KR20230017345A - 투명 재료 내부의 레이저 결함을 검사하는 장치 및 방법 - Google Patents
투명 재료 내부의 레이저 결함을 검사하는 장치 및 방법 Download PDFInfo
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Abstract
투명 가공물을 검사하는 방법은 다음을 포함한다: 조명 소스로부터의 광을 투명 가공물에 형성된 복수의 결함 상으로 지향시키는 단계, 여기서 복수의 결함은 결함 방향으로 연장되며, 투명 가공물은 제1 표면 및 제2 표면을 포함함; 이미징 시스템을 사용하여 복수의 결함에 의해 산란된 광으로부터 산란 이미지 신호를 검출하는 단계, 여기서 이미징 시스템의 이미징 축은 결함 방향에 대해 0이 아닌 이미징 각도로 연장되며, 복수의 결함 중 적어도 하나의 서브세트 전체는 이미징 시스템의 피사계 심도 내에 있음; 및 산란 신호에 기초하여 복수의 결함 중 적어도 하나의 3차원 이미지를 발생하는 단계.
Description
본 출원은 35 USC§119(e) 하에 2020년 6월 3일자로 출원된 미국 가출원 제63/033921를 우선권 주장하고 있으며, 상기 특허 문헌의 내용 전체는 참조로 여기에 병합된다.
본 명세서는 일반적으로 투명 가공물의 내부에 형성된 레이저 결함을 특성화하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
실리콘과 같은 기판은 전기 구성요소들(예를 들어, 인쇄 회로 기판, 집적 회로 등) 사이에 배치된 인터포저(interposer)로서 사용되어 왔다. 금속화된 관통 기판 비아는 전기 신호가 인터포저의 대향 측면들 사이를 통과하도록 인터포저를 통과하는 경로를 제공한다. 유리는 치수 안정성, 조정 가능한 열팽창 계수("CTE"), 고주파 전기적 성능에서 매우 우수한 낮은 전기 손실, 높은 열 안정성 및 높은 열 안정성 및 두께와 큰 패널 크기에서 형성되는 능력을 가지기 때문에, 전기 신호 전송에 매우 유리한 기판 재료이다. 그러나, 관통 유리 비아("TGV") 형성 및 금속화는 유리 인터포저 시장의 개발에 있어 도전과제를 제시한다. 신뢰할 수 있는 인터포저를 생산하려면 TGV 프로파일 및 기하학적 구조의 적절한 제어가 필요하다.
TGV는 초기에 레이저를 사용하여 투명 가공물에 결함을 형성하고 화학적 에칭 용액을 투명 가공물에 적용하여 결함에 비아를 형성하는 레이저 손상 및 에칭 공정(laser-damage-and-etch process)에 의해 생성될 수 있다. 레이저 손상 및 에칭 공정에 의해 생성된 비아의 형태 및 프로파일은 주로 레이저에 의해 생성된 결함의 손상 프로파일에 의해 제어된다. 이를 감안할 때, 형성된 결함의 검사는 공정 모니터링 및 품질 제어를 위한 중요한 단계이다.
결함을 특성화하기 위한 기존 방법은 결함에 가까운 기판을 다이싱하고, 측면 광학 현미경 이미징(side-view optical microscopy imaging)을 위해 다이싱된 에지를 연마하는 것을 포함한다. 더 높은 해상도가 필요한 경우, 샘플의 에지는 결함으로부터 10μm 이내로 추가로 연마되고, 그 후에 주사 전자 현미경이 이미징할 수 있도록 손상 트랙을 노출하기 위해 포커싱된 이온 빔으로 절제하여 노출되어야 한다. 이러한 공정은 파괴적이고 시간이 많이 걸리고 비용이 많이 들며, 기판당 전체 손상 트랙 수의 극히 일부만 샘플링할 수 있다. 게다가, 그러한 종래 기술을 통해 획득된 이미지를 기반으로 결함의 특성(예를 들어, 손상 패턴)을 정량화하는 것은 어렵다.
이에 따라서, 보다 효율적이고 적은 비용으로 결함을 검사하기 위한 새로운 시스템 및 방법이 필요하다.
본 개시의 제1 관점에 따르면, 투명 가공물을 검사하는 방법은 다음을 포함한다: 조명 소스로부터의 광을 투명 가공물에 형성된 복수의 결함 상으로 지향시키는 단계, 여기서 복수의 결함은 결함 방향으로 연장되며, 투명 가공물은 제1 표면 및 제2 표면을 포함함; 이미징 시스템을 사용하여 복수의 결함에 의해 산란된 광으로부터 산란 이미지 신호를 검출하는 단계, 여기서 이미징 시스템의 이미징 축은 결함 방향에 대해 0이 아닌 이미징 각도로 연장되며, 복수의 결함 중 적어도 하나의 서브세트 전체는 이미징 시스템의 피사계 심도 내에 있음; 및 산란 신호에 기초하여 복수의 결함 중 적어도 하나의 3차원 이미지를 발생하는 단계.
본 개시의 제2 관점은 제1 관점의 방법을 포함하며, 복수의 결함은 투명 가공물의 굴절률이 변형된 투명 가공물의 영역을 포함하고, 복수의 결함 각각은 결함 폭에 대한 결함 길이의 비율인 종횡비를 가지고, 복수의 결함 각각의 종횡비는 20:1 이상이다.
본 개시의 제3 관점은 제2 관점의 방법을 포함하며, 복수의 결함 각각은 50:1 이상의 종횡비를 포함한다.
본 개시의 제4 관점은 제2 관점의 방법을 포함하며, 복수의 결함 각각은 100:1 이상의 종횡비를 포함한다.
본 개시의 제5 관점은 제1 내지 제4 관점 중 어느 하나의 방법을 포함하며, 복수의 결함은, 투명 가공물의 굴절률이 준-비(quasi-non)-회절 레이저 빔에 대한 노출에 의해 변형된 투명 가공물의 영역을 포함한다.
본 개시의 제6 관점은 제1 내지 제5 관점 중 어느 하나의 방법을 포함하며, 이미징 시스템은 이미징 축 상에 배치된 제1 카메라 및 제1 이미징 렌즈를 포함하고, 제1 카메라는 에어리어 스캔 카메라(area scan camera) 또는 라인(line) 스캔 카메라를 포함하고, 영이 아닌 이미징 각도는 결함 방향에 대해 30도 내지 60도이다.
본 개시의 제7 관점은 제6 관점의 방법을 포함하며, 제1 이미징 렌즈는 투명 가공물의 두께에 의존하는 배율 계수 및 개구수를 포함한다.
본 개시의 제8 관점은 제7 관점의 방법을 포함하며, 투명 가공물의 두께는 300 μm 내지 700 μm이고, 배율 계수는 3 미만이고, 개구수는 0.2 미만이다.
본 개시의 제9 관점은 제6 관점의 방법을 포함하며, 제1 카메라는 라인 스캔 카메라를 포함하며, 3차원 이미지를 발생하는 단계는, 복수의 결함의 추가 부분이 제1 카메라의 시야 내에 있도록 하기 위해, 이미징 시스템에 대해 투명 가공물을 이동시키는 단계를 포함한다.
본 개시의 제10 관점은 제6 내지 제9 관점 중 어느 하나의 방법을 포함하며, 이미징 시스템은 이미징 시스템의 제2 이미징 축 상에 배치된 제2 카메라 및 제2 이미징 렌즈를 포함한다.
본 개시의 제11 관점은 제10 관점의 방법을 포함하며, 제1 카메라 및 제1 이미징 렌즈는 제1 표면으로부터 연장되는 복수의 결함의 제1 부분을 이미징하도록 구성되며, 그리고 제2 카메라 및 제2 이미징 렌즈는 제1 및 제2 카메라가 결합하여 복수의 결함의 서브세트 전체를 이미징하도록 제2 표면으로부터 연장되는 복수의 결함의 제2 부분을 이미징하도록 구성된다.
본 개시의 제12 관점은 제1 내지 제11 관점 중 어느 하나의 방법을 포함하며, 결함 방향은 투명 가공물의 제1 및 제2 표면에 수직한다.
본 개시의 제13 관점은 제1 내지 제12 관점 중 어느 하나의 방법을 포함하며, 산란 이미지 신호는 암 시야 산란 이미지 신호이다.
본 개시의 제14 관점은 제13 관점의 방법을 포함하며, 3차원 이미지를 발생하는 단계는 복수의 결함 중 한 결함에 대응하는 암 시야 산란 이미지 신호의 일부에 대한 세기 프로파일을 발생하는 단계를 포함한다.
본 개시의 제15 관점은 제14 관점의 방법을 포함하며, 세기 프로파일에 기초하여 결함의 정량적 특성을 결정하는 단계를 더욱 포함한다.
본 개시의 제16 관점은 제1 내지 제14 관점 중 어느 하나의 방법을 포함하며, 결함은 투명 가공물에서 깊이의 함수로서 변하는 손상 패턴을 포함한다.
본 개시의 제17 관점은 제16 관점의 방법을 포함하며, 손상 패턴은 제1 표면으로부터 연장되는 제1 부분, 제2 표면으로부터 연장되는 제2 부분, 및 제1 부분과 제2 부분 사이에서 연장되는 제3 부분을 포함하고, 투명 가공물은 제3 부분과 비교하여 제1 및 제2 부분에서 더 높은 수준의 변형을 가지고, 결함의 정량적 특성은 제2 부분의 길이에 대한 제1 부분의 길이의 비율을 포함한다.
본 개시의 제18 관점은 제15 관점의 방법을 포함하며, 세기 프로파일에 기초하여 결함의 정량적 특성을 결정하는 단계는 컴퓨팅 시스템을 사용하여 기준 결함에 대해 측정된 기존 세기 프로파일과 상기 세기 프로파일을 비교하는 단계를 포함한다.
본 개시의 제19 관점은 제1 내지 제18 관점 중 어느 하나의 방법을 포함하며, 조명 소스로부터의 광을 복수의 결함 상으로 지향시키는 단계는 조명 소스로부터의 광을 투명 가공물의 에지를 통해 지향시키는 단계를 포함한다.
본 개시의 제20 관점은 제1 내지 제19 관점 중 어느 하나의 방법을 포함하며, 조명 소스로부터의 광을 복수의 결함 상으로 지향시키는 단계는 조명 소스로부터의 광을 조명 각도로 투명 가공물의 제1 표면 상으로 지향시키는 단계를 포함하며, 조명 각도는 이미징 축의 각도와는 상이하다.
본 개시의 제21 관점에 따르면, 투명 가공물에 결함을 형성하기 위한 레이저 가공 시스템의 특성화 방법은 다음을 포함한다: 레이저 가공 시스템을 사용하여 투명 가공물에 결함을 형성하는 단계, 여기서 레이저 가공 시스템은 결함 형성 광학 시스템을 사용하여 결함을 형성하기 위해 투명 가공물에 결함 형성 레이저 빔을 지향시키도록 구성되고, 투명 가공물은 제1 표면 및 제2 표면을 포함하고, 결함은 결함 방향으로 연장됨; 결함 형성 후, 조명 소스로부터의 광을 결함 상으로 지향시키는 단계; 이미징 시스템을 사용하여 결함으로부터 산란된 광의 암 시야 산란 이미지 신호를 검출하는 단계, 여기서 이미징 시스템의 이미징 축은 결함 방향에 대해 0이 아닌 이미징 각도로 배치됨; 암 시야 산란 이미지 신호를 사용하여 결함에 대한 세기 프로파일을 발생하는 단계; 및 세기 프로파일에 기초하여 레이저 가공 시스템의 특성을 결정하는 단계.
본 개시의 제22 관점은 제21 관점의 방법을 포함하며, 결함 형성 광학 시스템은, 결함 형성 레이저 빔을, 투명 가공물과 적어도 부분적으로 겹치는 레이저 빔 초점 라인으로 지향시키도록 구성된다.
본 개시의 제23 관점은 제21 또는 제22 관점의 방법을 포함하며, 레이저 가공 시스템의 특성을 결정하는 단계는 세기 프로파일에 기초하여 결함 형성 광학 시스템의 포커싱 위치를 결정하는 단계를 포함한다.
본 개시의 제24 관점은 제23 관점의 방법을 포함하며, 세기 프로파일에 기초하여 결함 형성 광학 시스템의 포커싱 위치를 결정하는 단계는, 세기 프로파일의 피크 분포에 기초하여 결함의 높은 손상 부분의 길이 비율을 추정하는 단계를 포함한다.
본 개시의 제25 관점은 제24 관점의 방법을 포함하며, 추정된 길이 비율에 기초하여 투명 가공물에 대한 결함 형성 광학 시스템의 포커싱 위치를 조정하는 단계, 및 높은 손상 부분의 원하는 길이 비율을 가진 조정된 포커싱 위치를 사용하여 변형된 결함을 형성하는 단계를 더욱 포함한다.
본 개시의 제26 관점은 제21 내지 제25 관점 중 어느 하나의 방법을 포함하며, 조명 소스와 이미징 시스템은 레이저 가공 시스템에 통합된다.
본 개시의 제27 관점은 제21 내지 제26 관점 중 어느 하나의 방법을 포함하며, 조명 소스로부터의 광을 결함 상으로 지향시키는 단계는 조명 소스로부터의 광을 투명 가공물의 에지를 통해 지향시키는 단계를 포함한다.
본 개시의 제28 관점은 제21 내지 제27 관점 중 어느 하나의 방법을 포함하며, 조명 소스로부터의 광을 결함 상으로 지향시키는 단계는 조명 소스로부터의 광을 조명 각도로 투명 가공물의 제1 표면 상으로 지향시키는 단계를 포함하고, 조명 각도는 0이 아닌 이미징 각도와는 상이하다.
본 개시의 제29 관점은 제21 내지 제28 관점 중 어느 하나의 방법을 포함하며, 이미징 시스템은 이미징 축 상에 배치된 카메라 및 이미징 렌즈를 포함하고, 카메라는 에어리어 스캔 카메라 또는 라인 스캔 카메라를 포함하고, 0이 아닌 이미징 각도는 30도 내지 60도이다.
본 개시의 제30 관점에 따르면, 레이저 가공 시스템을 특성화하는 방법은 다음을 포함한다: 레이저 가공 시스템을 사용하여 조명 소스로부터의 광을 투명 가공물에 형성된 복수의 결함 상으로 지향시키는 단계, 여기서 결함은 결함 방향으로 연장되며, 투명 가공물은 제1 표면 및 제2 표면을 포함함; 이미징 시스템을 사용하여 복수의 결함에 의해 산란된 광으로부터 암 시야 산란 이미지 신호를 검출하는 단계, 여기서 이미징 시스템의 이미징 축은 결함 방향에 대해 0이 아닌 이미징 각도로 배치됨; 암 시야 산란 이미지 신호를 사용하여 복수의 결함에 대한 세기 프로파일을 발생하는 단계; 복수의 결함에 대응하는 위치에서 투명 가공물에 복수의 비아를 형성하기 위해 투명 가공물을 화학적으로 에칭하는 단계; 복수의 비아 중 한 비아의 이미지를 발생하는 단계; 및 비아의 이미지를, 비아가 형성된 결함에 대응하는 세기 프로파일과 비교하는 단계.
본 개시의 제31 관점은 제30 관점의 방법을 포함하며, 레이저 가공 시스템을 사용하여 투명 가공물에 복수의 결함을 형성하는 단계를 더욱 포함하고, 레이저 가공 시스템은 결함 형성 광학 시스템으로 결함을 형성하기 위해 결함 형성 레이저 빔을 투명 가공물로 지향시키도록 구성된다.
본 개시의 제32 관점은 제31 관점의 방법을 포함하며, 발생된 세기 프로파일, 이미지, 및 이미지와 세기 프로파일의 비교 중 적어도 하나에 기초하여 결함 형성 레이저 빔의 포커싱 위치를 결정하는 단계를 더욱 포함한다.
본 개시의 제33 관점은 제31 또는 제32 관점의 방법을 포함하며, 세기 프로파일에 기초하여 결함 형성 레이저 빔의 에너지의 시간 의존성을 결정하는 단계를 더욱 포함한다.
여기에 기술된 공정 및 시스템의 추가 특징 및 이점은 다음의 상세한 설명에서 설명될 것이며, 부분적으로는 통상의 기술자에게 그 설명으로부터 용이하게 명백하거나 또는 이하의 상세한 설명, 청구범위 및 첨부된 도면을 포함하는, 여기에 기술된 실시예를 실시함으로써 인식될 것이다.
전술한 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 모두는 다양한 실시예를 설명하고 청구 대상의 성질 및 특성을 이해하기 위한 개요 또는 기초를 제공하도록 의도된 것으로 이해되어야 한다. 첨부된 도면은 다양한 실시예에 대한 추가 이해를 제공하기 위해 포함되며, 본 명세서에 통합되어 본 명세서의 일부를 구성한다. 도면은 여기에 기술된 다양한 실시예를 예시하고, 설명과 함께 청구 대상의 원리 및 동작을 설명하는 역할을 한다.
도면에 설명된 실시예는 본질적으로 예시적이고 대표적인 것이며 청구범위에 의해 정의된 대상을 제한하도록 의도되지 않는다. 예시의 실시예에 대한 다음의 상세한 설명은 하기 도면과 함께 읽을 때 이해될 수 있으며, 여기서 유사한 구조는 유사한 참조 번호로 표시되고, 여기에서:
도 1a는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따라, 내부에 형성된 복수의 비아를 가진 투명 가공물의 사시도를 도시하고;
도 1b는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따라, 내부에 형성된 복수의 비아를 가진 투명 가공물의 부분 평면도를 도시하고;
도 2a는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따라, 투명 가공물에 형성된 비아의 단면도를 도시하고;
도 2b는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따라, 깊이의 함수로서 불균일한 손상 프로파일을 가진 투명 가공물에 형성된 결함을 개략적으로 도시하고;
도 3a는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따라, 레이저 빔 초점 라인에 의한 투명 가공물의 결함 형성을 개략적으로 도시하고;
도 3b는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따라, 펄스 레이저 빔을 투명 가공물로 향하게 하기 위한 결함 형성 광학 시스템을 개략적으로 도시하고;
도 4는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따라, 예시적인 펄스 버스트 대 시간 내의 레이저 펄스의 상대 세기를 개략적으로 도시하고;
도 5a는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따라, 펄스 레이저 빔의 포커싱 위치가 투명 가공물에 대한 제1 위치에 있을 때 레이저 손상 및 에칭 공정의 결과로서 투명 가공물에 형성된 비아를 도시하고;
도 5b는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따라, 펄스 레이저 빔의 포커싱 위치가 투명 가공물에 대해 제2 위치에 있을 때 레이저 손상 및 에칭 공정의 결과로서 투명 가공물에 형성된 비아를 도시하고;
도 5c는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따라, 펄스 레이저 빔의 포커싱 위치가 투명 가공물에 대해 제3 위치에 있을 때 레이저 손상 및 에칭 공정의 결과로서 투명 가공물에 형성된 비아를 도시하고;
도 6은 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따라, 투명 가공물에 형성된 레이저 결함을 검사하기 위한 검사 시스템을 개략적으로 도시하고;
도 7a는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따라, 제1 손상 프로파일을 가진 투명 가공물의 복수의 레이저 결함의 검사 시스템으로부터 획득된 그레이스케일 이미지를 도시하고;
도 7b는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따라, 제2 손상 프로파일을 가진 투명 가공물의 복수의 레이저 결함의 검사 시스템으로부터 획득된 그레이스케일 이미지를 도시하고;
도 8a는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따라, 손상 프로파일을 가진 투명 가공물의 결함의 검사 시스템으로부터 획득된 그레이스케일 이미지를 도시하고;
도 8b는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따라, 검사 시스템으로부터 획득된 도 8a에 도시된 결함의 이미지의 세기 프로파일의 차트를 도시하고;
도 8c는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따라, 도 8a에 도시된 레이저 결함의 평균 세기 프로파일을 도시하고;
도 9a는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따라, 상이한 프로파일을 갖는 비아를 가진 3 개의 투명 가공물의 이미지를 도시하고;
도 9b는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따라, 레이저 초점 위치의 함수로서 도 9a에 도시된 비아의 세그먼트 길이의 측정치를 보여주는 차트를 도시하고;
도 9c는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따라, 검사 시스템에 의해 도 9a에 도시된 비아를 형성하는데 사용된 결함의 산란 이미지 신호로부터 획득된 레이저 초점 위치의 함수로서 결함 세그먼트의 길이를 보여주는 차트를 도시하고;
도 9d는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따라, 도 9b 및 도 9c에 도시된 세그먼트의 길이의 측정치들 사이의 상관관계를 보여주는 차트를 도시하고;
도 10은 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따라, 투명 가공물의 이미징 결함을 위한 검사 시스템을 개략적으로 도시하고;
도 11은 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따라, 투명 가공물에 형성된 복수의 결함 전체의 3차원 이미지를 발생하기 위한 방법을 도시하고;
도 12는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따라, 결함 검사 시스템을 사용하여 레이저 가공 시스템을 특성화 및/또는 조정하는 방법을 도시하고;
도 13a는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따라, 투명 가공물의 이미징 결함을 위한 검사 시스템을 개략적으로 도시하고;
도 13b는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따라, 도 13a에 도시된 검사 시스템에 의해 측정된 결함의 이미지 및 세기 프로파일을 도시하며; 그리고
도 13c는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따라, 도 13a에 도시된 검사 시스템에 의해 측정된 결함의 이미지 및 세기 프로파일을 도시한다.
