하여, 제2 위치 지정 대역폭은 제1 위치 지정 대역폭 이상일 수 있음이 인식될 것이다.
D. 제3 위치 지정기
제3 위치 지정기(110)는 스캔 렌즈(112)에 상대적인 작업물(102)의 이동, 따라서 빔 축에 관한 작업물(102)의 이동을 제공하도록 동작한다. 빔 축에 관한 작업물(102)의 이동은 일반적으로, 제3 스캔 필드 또는, 제2 스캐닝 범위를 초과하는 구역에 걸쳐 X 및/또는 Y 방향으로 연장하는 "스캐닝 범위" 내에서 스캔되거나, 이동되거나 또는 다른 방식으로 위치될 수 있도록 제한된다. 일 실시예에서, 제3 스캐닝 범위는 X 및/또는 Y 방향으로 25 mm 내지 2 m 사이로 연장한다. 다른 실시예에서, 제3 스캐닝 범위는 X 및/또는 Y 방향으로 0.5 m 내지 1.5 m 사이로 연장한다. 일반적으로, (예를 들어, X 또는 Y 방향 또는 다른 방향으로의) 제3 스캐닝 범위의 최대 치수는 작업물(102)에 형성될 임의의 피처의 (X-Y 평면에서 측정된) 대응하는 최대 치수 이상일 것이다. 선택적으로, 제3 위치 지정기(110)는 빔 축에 관하여 작업물(102)을 (예를 들어, 1 mm와 50 mm 사이의 범위에 걸쳐) Z 방향으로 연장하는 스캐닝 범위 내로 이동시키도록 구성될 수 있다. 따라서, 제3 스캐닝 범위는 X, Y 및/또는 Z 방향을 따라 연장할 수 있다.
본원에 서술된 구성을 고려하여, 제1 위치 지정기(106) 및/또는 제2 위치 지정기(108)에 의해 제공된 빔 축의 이동이 제3 위치 지정기(110)에 의해 제공된 작업물(102)의 이동에 의해 겹칠 수 있음이 인식되어야 한다. 따라서, 제3 위치 지정기(110)는 제3 스캐닝 범위 내에서 제1 스캐닝 범위 및/또는 제2 스캐닝 범위를 스캔하도록 동작한다. 일반적으로, 제3 위치 지정기(110)가 가공 스폿을 제3 스캐닝 범위 내의 임의의 장소에 위치시킬 수 있는(따라서, 작업물(102)을 이동시키거나, 제3 스캐닝 범위 내에서 제1 스캐닝 범위를 스캔하거나, 및/또는 제3 스캐닝 범위 내에서 제2 스캐닝 범위를 스캔할 수 있는) 위치 지정 속도는 제2 위치 지정 대역폭 미만인 범위(또한, 본원에서 "제3 위치 지정 대역폭"으로 지칭됨)에 걸친다. 일 실시예에서, 제3 위치 지정 대역폭은 10 Hz(또는 그 즈음) 이하의 범위 내에 있다.
일 실시예에서, 제3 위치 지정기(110)는 (예를 들어, 각각 X, Y 및/또는 Z 방향을 따라 작업물(102)에 대한 병진 이동(translational movement)을 제공할 수 있는) 하나 이상의 선형 스테이지, (예를 들어, 각각 X, Y 및/또는 Z 방향에 평행한 축에 대해 작업물(102)에 대한 회전 이동을 제공할 수 있는) 하나 이상의 회전형 스테이지 등 또는 이들의 임의의 조합으로서 제공된다. 일 실시예에서, 제3 위치 지정기(110)는 작업물(102)을 X 방향을 따라 이동시키는 X 스테이지, 및 X 스테이지에 의해 지지되고(따라서, X 스테이지에 의해 X 방향을 따라 이동 가능하고) 작업물(102)을 Y 방향을 따라 이동시키는 Y 스테이지를 포함한다. 도시되진 않았지만, 장치(100)는 제3 위치 지정기(110)를 지지하는 선택적인 베이스(예를 들어, 화강암 블록)을 또한, 포함할 수 있다.
도시되진 않았지만, 장치(100)는 작업물(102)이 기계적으로 클램핑되거나, 고정되거나, 유지되거나(held), 채워지거나(secured) 또는 다른 방식으로 지지될 수 있는, 제3 위치 지정기(110)에 연결된 선택적인 척(chuck)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 작업물(102)은 척의 통상적으로 편평한 주 지지 표면에 직접적으로 접촉하도록 클램핑되거나, 고정되거나, 유지되거나, 채워지거나 또는 다른 방식으로 지지될 수 있다. 다른 실시예에서, 작업물(102)은 척의 지지 표면으로부터 이격되도록 클램핑되거나, 고정되거나, 유지되거나, 채워지거나 또는 다른 방식으로 지지될 수 있다. 다른 실시예에서, 작업물(102)은 척으로부터 작업물(102)에 인가되거나, 또는 다른 방식으로 작업물(102)과 척 사이에 존재하는 힘(예를 들어, 정전기력, 진공력, 자기력)을 통해 고정되거나, 유지되거나 또는 채워질 수 있다.
따라서 앞서 서술된 바와 같이, 장치(100)는 제3 위치 지정기(110)를 통해 이동되는 작업물(102)에 관하여, 제1 위치 지정기(106), 제2 위치 지정기(108), 스캔 렌즈(112) 등과 같은 구성요소의 위치가 장치(100) 내에서 (예를 들어, 이 기술분야에서 알려진 바와 같이 하나 이상의 지지부, 프레임 등을 통해) 정적으로 유지되는 소위 "스택형(stacked)" 위치 지정 시스템을 이용한다. 다른 실시예에서, 제3 위치 지정기(110)는 제1 위치 지정기(106), 제2 위치 지정기(108), 스캔 렌즈(112) 등과 같은 하나 이상의 구성요소를 이동시키도록 배열되고 구성될 수 있고, 작업물(102)은 정적으로 유지될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 장치(100)는 제1 위치 지정기(106), 제2 위치 지정기(108), 스캔 렌즈(112) 등과 같은 하나 이상의 구성요소가 하나 이상의 선형 또는 회전형 스테이지에 의해 운반되고, 작업물(102)이 다른 하나 이상의 선형 또는 회전형 스테이지에 의해 운반되는 분할 축(split-axis) 위치 지정 시스템을 이용할 수 있다. 이러한 실시예에서, 제3 위치 지정기(110)는 제1 위치 지정기(106), 제2 위치 지정기(108), 스캔 렌즈(112) 등과 같은 하나 이상의 구성요소를 (예를 들어, X 방향으로) 이동시키도록 배열되고 구성된 하나 이상의 선형 또는 회전형 스테이지와, 작업물(102)을 (예를 들어, Y 방향으로) 이동시키도록 배열되고 구성된 하나 이상의 선형 또는 회전형 스테이지를 포함한다. 따라서, 제3 위치 지정기(110)는 예를 들어, (예를 들어, Y 방향을 따른) 작업물(102)의 이동을 제공하고, 제2 위치 지정기(108) 및 스캔 렌즈(112)의 이동을 제공할 수 있다. 장치(100)에 유익하게 또는 이롭게 이용될 수 있는 분할 축 위치 지정 시스템의 일부 예시는 미국특허번호 제5,751,585호, 제5,798,927호, 제5,847,960호, 제6,706,999호, 제7,605,343호, 제8,680,430호, 제8,847,113호 또는 미국특허출원 공개번호 제2014/0083983호 또는 이들의 임의의 조합에 개시된 어느 것이라도 포함하고, 각 특허문헌은 그 전체가 본원에 참조로 통합된다.
