KR20230011270A - 레이저 프로세싱된 작업물들의 지도식 검사를 용이하게 하는 레이저 프로세싱 장치 및 이를 작동하는 방법 - Google Patents
레이저 프로세싱된 작업물들의 지도식 검사를 용이하게 하는 레이저 프로세싱 장치 및 이를 작동하는 방법 Download PDFInfo
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Abstract
작업물에서 피처들을 형성하기 위한 레이저 프로세싱 장치는, a) 피처들의 세트를 형성하기 위해 작업물이 프로세싱되기 전, 프로세싱되는 동안, 또는 프로세싱된 후에 장치의 적어도 하나의 특성, b) 피처들의 세트를 형성하기 위해 작업물이 프로세싱되기 전, 프로세싱되는 동안, 또는 프로세싱된 후에 작업물의 적어도 하나의 특성 및/또는 c) 피처들의 세트를 형성하기 위해 작업물이 프로세싱되기 전, 프로세싱되는 동안, 또는 프로세싱된 후에 장치가 위치된 주변 환경의 적어도 하나의 특성을 나타내는 프로세스 제어 데이터를 생성하기 위한 적어도 하나의 센서를 포함한다. 제어기는 후보 피처 선택 프로세스를 실행하거나 후보 피처 선택 프로세스의 실행을 용이하게 하며, 이로써 프로세스 제어 데이터는, 작업물에 형성된 피처들 중 임의의 것이 결함이 있는지 여부를 추정하기 위해 프로세싱되고 결함이 있을 것으로 추정되는 임의의 피처의 위치가 식별된다.
Description
본원에 개시된 실시예들은 일반적으로 작업물들의 레이저 프로세싱을 위한 레이저 프로세싱 장치 및 방법들에 관한 것이다.
여러가지의 프로세스들을 수행하는 다양한 레이저들을 사용하여 수많은 상이한 작업물들에 대해 레이저 프로세싱이 수행될 수 있다. 예를 들어, 인쇄 회로 기판들(PCB들) 또는 집적 회로(IC) 패키지들과 같은 작업물에 관통 비아(through-via) 또는 블라인드 비아 홀들(blind-via holes)과 같은 피처들을 형성하기 위해 레이저 미세 기계가공 프로세스들이 개발되었다. 레이저 미세 기계가공 프로세스들의 목적은 전체 작업물에 걸쳐 피처들의 일관된 품질을 제공하는 것이다. 피처 품질을 정의하는 일부 측정들은 피처의 위치, 크기 및 형상을 포함한다. 다른 측정들은 측벽 각도, 바닥 질감, 프로세싱 후 피처에 남아 있는 잔해의 부피 및 질감 등을 포함할 수 있다.
레이저 미세 기계가공 프로세스들과 관련된 한 가지 문제는, 작업물의 불균일성들로 인해 작업물 상의 서로 상이한 두 위치들에서 동일한 레이저 파라미터들로 미세 기계가공 프로세스들을 수행하는 것은 피처 품질들의 차이들을 초래할 수 있다는 것이다. 결과들에 영향을 미치는 작업물 차이들의 예들은 두께의 차이들, 작업물 평탄도의 차이들, 작업물이 레이저 파워를 다소 반사하게 만드는 표면 준비의 차이들을 포함한다. 이러한 변동들은 전체 작업물에 걸쳐 일정하지 않으며, 개별 피처의 위치에 의존하여 변동될 수 있다. 또한, 이러한 변동들은 제조 공차들의 정상적인 변동들로 인해 주어진 많은 작업물들에서 작업물에서 작업물로 반복될 수 있다.
일관된 품질을 갖는 피처들을 형성하는 레이저 미세 기계가공 시스템의 능력에 영향을 미치는 다른 현상들에는, 레이저 에너지의 빔을 생성하는 데 사용되는 레이저원(laser source)과 레이저 에너지를 작업물로 지향(direct)하는 데 사용되는 광학 구성요소들에 대한 손상 및/또는 노후화가 있다. 레이저원이 노후화될 때, 일관된 특성들(예를 들어, 평균 파워)을 갖는 레이저 에너지를 출력하는 그의 능력이 저하될 수 있다. 또한, 광학 구성요소들이 노후화될 때, 이들은 특히, 미세 기계가공 프로세스 자체로부터의 잔해 및 자신을 통해 전달되는 고파워 레이저 에너지로부터의 손상으로부터 오염된다. 이러한 형태 및 다른 형태의 저하(degradation)는, 작업물 상으로 투사된 레이저 스폿이 크기, 형상, 강도 또는 기타 특성들 면에서 변경되게 할 수 있으며, 이에 의해 크기, 형상, 깊이 또는 미세 기계가공되는 피처의 다른 측정들을 변경할 수 있다.
일부 레이저 미세 기계가공 시스템들은, 노후화 또는 손상으로 인한 레이저원 또는 광학 구성요소들의 변경들의 효과들을 완화하려는 시도로 피처가 기계가공될 때, 레이저 에너지 빔의 특성들을 바꾸기 위해 실시간 제어들을 사용한다. 일부 시스템들에서, 광검출기는 작업물이 프로세싱될 때 레이저 파워를 모니터링하는 데 사용된다. 광검출기로부터의 출력은, 작업물에서 레이저 파워의 변동성의 일부 원천들을 보상하기 위해 작업물에 입사되는 레이저 파워를 실시간으로 조정하는데 사용된다. 이는, 궁극적으로 작업물에 전달되는 레이저 에너지의 양을 각 피처를 형성하기에 적합한 수준으로 조정하도록 가변 감쇠기(variable attenuator)와 같은 광학 구성요소를 작동시킴으로써 달성될 수 있다.
작업물에서 각 피처를 형성하는 데 사용되는 레이저 에너지 빔의 특성들에 관한 정보를 기록하고 해당 정보를 작업물에서 피처의 위치를 식별하는 식별자(identifier)와 연관시키는 것이 알려져 있다(예를 들어, 이에 의해 "프로세스 데이터"를 생성). 작업물의 프로세싱이 완료된 후, 생성된 프로세스 데이터는, 레이저 미세 기계가공 시스템이 적합한 품질의 피처들을 형성하는 데 문제를 일으킬 수 있는 시기를 예측하기 위해 분석될 수 있다. 예를 들어, 시스템이 사용 가능했던 것보다 더 많은 레이저 파워를 필요로 했을 수 있음을 기록된 정보가 보여주는 경우, 더 적은 레이저 파워를 사용하여 형성된 피처들은 재료가 충분히 제거되지 않았을 수 있다.
또한, 형성된 피처들의 품질을 평가하기 위해 프로세싱된 작업물들을 검사하는 것이 알려져 있다. 검사의 결과들은, 작업물에서 피처들을 형성하는 데 사용되는 레이저 에너지의 빔의 특성들의 성능을 평가하기 위해 프로세스 데이터(생성된 경우)와 비교될 수 있다. PCB들과 같은 작업물들에 대해 수행될때, 포스트 프로세싱 검사는 수동으로(예를 들어, 사용자가 현미경을 사용하여 작업물을 검사함으로써) 또는 자동으로(예를 들어, 자동화된 광학 검사, "AOI"에 의해) 수행된다. 검사가 수동으로 수행되는 경우, 작업물에는 종종 수백 또는 수천 개의 피처들이 형성되어 있을 수 있으므로, 검사된 피처들(즉, 비아 홀들)은 거기에 형성된 피처들의 총 수의 샘플을 구성할 뿐이다. AOI에 의해 검사가 수행되는 경우, 로트(lot) 내 하나 이상의 작업물들의 모든 피처들은, 피처들이 형성된 직후(즉, 피처들이 관통 비아 홀들일 때) 또는 피처들을 클리닝(clean)하기 위해 포스트 프로세싱 단계들(예를 들어, 피처들이 블라인드 비아 홀들일 때 홀 내의 잔해를 제거하기 위해 디스미어(desmear), 에칭 및 섀도우 프로세싱 단계들이 수행됨)이 수행된 직후에 검사될 수 있다.
종래의 포스트 프로세싱 검사 기술들은 수많은 이유들로 문제가 될 수 있다. 수동 검사의 경우, 현미경들을 사용하는 조작자들이나 품질 검사자들은 피로에 시달릴 수 있으며, 이는 주의력이 저하된 시간에 누락된 결함들을 초래할 수 있다. 모든 피처들이 (예를 들어, AOI 기술들을 사용하여) 검사될 때, 결함 피처들이 형성되어 있을 가능성이 적은 작업물의 영역들을 검사하는 데 불필요하게 추가 시간이 소요된다. 피처들이 무작위로 검사되는 경우, 결함 피처들을 가질 가능성이 높은 작업물의 일부 영역들이 검사되지 않아, 작업물이 폐기되게 할 수 있는 누락된 품질 문제들을 초래하는 리스크가 존재한다.
본 발명의 일 실시예는 작업물에 피처들을 형성하기 위한 레이저 프로세싱 장치로서 광범위하게 특징지어질 수 있다. 장치는, 레이저 에너지의 빔을 생성하도록 작동하는 레이저원; 레이저 에너지의 집속된 빔이 작업물에 전달되도록 레이저 에너지의 빔을 집속하도록 작동하는 배열된 스캔 렌즈; 레이저원과 스캔 렌즈 사이에 배열된 적어도 하나의 빔 위치 지정기 - 적어도 하나의 빔 위치 지정기는 스캔 렌즈에 의해 작업물 상으로 투사된 스캐닝 범위 내에서 작업물에 대해 레이저 에너지의 집속된 빔을 스캔하도록 작동함 -; 스캔 렌즈 및 카메라로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나와 작업물 사이의 상대적인 이동을 부여하도록 작동하는 적어도 하나의 스테이지; 시야를 갖고 시야 내의 객체의 이미지를 캡처하도록 작동하는 카메라; 및 프로세스 제어 데이터를 생성하도록 작동하는 적어도 하나의 센서 - 프로세스 제어 데이터는: a) 피처들의 세트를 형성하기 위해 작업물이 프로세싱되기 전, 프로세싱되는 동안, 또는 프로세싱된 후에 장치의 적어도 하나의 특성, b) 피처들의 세트를 형성하기 위해 작업물이 프로세싱되기 전, 프로세싱되는 동안, 또는 프로세싱된 후에 작업물의 적어도 하나의 특성 및 c) 피처들의 세트를 형성하기 위해 작업물이 프로세싱되기 전, 프로세싱되는 동안, 또는 프로세싱된 후에 장치가 위치된 주변 환경의 적어도 하나의 특성으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 나타냄 -; 적어도 하나의 스테이지, 카메라 및 프로세스 제어 데이터가 보조 정보와 연관되어 저장되는 하나 이상의 데이터베이스들에 통신 가능하게 결합된 제어기를 포함하고, 보조 정보는 작업물에 형성될 각 피처의 위치를 나타낸다. 제어기는 후보 피처 선택 프로세스를 실행하거나 후보 피처 선택 프로세스의 실행을 용이하게 하도록 작동되며, 이로써: 프로세스 제어 데이터는, 작업물에 형성된 임의의 피처들이 결함이 있는지 여부를 추정하기 위해 프로세싱되고; 결함이 있을 것으로 추정되는 임의의 피처의 위치가 식별된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 프로세싱 장치를 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 후보 피처들의 수동적 입력 분류들을 수집하기 위한 예시적인 프로세스를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 후보 피처들의 수동적 입력 분류들을 수집하기 위한 예시적인 프로세스를 도시한다.
예시적인 실시예들이 첨부 도면들을 참조하여 본원에서 설명된다. 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 도면들에서 구성요소들, 피처들(features), 요소들 등의 크기들, 포지션들 등뿐만 아니라 이들 사이의 거리들은 반드시 실척은 아니고, 명료화를 위해 과장된다. 도면들에서 전체에 걸쳐 유사한 숫자들은 유사한 요소들을 나타낸다. 따라서, 동일하거나 유사한 번호들은 대응하는 도면에서 언급되거나 설명되지 않은 경우에도 다른 도면들을 참조하여 설명될 수 있다. 또한, 참조 번호들로 표시되지 않은 요소들도 다른 도면들을 참조하여 설명될 수 있다.
본원에서 사용되는 용어는 예시적인 특정 실시예들을 단지 설명하기 위한 것이며, 제한하고자 하는 의도가 아니다. 달리 정의되지 않는 한, (기술적이거나 과학적인 용어들을 포함하여) 본원에서 사용되는 모든 용어들은 당업자가 일반적으로 이해하는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 사용되는 바에 따르면, 단수 형태들 "하나의(a, an)" 및 "그(the)"는 문맥상 달리 명확하게 나타내지 않는 한, 복수 형태들도 포함하도록 의도된다. 본 명세서에서 사용될 때, "포함하다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어들은 언급된 피처들, 정수들, 단계들, 작동들, 요소들 및/또는 구성요소들의 존재를 지정하지만 하나 이상의 다른 피처들, 정수들, 단계들, 작동들, 요소들, 구성요소들 및/또는 이들의 그룹들의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다는 것이 인식되어야 한다. 달리 지정되지 않는 한, 값들의 범위는 언급될 때, 범위의 상한치 및 하한치 둘 다는 물론, 이들 사이의 임의의 하위범위들(sub-ranges)을 포함한다. 달리 명시되지 않는 한, "제1", "제2" 등과 같은 용어들은 한 요소를 다른 요소와 구별하는 데에만 사용된다. 예를 들어, 하나의 노드는 "제1 노드"로 명명될 수 있고 유사하게 다른 노드는 "제2 노드"로 명명될 수 있으며 그 반대로도 될 수 있다.
달리 명시되지 않는 한, 용어 "약", "대략" 등은 양, 크기들, 제형들(formulations), 파라미터들 및 기타 수량들 및 특성들이 정확하지 않고 정확할 필요도 없지만, 원하는 경우, 반영 공차들(reflecting tolerance), 변환 인자들, 반올림, 측정 오차 등 및 당업자에게 알려진 다른 인자들에 대한 근사치이거나 및/또는 이보다 크거나 더 작을 수 있음을 의미한다. "아래의(below)", "아래쪽의(beneath)", "낮은(lower)", "위의(above)" 및 "높은(upper)" 등과 같은 공간적으로 상대적인 용어들은, 도면들에 도시된 것처럼, 다른 요소 또는 피처에 대한 하나의 요소 또는 피처의 관계를 설명하는 설명의 용이함을 위하여 본원에서 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어들은 도면들에 도시된 배향에 더하여 상이한 배향들을 포함하도록 의도된다는 것이 인식되어야 한다. 예를 들어, 도면들 내 객체가 뒤집힌 경우, 다른 요소들 또는 피처들 "아래의" 또는 "아래쪽"으로 설명된 요소들이 다른 요소들 또는 피처들의 "위"로 배향될 것이다. 따라서, 예시적인 용어 "아래의"는 위 및 아래의 배향 둘 다를 포함할 수 있다. 객체는 달리 배향될 수 있고(예를 들어, 90도 회전되거나 다른 배향들로), 본원에서 사용되는 공간적으로 상대적인 설명자들은 그에 따라 해석될 수 있다.
본원에 사용된 섹션 제목들은 구성 목적들로만 사용되며, 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 설명된 주제를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 개시의 사상 및 교시들에서 벗어나지 않고 많은 상이한 형태들, 실시예들 및 조합들이 가능하며, 따라서 본 개시는 본원에 설명된 예시적인 실시예들에 제한되는 것으로 해석되어서는 안 된다는 것이 이해될 것이다. 오히려, 이러한 예들 및 실시예들은 본 개시를 철저하고 완전하게 하며, 본 개시의 범위를 당업자에게 전달하도록 제공된다.
I. 개요
본원에 설명된 실시예들은 일반적으로 작업물을 레이저 프로세싱(또는 더 간단하게 "프로세싱")하기 위한 방법들 및 장치들에 관한 것이다. 일반적으로 프로세싱은, 가열, 융해, 기화, 삭마, 균열(crack), 변색, 연마, 거칠게하기, 탄화, 발포 또는 그밖에 작업물이 형성되는 하나 이상의 재료들의 하나 이상의 속성들 또는 특성들(예를 들어, 화학 조성, 원자 구조, 이온 구조, 분자 구조, 전자 구조, 미세 구조, 나노 구조, 밀도, 점도, 굴절률, 자기 투과성, 비유전율, 질감, 색상, 경도, 전자기 복사에 대한 투과율 등 또는 이들의 임의의 조합)을 수정하기 위하여 레이저 방사선으로 작업물을 조사함으로써 전체적 또는 부분적으로 달성된다. 프로세싱될 재료들은 프로세싱 전 또는 프로세싱 동안 작업물 외부에 존재할 수 있거나, 프로세싱 전 또는 프로세싱 동안 완전히 작업물 내에 위치할 수 있다(즉, 작업물 외부에 존재하지 않음).