도 1a는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따라, 내부에 형성된 복수의 비아를 가진 투명 가공물의 사시도를 도시하고;
도 1b는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따라, 내부에 형성된 복수의 비아를 가진 투명 가공물의 부분 평면도를 도시하고;
도 2a는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따라, 투명 가공물에 형성된 비아의 단면도를 도시하고;
도 2b는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따라, 깊이의 함수로서 불균일한 손상 프로파일을 가진 투명 가공물에 형성된 결함을 개략적으로 도시하고;
도 3a는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따라, 레이저 빔 초점 라인에 의한 투명 가공물의 결함 형성을 개략적으로 도시하고;
도 3b는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따라, 펄스 레이저 빔을 투명 가공물로 향하게 하기 위한 결함 형성 광학 시스템을 개략적으로 도시하고;
도 4는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따라, 예시적인 펄스 버스트 대 시간 내의 레이저 펄스의 상대 세기를 개략적으로 도시하고;
도 5a는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따라, 펄스 레이저 빔의 포커싱 위치가 투명 가공물에 대한 제1 위치에 있을 때 레이저 손상 및 에칭 공정의 결과로서 투명 가공물에 형성된 비아를 도시하고;
도 5b는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따라, 펄스 레이저 빔의 포커싱 위치가 투명 가공물에 대해 제2 위치에 있을 때 레이저 손상 및 에칭 공정의 결과로서 투명 가공물에 형성된 비아를 도시하고;
도 5c는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따라, 펄스 레이저 빔의 포커싱 위치가 투명 가공물에 대해 제3 위치에 있을 때 레이저 손상 및 에칭 공정의 결과로서 투명 가공물에 형성된 비아를 도시하고;
도 6은 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따라, 투명 가공물에 형성된 레이저 결함을 검사하기 위한 검사 시스템을 개략적으로 도시하고;
도 7a는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따라, 제1 손상 프로파일을 가진 투명 가공물의 복수의 레이저 결함의 검사 시스템으로부터 획득된 그레이스케일 이미지를 도시하고;
도 7b는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따라, 제2 손상 프로파일을 가진 투명 가공물의 복수의 레이저 결함의 검사 시스템으로부터 획득된 그레이스케일 이미지를 도시하고;
도 8a는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따라, 손상 프로파일을 가진 투명 가공물의 결함의 검사 시스템으로부터 획득된 그레이스케일 이미지를 도시하고;
도 8b는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따라, 검사 시스템으로부터 획득된 도 8a에 도시된 결함의 이미지의 세기 프로파일의 차트를 도시하고;
도 8c는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따라, 도 8a에 도시된 레이저 결함의 평균 세기 프로파일을 도시하고;
도 9a는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따라, 상이한 프로파일을 갖는 비아를 가진 3 개의 투명 가공물의 이미지를 도시하고;
도 9b는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따라, 레이저 초점 위치의 함수로서 도 9a에 도시된 비아의 세그먼트 길이의 측정치를 보여주는 차트를 도시하고;
도 9c는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따라, 검사 시스템에 의해 도 9a에 도시된 비아를 형성하는데 사용된 결함의 산란 이미지 신호로부터 획득된 레이저 초점 위치의 함수로서 결함 세그먼트의 길이를 보여주는 차트를 도시하고;
도 9d는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따라, 도 9b 및 도 9c에 도시된 세그먼트의 길이의 측정치들 사이의 상관관계를 보여주는 차트를 도시하고;
도 10은 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따라, 투명 가공물의 이미징 결함을 위한 검사 시스템을 개략적으로 도시하고;
도 11은 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따라, 투명 가공물에 형성된 복수의 결함 전체의 3차원 이미지를 발생하기 위한 방법을 도시하고;
도 12는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따라, 결함 검사 시스템을 사용하여 레이저 가공 시스템을 특성화 및/또는 조정하는 방법을 도시하고;
도 13a는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따라, 투명 가공물의 이미징 결함을 위한 검사 시스템을 개략적으로 도시하고;
도 13b는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따라, 도 13a에 도시된 검사 시스템에 의해 측정된 결함의 이미지 및 세기 프로파일을 도시하며; 그리고
도 13c는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따라, 도 13a에 도시된 검사 시스템에 의해 측정된 결함의 이미지 및 세기 프로파일을 도시한다.
이제 레이저 가공을 통해 투명 가공물에 형성된 결함을 검사하는 실시예를 상세히 참조할 것이다. 투명 가공물을 통해 연장되는 관통 유리 비아("TGV") 또는 투명 가공물을 통해 부분적으로만 연장되는 블라인드 비아를 형성하기 위한 레이저 손상 및 에칭 공정의 일부로서 투명 가공물에 결함이 형성될 수 있다. TGV가 원하는 형상으로 형성되는지 여부는 손상 패턴이 투명 가공물의 에칭률에 영향을 미칠 수 있기 때문에 결함의 손상 패턴에 따라 결정된다. 이에 따라서, 여기에서 방법은 조명 소스로부터의 광으로 결함을 조명하는 단계를 포함한다. 방법은 또한 이미징 시스템을 사용하여 결함으로부터 산란된 광의 이미지 신호를 검출하는 단계를 포함한다. 이미징 시스템은 결함의 연장 방향으로부터 비스듬히 배치될 수 있는 이미징 축을 가질 수 있다. 전체 결함은 이미징 시스템의 피사계 심도 내에 있을 수 있으므로, 복수의 결함이 이미징 시스템에 의해 동시에 이미지화될 수 있다.
보다 구체적으로, 여기에 기술된 방법은 결함으로부터 광 산란의 암시야(dark field) 산란 이미지 신호를 캡처하는 단계를 포함한다. 암시야 산란 이미지 신호에 기초하여 각 결함에 대한 세기 프로파일이 발생될 수 있고, 세기 프로파일로부터 결함의 다양한 특성이 결정될 수 있다. 그러한 특성은 예를 들어 화학적 에칭의 결과로서, 손상 트랙으로부터 형성될 수 있는 TGV와 직접적인 관계를 가질 수 있다. 이를 감안할 때, 여기에 기술된 방법은 에칭제를 적용하기 전에 결함을 특성화하는 비-침투 방식을 제공한다. 유익하게는, 이미징 시스템은 결함을 형성하는데 사용되는 기존 레이저 가공 시스템에 통합될 수 있다. 여기에 기술된 방법의 비-파괴 특성은, 원하는 특성을 갖는 손상 트랙이 생성될 수 있도록 레이저 가공 시스템의 피드백 제어에 사용 가능하도록 한다.
여기에서 사용되는 바와 같이, "암시야 산란 이미지 신호" 용어는 이미징 대상을 조명하는데 사용된 광의 비-산란 부분을 제외한 이미징 대상의 타겟 부분(예를 들어, 투명 가공물에 형성된 복수의 결함)으로부터 산란된 광의 이미지 신호를 지칭한다. "산란 이미지 신호" 용어는 이미징 대상을 조명하는데 사용되는 광의 그러한 산란되지 않은 부분을 포함할 수 있는 광을 지칭한다.
여기에서 사용되는 바와 같이, "레이저 가공"은 레이저 빔을 투명 가공물과 같은 기판 상으로 및/또는 내로 지향시키는 것을 포함한다. 일부 실시예에서, 레이저 가공은, 예를 들어, 윤곽 라인 또는 다른 경로를 따라 투명 가공물에 대해 레이저 빔을 병진이동시키는 것을 더 포함한다. 레이저 가공의 예는 레이저 빔을 사용하여 투명 가공물로 연장되는 일련의 결함을 포함하는 윤곽을 형성하고 펄스 레이저 빔을 사용하는 것을 포함한다.
여기에서 사용되는 바와 같이, "상류" 및 "하류"는 빔 소스에 대한 빔 경로를 따른 두 위치 또는 구성요소의 상대적인 위치를 지칭한다. 예를 들어, 제1 구성요소가 제2 구성요소보다 레이저 빔이 횡단하는 경로를 따라 빔 소스에 더 가까운 경우 제1 구성요소는 제2 구성요소로부터 상류에 있다.
여기에서 사용되는 바와 같이, "펄스 레이저 빔 초점 라인"은 빔 전파 방향으로 길게 형성된 초점 영역을 형성하는 펄스 레이저 빔의 상호 작용(예를 들어, 교차) 광선의 패턴을 지칭한다. 기존의 레이저 가공에서는, 펄스 레이저 빔이 초점에 정확하게 포커싱된다. 초점은 펄스 레이저 빔의 최대 세기 지점이며, 투명 가공물과 같은 기판의 초점면(focal plane)에 위치된다. 이와 달리, 펄스 레이저 빔 초점 라인의 길게 형성된 초점 영역에서, 펄스 레이저 빔의 최대 세기 영역은 지점을 넘어 빔 전파 방향과 정렬된 라인까지 연장된다. 펄스 레이저 빔 초점 라인은 교차하는(예를 들어, 가로지르는) 펄스 레이저 빔의 광선을 수렴하여 빔 전파 방향으로 정렬된 연속적인 일련의 초점을 형성함으로써 형성된다. 여기에 기술된 펄스 레이저 빔 초점 라인은 이하에서 상세하게 수학적으로 정의되는 준-비-회절 빔(quasi-non-diffracting beam)을 사용하여 형성된다.
여기에서 사용되는 바와 같이, "윤곽 라인"은 레이저 빔과 기판의 상대 움직임으로 인해 발생하는 기판(예를 들어, 투명 가공물)의 입사 표면과 레이저 빔의 교차점 세트에 해당한다. 윤곽 라인은 선형, 각진, 다각형 또는 곡선 형상일 수 있다. 윤곽 라인은 닫혀 있거나(즉, 기판 표면 상에 둘러싸인 영역을 정의함), 열려 있을 수 있다(즉, 기판 표면 상에 둘러싸인 영역을 정의하지 않음). 윤곽 라인은 기판을 둘 이상의 부분으로 분리하기 용이한 경계를 나타낸다.
여기에서 사용되는 바와 같이, "윤곽"은 윤곽 라인을 따라 레이저 빔과 기판의 상대 움직임을 통해 레이저 빔에 의해 형성된 투명 가공물 내의 결함 세트를 지칭한다. 결함은 윤곽 라인을 따라 이격되어 기판 내부에 완전히 포함되거나, 하나 이상의 표면을 통해 기판 내부로 연장된다. 결함은 기판의 전체 두께를 통해 연장될 수도 있다.
여기에서 사용되는 바와 같이, "결함"은 레이저 빔에 의해 변형된 투명 가공물의 영역을 지칭한다. 결함은 투명 가공물의 주변 비변형 영역에 대해 변형된 굴절률을 가진 투명 가공물의 영역을 포함한다. 일반적인 결함은 펄스 레이저 빔 초점 라인에 의해 생성된 투명 가공물의 보이드 공간, 크랙, 스크래치, 흠, 홀, 천공, 치밀화 또는 다른 변형과 같은 구조적으로 변형된 영역을 포함한다. 결함은 또한 여기의 다양한 실시예에서 결함 라인 또는 손상 트랙으로 지칭될 수 있다. 투명 가공물과 레이저 빔의 상호 작용을 통해 결함 또는 손상 트랙이 형성된다. 아래에 더 자세히 설명된 바와 같이, 결함 또는 손상 트랙은 펄스 레이저 빔 초점 라인과 투명 가공물의 상호 작용을 통해 생성될 수 있다. 다양한 실시예에서, 펄스 레이저 빔 초점 라인은 펄스 레이저에 의해 생성된다. 윤곽 라인을 따라 특정 위치의 결함은 특정 위치에서 단일 레이저 펄스, 특정 위치에서 펄스 버스트의 서브 펄스 또는 특정 위치에서 다중 레이저 펄스에 의해 생성된 펄스 레이저 빔 초점 라인으로부터 형성된다. 윤곽 라인을 따라 레이저 빔과 투명 가공물의 상대 움직임으로 인해 윤곽을 형성하는 다수의 결함이 발생한다.
여기에서 사용되는 바와 같이, "투명 가공물" 어구는 유리, 유리-세라믹 또는 투명한 다른 재료로로부터 형성된 가공물을 의미하며, 여기에서 사용되는 바와 같이, "투명" 용어는 재료가 재료 깊이 mm 당 20% 미만, 그 예로 지정된 펄스 레이저 파장의 경우 재료 깊이 mm 당 10% 미만, 또는 그 예로 지정된 펄스 레이저 파장의 경우 재료 깊이 mm 당 1% 미만의 선형 광 흡수를 가짐을 의미한다. 달리 명시되지 않는 한, 재료는 재료 깊이 mm 당 약 20% 미만의 선형 광 흡수를 가진다. 투명 가공물은 약 50 미크론(μm) 내지 약 10 mm (그 예로 약 100 μm 내지 약 5 mm, 또는 약 0.5 mm 내지 약 3 mm)의 깊이(예를 들어, 두께)를 가질 수 있다. 투명 가공물은 유리 조성물, 그 예로 보로실리케이트 유리, 소다석회 유리, 알루미노실리케이트 유리, 알칼리 알루미노실리케이트, 알칼리 토류 알루미노실리케이트 유리, 알칼리 토류 보로-알루미노실리케이트 유리, 용융 실리카, 또는 결정질 재료, 그 예로 사파이어, 실리콘, 갈륨 비소, 또는 이들의 조합으로부터 형성된 유리 가공물을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 투명 가공물은 투명 가공물을 레이저 가공하기 전 또는 후에 열 템퍼링에 의해 강화될 수 있다. 일부 실시예에서, 유리는 이온 교환 가능할 수 있어, 유리 조성물이 투명 가공물을 레이저 가공하기 전 또는 후에 유리 강화를 위해 이온 교환을 거칠 수 있다. 예를 들어, 투명 가공물은 이온 교환된 유리 및 이온 교환 가능한 유리, 그 예로 Corning, NY의 Corning Incorporated 사의 Corning Gorilla® Glass(예를 들어, code 2318, code 2319, 및 code 2320)를 포함할 수 있다. 더욱이, 이러한 이온 교환된 유리는 약 6 ppm/℃ 내지 약 10 ppm/℃의 열팽창계수(CTE)를 가질 수 있다. 다른 예시의 투명 가공물은 Corning, NY의 Corning Incorporated 사의 EAGLE XG® 및 CORNING LOTUSTM 를 포함할 수 있다. 게다가, 투명 가공물은 레이저 파장에 투명한 다른 구성요소, 예를 들어, 유리 세라믹 또는 결정, 그 예로 사파이어 또는 셀렌화 아연(zinc selenide)을 포함할 수 있다. 더욱이, 여기에 기술된 실시예에서, 코팅 층은 코팅된 기판을 형성하는 투명 가공물 상에 배치된다.
이온 교환 공정에서, 투명 가공물의 표면층의 이온은, 예를 들어, 이온 교환 배스(bath)에 투명 가공물을 부분적으로 또는 완전히 침수시켜 동일한 균형 또는 산화 상태를 가진 큰 이온으로 교체된다. 큰 이온으로 작은 이온을 교체하는 것은 압축 응력 층이 투명 가공물의 하나 이상의 표면으로부터, 층 깊이로 지칭된 투명 가공물 내에 소정의 깊이로 연장되게 한다. 압축 응력은 인장 응력(중심 인장으로 지칭됨)의 층에 의해 균형을 이루게 되어 유리 시트의 순(net) 응력은 영이 된다. 유리 시트의 표면에서의 압축 응력의 형성은 유리를 강하게 만들고 기계 손상에 대한 저항성을 갖게 하며, 이로써, 층의 깊이를 통해 연장되지 않는 흠에 대한 유리 시트의 치명적인 파손을 완화한다. 일부 실시예에서, 투명 가공물의 표면 층의 더 작은 나트륨 이온(sodium ions)은 더 큰 칼륨 이온(potassium ions)으로 교환된다. 일부 실시예에서, 표면 층의 이온과 더 큰 이온은 Li+ (유리에 존재할 때), Na+, K+, Rb+, 및 Cs+과 같은 1가(monovalent) 알칼리 금속 양이온이다. 대안으로서, 표면 층의 1가 양이온은 Ag+, Tl+, Cu+ 등과 같은 알칼리 금속 양이온과는 다른 1가 양이온으로 교체될 수 있다.
여기에서 사용되는 바와 같이, "준-비-회절 빔" 용어는 아래에서 수학적으로 설명되는 바와 같이 낮은 빔 발산을 가진 레이저 빔을 설명하기 위해 사용된다. 특히, 여기에 기술된 실시예에서 결함의 윤곽을 형성하기 위해 레이저 빔이 사용된다. 레이저 빔은 세기 분포 I(X,Y,Z)를 가지며, 여기서 도면에 도시된 바와 같이, Z는 레이저 빔의 빔 전파 방향이고, X 및 Y는 빔 전파 방향에 직교하는 방향이다. X 방향 및 Y 방향은 단면 방향이라고도 지칭되고, X-Y 평면은 단면 평면이라고도 지칭될 수 있다. 좌표 및 방향 X, Y 및 Z는 또한 여기에서 X, Y 및 Z 각각으로 지칭된다. 단면 평면에서 레이저 빔의 세기 분포는 단면 세기 분포로 지칭될 수 있다.
준-비-회절 레이저 빔은 회절 레이저 빔(그 예로, 가우스 빔(Gaussian beam))을, 위상 변경 광학 요소, 그 예로 적응형(adaptive) 위상 변경 광학 요소(예를 들어, 공간 광 변조기, 적응형 위상판, 변형 미러 등), 정적 위상 변경 광학 요소(예를 들어, 정적 위상판, 비구면 광학 요소, 그 예로 액시콘 등) 내에, 상에, 및/또는 를 통해 충돌시켜 형성되어, 아래에 수학적으로 정의된 바와 같이, 빔 위상을 변형하고, 빔 발산을 줄이고, 레일리 범위를 증가시킬 수 있다. 준-비-회절 빔의 예는 가우스-베셀(Gauss-Bessel) 빔, 에어리(Airy) 빔, 웨버(Weber) 빔 및 베셀 빔을 포함한다.
도 1a는 내부에 배치된 복수의 비아(110)를 가진 예시적인 투명 가공물(100)의 사시도를 개략적으로 도시한다. 도 1b는 도 1a에 도시된 예시적인 투명 가공물(100)의 부분 평면도를 개략적으로 도시한다. 도 1a 및 도 1b는 웨이퍼로 구성된 투명 가공물(100)을 도시하지만, 물품은 제한 없이 패널과 같은 임의의 형상을 취할 수 있음을 이해해야 한다. 투명 가공물(100)은 일반적으로 평면일 수 있고, 제1 표면(102), 및 제1 표면(102)에 대향하여 평면에 위치하는 제2 표면(104)을 가질 수 있다. 제1 표면(102)의 표면 법선(106)은 도시된 실시예에서 비아(110)에 평행하게 연장되지만, 비아(110)가 다른 실시예에서 표면 법선(106)에 대해 비스듬하게 연장될 수 있음을 이해해야 한다.