다른 실시예에서, 제1 위치 지정기(106), 제2 위치 지정기(108), 스캔 렌즈(112) 등과 같은 하나 이상의 구성요소는 관절이 있는(articulated) 다중 축 로봇암(예를 들어, 2-, 3-, 4-, 5-, 또는 6-축 암)에 의해 운반될 수 있다. 이러한 실시예에서, 제2 위치 지정기(108) 및/또는 스캔 렌즈(112)는 선택적으로, 로봇 암의 엔드 이펙터(end effector)에 의해 운반될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 작업물(102)은 관절이 있는 다중 축 로봇 암의 엔드 이펙터 상에 직접적으로(즉, 제3 위치 지정기(110) 없이) 운반될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 제3 위치 지정기(110)는 관절이 있는 다중 축 로봇 암의 엔드 이펙터 상에 운반될 수 있다.
E. 스캔 렌즈
스캔 렌즈(112)(예를 들어, 단순 렌즈(simple lens) 또는 복합 렌즈로 제공됨)는 통상적으로 바람직한 가공 스폿에 또는 그 근처에 위치될 수 있는 빔 웨이스트(beam waist)를 생성하기 위해, 일반적으로 빔 경로를 따라 지향된 레이저 펄스를 집속시키도록 구성된다. 스캔 렌즈(112)는 f-세타 렌즈(f-theta lens), 텔레센트릭 렌즈, 액시콘 렌즈(axicon lens)(이 경우, 일련의 빔 웨이스트가 생성되며, 빔 축을 따라 서로 이격된 복수의 가공 스폿들을 산출함) 등 또는 이들의 임의의 조합으로 제공될 수 있다. 일 실시예에서, 스캔 렌즈(112)는 고정된 초점 거리 렌즈로 제공되고, (예를 들어, 빔 축을 따라 빔 웨이스트의 위치를 변경하기 위해) 스캔 렌즈(112)를 이동시키도록 구성된 렌즈 액추에이터(미도시)에 연결된다. 예를 들어, 스캔 렌즈(112)를 Z 방향을 따라 선형으로 병진시키도록 구성된 렌즈 액추에이터는 음성 코일로서 제공될 수 있다. 이 경우, 스캔 렌즈(112)는 용융 실리카(fused silica), 광학 유리, 아연 셀렌화물(zinc selenide), 황화 아연(zinc sulfide), 게르마늄, 갈륨 비소(gallium arsenide), 플루오르화 마그네슘(magnesium fluoride) 등과 같은 재료로 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 스캔 렌즈(112)는 빔 웨이스트의 위치를 빔 축을 따라 변경하도록 (예를 들어, 렌즈 액추에이터를 통해) 작동될 수 있는 가변 초점 거리 렌즈(예를 들어, 줌 렌즈 또는 현재 COGNEX, VARIOPTIC사에 의해 제공되는 기법을 포함하는 소위 "유체 렌즈(liquid lens)")로서 제공된다.
일 실시예에서, 스캔 렌즈(112)와 제2 위치 지정기(108)는 공통 하우징 또는 "스캔 헤드"에 포함된다. 따라서, 장치(100)가 렌즈 액추에이터를 포함하는 일 실시예에서, 렌즈 액추에이터는 (예를 들어, 제2 위치 지정기(108)에 관하여, 스캔 헤드 내에서 스캔 렌즈(112)의 이동이 가능하도록) 스캔 렌즈(112)에 연결될 수 있다. 대안적으로, 렌즈 액추에이터는 (예를 들어, 스캔 렌즈(112) 및 제2 위치 지정기(108)는 함께 이동하는 경우에, 스캔 렌즈 자체의 이동이 가능하도록) 스캔 헤드에 연결될 수 있다. 다른 실시예에서, 스캔 렌즈(112) 및 제2 위치 지정기(108)는 (예를 들어, 스캔 렌즈(112)가 포함된 하우징이 제2 위치 지정기(108)가 포함된 하우징에 상대적으로 이동할 수 있도록) 상이한 하우징에 포함된다. 스캔 헤드의 구성요소 또는 전체 스캔 헤드 자체는, 스캔 헤드의 구성요소가 간단히 제거되고 다른 구성요소와 교체될 수 있거나, 하나의 스캔 헤드가 간단히 제거되고 다른 스캔 헤드로 교체 등이 될 수 있도록 모듈형 조립체로 이루어질 수 있다.
F. 제어기
일반적으로, 제어기(114)는 (예를 들어, USB, RS-232, 이더넷, 파이어와이어(Firewire), Wi-Fi, RFID, NFC, 블루투스, Li-Fi, 서코스(SERCOS), 마르코(MARCO), 이더캣(EtherCAT) 등 또는 이들의 임의의 조합과 같은 하나 이상의 유선 또는 무선, 직렬 또는 병렬, 통신 링크를 통해) 레이저원(104), 제1 위치 지정기(106), 제2 위치 지정기(108), 제3 위치 지정기(110), 렌즈 액추에이터 등과 같은 장치(100)의 하나 이상의 구성요소에 통신 가능하게 연결되며, 따라서, 이 구성요소는 제어기(114)에 의해 출력된 하나 이상의 제어 신호에 응답하여 동작한다. 임의의 동작, 기능, 가공 및 방법 등을 수행하기 위해 전술한 구성요소 중 하나 이상이 제어될 수 있는 동작의 일부 예시는 전술한 미국특허번호 제4,912,487호, 제5,633,747호, 제5,638,267호, 제5,751,585호, 제5,847,960호, 제5,917,300호, 제6,314,473호, 제6,430,465호, 제6,700,600호, 제6,706,998호, 제6,706,999호, 제6,816,294호, 제6,947,454호, 제7,019,891호, 제7,027,199호, 제7,133,182호, 제7,133,186호, 제7,133,187호, 제7,133,188호, 제7,245,412호, 제7,259,354호, 제7,611,745호, 제7,834,293호, 제8,026,158호, 제8,076,605호, 제8,288,679호, 제8,404,998호, 제8,497,450호, 제8,648,277호, 제8,680,430호, 제8,847,113호, 제8,896,909호, 제8,928,853호, 제9,259,802호, 또는 전술한 미국특허출원 공개번호 제2014/0026351호, 제2014/0197140호, 제2014/0263201호, 제2014/0263212호, 제2014/0263223호, 제2014/0312013호, 또는 독일특허번호 제DE102013201968B4호, 또는 국제특허출원번호 제WO2009/087392호, 또는 이들의 임의의 조합에 개시된 바와 같다.