레이저 프로세싱을 위해 개시된 장치에 의해 수행될 수 있는 프로세스들의 특정한 예들에는 비아 드릴링(via drilling) 또는 기타 홀 형성, 절단, 천공, 용접, 스크라이빙(scribing), 인그레이빙(engraving), 마킹(예를 들어, 표면 마킹, 표면 아래 마킹 등), 레이저 유도 전방 전사, 세척, 표백, 밝은 픽셀 수리(예를 들어, 컬러 필터 암처리, OLED 재료의 수정 등), 디코팅, 표면 텍스처링(예를 들어, 거칠게하기, 평활화 등) 등 또는 이들의 임의의 조합이 포함된다. 따라서, 프로세싱의 결과로서 작업물 상에 또는 내부에 형성될 수 있는 하나 이상의 피처들(features)은 개구들, 슬롯들, 비아들 또는 다른 홀들, 홈들(grooves), 트렌치들(trenches), 스크라이브 라인들, 커프들(kerfs), 오목 구역들, 전도성 트레이스들(traces), 옴 접촉들(ohmic contacts), 레지스트 패턴들(resist patterns), 인간 또는 기계 판독 가능 표시들(예를 들어, 하나 이상의 시각적 또는 질감적으로 구별되는 특성들을 갖는 작업물 내 또는 작업물 상의 하나 이상의 구역들로 구성됨) 등 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 개구들, 슬롯들, 비아들, 홀들 등과 같은 피처들은 평면도에서 볼 때 임의의 적합하거나 바람직한 형상(예를 들어, 원형, 타원형, 정사각형, 직사각형, 삼각형, 환형 등 또는 이들의 임의의 조합)을 가질 수 있다. 또한, 개구들, 슬롯들, 비아들, 홀들 등과 같은 피처들은 (예를 들어, 소위 "관통 비아들", "관통 홀들" 등을 형성하도록) 작업물을 통해 완전히 연장되거나 (예를 들어, 소위 "블라인드 비아들", "블라인드 홀들" 등을 형성하도록) 작업물을 통해 부분적으로만 연장될 수 있다.
프로세싱될 수 있는 작업물들은 일반적으로 하나 이상의 금속들, 폴리머들, 세라믹들, 복합체들 또는 이들의 임의의 조합(예를 들어, 합금, 화합물, 혼합물, 용액, 복합체 등으로서 든지 간에)으로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다. 따라서, 프로세싱될 수 있는 재료들은 Al, Ag, Au, Cr, Cu, Fe, In, Mg, Mo, Ni, Pt, Sn, Ti 등과 같은 하나 이상의 금속들 또는 이들의 임의의 조합(예를 들어, 합금, 복합체 등으로서 든지 간에), 전도성 금속 산화물들(예를 들어, ITO 등), 투명 전도성 폴리머들, 세라믹들, 왁스들, 수지들, 층간 유전체 재료들(예를 들어, 산화규소, 질화규소, 산질화규소 등, 메틸 실세스퀴옥산(MSQ), 하이드로겐 실세스퀴옥산(HSQ), 플루오르화 테트라에틸 오르토실리케이트(FTEOS) 등과 같은 로우-k 유전체 재료들 또는 이들의 임의의 조합), 유기 유전체 재료들(예를 들어, SILK, 벤조시클로부텐, 노틸러스(모두 다우(Dow) 사에서 제조), 폴리플루오로테트라에틸렌(듀퐁(DuPont) 사에서 제조), FLARE(얼라이드 케미컬(Allied Chemical) 사에서 제조) 등 또는 이들의 임의의 조합), 반도체 또는 광학 디바이스 기판 재료들(예를 들어, Al2O3, AlN, BeO, Cu, GaAS, GaN, Ge, InP, Si, SiO2, SiC, Si1-xGex(여기에서 0.0001 <x <0.9999) 등 또는 이들의 임의의 조합 또는 합금), 유리(예를 들어, 용융 석영, 소다-석회-실리카 유리, 나트륨 붕규산 유리, 산화납 유리, 알루미노 실리케이트 유리, 산화게르마늄 유리, 알루미네이트 유리, 인산염 유리, 붕산염 유리, 칼코게나이드 유리, 비정질 금속 등 또는 이들의 임의의 조합), 사파이어, 폴리머 재료들(예를 들어, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리에스테르, 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리아세탈, 폴리카보네이트, 개질된 폴리페닐렌 에테르, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리페닐렌 황화물, 폴리에테르 술폰, 폴리에테르 이미드, 폴리에테르 에테르 케톤, 액정 폴리머, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌 또는 이들의 임의의 화합물, 복합체 또는 합금), 가죽, 종이, 빌드업 재료들(예를 들어, "ABF"로도 알려진 AJINOMOTO Build-up Film 등), 솔더 레지스트 등 또는 이들의 임의의 복합체, 라미네이트, 또는 다른 조합을 포함한다.
프로세싱될 수 있는 작업물들의 특정한 예들은, 인쇄 회로 기판들(PCB들)의 패널들(본원에서 "PCB 패널들"로서도 지칭됨), PCBs, PCB 라미네이트들(예를 들어, FR4, Hihg Tg Epoxy, BT, 폴리이미드 등 또는 이들의 임의의 조합), PCB 라미네이트 프리프레그들, 기판형 PCBs(SLP들), 연성 인쇄 회로들(FPC들)의 패널들(본원에서 "FPC 패널들"로서도 지칭됨), FPC들, 커버레이 필름들, 집적 회로들(IC들), IC 기판들, IC 패키지들(ICP들), 발광 다이오드들(LED들), LED 패키지들, 반도체 웨이퍼들, 전자 또는 광학 디바이스 기판들, 인터포저들, 리드 프레임들, 리드 프레임 블랭크들, 디스플레이 기판들(예를 들어, TFT들, 컬러 필터들, 유기 LED(OLED) 어레이들, 퀀텀 닷 LED 어레이들 등 또는 이들의 임의의 조합이 형성되어 있는 기판들), 렌즈들, 미러들, 터빈 블레이드들, 분말들, 필름들, 호일들, 플레이트들, 몰드들(예를 들어, 왁스 몰드, 사출 성형 프로세스들, 매몰 주조(investment-casting) 프로세스들 등을 위한 몰드들), 직물들(직조, 펠트 등), 수술 기구들, 의료용 임플란트들, 소비재 상품들, 신발들, 자전거들, 자동차들, 자동차들 또는 항공기 부품들(예를 들어, 프레임들, 바디 패널들 등), 가전 제품들(예를 들어, 전자레인지들, 오븐들, 냉장고들 등), (예를 들어, 시계들, 컴퓨터들, 스마트폰들, 태블릿 컴퓨터들, 웨어러블 전자 디바이스들 등 또는 이들의 임의의 조합을 위한) 디바이스 하우징들을 포함한다.
II. 시스템-개요
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 프로세싱 장치를 개략적으로 도시한다.
도 1에 나타난 실시예를 참조하면, 작업물(102)을 프로세싱하기 위한 레이저 프로세싱 장치(100)(또한 본원에서 단순히 "장치"로서도 지칭됨)는 레이저 에너지의 빔을 생성하는 레이저원(104), 하나 이상의 위치 지정기들(예를 들어, 제1 위치 지정기(106), 제2 위치 지정기(108), 제3 위치 지정기(110), 또는 이들의 임의의 조합) 및 스캔 렌즈(112)를 포함하는 것으로서 특징지어질 수 있다.
스캔 렌즈(112)를 통해 빔 경로(116)를 따라 전달된 레이저 에너지는 빔 축(118)을 따라 전파되어 작업물(102)로 전달된다. 빔 축(118)을 따라 전파되는 레이저 에너지는 가우시안 유형(Gaussian-type) 공간적 강도 프로파일 또는 비-가우시안 유형(즉, "성형된") 공간적 강도 프로파일(예를 들어, "탑햇(top-hat)" 공간적 강도 프로파일)을 갖는 것으로서 특징지어질 수 있다. 공간적 강도 프로파일의 유형에 관계없이, 공간적 강도 프로파일은, 빔 축(118)(또는 빔 경로(116))을 따라 전파하는 레이저 에너지의 빔의 형상(즉, 본원에서 "스폿 형상"으로서도 지칭된 단면 형상)으로서 특징지어질 수도 있으며, 이는 원형, 타원형, 정사각형, 직사각형, 삼각형, 육각형, 링형 등이거나 임의의 형상일 수 있다. 본원에서 사용되는 바에 따르면, "스폿 크기"라는 용어는, 전달된 레이저 에너지의 빔에 의해 적어도 부분적으로 프로세싱될 작업물(102)의 구역과 빔 축(118)이 교차하는 위치(또한 "프로세스 스폿", "스폿 위치" 또는 더 간단하게 "스폿"으로서도 지칭됨)에서 전달되는 레이저 에너지의 빔의 직경 또는 최대 공간 폭을 지칭한다. 본원에서 논의의 목적들로, 스폿 크기는 빔 축(118)으로부터, 광학 강도가 빔 축(118)에서의 광학 강도의 적어도 1/e2로 떨어지는 곳까지의 방사 또는 횡단 거리로서 측정된다. 일반적으로, 레이저 에너지의 빔의 스폿 크기는 빔 웨이스트에서 최소가 될 것이다. 일단 작업물(102)에 전달되면, 빔 내의 레이저 에너지는 2μm 내지 200μm 범위의 스폿 크기로 작업물(102)에 충돌하는 것으로 특징지어질 수 있다. 그러나, 스폿 크기는 2μm보다 작거나, 200μm보다 크게 생성될 수 있음이 이해될 것이다. 따라서, 작업물(102)에 전달되는 레이저 에너지의 빔은 2μm, 3μm, 5μm, 7μm, 10μm, 15μm, 30μm, 35μm 40μm, 45μm, 50μm, 55μm, 80μm, 100μm, 150μm, 200μm 등보다 크거나 작거나 같은 또는 임의의 이러한 값들 사이의 스폿 크기를 가질 수 있다.
일반적으로, 전술한 위치 지정기들(예를 들어, 제1 위치 지정기(106), 제2 위치 지정기(108) 및 제3 위치 지정기(110))은 스폿과 작업물(102) 사이의 상대적 포지션을 변경하도록 구성된다. 다음 설명을 고려하여, 장치(100)가 제2 위치 지정기(108), 제3 위치 지정기(110) 또는 이들의 조합을 포함한다면, 제1 위치 지정기(106)의 포함은 선택 사항임이 인식되어야 한다(즉, 장치(100)가 제1 위치 지정기(106)를 포함할 필요는 없음). 비슷하게, 장치(100)가 제1 위치 지정기(106), 제3 위치 지정기(110), 또는 이들의 조합을 포함한다면, 제2 위치 지정기(108)의 포함은 선택 사항임이 인식되어야 한다. 더욱이, 장치(100)가 제1 위치 지정기(106), 제2 위치 지정기(108), 또는 이들의 조합을 포함하면, 제3 위치 지정기(110)의 포함은 선택 사항임이 유사하게 인식되어야 한다. 마지막으로, 적절한 경우, 장치(100)는 제1 위치 지정기(106)만, 제2 위치 지정기(108)만 또는 제3 위치 지정기(110)만을 포함할 수 있음이 인식되어야 한다.
장치(100)는 또한, 레이저원(104)으로부터 획득된 레이저 에너지의 빔을 하나 이상의 빔 경로들(예를 들어, 빔 경로(116))을 따라 스캔 렌즈(112)에 집속, 확장, 시준(collimate), 성형(shape), 편광, 필터링, 분할, 결합, 크롭(crop), 또는 달리 수정, 조절(condition), 지향하도록 하나 이상의 광학 구성요소들(예를 들어, 빔 확장기들(beam expanders), 빔 성형기들(beam shapers), 개구들, 필터들, 시준기들, 렌즈들, 미러들, 편광자들, 파장판들, 회절 광학 요소들, 굴절 광학 요소들 등 또는 이들의 임의의 조합)을 포함한다. 이러한 광학 구성요소들은 임의의 적합하거나 원하는 위치(예를 들어, 레이저원(104)과 제1 위치 지정기(106) 사이, 레이저원(104)과 제2 위치 지정기(108) 사이, 제1 위치 지정기(106)와 제2 위치 지정기(108) 사이, 제2 위치 지정기(108)와 스캔 렌즈(112) 사이 등 또는 이들의 임의의 조합)에서 빔 경로(116)에 삽입될 수 있다.
이러한 광학 구성요소의 한 예는, 빔 경로(116)를 따라 전파하는 레이저 펄스들의 파워를 선택적이고 가변적으로 감소시키도록 구성되는 가변 광학 감쇠기(VOA)이다. 통합될 수 있는 VOA의 예들은, 가변 중성 밀도 필터, 음향 광학(AO) 변조기(AOM), AO 편향기(AOD), 액정 가변 감쇠기(LCVA), 마이크로 전자 기계 시스템(MEMS) 기반 VOA, 광학 감쇠기 휠, 편광자/파장판 필터 등 또는 이들의 임의의 조합과 같은 하나 이상의 시스템들을 포함한다.
이러한 광학 구성요소의 또 다른 예는, 스캔 렌즈(112)에 입사하는 레이저 에너지의 빔의 크기(본원에서 "빔 크기"으로서도 지칭됨)를 선택적이고 가변적으로 조정하도록 작동하는 빔 크기 조정 메커니즘이다. 본원에서 사용되는 바에 따르면, 용어 "빔 크기"는, 레이저 에너지의 빔의 직경 또는 폭을 지칭하며, 빔 축(118)으로부터, 빔 경로(116)를 따라 전파하는 축에서의 광학 강도의 적어도 1/e2로 광학 강도가 떨어지는 곳까지의 방사 또는 횡단 거리로서 측정될 수 있다. 통합될 수 있는 빔 크기 조정 메커니즘의 예들은 AOD 시스템, 줌 렌즈, 전동 가변 빔 확장기, 변형 가능한 미러, 가변 반경 미러, 가변 초점 모아레(moire) 렌즈, 전동 Z축 렌즈, 전동 조리개, 전동 조리개 휠 등 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 스캔 렌즈(112)에 입사하는 레이저 에너지의 빔의 빔 크기를 조정하는 것은 작업물(102)에서 스폿 크기의 변경을 초래할 수 있다.
이러한 광학 구성요소의 다른 예는 스캔 렌즈(112)에 입사하는 레이저 에너지의 빔의 형상(본원에서는 "빔 크기"라고도 함)을 선택적이고 가변적으로 조정하도록 작동하는 빔 형상 조정 메커니즘이다. 통합될 수 있는 빔 형상 조정 메커니즘의 예들은 AOD, 변형 가능한 미러, 가변 반경 미러, 가변 초점 모아레 렌즈 등 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 스캔 렌즈(112)에 입사하는 레이저 에너지의 빔의 빔 형상을 조정하는 것은 작업물(102)에서 스폿 형상의 변경을 초래할 수 있다.
A. 레이저원
일 실시예에서, 레이저원(104)은 레이저 펄스들을 생성하도록 작동한다. 이와 같이, 레이저원(104)은 펄스 레이저원, CW 레이저원, QCW 레이저원, 버스트 모드 레이저 등 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 레이저원(104)이 QCW 또는 CW 레이저원을 포함하는 경우, 레이저원(104)은, QCW 또는 CW 레이저원으로부터 출력되는 레이저 방사의 빔을 시간적으로 변조하기 위한 펄스 게이팅(pulse gating) 유닛(예를 들어, 음향 광학(AO) 변조기(AOM), 빔 초퍼(chopper) 등)을 더 포함할 수 있다. 도시되지는 않았지만, 장치(100)는 레이저원(104)에 의해 출력되는 광의 파장을 변환하도록 구성되는 하나 이상의 고조파 발생 결정들("파장 변환 결정들"로도 알려져 있음)을 선택적으로 포함할 수 있다. 그러나 다른 실시예에서, 레이저원(104)은 펄스 게이팅 유닛을 포함하지 않고 QCW 레이저원 또는 CW 레이저원으로서 제공될 수 있다. 따라서, 레이저원(104)은 레이저 에너지의 빔을 생성하도록 작동하는 것으로 광범위하게 특징지어질 수 있으며, 이 레이저 에너지의 빔은 일련의 레이저 펄스들로서 또는 연속 또는 준연속 레이저 빔으로서 나타날 수 있으며, 이들은 이 후 빔 경로(116)를 따라 전파될 수 있다. 본원에서 논의되는 많은 실시예들이 레이저 펄스들을 참조하지만, 적절할 때마다 대안적으로 또는 추가적으로 연속 빔들이 사용될 수 있음이 인식되어야 한다.