일부 실시예에서, 투명 가공물(100)은, 예를 들어, 제1 표면(102)에 결합된 하나 이상의 전자 구성요소와 투명 가공물(100)의 제2 표면(104)에 결합된 하나 이상의 전자 구성요소 사이에 제한됨 없이, 투명 가공물(100)을 통해, 전기 신호를 전달하기 위해 전자 디바이스에서 인터포저로서 구현될 수 있다. 그러한 실시예에서, 투명 가공물(100)의 비아(110)는 전기 신호가 통과할 수 있는 전기 전도성 비아를 제공하기 위해 전기 전도성 재료로 채워진다. 비아(110)는 예를 들어, 관통 유리 비아 또는 블라인드 비아일 수 있다. 여기에서 사용되는 바와 같이, 관통 유리 비아는 제1 표면(102)으로부터 제2 표면(104)까지 투명 가공물(100)의 두께(T)를 통해 연장된다. 여기에서 사용되는 바와 같이, 블라인드 비아는 제1 표면(102) 또는 제2 표면(104) 중 하나로부터 투명 가공물(100)의 두께(T)를 통해 부분적으로만 연장되지만, 제1 표면(102) 또는 제2 표면(104) 중 다른 하나까지 완전히 연장되지는 않는다. 하나 이상의 패턴의 전기 트레이스를 제공하기 위해 금속화될 수 있는 채널과 같은 다른 특징이 투명 가공물(100)의 제1 표면(102) 또는 제2 표면(104) 내에 형성될 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 다른 특징도 제공될 수 있다.
투명 가공물(100)은, 예를 들어, 최종 적용에 따라 달라질 수 있는 임의의 크기 및/또는 형상을 가진다. 예로서 그리고 제한이 아닌 것으로서, 투명 가공물(100)의 두께(T)는, 약 25 미크론, 약 50 미크론, 약 75 미크론, 약 100 미크론, 약 200 미크론, 약 300 미크론, 약 400 미크론, 약 500 미크론, 약 600 미크론, 약 700 미크론, 약 800 미크론, 약 900 미크론, 약 1,000 미크론, 약 2,000 미크론, 약 3,000 미크론, 또는 이들 값 중 임의의 두 값 사이의 임의의 값 또는 범위(종값포함)를 포함하여, 약 25 미크론 내지 약 3,000 미크론의 범위에 내에 있을 수 있다.
투명 가공물(100)의 비아(110)는, 예를 들어, 약 10 미크론 이하, 약 15 미크론 이하, 약 20 미크론 이하, 약 25 미크론 이하, 약 30 미크론 이하, 35 미크론 이하, 약 40 미크론 이하, 약 50 미크론 이하, 약 60 미크론 이하, 약 70 미크론 이하, 약 80 미크론 이하, 약 90 미크론 이하, 약 100 미크론 이하, 약 110 미크론 이하, 약 120 미크론 이하, 약 130 미크론 이하, 약 140 미크론 이하, 약 150 미크론 이하, 약 160 미크론 이하, 약 170 미크론 이하, 약 180 미크론 이하, 약 190 미크론 이하, 약 200 미크론 이하, 약 210 미크론 이하, 약 220 미크론 이하, 약 230 미크론 이하, 약 240 미크론 이하, 약 250 미크론 이하, 또는 이들 값 중 임의의 두 값 사이의 임의의 값 또는 범위(종값포함)를 포함하여, 약 5 미크론 내지 약 250 미크론의 개구 직경(D)을 가질 수 있다. 여기에서 사용되는 바와 같이, 개구 직경(D)은 투명 가공물(100)의 제1 표면(102) 또는 제2 표면(104)에서 비아(110)의 개구 직경을 지칭한다. 비아(110)의 개구는 일반적으로 제1 표면(102) 또는 제2 표면(104)과 비아(110) 벽의 경사 표면 사이의 변화를 표시하는 위치에 있다. 비아(110)의 개구 직경(D)은 광학 현미경에 의해 이미지화될 때 비아(110) 입구의 에지에 대한 최소 제곱 최적 맞춤 원(least-squares best fit circle)의 직경을 찾아 결정될 수 있다.
유사하게, 투명 가공물(100)의 비아(110)는 약 5 미크론 내지 약 150미크론의 개구 반경(R)을 가질 수 있다. 여기에서 사용되는 바와 같이, 개구 반경(R)은 투명 가공물(100)의 제1 표면(102) 또는 제2 표면(104)에서 비아(110)의 개구의 중심점(C)으로부터의 반경을 지칭한다.
인접한 비아들(110) 사이의 중심 간 간격인 비아(110)의 피치(Z)는 원하는 적용에 따라 제한되지 않은 임의의 치수일 수 있으며, 그 예로, 약 10 미크론, 약 50 미크론, 약 100 미크론, 약 250 미크론, 약 1,000 미크론, 약 2,000 미크론, 또는 이들 값 중 임의의 두 값 사이의 임의의 값 또는 범위(종값포함)를 포함하여, 약 10 미크론 내지 약 2,000 미크론일 수 있다. 일부 실시예에서, 피치(Z)는 동일한 투명 가공물(100) 상의 비아들(110) 사이에서 변할 수 있다(즉, 제1 비아와 제2 비아 사이의 피치(Z)는 제1 비아와 제3 비아 사이의 피치(Z)와는 다를 수 있다). 일부 실시예에서, 피치(Z)는 약 10 미크론 내지 약 100 미크론, 약 25 미크론 내지 약 500 미크론, 약 10 미크론 내지 약 1,000 미크론, 또는 약 250 미크론 내지 약 2,000 미크론과 같은 범위일 수 있다.
상술된 바와 같이, 비아(110)(및 일부 실시예의 다른 특징부)는 스퍼터링, 무전해 및/또는 전해 도금, 화학 기상 증착 등을 포함하지만 이에 제한되지 않은 임의의 공지된 기술을 사용하여 전기 전도성 재료에 채워질 수 있다. 전기 전도성 재료는, 예를 들어, 구리, 은, 알루미늄, 티타늄, 금, 백금, 니켈, 텅스텐, 마그네슘 또는 임의의 다른 적합한 재료일 수 있다. 비아(110)가 채워질 때, 이들은 투명 가공물(100)의 제1 표면(102) 및 제2 표면(104) 상에 배치된 전기 구성요소의 전기 트레이스를 전기적으로 결합할 수 있다.
비아(120)의 기하학적 구조는 비아(120)의 결과적인 채움의 품질에 중요한 역할을 한다. 비아(120)의 내부 형상(즉, 프로파일)은 금속화 공정의 성공에 중요한 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 너무 모래시계(hourglass) 같은 형상의 비아는 좋지 못한 금속화 및 금속화 이후 불충분한 전기적 성능을 야기할 수 있다. 진공 증착 코팅과 같은, 금속화 공정은 표면의 일부 지점이 코팅 공정에서 다른 부분을 "그림자(shadow)"로 만들기 때문에, 종종 가시거리의 문제(line-of-sight issues)를 가지며, 이는 적용된 코팅이 거친 텍스쳐의 가장 깊은 곳의 구역 또는 모래시계 형상의 비아의 낮은 영역에 도달할 수 없음을 의미한다. 동일한 모래시계 형상은 또한 그 예로 부품이 열 사이클링과 같은 환경적 응력을 받을 때 크랙 및 다른 파손이 일어날 수 있는, 금속화 후 신뢰성 문제를 야기할 수 있다. 추가적으로, 물품의 상단 및 바닥 표면을 따라, 비아(120)의 입구 및/또는 출구 근처의 함몰(depressions) 또는 융기부(mounds)는 재배치 층 공정이 적용될 때 도금, 코팅 및 접합 문제를 야기할 수 있다. 이에 따라서, 홀 형태의 엄격한 제어는 기술적으로 실행 가능한 제품을 제조하기 위해 제공되어야 한다.
여기에서는 투명 가공물(100)의 두께를 통해 서로 다른 단면의 기하학적인 구조를 갖는 비아(110)에 대해 구체적으로 언급했지만, 비아(110)는 다양한 다른 단면 기하학적인 구조를 포함할 수 있으며, 이와 같이 여기에 기술된 실시예는 비아(110)의 임의의 특정 단면 기하학적 구조로 제한되지 않음을 이해하여야 한다. 게다가, 비아(110)는 투명 가공물(100)의 평면에서 원형 단면을 가지는 것으로 도시되어 있지만, 비아(110)는 다른 평면 단면의 기하학적인 구조를 가질 수 있음을 이해하여야 한다. 예를 들어, 비아(110)는 투명 가공물(100)의 평면에서 타원형 단면, 정사각형 단면, 직사각형 단면, 삼각형 단면 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 다른 단면의 기하학적인 구조를 가질 수 있다. 추가로, 상이한 단면의 기하학적인 구조를 갖는 비아(110)가 단일 인터포저 패널에 형성될 수 있음을 이해하여야 한다.
비아(110)는 레이저 손상 및 에칭 공정으로 형성될 수 있다. 이 공정에서, 결함은 초기에 결함을 따라 투명 가공물(100)을 변형하기 위해 레이저를 사용하여 유리 기판에 형성된다. 그후 에칭 용액이 투명 가공물(100)에 적용된다. 투명 가공물(100)은 에칭 용액에 의해 얇아진다. 투명 가공물(100)의 에칭 속도가 결함에서 더 빠르기 때문에, 투명 가공물(100)을 통해 비아(110)가 개방되도록 결함이 우선적으로 에칭된다. 손상 트랙을 따라 특정 지점에서 투명 가공물(100)이 손상되는 양은 투명 가공물(100)에 형성된 비아(110)의 최종 프로파일을 결정할 수 있다.
이제 도 2a를 참조하면, 비아(110) 중 하나의 단면 프로파일이 도시된다(예를 들어, 비아(110)가 전기 전도성 재료로 채워지기 전). 도시된 비아(110)는 제1 및 제2 표면(102 및 104)으로부터 연장되고 각각 길이(L1 및 L4)를 갖는 제1 및 제2 부분(112 및 114)을 포함하는 모래시계형 프로파일을 갖는다. 제3 부분(116)은 제1 부분(112)로부터 비아(110)의 허리(waste, w)까지 연장되며 길이(L2)를 가진다. 제4 부분(118)은 제2 부분(114)으로부터 비아(110)의 허리(w)까지 연장되며 길이(L3)를 가진다. 일반적으로, 비아(110)는 제1 및 제2 부분(112 및 114)에서 가장 큰 단면적을 가진다.
여기에 기술된 레이저 손상 및 에칭 공정을 통해 도 2a에 도시된 것과 같은 비아 프로파일을 형성하기 위해, 투명 가공물(100) 내의 깊이의 함수로서 불균일한 손상 분포를 갖는 투명 가공물(100)에 결함이 형성될 수 있다. 도 2b는 투명 가공물(100)의 그러한 불균일한 결함(120)을 개략적으로 도시한다. 결함(120)은 각각 상이한 수준의 변형 및 따라서 상이한 에칭 속성을 가진 4개의 세그먼트를 포함한다: 제1 변형 세그먼트(120A), 제2 변형 세그먼트(120B), 제3 변형 세그먼트(120C) 및 제4 변형 세그먼트(120D). 다양한 세그먼트들 사이의 변형 수준이 불연속적이지 않을 수 있지만, 결함(120)을 따라 점진적으로 변할 수도 있음을 이해하여야 한다. 이로써, 변형의 레벨은 결함(120)의 개별 세그먼트 내에서 변할 수 있다. 추가적으로, 결함(120)은 여기에 기술된 실시예와 일치하는 그러한 세그먼트를 임의의 개수로 가질 수 있음을 이해하여야 한다.
일부 실시예에서, 결함(120)은 가장 높은 수준의 변형이 투명 가공물의 제1 표면(102) 및 제2 표면(104) 부근에서 일어나도록 구성된다. 그러한 실시예에서, 제1 변형 세그먼트(120A) 및 제4 변형 세그먼트(120D)는 고도로 변형된 세그먼트이다. 제2 변형 세그먼트(120B) 및 제3 변형 세그먼트(120C)는 제1 세그먼트(120A) 및 제4 세그먼트(120D)의 것보다 작은 수준의 변형을 가진다는 점에서 최소로 변형된 세그먼트이다. 제2 세그먼트(120B) 및 제3 세그먼트(120C)가 개별 세그먼트로서 도시되어 있지만, 일부 실시예에서, 제2 세그먼트(120B) 및 제3 세그먼트(120C)은 제1 변형 세그먼트(120A) 및 제4 변형 세그먼트(120D)의 수준의 변형보다 적은 수준의 변형을 가진 단일의, 최소로 변형된 세그먼트이다. 불균일한 손상 프로파일을 가진 그러한 결함(120)은 결함 형성 레이저 빔을 투명 가공물(100)에 제공함으로써 발생될 수 있다. 도 2b에 도시된 것과 같은 레이저 결함(120)은 투명 가공물(100)을 펄스 레이저 빔에 노출시킴으로써 형성될 수 있다.
도 3a를 참조하면, 일부 실시예에서, 결함(120)은 투명 가공물(100)의 벌크를 통해 위치되는 펄스 레이저 빔 초점 라인(313)으로 포커싱되는 펄스 레이저 빔(312)에 의해 형성된다. 펄스 레이저 빔 초점 라인(313)은 투명 가공물(100) 내에서 유도된 다광자 흡수를 발생한다. 다광자 유도 흡수는 펄스 레이저 빔 초점 라인(313)을 따라 투명 가공물 내에서 재료 변형을 생성하여 결함(120)을 형성한다. 펄스형 레이저 빔 초점 라인(313)은 도 3a에 도시된 비제한적 예로서 비구면 광학 요소(예를 들어, 액시콘)인 광학장치(306)에 의해 생성된다. 유리 기판을 드릴링하기 위한 레이저 빔 초점 라인을 발생하고 사용하는 방법에 대한 추가 설명은, 여기에 전반적으로 참조로서 병합된 미국 특허 제9,517,963호에 제공된다.
광학 장치(306)는 레이저 빔을 연장된 포커스로 형성하거나, 준-비-회절 빔으로 형성하여, 베셀 유사 또는 가우스-베셀 빔을 초래한다. 빔의 준-비-회절 특성으로 인해, 광은 더 일반적으로 사용되는 가우스 빔으로 달성되는 것보다 매우 더 긴 범위에 걸쳐 긴밀하게 포커싱된 세기를 유지하므로, 유리 기판의 전체 두께(t)가 단일의 버스트 펄스 또는 근접한 시간의 레이저 펄스 버스트 트레인에 의해 손상되도록 한다.
그러한 준-비-회절 빔에 의해 형성된 결함은 일반적으로 직경이 작고, 그 예로 < 5 μm의 직경, 또는 심지어 < 2.5 μm의 직경, 또는 심지어 1 μm 만큼 작은 직경을 가지고, 결함의 직경은 광학 현미경으로 볼 때 주변 유리에 비해 밝거나 어두운 구역으로 나타날 정도로 유리의 굴절률이 충분히 변형된 영역의 크기로 정의된다. 결함은 연장된 선형 특징이며 유리 시트의 한 표면으로부터 다른 표면으로, 그 예로 100-1000 um 두께인 유리 두께를 통해, 완전히 연장될 수 있다. 실시예에서, 결함의 종횡비(예를 들어, 길이/직경)는 20:1 이상이다. 결함의 종횡비가 1000:1만큼 높을 수도 있음을 이해하여야 한다. 일 예에서, 300 μm 두께의 기판은 1-2.5 μm 직경의 결함을 포함하고 종횡비는 120:1 이상 300:1 이하이다.
준-비-회절 빔으로부터 생성되는 펄스 레이저 빔 초점 라인(313)의 길이는 준-비-회절 빔의 레일리 범위에 의해 결정된다. 특히, 준-비-회절 빔은, 준-비-회절 빔이 준-비-회절 빔의 레일리 범위와 동일한 빔 허리로부터의 거리를 전파하는 위치에 의해 각각 정의되는 제1 끝점 및 제2 끝점을 가진 펄스 레이저 빔 초점 라인(313)을 정의한다. 레이저 빔 초점의 길이는 준-비-회절 빔의 레일리 범위의 두 배에 해당한다. 비대칭(그 예로 비-축대칭) 빔 단면 프로파일에 대한 그러한 빔의 설명의 일반화를 포함하여, 준-비-회절 빔의 형성 및 그 길이 결정에 대한 상세한 설명은, 참조로 전체적으로 병합된 미국 공개 특허 출원 제 62/402,337호(20180093914)에 제공된다.
레일리 범위는 레이저 빔의 분산이 2배(빔 허리의 위치의 분산에 대해)가 되는 거리(ISO 11146-1:2005(E)의 3.12절에 정의된 바와 같이 빔 허리 위치에 대한 거리)에 대응하며 레이저 빔의 단면적의 발산의 척도이다. 레일리 범위는 빔 축을 따른 거리로 관찰될 수도 있고, 상기 빔 축에서, 빔의 단면 프로파일에 관찰된 피크 광 세기는 빔 허리 위치(최대 세기의 위치)에서 빔의 단면 프로파일에 관찰된 값의 절반으로 감소된다. 레일리 범위가 큰 레이저 빔은 발산이 낮으며 레일리 범위가 작은 레이저 빔보다 빔 전파 방향의 거리로 더 천천히 확장된다.
빔 단면은 형상 및 치수가 특성화된다. 빔 단면의 치수는 빔의 스폿 크기에 의해 특성화된다. 가우스 빔의 경우, 스폿 크기는 빔의 세기가 최대값의 1/e2로 감소하는 방사상 범위로 자주 정의된다. 가우스 빔의 최대 세기는 세기 분포의 중심(x = 0 및 y = 0(좌표) 또는 r = 0(원주))에서 발생하며, 스폿 크기를 결정하는데 사용되는 방사상 범위는 중심에 대해 측정된다.
가우스 세기 프로파일을 갖는 빔은 결함의 윤곽을 형성하기 위한 레이저 가공에 대해 덜 선호될 수 있는데, 이는, 사용 가능한 레이저 펄스 에너지가 유리와 같은 재료를 변형할 수 있도록 하기 위해 충분히 작은 스폿 크기(그 예로, 약 1-5μm 또는 약 1-10μm와 같은 미크론 범위의 스폿 크기)에 포커싱될 때, 이들이 강하게 회절하고 짧은 전파 거리(낮은 레일리 범위)에 걸쳐 상당하게 발산하기 때문이다. 낮은 발산(높은 레일리 범위)을 달성하기 위해서, 펄스 레이저 빔의 세기 분포를 제어하거나 최적화하여 회절을 감소하는 것이 바람직하다. 펄스 레이저 빔은 회절하지 않거나 약하게 회절할 수 있다. 약한 회절 레이저 빔은 준-비-회절 레이저 빔을 포함한다. 대표적인 약한 회절 레이저 빔은 베셀 빔, 가우스-베셀 빔, 에어리 빔, 웨버 빔, 마티유(Mathieu) 빔을 포함한다.
