KR20230124585A - 레이저 프로세싱 장치, 그 동작 방법 및 이를 이용한 가공물 처리 방법 - Google Patents

Abstract

레이저 프로세싱 장치는 레이저 에너지가 제1 재료 상에 입사되도록 가공물 상에 레이저 에너지를 지향시킴으로써, 제2 재료 상에 형성된 제1 재료를 갖는 가공물에 비아를 형성하는 프로세스를 수행할 수 있고, 레이저 에너지는 제1 재료에 대해 제2 재료보다 더 반사적인 파장을 갖는다. 장치는 가공물로 지향되고 제1 재료에 의해 반사된 레이저 에너지의 일부에 대응하는 후방 반사 신호를 포착하고 포착된 후방 반사 신호에 기초하여 센서 신호를 생성하도록 동작하는 후방 반사 감지 시스템; 및 후방 반사 감지 시스템의 출력에 통신 가능하게 커플링되는 제어기를 포함할 수 있고, 제어기는 센서 신호에 기초하여 비아가 형성되는 프로세스의 나머지를 제어하도록 동작한다.

Description

레이저 프로세싱 장치, 그 동작 방법 및 이를 이용한 가공물 처리 방법

본 발명의 실시예는 레이저 프로세싱 장치 및 그 동작 방법에 관한 것이다.

인쇄 회로 기판(PCB)들은 통상적으로 유전체 기판 상에 적층된 도전성 층으로 형성된다. PCB들은 양면 또는 다층일 수 있다. 양면 PCB는 공통 유전체 기판의 반대측 상에 적층된 두 개의 도전성 층을 포함한다. 다층 PCB는 통상적으로 그 사이에 개재된 도전성 층을 갖는 다수의 유전체 기판, 뿐만 아니라 그 외부 표면 상에 적층된 하나 이상의 도전성 층을 포함한다.

유전체 기판은 매트릭스(matrix) 재료(예를 들어, 에폭시 수지)와 보강 재료(예를 들어, 직조 유리 섬유 직물)로 형성된 복합 재료로서 보통 제공된다. 이러한 유전체 기판은, 도 1에 도시된 바와 같이, 필수적으로 불균일한 조성을 가질 것이다. 도 1을 참조하면, 직조 유리 섬유 직물(흰색 또는 회색 가닥으로 도시됨)은 매트릭스 재료(검은색으로 도시됨)에 의해 둘러싸여 있는 것을 볼 수 있다. 유전체 기판의 조성은 위치에 의존하여 변할 것이다. 예를 들어, 위치 “A”에서, 유전체 기판은 비교적 많은 양의 보강 재료와 비교적 적은 양의 매트릭스 재료를 함유하고, 위치 “B”에서, 유전체 기판은 단지 매트릭스 재료만을 함유하고, 위치 “C”에서, 유전체 기판은 위치 “A”보다 적지만 위치 “B”보다 많은 보강 재료를 함유하고, 위치 “A”보다 많지만 위치 “C”보다 적은 매트릭스를 함유한다. 도 1과 관련하여 논의된 바와 같은 유전체 기판을 포함하는 PCB의 일부의 개략적인 단면도가 도 2에 도시된다. 도 2를 참조하면, 전기 전도체(20)(또한 여기서 “상부 전도체”라고도 지칭됨)가 유전체 기판(24)의 제1 표면에 제공되고, 다른 전기 전도체(24)(또한 여기서 “하부 전도체”라고도 지칭됨)가 유전체 기판(24)의 제2 표면에 제공된다. 유전체 기판(24)은 매트릭스 재료(26) 및 보강 재료(28)를 포함하는 것으로 도시된다.

블라인드-홀 비아(blind-hole via)이든지 또는 스루-홀 비아(through-hole via)이든지 간에 비아가 레이저를 사용하여(예를 들어, 레이저 드릴링(laser-drilling) 프로세스를 사용하여) PCB에 드릴링될 수 있다. 도 2에 도시된 PCB에 형성된 블라인드-홀 비아의 개략적인 단면도가 도 3에 도시된다. 도 2를 참조하면, 블라인드 비아 홀(30)이 레이저 드릴링 “펀치(punch)” 프로세스를 사용하여 형성될 수 있으며, 이 프로세스에서는 레이저 에너지의 빔이 상부 전도체(20)에 개구를 형성하기 위해, 그리고 블라인드 비아 홀(30) 내의 하부 전도체(22)의 일부를 노출시키기 위하여 유전체 기판(24)을 제거하기 위해 PCB 상의 단일 위치로 지향된다. 하지만, 유전체 기판(24)의 매트릭스 및 보강 재료는 종종 레이저에 의해 동일한 효율로 처리되지 않고; 매트릭스 재료는 통상적으로 보강 재료보다 더 쉽게 처리된다. 또한, PCB의 상이한 영역에 걸쳐, 상부 전도체(20)의 표면 반사율 및/또는 두께에 변화가 있을 수 있다. 그 결과, (예를 들어, 펄스 폭(pulse width), 피크 펄스 전력(peak pulse power)의 관점에서) 동일한 파라미터가 유전체 기판 내의 상이한 위치에 블라인드 비아 홀을 형성하기 위해 사용된다면, 최종적으로 발생된 블라인드 비아 홀들 사이의 형태에 약간의 내재적인 가변성이 있을 것이다. 블라인드 비아 홀의 형태적 특징은 상부 전도체가 유전체 기판(24)에 형성된 홀의 측벽을 넘어서 연장하는 정도(또한 “오버행(overhang)”으로도 공지됨) 및 상부 전도체(20)에서의 블라인드 비아 홀(30)의 직경에 대한 하부 전도체(22)에서의 블라인드 비아 홀(30)의 직경의 비율(또한 “테이퍼(taper)”라고도 공지됨)을 포함할 수 있다. 일반적으로, 각각의 비아는 비교적 작은 오버행과 비교적 큰 테이퍼를 특징으로 하는 것이 바람직하다. 따라서 블라인드 비아 홀의 형태적 특징의 위치 의존적 가변성은 고성능 PCB 및 이들의 연관된 프로세싱 수율에 바람직하지 않다.

상기 언급된 가변성 문제는 유전체 기판 조성의 변화에 비교적 둔감한 레이저 파장을 사용하여 PCB를 처리함으로써 어느 정도 감소될 수 있다. 예를 들어, 이산화탄소 레이저가 ~9.4㎛의 파장에서 레이저 에너지를 발생할 수 있으며, 이는 매트릭스 및 보강 재료에 의해 선형으로 흡수될 수 있지만 블라인드 비아 홀에 의해 노출되는 전기 전도체(즉, 구리)에 의해 대부분 반사될 수 있다. 매트릭스 재료(26)를 제거하는 것보다 보강 재료(28)를 제거하는 데 더 많은 에너지(심지어 ~9.4㎛의 레이저 파장의 레이저에서)가 요구된다는 것이 일반적으로 공지되어 있다. 하지만, 유전체 기판(24)의 일부를 제거하는 데 필요한 에너지가 그 안의 매트릭스 재료(26)와 보강 재료(28)의 상대적인 양에 기초하여 변한다고 하더라도, 유전체 기판(24)의 매트릭스 및 보강 재료는 보통 하부 전도체(22)의 손상(예를 들어, 용융)없이 신뢰할 수 있게 제거될 수 있다.

상기 언급된 가변성 문제는 단일 블라인드 비아 홀을 형성하기 위해 다중 레이저 펄스를 사용함으로써 더 감소될 수 있다. 이 경우, 제1 펄스가 상부 전도체(20)에 개구를 형성하기 위해 인가되고, 모든 후속 펄스가 하부 전도체(22)를 손상시키지 않으면서 나머지 유전체 기판(24)을 제거하기 위해 인가된다. 이러한 “다중 펄스 프로세싱” 기술을 개선하기 위한 제안은, 일반적으로 블라인드 비아 홀(30)에 의해 노출되는 하부 전도체(22)의 영역의 크기에 대응하는 것으로 이해되는 하부 전도체(22)에 의해 반사되는 레이저 광의 강도에 기초하여 제2 또는 후속 레이저 펄스의 펄스 에너지를 조정하는 것을 통상적으로 수반한다.

본 발명의 일 실시예는 레이저 에너지가 제1 재료 상에 입사되도록 가공물 상에 레이저 에너지를 지향시킴으로써, 제2 재료 상에 형성된 제1 재료를 갖는 가공물에 비아를 형성하는 프로세스를 수행하기 위한 레이저 프로세싱 장치로서 광범위하게 특징지어질 수 있고, 레이저 에너지는 제1 재료에 대해 제2 재료보다 더 반사적인 파장을 갖는다. 장치는: 가공물로 지향되고 제1 재료에 의해 반사된 레이저 에너지의 일부에 대응하는 후방 반사 신호를 포착하고 포착된 후방 반사 신호에 기초하여 센서 신호를 생성하도록 동작하는 후방 반사 감지 시스템; 및 후방 반사 감지 시스템의 출력에 통신 가능하게 커플링되는 제어기를 포함할 수 있고, 제어기는 센서 신호에 기초하여 비아가 형성되는 프로세스의 나머지를 제어하도록 동작한다.

본 발명의 다른 실시예는: 레이저 에너지가 제1 재료 상에 입사되도록 가공물 상에 레이저 에너지를 지향시킴으로써, 제2 재료 상에 형성된 제1 재료를 갖는 가공물에 비아를 형성하는 프로세스를 수행하는 단계 - 레이저 에너지는 제1 재료에 대해 제2 재료보다 더 반사적인 파장을 가짐 -; 가공물로 지향되고 제1 재료에 의해 반사된 레이저 에너지의 일부에 대응하는 후방 반사 신호를 포착하는 단계; 포착된 후방 반사 신호에 기초하여 센서 신호를 생성하는 단계; 비아를 형성하기 위해 프로세스의 나머지가 어떻게 수행되어야 하는지를 결정하기 위해 센서 신호를 프로세싱하는 단계; 및 센서 신호의 프로세싱에 기초하여 프로세스의 나머지를 수행하는 단계를 포함하는 방법으로서 광범위하게 특징지어질 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예는 레이저 에너지가 제1 재료 상에 입사되도록 가공물 상에 레이저 에너지를 지향시킴으로써, 제2 재료 상에 형성된 제1 재료를 갖는 가공물에 비아를 형성하는 프로세스를 수행하기 위해 동작하는 레이저 프로세싱 장치와 함께 사용하기 위한 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체로서 광범위하게 특징지어질 수 있고, 레이저 에너지는 제1 재료에 대해 제2 재료보다 더 반사적인 파장을 갖고, 장치는 가공물로 지향되고 제1 재료에 의해 반사되는 레이저 에너지의 일부에 대응하는 후방 반사 신호를 포착하고 포착된 후방 반사 신호에 기초하여 센서 신호를 생성하도록 동작하는 후방 반사 감지 시스템 및 후방 반사 감지 시스템의 출력에 통신 가능하게 커플링되는 제어기를 갖고, 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체는, 제어기에 의해 실행될 때, 센서 신호에 기초하여 비아가 형성되는 프로세스를 제어기로 하여금 제어하게 하는 명령어를 저장한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이저에 의해 처리될 수 있는 복합 유전체 기판의 매트릭스 재료 내의 보강 재료의 예시적 배열을 예시한다.
도 2는 도 1과 관련하여 논의된 바와 같은 유전체 기판을 포함하는 PCB의 일부의 개략적인 단면도를 예시한다.
도 3은 도 2에 도시된 PCB에 형성된 블라인드-홀 비아의 개략적인 단면도를 예시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 프로세싱 장치를 개략적으로 예시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 4에 도시된 레이저 프로세싱 장치의 후방 반사 감지 시스템을 개략적으로 예시한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 시간의 함수(즉, 블라인드 비아 홀의 형성 동안)로서, 도 4 및 도 5와 관련하여 논의된 후방 반사 감지 시스템에 의해 포착된 예시적인 후방 반사 신호의 신호 강도를 예시하는 그래프이다.