전자기 스펙트럼의 UV 범위의 레이저 광은 10nm(또는 그 주변) 내지 385nm(또는 그 주변) 범위, 예컨대 10nm, 121nm, 124nm, 157nm, 200nm, 334nm, 337nm, 351nm, 380nm 등 또는 임의의 이러한 값들 사이의 하나 이상의 파장들을 가질 수 있다. 전자기 스펙트럼의 가시 녹색 범위의 레이저 광은 500nm(또는 그 주변) 내지 560nm(또는 그 주변) 범위, 예컨대 511nm, 515nm, 530nm, 532nm, 543nm, 568nm 등 또는 임의의 이러한 값들 사이의 하나 이상의 파장들을 가질 수 있다. 전자기 스펙트럼의 IR 범위의 레이저 광은 750nm(또는 그 주변) 내지 15μm(또는 그 주변) 범위, 예컨대 600nm 내지 1000nm, 752.5nm, 780nm 내지 1060nm, 799.3nm, 980nm, 1047nm, 1053nm, 1060nm, 1064nm, 1080nm, 1090nm, 1152nm, 1150nm 내지 1350nm, 1540nm, 2.6μm 내지 4μm, 4.8μm 내지 8.3μm, 9.4μm, 10.6μm 등 또는 임의의 이러한 값들 사이의 하나 이상의 파장들을 가질 수 있다.
레이저원(104)에 의해 출력되는 레이저 펄스들은 10fs 내지 900ms 범위의 펄스 폭 또는 펄스 지속시간(즉, 펄스 내 광학 파워의 반치전폭(FWHM) 대 시간에 기초함)을 가질 수 있다. 그러나, 펄스 지속시간이 10fs보다 작거나 900ms보다 크게 될 수 있음이 이해될 것이다. 따라서, 레이저원(104)에 의해 출력되는 적어도 하나의 레이저 펄스는 10fs, 15fs, 30fs, 50fs, 100fs, 150fs, 200fs, 300fs, 500fs, 600fs, 750fs, 800fs, 850fs, 900fs, 950fs, 1ps, 2ps, 3ps, 4ps, 5ps, 7ps, 10ps, 15ps, 25ps, 50ps, 75ps, 100ps, 200ps, 500ps, 1ns, 1.5ns, 2ns, 5ns, 10ns, 20ns, 50ns, 100ns, 200ns, 400ns, 800ns, 1000ns, 2μs, 5μs, 10μs, 50μs, 100μs, 300μs, 500μs, 900μs, 1ms, 2ms, 5ms, 10ms, 20ms, 50ms, 100ms, 300ms, 500ms, 900ms, 1s 등보다 작거나 크거나 같은 또는 임의의 이러한 값들 사이의 펄스 지속시간을 가질 수 있다.
레이저원(104)에 의해 출력되는 레이저 펄스들은 5mW 내지 50kW 범위의 평균 파워를 가질 수 있다. 그러나, 평균 파워가 5mW보다 작거나 50kW보다 크게 될 수 있음이 이해될 것이다. 따라서, 레이저원(104)에 의해 출력되는 레이저 펄스들은, 5mW, 10mW, 15mW, 20mW, 25mW, 50mW, 75mW, 100mW, 300mW, 500mW, 800mW, 1W, 2W, 3W, 4W, 5W, 6W, 7W, 10W, 15W, 18W, 25W, 30W, 50W, 60W, 100W, 150W, 200W, 250W, 500W, 2kW, 3kW, 20kW, 50kW 등보다 작거나 크거나 같은 또는 임의의 이러한 값들 사이의 평균 파워를 가질 수 있다.
레이저 펄스들은 5kHz 내지 1GHz 범위의 펄스 반복률로 레이저원(104)에 의해 출력될 수 있다. 그러나, 펄스 반복률은 5kHz보다 작거나 1GHz보다 클 수 있음이 이해될 것이다. 따라서, 레이저 펄스들은, 5kHz, 50kHz, 100kHz, 175kHz, 225kHz, 250kHz, 275kHz, 500kHz, 800kHz, 900kHz, 1MHz, 1.5MHz, 1.8MHz, 1.9MHz, 2MHz, 2.5MHz, 3MHz, 4MHz, 5MHz, 10MHz, 20MHz, 50MHz, 60MHz, 100MHz, 150MHz, 200MHz, 250MHz, 300MHz, 350MHz, 500MHz, 550MHz, 600MHz, 900MHz, 2GHz, 10GHz 등보다 작거나 크거나 같은 또는 임의의 이러한 값들 사이의 펄스 반복률로 레이저원(104)에 의해 출력될 수 있다.
파장, 펄스 지속시간, 평균 파워 및 펄스 반복률에 추가하여, 작업물(102)에 전달되는 레이저 펄스들은, (예를 들어, 하나 이상의 원하는 특성들을 갖는 하나 이상의 피처들을 형성하기 위하여) 작업물(102)을 프로세싱하기에 충분한 광학 강도(W/cm2로 측정됨), 플루언스(fluence)(J/cm2로 측정됨) 등으로 프로세스 스폿에서 작업물(102)을 조사(irradiate)하기 위하여 (예를 들어, 선택적으로 파장, 펄스 지속시간, 평균 파워 및 펄스 반복률 등과 같은 하나 이상의 다른 특성들에 기초하여) 선택될 수 있는, 펄스 에너지, 피크 파워 등과 같은 하나 이상의 다른 특성들에 의해 특징지어질 수 있다.
레이저들의 유형들의 예들에서, 레이저원(104)이 기체 레이저들(예를 들어, 이산화탄소 레이저들, 일산화탄소 레이저들, 엑시머 레이저들 등), 고상(solid-state) 레이저들(예를 들어, Nd:YAG 레이저들 등), 로드(rod) 레이저들, 파이버(fiber) 레이저들, 광결정 로드/파이버 레이저들, 수동 모드 잠금 고상 벌크 또는 파이버 레이저들, 염료 레이저들, 모드 잠금 다이오드 레이저들, 펄스 레이저들(예를 들어, ms-, ns-, ps-, fs-펄스 레이저들), CW 레이저들, QCW 레이저들 등 또는 이들의 임의의 조합으로서 특징지어질 수 있다. 이들의 구성에 의존하여, 기체 레이저들(예를 들어, 이산화탄소 레이저들 등)은 하나 이상의 모드들(예를 들어, CW 모드, QCW 모드, 펄스 모드 또는 이들의 임의의 조합)에서 작동하도록 구성될 수 있다. 레이저원(104)으로서 제공될 수 있는 레이저원들의 특정한 예들은, EOLITE에 의해 제조되는 BOREAS, HEGOA, SIROCCO 또는 CHINOOK 시리즈들의 레이저들; PYROPHOTONICS에 의해 제조되는 PYROFLEX 시리즈들의 레이저들; COHERENT에 의해 제조되는 PALADIN 어드밴스드 355, DIAMOND 시리즈들(예를 들어, DIAMOND E, G, J-2, J-3, J-5 시리즈들), FLARE NX, MATRIX QS DPSS, MEPHISTO Q, AVIA LX, AVIA NX, RAPID NX, HYPERRAPID NX, RAPID, HELIOS, FIDELITY, MONACO, OPERA, 또는 RAPID FX 시리즈들의 레이저들; SPECTRA PHYSICS에 의해 제조되는 ASCEND, ELEMENT 2, ELEMENT 2 CEP4, EXCELSIOR, EXPLORER, HIPPO, ICEFYRE, NAVIGATOR, QUATA-RAY, QUASAR, SPIRIT, SPIRIT 1030-100, SPIRIT 1030-70, SPIRIT 515-50, TALON, 또는 VGEN 시리즈들의 레이저들; SYNRAD에 의해 제조되는 PULSTAR- 또는 FIRESTAR-시리즈들의 레이저들; TRUMPF에 의해 제조되는 모든, TRUFLOW-시리즈들의 레이저들(예를 들어, TRUFLOW 2000, 1700, 3000, 3200, 3600, 4000, 5000, 6000, 6000, 8000, 10000, 12000, 15000, 20000), TRUCOAX 시리즈들의 레이저들(예를 들어, TRUCOAX 1000) 또는 TRUDISK, TRUPULSE, TRUDIODE, TRUFIBER, 또는 TRUMICRO 시리즈들의 레이저들; IMRA AMERICA에 의해 제조되는 FCPA μJEWEL 또는 FEMTOLITE 시리즈들의 레이저들; AMPLITUDE SYSTEMES에 의해 제조되는 TANGERINE 및 SATSUMA 시리즈들의 레이저들(및 MIKAN 및 T-PULSE 시리즈들의 발진기들); IPG PHOTONICS에 의해 제조되는 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 시리즈들의 레이저들(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 레이저원들을 포함한다.
B. 제1 위치 지정기
제1 위치 지정기(106)는 빔 경로(116) 내에 배열, 위치 또는 달리 배치되고, 레이저원(104)에 의해 생성되는 레이저 펄스들을 회절, 반사, 굴절 등 또는 이들의 임의의 조합을 하도록(즉, 레이저 펄스들을 "편향(deflect)"시키도록) 작동하여 (예를 들어, 스캔 렌즈(112)에 대한) 빔 경로(116)의 이동을 편향시키거나 부여하고, 결과적으로, 작업물(102)에 대한 빔 축(118)의 이동을 편향시키거나 부여한다. 일반적으로, 제1 위치 지정기(106)는 (예를 들어, 스캔 렌즈(112)에 의해 작업물(102) 상에 투사된 제1 스캐닝 범위 내에서, X축(또는 방향), Y축(또는 방향), 또는 이들의 조합을 따라) 작업물(102)에 대한 빔 축(118)의 이동을 부여하도록 작동한다. 도시되지는 않았지만, X축(또는 X방향)은 도시된 Y축 및 Z축(또는 방향들)에 직교하는 축(또는 방향)을 지칭하는 것으로 이해될 것이다.
일반적으로, 그리고 제1 위치 지정기(106)의 구성, 빔 경로(116)를 따른 제1 위치 지정기(106)의 위치, 제1 위치 지정기(106)에 입사하는 레이저 펄스들의 빔 크기, 스폿 크기 등과 같은 하나 이상의 인자들에 의존하여, 제1 스캐닝 범위는 X 방향 또는 Y 방향 중 임의의 방향으로 0.01mm, 0.04mm, 0.1mm, 0.5mm, 1.0mm, 1.4mm, 1.5mm, 1.8mm, 2mm, 2.5mm, 3.0mm, 3.5mm, 4.0mm, 4.2mm, 5mm, 10mm, 25mm, 50mm, 60mm 등 또는 임의의 이러한 값들 사이의 것보다 작거나 크거나 같은 거리까지 연장될 수 있다. 제1 스캐닝 범위의 최대 치수(예를 들어, X 방향 또는 Y 방향으로 또는 다른 방식으로)는 작업물(102)에 형성될 피처(예를 들어, 개구, 리세스, 비아, 트렌치 등)의 최대 치수(X-Y 평면에서 측정됨)보다 크거나 같거나 작을 수 있다.
일반적으로, 제1 위치 지정기(106)가 제1 스캐닝 범위 내에서 프로세스 스폿을 임의의 위치에 위치 지정할(따라서 빔 축(118)을 이동시킬) 수 있는 레이트(rate)(또한 "위치 지정 레이트"로서도 지칭됨)는 8kHz(또는 그 주변) 내지 250MHz(또는 그 주변)의 범위에 있다. 이 범위는 또한 본원에서 제1 위치 지정 대역폭으로서 지칭된다. 예를 들어, 제1 위치 지정 대역폭은 8kHz, 10kHz, 20kHz, 30kHz, 40kHz, 50kHz, 75kHz, 80kHz, 100kHz, 250kHz, 500kHz, 750kHz, 1MHz, 5MHz, 10MHz, 20MHz, 40MHz, 50MHz, 75MHz, 100MHz, 125MHz, 150MHz, 175MHz, 200MHz, 225MHz, 250MHz 등 또는 임의의 이러한 값들 사이의 것보다 크거나, 같거나, 작을 수 있다. 위치 지정 레이트의 역(inverse)은 본원에서 "위치 지정 주기"로서 지칭되며, 제1 스캐닝 범위 내의 한 위치로부터 제1 스캐닝 범위 내의 임의의 다른 위치로 프로세스 스폿의 포지션을 변경하는 데 필요한 최소 시간의 양을 지칭한다. 따라서, 제1 위치 지정기(106)는 200μs, 125μs, 100μs, 50μs, 33μs, 12.5μs, 10μs, 4μs, 2μs, 1.3μs, 1μs, 0.2μs, 0.1μs, 0.05μs, 0.025μs, 0.02μs, 0.013μs, 0.01μs, 0.008μs, 0.0067μs, 0.0057μs, 0.0044μs, 0.004μs 등 또는 임의의 이러한 값들 사이의 것보다 크거나, 같거나, 작은 위치 지정 주기를 갖는 것으로 특징지어질 수 있다.
제1 위치 지정기(106)는 마이크로 전자 기계 시스템(MEMS) 미러 또는 미러 어레이, AOD 시스템, 전자 광학 편향기(EOD) 시스템, 고속 조향 미러(FSM) 요소(예를 들어, 압전 액추에이터, 전기 변형 액추에이터, 음성 코일 액추에이터 등을 통합), 검류계 미러 시스템, 회전 다각형 스캐너 등 또는 이들의 임의의 조합으로서 제공될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 위치 지정기(106)는, 적어도 하나(예를 들어, 한 개, 두 개, 세 개, 네 개 등)의 단일 요소 AOD 시스템, 적어도 하나(예를 들어, 한 개, 두 개, 세 개, 네 개 등)의 위상 어레이 AOD 시스템 등 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 AOD 시스템으로서 제공된다. 단일 요소 또는 위상 어레이 AOD 시스템들 각각은, 결정질 Ge, PbMoO4 또는 TeO2, 유리질 SiO2, 석영, As2S3 등과 같은 재료로 형성된 AO 셀을 포함한다. 본원에서 사용되는 바에 따르면, "단일 요소" AOD 시스템은 AO 셀에 음향적으로 결합된 단일 초음파 변환기 요소만을 갖는 AOD 시스템을 지칭하는 반면, "위상 어레이" AOD 시스템은 공통 AO 셀에 음향적으로 결합된 적어도 2개의 초음파 변환기 요소들의 위상 어레이를 포함한다.
당업자에 의해 인식되는 바와 같이, AO 기술들(예를 들어, AOD들, AOM들 등)은 AO 셀을 통해 전파되는 음향파들에 의해 야기되는 회절 효과들을 이용하여 AO 셀을 통해 동시 발생적으로 전파하는 광파(즉, 본 출원의 맥락에서 레이저 에너지의 빔)의 하나 이상의 특성들을 변조한다. 일반적으로 AO 셀은 동일한 구역에서 음향파와 광파를 모두 지원할 수 있다. 음향파는 AO 셀의 굴절률에 섭동(perturbation)을 부여한다. 음향파들은 일반적으로 하나 이상의 RF 주파수들에서 초음파 변환기 요소를 구동함으로써 AO 셀 내로 발사(launch)된다. 음향파의 특성들(예를 들어, 진폭, 주파수, 위상 등)을 제어함으로써, 전파하는 광파의 하나 이상의 특성들은 제어 가능하게 변조되어(예를 들어, 스캔 렌즈(112)에 대한) 빔 경로(116)의 이동을 부여할 수 있다. 또한 AO 셀로 발사된 음향파의 특성들은, AO 셀을 통과할 때 레이저 에너지의 빔의 에너지를 감쇠시키기 위해 잘 알려진 기술들을 사용하여 제어될 수 있다. 따라서, AOD 시스템은 또한 궁극적으로 작업물(102)에 전달되는 레이저 펄스들의 펄스 에너지(및 이에 상응하여 플루언스, 피크 파워, 광학 강도, 평균 파워 등)를 변조하도록 작동될 수 있다.
임의의 AOD 시스템들은 빔 경로(116)를 편향 시킴으로써 (예를 들어, 단일 방향을 따라 빔 축(118)의 이동을 부여하도록 작동하는) 단축 AOD 시스템 또는 (예를 들어, 하나 이상의 축들을 따라, 예를 들어, X축을 따라, Y축을 따라, 또는 이들의 임의의 조합으로 빔 축(118)의 이동을 부여하도록 작동하는) 다축 AOD 시스템으로서 제공될 수 있다. 일반적으로, 다축 AOD 시스템은 다중 셀 시스템 또는 단일 셀 시스템으로서 제공될 수 있다. 다중 셀, 다축 시스템은 일반적으로, 각각이 상이한 축을 따라 빔 축(118)의 이동을 부여하도록 작동하는 다수의 AOD 시스템들을 포함한다. 예를 들어, 다중 셀, 다축 시스템은 X축을 따라 빔 축(118)의 이동을 부여하도록 작동하는 제1 AOD 시스템(예를 들어, 단일 요소 또는 위상 어레이 AOD 시스템)(예를 들어, "X축 AOD 시스템") 및 Y축을 따라 빔 축(118)의 이동을 부여하도록 작동하는 제2 AOD 시스템(예를 들어, 단일 요소 또는 위상 어레이 AOD 시스템)(예를 들어, "Y축 AOD 시스템")을 포함할 수 있다. 단일 셀, 다축 시스템(예를 들어, "X/Y축 AOD 시스템")은 일반적으로 X축 및 Y축을 따라 빔 축(118)의 이동을 부여하도록 작동하는 단일 AOD 시스템을 포함한다. 예를 들어, 단일 셀 시스템은 공통 AO 셀의 직교 배열된 평면들, 면들(facets), 측면들 등에 음향적으로 결합된 적어도 두 개의 초음파 변환기 요소들을 포함할 수 있다.