비-회절 또는 준-비-회절 빔은 일반적으로 반경에 대해 비단조적으로 감소하는 것과 같은 복잡한 세기 프로파일을 가진다. 가우스 빔과 유사하게, 임의의 빔의 경우, 심지어 비-축대칭 빔의 경우에도, 유효 스폿 크기 
는 세기가 최대 세기의 1/e2로 감소하는 최대 세기(r = 0)의 방사상 위치로부터 임의의 방향으로 가장 짧은 방사상 거리로 정의될 수 있다. 추가로, 축대칭 빔의 경우, 
는 세기가 최대 세기의 1/e2로 감소하는 최대 세기(r = 0)의 방사상 위치로부터의 방사상 거리이다. 축대칭 빔에 대한 유효 스폿 크기 
에 기초한 레일리 범위(ZR)에 대한 기준은 아래 식 (1)에서 손상 영역을 형성하기 위한 비-회절 또는 준-비-회절 빔으로서 지정될 수 있다:
여기서 
는 적어도 10, 적어도 50, 적어도 100, 적어도 250, 적어도 500, 적어도 1000, 10 내지 약 2000 범위, 50 내지 약 1500 범위, 100 내지 1000 범위의 값을 가진 무차원 발산 계수이다. 비-회절 또는 준-비-회절 빔의 경우, 유효 스폿 크기가 두배인 식 (1)의 거리(레일리 범위) ZR는 통상적인 가우스 빔 프로파일을 사용한 경우 예상되는 거리의 
배이다. 무차원 발산 계수 
는 레이저 빔이 준-비-회절인지의 여부를 결정하기 위한 기준을 제공한다. 여기에서 사용되는 바와 같이, 펄스 레이저 빔(312)은 레이저 빔의 특성이 
≥10의 값을 갖는 식 (1)을 만족하는 경우에 준-비-회절인 것으로 간주된다. 
의 값이 증가함에 따라, 펄스 레이저 빔(312)은 보다 거의 완벽하게 비-회절 상태에 접근한다.
여기에 사용된 바와 같이, 레일리 범위, 빔 발산, 세기 분포, 축대칭 및 비-축대칭 빔, 및 스폿 크기에 대한 추가 정보는 또한 "Lasers and laser-related equipment―Test methods for laser beam widths, divergence angles and beam propagation ratios ― Part 1: Stigmatic and simple astigmatic beams"으로 명칭된 국제 표준 ISO 11146-1:2005(E), "Lasers and laser-related equipment - Test methods for laser beam widths, divergence angles and beam propagation ratios - Part 2: General astigmatic beams"으로 명칭된 ISO 11146-2:2005(E), 및 "Lasers and laser-related equipment - Test methods for laser beam widths, divergence angles and beam propagation ratios - Part 3: Intrinsic and geometrical laser beam classification, propagation and details of test methods"으로 명칭된 ISO 11146-3:2004(E)에서 발견될 수 있고, 이들 문헌은 여기에서 전체적으로 참조로서 병합된다.
이제 도 3b를 참조하면, 비구면 광학 요소(306)(예를 들어, 액시콘)를 사용하여 투명 가공물(100)에서 펄스 레이저 빔 초점 라인(313)을 형성하고 준-비-회절인 펄스 레이저 빔(312)을 생성하기 위한 결함 형성 광학 시스템(200)이 개략적으로 도시된다. 결함 형성 광학 시스템(200)는 펄스 레이저 빔(312)을 출력하는 펄스 레이저 빔 소스(300), 및 제1 렌즈(131) 및 제2 렌즈(132)를 포함하는 렌즈 조립체(130)를 포함한다. 투명 가공물(100)은 펄스 레이저 빔 소스(300)에 의해 출력된 펄스 레이저 빔(312)이, 예를 들어, 비구면 광학 요소(306)를 횡단한 후에 투명 가공물(100)을 조사하고, 이후에 제1 렌즈(131) 및 제2 렌즈(132) 둘 다에 조사되도록 위치될 수 있다.
비구면 광학 요소(306)는 펄스 레이저 빔 소스(300)와 투명 가공물(100) 사이의 빔 경로(111) 내에 위치된다. 동작 시, 비구면 광학 요소(306)를 통해 펄스 레이저 빔(312), 예를 들어 입사 가우스 빔을 전파하는 것은, 비구면 광학 요소(306)를 넘어 전파하는 펄스 레이저 빔(312)의 일부가 상술된 바와 같이 준-비-회절하도록, 펄스 레이저 빔(312)을 변경, 예를 들어 위상 변경시킬 수 있다. 비구면 광학 요소(306)는 비구면 형상을 포함하는 임의의 광학 요소를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 비구면 광학 요소(306)는 원추형 파면 생성 광학 요소(conical wavefront producing optical element), 그 예로 액시콘 렌즈, 예를 들어 음의 굴절 액시콘 렌즈(예를 들어, 음의 액시콘), 양의 굴절 액시콘 렌즈, 반사 액시콘 렌즈, 회절 액시콘 렌즈, 위상 액시콘, 회절 광학장치, 광학 요소가 (예를 들어, 에어리 빔을 발생하기 위해) 펄스 레이저 빔(312)의 파면 상에 입방 위상 항(cubic phase term)을 부여하도록 곡률을 가진 광학 요소 등을 포함할 수 있다.
결함 형성 광학 시스템(200)이 주로 비구면 광학 요소(306)를 사용하여 펄스 레이저 빔(312)을 준-비-회절 빔으로 변경하는 것으로 설명되지만, 준-비-회절 빔도 다른 위상 변경 광학 요소, 그 예로 공간 광 변조기, 적응형 위상판, 정적 위상판, 변형 가능한 미러, 회절 광학 격자 등에 의해 형성된다는 것을 이해하여야 한다. 비구면 광학 요소(306)를 포함하는 이들 각각의 위상 변경 광학 요소는 펄스 레이저 빔(312)의 위상을 변형하여, 빔 발산을 감소시키고, 레일리 범위를 증가시키고, 위에서 수학적으로 정의된 바와 같은 준-비-회절 빔을 형성한다.
여전히 도 3b를 참조하면, 렌즈 조립체(130)는 두 세트의 렌즈를 포함하고, 각각의 세트는 제2 렌즈(132) 상류에 위치된 제1 렌즈(131)를 포함한다. 제1 렌즈(131)는 펄스 레이저 빔(312)을 제1 렌즈(131)와 제2 렌즈(132) 사이의 시준 공간(134) 내에서 시준할 수 있고, 제2 렌즈(132)는 펄스 레이저 빔(312)을 포커싱할 수 있다. 추가로, 렌즈 조립체(130)의 최하류에 위치한 제2 렌즈(132)는 펄스 레이저 빔(312)을 투명 가공물(100)에 포커싱할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 렌즈(131) 및 제2 렌즈(132) 각각은 평면-볼록 렌즈를 포함한다. 제1 렌즈(131) 및 제2 렌즈(132) 각각이 평면-볼록 렌즈를 포함할 때, 제1 렌즈(131) 및 제2 렌즈(132)의 곡률 각각은 시준 공간(134)을 향해 배향될 수 있다. 다른 실시예에서, 제1 렌즈(131)는 다른 시준 렌즈를 포함할 수 있고, 제2 렌즈(132)는 메니스커스 렌즈, 비구면 또는 또 다른 고차 보정 포커싱 렌즈를 포함할 수 있다. 동작 시, 렌즈 조립체(130)는 빔 경로(111)를 따라 펄스 레이저 빔 초점 라인(113)의 위치를 제어할 수 있다. 추가로, 렌즈 조립체(130)는 8F 렌즈 조립체, 단일 세트의 제1 및 제2 렌즈(131, 132)를 포함하는 4F 렌즈 조립체, 또는 펄스 레이저 빔(312)을 펄스 레이저 빔 초점 라인(113)에 포커싱하기 위한 임의의 다른 알려졌거나 아직 개발되지 않은 렌즈 조립체(130)를 포함할 수 있다. 게다가, 일부 실시예가 렌즈 조립체(130)를 포함하지 않을 수 있고, 대신에 비구면 광학 요소(306)가 펄스 레이저 빔(312)을 펄스 레이저 빔 초점 라인(113)으로 포커싱할 수 있음을 이해하여야 한다.
펄스 레이저 빔 소스(300)는 펄스 레이저 빔(312)을 출력하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 펄스 레이저 빔 소스(300)는 예를 들어, 1064 nm, 1030 nm, 532 nm, 530 nm, 355 nm, 343 nm, 또는 266 nm, 또는 215 nm의 파장을 포함하는 펄스 레이저 빔(312)을 출력할 수 있다. 추가로, 투명 가공물(100)에 결함(120)을 형성하는데 사용되는 펄스 레이저 빔(312)은 선택된 펄스 레이저 파장에 투명한 재료에 매우 적합할 수 있다. 결함(120)을 형성하기 위한 적합한 레이저 파장은 투명 가공물(100)에 의한 선형 흡수 및 산란의 결합된 손실이 충분히 낮은 파장이다. 실시예에서, 파장에서 투명 가공물(100)에 의한 선형 흡수 및 산란으로 인한 결합된 손실은 20%/mm 미만, 또는 15%/mm 미만, 또는 10%/mm 미만, 또는 5%/mm 미만, 또는 1%/mm 미만, 그 예로 0.5%/mm 내지 20%/mm, 1%/mm 내지 10%/mm, 또는 1%/mm 내지 5%/mm, 예를 들어, 1%/mm, 2.5%/mm, 5%/mm, 10%/mm, 15%/mm, 또는 이들 값 중 임의의 두 값을 종값으로 가진 임의의 범위, 또는 이들 값 중 어느 하나를 하한으로 가진 임의의 개방형 범위(open-ended range)이다. 여기에서 사용되는 바와 같이, 치수 "/mm"는 펄스 레이저 빔(312)의 빔 전파 방향(즉, Z 방향)에서 투명 가공물(100) 내의 거리 밀리미터당을 의미한다. 많은 유리 가공물에 대한 대표적인 파장은 Nd3+의 기본 및 고조파 파장을 포함한다(예를 들어, Nd3+:YAG 또는 Nd3+:YVO4는 1064 nm에 가까운 기본 파장 및 532 nm, 355 nm 및 266 nm에 가까운 고차 고조파 파장을 가짐). 주어진 기판 재료에 대하여, 결합된 선형 흡수 및 산란 손실 요구 사항을 충족하는 스펙트럼의 자외선, 가시광선, 및 적외선 부분의 다른 파장도 사용될 수 있다.
펄스 레이저 빔(312)을 투명 가공물(100)에 향하게 하거나 국소화하는 것은 투명 가공물(100) 내에 유도된 흡수(예를 들어, MPA)를 발생하고 윤곽 라인을 따라 이격된 위치에서 투명 가공물(100)의 화학적 결합을 끊기에 충분한 에너지를 증착하여 결함(120)을 형성한다. 하나 이상의 실시예에 따르면, 펄스 레이저 빔(312)은 투명 가공물(100)의 움직임(예를 들어, 투명 가공물(100)에 결합된 병진이동 스테이지(190)의 움직임), 펄스 레이저 빔(312)의 움직임(예를 들어, 펄스 레이저 빔 초점 라인(313)의 움직임), 또는 투명 가공물(100)과 펄스 레이저 빔 초점 라인(313) 둘 다의 움직임에 의해 투명 가공물(100)에 걸쳐 병진이동될 수 있다. 펄스 레이저 빔 초점 라인(113) 중 적어도 하나를 투명 가공물(100)에 대해 병진이동시킴으로써, 복수의 결함(120)은 투명 가공물(100)에 형성될 수 있다.
이제 도 4를 참조하면, 펄스 레이저 빔 소스(300)에 의해 생성된 펄스는 펄스 버스트(50)당 2 개 이상의 서브-펄스(51), 그 예로 펄스 버스트(50)당 2 내지 30 개의 서브-펄스(51) 또는 펄스 버스트(50)당 5 내지 20 개의 서브-펄스(51)의 펄스 버스트(50)에서 생성된다. 더욱이, 투명 가공물(100)을 변형하는데 필요한 에너지는 펄스 에너지이며, 이는 펄스 버스트 에너지(즉, 각 펄스 버스트(50)가 일련의 서브-펄스(51)를 포함하는 펄스 버스트(50) 내에 포함된 에너지; 즉, 펄스 버스트 에너지는 펄스 버스트 내의 모든 서브-펄스의 결합된 에너지임)에 대해 설명될 수 있다. 펄스 에너지(예를 들어, 펄스 버스트 에너지)는 25 μJ 내지 1000 μJ 또는 25 μJ 내지 750 μJ, 그 예로 100 μJ 내지 600 μJ, 50 μJ 내지 500 μJ, 또는 50 μJ 내지 250 μJ, 예를 들어, 25 μJ, 50 μJ, 75 μJ, 100 μJ, 200 μJ, 250 μJ, 300 μJ, 400 μJ, 500 μJ, 600 μJ, 750 μJ, 또는 이들 값 중 임의의 두 값을 종값으로 가진 임의의 범위, 또는 이들 값 중 어느 하나를 하한으로 가진 임의의 개방형 범위일 수 있다.
너무 많은 서브-펄스가 원통형 형상의 비아를 초래한다는 것이 관찰되었다. 특히, 80μJ의 에너지를 제공하는 15개의 서브-펄스 버스트는 원통형 형상의 비아를 생성하는 반면, 50μJ를 제공하는 5개의 서브-펄스 버스트는 모래시계 형상의 비아를 생성한다. 전자는 서브-펄스당 에너지가 적지만, 투명 가공물의 두께를 통해 매우 균일한 손상 트랙을 생성하는 반면, 후자는 서브-펄스당 에너지가 더 크지만, 투명 가공물의 두께를 통해 보다 불균일한 손상 트랙을 생성할 것이며, 이때에 더 강한 손상은 유리 표면 근처에서 관찰되고, 더 약한 손상은 투명 가공물의 중간 근처에서 관찰된다.
펄스 레이저 빔 초점 라인(313)은 통상적으로 균일한 세기를 가진다. 그러나, 여기에 기술된 실시예에서, 에너지의 양 및 레이저 빔 버스트의 수는 원하는 결함(120)을 따라 불균일한 수준의 변형을 제공하도록 제어된다. 다시 말해, 투명 가공물(100) 내의 깊이의 함수로서의 손상 패턴이 균일하지 않다. 관찰되는 것은 투명 가공물(100)의 표면 근처, 특히 각 표면의 100 μm 이내의 재료 변형의 양이 투명 가공물(100)의 중간(중앙)에서의 손상보다 상당히 다르고 더 강하다는 것이다. 백라이트가 있는 현미경으로 관찰한 바와 같이, 투명 가공물(100)의 표면 근처의 영역은 통상적으로 매우 어둡게 나타나, 더 큰 광 산란 및 재료 변형을 나타내는 반면, 투명 가공물(100)의 중심 근처의 영역은 밝은 색으로 나타나거나 부서진 어루운 영역으로 나타나, 더 적은 광 산란을 나타내며, 이에 따라 공간적으로 일관된 재료 변형은 더 약하거나 더 적어진다. 추가적으로, 투명 가공물(100)의 표면 근처의 영역은 종종 실제 홀, 또는 재료가 기판으로부터 배출/제거된 영역을 나타낼 것이며, 이는 화학적 에칭제가 침투하기 쉬운 경로를 제공할 수 있다.
표면 근처에서 더 강한 손상의 이러한 효과는 펄스 레이저 빔 초점 라인(313)의 레이저 에너지가 투명 가공물(100)을 변형하기 위해 필요한 임계치 바로 위로, 그 예로, 임계치 위 60% 이내, 임계치 위 65% 이내, 임계치 위 55% 이내, 임계치 위 50% 이내, 임계치 위 45% 이내, 임계치 위 40% 이내, 임계치 위 35% 이내, 임계치 위 30% 이내, 임계치 위 25% 이내, 임계치 위 20% 이내, 임계치 위 15% 이내, 또는 임계치 위 10% 이내로 감소될 때 특히 명백하다. 여기에서 사용되는 바와 같이, "임계치" 용어는 레이저 빔 초점 라인을 사용하여 기판 상에 표면 손상을 생성하는데 필요한 최소 에너지를 의미한다. 그러한 상황에서, 표면에 가장 가까운 영역은 여전히 어두운 손상 영역을 나타낼 것이고, 그러나, 투명 가공물의 중간은 몇몇 경우에서 명백한 손상된 또는 변형된 영역을 전혀 나타내지 않을 것이다. 상술된 바와 같이, 비-회절 빔으로 관찰되는 깊이의 함수로서의 이러한 차등 손상 효과는, 그러한 비아 형상이 달리 가능하지 않은, 투명 가공물에서 테이퍼된 비아를 형성하는 이점을 가질 수 있다. 비-제한적인 예로서, 펄스 레이저 빔의 동작 범위는 5 개의 서브-펄스에 대하여, 끝값을 포함하여 40 μJ 내지 55 μJ의 범위 이내거나, 끝값을 포함하여 45 μJ 내지 50 μJ의 범위 이내이다.
투명 가공물(100)의 표면 근처에서 준-비-회절 빔(예를 들어, 펄스 레이저 빔 초점 라인(313))의 광 세기를 더 강하게 만드는 것이 요구되지 않는다는 것이 주목된다. 그러나, 빔 전파 방향을 따라 맞춤형 광 에너지 분포를 생성하는 맞춤형 액시콘(306)과 같은 광학장치를 설계하는 것은 가능하다. 그러한 경우에, 펄스 레이저 빔 초점 라인(313)의 광학 세기는 융합된 기판 표면 근처에서 강화될 수 있는 반면, 투명 가공물의 중간에 더 낮은 세기 영역을 생성할 수 있다. 레이저 빔 초점 라인의 에너지 분포를 맞춤화하기 위한 예시적인 광학장치는 미국 특허 번호 제10,522,963호에 기술되고; 상기 미국 특허의 개시 내용은 여기에 전체적으로 병합된다
레이저 빔 초점 라인의 최대 세기의 위치를 변경함으로써 비아의 허리(w)의 위치를 이동시키는 것이 가능하다(도 2a 참조). 도 5a는 펄스 레이저 빔 초점 라인(313)의 세기(305)를 도시하고, 예시적인 투명 가공물(400)에서 결과적인 비아(410)를 나타낸다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 투명 가공물(100)의 중심에 최대 세기(305)를 위치시키는 것은 에칭 공정 후에 투명 가공물(400)의 중심에 허리를 가진 비아(410)를 초래한다.
도 5b는 레이저 빔 초점 라인의 최대 세기(305)의 투명 가공물(100)의 제1 표면(102)으로의 이동을 그래프로 예시한다. 도 5b는 제2 표면(404)보다 제1 표면(402)에 더 가까운 허리를 가진, 에칭 공정 이후에, 비아(410')를 갖는 예시적인 투명 가공물(400')을 추가로 도시한다. 도 5c는 레이저 빔 초점 라인의 최대 세기(305)의 투명 가공물(100)의 제2 표면(104)으로의 이동을 그래프로 예시한다. 도 5c는 제1 표면(402)보다 제2 표면(404)에 더 가까운 허리를 가진, 에칭 공정 이후에, 비아(410")를 갖는 예시적인 투명 가공물(400")을 추가로 도시한다. 허리(w)를 이동시키는 것은 투명 가공물(100)의 중심을 통한 평면에 대한 비대칭적 비아로 이어진다.
도 5a-5c로부터 명백한 바와 같이, 투명 가공물(100)에 형성된 결함(120)의 속성은 투명 가공물(100)에 에칭 용액을 도포한 후 비아(110)가 취하는 형태와 밀접한 관계가 있다. 펄스 레이저 빔 초점 라인(313)의 광 세기 분포 위치와 투명 가공물(100) 사이의 관계는 비아(110)의 기하학적 구조 및 폭 프로파일에 직접적으로 영향을 미친다. 이를 감안할 때, 원하는 가하학적 구조를 가진 비아(110)를 형성하기 위해 펄스 레이저 빔 초점 라인(313)에 대해 투명 가공물(100)의 적절한 위치 지정을 보장하는 것이 중요하다. 일반적으로 투명 가공물(100) 내의 특정 위치에 입사되는 에너지의 양이 그 지점에서의 최종 비아의 형상을 결정하기 때문에, 펄스 레이저 빔 소스(300)의 에너지 출력과 같은 레이저 가공 시스템의 다른 관점을 모니터링하는 것도 중요한다. 그러한 레이저 가공 시스템의 관점을 모니터링하기 위해서는 투명 가공물(100)에 형성된 결함을 검사하는 방안이 필요하다.