예시적인 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 설명된다. 달리 명시되지 않는 한, 도면에서 구성 요소, 피처(feature), 요소 등의 크기, 위치 등, 뿐만 아니라 이들 사이의 임의의 거리는 반드시 축척에 따르는 것은 아니며, 명확성을 위해 과장된다. 도면에서 동일한 번호는 전체적으로 동일한 요소를 지칭한다. 따라서, 동일한 또는 유사한 번호는 대응 도면에 언급되지도 않고 기재되지도 않았더라도 다른 도면을 참조하여 설명될 수 있다. 또한, 참조 부호가 기재되지 않은 요소라도 다른 도면을 참조하여 설명될 수 있다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특별한 예시적인 실시예를 설명하는 목적을 위한 것이며 한정하려는 의도가 아니다. 달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어들(기술적인 및 과학적인 용어 포함)은 당업자에 의해 공통적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본 명세서에서 사용된 바와 같은, 단수형은 문맥상 명백하게 달리 나타내지 않는 한 복수형도 또한 포함하는 것으로 의도된다. 본 명세서에서 사용될 때, 용어 “포함하다” 및/또는 “포함하는”은 언급된 피처, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 구성 요소의 존재를 명시하지만, 하나 이상의 다른 피처, 정수, 단계, 동작, 요소, 구성 요소 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 부가를 불가능하게 하지 않는다는 것이 인지되어야 한다. 달리 명시되지 않는 한, 인용될 때, 값의 범위는 범위의 상한 및 하한 모두, 뿐만 아니라 그 사이의 하위 범위를 모두 포함한다. 달리 나타내지 않는 한, “제1”, “제2” 등과 같은 용어는 단지 한 요소를 다른 요소로부터 구별하기 위해서 사용된다. 예를 들어, 하나의 노드는 “제1 노드”로 명명될 수 있고, 유사하게 다른 노드는 “제2 노드”로 명명될 수 있으며, 그 반대도 마찬가지이다.

달리 나타내지 않는 한, 용어 “약”, “그 정도”, “실질적으로” 등은 양, 크기, 제형, 파라미터 및 다른 양 및 특징이 정확하지 않고 정확할 필요는 없지만, 근사치 및/또는, 필요에 따라, 허용 오차, 변환 요인, 반올림, 측정 오차 등 및 당업자에게 공지된 다른 요인을 반영하는 더 크거나 작은 값일 수 있다는 것을 의미한다. “아래”, “밑”, “하부”, “위” 및 “상부” 등과 같은 공간적으로 상대적인 용어는, 도면에 예시된 바와 같이, 다른 요소 또는 피처에 대한 하나의 요소 또는 피처의 관계를 설명하기 위한 설명의 용이함을 위해 본 명세서에서 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 묘사된 배향에 더하여 상이한 배향을 포함하는 것이 의도된다는 것을 인지해야 한다. 예를 들어, 도면의 대상이 뒤집힌 경우, 다른 요소 또는 피처의 “아래” 또는 “밑”으로 설명된 요소는 다른 요소 또는 피처의 “위”로 배향될 것이다. 따라서, 예시적인 용어 “아래”는 위 및 아래의 배향 모두를 포함할 수 있다. 대상은 다르게 배향될 수 있고(예를 들어, 90도 회전되거나 다른 방향으로) 본 명세서에서 사용되는 공간적으로 상대적인 서술어는 그에 따라 해석될 수 있다.

본 명세서에서 사용된 섹션 제목은 단지 구성 목적만을 위한 것이며, 달리 명백하게 언급되지 않는 한 설명된 주제를 제한하는 것으로 해석되지 않는다. 많은 상이한 형태, 실시예 및 조합이 본 개시의 사상 및 교시로부터 벗어나지 않으면서 가능하고 따라서 본 개시가 본 명세서에 설명된 예시적인 실시예에 제한되는 것으로 해석되어서는 안된다는 것을 이해할 것이다. 오히려, 이러한 예 및 실시예가 제공되어서 본 개시는 철저하고 완전해질 것이고 당업자에게 개시의 범위를 전달할 것이다.

I. 개요

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 프로세싱 장치를 개략적으로 예시한다.

도 4에 도시된 실시예를 참조하면, 가공물(102)을 처리하기 위한 레이저 프로세싱 장치(100)(또한 여기서는 간단히 “장치”라고도 지칭됨)는 레이저 에너지의 빔을 생성하기 위한 레이저 소스(104), 빔 변조기(106), 스캐너(108), 스테이지(110) 및 스캔 렌즈(112)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

아래에서 더 상세히 논의되는 바와 같이, 빔 변조기(106)는 레이저 소스(104)로부터 전파되는 레이저 에너지의 빔을 선택적으로 그리고 가변적으로 감쇠시키도록 동작한다. 그 결과, 빔 변조기(106)로부터 빔 경로(114)를 따라 전파되는 레이저 에너지의 빔은 빔 변조기(106) 내로 빔 경로(114)를 따라 전파되는 레이저 에너지의 빔보다 작은 광 출력(optical power)을 가질 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같은, 용어 “빔 경로”는 레이저 에너지의 빔의 레이저 에너지가 레이저 소스(104)로부터 스캔 렌즈(112)로 레이저 에너지의 빔이 전파될 때 따라서 이동하는 경로를 지칭한다.

스캐너(108)는 빔 경로(114)를 스캔 렌즈(112)로 편향시키기 위해 레이저 소스(104)에 의해 생성되고, 선택적으로는, 빔 변조기(106)에 의해 편향된 레이저 에너지의 빔을 회절, 반사, 굴절 등 또는 이들의 임의의 조합을 위해(즉, 레이저 에너지의 빔을 “편향”시키기 위해) 동작한다. 빔 경로(114)를 스캔 렌즈(112)로 편향시킬 때, 스캐너(108)는 (116으로 표시된 바와 같은) 각도 범위 내에서 (예를 들어, 스캔 렌즈(112)의 광축에 대해 측정된 바와 같이) 임의의 각도만큼 빔 경로(114)를 편향시킬 수 있다.

스캔 렌즈(112)로 편향된 레이저 에너지는 가공물(102)로 전달되기 위해 통상적으로 스캔 렌즈(112)에 의해 집속되고(focused) 빔 축을 따라 전파되도록 전송된다. 가공물(102)에 전달된 레이저 에너지는 가우시안형 공간 강도 프로파일(Gaussian-type spatial intensity profile) 또는 비-가우시안형(즉, “형상화 된”) 공간 강도 프로파일(예를 들어, “탑-햇(top-hat)” 공간 강도 프로파일, 슈퍼-가우시안 공간 강도 프로파일 등)을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 “스폿 크기”는 빔 축이, 적어도 부분적으로는 전달된 레이저 에너지의 빔에 의해 처리되는 가공물(102)의 영역과 교차하는 위치(또한 “프로세스 스폿”, “스폿 위치” 또는 보다 간단하게는 “ 스폿”이라고도 지칭됨)에 전달되는 레이저 에너지의 빔의 직경 또는 최대 공간 폭을 지칭한다. 본 명세서에서 논의의 목적을 위해, 스폿 크기는 빔 축으로부터 광 강도가 빔 축에서의 광 강도의 적어도 1/e2로 강하하는 지점까지의 방사상 또는 횡방향 거리로서 측정된다. 일반적으로, 레이저 에너지의 빔의 스폿 크기는 빔 웨이스트(waist)에서 최소가 될 것이다. 가공물(102)에 일단 전달되면, 빔 내의 레이저 에너지는 2㎛ 내지 200㎛ 범위의 스폿 크기로 가공물(102)에 충돌하는 것을 특징으로 할 수 있다. 하지만, 스폿 크기는 2㎛보다 작게 또는 200㎛보다 더 작게 만들어질 수 있음이 이해될 것이다. 따라서, 가공물(102)에 전달되는 레이저 에너지의 빔은 2㎛, 3㎛, 5㎛, 7㎛, 10㎛, 15㎛, 30㎛, 35㎛, 40㎛, 45㎛, 50㎛, 55㎛, 80㎛, 100㎛, 150㎛, 200㎛ 등 보다 더 크거나, 더 작거나 또는 동일한, 또는 임의의 이들 값들의 사이의 스폿 크기를 가질 수 있다.

장치(100)는 레이저 에너지의 빔이 빔 경로(114)를 따라서 전파될 때 레이저 에너지의 빔을 집속하거나, 확장하거나, 시준하거나, 성형하거나, 편광시키거나, 필터링하거나, 분할하거나, 결합하거나, 잘라내거나, 흡수하거나, 또는 그렇지 않으면 수정하거나, 조절하거나(condition), 지향하거나 등을 하기 위해 또한 하나 이상의 다른 광학 구성 요소(예를 들어, 빔 트랩, 빔 익스팬더(expander), 빔 셰이퍼(shaper), 빔 스플리터(splitter), 어퍼처(aperture), 필터, 시준기(collimator), 렌즈, 미러, 프리즘, 편광기(polarizer), 위상 지연기, 회절 광학 소자(공통적으로 당업계에서 DOE(diffractive optical element)들로 공지됨), 굴절 광학 소자(공통적으로 당업계에서 ROE(refractive optical element)들로 공지됨) 등 또는 이들의 임의의 조합)를 포함할 수 있다.

A. 레이저 소스

일 실시예에서, 레이저 소스(104)는 레이저 펄스를 생성하기 위해 동작한다. 이와 같이, 레이저 소스(104)는 펄스 레이저 소스, CW 레이저 소스, QCW 레이저 소스, 버스트 모드 레이저 등 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 레이저 소스(104)가 QCW 또는 CW 레이저 소스를 포함하는 경우, 레이저 소스(104)는 펄스 모드로 동작할 수 있거나, 또는 펄스 모드로 동작할 수 있지만 펄스 게이팅 유닛(pulse gating unit)(예를 들어, 음향-광학(AO) 변조기(AOM), 빔 초퍼(chopper) 등)을 더 포함할 수 있어서 QCW 또는 CW 레이저 소스로부터 출력되는 레이저 방사선의 빔을 시간적으로 변조한다. 비록 도시되지 않지만, 장치(100)는 레이저 소스(104)에 의해 출력된 광의 파장을 변환하도록 구성된 하나 이상의 고조파 생성 결정(harmonic generation crystal)(또한 “파장 변환 결정”으로 공지됨)을 선택적으로 포함할 수 있다. 하지만, 다른 실시예에서, 레이저 소스(104)는 QCW 레이저 소스 또는 CW 레이저 소스로서 제공될 수 있고 펄스 게이팅 유닛을 포함하지 않을 수 있다. 따라서, 레이저 소스(104)는 일련의 레이저 펄스 또는 연속적 또는 준연속적 레이저 빔으로 나타날 수 있는 레이저 에너지의 빔을 생성하도록 동작하는 것으로 광범위하게 특징지어질 수 있으며, 레이저 에너지의 빔은 이후에 빔 경로(114)를 따라 전파될 수 있다. 본 명세서에서 논의된 많은 실시예가 레이저 펄스를 참조하지만, 연속적 또는 준연속적 빔이 적절하거나 소망될 때마다 대안적으로 또는 추가적으로 이용될 수 있음을 인지해야 한다.