C. 제2 위치 지정기
제2 위치 지정기(108)는 빔 경로(116)에 배치되고, 레이저원(104)에 의해 생성되고 제1 위치 지정기(106)에 의해 통과된 레이저 펄스들을 회절, 반사, 굴절 등 또는 이들의 임의의 조합을 하도록(즉, 레이저 펄스들을 "편향"시키도록) 작동하여(예를 들어, 스캔 렌즈(112)에 대한) 빔 경로(116)의 이동을 편향시키거나 부여하고, 결과적으로, 작업물(102)에 대한 빔 축(118)의 이동을 편향시키거나 부여한다. 일반적으로, 제2 위치 지정기(108)는 (예를 들어, 스캔 렌즈(112)에 의해 작업물(102) 상에 투사된 제2 스캐닝 범위 내에서, X축(또는 방향), Y축(또는 방향), 또는 이들의 조합을 따라) 작업물(102)에 대한 빔 축(118)의 이동을 부여하도록 작동한다.
일반적으로, 그리고 제2 위치 지정기(108)의 구성, 빔 경로(116)를 따른 제2 위치 지정기(108)의 위치, 제2 위치 지정기(108)에 입사하는 레이저 펄스들의 빔 크기, 스폿 크기 등과 같은 하나 이상의 인자들에 의존하여, 제2 스캐닝 범위는 제1 스캐닝 범위의 대응하는 거리보다 큰 거리까지, X 방향 또는 Y 방향 중 임의의 방향으로 연장될 수 있다. 위의 관점에서, 제2 스캐닝 범위는, X 방향 또는 Y 방향 중 임의의 방향으로, 1mm, 25mm, 50mm, 75mm, 100mm, 250mm, 500mm, 750mm, 1cm, 25cm, 50cm, 75cm, 1m, 1.25m, 1.5m 등 또는 임의의 이러한 값들 사이의 것보다 작거나 크거나 같은 거리까지 연장될 수 있다. 제2 스캐닝 범위의 최대 치수(예를 들어, X 방향 또는 Y 방향으로 또는 다른 방식으로)는 작업물(102)에 형성될 피처(예를 들어, 개구, 리세스, 비아, 트렌치, 스크라이브 라인, 전도성 트레이스 등)의 최대 치수(X-Y 평면에서 측정됨)보다 크거나 같거나 작을 수 있다.
본원에 설명된 구성을 고려하여, 제1 위치 지정기(106)에 의해 부여된 빔 축(118)의 이동이 제2 위치 지정기(108)에 의해 부여된 빔 축(118)의 이동에 의해 중첩될 수 있음이 인식되어야 한다. 따라서, 제2 위치 지정기(108)는 제2 스캐닝 범위 내에서 제1 스캐닝 범위를 스캔하도록 작동한다.
일반적으로, 제2 위치 지정기(108)가 제2 스캐닝 범위 내의 임의의 위치에 프로세스 스폿을 위치 지정(따라서, 제2 스캐닝 범위 내에서 빔 축(118)을 이동시키고 및/또는 제2 스캐닝 범위 내의 제1 스캐닝 범위를 스캐닝함)할 수 있는 위치 지정 레이트는, 제1 위치 지정 대역폭보다 작은 범위(본원에서 "제2 위치 지정 대역폭"으로서도 지칭됨)에 걸쳐있다. 일 실시예에서, 제2 위치 지정 대역폭은 500Hz(또는 그 주변) 내지 8kHz(또는 그 주변)의 범위에 있다. 예를 들어, 제2 위치 지정 대역폭은 500Hz, 750Hz, 1kHz, 1.25kHz, 1.5kHz, 1.75kHz, 2kHz, 2.5kHz, 3kHz, 3.5kHz, 4kHz, 4.5kHz, 5kHz, 5.5kHz, 6kHz, 6.5kHz, 7kHz, 7.5kHz, 8kHz 등 또는 임의의 이러한 값들 사이의 것보다 크거나 같거나 작을 수 있다.
위를 고려하여, 제2 위치 지정기(108)는, 마이크로 전자 기계 시스템(MEMS) 미러 또는 미러 어레이, AOD 시스템, 전자 광학 편향기(EOD) 시스템, 고속 조향 미러(FSM) 요소(예를 들어, 압전 액추에이터, 전기변형 액추에이터, 음성 코일 액추에이터 등을 통합), 검류계 미러 시스템, 공진 스캐닝 미러 시스템, 회전 다각형 스캐너 등 또는 이들의 임의의 조합으로서 제공될 수 있음이 이해되어야 한다. 일 실시예에서, 제2 위치 지정기(108)는 2개의 검류계 미러 구성요소들, 즉 X축을 따라 작업물(102)에 대한 빔 축(118)의 이동을 부여하도록 배열된 제1 검류계 미러 구성요소(예를 들어, X축 검류계 미러 구성요소) 및 Y축을 따라 작업물(102)에 대한 빔 축(118)의 이동을 부여하도록 배열된 제2 검류계 미러 구성요소(예를 들어, Y축 검류계 미러 구성요소)를 포함하는 검류계 미러 시스템으로서 제공될 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 제2 위치 지정기(108)는 X축 및 Y축을 따라 작업물(102)에 대한 빔 축(118)의 이동을 부여하도록 배열된 단일 검류계 미러 구성요소를 포함하는 검류계 미러 시스템으로서 제공될 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 제2 위치 지정기(108)는 회전 다각형 미러 시스템 등으로서 제공될 수 있다. 따라서, 제2 위치 지정기(108) 및 제1 위치 지정기(106)의 특정한 구성에 의존하여, 제2 위치 지정 대역폭은 제1 위치 지정 대역폭보다 크거나 같을 수 있다는 점이 이해될 것이다.
D. 제3 위치 지정기
제3 위치 지정기(110)는 스캔 렌즈(112)에 대한 작업물(102)의 이동을 부여하고, 결과적으로 빔 축(118)에 대한 작업물(102)의 이동을 부여하도록 작동한다. 빔 축(118)에 대한 작업물(102)의 이동은, 일반적으로 프로세스 스폿이 제3 스캔 필드 또는 "제3 스캐닝 범위" 내에서 스캔되거나, 이동되거나 달리 위치 지정될 수 있도록 제한된다. 제3 위치 지정기(110)의 구성과 같은 하나 이상의 인자들에 의존하여, 제3 스캐닝 범위는 X 방향 또는 Y 방향 중 임의의 방향으로 제2 스캐닝 범위의 대응하는 거리보다 크거나 같은 거리까지 연장될 수 있다. 그러나, 일반적으로 제3 스캐닝 범위의 최대 치수(예를 들어, X 방향 또는 Y 방향으로 또는 다른 방식으로)는 작업물(102)에 형성될 임의의 피처의 대응하는 최대 치수(XY 평면에서 측정됨)보다 크거나 같을 것이다. 선택적으로, 제3 위치 지정기(110)는 Z 방향으로(예를 들어, 1mm 내지 50mm의 범위에 걸쳐) 연장되는 스캐닝 범위 내에서 빔 축(118)에 대해 작업물(102)을 이동시키도록 작동될 수 있다. 따라서, 제3 스캐닝 범위는 X 방향, Y 방향 및/또는 Z 방향을 따라 연장될 수 있다.
본원에 설명된 구성을 고려하여, 작업물(102)에 대한 프로세스 스폿의 이동(예를 들어, 제1 위치 지정기(106) 및/또는 제2 위치 지정기(108)에 의해 부여됨)은 제3 위치 지정기(110)에 의해 부여된 작업물(102)의 이동에 의해 중첩될 수 있음이 인식되어야 한다. 따라서, 제3 위치 지정기(110)는 제3 스캐닝 범위 내에서 제1 스캐닝 범위 및/또는 제2 스캐닝 범위를 스캐닝하도록 작동한다. 일반적으로, 제3 위치 지정기(110)가 제3 스캐닝 범위 내의 임의의 위치에서 작업물(102)을 위치 지정(따라서 작업물(102)을 이동시키고, 제3 스캐닝 범위 내에서 제1 스캐닝 범위를 스캐닝하고 및/또는 제3 스캐닝 범위 내에서 제2 스캐닝 범위를 스캐닝함)할 수 있는 위치 지정 레이트는 제2 위치 지정 대역폭보다 작은 범위(본원에서 "제3 위치 지정 대역폭"으로서도 지칭됨)에 걸쳐있다. 일 실시예에서, 제3 위치 지정 대역폭은 500Hz 미만(또는 그 주변)이다. 예를 들어, 제3 위치 지정 대역폭은 500Hz, 250Hz, 150Hz, 100Hz, 75Hz, 50Hz, 25Hz, 10Hz, 7.5Hz, 5Hz, 2.5Hz, 2Hz, 1.5Hz, 1Hz 등 또는 임의의 이러한 값들 사이의 것과 같거나 작을 수 있다.
일 실시예에서, 제3 위치 지정기(110)는, 하나 이상의 선형 스테이지들(예를 들어, 각각은 X 방향, Y 방향 및/또는 Z 방향을 따라 작업물(102)에 병진 이동을 부여할 수 있음), 하나 이상의 회전 스테이지들(예를 들어, 각각은 X 방향, Y 방향 및/또는 Z 방향에 평행한 축을 중심으로 작업물(102)에 회전 이동을 부여할 수 있음) 등 또는 이들의 임의의 조합으로서 제공된다. 일 실시예에서, 제3 위치 지정기(110)는 X 방향을 따라 작업물(102)을 이동시키기 위한 X 스테이지 및 Y 방향을 따라 작업물(102)을 이동시키기 위한 X 스테이지에 의해 지지되는(따라서 X 스테이지에 의해 X 방향을 따라 이동 가능) Y 스테이지를 포함한다.
도시되지는 않았지만, 장치(100)는 선택적으로 제3 위치 지정기(110)의 스테이지에 결합된 고정구(fixture)(예를 들어, 척(chuck))를 포함할 수 있다. 고정구는 지지 구역을 포함할 수 있고 작업물(102)은 고정구에 기계적으로 클램핑, 고정, 유지 또는 부착되거나 달리 지지 구역 내에서 고정구에 의해 지지될 수 있다. 일 실시예에서, 작업물(102)은 고정구의 주된, 전형적으로 편평한 지지 표면에 직접 접촉하도록 클램핑, 고정, 유지 또는 부착되거나 달리 지지될 수 있다. 다른 실시예에서, 작업물(102)은 고정구의 지지 표면으로부터 이격되도록 클램핑, 고정, 유지 또는 부착되거나 달리 지지될 수 있다. 일 실시예에서, 작업물(102)은 고정구로부터 작업물(102)에 선택적으로 가해지거나 달리 작업물(102)과 고정구 사이에 존재하는 힘(예를 들어, 정전기력, 진공력, 자기력)에 의해 고정, 유지 또는 부착될 수 있다.
지금까지 설명된 바와 같이, 장치(100)는 제3 위치 지정기(110)로서 소위 "스택형(stacked)" 위치 지정 시스템을 사용하는데, 이는 제1 위치 지정기(106), 제2 위치 지정기(108), 스캔 렌즈(112) 등과 같은 다른 구성요소들의 위치들이 장치(100) 내에서 작업물(102)에 대해 (예를 들어, 당 업계에 알려진 바와 같이 하나 이상의 지지체들, 프레임들 등을 통하여) 정지된 상태로 유지하면서 작업물(102)이 이동될 수 있게 한다. 다른 실시예에서, 제3 위치 지정기(110)가 제1 위치 지정기(106), 제2 위치 지정기(108), 스캔 렌즈(112) 등과 같은 하나 이상의 구성요소들을 이동시키도록 배열되고 작동할 수 있으며, 작업물(102)은 정지된 상태로 유지될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 제3 위치 지정기(110)는, 제1 위치 지정기(106), 제2 위치 지정기(108), 스캔 렌즈(112) 등 또는 이들의 임의의 조합과 같은 하나 이상의 구성요소들이 하나 이상의 선형 또는 회전 스테이지들(예를 들어, 프레임, 갠트리(gantry) 등에 장착됨)에 의해 운반되고 작업물(102)은 하나 이상의 다른 선형 또는 회전 스테이지들에 의해 운반되는 소위 "분할 스테이지" 위치 지정 시스템으로서 제공될 수 있다. 이러한 실시예에서, 제3 위치 지정기(110)는, 제2 위치 지정기(108) 및 스캔 렌즈(112)와 같은 하나 이상의 구성요소들을 이동시키도록 배열되고 작동하는 하나 이상의 선형 또는 회전 스테이지들을 포함하고 작업물(102)을 이동시키도록 배열되고 작동하는 하나 이상의 선형 또는 회전 스테이지들을 포함한다. 예를 들어, 제3 위치 지정기(110)는 Y 방향을 따라 작업물(102)의 이동을 부여하기 위한 Y 스테이지와 X 방향을 따라 스캔 헤드의 이동을 부여하기 위한 X 스테이지를 포함할 수 있다. 장치(100)에서 유익하게 또는 유리하게 사용될 수 있는 분할 스테이지 위치 지정 시스템들의 일부 예들은 미국 특허 번호 제5,751,585호, 제5,798,927호, 제5,847,960호, 제6,606,999호, 제7,605,343호, 제8,680,430호, 제8,847,113호 또는 미국 특허출원 공보 제2014/0083983호에 개시된 임의의 것들 중 임의의 것 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다.
제3 위치 지정기(110)가 Z 스테이지를 포함하는 일 실시예에서, Z 스테이지는 Z 방향을 따라 작업물(102)을 이동시키도록 배열되고 구성될 수 있다. 이 경우, Z 스테이지는, 작업물(102)을 이동 또는 위치 지정하기 위한 하나 이상의 다른 전술한 스테이지들에 의해 운반될 수 있고, 작업물(102)을 이동 또는 위치 지정하기 위한 하나 이상의 다른 전술한 스테이지들을 운반할 수 있거나, 또는 이들의 임의의 조합이 될 수 있다. 제3 위치 지정기(110)가 Z 스테이지를 포함하는 다른 실시예에서, Z 스테이지는 Z 방향을 따라 스캔 렌즈(112)를 이동시키도록 배열되고 구성될 수 있다. 따라서, 제3 위치 지정기(110)가 분할 스테이지 위치 지정 시스템으로서 제공되는 경우, Z 스테이지는 X 스테이지를 운반하거나 이에 의해 운반될 수 있다. Z 방향을 따라 작업물(102) 또는 스캔 렌즈(112)를 이동시키는 것은 작업물(102)에서 스폿 크기의 변경을 초래할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 제1 위치 지정기(106), 제2 위치 지정기(108), 스캔 렌즈(112) 등과 같은 하나 이상의 구성요소들은 관절식 다축 로봇 팔(예를 들어, 2-, 3-, 4-, 5-, 또는 6-축 팔)에 의해 운반될 수 있다. 이러한 실시예에서, 제2 위치 지정기(108) 및/또는 스캔 렌즈(112)는 선택적으로 로봇 팔의 엔드 이펙터(end effector)에 의해 운반될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 작업물(102)은 관절식 다축 로봇 팔의 엔드 이펙터 상에서 직접(즉, 제3 위치 지정기(110) 없이) 운반될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 제3 위치 지정기(110)는 관절식 다축 로봇 팔의 엔드 이펙터 상에서 운반될 수 있다.
D. 스캔 렌즈
스캔 렌즈(112)(예를 들어, 단순 렌즈 또는 복합 렌즈로서 제공됨)는, 일반적으로 원하는 프로세스 스폿 또는 그 근처에 위치 지정될 수 있는 빔 웨이스트를 생성하기 위해 전형적으로 빔 경로를 따라 지향되는 레이저 펄스들을 집속하도록 구성된다. 스캔 렌즈(112)는 f-세타(theta) 렌즈, 텔레센트릭(telecentric) 렌즈, 액시콘(axicon) 렌즈(이 경우, 빔 축(118)을 따라 서로 변위된 복수의 프로세스 스폿들을 산출하는 일련의 빔 웨이스트들이 생성됨) 등 또는 이들의 임의의 조합으로서 제공될 수 있다. 일 실시예에서, 스캔 렌즈(112)는 고정 초점 길이 렌즈로서 제공되고, (예를 들어, 빔 축(118)을 따라 빔 웨이스트의 포지션을 변경하도록) 스캔 렌즈(112)를 이동시키도록 작동하는 스캔 렌즈 위치 지정기(예를 들어, 렌즈 액추에이터, 도시되지 않음)에 결합된다. 예를 들어, 렌즈 액추에이터는 Z 방향을 따라 스캔 렌즈(112)를 선형으로 병진이동하도록 작동하는 음성 코일로서 제공될 수 있다. 이 경우, 스캔 렌즈(112)는 용융 실리카, 광학 유리, 셀렌화 아연, 황화 아연, 게르마늄, 갈륨 비소, 불화 마그네슘 등과 같은 재료로 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 스캔 렌즈(112)는 빔 축(118)을 따라 빔 웨이스트의 포지션을 변경하기 위하여(예를 들어, 렌즈 액추에이터를 통해) 작동될 수 있는 가변 초점 길이 렌즈(예를 들어, 줌 렌즈 또는 현재 COGNEX, VARIOPTIC 에 의해 제공되는 기술들을 통합한 소위 "액체 렌즈" 등)로서 제공된다. 빔 축(118)을 따라 빔 웨이스트의 포지션을 변경하는 것은 작업물(102)에서 스폿 크기의 변경을 초래할 수 있다.