일반적으로, 제어기(114)는 명령어를 실행할 때 전술한 제어 신호를 생성하도록 구성된 하나 이상의 프로세서를 포함한다. 프로세서는 명령어를 실행하도록 구성된 (예를 들어, 하나 이상의 범용 컴퓨터 프로세서, 마이크로프로세서, 디지털 신호 프로세서 등 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는) 프로그램 가능 프로세서로 제공될 수 있다. 프로세서(들)에 의해 실행 가능한 명령어는 소프트웨어, 펌웨어 등, 또는 PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field-programmable gate arrays), FPOAs(field-programmable object arrays), ASICs(application-specific integrated circuits) - 디지털, 아날로그 및 혼합된 아날로그/디지털 회로를 포함함 - 등, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 임의의 적합한 회로의 형태로 구현될 수 있다. 명령어의 실행은 하나의 프로세서 상에서, 디바이스 내에서 또는 디바이스의 네트워크를 통해 병렬로, 프로세서 사이에 분산되는 등 또는 이들의 임의의 조합으로 수행될 수 있다.
일 실시예에서, 제어기(114)는 (예를 들어, 하나 이상의 유선 또는 무선 통신 링크를 통해) 프로세서에 의해 액세스 가능한 컴퓨터 메모리와 같은 유형 매체를 포함한다. 본원에 사용된 "컴퓨터 메모리"는 자기 매체(예를 들어, 자기 테이프, 하드 디스크 드라이브 등), 광디스크, 휘발성 또는 비휘발성 반도체 메모리(예를 들어, RAM, ROM, NAND형 플래시 메모리, NOR형 플래시 메모리, SONOS 메모리 등) 등을 포함하고, 로컬로, 원격으로(예를 들어, 네트워크를 통해), 또는 이들의 조합으로 액세스될 수 있다. 일반적으로, 명령어는 본원에 제공된 서술로부터 기술자에게 쉽게 저술될(authored) 수 있는 예를 들어, C, C++, Visual Basic, Java, Python, Tel, Perl, Scheme, Ruby, 어셈블리 언어, 하드웨어 디스크립션(description) 언어(예를 들어, VHDL, VERILOG 등) 등으로 기록될 수 있는 컴퓨터 소프트웨어(예를 들어, 실행 가능한 코드, 파일, 명령어 등, 라이브러리 파일 등)으로 저장될 수 있다. 컴퓨터 소프트웨어는 보통 컴퓨터 메모리에 의해 전달되는 하나 이상의 데이터 구조로 저장된다.
도시되진 않았지만, 하나 이상의 드라이버(예를 들어, RF 드라이버, 서보(servo) 드라이버, 라인 드라이버, 전원 등)는 레이저원(104), 제1 위치 지정기(106), 제2 위치 지정기(108), 제3 위치 지정기(110), 렌즈 액추에이터 등과 같은 하나 이상의 구성요소의 입력에 통신 가능하게 연결될 수 있다. 일 실시예에서, 각 드라이버는 통상적으로, 제어기(114)가 통신 가능하게 연결되는 입력을 포함하며 따라서, 제어기(114)는 장치(100)의 하나 이상의 구성요소와 연관된 하나 이상의 드라이버의 입력(들)에 송신될 수 있는 하나 이상의 제어 신호(예를 들어, 트리거 신호 등)를 생성하도록 동작한다. 따라서, 레이저원(104), 제1 위치 지정기(106), 제2 위치 지정기(108), 제3 위치 지정기(110), 렌즈 액추에이터 등과 같은 구성요소는 제어기(114)에 의해 생성된 제어 신호에 응답한다.
다른 실시예에서, 도시되진 않았지만 하나 이상의 추가적인 제어기(예를 들어, 구성요소 특정 제어기)는 선택적으로, 레이저원(104), 제1 위치 지정기(106), 제2 위치 지정기(108), 제3 위치 지정기(110), 렌즈 액추에이터 등과 같은 구성요소에 통신 가능하게 연결된 드라이버(따라서, 구성요소와 연관된)의 입력에 통신 가능하게 연결될 수 있다. 이 실시예에서, 각 구성요소 특정 제어기는 제어기(114)에 통신 가능하게 연결될 수 있고, 제어기(114)로부터 수신된 하나 이상의 제어 신호에 응답하여, 이후에 통신 가능하게 연결된 드라이버(들)의 입력(들)으로 송신될 수 있는 하나 이상의 제어 신호(예를 들어, 트리거 신호 등)을 생성하도록 동작할 수 있다. 이 실시예에서, 구성요소 특정 제어기는 제어기(114)에 대해 서술된 것과 유사하게 구성될 수 있다.
하나 이상의 구성요소 특정 제어기가 제공되는 다른 실시예에서, 하나의 구성요소(예를 들어, 레이저원(104))와 연관된 구성요소 특정 제어기는 하나의 구성요소(예를 들어, 제1 위치 지정기(106) 등)와 연관된 구성요소 특정 제어기에 통신 가능하게 연결될 수 있다. 이 실시예에서, 구성요소 특정 제어기 중 하나 이상은 하나 이상의 다른 구성요소 특정 제어기로부터 수신된 하나 이상의 제어 신호에 응답하여 하나 이상의 제어 신호(예를 들어, 트리거 신호 등)을 생성하도록 동작할 수 있다.