레이저 소스(104)에 의해 출력되는 레이저 에너지는 전자기 스펙트럼의 자외선(UV), 가시광선 또는 적외선(IR) 범위에서 하나 이상의 파장을 가질 수 있다. 전자기 스펙트럼의 UV 범위의 레이저 에너지는 100nm, 121nm, 124nm, 157nm, 200nm, 334nm, 337nm, 351nm, 380nm 등과 같은 10nm(또는 그 정도) 내지 385nm(또는 그 정도)의, 또는 임의의 이들 값 사이의 범위의 하나 이상의 파장을 가질 수 있다. 전자기 스펙트럼의 가시 녹색 범위의 레이저 에너지는 511nm, 515nm, 530nm, 532nm, 543nm, 568nm 등과 같은 500nm(또는 그 정도) 내지 560nm(또는 그 정도)의, 또는 임의의 이들 값 사이의 범위의 하나 이상의 파장을 가질 수 있다. 전자기 스펙트럼의 IR 범위의 레이저 에너지는 600nm 내지 1000nm, 752.5nm, 780nm 내지 1060nm, 799.3nm, 980nm, 1047nm, 1053nm, 1060nm, 1064nm, 1080nm, 1090nm, 1152nm, 1150nm 내지 1350nm, 1540nm, 2.6㎛ 내지 4㎛, 4.8㎛ 내지 8.3㎛, 9.4㎛, 10.6㎛ 등과 같은 750nm(또는 그 정도) 내지 15㎛(또는 그 정도)의, 또는 임의의 이들 값 사이의 범위의 하나 이상의 파장을 가질 수 있다.

레이저 에너지의 빔이 일련의 레이저 펄스로서 나타날 때, 레이저 소스(104)에 의해 출력되는 레이저 펄스는 10fs 내지 900ms 범위인 펄스 폭 또는 펄스 지속 시간을 가질 수 있다(즉, 펄스 대 시간의 광 출력의 FWHM(full-width at half-maximum)에 기초함). 하지만, 펄스 지속 시간은 10fs보다 작거나 900ms보다 클 수 있음이 이해될 것이다. 따라서, 레이저 소스(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, 2㎲, 5㎲, 10㎲, 15㎲, 20㎲, 25㎲, 30㎲, 40㎲, 50㎲, 100㎲, 300㎲, 500㎲, 900㎲, 1ms, 2ms, 5ms, 10ms, 20ms, 50ms, 100ms, 300ms, 500ms, 900ms, 1s 등 보다 더 작거나, 더 크거나 또는 동일한, 또는 임의의 이들 값 사이의 펄스 지속 시간을 가질 수 있다.

레이저 소스(104)에 의해 출력되는 레이저 펄스는 5mW 내지 50kW 범위의 평균 전력을 가질 수 있다. 하지만, 평균 전력은 5mW보다 작거나 50kW보다 클 수 있음이 이해될 것이다. 따라서, 레이저 소스(104)에 의해 출력되는 레이저 펄스는 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 등 보다 더 작거나, 더 크거나 또는 동일한, 또는 임의의 이들 값 사이의 평균 전력을 가질 수 있다.

레이저 펄스는 5kHz 내지 5GHz 범위의 펄스 반복률로 레이저 소스(104)에 의해 출력될 수 있다. 하지만, 펄스 반복률은 5kHz보다 작거나 또는 5GHz보다 클 수 있음이 이해될 것이다. 따라서, 레이저 펄스는 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 등 보다 더 작거나, 더 크거나 또는 동일한, 또는 임의의 이들 값 사이의 펄스 반복률로 레이저 소스(104)에 의해 출력될 수 있다.

파장, 평균 전력, 그리고 레이저 에너지의 빔이 일련의 레이저 펄스로 나타날 때의 펄스 지속 시간 및 펄스 반복률에 더하여, 가공물(102)에 전달되는 레이저 에너지의 빔은 펄스 에너지, 피크 전력 등과 같은 하나 이상의 다른 특징에 의해 특징지어질 수 있으며, 이러한 다른 특징은 가공물(102)을 처리하기에(예를 들어, 하나 이상의 피처를 형성하기 위해) 충분하게, 광 강도(W/cm2로 측정됨), 플루언스(J/cm2로 측정됨) 등으로 프로세스 스폿에서 가공물(102)을 조사하기 위해 (예를 들어, 선택적으로 파장, 펄스 지속 시간, 평균 전력 및 펄스 반복률, 스폿 크기 등과 같은 하나 이상의 다른 특징에 기초하여) 선택될 수 있다.

레이저 소스(104)의 레이저의 유형의 예는 가스 레이저(예를 들어, 이산화탄소 레이저, 일산화탄소 레이저, 엑시머 레이저 등), 고체 상태 레이저(예를 들어, Nd:YAG 레이저 등), 로드 레이저, 파이버 레이저, 광자 결정 로드/파이버 레이저, 수동 모드 고정 고체 상태 벌크 또는 파이버 레이저, 염료 레이저, 모드 고정 다이오드 레이저, 펄스 레이저(예를 들어, ms-, ns-, ps-, fs-펄스 레이저), CW 레이저, QCW 레이저 등 또는 이들의 임의의 조합으로 특징지어질 수 있다. 이들의 구성에 의존하여, 가스 레이저(예를 들어, 이산화탄소 레이저 등)는 하나 이상의 모드(예를 들어, CW 모드, QCW 모드, 펄스 모드 또는 이들의 임의의 조합)로 동작하도록 구성될 수 있다.

B. 빔 변조기

전술한 바와 같이, 빔 변조기(106)는 레이저 소스(104)로부터 전파되는 레이저 에너지의 빔을 선택적으로 그리고 가변적으로 감쇠시키도록 동작한다. 빔 변조기(106)의 예는 가변 중립 밀도 필터, 음향-광학(AO) 변조기(AOM), AO 디플렉터(AOD), 액정 가변 감쇠기(LCVA), 미세-전자-기계 시스템(MEMS) 기반 VOA, 광 감쇠기 휠, 편광기/파장판 필터 등 또는 이들의 임의의 조합과 같은 하나 이상의 시스템을 포함할 수 있다.

i. 빔 변조기로서의 AOD에 관한 실시예

빔 변조기(106)가 하나 이상의 AOM들 또는 AOD들, 또는 이들의 임의의 조합으로서 제공될 때, 빔 변조기(106)는 또한 레이저 소스(104)에 의해 생성된 레이저 에너지의 빔을 회절시키고 스캐너(108)에 대해 빔 경로(114)를 편향시키도록 동작될 수 있다. 일 실시예에서, 빔 변조기(106)는 또한 (예를 들어, 118에 표시된 바와 같은 각도 범위 내의 빔 경로(114)를 편향시킴으로써) X-축(또는 방향), Y-축(또는 방향) 또는 이들의 조합을 따르는 가공물(102)에 대한 빔 축의 이동을 부여하도록 동작될 수 있다. 비록 도시되지 않지만, Y-축(또는 Y-방향)은 예시된 X-축 및 Z-축(또는 방향들)과 직교하는 축(또는 방향)을 지칭하는 것으로 이해될 것이다.

일 실시예에서, 빔 변조기(106)는, 결정질 게르마늄(Ge), 갈륨 비소(GaAs), 울페나이트(PbMoO4), 이산화텔루르(TeO2), 결정질 석영, 유리질 SiO2, 삼황화 비소(As2S3), 니오브산 리튬(LiNbO3) 등 또는 이들의 임의의 조합과 같은 재료로 형성된 AO 셀을 각각 갖는 하나 이상의 AOD들을 포함하는 AO 디플렉터(AOD) 시스템으로서 제공될 수 있다. AO 셀이 형성되는 재료는 AO 셀에 입사되도록 빔 경로(114)를 따라 전파되는 레이저 에너지의 파장에 의존할 것임이 이해될 것이다. 예를 들어, 편향될 레이저 에너지의 파장이 2㎛(또는 그 정도) 내지 20㎛(또는 그 정도) 범위인 결정질 게르마늄과 같은 재료가 사용될 수 있고, 편향될 레이저 에너지의 빔의 파장이 1㎛(또는 그 정도) 내지 11㎛(또는 그 정도) 범위인 비화 갈륨 및 삼황화 비소와 같은 재료가 사용될 수 있고, 편향될 레이저 에너지의 파장이 200nm(또는 그 정도) 내지 5㎛(또는 그 정도) 범위인 유리질 SiO2, 석영, 니오브산 리튬, 울페나이트 및 이산화 텔루르와 같은 재료가 사용될 수 있다.

당업자에 의해 인지될 바와 같이, AO 기술(예를 들어, AOD들, AOM들 등)은 AO 셀을 통해(즉, AOD 내의 “광축”을 따라) 동시에 전파되는 입사 광학 파(즉, 본 출원의 맥락에서, 레이저 에너지의 빔)를 회절시키기 위해 AO 셀을 통해(즉, AOD의 “회절 축”을 따라) 전파되는 하나 이상의 음파에 의해 야기되는 회절 효과를 이용한다. 레이저 에너지의 입사 빔의 회절은 통상적으로 0차 및 1차 회절 피크를 포함하는 회절 패턴을 생성하고, 다른 고차 회절 피크(예를 들어, 2차, 3차 등)도 또한 포함할 수 있다. 당업계에 공지된 바와 같이, 0차 회절 피크에서 레이저 에너지의 회절된 빔의 부분은 “0차” 빔으로 지칭되고, 1차 회절 피크에서 레이저 에너지의 회절된 빔 부분은 “1차” 빔으로, 그리고 계속해서 이런 식으로 지칭된다. 일반적으로, 0차 빔 및 다른 회절된 차수 빔(예를 들어, 1차 빔 등)은 AO 셀을 빠져나가 때(예를 들어, AO 셀의 광 출력 측을 통해) 상이한 빔 경로를 따라 전파된다. 예를 들어, 0차 빔은 0차 빔 경로를 따라 전파되고, 1차 빔은 1차 빔 경로를 따라 전파되고, 계속해서 이런 식으로 전파된다. 본 명세서에서 달리 명시되지 않는 한, AO 셀을 빠져나가는 빔 경로(114)는 1차 빔 경로에 대응한다. 비록 도시되지 않지만, 장치(100)는, 당업계에 공지된 바와 같이, 0차 빔 경로 또는 1차 빔 경로 이외의 임의의 빔 경로를 따라 빔 변조기(106)로부터 전파되는 레이저 에너지를 흡수하도록 배열되고 구성되는 하나 이상의 빔 덤프(beam dump) 또는 트랩을 포함할 것이다.