이제 도 6을 참조하면, 예시적인 실시예에 따라서, 투명 가공물에 형성된 레이저 결함을 검사하기 위한 검사 시스템(500)이 도시된다. 검사 시스템(500)은 비-침투 방식으로 투명 가공물(502)에 형성된 결함을 이미징하도록 구성된다. 예를 들어, 검사 시스템(500)은 종래의 이미징 방법에서와 같이, 투명 가공물(502)를 절단 및 연마하지 않고 투명 가공물(502)에 형성된 복수의 결함(530)을 이미징할 수 있다. 이로써, 검사 시스템(500)은 투명 가공물을 가공함 없이 결함(530)이 검사되어 시간과 비용을 절약할 수 있다는 점에서 기존 방법에 비해 유리하다. 하술된 바와 같이, 검사 시스템(500)은 투명 가공물(502)에 대한 조작을 적게 하면서, 기존의 방법보다 투명 가공물(502)에서 더 많은 수의 형성된 결함(530)을 동시에 이미징할 수 있다.
투명 가공물(502)는 도 1a 및 1b와 관련하여 여기에서 설명된 투명 가공물(100)과 유사할 수 있되, 예를 들어, 투명 가공물에 복수의 TGV를 형성하기 위해 화학적 에칭 용액이 아직 투명 가공물(502)에 적용되지 않는다는 것을 제외하고, 그러하다. 다시 말해, 투명 가공물(502)은 레이저 가공을 받은 후 화학적으로 에칭되기 전에 이미징되도록 검사 시스템(500)에 배치된다.
투명 가공물(502)은 제1 표면(534) 및 제2 표면(536)을 포함한다. 복수의 결함(530)은, 예를 들어, 도 3a, 3b 및 4와 관련하여 여기에서 기술된 레이저 가공 기술에 의해 투명 가공물(502)에 형성된다. 결함(530)은 화학적 에칭의 결과로서 투명 가공물(502)에 형성될 비아의 원하는 프로파일에 의존하여 변할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 복수의 결함(530)은 도 2b와 관련하여 기술된 결함(120)과 유사한 손상 프로파일을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 복수의 결함(530)은 실질적으로 균일한 손상 프로파일을 가질 수 있다.
복수의 결함(530)은 결함 방향(532)으로 연장될 수 있다. 도시된 예에서, 방향은 제1 표면(534)의 표면 법선(514)에 평행한다. 결함 방향(532)이 표면 법선(514)에 평행하지 않고 결함 방향(532)이 표면 법선(514)에 결함 각도로 연장되는 다양한 대안적인 실시예가 구상된다는 것을 이해하여야 한다. 게다가, 복수의 결함(530) 모두가 동일한 결함 방향(532)으로 연장되지 않는 실시예도 구상된다. 예를 들어, 일 실시예에서, 결함(530)의 제1 서브세트는 제1 결함 방향으로 연장될 수 있는 반면, 결함(530)의 제2 서브세트는 제1 결함 방향과는 상이한 제2 결함 방향으로 연장될 수 있다.
검사 시스템(500)은 조명 소스(504) 및 이미징 시스템(506)을 포함한다. 조명 소스(504)는 조명 광(505)을 복수의 결함(530)으로 향하게 하도록 구성된다. 조명 소스(504)는 구현에 의존하여 다양한 형태를 취할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 조명 소스(504)는 선택된 스펙트럼에서 광을 방출하도록 구성된 고세기 발광 다이오드(LED) 또는 레이저이다. 예를 들어, 일 실시예에서, CL 6000 LED와 같은 냉-광 소스가 조명 소스(504)로 사용된다. 실시예에서, 조명 소스(504)는 일반적으로 지정된 스펙트럼 범위 내에서 광을 방출하는 LED(예를 들어, 청색 LED)와 같은 비-간섭성 광 소스를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 예를 들어, 투명 가공물(502)의 제1 및 제2 표면(534 및 536)의 미립자 오염에 의해 야기되는 산란을 최소화하기 위해 낮은 개구수("NA") 조명 소스를 활용하는 것이 유리하다. 조명 소스(504)가 낮은 NA를 가지는 경우, 더 큰 NA 조명 소스를 가진 실시예에 비해 이미징 시스템(506)의 시야 내의 세기 변화가 유리하게 감소되지만, 그러한 더 높은 NA 조명 소스의 활용이 여전히 가능하다.
조명 광(505)은 결함 방향(532)에 대해 조명 각도(540)로 투명 가공물(502)에 제공된다. 조명 각도(540)는 구현에 의존하여 변화할 수 있다. 예를 들어, 표면 법선(514)과 정렬된 결함 방향(532)을 가진 결함에 대해 에지 조명을 사용하는 일부 실시예에서, 조명 각도(540)는 조명 광(505)이 제1 표면(534)의 5도 내에서 연장되도록 대략 90도일 수 있다. 다른 실시예에서, 조명 각도(540)는 표면 법선(514)에 더 가깝다. 최적의 조명 각도(540)는 검사되는 결함(530)의 특정 프로파일뿐만 아니라 투명 가공물(502)이 구성되는 재료 및 결함 방향(532)에 의존할 수 있다. 예를 들어, 투명 가공물(502)이 고순도 용융 실리카로부터 구성되는 실시예에서, 에지 조명(조명 광(505)이 제1 표면(534)에 대략 평행한 경우)은 표면 법선(514)과 정렬된 결함 방향(532)을 가진 결함의 높은 콘트라스트 이미지를 발생하는데 바람직할 수 있다. 투명 가공물(502)이 알칼리 토류 보로-알루미노실리케이트계 재료(예를 들어, Corning Eagle XG® 유리 등)로부터 구성되는 다른 실시예에서, 더 작은 조명 각도(540)는 콘트라스트에 유리할 수 있다.
조명 광(505)이 조명 소스(504)에 의해 투명 가공물(502)에 직접 제공되는 것으로 도시되어 있지만, 다양한 실시예가 조명 소스(504)와 투명 가공물 사이에 배치된 조명 광학장치(도시되지 않음)를 포함할 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 조명 광학장치는 원하는 NA 및 형상을 가진 조명 광(505)을 투명 가공물(502)에 제공하도록 구성된 조명 렌즈를 포함한다. 예를 들어, 에지 조명이 사용되는 실시예에서, 조명 광학장치는 실질적으로 라인-형상 조명 광을 생성하도록 구성될 수 있다(예를 들어, 조명 광학장치는 그러한 라인-형상 조명 광을 발생하도록 배열된 한 쌍의 원통형 렌즈를 포함할 수 있다). 다른 실시예(예를 들어, 에지 조명용)에서, 조명 광학장치는 조명 소스(504)과 투명 가공물(502) 사이에서 연장되는 광섬유를 포함한다. 조명 광학장치는 또한 조명 광(505)의 관점을 조정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 조명 광학장치는 반-파장판(half waveplate)과 같은 편광-조정 요소를 포함한다. 조명 광(505)의 편광을 조정하는 것은 결함(530)의 상이한 관점에 대한 민감도를 증가시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 조명 광학장치는 조명 광의 파장을 조정하기 위한 요소(예를 들어, 밴드패스 컬러 필터)를 포함할 수 있다. 조명 광(505)의 파장 및/또는 편광에 대한 그러한 조정은 결함(530)을 둘러싸는 구영에서 투명 가공물(502)의 속성 변화 및 결함 균열에 대한 민감도를 증가시킬 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 검사 시스템(500)은 하나보다 많은 조명 소스(504)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 각각의 조명 소스(504)는 유사한 조명광(505)을 방출하도록 구성될 수 있고, 조명 소스(504)의 추가는 더 나은 민감도 및 스캐닝 속도를 얻기 위해 조명 광(505)의 세기를 증가시키는 역할을 한다. 일부 실시예에서, 검사 시스템(500)은 다수의 조명 소스(504)를 포함하며, 각각의 조명 소스(504)는 상이한 조명 광(505)을 방출하도록 구성된다. 예를 들어, 조명 소스(504)는 결함(530), 또는 결함(530)을 둘러싸는 제1 표면(534)의 구역에 민감도를 제공하기 위해 상이한 파장을 가진 광을 방출할 수 있다. 또 다른 예에서, 검사 시스템(500)은 결함을 이미징하기 위해 가시광을 방출하도록 구성된 제1 조명 소스(504) 및 결함(530) 구역 주변의 형광 변화를 검사할 수 있도록 UV 광을 방출하도록 구성된 제2 조명 소스(504)를 포함할 수 있다.
여전히 도 6을 참조하면, 검사 시스템(500)은 복수의 결함(530)으로부터 산란된 조명 광(505)의 산란 이미지 신호를 검출하도록 구성된 이미징 시스템(506)을 포함한다. 이미징 시스템(506)은 이미징 축(508)을 가진다. 이미징 축(508)은 이미징 각도(518)로 결함 방향(532)으로 연장된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 결함 방향(532)은 투명 가공물(502)의 표면 법선(514) 방향으로 연장된다. 표면 법선(514)에 대한 각도로 결함 방향(532)이 연장되는 구현에서, 이미징 각도(518)는 결함 방향(532)에 대해 측정되고 표면 법선(514)에 대해서는 측정되지 않는다. 일반적으로, 이미징 각도(518)는 0이 아니다. 일부 실시예에서, 이미징 각도(518)는 30도 내지 60도 또는 40도 내지 50도이다. 그러한 이미징 각도(518)는 일반적으로 투명 가공물(502)에 형성된 복수의 결함(530)의 적어도 하나의 서브세트의 전체가 이미징 시스템(506)의 시야 내에 있도록 하는 것을 용이하게 한다. 예를 들어, 복수의 결함(530)이 투명 가공물(502)의 전체 두께를 통해 연장되는 실시예에서(즉, 제1 표면(534)으로부터 제2 표면(536)으로), 이미징 각도(518)는 이미징 시스템(506)에 도달하는 결함(530)의 적어도 하나의 서브세트의 모든 부분(예를 들어, 모든 세그먼트)으로부터 산란되는 조명 광(505)을 용이하게 한다. 다시 말해, 이미징 각도(518)는 이미징 시스템(506)의 시야 내에 포함된 결함(530)의 전체 손상 프로파일에 대한 정보를 포함하는 산란 이미지 신호를 용이하게 한다. 일부 실시예에서, 이미징 각도(518)는 투명 가공물(502)이 구성되는 재료에 기초하여(예를 들어, 제1 표면(534)에서의 광 굴절에 기초하여) 선택된다.
이미징 시스템(506)은 이미징 축(508) 상에 배치된 이미징 렌즈(510) 및 카메라(512)(또는 이미징 검출기)를 포함한다. 이미징 렌즈(510)는 투명 가공물(502)로부터의 산란 이미지 신호를 카메라(512)로 향하게 하도록 구성된 복수의 광학 구성요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 이미징 렌즈(510)는 결함(530)의 적어도 하나의 서브세트의 전체가 동시에 이미징 시스템(506)의 시야 내에 있도록 NA 및 배율을 제공하도록 구성된다. 이와 같이, 이미징 렌즈(510)의 NA 및 배율은 결함(530)의 적어도 하나의 서브세트의 전체가 피사계 심도 내에 동시에 있음을 보장하기 위해 투명 가공물(502)의 두께에 기초하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 소정의 구현에서, 투명 가공물(502)은 200 μm 내지 700μm의 두께를 가진다. 이 예에서, 0.2 미만의 NA 및 3 미만(예를 들어, 2.5)의 배율을 가진 이미징 렌즈(510)는 전체 투명 가공물(502)을 통해 이미징하는 것으로 밝혀졌다. 이미징 렌즈(510)는 다수의 작업 거리에 적응할 수 있는 NA 및 배율의 구성의 광범위한 어레이를 가질 수 있음을 이해하여야 한다. 예를 들어, 일 실시예에서, 이미징 렌즈(510)는 최대 122 mm의 시야 및 8x 배율을 갖는 현미경 대물 렌즈(예를 들어, Zeiss® Stemi 508)이다. 그러한 실시예에서, 여기에 기술된 바람직한 범위는 레이저 결함 검사를 위해 그러한 이미징 렌즈를 조정하기 위해 권장되는 작업 파라미터를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 이미징 시스템(506)에 의해 검출된 산란 이미지 신호는 암 시야 산란 이미지 신호이다. 이와 같이, 결함(530)에 의해 산란되지 않은 조명 광(505)은 이미징 시스템(506)에 의해 캡처되지 않을 수 있다. 일부 실시예에서, 그러한 비-산란 조명 광(505)은 조명 각도(540)와 이미징 각도(518) 사이의 차이 때문에 검출되지 않는다(즉, 비-산란 조명 광(505)은 이미징 시스템(506)의 시야 밖에 있다). 일부 실시예에서, 검사 시스템(500)의 구성요소(예를 들어, 조명 광학장치 또는 이미징 렌즈(510))는 그러한 비-산란 조명 광(505)을 차단하기 위해 광 차단 요소(예를 들어, 개구)를 포함할 수 있다.
이미징 시스템(506)에 의해 검출된 산란 이미지 신호는 일부 실시예에서 특히 약할 수 있다(예를 들어, 0에서 255까지의 8-비트 그레이스케일 세기 측정에서 약 8만큼 낮은 세기를 가짐). 이는 특히 이미징 시스템(506)이 암 시야 산란 신호를 검출하도록 구성된 실시예의 경우이다. 이에 따라서, 카메라(512)는 그러한 낮은 세기 신호를 캡처하도록 적응될 수 있다. 예를 들어, 다양한 실시예에서, 카메라(512)는 산란 이미지 신호가 특히 약한 경우에 구역-스캔 또는 시간 지연 적분(time delayed integration, TDI) 라인-스캔 카메라를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 카메라(512)는 100 μs 내지 2 s의 노출 시간 범위 및 초당 최대 33개 이미지의 프레임 속도를 가진 현미경 카메라(예를 들어, Zeiss® Axiocam 105 Color)를 포함한다. 일부 실시예에서, 이미지는 50 ms 내지 500 ms(예를 들어, 약 200 ms)의 노출 시간을 사용하여 검사 시스템(500)에 의해 캡처된다. 카메라(512)가 TDI 라인-스캔 카메라로 사용되는 실시예에서, 카메라(512)는 상대적으로 높은 프레임 속도(예를 들어, 초당 최대 33개 이미지)로 동작될 수 있다.
투명 가공물(502)은 홀더(516)에 의해 이미징 위치에 유지된다. 홀더(516)는 이미징되지 않는 투명 가공물(502)의 부분을 유지하기 위한 슬롯을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 홀더(516)는 이미징 시스템(506)의 시야 내에서 투명 가공물(502)의 부분을 조정하도록 구성된 전자 위치 지정 디바이스(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 홀더(516)는 이미징 시스템(506)이 투명 가공물(502)의 상이한 부분을 스캔할 수 있도록 이미징 시스템(506)에 대해 투명 가공물(502)을 이동시키기 위해 병진이동 움직임 스테이지(520)에 부착된다. 예를 들어, 카메라(512)가 라인 스캔 카메라인 구현에서, 움직임 스테이지(520)는 결함(530)의 개별적인 것의 상이한 부분이 이미징 시스템(506)의 시야 내에 있도록 이동될 수 있어, 결함(530)의 전체는 라인 스캔 카메라에 의해 이미징된다. 다양한 실시예에서, 조명 소스(504), 이미징 시스템(506), 또는 조명 소스(504) 및 이미징 시스템(506)(또는 그 일부) 둘 다는 검사 시스템이 이미징 거리, 조명 각도(540) 및 이미징 각도(518)에 대해 고도로 조정 가능하도록 움직임 스테이지 상에 배치된다.
도 7a는 검사 시스템(500)에 의해 획득된 투명 가공물(700)의 예시적인 이미지를 도시한다. 이 예에서, 이미징된 투명 가공물(700)은 실질적으로 균일한 손상 프로파일을 가진 복수의 결함(702)을 가진다(즉, 투명 가공물의 손상 레벨은 투명 가공물 내의 깊이의 함수로서 실질적으로 변하지 않았다). 나타난 이미지는 대략 90도의 조명 각도(에지 조명)를 사용하고 암 시야 산란 이미지 신호를 검출하여 얻었다. 나타난 바와 같이, 이미지는 다수의 결함(702) 전체를 포함하고, 각각의 결함(702)의 이미지는 일치한다. 이미징된 각각의 결함(702)은 투명 가공물(700)의 두께 내에서 실질적으로 균일한 것으로 보인다. 결함(702)의 말단부 상의 더 밝은 부분은 각각의 결함(702)을 둘러싸는 표면 상의 구역에서 투명 가공물(700)의 표면에 형성된 크레이터(crater)로부터의 더 강한 산란에 기인하는 것으로 보인다.
도 7b는 검사 시스템(500)에 의해 획득된 또 다른 투명 가공물(704)의 예시적인 이미지를 도시한다. 이 예에서, 투명 가공물(704)은 도 2b에 대해 기술된 결함(120)과 유사한 불균일한 손상 프로파일을 갖는 복수의 결함(706)을 가진다. 예를 들어, 결함(706) 각각은 투명 가공물(704)의 외부 표면으로부터 연장되는 더 높은 손상 세그먼트, 및 상대적으로 더 높은 손상 세그먼트들 사이로 연장되는 투명 가공물(704) 내부의 상대적으로 더 낮은 손상 세그먼트를 포함할 수 있다. 나타난 바와 같이, 이미지는 다수의 결함(706) 전체를 포함한다. 중요하게는, 결함(706)은 검사 시스템(500)에 의해 결함(702)과 상이하게 이미징된다. 나타난 바와 같이, 각각의 결함(706)은 투명 가공물(704)의 각각의 표면에 상대적으로 가깝게 배치된 더 어두운(예를 들어, 더 낮은 세기) 영역(708)을 가지도록 이미징된다.
이들 더 어두운 영역(708)은 대체로 결함(706)의 더 높은 손상 세그먼트에 대응한다. 다시 말해, 각각의 결함(706) 내의 더 어두운 영역(708)의 길이를 분석함으로써, 레이저 가공에 의해 발생된 손상 프로파일을 측정할 수 있다. 예를 들어, 도 5a, 5b 및 5c와 관련하여 기술된 바와 같이, 결함(706)을 형성하는데 사용되는 결함 형성 광학 시스템의 포커싱 위치는 더 높은 손상 세그먼트의 상대적 길이에 영향을 미칠 수 있다. 이를 감안할 때, 결함 형성 광학 시스템의 포커싱 위치는 검사 시스템(500)에 의해 획득된 이미지에 의해 반사될 것이다. 이와 같이, 검사 시스템(500)은 투명 가공물을 절단하지 않고, 그러한 결함이 형성된 직후에 레이저 결함의 프로파일을 검사하기 위한 수단을 제공한다.
도 8a는 검사 시스템(500)에 의해 획득된 또 다른 투명 가공물(704)의 예시적인 이미지를 도시한다. 이 예에서, 투명 가공물(800)은 도 7b와 관련하여 기술된 투명 가공물(704)의 결함(706)과 유사한 복수의 결함(802)을 가진다. 도시된 바와 같이, 각각의 결함(802)은 표면 근처에서 더 높은 손상 부분을 나타내는 더 어두운 영역(804)을 포함한다. 도 8b는 도 8a에 도시된 암 시야 산란 이미지 신호로부터 도출된 세기 프로파일의 차트를 도시한다. 각각의 세기 프로파일은 투명 가공물(800)의 두께 내의 깊이의 함수로서 암 시야 산란 이미지 신호의 세기를 지칭한다. 각각의 세기 프로파일은 더 어두운 영역(804)에 대응하는 딥(dips, 806)을 포함한다. 각각의 세기 프로파일 측정은 또한 일관되게 위치된 피크(peaks, 808, 810, 812 및 814)를 포함한다. 이론에 얽매이지 않고, 표면에 가장 가까운 피크(808 및 814)는 레이저 가공을 통해 형성된 표면 캐비티로부터 발생하는 것으로 생각된다. 내부 피크(810 및 812)는 결함(802)의 더 높은 손상 세그먼트의 경계로부터(예를 들어, 도 2b에 대해 기술된 결함(120)의 세그먼트(120A 및 120B)의 경계에서) 발생하는 것으로 생각된다. 더 많은 양의 레이저 노출이 항상 더 많은 양의 광산란이 일어난다는 것을 의미하지는 않음에 유의한다. 두 영역 사이의 광 산란 세기의 변화는 레이저에 의해 두 영역에 서로 다른 수준의 재료 변형이 부여되었음을 나타낸다. 그러나 광 산란 신호, 및 변형된 영역의 에칭 속도조차도 레이저 노출에 따라 반드시 단조롭게 증가하지는 않는다.