III. 광학 구성요소의 수명을 연장하는 것에 대한 실시예
일반적으로, 장치(100)는 스캔 렌즈(112)와 같이 그 안에 포함된 광학 구성요소가 레이저 유도 손상에 민감하도록 구성된다. 따라서, 본 발명의 일부 실시예에 따라, 제1 위치 지정기(106), 제2 위치 지정기(108) 및 제3 위치 지정기(110)로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 구성요소의 동작은 레이저 가공 동안, 레이저 펄스가 바람직하지 않은 양의 레이저 유도 손상을 축적하지 않는 스캔 렌즈(112)의 영역을 통해 투과되면서, 작업물(102)에서 바람직한 장소로 전달되는 것을 보장하도록 제어될 수 있다. 본원에서 사용되는, 광학 구성요소에서 바람직하지 않은 양의 레이저 유도 손상은 광학 구성요소의 투과율 또는 반사율에 부정적인 영향을 미치거나 또는 광학 구성요소가 바람직하지 않은 방식으로 광을 산란시키게 하거나, 광학 구성요소의 표면 상에서 바람직하지 않게 축적될 수 있는 파편을 생성하거나, 또는 다른 방식으로 광학 구성요소가 치명적으로(catastrophically) 실패하게 할 수 있다.
도 2를 참조하면, 스캔 렌즈(112)는 빔 경로(116)가 (예를 들어, 빔 축을 따라 작업물(102) 상으로) 전파할 수 있는 투과 영역(200)을 포함하는 것으로 특징지어질 수 있다. 장치(100)가 전술한 제1 위치 지정기(106), 제2 위치 지정기(108) 또는 이들의 조합과 같은 하나 이상의 위치 지정기를 포함하면, 빔 경로(116)는 통상적으로, 스캔 렌즈(112)의 다소 작은 영역(즉, 전파 영역(202))을 통해 전파될 것이다. 일반적으로, 전파 영역(202)의 형태 및/또는 크기는 (만일 장치(100)가 제2 위치 지정기(108)를 포함하는 경우) 작업물(102) 상에 투영되는 제2 스캐닝 범위의 형태 및/또는 크기에 대응하거나, 또는 (예를 들어, 장치(100)가 제2 위치 지정기(108)가 아닌 제1 위치 지정기(106)를 포함하는 경우) 작업물(102) 상에 투영되는 제1 스캐닝 범위의 형태 및/또는 크기에 대응할 수 있다.
전파 영역(202)이 정사각형의 형태로 도시되었지만, 전파 영역(202)은 예를 들어, 제공된 위치 지정기(들)(예를 들어, 제1 위치 지정기(106), 제2 위치 지정기(108), 제3 위치 지정기(110) 또는 이들의 임의의 조합)의 구성 및 배열, 빔 경로(116)를 따라 배열된 임의의 마스크 또는 다른 광학계의 존재 등 또는 이들의 임의의 조합에 의존하여, 임의의 다른 바람직한 또는 이로운 형태(예를 들어, 직사각형, 삼각형, 오각형, 육각형, 팔각형, 타원형, 불규칙적인 형태 등)를 가질 수 있음이 인식될 것이다. 전파 영역(202)이 투과 영역(200)보다 작은 것으로 도시되었지만, 전파 영역(202)은 투과 영역(200)과 동일한 크기일 수 있음이 인식될 것이다.
통상적으로, 장치(100)는 작업물(예를 들어, 작업물(102)) 상에 또는 그 내에 피처(feature)를 형성하기 위해, (예를 들어, 제1 위치 지정기(106), 제2 위치 지정기(108) 및 제3 위치 지정기(110) 중 하나 이상을 사용하여) 가공 스폿을 바람직한 궤적을 따라 스캔하도록 동작된다. 가공 스폿을 궤적을 따라 스캔할 때, 빔 경로(116)는 전파 영역(202)의 상대적으로 작은 필드 또는 "스캔 영역(예를 들어, 스캔 영역(204))" 내로만 편향된다. 빔 경로(116)가 스캔 영역(204) 내로 편향될 때 빔 경로(116)와 교차하는 전파 영역(202)의 부분(들)은 본원에서 "빔 경로 편향 루트(beam path deflection route)"로 지칭된다. 스캔 영역(204)이 정사각형 형태인 것으로 도시되었지만, 스캔 영역(204)은 예를 들어, 제공된 위치 지정기(들)의 구성 및 배열, 작업물(102) 내에 하나 이상의 피처를 형성하기 위해 가공 스폿이 스캔될 하나 이상의 바람직한 궤적의 구성 등 또는 이들의 임의의 조합에 의존하여, 임의의 다른 바람직한 또는 이로운 형태(예를 들어, 직사각형, 삼각형, 오각형, 육각형, 팔각형, 원형, 타원형, 불규칙한 형태 등)를 가질 수 있음이 인식될 것이다. 스캔 영역(204)이 전파 영역(202)의 중앙에 위치된 것으로 도시되었지만, 스캔 영역(204)은 전파 영역(202) 내의 상이한 장소에 배열될 수 있음이 인식될 것이다.
시간에 걸쳐, 장치(100)가 (예를 들어, 하나의 작업물을 가공하거나 또는 다수의 작업물을 순차적으로 가공하기 위해) 가공 스폿을 하나 이상의 궤적을 따라 스캔하도록 동작될 때, 스캔 렌즈(112)는 스캔 영역(204) 내의 하나 이상의 장소에 레이저 유도 손상을 축적시킬 수 있다. 레이저 펄스가 바람직하지 않은 양의 레이저 유도 손상을 갖거나, 이를 축적할 것으로 예측되는 스캔 렌즈(112)의 일 부분으로 지향되지 않는 것을 보장하기 위해, 전파 영역(202) 내의 스캔 영역(204)의 장소가 시프트(shifted)될 수 있다. 다른 방식으로 표현하면, 스캔 영역(204)은 스캔 영역(204)의 중심 또는 기하학적 중심이 전파 영역(202) 내의 제1 장소(예를 들어, 도 2에 도시된 장소 "A")로부터 전파 영역(202) 내의 제2 장소(예를 들어, 도 2에 도시된 장소 "B")로 시프트되도록, 전파 영역(202) 내에서 시프트되거나 또는 병진 이동될 수 있다. 스캔 영역(204)의 중심을 시프트하는 동작은 본원에서 또한 "스캔 영역 시프트"로 지칭된다. 스캔 영역 시프트는 무작위로, 주기적으로, 또는 연속적으로 등 또는 이들의 임의의 조합으로 수행될 수 있다. 가공 스폿이 스캔될 궤적에 의존하여, 스캔 영역(204)의 중심이 (예를 들어, 장소 "A"로부터 장소 "B"로) 시프트된 이후에, 스캔 영역(204)을 통해 전파하는 레이저 펄스는 항상 그렇지는 않지만, 종종 바람직하지 않은 양의 레이저 유도 손상을 축적하지 않거나 축적할 것으로 예측되지도 않는 스캔 렌즈(112)의 일 부분을 통해 전파될 것이다.