음파는 통상적으로 초음파 변환기 소자에 (예를 들어, 빔 변조기(106)의 하나 이상의 드라이버로부터의) RF 구동 신호를 인가함으로써 AO 셀 안으로 발사된다. RF 구동 신호의 특징(예를 들어, 진폭, 주파수, 위상 등)은 입사 광파가 회절되는 방식을 조정하기 위해 (예를 들어, 제어기(122), 구성 요소별 제어기 등 또는 이들의 임의의 조합에 의해 출력되는 하나 이상의 제어 신호에 기초하여) 제어될 수 있다.

예를 들어, 인가된 RF 구동 신호의 주파수는 빔 경로(114)가 편향되는 각도를 결정할 것이다. 당업계에 공지된 바와 같이, 빔 경로(114)가 편향되는 각도(Θ)는 이하와 같이 계산될 수 있다.

여기서 λ는 레이저 에너지의 빔의 광학 파장이고, f는 인가된 RF 구동 신호의 주파수이며, v는 AO 셀 내의 음파의 속도이다. 인가된 RF 구동 신호의 주파수가 다중 주파수로 구성된다면, 빔 경로(114)는 동시에 다중 각도로 편향될 것이다.

또한, 인가된 RF 구동 신호의 진폭은 AOD의 회절 효율에 영향을 가질 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 “회절 효율”은 1차 빔으로 AOD의 AO 셀 내에서 회절되는 AOD에 입사하는 레이저 에너지의 빔의 에너지의 비율을 지칭한다. 따라서 회절 효율은 AOD에 입사되는 레이저 에너지의 입사 빔의 광 출력에 대한 AOD에 의해 발생된 1차 빔의 광 출력의 비율로 표현될 수 있다. 따라서, 인가된 RF 구동 신호의 진폭은 AOD에 의해 출력되는 1차 빔의 광 출력에 큰 영향을 가질 수 있다. 따라서, 빔 변조기(106)는 원하는 또는 그렇지 않으면 적절한 진폭을 갖는 인가된 RF 신호에 의해 구동될 때 레이저 에너지의 입사 빔을 바람직하게 감쇠시키도록 동작될 수 있다. 또한 AOD의 회절 효율은 AOD를 구동하기 위해 인가되는 RF 구동 신호의 주파수 함수로서 또한 변할 수 있다는 것에 또한 유의해야 한다.

AO 셀을 빠져나가는 빔 경로(114)가 중심으로 하여(예를 들어, 빔 경로(114)가 AO 셀에 입사할 때 빔 경로(114)에 대해) 회전되는 축(또한 본 명세서에서 “회전 축”이라고 지칭됨)은 AO 셀의 회절 축 그리고 AOD가 레이저 에너지의 입사 빔을 회절시키도록 동작되거나 구동될 때 AO 셀 내에서 전파되는 레이저 에너지의 입사 빔이 따르는 광축 모두와 직교한다. 따라서 AOD는 AO 셀의 회절 축 및 AO 셀 내의 광축을 포함하는(또는 그렇지 않으면 일반적으로 이에 평행한) 평면(또한 본 명세서에서 “편향 평면”이라고 지칭됨) 내에서 입사 빔 경로(114)를 편향시킨다. AOD가 편향 평면 내에서 빔 경로(114)를 편향시킬 수 있는 공간 규모는 본 명세서에서 해당 AOD의 “스캔 필드”로 지칭된다. 따라서, 빔 변조기(106)의 제1 스캔 필드는 (예를 들어, 빔 변조기(106)가 단일 AOD를 포함하는 경우에) 단일 AOD의 스캔 필드에 대응하거나 (예를 들어, 빔 변조기(106)가 다수의 AOD들을 포함하는 경우에) 다수의 AOD들의 결합된 스캔 필드에 대응하는 것으로 간주될 수 있다.

빔 변조기(106)의 동작 동안, RF 구동 신호는 빔 변조기(106)의 하나 이상의 초음파 변환기에 반복적으로 인가된다. RF 구동 신호가 인가되는 레이트는 또한 “갱신률” 또는 “재생률”로 지칭된다. 예를 들어, 빔 변조기(106)의 갱신률은 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 보다 더 크거나, 동일하거나 또는 더 작은, 또는 임의의 이들 값 사이일 수 있다.

ii. 빔 축의 이동을 부여하기 위한 빔 변조기의 사용에 관한 추가 논의

일 실시예에서, 빔 변조기(106)는 가공물(102)에 대한 빔 축의 이동을 부여하도록 (즉, 단독으로 또는 스캐너(108)와 함께) 동작될 수 있다. 빔 변조기(106)에 의한 빔 축의 이동은 일반적으로 프로세스 스폿이 스캔 렌즈(112)에 의해 투영된 제1 스캔 필드 내에 스캔되거나, 이동되거나 또는 그렇지 않으면 위치될 수 있도록 제한된다. 일반적으로, 그리고 빔 변조기(106)의 구성, 빔 경로(114)를 따른 빔 변조기(106)의 위치, 빔 변조기(106)에 입사하는 레이저 에너지의 빔의 빔 크기, 스폿 크기 등과 같은 하나 이상의 요인에 의존하여, 제1 스캔 필드는, X- 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 보다 더 작거나, 더 크거나 또는 동일한, 또는 임의의 이들 값 사이의 거리로 연장될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 “빔 크기”는 레이저 에너지의 빔의 직경 또는 폭을 지칭하며, 빔 축으로부터 광 강도가 빔 경로(114)를 따르는 전파 축에서의 광 강도의 1/e2로 강하되는 지점까지의 방사상 또는 횡방향 거리로서 측정될 수 있다. (예를 들어, 본 명세서에서 “X-Y 평면”이라 지칭되는, X-축 및 Y-축을 갖는 평면에서) 제1 스캔 필드의 최대 치수는 가공물(102)에 형성되는 피처(예를 들어, 개구, 리세스, 비아, 트렌치(trench) 등)의 최대 치수(X-Y 평면에서 측정됨)보다 더 크거나, 동일하거나 또는 더 작을 수 있다.

일 실시예에서, AOD 시스템은 적어도 하나(예를 들어, 하나 둘, 셋, 넷, 다섯, 여섯 등)의 단일 소자 AOD, 적어도 하나(예를 들어, 하나, 둘, 셋, 넷, 다섯, 여섯 등)의 다중 소자 AOD 등 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 단지 하나의 AOD를 포함하는 AOD 시스템이 본 명세서에서 “단일 셀 AOD 시스템”이라고 지칭되고, 하나 이상의 AOD를 포함하는 AOD 시스템이 본 명세서에서 “다중 셀 AOD 시스템”이라고 지칭된다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, “단일 소자” AOD는 AO 셀에 음향적으로 커플링된 단지 하나의 초음파 변환기 소자를 갖는 AOD를 지칭하는 반면, “다중 소자” AOD는 공통 AO 셀에 음향적으로 커플링된 적어도 두 개의 초음파 변환기 소자를 포함한다. AOD 시스템은 대응하는 방식으로 빔 경로(114)를 편향시킴으로써 단일 축 AOD 시스템(예를 들어, 단일 축을 따라 빔 축을 편향시키도록 동작함) 또는 다축 AOD 시스템(예를 들어, X-축을 따라, Y-축을 따라 또는 이들의 임의의 조합과 같은 하나 이상의 축을 따라 빔 축을 편향시키도록 동작함)으로서 제공될 수 있다. 일반적으로, 다축 AOD 시스템은 단일 또는 다중 셀 AOD 시스템으로 제공될 수 있다. 다중 셀, 다축 AOD 시스템은 통상적으로 다수의 AOD를 포함하며, 이들 각각은 상이한 축을 따라 빔 축을 편향시키도록 동작한다. 예를 들어, 다중 셀, 다축 시스템은 하나의 축을 따라(예를 들어, X-축을 따라) 빔 축을 편향시키도록 동작하는 제1 AOD(예를 들어, 단일 또는 다중 소자 AOD 시스템) 및 제2 축을 따라(예를 들어, Y-축을 따라) 빔 축을 편향시키도록 동작하는 제2 AOD(예를 들어, 단일 또는 다중 소자 AOD)를 포함할 수 있다. 단일 셀, 다축 시스템은 통상적으로 2개의 축을 따라(예를 들어, X-축 및 Y-축을 따라) 빔 축을 편향시키도록 동작하는 단일 AOD를 포함한다. 예를 들어, 단일 셀, 다축 시스템은 공통 AO 셀의 수직으로 배열된 평면, 측면(facets), 측 등에 음향적으로 커플링된 적어도 두 개의 초음파 변환기 소자를 포함할 수 있다.

빔 변조기(106)는 빔 변조기(106)가 제1 스캔 필드 내의 임의의 위치에 프로세스 스폿을 위치시키는(따라서 빔 축을 이동시키는) 레이트를 지칭하는 “제1 포지셔닝 레이트”를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다. 이 범위는 또한 본 명세서에서 제1 포지셔닝 대역폭이라고 지칭된다. 제1 포지셔닝 레이트의 역수는 본 명세서에서 “제1 포지셔닝 기간”으로 지칭되며, 따라서 프로세스 스폿의 위치가 제1 스캔 필드 내의 한 위치에서 제1 스캔 필드 내의 다른 위치로 변경되기 전에 경과되는 시간의 최소 양을 지칭한다. 따라서, 빔 변조기(106)는 200㎲, 125㎲, 100㎲, 50㎲, 33㎲, 25㎲, 20㎲, 15㎲, 13.3㎲, 12.5㎲, 10㎲, 4㎲, 2㎲, 1.3㎲, 1㎲, 0.2㎲, 0.1㎲, 0.05㎲, 0.025㎲, 0.02㎲, 0.013㎲, 0.01㎲, 0.008㎲, 0.0067㎲, 0.0057㎲, 0.0044㎲, 0.004㎲ 등 보다 더 크거나, 동일하거나 또는 더 작은, 또는 임의의 이들 값 사이의 제1 포지셔닝 기간을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.

레이저 소스(104)에 의해 출력되는 레이저 에너지의 빔이 일련의 레이저 펄스로서 나타날 때, 빔 변조기(106)는 상이한 각도로 빔 경로(114)를 편향시키도록 동작될 수 있다. 일 실시예에서, 갱신률은 레이저 펄스 각각의 펄스 지속 시간보다 더 크거나 동일하다. 따라서, 레이저 펄스는 AOD가 고정 RF 구동 주파수(또는 RF 구동 주파수의 고정된 세트)에서 구동되는 동안 AOD의 AO 셀을 통과할 수 있다. 레이저 펄스가 AOD의 AO 셀을 통과하는 동안 AOD에 인가된 고정 RF 구동 주파수(또는 RF 구동 주파수의 고정된 세트)를 유지하는 것은 일반적으로 레이저 펄스의 전체 펄스 지속 시간 동안 레이저 펄스가 균일하게 편향되는 것을 초래하며, 따라서 또한 “전체 펄스 편향”이라고 지칭된다. 하지만, 다른 실시예에서, 갱신률은 레이저 펄스의 펄스 지속 시간보다 작을 수 있으며; RF 구동 주파수(또는 RF 구동 주파수의 세트 내의 주파수)가 변경되는 동안 레이저 펄스가 AOD의 AO 셀을 통과할 수 있다. 레이저 펄스가 AOD의 AO 셀을 통과하는 동안 AOD에 인가되는 RF 구동 주파수를 변경하는 것은 AOD에 입력되는 레이저 펄스를 시간적으로 분할하는 것을 초래할 수 있어서, 또한 “부분 펄스 편향” 또는 “펄스 슬라이싱(slicing)”으로 지칭될 수 있다. AOD의 회절 효율을 0 또는 상당한 수준으로 감소시키기 위해(즉, AOD에 입사하는 레이저 에너지의 상당 부분이 0차 빔 경로를 따라 전파되도록) 인가된 RF 구동 신호의 진폭을(예를 들어, 0 또는 에너지의 미미한 비율이 1차 빔 경로로 회절되는 경우인 일부 공칭 진폭으로) 변경하는 것은 또한 AOD에 입력되는 레이저 펄스를 시간적으로 분할(즉, 펄스 슬라이싱)하는 것을 초래할 수 있다.