도 8c는 도 8b에 도시된 세기 프로파일에 대한 평균 세기 프로파일을 도시한다. 피크들(808 및 810) 사이의 제1 세그먼트(AB)는 투명 가공물(800)의 제1 표면으로부터 연장되는 결함(802)의 제1 더 높은 손상 세그먼트의 길이를 나타낸다. 제2 세그먼트(BC)는 투명 가공물(800) 내부에 대한 더 낮은 손상 세그먼트를 나타낸다. 제3 세그먼트(CD)는 투명 가공물(800)의 제2 표면으로부터 연장되는 또 다른 더 높은 손상 세그먼트를 나타낸다.
일부 실시예에서, 제3 세그먼트(CD)의 비율에 대한 제1 세그먼트(AB)의 길이의 비율은 레이저 가공 시스템의 결함 형성 광학 시스템의 초점 거리의 정확한 표현을 제공한다. 이는 도 9a, 9b, 9c 및 9d에 대해 기술된 측정을 통해 확인되었다. 도 9a에 도시된 바와 같이, 동일한 두께를 갖는 3개의 투명 가공물(900, 905 및 909)은 여기에 기술된 레이저 손상 및 에칭 공정에 의해 가공되었다. (도 3a에 대해 기술된 결함 형성 광학 시스템(200)과 같은) 결함 형성 광학 시스템은 투명 가공물에 레이저 빔 초점 라인을 발생하기 위해 사용되었다. 투명 가공물(900, 905 및 909)의 각각에 대해, 결함 형성 광학 시스템의 상이한 상대적 포커싱 위치가 사용되었다. "초점 위치(focal position)" 용어는, 레이저 빔 초점 라인과 관련하여 사용될 때, 레이저 빔 초점 라인 내에서 최대 광 세기의 위치를 지칭하며, 가우스 레이저 빔의 "초점"과 혼동되어서는 아니된다. 예를 들어, 투명 가공물(900)의 경우, 투명 가공물(900)의 중심보다 제1 표면(903)에 100 μm 더 가까운 포커싱 위치가 사용되었다. 투명 가공물(905)의 경우, 투명 가공물(905)의 중심에 있는 포커싱 위치가 사용되었다. 투명 가공물(909)의 경우, 투명 가공물(909)의 중심보다 제2 표면(912)에 100 μm 더 가까운 포커싱 위치가 사용되었다. 각각의 투명 가공물(900, 905, 909)에 화학적 에칭 용액이 적용된 후, 종래의 현미경을 통해 도 9a에 나타난 이미지가 얻어졌다. 나타난 바와 같이, 투명 가공물(900)는 그의 제1 표면(903)에 더 가까운 허리를 갖는 비아(901)를 가지고, 투명 가공물(905)은 대략적으로 투명 가공물(905)의 중심에 허리를 갖는 비아(906)를 가지며, 그리고 투명 가공물(909)은 그의 제2 표면(912)에 더 가까운 허리를 갖는 비아(910)를 가진다.
도 9b는 도 9a에서 이미지화된 비아 프로파일의 차트를 도시한다. 도 9b, 9c 및 9d에서 사용된 바와 같이, "레이저 초점 위치"는 두께 방향에서 투명 가공물(900, 905, 909)의 중심에 대한 최대 레이저 세기의 위치를 지칭한다. 도 9b, 9c, 9d에서 레이저 초점 위치가 0 μm인 것은 최대 레이저 세기의 위치가 투명 가공물의 중심에 대응함을 나타낸다. 양 또는 음의 레이저 초점 위치는 최대 레이저 세기의 위치가 투명 가공물의 표면 중 특정 표면에 더 가깝다는 것을 나타낸다. 실시예에서, 비아(901, 906 및 910)의 세그먼트(AB 및 CD)의 길이를 결정하기 위해 도 9a에 도시된 이미지를 가공하기 위해 에지 검출 알고리즘이 사용되었다. 도 9a에 도시된 것보다, 투명 가공물의 중심으로부터 50 μm만큼 오프셋된 상대 포커싱 위치를 갖는 2개의 추가 데이터 지점이 차트에 추가된다. 파선은 투명 가공물의 중심에 대한 포커싱 위치의 함수로서 세그먼트(AB)의 길이를 나타낸다. 점선은 투명 가공물의 중심에 대한 포커싱 위치의 함수로서 세그먼트(CD)의 길이를 나타낸다. 실선은 포커싱 위치의 함수로서 세그먼트(AB)의 길이 대 세그먼트(CD)의 길이의 비율을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 세그먼트들(AB 및 CD)에 대한 길이 비율은 포커싱 위치가 투명 가공물에 대해 중심에 있을 때 대략 1이다.
비아를 형성하기 위해 에칭하기 전에 (예를 들어, 도 2b에 대해 기술된 세그먼트(120A 및 120D)와 같은) 결함의 더 높은 손상 세그먼트의 길이를 측정하는 유사한 절차가 또한 수행되었다. 예를 들어, 도 8b와 관련하여 기술된 것과 같은 세기 프로파일이 발생되었고 세기 프로파일에서 인접한 로컬 최대값들 사이의 거리가 더 높은 손상 세그먼트의 길이를 결정하기 위해 측정되었다. 결과 차트가 도 9c에 도시된다. 파선은 투명 가공물(900, 905 및 909)의 제1 표면(903, 908, 911)으로부터 연장되는 제1 더 높은 손상 세그먼트(세그먼트(AB)에 대응함)의 길이를 나타낸다. 실선은 투명 가공물(900, 905, 909)의 제2 표면(904, 907 및 912)으로부터 연장되는 (세그먼트(CD)에 대응하는) 제2 더 높은 손상 세그먼트의 길이를 나타낸다. 점선은 세그먼트 길이의 비율을 나타낸다.
도 9c에 도시된 결함 세그먼트의 길이 비율(레이저 손상(LD) 트랙 - AB/CD)의 결과는 도 9b에 도시된 비아 세그먼트의 길이 비율(에칭 비율 - AB/CD)과 함께, 도 9d에 나란히 도시된다(도 9b에 도시된 결과는 에칭 유도된 두께 감소에 대해 보정됨). 도시된 바와 같이, 손상 세그먼트(에칭 전)과 대응하는 비아 세그먼트(에칭 후)에 대한 AB/CD 비율 결과는 서로 높은 상관관계가 있다. 이는 검사 시스템(500)에 의한 이미징 결함이 화학적 에칭을 행할 필요 없이 화학적 에칭으로부터 야기될 비아의 최종 형상의 품질 예측을 제공한다는 것을 나타낸다. 일반적으로, 도 2b에 도시된 것과 같은 결함의 더 높은 손상 세그먼트(AB 및 CD)의 길이는 직선 영역(예를 들어, 도 2a에 설명된 부분(112 및 114))의 길이(L1 및 L4)와 상관될 수 있으며, 도 2b에 도시된 것과 같은 결함의 하부 손상 세그먼트(BC)의 길이는 다음과 같이 에칭 공정에 의해 형성된 비아의 길이(L2 및 L3)(예를 들어, 도 2a에 기술된 부분(116 및 118))와 상관될 수 있다:
AB(z)*T/[AB(z)+BC(z)+CD(z)] = k1*L1(z) + k2*E/2 (1)
CD(z)*T/[AB(z)+BC(z)+CD(z)] = k3*L4(z) + k4*E/2 (2)
BC(z)*T/[AB(z)+BC(z)+CD(z)] = k5*L2(z) + k6*L3(z) (3)
여기서 T는 에칭 전(pre-etch) 유리 두께, E는 에칭 제거량이며, 그리고 k1 내지 k6은 특정 레이저 세기 분포, 초점 라인 특성, 에칭 조건, 가공물 두께 및 조성물 등에 대한 실험을 통해 경험적으로 결정할 수 있는 6개의 에칭 공정 특정 상수이다. 여기에 기술된 바와 같이, 그러한 상관관계의 성능은 레이저 가공 시스템을 특성화하기 위한 수단 및 원하는 프로파일을 가진 비아를 생성하기 위해 필요한 에칭 공정을 예측하는 방안을 제공한다.
다양한 실시예에서, 투명 가공물에 형성된 결함으로부터의 추가 정보는 또한 검사 시스템(500)에 의해 획득된 산란 이미지 신호로부터 획득될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 이미징 시스템(506)에 의해 측정된 산란 이미징 신호의 세기는 레이저 가공 시스템의 펄스 레이저 빔 소스(300)로부터 출력되는 펄스 레이저 빔(312)의 에너지에 의존한다. 한 예에서, 두 세트의 결함은 투명 가공물에 형성되었다: 첫 번째는 80 μJ의 펄스 버스트 에너지를 출력하는 펄스 레이저 빔(312)을 사용하고; 두번째는 및 100 μJ의 펄스 버스트 에너지를 출력하는 펄스 레이저 빔(312)을 사용함. 제2 결함 세트는 제1 결함보다 더 높은 세기의 산란 이미지 신호를 일관되게 생성하는 것으로 나타났다. 이와 같이, 검사 시스템(500)에 의한 결함의 주기적인 검사는 펄스 레이저 빔 소스(300)의 에너지 출력을 모니터링하는데 사용될 수 있다. 검사 시스템(500)에 의해 측정된 산란 이미지 신호의 세기 프로파일은 또한 투명 가공물의 조성물에 따라 변하는 것으로 나타났다. 다양한 실시예에서, 각각 대응하는 유리 조성물, 레이저 가공 시스템 구성(예를 들어, 에너지 출력, 포커싱 위치 등) 및 및 궁극적으로 에칭된 비아 프로파일을 갖는 산란 이미지 신호 측정의 라이브러리는 원하는 형상을 가진 비아를 생성하도록 레이저 가공 시스템을 구성하는 것을 돕기 위해 생성될 수 있다.
이제 도 10을 참조하면, 검사 시스템(1000)은 개략적으로 도시된다. 검사 시스템(1000)은 투명 가공물(1002)을 이미징하는 것으로 도시된다. 투명 가공물(1002)은 도 1a 및 1b와 관련하여 여기에서 기술된 투명 가공물(100)와 유사할 수 있되, 예를 들어, 투명 가공물(1002)에 복수의 TGV를 형성하기 위해 화학적 에칭 용액이 아직 투명 가공물(1002)에 적용되지 않은 것을 제외하고는 그러하다. 다시 말해, 투명 가공물(1002)은 레이저 가공을 받은 후 화학적으로 에칭되기 전에 이미지화되도록 검사 시스템(1000)에 배치된다.
투명 가공물(1002)은 제1 표면(1052) 및 제2 표면(1054)을 포함한다. 복수의 결함(1004)은, 예를 들어, 도 3a, 3b 및 도 4와 관련하여 여기에서 기술된 레이저 가공 기술에 의해 투명 가공물(1002)에 형성된다. 결함(1004)은 화학적 에칭의 결과로서 투명 가공물에 형성될 비아의 원하는 프로파일에 의존하여 변할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 복수의 결함(1004)은 도 2b와 관련하여 기술된 결함(120)과 유사한 손상 프로파일을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 복수의 결함(1004)은 실질적으로 균일한 손상 프로파일을 가질 수 있다.
복수의 결함(1004)은 결함 방향(1056)으로 연장될 수 있다. 도시된 예에서, 결함 방향(1056)은 제1 표면(1052)의 표면 법선(1050)에 평행한다. 결함 방향(1056)이 표면 법선(1050)에 평행하지 않고 결함 방향(1056)이 표면 법선(1050)에 결함 각도로 연장되는 다양한 대체 실시예가 구상된다는 것을 이해하여야 한다. 게다가, 복수의 결함(1004) 모두가 동일한 결함 방향(1056)으로 연장되지 않는 실시예도 구상된다.
검사 시스템(1000)은 제1 조명 각도(1036)로 조명 광학장치(1032)를 통해 투명 가공물(1002)에 조명 광을 제공하도록 구성된 제1 조명 소스(1006)를 포함한다. 검사 시스템(1000)은 제2 조명 각도(1038)로 조명 광학장치(1034)를 통해 투명 가공물(1002)에 조명 광을 제공하도록 구성된 제2 조명 소스(1008)를 포함한다. 제1 및 제2 조명 소스(1006, 1008) 뿐만 아니라, 연관된 조명 광학장치(1032, 1034)는 일반적으로 도 6과 관련하여 여기에서 기술된 조명 소스(504)와 유사하다.
다양한 실시예에서 조명 소스(1006 및 1008)은 검사 시스템(1000)에 의해 측정된 상이한 산란 이미지 신호를 발생하기 위해 상이한 조명 광(예를 들어, 상이한 편광, 파장 및/또는 조명 각도를 가짐)을 발생한다. 예를 들어, 일 실시예에서, 제1 조명 소스(1006) 및 제2 조명 소스(1008)는 동일한 파장을 갖지만 상이한 편광(예를 들어, 편광은 서로에 대해 90도 회전될 수 있음)을 가진 투명 가공물(1002)에 광을 제공한다. 또 다른 실시예에서, 제1 조명 소스(1006) 및 제2 조명 소스(1008)은 동일한 편광을 갖지만 상이한 파장을 가진 투명 가공물(1002)에 광을 제공한다. 그러한 상이한 편광 및/또는 파장은 상이한 결함 특징에 이미징 민감도를 제공할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 제1 조명 소스(1006)는 결함(1004)의 손상 프로파일을 측정하기 위해 투명 가공물(1002)에 가시 조명광을 제공하는 반면, 제2 조명 소스(1008)는 손상 트랙 구역 주변에서 형광 변화를 평가하고 투명 가공물(1002)의 조성물의 변화를 식별하기 위해 투명 가공물(1002)에 UV 조명광을 제공한다. 조명 소스의 임의의 조합 및 수는 본 개시와 일치되어 사용될 수 있다.
검사 시스템(1000)은 투명 가공물(1002)로부터 제1 산란 이미지 신호를 수신하도록 구성된 제1 카메라(1012) 및 제1 이미징 렌즈(1014)를 포함하는 제1 이미징 시스템(1015)을 포함한다. 제1 이미징 시스템(1015)은 결함(1004)이 연장되는 결함 방향(1056)에 대해 제1 이미징 각도(1026)로 배치된 제1 이미징 축(1030)을 포함한다. 검사 시스템(1000)은 투명 가공물(1002)로부터 제2 산란 이미지 신호를 수신하도록 구성된 제2 카메라(1018) 및 제2 이미징 렌즈(1020)를 포함하는 제2 이미징 시스템(1016)을 포함한다. 제2 이미징 시스템(1016)은 투명 가공물(1002)의 표면 법선(1050)에 대해 제2 이미징 각도(1028)로 배치된 제2 이미징 축(1040)을 포함한다. 일반적으로, 제1 이미징 시스템(1015) 및 제2 이미징 시스템(1016)은 도 6과 관련하여 기술된 이미징 시스템(506)과 유사하다.
일부 실시예에서, 각각의 이미징 시스템(1015 및 1016)은 각각의 결함(1004)의 상이한 부분을 이미징하도록 구성된다. 예를 들어, 일 실시예에서, 제1 이미징 시스템(1015)은 투명 가공물(1002)로부터 제1 작동 거리에 배치되고 제1 이미징 렌즈(1014)는 제1 표면(1052)으로부터 연장되는 결함(1004)의 서브세트의 적어도 제1 부분으로부터 산란 이미지 신호를 수신하도록 구성된다. 제2 이미징 시스템(1016)은 투명 가공물(1002)로부터 제2 작동 거리에 배치되고 제2 이미징 렌즈(1020)는 제2 표면(1054)으로부터 연장되는 결함(1004)의 서브세트의 적어도 제2 부분으로부터 산란 이미지 신호를 수신하도록 구성된다. 그러한 실시예에서, 제1 및 제2 이미징 시스템(1015 및 1016)에 의해 각각 이미징되는 결함의 결합된 제1 및 제2 부분은, 결합된 이미징 시스템(1015 및 1016)이 결함(1004) 전체를 이미징하도록 결함(1004)의 서브세트 전체를 구성한다. 그러한 구현은, 이미징 렌즈(1014 및 1020)에 대한 피사계 심도에 대한 제한을 감소시켜 더 높은 배율을 사용할 수 있기 때문에, 단일 이미징 시스템을 사용한 구현에 비해 유리할 수 있다. 결함(1004)의 보다 상세한 이미지는 획득될 수 있다. 검사 시스템(1000)은 본 개시와 일치되어 결함(1004) 부분의 임의의 배열을 관리하도록 구성된 임의의 수의 이미징 시스템을 포함할 수 있다.
투명 가공물(1002)은 움직임 스테이지(1022) 상에 배치되는 것으로 도시된다. 움직임 스테이지(1022)는 결함(1004)이 검사 시스템(1000)에 의해 스캐닝될 수 있도록 이미징 시스템(1015 및 1016)에 대해 투명 가공물(1002)를 이동시키도록 구성된다. 검사 시스템(1000)은 또한 조명 소스(1006 및 1008), 이미징 시스템(1015 및 1016) 및 움직임 스테이지(1022)에 통신 가능하게 결합된 컴퓨팅 시스템(1024)을 포함하는 것으로 도시된다. 일반적으로, 컴퓨팅 시스템(1024)은 조명 소스(1006 및 1008)의 출력을 제어하여, 예를 들어, 투명 가공물(1002)의 이미징이 필요할 때, 조명 광을 출력할 수 있다. 컴퓨팅 시스템(1024)은 또한 조명 소스(1006 및 1008)의 출력(예를 들어, 그에 따른 파장 또는 편광 출력)을 조정하여 산란 이미징 신호를 조정할 수 있다.
컴퓨팅 시스템(1024)은 또한 카메라(1012 및 1018)에 의해 발생된 이미지 신호를 처리할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨팅 시스템(1024)은 이미지 처리 알고리즘으로 이미지 신호를 처리하여, 예를 들어, 이미지 픽셀 응답을 정규화하고, 이미지 신호로부터 노이즈를 제거하며, 그리고 예를 들어 이미징 렌즈(1014 및 1020)에 광학 수차를 보정할 수 있다. 컴퓨팅 시스템(1024)은 또한 결함(1004) 중 개별 결함에 대한 세기 프로파일을 발생하고 세기 프로파일의 피크들 사이의 거리에 기초하여 결함(1004)의 다양한 손상 세그먼트의 길이를 결정할 수 있다. 컴퓨팅 시스템(1024)은 또한 검사 시스템(1000)에 의해 취해진 기존 측정의 라이브러리 및 취해진 소정의 측정에 응답하여 그러한 라이브러리에 액세스하는 것에 기초하여 이루어진 출력 결정을 포함할 수 있다. 예를 들어, 카메라(1012 및 1018)로 측정된 산란 이미지 신호의 특정 세기 레벨에 기초하여, 컴퓨팅 시스템(1024)은 기존 측정에 기초하여 투명 가공물(1002)의 조성물을 식별하고/하거나 결함(1004)을 형성하는데 사용된 펄스 레이저 빔의 세기 출력을 식별할 수 있다. 투명 가공물(1002)이 에칭된 후, 도 9d와 관련하여 기술된 바와 같이, 결과적인 비아가 또한 이미지화되어 결함(1004)의 이미지와의 상관관계를 위해 컴퓨팅 시스템(1024)에 저장될 수 있다.