도 2가 제2 장소 "B"에서의 스캔 영역(204)이 제1 장소 "A"에서의 스캔 영역(204)에 중첩되도록, 스캔 영역(204)의 장소가 시프트된 것으로 도시하였지만, 스캔 영역(204)의 장소는 제2 장소 "B"에서의 스캔 영역(204)이 제1 장소 "A"에서의 스캔 영역에 인접할 수 있도록(하지만, 중첩되지는 않음), 또는 제2 장소 "B"에서의 스캔 영역(204)이 제1 장소 "A"에서의 스캔 영역으로부터 이격될 수 있도록 시프트될 수 있음이 인식될 것이다. 따라서, 레이저 펄스가 장소 "A"에서 그의 중심을 갖는 스캔 영역(204) 외부의 스캔 렌즈(112)의 일 부분을 통해 전파되지 않거나, 또는 장소 "A"에서 그의 중심을 갖는 스캔 영역(204) 외부의 스캔 렌즈(112)의 그 부분이 바람직하지 않은 양의 레이저 유도 손상을 축적하지 않는 것으로 가정하면, 스캔 영역(204)의 중심이 (예를 들어, 장소 "A"로부터 장소 "B"로) 시프트된 후에 스캔 영역(204)을 통해 전파하는 레이저 펄스는 바람직하지 않은 양의 레이저 유도 손상을 축적하지 않거나 축적할 것으로 예측되지도 않는 스캔 렌즈(112)의 일 부분을 통해 항상 전파될 것이다.
상술한 바와 같이, 스캔 영역(204)을 시프트함으로써, 작업물이 (즉, 작업물 상에 또는 그 내부에 하나 이상의 피처를 형성하기 위해 하나 이상의 궤적을 따라 가공 스폿을 스캔함으로써) 가공될 수 있거나, 또는 다수의 작업물이 (즉, 다수의 작업물 상에 또는 그 내부에 하나 이상의 피처를 형성하기 위해 하나 이상의 궤적을 따라 가공 스폿을 스캔함으로써) 순차적으로 가공될 수 있으면서, 스캔 렌즈(112)의 수명은 효율적으로 연장될 수 있다. 다수의 작업물을 가공할 때, 동일한 궤적 또는 상이한 궤적이 상이한 작업물에 대해 (즉, 가공 스폿에 의해) 스캔될 수 있음이 인식되어야 한다.
도 2가 스캔 영역(204)이 한 번만 시프트된 실시예를 도시하지만, 스캔 영역(204)은 한 번을 초과하여(예를 들어, 두 번, 세 번, 네 번, 다섯 번, 아홉 번, 열 번, 이십 번, 삼십 번 등 또는 이들 값 중 임의의 것 사이로) 시프트될 수 있음이 인식될 것이다. 예를 들어, 도 3을 참조로, 스캔 영역(204)의 중심은 네 번(예를 들어, 초기에는 장소 "A"로부터 장소 "B로", 그 후에 장소 "B"로부터 장소 "C"로, 그 후에 장소 "C"로부터 장소 "D"로, 그 후에 장소 "D"로부터 장소 "E"로 이동하는 시프트 시퀀스로) 시프트될 수 있다. 위에서 서술된 시퀀스에도 불구하고, 스캔 영역(204)의 중심은 임의의 다른 적합하거나 바람직한 시프트 시퀀스로(예를 들어, 초기에는 장소 "A"로부터 장소 "C"로, 그 후에 장소 "C"로부터 장소 "E"로, 그 후에 장소 "E"로부터 장소 "D"로, 그 후에 장소 "D"로부터 장소 "B"로 이동하는 시퀀스로) 시프트될 수 있음이 인식되어야 한다. 마찬가지로, 도 4에 도시된 다른 예시에서, 스캔 영역(204)의 중심은 장소 "A", "F", "G", "H", "I", "J", "K", "L" 및 "M"의 일부 또는 그 전체 중에서 스캔 영역(204)의 중심을 이동시키는 임의의 시프트 시퀀스로 다양하게 시프트될 수 있다. 전술한 논의로부터, 전파 영역(202) 내의 상이한 장소에서 중심을 갖는 스캔 영역(204)의 임의의 쌍이 서로 중첩되거나, 서로 인접하거나, 또는 서로로부터 이격될 수 있음이 명백해야 한다. 일 실시예에서, 스캔 영역(204)은 하나 이상의 또는 다른 모든 스캔 영역(204)과 중첩된다. 전파 영역(202) 내에서 순차적으로 어드레스 되는 장소(sequentially-addressed locations)에서 중심을 갖는 스캔 영역(204)의 임의의 쌍은 서로 중첩되거나, 서로 인접하거나, 또는 서로로부터 이격될 수 있다. 본원에서 사용되는, 전파 영역(202) 내의 장소는 스캔 영역(204)의 중심이 그 장소에 있거나 또는 그 장소로 시프트될 때 "어드레스 된다". 따라서, 스캔 영역(204)의 중심이 (즉, 도 3에 도시된 바와 같이) 장소 "A"로부터 장소 "C"로 시프트되면, 장소 "A" 및 "C"는 "순차적으로 어드레스된 장소"로 여겨진다.
어드레스될 수 있는 고유한 장소의 개수, 어드레스 될 수 있는 전파 영역(202) 내의 각 장소의 위치, 스캔 영역(204)이 시프트될 수 있는 횟수, 및 스캔 영역(204)의 중심이 이동되는 시프트 순서 등 또는 이들의 임의의 조합은 장치(100)의 사용자, 조작자, 기술자, 제조업자에 의해 (예를 들어, 제어기(114)에 통신 가능하게 연결된 사용자 인터페이스(미도시)를 통해) 지정될 수 있거나, 하나 이상의 알고리즘(예를 들어, 최적화 알고리즘, 휴리스틱 알고리즘(heuristic algorithm), 예측 알고리즘 등)을 실행함으로써 결정될 수 있는 등 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다. 이러한 알고리즘 중 어느 것은 예를 들어, 장치(100)의 동작 동안 가공 스폿이 스캔될 궤적, 특정 궤적이 가공 스폿에 의해 스캔되는 횟수, 특정 궤적이 가공 스폿에 의해 스캔되는 동안 장치(100)가 동작되는 시간, (즉, 특정 궤적을 따라 가공 스폿을 스캔함으로써) 가공되는 작업물의 개수, 장치(100)의 동작 동안 스캔 렌즈(112)를 통해 전파될 레이저 에너지에서의 광의 파장, 장치(100)의 동작 동안 스캔 렌즈(112)를 통해 전파될 레이저 에너지의 평균 전력 또는 피크 전력, 장치(100)의 동작 동안 스캔 렌즈(112)를 통해 전파될 임의의 레이저 펄스의 펄스 지속기간, 스캔 렌즈(112)가 제작되는 재료(들), 스캔 렌즈(112)의 크기, 전파 영역(202)의 크기, 전파 영역(202)의 치수 등 또는 이들의 임의의 조합을 나타내는 하나 이상의 입력 변수를 기초로 실행될 수 있다.