펄스 슬라이싱이 수행되면, AOD를 빠져나가는 레이저 펄스는 AOD에 입력된 레이저 펄스의 펄스 지속 시간보다 더 작은 펄스 지속 시간을 가질 것이다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, AOD에 입력되는 레이저 펄스는 또한 “마더(mother) 펄스”라고 지칭되며, 마더 펄스로부터 시간적으로 분할되며 빔 경로(114)를 따라 AOD를 빠져나가는 레이저 펄스는 또한 본 명세서에서 “펄스 슬라이드”라고 지칭된다. 펄스 슬라이싱 기술이 본 명세서에서는 레이저 펄스를 시간적으로 분할하기 위해 인가되는 것으로 설명되지만, 이러한 기술은 마찬가지로 연속적 또는 준연속적 레이저 빔으로서 나타나는 레이저 에너지의 빔을 시간적으로 분할하기 위해 인가될 수 있음이 이해될 것이다.

C. 스캐너

일반적으로, 스캐너(108)는 X-축(또는 방향), Y-축(또는 방향), 또는 이들의 조합을 따라 가공물(102)에 대한 빔 축의 이동을 부여하도록 동작한다.

스캐너(108)에 의해 부여된 바와 같은, 가공물(102)에 대한 빔 축의 이동은 일반적으로 프로세스 스폿이 스캔 렌즈(112)에 의해 투영된 제2 스캔 필드 내에서 스캔되거나, 이동되거나 또는 그렇지 않으면 위치될 수 있도록 제한된다. 일반적으로, 그리고 스캐너(108)의 구성, 빔 경로(114)를 따른 스캐너(108)의 위치, 스캐너(108)에 입사하는 레이저 에너지의 빔의 빔 크기, 스폿 크기 등과 같은 하나 이상의 요인에 의존하여, 제2 스캔 필드는 제1 스캔 필드의 대응 거리보다 더 큰 거리로, X-방향 또는 Y-방향 중 임의의 방향으로, 연장될 수 있다. 상기의 관점에서, 제2 스캔 필드는, 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 보다 더 작거나, 더 크거나 또는 동일한, 또는 임의의 이들 값 사이의 거리로 연장될 수 있다. (예를 들어, X-Y 평면 내의)제2 스캔 필드의 최대 치수는 가공물(102)에 형성되는 피처(예를 들어, 개구, 리세스, 비아, 트렌치, 스크라이브 라인(scribe line), 도전성 트레이스 등)의 최대 치수(X-Y 평면에서 측정됨)보다 더 크거나, 동일하거나 또는 더 작을 수 있다.

본 명세서에 설명된 구성의 관점에서, 빔 변조기(106)에 의해 부여된 빔 축의 임의의 이동은 스캐너(108)에 의해 부여된 빔 축의 이동에 의해 중첩될 수 있음이 인지되어야 한다. 따라서, 스캐너(108)는 제2 스캔 필드 내에서 제1 스캔 필드를 스캔하도록 동작한다.

일반적으로, 스캐너(108)가 제2 스캔 필드 내의 임의의 위치에 프로세스 스폿을 위치시킬(따라서 제2 스캔 필드 내에서 빔 축을 이동 및/또는 제2 스캔 필드 내에서 제1 스캔 필드를 스캐닝할) 수 있는 포지셔닝 레이트는 제1 포지셔닝 대역폭보다 작은 범위(또한 본 명세서에서 “제2 포지셔닝 대역폭”이라고 지칭됨)에 걸쳐있다. 일 실시예에서, 제2 포지셔닝 대역폭은 500Hz(또는 그 정도) 내지 8kHz(또는 그 정도)의 범위에 있다. 예를 들어, 제2 포지셔닝 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 보다 더 크거나, 동일하거나 또는 더 작은, 또는 임의의 이들 값 사이일 수 있다.

일 실시예에서, 스캐너(108)는 두 개의 검류계 미러 구성 요소, 즉 X-축을 따르는 가공물(102)에 대한 빔 축의 이동을 부여하도록 배열된 제1 검류계 미러 구성 요소(예를 들어, X-축 검류계 미러 구성 요소) 및 Y-축을 따르는 가공물(102)에 대한 빔 축의 이동을 부여하도록 배열된 제2 검류계 미러 구성 요소(예를 들어, Y-축 검류계 미러 구성 요소)를 포함하는 검류계 미러 시스템으로서 제공될 수 있다. 하지만, 다른 실시예에서, 스캐너(108)는 X-축 및 Y-축을 따르는 가공물(102)에 대한 빔 축의 이동을 부여하도록 배열된 단일 검류계 미러 구성 요소만을 포함하는 검류계 미러 시스템으로서 제공될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 스캐너(108)는 회전 폴리곤 미러 시스템, AOD 시스템 등 또는 이들의 임의의 조합으로서 제공될 수 있다.

D. 스테이지

스테이지(110)는 스캔 렌즈(112)에 대한 가공물(102)의 이동을 부여하고, 결과적으로, 빔 축에 대한 가공물(102)의 이동을 부여하도록 동작한다. 빔 축에 대한 가공물(102)의 이동은 일반적으로 프로세스 스폿이 제3 스캔 필드 내에 스캔되거나, 이동되거나 또는 그렇지 않으면 위치될 수 있도록 제한된다. 스테이지(110)의 구성과 같은 하나 이상의 인자에 의존하여, 제3 스캔 필드는, X-방향, Y-방향 또는 이들의 임의의 조합의 방향으로, 제2 스캔 필드의 대응하는 거리보다 더 크거나 동일한 거리로 연장될 수 있다. 하지만, 일반적으로, (예를 들어, X-Y 평면에서)제3 스캔 필드의 최대 치수는 가공물(102)에 형성되는 임의의 특징의 대응하는 최대 치수(X-Y 평면에서 측정됨)보다 더 크거나 동일할 것이다. 선택적으로, 스테이지(110)는 Z-방향으로 (예를 들어, 1mm 내지 50mm 사이의 범위에 걸쳐) 연장되는 스캔 필드 내에서 빔 축에 대해 가공물(102)를 이동시키도록 동작할 수 있다. 따라서, 제3 스캔 필드는 X-, Y- 및/또는 Z-방향을 따라 연장될 수 있다.

지금까지 설명된 바와 같이, 장치(100)는 스테이지(110)로서 소위 “적층된(stacked)” 포지셔닝 시스템을 이용할 수 있으며, 이는 빔 변조기(106), 스캐너(108), 스캔 렌즈(112)와 같은 다른 구성 요소의 위치가 가공물(102)에 대해 장치(100) 내에서 정적으로 유지되는 동안 (예를 들어, 당업계에 공지된 바와 같이, 하나 이상의 지지부, 프레임 등을 통하여) 가공물(102)이 이동되는 것을 가능하게 한다. 다른 실시예에서, 스테이지(110)는 빔 변조기(106), 스캐너(108), 스캔 렌즈(112) 등 또는 이들의 임의의 조합과 같은 하나 이상의 구성 요소를 이동시키도록 배열되고 동작할 수 있으며, 가공물(102)는 정적으로 유지될 수 있다.

또 다른 실시예에서, 스테이지(110)는 소위 “분할-축” 포지셔닝 시스템으로서 제공될 수 있으며, 여기서 빔 변조기(106), 스캐너(108), 스캔 렌즈(112) 등 또는 이들의 임의의 조합과 같은 하나 이상의 구성 요소는 하나 이상의 선형 또는 회전 스테이지(예를 들어, 프레임, 갠트리(gantry) 등에 장착됨)에 의해 운반되고 가공물(102)은 하나 이상의 다른 선형 또는 회전 스테이지에 의해 운반된다. 이러한 실시예에서, 스테이지(110)는 스캔 헤드(예를 들어, 스캐너(108) 및 스캔 렌즈(112)를 포함)와 같은 하나 이상의 구성 요소를 이동시키도록 배열되고 동작하는 하나 이상의 선형 또는 회전 스테이지 그리고 가공물(102)을 이동시키도록 배열되고 동작하는 하나 이상의 선형 또는 회전 스테이지를 포함한다. 예를 들어, 스테이지(110)는 Y-방향을 따르는 가공물(102)의 이동을 부여하기 위한 Y-스테이지 및 X-방향을 따르는 스캔 헤드의 이동을 부여하기 위한 X-스테이지를 포함할 수 있다.

스테이지(110)가 Z-스테이지를 포함하는 일 실시예에서, Z-스테이지는 Z-방향을 따라 가공물(102)를 이동시키도록 배열되고 구성될 수 있다. 이 경우, Z-스테이지는 가공물(102)을 이동 또는 위치시키기 위해 전술한 다른 스테이지 중 하나 이상에 의해 운반될 수 있고, 가공물(102)을 이동 또는 위치시키기 위해 전술한 다른 스테이지 중 하나 이상을 운반할 수 있거나, 이들의 임의의 조합도 가능하다. 스테이지(110)가 Z-스테이지를 포함하는 다른 실시예에서, Z-스테이지는 Z-방향을 따라 스캔 헤드를 이동시키도록 배열되고 구성될 수 있다. 따라서, 스테이지(110)가 분할-스테이지 포지셔닝 시스템으로 제공되는 경우, Z-스테이지는 X-스테이지를 운반하거나 X-스테이지에 의해 운반될 수 있다. 가공물(102) 또는 스캔 헤드를 Z-방향을 따라 이동하는 것은 가공물(102)에서의 스폿 크기의 변경을 초래할 수 있다.

또 다른 실시예에서, 스캐너(108), 스캔 렌즈(112) 등과 같은 하나 이상의 구성 요소는 다관절, 다축 로봇 아암(예를 들어, 2-, 3-, 4-, 5-, 또는 6-축 아암)에 의해 운반될 수 있다. 이러한 실시예에서, 스캐너(108) 및/또는 스캔 렌즈(112)는, 선택적으로는, 로봇 아암의 엔드 이펙터에 의해 운반될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 가공물(102)은 다관절, 다축 로봇 아암의 엔드 이펙터 상에서 직접(즉, 스테이지(110) 없이) 운반될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 스테이지(110)는 다관절 다축 로봇 아암의 엔드 이펙터 상에 운반될 수 있다.