도 11은 투명 가공물에 형성된 복수의 결함을 이미징하기 위한 방법(1100)을 도시한다. 방법(1100)은 투명 가공물(1002)에 형성된 복수의 결함(1004)을 이미징하기 위해 도 10과 관련하여 기술된 검사 시스템(1000)에 의해 수행될 수 있다. 단계(1102)에서, 투명 가공물(1002)의 복수의 결함(1004)이 조명된다. 여기에서 기술된 바와 같이, 조명은 제1 조명 소스(1006)와 같은 단일 조명 소스에 의해 또는 다수의 조명 소스(예를 들어, 제1 조명 소스(1006) 및 제2 조명 소스(1008) 둘다)로 발생할 수 있다. 일반적으로 제1 조명 소스(1006)는 조명 광학장치(1032)를 통해 투명 가공물(1002)에 조명 광을 제공한다. 제1 조명 소스(1006)는 LED, 레이저 또는 임의의 다른 광 소스와 같은 현미경 냉광 소스일 수 있다. 조명 광학장치(1032)는 투명 가공물(1002)의 제1 표면(1052)의 표면 법선(1050)에 대한 조명 각도(1036)로 조명 광을 투명 가공물(1002)에 제공하도록 구성된다. 예를 들어, 일 실시예에서, 조명 광학장치(1032)는 에지 조명을 제공하도록 구성된 광섬유이고, 여기서 조명 광은 대략 90도의 조명 각도(1036)로 투명 가공물(1002)의 에지(1058)에 들어간다(예를 들어, 대략 평행하게 연장되며, 또는 결함 방향이 표면 법선(1050)과 정렬될 때 제1 표면(1052)의 5도 이내로 연장된다). 또 다른 실시예에서, 조명 광학장치(1032)는 더 작은 조명 각도(1036)로 제1 표면(1052) 상에 낮은 NA 조명 광을 제공하도록 구성된 렌즈(또는 텔레센트릭 렌즈 시스템과 같은 렌즈 시스템)이다. 여기에 기술된 바와 같이, 다수의 조명 소스(1006 및 1008)이 사용될 때, 그러한 다수의 조명 소스(1006 및 1008)는 상이한 결함 특징에 민감도를 제공하기 위해 상이한 파장 및/또는 편광을 가진 조명 광을 생성할 수 있다.
단계(1104)에서, 복수의 결함(1004)의 결함 방향(1056)으로부터 제1 이미징 각도(1026)로 배치된 제1 이미징 시스템(1015)을 사용하여 결함으로부터 산란된 광으로부터의 산란 이미지 신호가 검출된다. 제1 이미징 시스템(1015)은 제1 카메라(1012) 및 이미징 축(1030) 상에 배치된 제1 이미징 렌즈(1014)를 포함한다. 여기에 기술된 바와 같이, 일부 실시예에서, 제1 이미징 각도(1026)는 (예를 들어, 제1 표면(1052)으로부터 제2 표면(1054)으로 연장되는) 복수의 결함(1004)의 적어도 하나의 서브세트의 전체가 제1 이미징 렌즈(1014)의 피사계 심도 내에 있도록 선택된다. 예를 들어, 제1 이미징 렌즈(1014)의 배율 및 개구수는 투명 가공물(1002)의 두께에 기초하여 선택될 수 있어서, 제1 카메라(1012)로 향하는 산란 이미지 신호는 이미징된 결함(1004)의 서브세트 내에 결함(1004)의 전체 길이에 관한 정보를 포함한다. 일부 실시예에서, 산란 이미지 신호는 또한 복수의 결함(1004)의 결함 방향(1056)으로부터 제2 이미징 각도(1028)로 배치된 제2 이미징 시스템(1016)에 의해 검출된다. 제1 및 제2 이미징 시스템(1015 및 1016) 각각은 복수의 결함(1004)의 상이한 부분을 이미징하도록 구성될 수 있어, 제1 및 제2 이미징 시스템(1015 및 1016)은 결합하여 투명 가공물(1002)에 형성된 복수의 결함(1004)의 적어도 하나의 서브세트의 전체를 이미징한다.
단계(1106)에서, 산란 이미지 신호에 기초하여 복수의 결함 전체의 3차원 이미지가 발생된다. 제1 카메라(1012) 및/또는 제2 카메라(1018)로 발생된 이미지 신호는 컴퓨팅 시스템(1024)에 제공되어 디스플레이 상에서 처리 및 묘사될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 컴퓨팅 시스템(1024)은 이미지 신호로부터 노이즈를 제거하고 이미징 렌즈(1014 및 1020)의 수차를 보정하는 프로세서(또는 다른 실행 유닛)에 의해 수행되는 이미지 처리 알고리즘을 포함한다. 컴퓨팅 시스템(1024)은 도 7a 및 7b에 도시된 것과 같은 3차원 이미지를 발생할 수 있다. 일부 실시예에서, 컴퓨팅 시스템(1024)은 결함(1004)의 정량적 특성을 얻기 위해 3차원 이미지의 부분을 분석할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨팅 시스템(1024)은 도 8c에 도시된 것과 같은 그 결함(1004)에 대한 세기 프로파일을 생성하기 위해 결함(1004) 중 하나에 대응하는 픽셀 영역의 이미지 세기를 분석할 수 있다. 이미징된 결함(1004) 내에서 더 높은 손상 세그먼트의 길이를 결정하기 위해 세기 프로파일의 로컬 최대값들 사이의 거리가 식별될 수 있다.
도 12는 투명 가공물에 형성된 복수의 결함을 이미징하기 위한 방법(1200)을 도시한다. 방법(1200)은 도 10과 관련하여 기술된 검사 시스템(1000)으로 (적어도 부분적으로) 수행될 수 있다. 단계(1202)에서, 복수의 결함(1004)은 투명 가공물(1002)에 형성된다. 일부 실시예에서, 복수의 결함은 도 3a, 3b 및 4와 관련하여 여기에 기술된 결함 형성 광학 시스템(200)을 포함하는 레이저 가공 시스템을 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 펄스 레이저 빔 소스(300)로부터 비롯된 펄스 레이저 빔(312)은 비구면 광학 요소(306)(또는 다른 위상 변경 광학 요소) 및 렌즈 조립체(130)를 통해 지향되어 투명 가공물(1002) 내에 펄스 레이저 빔 초점 라인(313)을 생성할 수 있다. 펄스 레이저 빔 초점 라인(313)은 불균일한 손상 분포를 가진 결함(1004)을 발생하기 위해 일부 실시예에서 불균일한 세기 분포를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 투명 가공물(1002)에 대한 결함 형성 광학 시스템(200)의 상대적 포커싱 위치는 불균일한 손상 분포의 다양한 특징의 위치를 결정할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 펄스 레이저 빔 소스(300)로부터 방출된 펄스 레이저 빔(312)의 세기는 각각의 결함(1004) 내의 투명 가공물(1002)의 전체 수준의 변형에 영향을 미칠 수 있다.
단계(1204)에서, 투명 가공물(1002)의 복수의 결함(1004)은 조명 소스으로부터의 광으로 조명된다. 여기에 기술된 바와 같이, 조명은 제1 조명 소스(1006)과 같은 단일 조명 소스, 또는 다수의 조명 소스(예를 들어, 제1 조명 소스(1006) 및 제2 조명 소스(1008) 둘다)로 발생할 수 있다. 일반적으로 제1 조명 소스(1006)는 조명 광학장치(1032)를 통해 투명 가공물(1002)에 조명을 제공한다. 제1 조명 소스(1006)는 LED, 레이저 또는 임의의 다른 광 소스와 같은 현미경 냉광 소스일 수 있다. 조명 광학장치(1032)는 투명 가공물(1002)의 제1 표면(1052)의 표면 법선(1050)에 대한 조명 각도(1036)로 조명 광을 투명 가공물(1002)에 제공하도록 구성된다. 예를 들어, 일 실시예에서, 조명 광학장치(1032)는 에지 조명을 제공하도록 구성된 광섬유이고, 여기서 조명 광은 대략 90도의 조명 각도(1036)로 투명 가공물(1002)의 에지(1058)에 들어간다(예를 들어, 대략 평행하게 연장되며, 또는 결함 방향이 표면 법선(1050)과 정렬될 때 제1 표면(1052)의 5도 이내로 연장된다). 또 다른 실시예에서, 조명 광학장치(1032)는 더 작은 조명 각도(1036)로 제1 표면(1052) 상에 낮은 NA 조명 광을 제공하도록 구성된 렌즈(또는 렌즈 시스템)이다. 여기에 기술된 바와 같이, 다수의 조명 소스(1006 및 1008)이 사용될 때, 그러한 다수의 조명 소스(1006 및 1008)는 상이한 결함 특징에 민감도를 제공하기 위해 상이한 파장 및/또는 편광을 가진 조명 광을 생성할 수 있다.
단계(1206)에서, 암 시야 산란 이미지 신호는 복수의 결함(1004)의 결함 방향(1056)으로부터 제1 이미징 각도(1026)에 배치된 제1 이미징 시스템(1015)으로 복수의 결함(1004)으로부터 산란된 광으로부터 측정된다. 제1 이미징 시스템(1015)은 이미징 축(1030) 상에 배치된 제1 카메라(1012) 및 제1 이미징 렌즈(1014)를 포함한다. 여기에 기술된 바와 같이, 일부 실시예에서, 제1 이미징 각도(1026)는 (예를 들어, 제1 표면(1052)으로부터 제2 표면(1054)으로 연장되는) 복수의 결함(1004)의 적어도 하나의 서브세트의 전체가 제1 이미징 렌즈(1014)의 피사계 심도 내에 있도록 선택된다. 예를 들어, 제1 이미징 렌즈(1014)의 배율 및 개구수는 투명 가공물(1002)의 두께에 기초하여 선택될 수 있어서, 제1 카메라(1012)로 향하는 암 시야 산란 이미지 신호는 이미징된 결함(1004)의 서브세트 내에 결함(1004)의 전체 길이에 관한 정보를 포함한다. 일부 실시예에서, 산란 이미지 신호는 또한 복수의 결함(1004)의 결함 방향(1056)으로부터 제2 이미징 각도(1028)로 배치된 제2 이미징 시스템(1016)에 의해 검출된다. 제1 및 제2 이미징 시스템(1015 및 1016) 각각은 복수의 결함(1004)의 상이한 부분을 이미징하도록 구성될 수 있어, 제1 및 제2 이미징 시스템(1015 및 1016)은 결합하여 투명 가공물(1002)에 형성된 복수의 결함(1004)의 적어도 하나의 서브세트의 전체를 이미징한다.
단계(1208)에서, 암 시야 산란 이미지 신호에 기초한 결함에 대한 세기 프로파일이 발생된다. 카메라(1012 및 1018)로 발생된 이미지 신호는 컴퓨팅 시스템(1024)에 제공될 수 있으며, 컴퓨팅 시스템은 도 8c에 대해 도시된 것과 같은 세기 프로파일을 발생하기 위해 결함(1004) 중 개별 결함에 속하는 이미지 신호의 부분을 분석할 수 있다. 일부 실시예에서, 컴퓨팅 시스템(1024)은 복수의 그러한 세기 프로파일을 평균화할 수 있고, 각각의 프로파일은 복수의 결함(1004) 중 별개의 것에 속한다.
단계(1210)에서, 투명한 가공물(1002)은 에칭되어 결함(1004)에 대응하는 위치에 에칭된 비아를 형성한다. 에칭 공정의 세부 사항은, 예를 들어, 미국 특허 제9,517,963호 및 미국 특허 출원 제15/978,430호에서 찾을 수 있고, 이들 특허는 전체적으로 참조로 여기에 병합된다. 일부 실시예에서, 단계(1210) 동안, 에칭 반응 시간은 에칭 용액 내의 산 농도를 조정함으로써 제어될 수 있다. 일부 실시예에서, 에칭 용액은 탈이온수, 1차 산 및 2차 산을 포함하는 수성 용액일 수 있다. 1차 산은 불산(hydrofluoric acid)일 수 있고, 2차 산은 질산, 염산, 또는 황산일 수 있다. 일부 실시예에서, 에칭 용액은 1차 산만을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 에칭 용액은 불산 이외에 다른 1차 산 및/또는 질산, 염산, 또는 황산 이외에 다른 2차 산을 포함할 수 있다. 대표 에칭 용액은 10부피% 불산/15부피% 질산 또는 5부피% 불산/7.5부피% 질산을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 에칭 탱크에 기판의 배향, 기계적 교반, 및 에칭 용액에 계면활성제의 첨가는 비아 홀의 속성을 조정하기 위해 변경될 수 있는 다른 에칭 조건이다. 일부 실시예에서, 에칭 용액은 초음파적으로 교반되고, 기판은 손상 트랙의 상부 및 하부 개구가 손상 트랙을 균일하게 에칭하기 위해 초음파에 실질적으로 균일한 노출을 수신하도록 에칭 용액을 유지하는 에칭 탱크에 배향된다. 예를 들어, 만약 초음파 트랜스듀서가 에칭 탱크의 하부에 배열된다면, 기판은 손상 트랙을 갖는 기판의 표면이 에칭 탱크의 하부에 평행하기보다 에칭 탱크의 하부에 수직이 되도록 에칭 탱크애 배향될 수 있다.
일부 실시예에서, 에칭 탱크는 손상 트랙의 균일한 에칭을 개선하기 위해 x, y 및 z 방향으로 기계적으로 교반될 수 있다. 일부 실시예에서, x, y 및 z 방향의 기계적 교반은 연속적일 수 있다.
일부 실시예에서, 손상 트랙의 습윤성을 증가시키기 위해 에칭 용액에 계면활성제가 첨가될 수 있다. 증가된 습윤성은 확산 시간을 낮추고 비아홀 상부 및 하부 개구부의 직경에 대한 비아홀 허리의 직경의 비율을 증가시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 계면활성제는 에칭 용액에 용해되고 에칭 용액에서 산(들)과 반응하지 않는 임의의 적합한 계면활성제일 수 있다. 일부 실시예에서, 계면활성제는 Capstone® FS-50 또는 Capstone® FS-54와 같은 플로오로계면활성제(fluorosurfactant)일 수 있다. 일부 실시예에서, 계면활성제의 ml/에칭 용액의 L의 관점에서 계면활성제의 농도는 약 1, 약 1.1, 약 1.2, 약 1.3, 약 1.4, 약 1.5, 약 1.6, 약 1.7, 약 1.8, 약 1.9, 약 2 이상일 수 있다.
에칭 속도를 변경하기 위해 온도 조정(예를 들어, 섭씨 10도 또는 섭씨 50도) 및 산 농도 조정이 이루어질 수 있다. 질산(HNO3)과 같은 다른 무기산이 HCl을 대체할 수 있다. 수산화나트륨(NaOH) 및 수산화칼륨(KOH)과 같은 수산화물 에칭제를 사용하는 것도 가능하다.
한 예에서, 고순도 용융 실리카 투명 가공물(1002)은 47 ℃에서 20% HF(부피%) 및 12% HCL을 갖는 정적 배스에서 에칭되어 벌크 에칭 속도가 .0046 μm/s 내지 .005 μm/s가 되도록 했다. 단계(1212)에서, 단계(1210) 동안 형성된 에칭된 비아는 이미징된다. 그러한 이미지는, 예를 들어, 복수의 에칭된 비아 근처에서 투명 가공물(1002)를 절단한 다음 광학 현미경을 사용하여 절단 에지의 이미지를 취함으로써 얻을 수 있다. 에칭된 비아의 이미지는 처리를 위해 컴퓨팅 시스템(1024)에 제공될 수도 있다. 예를 들어, 컴퓨팅 시스템(1024)은 에칭된 비아에서 다양한 세그먼트의 길이를 결정하기 위해 에지 검출 알고리즘을 활용할 수 있다.
단계(1214)에서, 단계(1212)에서 얻은 에칭된 비아의 이미지는 단계(1208)에서 얻은 결함의 세기 프로파일과 비교된다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 세기 프로파일을 사용하여 컴퓨팅 시스템(1024)에 의해 식별된 결함(1004)의 더 높은 손상 부분의 길이는 에칭된 비아의 부분의 길이와 비교된다. 이들 측정 세트는 데이터세트의 라이브러리를 생성하기 위해 컴퓨팅 시스템(1024)에 저장될 수도 있다. 데이터세트는 레이저 가공 시스템 파라미터(예를 들어, 결함 형성 광학 시스템(200)의 다양한 구성요소의 위치, 결함 형성 광학 시스템(200)의 상대적 포커싱 위치, 펄스 레이저 빔 소스(300)의 출력 세기 등), 결함 특성(예를 들어, 세기 프로파일로부터 얻은 여기에 기술된 세그먼트(AB 및 CD)의 길이), 및 에칭된 비아 특성(예를 들어, 허리 위치, 세그먼트(AB 및 CD)의 길이 등)의 그룹화를 포함할 수 있다. 그러한 라이브러리의 개발은 원하는 형상을 가진 비아를 일관되게 생성하기 위해 레이저 가공 시스템 및 에칭 공정의 특성화 및 미세 조정을 가능하게 할 수 있다.
단계(1216)에서, 레이저 가공 시스템은 세기 프로파일, 비아의 이미지 및 비아의 이미지와 세기 프로파일의 비교 중 적어도 하나에 기초하여 조정된다. 예를 들어, 일 실시예에서, 결함(1004)이 비대칭 프로파일을 갖는 것으로 결정될 수 있다. 예를 들어, 세그먼트(AB)의 길이의 비율은 길이 비율이 1에서 10% 이상(즉, 0.9 내지 1.1) 실질적으로 상이하도록 세그먼트(CD)의 길이와 같지 않을 수 있다. 단계(1208)에서 발생된 세기 프로파일에 기초하여, 컴퓨팅 시스템(1024)(또는 레이저 가공 시스템의 사용자)은 결함 형성 광학 시스템(200)의 상대적 포커싱 위치를 조정하기 위해 레이저 가공 시스템에 입력을 제공하여(예를 들어, 렌즈 조립체(130)의 구성요소 중 하나를 이동시킴으로써), 대칭 프로파일을 가진 결함을 생성할 수 있다. 또 다른 예에서, 특정 임계치 위 또는 아래의 값을 가진 세기 프로파일에 기초하여, 컴퓨팅 시스템(1024)은 펄스 레이저 빔 소스(300)의 에너지 스파이크 또는 감소를 식별할 수 있으며, 그리고 펄스 레이저 빔 소스(300)의 출력이 원하는 세기 범위의 광을 출력할 때까지 결함 발생을 일시적으로 중단할 수 있다. 또 다른 예에서, 이미징된 비아와 세기 프로파일의 비교는 에칭 공정을 조정하기 위해 사용될 수 있다(예를 들어, 결함(1004)이 원하는 손상 프로파일을 가지는 것으로 결정되지만 에칭을 통해 발생된 비아는 원하는 형상을 가지지 않는 경우).
실시예에서, 단계(1208, 1210, 1212 및 1214)와 연관된 데이터는 여기에 기술된 레이저 손상 및 에칭 공정을 특성화하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 레이저 가공 파라미터(예를 들어, 단계(1208)에서 발생된 세기 프로파일을 통해 측정된 레이저 빔 에너지 및 포커싱 위치), 사용된 에칭 공정(예를 들어, 단계(1210) 동안 투명 가공물을 에칭하기 위해 사용된 에칭 용액 및 에칭 시간), 및 단계(1212) 동안 이미징된 비아의 최종 형상(예를 들어, 도 2a와 관련하여 기술된 부분(112, 114, 116 및 118)과 같은 비아의 다양한 부분의 길이 및 각도)에 관한 정보를 포함하는 다양한 데이터세트 또는 라이브러리가 구축될 수 있다(예를 들어, 컴퓨팅 시스템에 저장됨). 실시예에서, 컴퓨팅 시스템은, 예를 들어, 레이저 손상 및 에칭 공정에 대한 다양한 통찰력을 얻기 위해 기계 학습 알고리즘을 사용하여 이들 데이터세트를 분석할 수 있다. 예를 들어, 이력 데이터를 사용하여, 컴퓨팅 시스템은 특정 손상 프로파일을 가진 레이저 결함이 투명 가공물에 존재하는 경우, 특정 형상을 가진 비아를 생성하는데 필요한 에칭 공정의 파라미터를 예측할 수 있는 예측 알고리즘을 발생할 수 있다. 또 다른 예에서, 컴퓨팅 시스템은 사용되는 에칭 공정가 주어지면 특정 비아를 발생하는데 필요한 결함의 손상 프로파일을 추정하는 예측 알고리즘을 발생할 수 있다. 이와 같이, 검사 시스템(1000)은, 레이저 가공 장치 구성과 다시 관련된 결함의 정량화 가능한 특성을 제공함으로써, 전체 레이저 손상 및 에칭 공정의 자동화된 특성화를 용이하게 한다.