일 실시예에서, 스캔 영역(204)의 장소는 스캔 렌즈(112)의 상태에 관계 없이, 궤적(예를 들어, 제1 궤적)을 따라 가공 스폿을 스캔하는 동안, 빔 경로(116)를 빔 경로 편향 루트(예를 들어, 제1 빔 경로 편향 루트)를 따라 편향시키기 위해, (예를 들어, 제어기(114)에서, 구성요소 특정 제어기에서 등 또는 이들의 임의의 조합에서) 제1 위치 지정기(106) 및/또는 제2 위치 지정기(108)의 동작을 제어하는 데 사용될 수 있는 하나 이상의 제어 신호(각각 본원에서, "제1 기준 제어 신호"로 지칭됨)를 획득함으로써 시프트된다. 이러한 제1 기준 제어 신호의 예시는 X축 검류계 미러 구성요소와 같은 연관된 위치 지정기의 동작을 제어하기 위해 사용될 수 있는 제어 신호, Y축 검류계 미러 구성요소와 같은 연관된 위치 지정기의 동작을 제어하기 위해 사용될 수 있는 제어 신호, X축 AOD 시스템과 같은 연관된 위치 지정기의 동작을 제어하기 위해 사용될 수 있는 제어 신호, Y축 AOD 시스템과 같은 연관된 위치 지정기의 동작을 제어하기 위해 사용될 수 있는 제어 신호 등 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다.
시프트의 방향(또한, 본원에서 "시프트 방향"으로 지칭됨), 시프트의 거리(또한, 본원에서 "시프트 거리"로 지칭됨) 등 또는 이들의 임의의 조합과 같은 하나 이상의 인자에 의존하여, 이러한 제1 기준 제어 신호 중 하나 이상은 그 후에, (예를 들어, 제어기(114)에서, 구성요소 특정 제어기에서 등 또는 이들의 임의의 조합에서) 하나 이상의 대응하는 "제1 변경된 제어 신호(first modified control signals)"를 생성하기 위해 (예를 들어, 이에 위치 오프셋(positional offset)을 추가함으로써) 처리된다. 예를 들어, 스캔 영역(204)의 장소를 제1 방향으로(예를 들어, 도 2에 도시된 +x 방향으로) 시프트하기 위해, X축 검류계 미러 구성요소와 같은 연관된 위치 지정기의 동작을 제어하기 위한 제1 기준 제어 신호는 (예를 들어, 제어기(114)에서, X축 검류계 미러 구성요소와 연관된 구성요소 특정 제어기에서 등 또는 이들의 임의의 조합에서) 위치 오프셋을 이에(예를 들어, +x 방향으로 임의의 바람직한 또는 이로운 거리만큼) 추가함으로써 처리될 수 있다. 다른 예시에서, 스캔 영역(204)의 장소는 제2 방향으로(예를 들어, +x 및 +y 방향의 벡터 합에 대응하는 방향으로) 시프트될 수 있고, X 및 Y축 검류계 미러 구성요소와 같은 연관된 위치 지정기의 동작을 제어하기 위한 제1 기준 제어 신호는 (예를 들어, 제어기(114)에서, X 및/또는 Y축 검류계 미러 구성요소와 연관된 구성요소 특정 제어기에서 등 또는 이들의 임의의 조합에서) 위치 오프셋을 각각의 제1 기준 제어 신호에(예를 들어, +x 및 +y 방향으로 각각 임의의 바람직한 또는 이로운 거리만큼) 추가함으로써 처리될 수 있다.
제1 변경된 제어 신호는 생성되면, 궤적(예를 들어, 제1 궤적 또는 제1 궤적과 상이한 제2 궤적)을 따라 가공 스폿을 스캔하는 동안, 빔 경로(116)를 빔 경로 편향 루트(예를 들어, 제1 빔 경로 편향 루트 또는 제1 빔 경로 편향 루트와 상이한 제2 빔 경로 편향 루트)를 따라 편향하기 위해 위치 지정기(들)의 동작을 제어하도록 (단독으로, 하나 이상의 다른 제1 변경된 제어 신호, 하나 이상의 제1 기준 신호와 협력하여 또는 이들의 임의의 조합으로) 사용될 수 있다. 예를 들어, 스캔 영역(204)의 장소를 전술한 제1 방향으로(즉, +x 방향으로) 시프트하기 위해, 가공 스폿을 궤적(예를 들어, 제1 궤적 또는 제2 궤적)을 따라 스캔하는 동안, 빔 경로(116)를 빔 경로 편향 루트(예를 들어, 제1 빔 경로 편향 루트 또는 제2 빔 경로 편향 루트)를 따라 편향시키도록, 전술한 제1 변경된 제어 신호는 X축 검류계 미러 구성요소의 동작을 제어하는 데 사용될 수 있고, 제1 기준 제어 신호의 어느 다른 것은 선택적으로 Y축 검류계 미러 구성요소, X축 AOD 시스템, Y축 AOD 시스템 등 또는 이들의 임의의 조합을 제어하는 데 사용될 수 있다. 다른 예시에서, 스캔 영역(204)의 장소를 전술한 제2 방향으로(즉, +x 및 +y 방향의 벡터 합에 대응하는 방향으로) 시프트하기 위해, 가공 스폿을 궤적(예를 들어, 제1 궤적 또는 제2 궤적)을 따라 스캔하는 동안, 빔 경로(116)를 빔 경로 편향 루트(예를 들어, 제1 빔 경로 편향 루트 또는 제2 빔 경로 편향 루트)를 따라 편향시키도록, 제1 변경된 제어 신호는 X 및 Y축 검류계 미러 구성요소의 동작을 제어하는 데 사용될 수 있고, 제1 기준 제어 신호의 어느 다른 것은 선택적으로, X축 AOD 시스템, Y축 AOD 시스템 등 또는 이들의 임의의 조합을 제어하는 데 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 장치(100)는 제1 위치 지정기(106) 및/또는 제2 위치 지정기(108)에 부가하여 제3 위치 지정기(110)를 포함한다. 이 경우, 제3 위치 지정기(110)는 (예를 들어, 제2 위치 지정기(108) 및 스캔 렌즈(112)를 선형으로 이동시키도록 구성되고, 작업물(102)을 선형으로 이동시키도록 구성되는) 선형 스테이지, 또는 (예를 들어, 하나가 제2 위치 지정기(108) 및 스캔 렌즈(112)를 선형으로 이동시키도록 구성되고, 다른 것이 작업물(102)을 선형으로 이동시키도록 구성되는) 복수의 선형 스테이지를 포함할 수 있다. 