E. 스캔 렌즈

스캔 렌즈(112)(예를 들어, 단순 렌즈 또는 복합 렌즈로서 제공됨)는 일반적으로 빔 경로를 따라 지향되는 레이저 에너지의 빔을 집속하도록 구성되어서, 원하는 프로세스 스폿에 또는 그 근처에 위치될 수 있는 빔 웨이스트를 발생시킨다. 스캔 렌즈(112)는 비-텔레센트릭(non-telecentric) f-세타(f-theta) 렌즈(도시된 바와 같음), 텔레센트릭 f-세타 렌즈, 액시콘(axicon) 렌즈(이 경우, 일련의 빔 웨이스트가 발생되며, 빔 축을 따라 서로 변위되는 복수의 프로세스 스폿을 생성함) 등 또는 이들의 임의의 조합으로 제공될 수 있다.

일 실시예에서, 스캔 렌즈(112)는 고정 초점 길이 렌즈로서 제공되고, 스캔 렌즈(112)를 이동시키도록(예를 들어, 빔 축을 따라 빔 웨이스트의 위치를 변경하기 위해) 동작하는 스캔 렌즈 포지셔너(예를 들어, 렌즈 액추에이터, 도시되지 않음)에 커플링된다. 예를 들어, 렌즈 액추에이터는 Z-방향을 따라 스캔 렌즈(112)를 선형으로 병진시키도록 동작하는 보이스 코일(voice coil)로서 제공될 수 있다. 이 경우, 스캔 렌즈(112)는 용융 실리카, 광학 유리, 셀렌화 아연, 황화 아연, 게르마늄, 비화 갈륨, 불화 마그네슘 등과 같은 재료로 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 스캔 렌즈(112)는 빔 축을 따라 빔 웨이스트의 위치를 변경하기 위해 (예를 들어, 렌즈 액추에이터를 통하여) 가동될 수 있는 가변 초점 길이 렌즈(예를 들어, 줌 렌즈, 또는 COGNEX, VARIOPTIC 등에 의해 현재 제공되는 기술을 통합한 소위 “액체 렌즈”)로서 제공된다. 빔 축을 따라 빔 웨이스트의 위치를 변경하는 것은 가공물(102)에서의 스폿 크기의 변경을 초래할 수 있다.

장치(100)가 렌즈 액추에이터를 포함하는 실시예에서, 렌즈 액추에이터는 (예를 들어, 스캐너(108)에 대하여 스캔 헤드 내에서 스캔 렌즈(112)의 이동을 가능하게 하기 위해) 스캔 렌즈(112)에 커플링될 수 있다. 대안적으로, 렌즈 액추에이터는 (예를 들어, 스캔 헤드 자체의 이동을 가능하게 하기 위해, 이 경우 스캔 렌즈(112)와 스캐너(108)는 함께 움직일 것이다) 스캔 헤드에 커플링될 수 있다. 다른 실시예에서, 스캔 렌즈(112)와 스캐너(108)는 (예를 들어, 스캔 렌즈(112)가 통합된 하우징이 스캐너(108)가 통합된 하우징에 대해 이동 가능하도록) 상이한 하우징에 통합된다.

F. 제어기

일반적으로, 장치(100)는 장치(100)의 동작을 제어하거나 제어를 용이하게 하기 위해 제어기(122)와 같은 하나 이상의 제어기를 포함한다. 일 실시예에서, 제어기(122)는 레이저 소스(104), 빔 변조기(106), 스캐너(108), 스테이지(110), 렌즈 액추에이터, 스캔 렌즈(112)(가변 초점 길이 렌즈로서 제공될 때) 등과 같은 장치(100)의 하나 이상의 구성 요소에 (예를 들어, USB, RS-232, 이더넷(Ethernet), 파이어와이어(Firewire), Wi-Fi, RFID, NFC, 블루투스(Bluetooth), Li-Fi, SERCOS, MARCO, EtherCAT등과 같은 하나 이상의 유선 또는 무선, 직렬 또는 병렬 통신 링크 또는 이들의 임의의 조합을 통해) 통신적으로 커플링되며, 이러한 하나 이상의 구성요소는 따라서 제어기(122)에 의해 출력되는 하나 이상의 제어 신호에 응답하여 동작한다.

예를 들어, 제어기(122)는 빔 변조기(106)의 동작을 제어할 수 있어서 그에 입사되는 레이저 에너지의 빔을 선택적으로 그리고 가변적으로 감쇠시키거나, (예를 들어, 빔 축과 가공물 사이에 상대 이동을 부여해서 경로 또는 궤적(또한 본 명세서에서 “프로세스 궤적”이라고 지칭됨)을 따르는 프로세스 스폿과 가공물(102) 사이의 상대 이동을 야기하도록)빔 경로(114)를 편향시키거나, 또는 이들의 조합을 수행한다. 마찬가지로, 제어기(122)는 빔 축과 가공물 사이의 상대 이동을 부여하기 위해 스캐너(108), 스테이지(110) 또는 이들의 임의의 조합의 동작을 제어할 수 있어서 프로세스 궤적을 따르는 프로세스 스폿과 가공물(102) 사이의 상대 이동을 유발한다.

일반적으로, 제어기(122)는 명령 실행 시 전술한 제어 신호를 생성하도록 동작하는 하나 이상의 프로세서를 포함한다. 프로세서는 명령을 실행하도록 동작하는 프로그래밍 가능한 프로세서(예를 들어, 하나 이상의 범용 컴퓨터 프로세서, 마이크로프로세서, 디지털 신호 프로세서 등 또는 이들의 임의의 조합을 포함함)로서 제공될 수 있다. 프로세서(들)에 의해 실행 가능한 명령은 소프트웨어, 펌웨어 또는 프로그래밍 가능한 논리 장치(PLD)들, 필드 프로그래밍 가능한 게이트 어레이(FPGA)들, 필드 프로그래밍 가능한 개체 어레이(FPOA)들, 주문형 집적 회로(ASIC)들 - 디지털, 아날로그 및 혼합 아날로그/디지털 회로를 포함함 - 등 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 임의의 적절한 형태의 회로로 구현될 수 있다. 명령의 실행은 하나의 프로세서에서 수행될 수 있거나, 프로세서 간에 분배될 수 있거나, 장치 내의 프로세서 또는 장치의 네트워크에 걸쳐 병렬로 이루어질 수 있는 등 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다.

일 실시예에서, 제어기(122)는 프로세서에 의해 (예를 들어, 하나 이상의 유선 또는 무선 통신 링크를 통하여) 액세스 가능한 컴퓨터 메모리와 같은 유형 매체를 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, “컴퓨터 메모리”는 자기 매체(예를 들어, 자기 테이프, 하드 디스크 드라이브 등), 광 디스크, 휘발성 또는 비휘발성 반도체 메모리(예를 들어, RAM, ROM, NAND-타입 플래시 메모리, NOR-타입 플래시 메모리, SONOS 메모리 등) 등을 포함하며, 국부적으로, 원격으로(예를 들어, 네트워크에 걸쳐) 또는 이들의 조합으로 접속될 수 있다. 일반적으로, 명령은, 예를 들어, C, C++, Visual Basic, Java, Python, Tel, Perl, Scheme, Ruby, 어셈블리 언어, 하드웨어 설명 언어(예를 들어, VHDL, VERILOG 등) 등으로 기록된, 본 명세서에 제공된 설명으로부터 기능 보유자에 의해 쉽게 작성될 수 있는 컴퓨터 소프트웨어(예를 들어, 실행 가능한 코드, 파일, 명령 등, 라이브러리 파일 등)로 저장될 수 있다. 컴퓨터 소프트웨어는 컴퓨터 메모리에 의해 전달되는 하나 이상의 데이터 구조에 공통적으로 저장된다.

비록 도시되지 않지만, 하나 이상의 드라이버(예를 들어, RF 드라이버, 서보(servo) 드라이버, 라인 드라이버, 전원 등)는 레이저 소스(104), 빔 변조기(106), 스캐너(108), 스테이지(110), 렌즈 액추에이터, 스캔 렌즈(112)(가변 초점 길이 렌즈로 제공될 때) 등과 같은 하나 이상의 구성 요소의 입력부에 통신 가능하게 커플링될 수 있어서 이러한 구성 요소를 제어한다. 따라서, 레이저 소스(104), 빔 변조기(106), 스캐너(108), 스테이지(110), 렌즈 액추에이터, 스캔 렌즈(112)(가변 초점 길이 렌즈로 제공될 때) 등과 같은 하나 이상의 구성 요소는 당업계에 공지된 바와 같은 임의의 적절한 드라이버를 또한 포함하는 것으로 간주될 수 있다. 이러한 드라이버 각각은 통상적으로 제어기(122)에 통신적으로 커플링된 입력부를 포함할 것이고 제어기(122)는, 장치(100)의 하나 이상의 구성 요소와 연관된 하나 이상의 드라이버의 입력부(들)에 전달될 수 있는 하나 이상의 제어 신호(예를 들어, 트리거 신호 등)를 생성하도록 동작한다. 따라서 레이저 소스(104), 빔 변조기(106), 스캐너(108), 스테이지(110), 렌즈 액추에이터, 스캔 렌즈(112)(가변 초점 길이 렌즈로 제공될 때) 등과 같은 구성 요소는 제어기(122)에 의해 생성된 제어 신호에 응답한다.

비록 도시되지 않지만, 하나 이상의 추가 제어기(예를 들어, 구성 요소 특정 제어기)는, 선택적으로는, 레이저 소스(104), 빔 변조기(106), 스캐너(108), 스테이지(110), 렌즈 액추에이터, 스캔 렌즈(112)(가변 초점 길이 렌즈로 제공될 때) 등과 같은 구성 요소에 통신 가능하게 커플링된(및 따라서 구성 요소와 연관된) 드라이버의 입력부에 통신적으로 커플링될 수 있다. 이 실시예에서, 각각의 구성 요소 특정 제어기는 제어기(122)에 통신적으로 커플링될 수 있고, 제어기(122)로부터 수신된 하나 이상의 제어 신호에 응답하여, 그 후 통신 가능하게 커플링되는 드라이버(들)의 입력부(들)로 전달될 수 있는 하나 이상의 제어 신호(예를 들어, 트리거 신호 등)를 생성하도록 동작될 수 있다. 이 실시예에서, 구성 요소 특정 제어기는 제어기(122)와 관련하여 유사하게 설명된 바와 같이 동작할 수 있다.

하나 이상의 구성 요소 특정 제어기가 제공되는 다른 실시예에서, 하나의 구성 요소(예를 들어, 레이저 소스(104))와 연관된 구성 요소 특정 제어기는 하나의 구성 요소(예를 들어, 빔 변조기(106) 등)와 연관된 구성 요소 특정 제어기에 통신가능하게 커플링될 수 있다. 이 실시예에서, 구성 요소 특정 제어기들 중 하나 이상은 하나 이상의 다른 구성 요소 특정 제어기로부터 수신된 하나 이상의 제어 신호에 응답하여 하나 이상의 제어 신호(예를 들어, 트리거 신호 등)를 생성하도록 동작할 수 있다.