일 실시예에서, 스캔 렌즈(112) 및 제2 위치 지정기(108)는 공통 하우징 또는 "스캔 헤드"에 통합된다. 따라서, 장치(100)가 렌즈 액추에이터를 포함하는 실시예에서, 렌즈 액추에이터는 (예를 들어, 제2 위치 지정기(108)에 대해, 스캔 헤드 내에서 스캔 렌즈(112)의 이동을 가능하게 하기 위하여) 스캔 렌즈(112)에 결합될 수 있다. 대안적으로, 렌즈 액추에이터는 (예를 들어, 스캔 헤드 자체의 이동을 가능하게 하기 위하여 - 이 경우 스캔 렌즈(112) 및 제2 위치 지정기(108)는 함께 이동할 것임 - ) 스캔 헤드에 결합될 수 있다. 다른 실시예에서, 스캔 렌즈(112) 및 제2 위치 지정기(108)는 (예를 들어, 스캔 렌즈(112)가 통합된 하우징이 제2 위치 지정기(108)가 통합된 하우징에 대해 이동 가능하도록) 상이한 하우징들에 통합된다. 스캔 헤드의 구성요소가 간단히 제거되고 다른 구성요소로 교체될 수 있어서, 하나의 스캔 헤드가 간단히 제거되고 다른 스캔 헤드 등으로 교체될 수 있도록, 스캔 헤드의 구성요소들 또는 전체 스캔 헤드 자체는 모듈식 어셈블리로 구성될 수 있다.
E. 비전
장치(100)는, 프로세싱을 위한 장치(100)에 제공된 작업물(102)에 의해 점유된 구역을 포함하는 시야를 갖는 카메라(113)(예를 들어, CCD 카메라, CMOS 카메라 등 또는 이들의 임의의 조합)와 같은 하나 이상의 카메라들을 더 포함할 수 있다. 카메라(113)는 스캔 렌즈(112) 또는 전술한 스캔 헤드에 결합될 수 있다. 다른 실시예에서, 제3 위치 지정기(110)가 분할 스테이지 위치 지정 시스템으로서 제공되는 경우, 카메라(113)는 (스캔 렌즈(112) 또는 스캔 헤드 자체 대신) 스캔 렌즈(112) 또는 스캔 헤드를 이동시키도록 배열되고 작동하는 임의의 스테이지에 결합될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 장치(100)는 프레임, 갠트리 등(본원에서 일반적으로 "검사 지지체"로서 지칭됨)과 같은 구조를 포함할 수 있고, 카메라(113)는 검사 지지체에 결합될 수 있다. 이 실시예에서, 장치(100)는 (예를 들어, 작업물(102)에 대해) 검사 지지체를 이동시키기 위해, (예를 들어, 검사 지지체에 대해) 카메라(113) 등을 이동시키기 위해 또는 이들의 임의의 조합을 위해 하나 이상의 선형 또는 회전 스테이지들을 포함할 수 있다. 카메라(113)는 시야 내에서 캡처된 이미지를 나타내는 이미지 데이터를 생성하고 이미지 데이터를(예를 들어, 하나 이상의 이미지 신호들로서) 제어기(114)에 출력할 수 있다.
이미지 데이터는 당업계에 알려진 임의의 원하는 또는 달리 적합한 방식으로 (예를 들어, 제어기(114)에서, 원격 시스템(126) 등 또는 이들의 임의의 조합에서) 해석되거나, 조작되거나, 알고리즘에 입력되거나 달리 프로세싱되어, 장치(100) 내에서의 작업물(102)의 정렬, 캘리브레이션(calibration), (예를 들어, 작업물(102)을 프로세싱하는 결과로서 형성된 피처들의) 시각적 검사 등 또는 이들의 임의의 조합과 같은 하나 이상의 작동들을 용이하게 한다. 이미지 데이터가 검사 프로세스(예를 들어, 시각적 검사 프로세스)를 용이하게 하는 데 사용되는 한, 이미지 데이터를 생성했던 임의의 카메라(예를 들어, 카메라(113))는 "검사 시스템"의 부분으로 간주될 수 있다. 따라서, 검사 시스템은 단일 카메라 또는 다수의 카메라들을 포함할 수 있다.
도 1은 장치(100)가 단지 하나의 카메라(113)를 포함하는 것으로서 도시하고 있지만, (예를 들어, 해상도, 시야 등 또는 이들의 임의의 조합 면에서 상이한) 다수의 카메라들(113)이 포함될 수 있음이 이해될 것이다. 예를 들어, 일 실시예에서, 장치(100)는 제1 카메라 및 제2 카메라를 포함할 수 있다. 제1 카메라는 상대적으로 큰 시야와 상대적으로 낮은 해상도를 가질 수 있는 반면, 제2 카메라는 상대적으로 작은 시야와 상대적으로 높은 해상도를 가질 수 있다. 일반적으로, 제2 카메라의 시야는 제1 카메라의 시야 내에 위치될 것이다. 그러나, 제1 카메라 및 제2 카메라는, 제2 카메라의 시야가 제1 카메라의 시야 밖에 위치되도록 배열될 수 있다. 게다가, 카메라(113)는, 작업물(102) 상에 투사된 것처럼 제1 스캐닝 범위 또는 제2 스캐닝 범위보다 넓은 시야를 가질수 있다.
더욱이, 그리고 도시되지는 않았지만, 장치(100)는, 카메라(예를 들어, 카메라(113))의 시야를 조명하도록 작동하는 조명 시스템(예를 들어, 당업계에 알려진 임의의 적합한 기계 비전 조명 시스템)을 포함할 수 있다.
도시된 실시예에서, 카메라(113)는, 스캔 렌즈(112)로부터 측방향으로 오프셋된다. 따라서, 카메라(113)의 시야(즉, 작업물(102) 상으로 투사된 것처럼)는 스캔 렌즈(112)에 의해 작업물(102) 상으로 투사된 스캔 필드 밖에 적어도 부분적으로 위치될 수 있다. 다른 실시예에서, 장치(100)는, 카메라(예를 들어, 카메라(113))의 시야가 스캔 렌즈(112)를 통해 투사되는 것을 가능하게 하는, 당업계에 알려진 임의의 방식으로, 하나 이상의 광학 구성요소들(예를 들어, 하나 이상의 빔 스플리터들, 미러들, 렌즈들 등 또는 이들의 임의의 조합)을 포함할 수 있다.
F. 제어기
일반적으로, 장치(100)는 장치(100)의 작동을 제어하거나 제어를 용이하게 하기 위하여 제어기(114)와 같은 하나 이상의 제어기들을 포함한다. 일 실시예에서, 제어기(114)는, 레이저원(104), 제1 위치 지정기(106), 제2 위치 지정기(108), 제3 위치 지정기(110), 렌즈 액추에이터, 스캔 렌즈(112)(가변 초점 길이 렌즈로서 제공되는 경우), 고정구, 카메라(113), VOA, 빔 크기 조정 메커니즘 등과 같은 장치(100)의 하나 이상의 구성요소들에 (예를 들어, USB, RS-232, 이더넷(Ethernet), 파이어와이어, Wi-Fi, RFID, NFC, 블루투스, Li-Fi, SERCOS, MARCO, EtherCAT 등 또는 이들의 임의의 조합과 같이, 하나 이상의 유선 또는 무선, 직렬 또는 병렬 통신 링크들을 통해) 통신 가능하게 결합되며, 이들은 이에 따라 제어기(114)에 의해 출력되는 하나 이상의 제어 신호들에 응답하여 작동한다.
예를 들어, 제어기(114)는, 제1 위치 지정기(106), 제2 위치 지정기(108), 또는 제3 위치 지정기(110)의 작동을 제어하여 빔 축과 작업물(102) 사이의 상대적인 이동을 부여하여 작업물(102) 내의 경로 또는 궤적(본원에서 "프로세스 궤적"으로서도 지칭됨)을 따라 프로세스 스폿과 작업물(102) 사이의 상대적인 이동을 유발할 수 있다. 다른 예에서, 그리고 아래에 더 자세히 설명되는 바와 같이, 제어기(114)는, 프로세싱의 결과로서 작업물(102)에 형성된 피처들의 검사를 가능하게 하도록 작업물(102)이 프로세싱된 후, 카메라(113)와 작업물(102) 사이의 상대적인 이동을 부여하기 위해 제3 위치 지정기(110)의 작동을 제어할 수 있다.
일반적으로, 제어기(114)는 명령어들을 실행할 때 전술한 제어 신호들을 생성하도록 작동하는 하나 이상의 프로세서들을 포함한다. 프로세서는 명령어들을 실행하도록 작동하는 프로그래밍 가능한 프로세서(예를 들어, 하나 이상의 범용 컴퓨터 프로세서들, 마이크로프로세서들, 디지털 신호 프로세서들 등 또는 이들의 임의의 조합을 포함)로서 제공될 수 있다. 프로세서(들)에 의해 실행 가능한 명령어들은 소프트웨어, 펌웨어 등, 또는 프로그래밍 가능 논리 디바이스들(PLD들), 현장 프로그래밍 가능 게이트 어레이들(FPGA들), 현장 프로그래밍 가능 객체 어레이들(FPOA들), 디지털, 아날로그 및 혼합 아날로그/디지털 회로를 포함하는 어플리케이션 특정 집적 회로들(ASIC들) 등 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 임의의 적합한 형태의 회로로 구현될 수 있다. 명령어들의 실행은, 하나의 프로세서 상에서 수행되거나, 프로세서들 사이에 분산되거나, 디바이스 내의 프로세스들에 걸쳐 또는 디바이스들의 네트워크에 걸쳐 병렬로 이루어지는 등 또는 이들의 임의의 조합을 통해 수행될 수 있다.
일 실시예에서, 제어기(114)는 프로세서에 의해 (예를 들어, 하나 이상의 유선 또는 무선 통신 링크들을 통해) 액세스 가능한 컴퓨터 메모리와 같은 유형(tangible)의 매체를 포함한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "컴퓨터 메모리"는 자기 매체(예를 들어, 자기 테이프, 하드 디스크 드라이브 등), 광 디스크들, 휘발성 또는 비휘발성 반도체 메모리(예를 들어, RAM, ROM, NAND형 플래시 메모리, NOR형 플래시 메모리, SONOS 메모리 등) 등을 포함하며, 로컬로, 원격으로(예를 들어, 네트워크를 통해) 또는 이들의 조합으로 액세스될 수 있다. 일반적으로, 명령어들은 컴퓨터 소프트웨어(예를 들어, 실행 가능 코드, 파일들, 명령어들 등, 라이브러리 파일들 등)로서 저장될 수 있으며, 이는 본원에 제공된 설명들로부터 기술자들에 의해 쉽게 저작될(authored) 수 있으며, 예를 들어, C, C++, Visual Basic, Java, Python, Tel, Perl, Scheme, Ruby, 어셈블리 언어, 하드웨어 기술 언어(예를 들어, VHDL, VERILOG 등) 등으로 작성될 수 있다. 컴퓨터 소프트웨어는 일반적으로 컴퓨터 메모리에 의해 전달되는 하나 이상의 데이터 구조들에 저장된다.
도시되지는 않았지만, 하나 이상의 드라이버들(예를 들어, RF 드라이버들, 서보 드라이버들, 라인 드라이버들, 전원들 등)은, 레이저원(104), 제1 위치 지정기(106), 제2 위치 지정기(108), 제3 위치 지정기(110), 렌즈 액추에이터, 스캔 렌즈(112)(가변 초점 길이 렌즈로서 제공되는 경우), 고정구, 카메라(113), VOA, 빔 크기 조정 메커니즘 등과 같은 하나 이상의 구성요소들의 입력에 통신 가능하게 결합될 수 있다. 일 실시예에서, 각 드라이버는 일반적으로 제어기(114)가 통신 가능하게 결합되는 입력을 포함하고 제어기(114)는 이로써, 장치(100)의 하나 이상의 구성요소들과 연관된 하나 이상의 드라이버들의 입력(들)에 전송될 수 있는 하나 이상의 제어 신호들(예를 들어, 트리거 신호들 등)을 생성하도록 작동한 다. 따라서, 레이저원(104), 제1 위치 지정기(106), 제2 위치 지정기(108), 제3 위치 지정기(110), 렌즈 액추에이터, 스캔 렌즈(112)(가변 초점 길이 렌즈로서 제공되는 경우), 고정구, 카메라(113), VOA, 빔 크기 조정 메커니즘 등과 같은 구성요소들은 제어기(114)에 의해 생성된 제어 신호들에 응답한다.
다른 실시예에서, 그리고 도시되지는 않았지만, 하나 이상의 추가 제어기들(예를 들어, 구성요소-특정 제어기들)은 선택적으로 레이저원(104), 제1 위치 지정기(106), 제2 위치 지정기(108), 제3 위치 지정기(110), 렌즈 액추에이터, 스캔 렌즈(112)(가변 초점 길이 렌즈로서 제공되는 경우), 고정구, 카메라(113), VOA, 빔 크기 조정 메커니즘 등과 같은 구성요소에 통신 가능하게 결합된(및 따라서 구성요소와 연관된) 드라이버의 입력에 통신 가능하게 결합될 수 있다. 이 실시예에서, 각 구성요소-특정 제어기는 제어기(114)에 통신 가능하게 결합될 수 있고 제어기(114)로부터 수신된 하나 이상의 제어 신호들에 응답하여, 하나 이상의 제어 신호들(예를 들어, 트리거 신호들 등)을 생성 - 이는 그 후 통신 가능하게 결합된 드라이버(들)의 입력(들)에 전송될 수 있음 - 하도록 작동할 수 있다. 이 실시예에서, 구성요소-특정 제어기는 제어기(114)에 대해 설명된 바와 유사하게 작동될 수 있다.
하나 이상의 구성요소-특정 제어기들이 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 결합될 수 있다. 이 실시예에서, 구성요소-특정 제어기들 중 하나 이상은 하나 이상의 다른 구성요소-특정 제어기들로부터 수신된 하나 이상의 제어 신호들에 응답하여 하나 이상의 제어 신호들(예를 들어, 트리거 신호들 등)을 생성하도록 작동될 수 있다.
G. 사용자 인터페이스
장치(100)는 제어기(114)에 (예를 들어, USB, RS-232, 이더넷, 파이어 와이어(Firewire), Wi-Fi, RFID, NFC, 블루투스, Li-Fi, SERCOS, MARCO, EtherCAT 등 또는 이들의 임의의 조합과 같은, 하나 이상의 유선 또는 무선, 직렬 또는 병렬 통신 링크들을 통하여) 통신 가능하게 결합된 사용자 인터페이스(120)를 더 포함할 수 있다. 사용자 인터페이스(120)는 하나 이상의 출력 디바이스들, 하나 이상의 입력 디바이스들, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 일반적으로, 출력 디바이스는 임의의 사람이 인식할 수 있는 자극들(예를 들어, 시각, 청각, 촉각 등)을 통해 정보를 렌더링하거나 달리 전달할 수 있는 임의의 디바이스이다. 출력 디바이스들의 예들은 모니터, 프린터, 스피커, 햅틱 액추에이터 등을 포함한다. 일반적으로, 입력 디바이스는, 예를 들어, 장치(100)의 사용자가 장치(100)를 작동하기 위하여(또는 장치(100)의 작동을 용이하게 하기 위하여) 명령어들, 커맨드들(commands), 파라미터들, 정보 등을 제공할 수 있게 하는 임의의 디바이스이다. 입력 디바이스들의 예들은 키보드, 마우스, 터치패드, 터치스크린, 마이크, 카메라 등을 포함한다.