제3 위치 지정기(110)의 선형 스테이지(들)는 제1 위치 지정기(106) 및/또는 제2 위치 지정기(108)가 제1 변경된 제어 신호를 기초로 구동될 때에도, 레이저 에너지가 작업물(102)에서 하나 이상의 바람직한 장소로 전달됨을 보장하기 위해, 각 제1 기준 제어 신호에 적용되는 하나 이상의 위치 오프셋을 보상하도록 동작될 수 있다. 예를 들어, 제1 변경된 제어 신호로 통합된 위치 오프셋이 빔 경로(116)가 일 방향으로(예를 들어, 전술한 제1 방향으로) 특정 거리만큼(예를 들어, "제1 거리"만큼) 시프트되게 하면, 제3 위치 지정기(110)는 제2 위치 지정기(108) 및 스캔 렌즈(112)를 제1 방향에 반대인 다른 방향으로(예를 들어, 도 2에 도시된 -x방향으로) 특정 거리만큼(예를 들어, 제1 거리만큼) 이동시킴으로써, 위치 오프셋을 보상하도록 동작될 수 있다. 다른 예시에서, 제1 변경된 제어 신호에 통합된 위치 오프셋이 빔 경로(116)가 일 방향으로(예를 들어, 제1 방향으로) 특정 거리만큼(예를 들어, 제1 거리만큼) 시프트되게 하면, 제3 위치 지정기(110)는 작업물(102)을 동일한 방향으로(예를 들어, 제1 방향으로) 특정 거리만큼(예를 들어, 제1 거리만큼) 이동시킴으로써 위치 오프셋을 보상하도록 동작될 수 있다.
그렇지 않은 경우, 작업물(102)의 가공 동안 (즉, 스캔 렌즈(112)의 상태에 관계 없이) 제3 위치 지정기(110)의 동작을 제어하도록 사용될 제어 신호(본원에서 "제2 기준 제어 신호"로 지칭됨)는 (예를 들어, 제어기(114)에서, 구성요소 특정 제어기에서 등 또는 이들의 임의의 조합에서) 변경될 수 있다. 예를 들어, 제2 기준 제어 신호는 위치 오프셋을 그 안의 명령(들)에 추가함으로써 변경될 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 변경된 제2 기준 제어 신호는 본원에서 "제2 변경된 제어 신호"로 지칭된다. 제2 변경된 제어 신호는 작업물(102)의 후속 가공 동안 (예를 들어, 앞서 논의된 바와 같이) 제3 위치 지정기(110)의 동작을 제어하는 제어 신호로서 사용될 수 있다. 위치 오프셋은 제2 기준 제어 신호에 추가될 때, 제1 위치 지정기(106) 및/또는 제2 위치 지정기(108)가 제1 변경된 제어 신호를 기초로 구동될 때에도, 레이저 에너지가 작업물(102)에서 하나 이상의 바람직한 장소로 전달될 수 있게 한다.
다른 실시예에서, 장치(100)는 제3 위치 지정기(110)를 포함하지 않지만, 작업물(102)은 제1 위치 지정기(106) 및/또는 제2 위치 지정기(108)가 변경된 제어 신호를 기초로 구동될 때, 레이저 에너지가 작업물(102)에서 하나 이상의 바람직한 장소로 전달되는 것을 보장하기 위해, 스캔 렌즈(112)에 상대적으로 (예를 들어, 장치(100)의 사용자에 의해) 수동으로 이동될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 스캔 렌즈(112)는 제1 위치 지정기(106) 및/또는 제2 위치 지정기(108)가 변경된 제어 신호를 기초로 구동될 때, 레이저 에너지가 작업물(102)에서 하나 이상의 바람직한 장소로 전달되는 것을 보장하기 위해, 작업물(102)에 상대적으로 (예를 들어, 장치(100)의 사용자에 의해) 수동으로 이동될 수 있다.
본원에서 논의된 실시에는 스캔 렌즈(112)와 같은 광학 구성요소의 교체에 기인하여 감소된 서비스 비용 및 고장시간(downtime)을 가능케 한다. 이들 혜택은 작업물 내에 형성될 피처가 전파 영역(202)보다 상당히 작을 때, 적합하게 큰 스캔 렌즈를 분할하는 것이 상대적으로 더욱 작은 스캔 렌즈를 사용하고 정기적으로 교체하는 것 보다 저렴할 때, 스캔 렌즈(112)가 광학계의 품질 보증이 지속될 것으로 의도된 것보다 더욱 빠르게 손상될 때, 제1 위치 지정기(106)에 의해 제공된 빔 축의 이동이 제2 위치 지정기(108)에 의해 제공된 빔 축의 동시 이동에 의해 겹쳐질 때 등 또는 이들의 임의의 조합에서 가장 잘 실현될 수 있다.
IV. 결론
전술한 것은 본 발명의 실시예 및 예시를 예시하는 것이며, 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 수개의 특정 실시예 및 예시가 도면을 참조로 서술되었지만, 이 기술분야의 기술자는 본 발명의 새로운 교시 및 장점을 실질적으로 벗어나지 않으면서, 개시된 예시적인 실시예뿐만 아니라 다른 실시예에 대한 다수의 변형이 가능함을 쉽게 인식할 것이다. 따라서, 이러한 모든 변형은 청구항에 한정된 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다. 예를 들어, 기술자는 임의의 문장, 단락, 예시 또는 실시예의 주제가 이러한 조합이 상호 배타적인 경우를 제외하고, 다른 문장, 단락, 예시 또는 실시예의 일부 또는 전체의 주제와 조합될 수 있다는 점을 인식할 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 다음의 청구범위에 의해 결정되어야 하고, 청구범위의 균등물도 그 안에 포함된다.