G. 후방 반사 감지 시스템

전술한 바와 같이, 유전체 기판(24) 내의 상이한 위치에 블라인드 비아 홀을 형성하기 위해 동일한 드릴링 파라미터가 사용된다면, (예를 들어, 유전체 기판(24)의 내재적인 조성 불균일성, 상부 전도체(20)의 표면 반사율/두께 변화 등으로 인해) 최종적으로 발생된 블라인드 비아 홀 사이의 형태에 약간의 가변성이 있을 수 있다. 바람직하지 않은 형태적 가변성의 가능성을 감소시키기 위해, 장치(100)에는 후방 반사 감지 시스템(124)이 제공될 수 있다. 후방 반사 감지 시스템(124)의 출력은 적응형 프로세싱 기술을 구현하기 위해 - 단독으로 또는 제어기(122)와 함께 - 사용되며, 이 적응형 프로세싱 기술에서 블라인드 비아 홀을 형성하기 위해 사용되는 프로세스의 하나 이상의 파라미터(예를 들어, 펄스 폭, 평균 전력, 피크 전력, 펄스 에너지, 레이저 펄스의 수 등 또는 이들의 임의의 조합)는 후방 반사 신호의 하나 이상의 특징에 기초하여 설정된다.

일반적으로, 후방 반사 신호는 가공물(102)에 의해 반사된 가공물(102)로 (예를 들어, 블라인드 비아 홀을 형성하는 프로세스 동안) 전달된 레이저 에너지의 빔의 일부이다. 처리될 가공물(102)의 재료 및 레이저 프로세싱 동안 가공물(102)에 전달되는 레이저 에너지의 빔의 파장에 의존하여, 가공물(102)이 스캔 렌즈(112)로부터 전달되는 레이저 에너지의 빔의 적어도 일부를 반사할 수 있는 것이 가능하다. 예를 들어, 레이저 에너지의 빔은 약 9.4㎛의 파장을 가질 수 있고, 가공물(102)은 도 1 및 도 2와 관련하여 전술한 것과 같은 PCB로서 제공될 수 있다. 이 경우, 가공물(102)에 전달된 레이저 에너지의 빔의 유효 비율은 상부 전도체(20)에 의해 스캔 렌즈(112)로 다시 반사될 수 있다. 가공물(102)(즉, 전술한 PCB)이 하부 전도체(22)에서 종료되는 블라인드 비아 홀(30)을 형성하도록 처리된다면, 하부 전도체(22)로 전달된 레이저 에너지의 빔의 일부는 또한 하부 전도체(22)에 의해 반사될 수 있다. 유전체 기판(24)의 하나 이상의 구성 요소(예를 들어, 수지 재료(26), 보강 재료(28), 또는 이들의 조합)는 또한 레이저 에너지의 빔의 일부를 반사할 수 있지만, 반사된 양은 통상적으로 상부 전도체(20) 또는 하부 전도체(22)에 의해 반사될 수 있는 부분보다 훨씬 적다는 것에 또한 유의해야 한다.

도 4에서, 후방 반사 감지 시스템(124)은 (빔 변조기(106)의 광 출력 및 스캐너(108)의 광 입력에 광학적으로 커플링되도록) 빔 변조기(106)와 스캐너(108) 사이의 위치에서 빔 경로(114)에 배열된 것으로 도시되어 있다. 따라서, 후방 반사 감지 시스템(124)은 빔 변조기(106)와 스캐너(108) 사이의 빔 경로(114)를 따른 위치로부터 후방 반사 신호의 적어도 일부를 포착하도록 동작한다. 하지만, 후방 반사 감지 시스템(124)은 빔 경로(114)를 따라 (예를 들어, 레이저 소스(104)와 빔 변조기(106) 사이, 스캐너(108)와 스캔 렌즈(112) 사이, 스캔 렌즈(112)와 가공물(102) 사이 등 또는 이들의 임의의 조합) 임의의 다른 적절한 또는 바람직한 위치 또는 위치들로부터 후방 반사 신호의 적어도 일부를 포착하기 위해 제공될 수 있다는 것이 이해될 것이다.

후방 반사 감지 시스템(124)은 또한 포착된 후방 반사 신호를 전자 신호(또한 본 명세서에서 “센서 신호”라고 지칭됨)로 변환하도록 동작한다. 그 후, 센서 신호는 가공물(102)이 블라인드 비아 홀을 형성하기 위해 추가로 처리되어야 하는지 여부를 결정하기 위해 (예를 들어, 후방 반사 감지 시스템(124) 또는 제어기(122)에서) 처리될 수 있다. 선택적으로, 센서 신호는 가공물(102)이 블라인드 비아 홀을 형성하기 위해 추가로 어떻게 처리되어야 하는지를 결정하기 위해 (예를 들어, 후방 반사 감지 시스템(124) 또는 제어기(122)에서) 처리된다. 후방 반사 감지 시스템(124)의 구성 및 동작, 그리고 센서 신호의 프로세싱에 관한 예시적인 실시예가 아래에서 더 상세히 설명된다.

III. 후방 반사 감지 시스템에 관한 예시적 실시예

도 5를 참조하면, 후방 반사 감지 시스템(124)은, 예를 들어, 편광 빔 스플리터(500), 파장판(502)(예를 들어, 1/4 파장판), 렌즈(504) 및 검출기(506)(예를 들어, 광 검출기)를 포함할 수 있다. 블라인드 비아 홀(예를 들어, 도 3과 관련하여 위에서 논의된 바와 같음)을 형성하기 위한 프로세스 동안, 레이저 에너지의 빔은 빔 변조기(106)로부터 빔 경로(114)를 따라 그리고 순차적으로 편광 빔 스플리터(500), 파장판(502), 스캐너(108) 및 스캔 렌즈(112)를 통해 전파되어 가공물(102)(예를 들어, 도 1 및 도 2와 관련하여 상기 논의된 바와 같은 PCB로서 제공됨)로 전달된다.

예시된 실시예에서, 레이저 에너지의 빔은 가공물(102)의 하나 이상의 재료에 의해 적어도 어느 정도 반사될 수 있는 파장(예를 들어, ~9.4㎛)을 갖는다. 따라서, 전달된 레이저 에너지의 빔의 일부는 가공물(102)에 의해 반사되어 스캔 렌즈(112), 스캐너(108) 및 파장판(502)을 통해 순차적으로 (예를 들어, 빔 경로(114)를 따라, 또는 상이한 빔 경로를 따라) 전파된다. 반사광은 편광 빔 스플리터(500)에 입사되기 전에 파장판(502)에 의해 편광된다. 따라서, 편광 빔 스플리터(500)는 파장판(502)으로부터 렌즈(504)로(예를 들어, 빔 경로(510)를 따라, 렌즈(504)로) 투과된 반사광을 반사한다. 렌즈(504)는 반사광을 검출기(506) 상으로 집속한다. 이 경우, 가공물(102)에 블라인드 비아 홀을 형성하는 동안 파장판(502)에서 후방 반사광을 편광시키고 빔 경로(510)를 따라 후방 반사광을 반사시키는 행위는 후방 반사 신호를 “포착”하는 것으로 여겨진다.

일반적으로, 검출기(506)는 입사 반사광(즉, 렌즈(504)로부터 경로(510)를 따라 전파됨)을 전류로 변환하고 전술한 센서 신호로서 전류를 (예를 들어, 제어기(122)로) 출력하도록 동작한다. 따라서, 검출기(506)의 출력은 그에 입사되는 반사광의 강도에 의존하여 변할 것이다.

IV. 후방 반사 신호에 관한 논의

도 6은 시간의 함수로서, (즉, 본 발명의 실시예에 따른, 블라인드 비아 홀의 형성 동안)후방 반사 감지 시스템(124)에 의해 포착된 예시적인 후방 반사 신호의 신호 강도를 예시하는 그래프이다. 구체적으로, 도 6에 도시된 그래프는 블라인드 비아 홀(예를 들어, 도 3과 관련하여 상기 논의됨)을 형성하기 위해 예시적인 초기(즉, 제1) 레이저 펄스가 가공물(102)(예를 들어, 도 1 및 도 2와 관련하여 상기 논의된 바와 같은 PCB로서 제공됨)에 전달되는 동안 포착된 예시적인 후방 반사 신호의 신호 강도를 예시한다.

논의의 목적을 위해, 도 6에 도시된 포착된 후방 반사 신호가 기초로 하는 초기 레이저 펄스는 약 10㎲ 내지 11㎲ 사이의 범위의 펄스 지속 시간 및 PCB의 상부 전도체(22)에 개구를 형성하고 그 아래의 유전체 기판(24)의 일부를 제거하기에 충분한 펄스 에너지를 갖는다고 가정할 수 있다. 하지만, 초기 레이저 펄스는 10㎲보다 작거나 11㎲보다 큰 펄스 지속 시간을 가질 수 있는 것이 이해될 것이다. 본 명세서에서 논의된 실시예들에 따르면, 가공물(102)에 블라인드 비아 홀을 형성하기 위한 프로세스에서 가공물(102)에 전달된 초기 레이저 펄스의 펄스 에너지는 “간접 절제(indirect ablation)”로 공지된 프로세스에 의해 상부 전도체(20)에 개구를 형성하고 또한 “직접 절제”로 공지된 프로세스에 의한 개구에 의해 노출된 유전체 기판(24)의 일부를 제거하기에 충분하다.

절제의 주된 원인이 재료에 의한 전달된 레이저 에너지의 빔 내의 에너지의 흡수(예를 들어, 선형 흡수, 비선형 흡수, 또는 이들의 임의의 조합)로 인한 재료의 분해일 때, 가공물(102) 내의 재료의 직접 절제가 발생한다. 절제의 주된 원인이 최종적으로 가공물(102)에 전달되는 레이저 에너지의 빔 내의 에너지를 흡수하는 인접한 재료에서 생성되고 이로부터 전달되는 열로 인한 용융 및 기화일 때, 가공물(102) 내의 재료의 간접 절제(또한 “리프트 오프(lift-off)”라고 공지됨)가 발생한다. 간접 절제(및 직접 절제)에 의한 재료의 제거에 관한 고려 사항은 당업계에 공지되며, 국제 공보 WO 2017/044646 A1에서 논의된다. 이 경우, 상부 전도체(20)가 가공물(102)로 전달된 초기 레이저 펄스의 일부를 반사하는 동안, 상부 전도체(20)는 초기 레이저 펄스에 의해 조사되는 결과로서 또한 가열된다. 열은 소실되거나 상부 전도체(20)로부터 초기 레이저 펄스에 의해 조사되는 상부 전도체(20)의 영역 아래의 유전체 기판(24) 영역으로 전달된다. 따라서, 시간이 지남에 따라, 유전체 기판(24)의 영역은 상부 전도체(20)로부터 전달된 열을 축적하고 기화된다. 상부 전도체(20)의 조사된 영역이 그의 프로세싱 임계 온도보다 높거나 또는 동일한 온도에 도달하지 않는다면, 유전체 기판(24)의 영역의 기화는 상부 전도체(20)의 조사된 영역 아래의 포켓 또는 공간(예를 들어, 유전체 기판(24)의 기화시 생성되는 가압된 가열 가스, 입자 등을 함유하는 고압 영역)을 생성하도록 작용한다. 그 후, 초기 레이저 펄스에 의해 조사된 상부 전도체(20)의 영역이 그의 프로세싱 임계 온도보다 높거나 또는 동일한 온도에 도달할 때, 그 아래의 포켓 내에 생성된 압력은 가공물로부터 상부 전도체(20)의 조사된 영역을 방출하기에 충분하며, 이에 의해 상부 전도체(20)를 “간접 절제”하여 아래에 놓이는 유전체 기판(24)을 노출시킨다.