H. 통신 모듈
선택적으로, 장치(100)는 제어기(114)에 (예를 들어, USB, RS-232, 이더넷, 파이어 와이어, Wi-Fi, RFID, NFC, 블루투스, Li-Fi, SERCOS, MARCO, EtherCAT 등 또는 이들의 임의의 조합과 같은 하나 이상의 유선 또는 무선, 직렬 또는 병렬 통신 링크들을 통하여) 통신 가능하게 결합된 통신 모듈(122)을 포함한다. 통신 모듈(122)은 데이터를 전송하거나, 데이터를 수신하거나, 이들의 조합을 수행하도록 작동한다. 따라서, 통신 모듈(122)은 유선 또는 무선 링크를 통해 다른 디바이스 또는 네트워크(예를 들어, 네트워크(124))로 데이터를 전송 및/또는 수신하기 위해 회로, 안테나들, 커넥터들 등 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 하나의 예에서, 통신 모듈(122)은 직렬 포트(예를 들어, RS232), 범용 직렬 버스(USB) 포트, IR 인터페이스 등 또는 이들의 임의의 조합으로서 기능하도록 제어기(114)의 소프트웨어 또는 펌웨어와 함께 작동하는 커넥터일 수 있다. 다른 예에서, 통신 모듈(122)은, RS-232C, IBM46XX, 키보드 웨지 인터페이스 등 또는 이들의 임의의 조합과 같은 복수의 상이한 호스트 인터페이스 프로토콜들을 지원하는 범용 인터페이스 드라이버 어플리케이션 특정 집적 회로(UIDA)일 수 있다. 통신 모듈(122)은 USB, 이더넷, 블루투스, 와이파이, 적외선(예를 들어, IrDa), RFID 통신 등 또는 이들의 임의의 조합과 같은 다른 알려진 통신 모드들을 지원하기 위하여, 당 업계에 알려진 바와 같이, 하나 이상의 모듈들, 회로들, 안테나들, 커넥터들 등을 포함할 수 있다. 제어기(114)로부터 별개의 구성요소로 되는 대신, 통신 모듈(122)이 임의의 알려진 또는 적합한 방식으로 제어기(114)의 부분으로서 통합될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
네트워크(124)는, 장치(100)에 원격인 하나 이상의 시스템들(예를 들어, 도 1에서 식별된 바와 같은 원격 시스템(126))에 (예를 들어, USB, RS-232, 이더넷, 파이어 와이어, Wi-Fi, RFID, NFC, 블루투스, Li-Fi, SERCOS, MARCO, EtherCAT 등 또는 이들의 임의의 조합과 같은 하나 이상의 유선 또는 무선, 직렬 또는 병렬 통신 링크들을 통하여) 통신 가능하게 결합될 수 있다. 일 실시예에서, 원격 시스템(126)은 컴퓨터(예를 들어, 데스크톱 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 스마트폰 등), 컴퓨팅 시스템(예를 들어, 클라우드 컴퓨팅 플랫폼), (예를 들어, 장치(100)와 같은 다른 장치와 연관된) 다른 제어기 또는 통신 모듈 등 또는 이들의 임의의 조합과 같은 디바이스일 수 있다. 원격 시스템(126)은, 사용자 인터페이스(12)와 관련하여 위에서 예시적으로 설명된 바와 같이, 하나 이상의 출력 디바이스들, 하나 이상의 입력 디바이스들, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 사용자 인터페이스를 포함하거나 달리 이에 결합될 수 있음이 이해되어야 한다. 원격 시스템(126)은, 장치(100)의 사용자, 장치(100)의 제조업체, 장치(100)에 대한 유지보수를 수행하는 책임이 있는 기술자 등 또는 이들의 임의의 조합에 의해 소유되거나 달리 작동되는 디바이스일 수 있다.
통신 모듈(122) 및 네트워크(124)를 통해, 제어기(114)는 원격 시스템(126)에 다양한 데이터를 통신할 수 있다. 따라서, 원격 시스템(126)에 출력될 수 있는 데이터의 예들은 전술한 이미지 데이터 또는 측정 데이터(아래에서 더 자세히 논의됨) 등 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 원격 시스템(126)에 의해 출력된 데이터는 (예를 들어, 네트워크(124) 및 통신 모듈(122)을 통해) 제어기(114)에 입력될 수 있고 장치(100)를 작동시키거나 달리 장치(100)의 임의의 작동에 영향을 미치거나 이를 용이하게 하기 위한 명령어들, 커맨드들, 파라미터들, 정보 등을 나타낼 수 있다.
I. 빔 특성화 도구
선택적으로, 장치(100)는 레이저 에너지의 빔의 하나 이상의 특성들을 측정하도록 작동하는 빔 특성화 도구(128)와 같은 하나 이상의 빔 특성화 도구들을 포함한다. 빔 특성화 도구(128)에서 측정될 수 있는 특성들의 예들은 입사 레이저 에너지의 빔에 의해 빔 특성화 도구(128)에서 조명되는 스폿의 공간적 에너지 분포, 위상, 편광, 파워 등 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 따라서, 빔 특성화 도구(128)는 슬릿 센서, 칼날 센서, 카메라(예를 들어, CCD, CMOS 등), 파면 센서(예를 들어, Shack-Hartmann 파면 센서 등), 또는 당 업계에 알려진 임의의 다른 레이저 빔 프로파일러 등 또는 이들의 임의의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 센서로서 제공될 수 있다. 빔 특성화 도구(128)는 측정된 빔 특성들 중 하나 이상을 나타내는 측정 데이터를 생성하고 측정 데이터를 (예를 들어, 하나 이상의 측정 신호들로서) 제어기(114)에 출력할 수 있다. 선택적으로, 측정 데이터(또는 예를 들어, 제어기(114)에 의해 측정 데이터로부터 유도되는 데이터)는, 제어기(114)로부터 원격 시스템(126)으로 (예를 들어, 통신 모듈(122) 및 네트워크(124)를 통해) 전송될 수 있다.
도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 빔 특성화 도구(128)는 당 업계에 알려진 임의의 방식으로 레이저 에너지의 빔의 하나 이상의 특성들(각각은 또한 일반적으로 본원에서 "빔 특성"으로서 지칭됨)을 측정하도록 구성 및 배열될 수 있다. 예를 들어, 빔 특성화 도구(128)는, 작업물(102)이 레이저 에너지의 빔에 의해 프로세싱될 위치(또한, 본원에서 "프로세스 구역"으로서 지칭됨) 또는 그 근처에서, 빔 경로(116)를 따른 위치(즉, 샘플링 위치)로부터, 또는 이들의 임의의 조합에서 (예를 들어, 화살표 128a로 표시된 바와 같은) 레이저 에너지의 빔의 하나 이상의 특성들을 측정하도록 배열된다. 일 실시예에서, 샘플링 위치는(예를 들어, 화살표 128b로 표시된 바와 같은) 제2 위치 지정기(108)와 스캔 렌즈(112) 사이, 제1 위치 지정기(106)와 제2 위치 지정기(108) 사이, 레이저원(104)과 제1 위치 지정기(106) 사이 등에 있을 수 있다.
다른 실시예에서, 카메라(113)(예를 들어, 제1 카메라, 제2 카메라 등 또는 이들의 임의의 조합)는, 작업물(102), 고정구, 고정구 밖의 영역 등 또는 이들의 임의의 조합에서 스폿의 이미지를 캡처하도록 작동될 수 있다. 그 후, 일 구현에서, 캡처된 이미지는, 그 후 카메라(113)에 의해 생성된 이미지 데이터가 스폿의 공간적 에너지 분포를 나타내도록 카메라(113)에서 프로세싱될 수 있다. 이 경우, 카메라(113)에 의해 출력되는 이미지 데이터는 "측정 데이터"로 간주될 수 있으며, 카메라(113)는 빔 특성화 도구(128)의 일 실시예로 간주될 수 있다.
J. 레이저 센서 시스템
일 실시예에서, 장치(100)는 레이저 에너지 또는 파워를 측정하도록 구성된 레이저 센서 시스템을 포함한다. 예를 들어, 레이저 센서 시스템은 척에 부착될 수 있고 스캔 렌즈(112)로부터 전달된 레이저 에너지의 빔에서 레이저 에너지 또는 파워를 측정하도록 구성될 수 있다. 다른 예에서, 장치(100)는, 빔 경로(116)에 배열되고 빔 경로(116)를 따라 전파하는 레이저 에너지의 일부를 레이저 센서 시스템으로 우회시키도록 구성된 빔 스플리터와 같은 하나 이상의 광학 구성요소들을 포함할 수 있다. 이 예에서, 레이저 센서 시스템은 레이저 에너지의 우회된 일부에서 레이저 에너지 또는 파워를 측정하도록 구성될 수 있다. (예를 들어, 레이저 에너지 또는 파워를 측정하는 것에 응답하여) 레이저 센서 시스템에 의해 생성된 측정 데이터는, 제어기(114)(및 선택적으로 원격 시스템(126))로 출력되며, 여기서 이 데이터는 (예를 들어, 레이저 파워의 변화들을 보상하기 위한) 실시간 펄스 에너지 제어, (예를 들어, 제1 위치 지정기(106)의 AOD 시스템들 대 RF 파워 및 주파수 등의 전송 변화들을 보상하기 위한) 시스템 캘리브레이션들 등 또는 이들의 임의의 조합과 같은 다양한 작동들을 지원하도록 프로세싱될 수 있다. 레이저 센서 시스템으로부터 측정 데이터를 사용하여 구현될 수 있는 작동들의 예들은, 전술한 미국 특허 제7,244,906호 또는 전술한 미국 특허출원 공보 제2014/0196140호, 제2014/0263201호 또는 제2014/0263223호 또는 국제특허 공보 제WO 2019/236616호 등 또는 임의의 조합에서 논의된다.
III. 일반적으로 데이터 및 정보에 관한 논의
(예를 들어, 위에서 논의된 바와 같이) 생성된 측정 데이터는 (예를 들어, 제어기(114)에서, 원격 시스템(126) 등 또는 이들의 임의의 조합에서 자동화된 방식으로) 프로세싱되어 레이저 에너지의 빔의 하나 이상의 공간적 특성들, 레이저 에너지의 빔의 하나 이상의 에너지 특성들 등 또는 이들의 임의의 조합을 추정, 유도, 구별 또는 달리 획득한다.
측정될 수 있는 공간적 특성들의 예들은, 공간적 에너지 분포, 공간적 위상 분포, 공간적 편광 분포, 스폿 크기, 스폿 형상, 스폿 배향, 스폿 중심, 스폿 품질(예를 들어, 당 업계에 알려진 바와 같이 M2 파라미터에 의해 표현됨) 등 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 스폿 형상은 (예를 들어, 원형도(circularity), 진원도(roundness) 등을 계산하기 위한 임의의 알려진 기술과 같은) 임의의 알려진 또는 적합한 기술을 사용하여 측정, 계산, 추정 또는 달리 결정될 수 있다. 예를 들어, 원형도는 다음 식에 따라 결정될 수 있다.
여기서 C는 레이저 에너지의 빔에 의해 조명되는 스폿의 원형도이고, A는 스폿의 영역이고, P는 스폿의 영역의 둘레이다.
에너지 특성들의 예들은 스폿 플루언스, 펄스 에너지(즉, 레이저 에너지의 빔이 하나 이상의 레이저 에너지의 펄스들을 포함하는 경우), 평균 파워, 피크 파워 등 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 펄스 에너지(즉, 레이저 에너지의 빔이 하나 이상의 레이저 에너지의 펄스들을 포함하는 경우), 평균 파워, 피크 파워 등 또는 이들의 임의의 조합과 같은 전술한 특성들 중 하나 이상을 나타내는 데이터는, 스폿 플루언스와 같은 에너지 특성의 결정을 용이하게 하는 데 사용될 수 있다. 펄스 지속시간 또는 펄스 반복 주파수(즉, 레이저 에너지의 빔이 하나 이상의 레이저 에너지의 펄스들을 포함하는 경우) 등과 같은 하나 이상의 다른 특성들을 나타내는 데이터는, 또한 하나 이상의 에너지 특성들의 결정을 용이하게 하기 위해 사용될 수 있다. 측정 데이터로서 생성되지 않은 경우, 그러한 데이터는 제어기(114)에 (예를 들어, 사용자 인터페이스(120), 통신 모듈(122) 등을 통해) 입력될 수 있거나 달리 제어기(114), 원격 시스템(126) 등 또는 이들의 임의의 조합에 액세스 가능하다.
측정 데이터는 주기적으로, 지속적으로(예를 들어, 일정 시간 기간에 걸쳐, 예를 들어 작업물(102)이 프로세싱되는 동안) 또는 이벤트가 발생하기 전 또는 후에, 또는 이들의 임의의 조합으로 생성될 수 있다. 측정 데이터의 생성을 트리거링(trigger)할 수 있는 이벤트들의 예들은, 작업물(102)의 프로세싱의 시작, 하나 이상의 작업물들(102)의 프로세싱의 완료, 미리 정해진 양의 시간 동안 장치(100)의 작동, 미리 정해진 양의 시간 동안 레이저원(104)의 작동 등 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 측정 데이터의 생성을 트리거링할 수 있는 이벤트의 다른 예는 하나 이상의 빔 특성들을 측정하기 위한 명령어(예를 들어, 사용자 인터페이스(120), 원격 시스템(126) 등 또는 이들의 임의의 조합을 통한 입력)의 수신을 포함할 수 있다.
측정 데이터로부터 추정되고, 유도되고, 구별되거나 달리 획득되면, 하나 이상의 공간적 또는 에너지 특성들을 나타내는 데이터(일반적으로, 본원에서 "스폿 데이터"로서 지칭됨)가 하나 이상의 작동들을 지원하기 위해 (예를 들어, 제어기(114)에서, 원격 시스템(126) 등 또는 이들의 임의의 조합에서 자동화된 방식으로) 해석되고, 조작되고, 알고리즘에 입력되거나 달리 프로세싱될 수 있다.
측정 데이터, 스폿 데이터 또는 임의의 다른 데이터(예를 들어, 펄스 지속시간 또는 펄스 반복 주파수를 나타내는 데이터, 작업물(102)이 프로세싱된 후 테스트 또는 검사 작동을 수행할 때 생성되거나 달리 획득된 데이터, 장치(100)의 하나 이상의 다른 특성들 예컨대 잔해(debris) 노즐 진공 또는 공기 압력 및 흐름, 고정구에서의 진공 압력, 제2 위치 지정기(108) 및/또는 제3 위치 지정기(110)와 연관된 포지션 센서 피드백, 프로세스 베이(bay)(일반적으로, 프로세스 베이는 프로세싱 동안 작업물(102)이 배열되는 공간임) 내의 온도 및/또는 습도 등 또는 이들의 임의의 조합을 나타내는 데이터)가 있다. 장치(100)를 둘러싸는 주변 환경 내의 온도 및/또는 습도 등 또는 이들의 임의의 조합을 나타내는 다른 데이터가 또한 저장될 수 있다. 프로세스 베이 내의 온도 및/또는 습도, 주변 환경 내의 온도 및/또는 습도 등을 나타내는 데이터는, 하나 이상의 알려진 유형들의 온도 센서들, 습도 센서들 등에 의해 생성될 수 있음이 이해될 것이다. 이러한 센서들은 일반적으로 도 1에서 도면번호 130으로 도시된다. 저장될 수 있는 다른 데이터는, 하나 이상의 위치 지정기들(예를 들어, 제2 위치 지정기(108), 제3 위치 지정기(110) 등 또는 이들의 임의의 조합)과 연관된 피드백 신호들을 나타내는 데이터를 포함한다. 또 다른 데이터는 (예를 들어, 제어기(114), 원격 시스템(126) 등 또는 이들의 임의의 조합에서 이러한 데이터를 프로세싱함으로써) 측정 데이터, 스폿 데이터 또는 전술한 데이터 중 임의의 데이터로부터 유도될 수 있고, 또한 저장될 수 있다. 이러한 유도된 데이터의 예들은 피처의 형성 동안 전달된 레이저 에너지의 총량, 피처의 형성 동안 전달된 펄스 평균 레이저 에너지량(즉, 피처의 형성 동안 전달된 레이저 에너지의 총량을 피처의 형성 동안 전달된 펄스들의 수로 나눈 값), n-펄스 이동 평균 레이저 에너지량(즉, 피처의 형성 동안 전달된 레이저 에너지 양의 이동 평균을 "n"개의 펄스들로 나눈 값, 여기서 "n"은 사용자에 의해 설정될 수 있거나 달리 미리 결정됨) 등을 포함한다. (예를 들어, 제2 위치 지정기(108)와 같은 위치 지정기에 의해 부여된 바와 같이) 위치 지정 에러의 존재, 위치 지정 에러의 크기(magnitude) 등 또는 이들의 임의의 조합을 나타내는 유도된 데이터의 다른 예들이 있으며, 이는 위치 지정기와 연관된 피드백 신호들로부터 유도될 수 있다. 이러한 저장된 모든 데이터는 일반적으로 "프로세스 제어 데이터"로서 지칭될 수 있다.