Claims (15)

  1. 레이저 에너지의 빔을 생성하는 것;
    상기 레이저 에너지의 빔을 스캔 렌즈와 교차하는 빔 경로를 따라 지향시키는 것(directing);
    상기 레이저 에너지의 빔을 상기 스캔 렌즈를 통해 전파시키는 것;
    상기 스캔 렌즈를 통해 전파되는 상기 레이저 에너지의 빔으로 제1 작업물을 가공하기 위해 상기 빔 경로를 상기 스캔 렌즈의 제1 영역 내로 편향시키는 것(deflecting); 및
    상기 빔 경로를 상기 스캔 렌즈의 상기 제1 영역 내로 편향시키는 것 이후에, 상기 스캔 렌즈를 통해 전파되는 상기 레이저 에너지의 빔으로 제2 작업물을 가공하기 위해 상기 빔 경로를 상기 스캔 렌즈의 제2 영역 내로 편향시키는 것을 포함하는, 방법.
  2. 레이저 에너지의 빔을 생성하는 것;
    상기 레이저 에너지의 빔을 스캔 렌즈와 교차하는 빔 경로를 따라 지향시키는 것;
    상기 레이저 에너지의 빔을 상기 스캔 렌즈를 통해 전파시키는 것;
    상기 스캔 렌즈를 통해 전파되는 상기 레이저 에너지의 빔으로 제1 작업물을 가공하기 위해 상기 빔 경로를 상기 스캔 렌즈의 제1 영역 내로 편향시키는 것; 및
    상기 빔 경로를 상기 스캔 렌즈의 상기 제1 영역 내로 편향시키는 것 이후에, 상기 스캔 렌즈를 통해 전파되는 상기 레이저 에너지의 빔으로 제1 작업물을 가공하기 위해 상기 빔 경로를 상기 스캔 렌즈의 제2 영역 내로 편향시키는 것을 포함하는, 방법.
  3. 레이저 에너지의 빔을 생성하는 것;
    상기 레이저 에너지의 빔을 스캔 렌즈와 교차하는 빔 경로를 따라 지향시키는 것;
    상기 레이저 에너지의 빔을 상기 스캔 렌즈를 통해 전파시키는 것;
    상기 스캔 렌즈를 통해 전파되는 상기 레이저 에너지의 빔으로 제1 작업물을 가공하기 위해 상기 빔 경로를 상기 스캔 렌즈의 스캔 영역 내로 편향시키는 것 - 상기 스캔 영역은 상기 스캔 렌즈의 제1 영역을 차지함 -; 및
    상기 빔 경로를 상기 스캔 렌즈의 상기 제1 영역 내로 편향시키는 것 이후에, 상기 스캔 영역이 상기 스캔 렌즈의 제2 영역을 차지하도록, 상기 스캔 영역을 시프트 방향(shift direction)을 따라 시프트하는 것, 및 상기 스캔 렌즈를 통해 전파되는 상기 레이저 에너지의 빔으로 제1 작업물을 가공하기 위해 상기 빔 경로를 상기 스캔 렌즈의 상기 제2 영역 내로 편향시키는 것을 포함하는, 방법.
  4. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 레이저 에너지의 빔은 복수의 레이저 펄스를 포함하는, 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 복수의 레이저 펄스는 10 ps 미만인 펄스 지속기간을 갖는, 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 복수의 레이저 펄스는 1 ps 미만인 펄스 지속기간을 갖는, 방법.
  7. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제1 영역은 상기 제2 영역과 중첩되는, 방법.
  8. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제1 영역은 상기 제2 영역과 중첩되지 않는, 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1 영역은 상기 제2 영역으로부터 이격되는, 방법.
  10. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 빔 경로를 상기 스캔 렌즈의 상기 제1 영역 내로 편향시키는 것은 상기 빔 경로를 제1 빔 경로 편향 루트(route)를 따라 편향시키는 것을 포함하고;
    상기 빔 경로를 상기 스캔 렌즈의 상기 제2 영역 내로 편향시키는 것은 상기 빔 경로를 상기 제1 빔 경로 편향 루트를 따라 편향시키는 것을 포함하는, 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 빔 경로를 상기 제1 영역 내로 편향시키는 것 이후, 및 스캔 영역을 시프트하는 것 이전에, 상기 스캔 영역을 시프트하는 것을 보상하는 방식으로 제2 작업물과 상기 스캔 렌즈 사이에 상대적인 이동을 제공하는 것을 더 포함하는, 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제2 작업물과 상기 스캔 렌즈 사이에 상대적인 이동을 제공하는 것은 상기 제2 작업물을 상기 시프트 방향과 반대인 방향으로 이동시키는 것을 포함하는, 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 제2 작업물과 상기 스캔 렌즈 사이에 상대적인 이동을 제공하는 것은 상기 스캔 렌즈를 상기 시프트 방향으로 이동시키는 것을 포함하는, 방법.
  14. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 빔 경로를 상기 스캔 렌즈의 상기 제1 영역 내로 편향시키는 것은 상기 빔 경로를 제1 빔 경로 편향 루트를 따라 편향시키는 것을 포함하고;
    상기 빔 경로를 상기 스캔 렌즈의 상기 제2 영역 내로 편향시키는 것은 상기 빔 경로를 상기 제1 빔 경로 편향 루트와 상이한 제2 빔 경로 편향 루트를 따라 편향시키는 것을 포함하는, 방법.
  15. 레이저 에너지의 빔을 생성하도록 구성된 레이저원 - 상기 레이저 에너지의 빔은 빔 경로를 따라 전파될 수 있음 -;
    상기 빔 경로 내에 배열된 스캔 렌즈;
    상기 빔 경로 내에 배열되고, 상기 스캔 렌즈에 관하여 상기 빔 경로를 편향시키도록 구성된 적어도 하나의 위치 지정기(positioner);
    선택적으로, 작업물을 지지하고 상기 스캔 렌즈에 관하여 상기 작업물을 이동시키도록 구성된 적어도 하나의 위치 지정기;
    상기 적어도 하나의 위치 지정기에 통신 가능하게 연결된 제어기 - 상기 제어기는:
    상기 적어도 하나의 위치 지정기가 응답하는 하나 이상의 제어 신호를 생성하도록 구성된 프로세서; 및
    상기 프로세서에 의해 액세스 가능한 컴퓨터 메모리 - 상기 컴퓨터 메모리는 상기 프로세서에 의해 실행될 때 장치가 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 언급된 방법을 수행하게 하는 명령어를 저장함 --을 포함하는, 장치.
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