이제 도 13a를 참조하면, 투명 가공물(1302)에 형성된 복수의 결함(1304)을 이미징하도록 구성된 검사 시스템(1300)이 도시된다. 검사 시스템(1300)은 조명 광을 방출하는 조명 소스(1312)를 포함한다. 조명 소스(1312)는 투명 가공물(1302)의 에지를 통해 조명 광을 지향시키도록 위치된다. 편광 광학 요소(1314)(예를 들어, 선형 편광기)는 조명 소스(1312)와 투명 가공물(1302) 사이에 위치되어, 예를 들어, 투명 가공물(1302) 상에 입사하는 조명 광의 편광을 (예를 들어, 투명 가공물(1302)의 표면 법선(1306)의 방향의 수직 편광과 수평 편광 사이에서) 조정한다. 표면 법선(1306)에 대해 대략 45도의 이미징 각도로 배치된 이미징 축(1310)을 가진 이미징 시스템(1308)은 복수의 결함(1304)으로부터 산란된 조명 광을 사용하여 이미지를 발생하도록 구성된다.
도 13b는 결함(1304) 중 하나의 이미지 및 조명 소스(1312)로부터의 조명 광이 수직 편광을 가질 때 이미지로부터 발생된 세기 프로파일을 도시한다. 도 13c는 결함(1304) 중 하나의 이미지 및 조명 소스(1312)로부터의 조명 광이 수평 편광을 가질 때 이미지로부터 발생된 세기 프로파일을 도시한다. 도시된 바와 같이, 조명광의 편광에 의존한 우선적인 결합이 있다. 도 13b에서, 외부 피크는 - 투명 가공물(1302)의 표면에 있는 크레이터에 해당함 - 세기 프로파일의 중심 영역과 유사한 세기를 가진다. 도 13c에서, 외부 피크는 세기 프로파일의 중심 영역보다 더 높은 세기를 가진다. 이와 같이, 중심 영역에 대한 결합은 이 예에서 조명 광의 편광에 의존하여 변화하는 것으로 보인다. 결함의 상대적으로 더 높은 손상 영역의 경계는 수평 편광 이미지의 더 정의된 피크로 인해 구별하기가 더 쉬울 수 있으며, 검사 시스템(1300)이 결함(1304)의 상이한 세그먼트의 길이를 더 정확하게 측정하는 것을 용이하게 한다.
상기의 설명을 고려하여, 복수의 결함이 내부에 형성된 투명 가공물이 조명 각도에서 복수의 결함 상에 입사되는 조명 광으로부터 산란 이미지 신호를 검출함으로써 비-침투 방식으로 검사될 수 있음을 이해하여야 한다. 여기에 기술된 방법은 복수의 결함의 적어도 하나의 서브세트가 연장되는 결함 방향에 대해 비스듬히 배치된 이미징 축을 가진 이미징 시스템을 사용하는 단계를 포함한다. 이미징 시스템은 복수의 결함의 서브세트를 포함하는 시야를 가진 이미징 축 상에 배치된 이미징 렌즈를 포함한다. 이미징 렌즈의 배율 및 개구수는 서브세트의 복수의 결함 전체가 이미징 시스템의 피사계 심도 내에 포함되도록 선택된다. 여기에 기술된 방법은 이미징 렌즈를 통해 이미징 검출기로 향하는 산란 이미지 신호에 기초하여 이미지 신호를 발생하는 단계를 포함한다. 유리하게는, 이미지 신호는 결함의 다양한 영역의 길이와 같은 서브세트 내의 복수의 결함의 정량적 특성(예를 들어, 높은 손상 세그먼트, 낮은 손상 세그먼트 등)을 나타낸다. 유리하게는, 그러한 정량적 특성은, 원하는 형상을 가진 비아가 일관되게 형성될 수 있도록 결함을 형성하는데 사용되는 레이저 가공 시스템을 특성화하고 변경하는데 사용될 수 있다.
여기에서 사용되는 바와 같이, "약" 용어는 양, 크기, 제형, 파라미터, 및 다른 양 및 특성이 정확하지 않고 정확할 필요는 없지만, 필요에 따라 허용 오차, 변환 계수, 반올림, 측정 오류 등 및 기술분야의 통상의 기술자에게 알려진 다른 계수를 반영하여, 근사하거나 및/또는 더 크거나 작을 수 있음을 의미한다. "약" 용어는 범위의 값 또는 끝점을 기술하는데 사용되는 경우, 언급되는 특정 값 또는 끝점이 포함된다. 명세서에서 수치 또는 범위의 끝점이 "약"을 인용하는지의 여부에 관계없이, 하나는 "약"으로 변형된 것이고 다른 하나는 "약"으로 변형되지 않은 두 가지 실시예가 기술된다. 각각의 범위의 끝점은 다른 끝점과 관련하여 그리고 다른 끝점과는 독립적으로 모두 중요하다는 것이 추가로 이해될 것이다.
여기에 사용되는 바와 같이, 방향성 용어 - 예를 들어, 위, 아래, 오른쪽, 왼쪽, 앞, 뒤, 상부, 하부 - 는 단지 도시로서 도면을 참조하여 이루어진 것으로 절대적인 배향을 의도하지는 않는다.
달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 여기에 설명된 어떤 방법도 그 단계들이 특정 순서로 수행되거나, 임의의 장치에 특정 방향이 요구되는 것으로 해석되지 않는다. 이에 따라서, 방법 청구항이 이의 단계들이 수반되는 순서를 사실상 언급하지 않거나, 또는 임의의 장치 청구항이 개별적인 구성 요소에 대한 순서 또는 배향을 사실상 언급하지 않거나, 또는 단계들이 특정한 순서로 제한되거나, 또는 장치의 구성요소에 대한 특정 순서 또는 방향이 언급되지 않은 것으로 청구범위 또는 상세한 설명에서 구체적으로 진술하지 않는 경우, 이는, 어떤 면에서, 특정 순서 또는 배향으로 추정되는 것으로 의도되지 않는다. 이는, 단계들의 배열, 동작의 흐름, 구성요소의 순서, 또는 구성요소의 배향에 관한 논리의 문제; 문법적 구성 또는 구두점으로부터 파생된 일반 의미; 및 본 명세서에 기술된 실시예의 수 또는 타입을 포함하는, 해석에 대한 어떤 가능한 비-표현적 근거에 대해서도 마찬가지다.
여기에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태 "하나", "한" 및 "그"는 문맥이 명백하게 달리 지시하지 않는 한 복수 지시 대상을 포함한다. 따라서, 예를 들어, "하나의" 구성 요소에 대한 언급은 문맥이 달리 명백하게 나타내지 않는 한, 2개 이상의 그러한 구성요소를 갖는 관점을 포함한다.
청구 대상의 사상 및 범위를 벗어나지 않고, 여기에 기술된 실시예에 다양한 변형 및 변화가 이루어질 수 있다는 것은 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 이로써, 본 명세서는 여기에 기술된 다양한 실시예의 변형 및 변화를 포괄하는 것으로 의도되되, 그러한 변형 및 변화가 첨부된 청구범위 및 그 균등물의 범위 내에 있는 한, 그러하다.
Claims (33)
- 투명 가공물을 검사하는 방법에 있어서,
조명 소스로부터의 광을 투명 가공물에 형성된 복수의 결함 상으로 지향시키는 단계, 여기서 복수의 결함은 결함 방향으로 연장되며, 투명 가공물은 제1 표면 및 제2 표면을 포함함;
이미징 시스템을 사용하여 복수의 결함에 의해 산란된 광으로부터 산란 이미지 신호를 검출하는 단계, 여기서 이미징 시스템의 이미징 축은 결함 방향에 대해 0이 아닌 이미징 각도로 연장되며, 복수의 결함 중 적어도 하나의 서브세트 전체는 이미징 시스템의 피사계 심도 내에 있음; 및
산란 신호에 기초하여 복수의 결함 중 적어도 하나의 3차원 이미지를 발생하는 단계;를 포함하는, 투명 가공물을 검사하는 방법. - 청구항 1에 있어서,
복수의 결함은 투명 가공물의 굴절률이 변형된 투명 가공물의 영역을 포함하고, 복수의 결함 각각은 결함 폭에 대한 결함 길이의 비율인 종횡비를 가지고, 복수의 결함 각각의 종횡비는 20:1 이상인, 투명 가공물을 검사하는 방법. - 청구항 2에 있어서,
복수의 결함 각각은 50:1 이상의 종횡비를 포함하는, 투명 가공물을 검사하는 방법. - 청구항 2에 있어서,
복수의 결함 각각은 100:1 이상의 종횡비를 포함하는, 투명 가공물을 검사하는 방법. - 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
복수의 결함은, 투명 가공물의 굴절률이 준-비(quasi-non)-회절 레이저 빔에 대한 노출에 의해 변형된 투명 가공물의 영역을 포함하는, 투명 가공물을 검사하는 방법. - 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
이미징 시스템은 이미징 축 상에 배치된 제1 카메라 및 제1 이미징 렌즈를 포함하고, 제1 카메라는 에어리어 스캔 카메라(area scan camera) 또는 라인(line) 스캔 카메라를 포함하고, 영이 아닌 이미징 각도는 결함 방향에 대해 30도 내지 60도인, 투명 가공물을 검사하는 방법. - 청구항 6에 있어서,
제1 이미징 렌즈는 투명 가공물의 두께에 의존하는 배율 계수 및 개구수를 포함하는, 투명 가공물을 검사하는 방법. - 청구항 7에 있어서,
투명 가공물의 두께는 300 μm 내지 700 μm이고, 배율 계수는 3 미만이고, 개구수는 0.2 미만인, 투명 가공물을 검사하는 방법. - 청구항 6에 있어서,
제1 카메라는 라인 스캔 카메라를 포함하며,
3차원 이미지를 발생하는 단계는, 복수의 결함의 추가 부분이 제1 카메라의 시야 내에 있도록 하기 위해, 이미징 시스템에 대해 투명 가공물을 이동시키는 단계를 포함하는, 투명 가공물을 검사하는 방법. - 청구항 6 내지 9 중 어느 한 항에 있어서,
이미징 시스템은 이미징 시스템의 제2 이미징 축 상에 배치된 제2 카메라 및 제2 이미징 렌즈를 포함하는, 투명 가공물을 검사하는 방법. - 청구항 10에 있어서,
제1 카메라 및 제1 이미징 렌즈는 제1 표면으로부터 연장되는 복수의 결함의 제1 부분을 이미징하도록 구성되며, 그리고
제2 카메라 및 제2 이미징 렌즈는 제1 및 제2 카메라가 결합하여 복수의 결함의 서브세트 전체를 이미징하도록 제2 표면으로부터 연장되는 복수의 결함의 제2 부분을 이미징하도록 구성되는, 투명 가공물을 검사하는 방법. - 청구항 1 내지 11 중 어느 한 항에 있어서,
결함 방향은 투명 가공물의 제1 및 제2 표면에 수직하는, 투명 가공물을 검사하는 방법. - 청구항 1 내지 12 중 어느 한 항에 있어서,
산란 이미지 신호는 암 시야 산란 이미지 신호인, 투명 가공물을 검사하는 방법. - 청구항 13에 있어서,
3차원 이미지를 발생하는 단계는 복수의 결함 중 한 결함에 대응하는 암 시야 산란 이미지 신호의 일부에 대한 세기 프로파일을 발생하는 단계를 포함하는, 투명 가공물을 검사하는 방법. - 청구항 14에 있어서,
세기 프로파일에 기초하여 결함의 정량적 특성을 결정하는 단계를 더욱 포함하는, 투명 가공물을 검사하는 방법. - 청구항 1 내지 15 중 어느 한 항에 있어서,
결함은 투명 가공물에서 깊이의 함수로서 변하는 손상 패턴을 포함하는, 투명 가공물을 검사하는 방법. - 청구항 16에 있어서,
손상 패턴은 제1 표면으로부터 연장되는 제1 부분, 제2 표면으로부터 연장되는 제2 부분, 및 제1 부분과 제2 부분 사이에서 연장되는 제3 부분을 포함하고,
투명 가공물은 제3 부분과 비교하여 제1 및 제2 부분에서 더 높은 수준의 변형을 가지고, 결함의 정량적 특성은 제2 부분의 길이에 대한 제1 부분의 길이의 비율을 포함하는, 투명 가공물을 검사하는 방법. - 청구항 15에 있어서,
세기 프로파일에 기초하여 결함의 정량적 특성을 결정하는 단계는 컴퓨팅 시스템을 사용하여 기준 결함에 대해 측정된 기존 세기 프로파일과 상기 세기 프로파일을 비교하는 단계를 포함하는, 투명 가공물을 검사하는 방법. - 청구항 1 내지 18 중 어느 한 항에 있어서,
조명 소스로부터의 광을 복수의 결함 상으로 지향시키는 단계는 조명 소스로부터의 광을 투명 가공물의 에지를 통해 지향시키는 단계를 포함하는, 투명 가공물을 검사하는 방법. - 청구항 1 내지 19 중 어느 한 항에 있어서,
조명 소스로부터의 광을 복수의 결함 상으로 지향시키는 단계는 조명 소스로부터의 광을 조명 각도로 투명 가공물의 제1 표면 상으로 지향시키는 단계를 포함하며,
조명 각도는 이미징 축의 각도와는 상이한, 투명 가공물을 검사하는 방법. - 투명 가공물에 결함을 형성하기 위한 레이저 가공 시스템의 특성화 방법에 있어서,
레이저 가공 시스템을 사용하여 투명 가공물에 결함을 형성하는 단계, 여기서 레이저 가공 시스템은 결함 형성 광학 시스템을 사용하여 결함을 형성하기 위해 투명 가공물에 결함 형성 레이저 빔을 지향시키도록 구성되고, 투명 가공물은 제1 표면 및 제2 표면을 포함하고, 결함은 결함 방향으로 연장됨;
결함 형성 후, 조명 소스로부터의 광을 결함 상으로 지향시키는 단계;
이미징 시스템을 사용하여 결함으로부터 산란된 광의 암 시야 산란 이미지 신호를 검출하는 단계, 여기서 이미징 시스템의 이미징 축은 결함 방향에 대해 0이 아닌 이미징 각도로 배치됨;
암 시야 산란 이미지 신호를 사용하여 결함에 대한 세기 프로파일을 발생하는 단계; 및
세기 프로파일에 기초하여 레이저 가공 시스템의 특성을 결정하는 단계;를 포함하는, 투명 가공물에 결함을 형성하기 위한 레이저 가공 시스템의 특성화 방법. - 청구항 21에 있어서,
결함 형성 광학 시스템은, 결함 형성 레이저 빔을, 투명 가공물과 적어도 부분적으로 겹치는 레이저 빔 초점 라인으로 지향시키도록 구성되는, 투명 가공물에 결함을 형성하기 위한 레이저 가공 시스템의 특성화 방법. - 청구항 21 또는 22에 있어서,
레이저 가공 시스템의 특성을 결정하는 단계는 세기 프로파일에 기초하여 결함 형성 광학 시스템의 포커싱 위치를 결정하는 단계를 포함하는, 투명 가공물에 결함을 형성하기 위한 레이저 가공 시스템의 특성화 방법. - 청구항 23에 있어서,
세기 프로파일에 기초하여 결함 형성 광학 시스템의 포커싱 위치를 결정하는 단계는, 세기 프로파일의 피크 분포에 기초하여 결함의 높은 손상 부분의 길이 비율을 추정하는 단계를 포함하는, 투명 가공물에 결함을 형성하기 위한 레이저 가공 시스템의 특성화 방법. - 청구항 24에 있어서,
추정된 길이 비율에 기초하여 투명 가공물에 대한 결함 형성 광학 시스템의 포커싱 위치를 조정하는 단계, 및 높은 손상 부분의 원하는 길이 비율을 가진 조정된 포커싱 위치를 사용하여 변형된 결함을 형성하는 단계를 더욱 포함하는, 투명 가공물에 결함을 형성하기 위한 레이저 가공 시스템의 특성화 방법. - 청구항 21 내지 25 중 어느 한 항에 있어서,
조명 소스와 이미징 시스템은 레이저 가공 시스템에 통합되는, 투명 가공물에 결함을 형성하기 위한 레이저 가공 시스템의 특성화 방법. - 청구항 21 내지 26 중 어느 한 항에 있어서,
조명 소스로부터의 광을 결함 상으로 지향시키는 단계는 조명 소스로부터의 광을 투명 가공물의 에지를 통해 지향시키는 단계를 포함하는, 투명 가공물에 결함을 형성하기 위한 레이저 가공 시스템의 특성화 방법. - 청구항 21 내지 27 중 어느 한 항에 있어서,
조명 소스로부터의 광을 결함 상으로 지향시키는 단계는 조명 소스로부터의 광을 조명 각도로 투명 가공물의 제1 표면 상으로 지향시키는 단계를 포함하고, 조명 각도는 0이 아닌 이미징 각도와는 상이한, 투명 가공물에 결함을 형성하기 위한 레이저 가공 시스템의 특성화 방법. - 청구항 21 내지 28 중 어느 한 항에 있어서,
이미징 시스템은 이미징 축 상에 배치된 카메라 및 이미징 렌즈를 포함하고, 카메라는 에어리어 스캔 카메라 또는 라인 스캔 카메라를 포함하고, 0이 아닌 이미징 각도는 30도 내지 60도인, 투명 가공물에 결함을 형성하기 위한 레이저 가공 시스템의 특성화 방법. - 레이저 가공 시스템을 특성화하는 방법에 있어서,
레이저 가공 시스템을 사용하여 조명 소스로부터의 광을 투명 가공물에 형성된 복수의 결함 상으로 지향시키는 단계, 여기서 결함은 결함 방향으로 연장되며, 투명 가공물은 제1 표면 및 제2 표면을 포함함;
이미징 시스템을 사용하여 복수의 결함에 의해 산란된 광으로부터 암 시야 산란 이미지 신호를 검출하는 단계, 여기서 이미징 시스템의 이미징 축은 결함 방향에 대해 0이 아닌 이미징 각도로 배치됨;
암 시야 산란 이미지 신호를 사용하여 복수의 결함에 대한 세기 프로파일을 발생하는 단계;
복수의 결함에 대응하는 위치에서 투명 가공물에 복수의 비아를 형성하기 위해 투명 가공물을 화학적으로 에칭하는 단계;
복수의 비아 중 한 비아의 이미지를 발생하는 단계; 및
비아의 이미지를, 비아가 형성된 결함에 대응하는 세기 프로파일과 비교하는 단계;를 포함하는, 레이저 가공 시스템을 특성화하는 방법. - 청구항 30에 있어서,
레이저 가공 시스템을 사용하여 투명 가공물에 복수의 결함을 형성하는 단계를 더욱 포함하고, 레이저 가공 시스템은 결함 형성 광학 시스템으로 결함을 형성하기 위해 결함 형성 레이저 빔을 투명 가공물로 지향시키도록 구성되는, 레이저 가공 시스템을 특성화하는 방법. - 청구항 31에 있어서,
발생된 세기 프로파일, 이미지, 및 이미지와 세기 프로파일의 비교 중 적어도 하나에 기초하여 결함 형성 레이저 빔의 포커싱 위치를 결정하는 단계를 더욱 포함하는, 레이저 가공 시스템을 특성화하는 방법. - 청구항 31 또는 32에 있어서,
세기 프로파일에 기초하여 결함 형성 레이저 빔의 에너지의 시간 의존성을 결정하는 단계를 더욱 포함하는, 레이저 가공 시스템을 특성화하는 방법.
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