프로세스 제어 데이터는, (예를 들어, 프로세싱되기 전, 프로세싱 동안, 또는 프로세싱된 후, 또는 이들의 임의의 조합에서) 작업물(102)의 하나 이상의 측정된 특성들을 나타내는 데이터를 또한 포함할 수 있다. 이러한 데이터의 예들은, 작업물(102) 전체 또는 작업물(102)의 하나 이상의 구성 구조들의 두께, 작업물(102)의 표면 품질(예를 들어, 긁힘, 구덩이 등과 같은 임의의 표면 결함들의 특성화), 작업물(102)의 반사율, 작업물(102)의 온도, 스캔 렌즈(112)(또는 스캔 헤드)로부터 작업물(102)까지의 거리 등 또는 이들의 임의의 조합과 같은 측정된 특성들을 나타내는 데이터를 포함할 수 있다. 이 특성들은, 피처가 그 구역에 형성되기 전에, 피처가 그 구역에 형성되는 동안, 또는 피처가 그 구역에 형성된 후, 또는 이들의 임의의 조합으로 작업물(102)의 구역에서 측정될 수 있다. 이 프로세스 제어 데이터를 생성하는 데 사용될 수 있는 당업계에 알려진 센서들의 예들은, 카메라(예를 들어, 다양한 조명 방법들을 포함), 레이저 변위 센서, 공초점(confocal) 레이저 센서, 간섭계들, 유도 코팅 두께 게이지, 스타일러스 프로파일로미터(stylus profilometer), 터치 프로브(touch probe) 등 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 이러한 센서들은 또한 일반적으로 도 1에 도면번호 130으로 도시된다.
일반적으로, 테스트 또는 검사 작동은, 자동화된 광학 검사(AOI) 시스템, 자동화된 X-Ray 검사(AXI) 시스템, 회로 내 테스트(ICT) 시스템, 웨이퍼 프로브 시스템 등에 의해 수행될 수 있다. 일 실시예에서, 작업물(102)의 시각적 검사는 장치(100)에 통합된 하나 이상의 카메라들(즉, 전술한 "검사 시스템")에 의해 수행될 수 있다.
프로세스 제어 데이터는 보조 정보와 연관되어 저장될 수 있다. 일반적으로, (보조 정보와 연관된) 프로세스 제어 데이터의 저장은 하나 이상의 데이터베이스들을 사용하여 달성되고, 이 데이터베이스들은 로컬로 존재할 수 있거나(예를 들어, 제어기(114)의 컴퓨터 메모리 상에 존재하거나 제어기(114)에 달리 액세스 가능함) 또는 장치(100)로부터 원격에 위치될 수 있는(예를 들어, 원격 시스템(126)의 컴퓨터 메모리 상에 존재하거나 원격 시스템(126)에 달리 액세스 가능함) 등 또는 이들의 임의의 조합으로 존재할 수 있다.
프로세스 제어 데이터와 연관될 수 있는 보조 정보의 예들은, 장치(100)의 아이덴티티(identity)(예를 들어, 시리얼 번호, 모델 번호 등의 면에서), 장치(100)에 의해 프로세싱될(또는 프로세싱된) 작업물(102)의 아이덴티티(예를 들어, 배치(batch) 또는 로트(lot) 번호, 시리얼 번호, 모델 번호 등의 면에서), 작업물(102)에 형성될(또는 형성된) 각 피처의 아이덴티티(또는 위치), 프로세스 제어가 생성되거나 달리 획득된 날짜 및/또는 시간 등 또는 이들의 임의의 조합을 나타내는 정보를 포함한다. 예를 들어, 작업물(102)을 프로세싱하는 동안 제1 피처가 형성되었을 때 생성된 측정 데이터로부터 획득된 프로세스 제어 데이터(예를 들어, 레이저 에너지, 피크 파워, 평균 파워, 펄스 반복률, 스폿 크기 등 또는 이들의 임의의 조합을 나타내는 데이터)는 제1 피처(또는 작업물(102)에서 제1 피처의 위치)를 고유하게 식별하는 보조 정보와 연관될 수 있고, 작업물(102)을 프로세싱하는 동안 제2 피처가 형성되었을 때 생성된 측정 데이터로부터 획득된 프로세스 제어 데이터(예를 들어, 레이저 에너지, 피크 파워, 평균 파워, 펄스 반복률, 스폿 크기 등 또는 이들의 임의의 조합을 나타내는 데이터)는 제2 피처(또는 작업물(102)에서 제2 피처의 위치)를 고유하게 식별하는 보조 정보 등과 연관될 수 있는 식이다. 작업물(102)에 형성될 피처들의 위치는, 사용자에 의해 제공되거나 장치(100)에 의해 생성된 정보(예를 들어, CAD 파일 또는 프로세스 궤적을 설명하는 다른 도구 경로 파일 등 또는 이들의 임의의 조합) 및 하나 이상의 카메라들(예를 들어, 카메라(113))에 의해 캡처된 정렬 포인트들로부터 계산될 수 있는 임의의 스케일링 파라미터들에 기초하여 구별될 수 있다.
보조 정보는 또한 "작업물 정보"를 포함할 수 있으며, 이는 작업물(102)이 프로세싱되기 전, 프로세싱하는 동안, 프로세싱된 후 또는 이들의 임의의 조합으로 존재할 때 작업물(102)의 하나 이상의 특성들을 설명한다. 작업물 정보의 예들은 작업물(102) 전체의 하나 이상의 구성 구조들의 재료 구성, 로트 번호, 패널 번호, 두께 맵 등 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 보조 정보는 또한, 작업물(102)이 프로세싱될(또는 프로세싱된) 방식을 설명하는 "어플리케이션 정보"를 포함할 수 있고, 작업물(102)에 형성될 피처들의 유형(들), 작업물(102)에 형성될 피처들의 위치 등 또는 이들의 임의의 조합을 설명할 수 있다. 작업물 정보 및 어플리케이션 정보는 임의의 적합한 방법(예를 들어, 사용자가 사용자 인터페이스(120), 원격 시스템(126) 등 또는 이들의 임의의 조합과 상호작용함으로써)에 의해 제공될 수 있다. 일부 실시예들에서, 작업물 정보 또는 어플리케이션 정보는, 기계 판독 가능 표시들(예를 들어, 카메라(113)와 같이, 장치(100)의 구성요소에 의해 캡처되고 구별될 수 있는 하나 이상의 마킹들)에 의해 인코딩될 수 있다. 다른 실시예들에서, 기계 판독 가능 표시들은, 카메라(113)와 같이 장치(100)의 구성요소에 의해 캡처되고 구별될 수 있는, 링크(예를 들어, 작업물 정보 또는 어플리케이션 정보를 포함하는 네트워크 리소스에 대한 URL)를 인코딩할 수 있다.
일단 저장되면, 프로세스 제어 데이터는 나중에 하나 이상의 작동들을 지원하기 위해 (예를 들어, 제어기(114)에서, 원격 시스템(126) 등에서 또는 이들의 임의의 조합에서) 해석되고, 조작되고, 알고리즘에 입력되거나, 달리 프로세싱될 수 있다. 이러한 작동들의 예시적인 실시예들은, "지도식(directed) 검사"라는 제목의 아래 섹션들에서 더 자세히 설명된다.
A. 지도식 검사(directed inspection)
작업물(102)이 그 안에 복수의 피처들(예를 들어, 블라인드 비아 홀들(blind-via holes), 관통 비아 홀들 또는 이들의 조합)을 형성하도록 프로세싱된 후, 검사되어야 하는 피처들을 식별하기 위해 전술한 프로세스 제어 데이터 중 임의의 것이 (예를 들어, 이와 연관되어 저장된 보조 정보와 관련하여) 프로세싱될 수 있는데, 그 이유는 이러한 피처들에 결함이 있을 가능성이 상대적으로 높기 때문이다. 일반적으로, 이러한 프로세싱(여기에서 "후보 피처 선택" 프로세스로서 지칭됨)은 제어기(114)에서, 원격 시스템(126) 등에서 또는 이들의 임의의 조합에서 수행될 수 있다. 검사되도록 식별된 피처들은 여기에서 "후보 피처들"로서 지칭된다.
후보 피처들이 식별된 후, 제3 위치 지정기(110)는 각각의 후보 피처가 카메라(113)의 시야로 이동되게 하도록 작동될 수 있고, 카메라(113)는 시야 내에 위치된 각각의 후보 피처의 이미지를 캡처하도록 작동될 수 있다. 후보 피처들의 이미지를 캡처하기 위해 제3 위치 지정기(110) 및 카메라(113)를 작동시키는 프로세스는 여기에서 "검사"로서 지칭된다. 작업물(102)에 형성된 후보 피처들만을 검사하는 것은 작업물(102)에 형성된 모든 피처를 검사하는 것보다 훨씬 적은 시간을 필요로 한다는 것이 이해될 것이다. 작업물에 형성된 무작위로 샘플링된 피처들 대신에 후보 피처들만을 검사하는 것은 결함 피처들을 포함하는 작업물(102)의 영역들이 검사 동안 누락될 가능성을 감소시킬 것임이 또한 이해될 것이다.
i. 후보 피처 선택에 관한 추가 논의
위에서 언급한 바와 같이, 후보 피처 선택 프로세스는 검사를 위한 후보 피처들을 식별하기 위해 프로세스 제어 데이터 및 임의의 연관된 보조 정보에 적용된다. 일부 실시예들에서, 후보 피처 선택 프로세스는, 프로세싱된 피처들 중 어느 것이 결함이 있을 가능성이 상대적으로 높은지를 추정하거나 결정하기 위해, 하나 이상의 분석 방법들 및 통계적 임계값들(예를 들어, 경험적으로 결정되거나 컴퓨터 모델링 또는 시뮬레이션의 결과로서 식별될 수 있음), 하나 이상의 기계 학습 알고리즘들 등 또는 이들의 임의의 조합을 임의의 프로세스 제어 데이터에 적용한다. 후보 피처 선택 프로세스를 용이하게 하기 위해 당업계에 알려진 하나 이상의 적합한 분석 방법들 및 기계 학습 알고리즘들이 구현될 수 있음이 이해될 것이다.
선험적으로 숙련된 프로세스 엔지니어는 분석 방법들을 개발하고 이 후보 피처 선택 프로세스에 대한 적절한 임계값들을 설정할 수 있다. 그러나, 이러한 프로세스 제어 데이터, 후보 피처 선택 프로세스, 하나 이상의 검사 시스템들, 하나 이상의 카메라들(예를 들어, 카메라(113)) 등 또는 이들의 임의의 조합의 결합을 통해, 기계 학습 알고리즘을 사용하여 또는 숙련된 사람에 의해 수동 오프라인 통계적 상관관계들을 사용하여 자동화되는 학습 피드백 루프가 생성될 수 있다.
후보 피처 선택 프로세스는, 결함이 있을 가능성이 상대적으로 높은 것으로서 추정되거나 결정된 각 피처의 보조 정보(작업물(102) 내에서 또는 프로세싱 궤적을 따라 각 피처의 아이덴티티 또는 위치를 포함함) 또는 임의의 프로세스 제어 데이터를 포함하는 데이터 구조(예를 들어, 목록)를 출력으로서 생성할 수 있다. 임의의 피처에 대한 추정된 또는 결정된 가능성의 출력은 그 피처와 연관되어 보조 정보로서 저장될 수 있으며, 이는 차후 분석, 추적(traceability) 목적들 등 또는 이들의 임의의 조합을 위해 사용될 수 있음이 이해될 것이다.
선택적으로, 후보 피처 선택 프로세스의 특정 양태들은 (예를 들어, 사용자 인터페이스(120), 원격 시스템(126) 등 또는 이들의 임의의 조합을 통해 제공되는) 사용자로부터의 입력에 기초하여 튜닝될(tuned) 수 있다. 예를 들어, 사용자는 출력 데이터 구조에 얼마나 많은 피처들(예를 들어, 절대적 또는 상대적 용어(term)들)이 포함되어야 하는지를 지정할 수 있다. 다른 예에서, 사용자는 결함에 대해 일부 추정되거나 결정된 기준들을 충족하는 피처들이 출력 데이터 구조에 포함되어야 하는지를 지정할 수 있다.
a. 후보 피처 선택에 관한 예시적인 실시예들
일부 실시예들에서, 후보 피처 선택 프로세스는, (예를 들어, 각 피처의 형성 동안, 각 피처를 형성하는 특별 단계 동안 등 또는 이들의 임의의 조합 동안) 적어도 작업물(102)에 전달된 레이저 에너지(예를 들어, 위에서 논의한 바와 같이 총량, 평균량 등)를 나타내는 프로세스 제어 데이터에 적용될 수 있다. 이 경우, (예를 들어, 작업물 정보 및/또는 어플리케이션 정보와 연관된 하나 이상의 항목들에 기초하여 하나 이상의 미리 결정된 설정포인트들(setpoints)에 대해) 프로세스 제어 데이터를 분석하는 데 사용될 수 있는 통계적 임계값들은 최대 양의 또는 음의 레이저 에너지 편향(deviation)과 같은 임계값들을 포함할 수 있다. 일반적으로, 피처의 형성 동안 전달된(또는 피처를 형성하는 프로세스의 특정 단계 동안 전달된) 레이저 에너지의 총량 또는 평균량이 최대 양의 레이저 에너지 편향을 초과하면, 피처를 형성하기 위해 너무 많은 레이저 에너지가 사용되었기 때문에 궁극적으로 형성된 피처는 결함이 있을 가능성이 높다. 너무 많은 레이저 에너지를 이용하여 형성된 피처들(예를 들어, 블라인드 비아 홀들, 트렌치들, 리세스들 등)은, 피처에 노출되거나 달리 피처 근처에 있는 재료들이 바람직하지 않게 손상(예를 들어, 융해, 삭마(ablated), 균열 등)될 수 있거나, 피처 자체는 바람직하지 않은 크기 또는 형상을 가질 수 있거나 바람직하지 않은 테이퍼(taper), 돌출부(overhang) 등 또는 이들의 임의의 조합을 가질 수 있기 때문에, 결함이 있는 것으로 생각될 수 있다. 유사하게, 피처의 형성 동안 전달된(또는 피처를 형성하는 프로세스의 특정 단계 동안 전달된) 레이저 에너지의 총량 또는 평균량이 최대 음의 레이저 에너지 편향을 초과하면, 피처를 형성하기 위해 너무 적은 레이저 에너지가 사용되었기 때문에 궁극적으로 형성된 피처는 결함이 있을 가능성이 높다. 너무 적은 레이저 에너지를 이용하여 형성된 피처들(예를 들어, 블라인드 비아 홀들, 관통 비아 홀들, 트렌치들, 리세스들 등)은 원하는 대로 피처를 형성하는데 충분한 재료가 작업물(102)로부터 제거되지 않았기 때문에 결함이 있는 것으로 생각될 수 있다.
ii. 검사에 관한 추가 논의
후보 피처 선택 프로세스의 출력에서 식별된 각 후보 피처의 위치는, 검사 동안 제3 위치 지정기(110)의 작동을 제어하는 데 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 오프셋(예를 들어, X-방향 및/또는 Y-방향에서)은, 작업물(102) 상으로 투사된 것처럼, 스캔 렌즈(112)와 카메라(113)의 시야 사이의 임의의 측면 오프셋(lateral offset)을 보상하기 위해 각 위치에 적용될 수 있다. 일반적으로, 제3 위치 지정기(110)의 작동은, 후보 피처 선택 프로세스의 출력에 기초하여 (예를 들어, 제어기(114)에서, 원격 시스템(126) 등에서 또는 이들의 임의의 조합에서) 컴퓨팅될 수 있는 경로 또는 궤적(여기서 또한 "검사 궤적"으로서 지칭됨)를 따라 작업물(102)과 카메라(113)(즉, 작업물(102) 상으로 투사된 것처럼 카메라의 시야) 사이의 상대적인 움직임을 야기하기 위해 검사 동안 제어될 수 있다. 일 실시예에서, 작업물(102)의 프로세싱 동안 형성된 피처들을 검사하는데 사용되는 검사 궤적은 작업물(102)의 프로세싱 동안 피처들을 형성하는데 사용되는 프로세스 궤적에 대응한다. 다른 실시예에서, 검사 궤적은 작업물(102)의 프로세싱 동안 피처들을 형성하는데 사용되는 프로세스 궤적에 대응하지 않는다. 이 경우, 검사 궤적은, 카메라(113)가 프로세싱된 작업물(102)에서 각각의 후보 피처의 이미지를 캡처할 수 있게 하는 최적화된 경로 또는 루트(route)를 나타낼 수 있다.
검사 동안 카메라(113)에 의해 생성된 이미지 데이터(즉, 카메라의 시야 내에서 캡처된 이미지를 나타냄)는 제어기(114)에 (예를 들어, 하나 이상의 이미지 신호들로서) 출력되고 그 후에, 피처가 적절하게 형성되었는지(즉, 결함이 있는지) 여부를 결정하기 위해 당업계에 알려진 임의의 원하는 또는 달리 적합한 방식으로 (예를 들어, 제어기(114)에서, 원격 시스템(126)에서, 사용자 등에 의해 또는 이들의 임의의 조합에 의해) 해석되고, 조작되고, 알고리즘에 입력되거나 달리 프로세싱될 수 있다. 임의의 후보 피처의 캡처된 이미지를 나타내는 이미지 데이터는 그 피처와 연관되어 보조 정보로서 저장될 수 있으며, 이는 차후 분석, 추적 목적들 등 또는 이들의 임의의 조합을 위해 사용될 수 있음이 이해될 것이다.
a. 지도식 검사 및 분류와 연관된 수동 양태들
일 실시예에서, 제3 위치 지정기(110)는 각각의 후보 피처가 카메라(113)의 시야로 이동되게 하도록 (예를 들어, 사용자 인터페이스(120)를 통한, 원격 시스템(126) 등을 통한 또는 이들의 임의의 조합을 통한 사용자 상호작용을 통하여) 수동으로 작동될 수 있고, 카메라(113)는 그 시야 내에 위치된 각각의 후보 피처의 이미지를 캡처하도록 (예를 들어, 사용자 인터페이스(120)를 통한, 원격 시스템(126) 등을 통한 또는 이들의 임의의 조합을 통한 사용자 상호작용을 통하여) 작동될 수 있다. 캡처된 이미지가 (예를 들어, 사용자 인터페이스(120), 원격 시스템(126) 등 또는 이들의 임의의 조합의 모니터에 의해) 디스플레이될 수 있으며 사용자는, 예를 들어 결함이 있는 것 또는 결함이 없는 것으로서, 디스플레이된 이미지와 연관된 피처를 (예를 들어, 사용자 인터페이스(120) 또는 원격 시스템(126) 등의 입력 디바이스를 통하여) 수동으로 분류할 수 있다.
b. 지도식 검사 및 분류와 연관된 자동화된 양태들
다른 실시예에서, 제3 위치 지정기(110) 및 카메라(113)의 작동은 각각의 후보 피처의 검사 및 분류에 수행하기 위해 자동화된 방식으로 (예를 들어, 제어기(114), 원격 시스템(126) 등 또는 이들의 임의의 조합에 의해) 수행될 수 있다. 이 실시예에서, 검사의 결과로서 생성된 이미지 데이터는, 예를 들어 결함이 있는 것 또는 결함이 없는 것으로서 검사된 피처를 분류하기 위해 임의의 적합한 이미지 인식 기술을 사용하여 프로세싱될 수 있다. 제3 위치 지정기(110)가 카메라(113)의 시야로 후보 피처를 이동시키도록 작동하는 동안, 제3 위치 지정기(110)의 작동이 안정되고(settled) 후보 피처가 카메라(113)의 시야 내에 정지된 후, 또는 이들의 임의의 조합에서 이미지가 캡처될 수 있다.
c. 지도식 검사 및 분류와 연관된 반자동화된(semi-automated) 양태들
또 다른 실시예에서, 제3 위치 지정기(110) 및 카메라(113)의 작동은 각각의 후보 피처의 검사 및 분류를 수행하기 위해 반자동화된 방식으로 수행될 수 있다. 이 실시예에서, 제3 위치 지정기(110)는 카메라(113)가 각각의 후보 피처의 이미지를 캡처하게 하도록 (예를 들어, 제어기(114), 원격 시스템(126) 등 또는 이들의 임의의 조합에 의해) 작동된다. 캡처된 이미지가 그 후 (예를 들어, 사용자 인터페이스(120), 원격 시스템(126) 등 또는 이들의 임의의 조합의 모니터에 의해) 디스플레이될 수 있으며 사용자는, 예를 들어 결함이 있는 것 또는 결함이 없는 것으로서 디스플레이된 이미지와 연관된 피처를 (예를 들어, 사용자 인터페이스(120) 또는 원격 시스템(126) 등의 입력 디바이스를 통하여) 수동으로 분류할 수 있다. 후보 피처들의 수동적 입력 분류들을 수집하기 위한 예시적인 프로세스는 도 2에 관하여 아래에서 더 자세히 논의된다.
도 2에서, 프로세스(200)와 같은 프로세스는 후보 피처들의 수동 분류를 용이하게 하기 위해 실행될 수 있다. 도 2를 참조하면, 단계(S202)에서, 검사된 미분류 후보 피처의 이미지가 (예를 들어, 사용자 인터페이스(120)를 통해, 원격 시스템(126)의 사용자 인터페이스 등을 통해) 사용자에게 디스플레이된다. 선택적으로, 후보 피처, 작업물(102) 내 후보 피처의 아이덴티티 또는 위치와 연관된 다른 정보가 또한 (예를 들어, 사용자 인터페이스(120)를 통해, 원격 시스템(126) 등의 사용자 인터페이스를 통해) 사용자에게 디스플레이될 수 있다. 단계(S204)에서, 사용자는, 현재 디스플레이된 후보 피처를 분류하기를 원하는지 여부를 표시하기 위해 (예를 들어, 사용자 인터페이스(120)를 통해, 원격 시스템(126)의 사용자 인터페이스 등을 통해) 프롬프팅된다(prompted). 사용자가 후보 피처를 분류하는 것에 동의하면, 단계(S206)에서, 사용자는 디스플레이된 이미지에 기초하여 (예를 들어, “결함이 있는 것” 또는 “결함이 없는 것”으로서) 후보 피처를 (예를 들어, 사용자 인터페이스(120)를 통해, 원격 시스템(126)의 사용자 인터페이스 등을 통해 등) 분류한다. 임의의 미분류 후보 피처들이 남아 있으면, 상술한 프로세스가 반복된다. 단계(S208)에서, 사용자는, 다른 미분류 후보 피처를 분류하는 것을 원하는지 여부를 표시하도록 (예를 들어, 사용자 인터페이스(120)를 통해, 원격 시스템(126)의 사용자 인터페이스 등을 통해) 프롬프팅된다. 다른 미분류 후보 피처가 검사될 경우, 새로운 미분류 후보 피처에 대해 위에서 논의한 프로세스가 반복된다. 단계(S208)에서 미분류 후보 피처들이 남아 있지 않으면, 프로세스가 종료된다. 단계(S204)에서 사용자가 현재 디스플레이된 후보 피처를 분류하는 것을 원하지 않는다고 (예를 들어, 사용자 인터페이스(120)를 통해, 원격 시스템(126)의 사용자 인터페이스 등을 통해) 표시할 경우, 프로세스는 단계(S208)로 진행한다.
iii. 지도식 검사에 관한 다른 양태들
임의의 검사된 후보 피처의 분류에 관한 정보는 - 수동으로 분류되든 자동화된 방식으로 분류되든 - 그 피처와 연관되어 보조 정보로서 저장될 수 있으며, 이는 차후 분석, 추적 목적들 등 또는 이들의 임의의 조합을 위해 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
위에서 논의된 실시예들은 후보 피처 선택 프로세스의 출력이 검사 동안 장치(100)(예를 들어, 제3 위치 지정기(110), 카메라(113), 또는 이들의 조합)의 작동을 제어하기 위해 어떻게 사용될 수 있는지를 지금까지 논의했다. 그러나, 다른 실시예에서, 후보 피처 선택 프로세스의 출력은 (예를 들어, 위에서 논의한 바와 같이 제공된) 장치(100)의 부분이 아닌 검사 시스템("원격 검사 시스템"으로서도 지칭됨)에 입력될 수 있다. 식별된 후보 피처들의 검사를 수행할 수 있는 원격 검사 시스템들의 예들은 AOI, AXI 시스템, ICT 시스템, 웨이퍼 프로브 시스템 등 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 원격 검사 시스템은 원격 시스템(126)의 일 실시예이고, 따라서 제어기(114)는 후보 피처 선택 프로세스의 출력을 네트워크(124)를 통해 원격 검사 시스템(즉, 원격 시스템(126))에 전송하도록 작동된다. 그러나, 다른 실시예에서, 제어기(114)는, 프로세싱할 후보 피처 선택의 출력을 임의의 기계 판독 가능 매체에(예를 들어, 통신 모듈(122)의 USB 포트에 삽입된 플래시 드라이브에) 기록하거나, 후보 피처 선택의 출력을 임의의 다른 시스템(예를 들어, 원격 시스템(126))에 전송하도록 작동하며, 여기서 후보 피처 선택의 출력은 원격 시스템(126)에 연결된 임의의 적합하거나 원하는 기계 판독 가능 매체(예를 들어, 플래시 드라이브)에 기록될 수 있다. 그 후, 기계 판독 가능 매체에 의해 저장된 후보 피처 선택의 출력은 그 후 임의의 적합하거나 원하는 방식으로 원격 검사 시스템에 입력될 수 있다.
XIII. 결론
전술한 내용은 본 발명의 실시예들 및 예들을 예시한 것이며, 이를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 몇몇 특정 실시예들 및 예들이 도면들을 참조하여 설명되었지만, 당업자는 개시된 실시예들 및 예들뿐만 아니라 다른 실시예들에 대한 많은 수정들이 새로운 교시들 및 본 발명의 장점들로부터 실질적으로 벗어나지 않고 가능함을 쉽게 이해할 것이다. 따라서, 그러한 모든 수정들은 청구 범위들에 정의된 본 발명의 범위 내에 포함되도록 의도된다. 예를 들어, 당업자들은 임의의 문장, 단락, 예 또는 실시예의 주제가 그러한 조합들이 상호 배타적인 경우를 제외하고는 다른 문장들, 단락들, 예들 또는 실시예들의 일부 또는 전부의 주제와 결합될 수 있음을 인식할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 그 안에 포함될 청구범위들의 등가물들과 함께 다음의 청구범위들에 의해 결정되어야 한다.
Claims (26)
- 작업물에서 피처들(features)을 형성하기 위한 레이저 프로세싱 장치로서,
레이저 에너지의 빔을 생성하도록 작동하는 레이저원;
레이저 에너지의 집속된 빔이 상기 작업물에 전달되도록 상기 레이저 에너지의 빔을 집속하도록 작동하는 배열된 스캔 렌즈(scan lens);
상기 레이저원과 상기 스캔 렌즈 사이에 배열된 적어도 하나의 빔 위치 지정기 - 상기 적어도 하나의 빔 위치 지정기는 상기 스캔 렌즈에 의해 상기 작업물 상으로 투사된 스캐닝(scanning) 범위 내에서 상기 작업물에 대해 상기 레이저 에너지의 집속된 빔을 스캔하도록 작동함 -;
상기 스캔 렌즈 및 카메라로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나와 상기 작업물 사이의 상대적인 이동을 부여하도록 작동하는 적어도 하나의 스테이지;
시야를 갖고 상기 시야 내의 객체의 이미지를 캡처하도록 작동하는 카메라; 및
프로세스 제어 데이터를 생성하도록 작동하는 적어도 하나의 센서 - 상기 프로세스 제어 데이터는: a) 피처들의 세트를 형성하기 위해 상기 작업물이 프로세싱되기 전, 프로세싱되는 동안, 또는 프로세싱된 후에 상기 장치의 적어도 하나의 특성, b) 피처들의 세트를 형성하기 위해 상기 작업물이 프로세싱되기 전, 프로세싱되는 동안, 또는 프로세싱된 후에 상기 작업물의 적어도 하나의 특성 및 c) 피처들의 세트를 형성하기 위해 상기 작업물이 프로세싱되기 전, 프로세싱되는 동안, 또는 프로세싱된 후에 상기 장치가 위치된 주변 환경의 적어도 하나의 특성으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 나타냄 -;
상기 적어도 하나의 스테이지, 상기 카메라 및 프로세스 제어 데이터가 보조 정보와 연관되어 저장되는 하나 이상의 데이터베이스들에 통신 가능하게 결합된 제어기를 포함하고, 상기 보조 정보는 상기 작업물에 형성될 각 피처의 위치를 나타내고,
상기 제어기는 후보(candidate) 피처 선택 프로세스를 실행하거나 후보 피처 선택 프로세스의 실행을 용이하게 하도록 작동되며, 이로써:
프로세스 제어 데이터는, 상기 작업물에 형성된 상기 피처들 중 임의의 것이 결함이 있는지 여부를 추정하기 위해 프로세싱되고;
결함이 있을 것으로 추정되는 임의의 피처의 위치가 식별되는, 레이저 프로세싱 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제어기는 상기 후보 선택 프로세스의 적어도 일부를 실행하도록 작동하는, 장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제어기에 통신 가능하게 결합되고 데이터를 전송하도록 작동하는 통신 모듈을 더 포함하는, 장치. - 제3항에 있어서,
상기 제어기는 상기 후보 선택 프로세스의 출력을 상기 통신 모듈을 통해 원격 시스템에 전송하도록 작동하는, 장치. - 제4항에 있어서,
상기 원격 시스템은 원격 검사 시스템이고 상기 후보 선택 프로세스의 출력은 상기 원격 검사 시스템에 의해 판독 가능한 형식인, 장치. - 제3항에 있어서,
상기 제어기는 상기 프로세스 제어 데이터의 적어도 일부를 상기 통신 모듈을 통해 원격 시스템에 전송함으로써 상기 후보 피처 선택 프로세스의 실행을 용이하게 하도록 작동하는, 장치. - 제6항에 있어서,
상기 원격 시스템은 적어도 하나의 컴퓨팅 시스템을 포함하는, 장치. - 제3항, 제4항, 제6항 및 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 통신 모듈은 데이터를 수신하도록 작동하고, 상기 제어기는 상기 원격 시스템으로부터 상기 후보 피처 선택 프로세스의 적어도 일부의 출력을 상기 통신 모듈을 통해 수신하도록 작동하는, 장치. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하나 이상의 데이터베이스들 중 적어도 하나를 더 포함하는, 장치. - 제3항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어기는 상기 프로세스 제어 데이터의 적어도 일부를 상기 통신 모듈을 통해 상기 하나 이상의 데이터베이스들 중 적어도 하나에 전송하도록 작동하는, 장치. - 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 카메라의 시야는 상기 스캔 렌즈에 의해 상기 작업물 상으로 투사 가능한 스캔 필드(scan field) 내에 있는, 장치. - 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 카메라의 시야는 적어도 부분적으로, 상기 스캔 렌즈에 의해 상기 작업물 상으로 투사 가능한 스캔 필드 밖에 있는, 장치. - 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 작업물에 대해 상기 스캔 렌즈를 지지하도록 배열된 프레임을 더 포함하고, 상기 스캔 렌즈는 상기 프레임에 결합되는, 장치. - 제13항에 있어서,
상기 프레임과 상기 스캔 렌즈 사이에 결합된 스테이지를 더 포함하고, 상기 스테이지는 상기 스캔 렌즈를 이동시키도록 작동하는, 장치. - 제13항 또는 제14항에 있어서,
상기 카메라는 상기 스캔 렌즈에 결합되는, 장치. - 제14항에 있어서,
상기 카메라는 상기 스테이지에 결합되는, 장치. - 제13항에 있어서,
상기 카메라는 상기 프레임에 결합되는, 장치. - 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 작업물에 대해 상기 카메라를 지지하도록 배열된 검사 지지체를 더 포함하고, 상기 카메라는 상기 검사 지지체에 결합되는, 장치. - 제17항에 있어서,
검사 지지체에 결합되고 상기 작업물에 대해 상기 검사 지지체를 이동시키도록 작동하는 스테이지를 더 포함하는, 장치. - 제18항 또는 제19항에 있어서,
상기 검사 지지체와 상기 카메라 사이에 결합된 스테이지를 더 포함하고, 상기 스테이지는 상기 검사 지지체에 대해 상기 카메라를 이동시키도록 작동하는, 장치. - 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어기는 각각의 식별된 위치의 검사 작동을 수행하기 위해 상기 적어도 하나의 스테이지 및 카메라의 작동을 제어하도록 추가로 작동하는, 장치. - 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어기는 각각의 식별된 위치의 검사 작동을 수행하기 위해 사용자 인터페이스에서 수신된 사용자 입력에 기초하여 상기 적어도 하나의 스테이지 및 상기 카메라의 작동을 제어하도록 추가로 작동하는, 장치. - 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어기는 각각의 식별된 위치의 검사 작동을 수행하기 위해 상기 통신 모듈을 통해 원격 시스템으로부터 수신된 데이터에 기초하여 상기 적어도 하나의 스테이지 및 상기 카메라의 작동을 제어하도록 추가로 작동하는, 장치. - 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 센서는 레이저 파워 미터(laser power meter) 및 빔 특성화 도구(beam characterization tool)로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는, 장치. - 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 센서는 온도 센서 및 습도 센서로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는, 장치. - 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 센서는, 카메라, 레이저 변위 센서, 공초점(confocal) 레이저 센서, 간섭계들, 유도 코팅 두께 게이지(inductive coating thickness gauge), 스타일러스 프로파일로미터(stylus profilometer) 및 터치 프로브(touch probe)로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는, 장치.
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