다시 도 6을 참조하면, 초기 레이저 펄스와 연관된 후방 반사 신호는 비교적 높은 강도를 갖는 1차 강도 기간(600)에 이어 비교적 낮은 강도를 갖는 2차 강도 기간(602)을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 도 6에 도시된 예에서, 후방 반사 신호는 대략 처음 6㎲ 동안 (예를 들어, 약 0.5a.u.의 비교적 높은 신호 강도에서) 상당히 일정하다. 그 후, 신호 강도가 빠르게(예를 들어, 약 1㎲ 내지 1.5㎲의 기간에 걸쳐) 강하되고, 2차 피크(604)(예를 들어, 약 0.1a.u.)로 다시 잠시 증가하기 전에 (예를 들어, 약 2.5㎲의 기간에 걸쳐) 신호 강도의 보다 점진적인 감소가 이어지고 그 후 0으로 감소한다.

후방 반사 신호의 신호 강도의 진전은 블라인드 비아 홀의 형성과 관련된 간접 절제 프로세스의 역학을 인코딩한다. 예를 들어, 1차 강도 기간(600)의 비교적 높은 신호 강도는 블라인드 비아 홀의 프로세싱이 제1 레이저 펄스를 사용하여 개시될 때 상부 전도체(20)에 의해 반사된 광에 대응한다. 이 시간 동안, 유전체 기판(24)은 상부 전도체(20)로부터 전달된 열을 축적하고 기화하여 가압된 가열 가스, 입자 등의 포켓을 형성한다. 이후의 신호 강도의 가파른 강하는 상부 전도체(20)의 조사된 영역이 그의 프로세싱 임계 온도보다 높거나 또는 동일한 온도에 도달했고, 그 아래의 포켓 내에 생성된 압력이 상부 전도체(20)의 조사된 영역을 방출하며, 따라서 아래에 놓이는 유전체 기판(24)을 초기 레이저 펄스에 직접 노출시킨다는 것을 나타낸다. 따라서, 1차 강도 기간(600)의 지속 시간(t1)은 전달된 레이저 펄스가 상부 전도체(20)에 개구를 형성하는 데 걸리는 시간에 대응한다. 2차 강도 기간(602)의 신호 강도 피크(604)는 유전체 기판(24)의 일부가 제1 레이저 펄스에 의해 제거되어 하부 전도체(22)의 일부를 노출시킨다는 것(또한 본 명세서에서 유전체 기판(24)에 개구를 형성하는 것으로 지칭되는 행위)을 나타낸다. 도면 부호 608에서의 거의 0의 신호 강도로의 강하는 작업 표면에 충돌하는 레이저 펄스의 끝을 나타낸다.

A. 포착된 후방 반사 신호 특징에 관한 실시예

전술한 바와 같이, 후방 반사 감지 시스템(124)은 후방 반사 신호(즉, 초기 레이저 펄스가 가공물(102)에 전달되는 동안 포착됨)를 포착된 후방 반사 신호를 나타내는 센서 신호로 변환하도록 동작한다. 센서 신호는, 센서 신호에 의해 나타나거나 그렇지 않으면 그로부터 유도될 수 있는 포착된 후방 반사 신호의 하나 이상의 특징을 식별하기 위해 (예를 들어, 후방 반사 감지 시스템(124) 또는 제어기(122) 또는 이들의 조합에서) 처리될 수 있다. 센서 신호가 하나 이상의 포착된 후방 반사 신호 특징을 식별하기 위해 당업계에 공지된 하나 이상의 적절한 신호 프로세싱 기술을 사용하여 처리될 수 있는 것이 이해될 것이다. 포착된 후방 반사 신호의 이러한 특징의 예시적인 실시예는 아래에서 더 상세하게 설명된다.

i. 1차 강도 기간의 지속 시간

프로세싱 결정을 내리는 데 사용될 수 있는 포착된 후방 반사 신호의 특징의 일 실시예는 1차 강도 기간(600)의 지속 시간(t1)이다. 도 6에서, 1차 강도 기간(600)의 지속 시간은 시간에 대한 포착된 후방 반사 신호의 신호 강도의 반치폭(FWHM)에 기초하여 측정된다. 하지만, 다른 실시예에서, 1차 강도 기간은 후방 반사 신호가 포착되는 초기 레이저 펄스의 펄스 상승 시간의 끝과 일치하는 것으로 간주될 수 있다. 펄스 상승 시간은 레이저 펄스의 리딩 에지가 피크 펄스 진폭의 10%로부터 90%로 상승하는 데 요구되는 시간의 간격으로 간주될 수 있다. 또한 도 6에 도시된 바와 같이, 지속 시간(t2)은 1차 강도 기간(600)의 끝에서 시작하여 레이저 펄스의 끝까지의 기간을 나타낸다.

상기 지속 시간들(t1 및 t2)의 정의가 주어지면, t1이 감소함에 따라 t2가 증가할 것이라는 것이 명백해야 한다. 그리고 t1이 증가하면 t2는 감소할 것이다. 출원인에 의해 수행된 실험은 비교적 짧은 t1 지속 시간(즉, 비교적 긴 t2 지속 시간)을 갖는 포착된 후방 반사 신호와 연관된 블라인드 비아 홀이 바람직하지 않게 큰 오버행을 갖는 경향이 있고, 비교적 긴 t1 지속 시간(즉, 비교적 짧은 t2 지속 시간)을 갖는 포착된 후방 반사 신호와 연관된 블라인드 비아 홀이 바람직하지 않은 큰 테이퍼를 갖는 경향이 있다는 것을 나타내는 경향이 있다.

ii. 2차 강도 기간의 영역 통합

프로세싱 결정을 내리는 데 사용될 수 있는 포착된 후방 반사 신호의 특징의 다른 실시예는 t1의 끝으로부터 레이저 펄스의 끝까지의 신호 아래의 통합된(integrated) 영역이며, 이는 2차 피크(604)(유전체 기판(24)의 개구의 형성을 나타냄) 그리고 레이저 에너지가 유전체 기판(24)으로 지향되는 시간의 전체 길이 모두를 포착한다.

iii. 포착된 후방 반사 신호 특징의 다른 예시적 실시예

프로세싱 결정을 내리는 데 사용될 수 있는 포착된 후방 반사 신호의 특징의 다른 실시예는: 포착된 후방 반사 신호의 2차 피크(예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같은 604)에서의 신호 강도; 및 포착된 후방 반사 신호의 1차 피크(즉, 가장 높은 신호 강도)(예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같은 606)에서의 신호 강도를 포함한다.

B. 포착된 후방 반사 신호 특징과 기준 후방 반사 신호 특징 사이의 비교에 관한 실시예

일단 식별되면, 포착된 후방 반사 신호 특징(또는 동일한 것을 나타내는 다른 데이터)은 (예를 들어, 후방 반사 감지 시스템(124) 또는 제어기(122) 또는 이들의 조합에서) 해당 포착된 후방 반사 신호 특징과 연관된 기준 후방 반사 신호 특징과 비교될 수 있다. 예를 들어, 포착된 후방 반사 신호 특징이 1차 강도 기간의 전술한 지속 시간(t1)이라면, 연관된 기준 후방 반사 신호 특징은 1차 강도의 기간의 지속 시간(t1)에 대한 어떠한 기준 값 또는 범위일 것이다. 포착된 후방 반사 신호 특징이 2차 강도 기간 동안 신호 아래의 전술한 통합된 영역이라면, 연관된 기준 후방 반사 신호 특징은 통합된 영역에 대한 어떠한 기준 값 또는 범위일 것이다.

이러한 비교는 (예를 들어, 당업계에 공지된 하나 이상의 적절한 신호 프로세싱 기술을 사용하여) 센서 신호를 처리함으로써, 식별된 특징(들)과 연관된 데이터를 처리함으로써 등 또는 이들의 임의의 조합에 의해 이루어질 수 있는 것이 이해될 것이다. 연관된 기준 후방 반사 신호 특징의 기준 값 또는 범위는 후방 반사 신호 특징이 포착된 때의 시점까지 가공물에 전달되는 초기 레이저 펄스의 일부의 하나 이상의 파라미터(예를 들어, 지속 시간, 피크 전력, 스폿 크기, 파장 등의 측면에서), 가공물(102)의 하나 이상의 파라미터(예를 들어, 상부 전도체(20)의 재료 조성, 상부 전도체(20)의 두께, 유전체 기판(24)의 재료 조성, 유전체 기판(24)의 두께 등) 등 또는 이들의 임의의 조합에 대응할 수 있다는 것이 또한 이해될 것이다. 예를 들어, 1차 강도 기간의 지속 시간(t1)에 대한 기준 값 또는 범위는: (a) 초기 레이저 펄스의 피크 전력이 증가함에 따라 감소하거나 초기 레이저 펄스의 피크 전력이 감소함에 따라 증가하고; 상부 전도체(20)의 두께 증가에 따라 증가하거나 상부 전도체(20)의 두께 감소에 따라 감소할 수 있고; 또는 (b) 상부 전도체(20)가 에너지 흡수 코팅으로 코팅되는 경우 감소할 수 있고, 또는 (c) 매트릭스 재료(26)의 조성에 의존하여 증가 또는 감소할 수 있고; 또는 (d) 기타 등등 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다. 이러한 기준 값 또는 범위는 경험적 관찰, 컴퓨터 시뮬레이션 또는 진단 등 또는 이들의 임의의 조합을 통해 유도되거나 그렇지 않으면 명시될 수 있다.

V. 적응형 프로세싱에 관한 실시예

장치(100)는 블라인드 비아 홀을 형성하는 데 사용되는 프로세스의 하나 이상의 파라미터(예를 들어, 펄스 폭, 평균 전력, 피크 전력, 펄스 에너지, 레이저 펄스의 수 등 또는 이들의 임의의 조합)가 연관된 기준 후방 반사 신호 특징에 대한 포착된 후방 반사 신호 특징(또는 동일한 것을 나타내는 다른 데이터)의 전술한 비교에 기초하여 설정되는 적응형 프로세싱 기술을 구현하는 데 사용될 수 있다. 이 경우, 블라인드 비아 홀을 형성하는 데 사용되는 프로세스는 일반적으로 적어도 하나의 레이저 펄스가 가공물(102)(즉, 도 1 및 2와 관련하여 설명된 전술한 PCB로서 제공됨)에서의 원하는 단일 위치로 전달되는 것을 요구하는 “펀치” 프로세스로서 특징지어질 수 있다. 특별한 블라인드 비아 홀을 형성하기 위해 가공물(102)에 전달되는 첫 번째 레이저 펄스는 본 명세서에서 “초기 레이저 펄스”로 지칭된다. 특별한 블라인드 비아 홀을 형성하기 위해 가공물(102)에 전달되는 임의의 후속 레이저 펄스는 본 명세서에서 “보충 레이저 펄스”로 지칭되거나, 그렇지 않으면 특별한 블라인드 비아 홀을 형성하기 위해 가공물(102)에 전달되는 레이저 펄스의 차수의 순서에 의존하여 라벨링될 수 있다 (예를 들어, “제2 레이저 펄스”, “제3 레이저 펄스”, “최종 레이저 펄스” 등).

가공물(102)에 전달되는 초기 레이저 펄스는 파장, 펄스 지속 시간, 시간적 광 출력 프로파일, 시간적 광 출력 프로파일과 연관된 피크 전력, 스폿 크기, 및 펄스 에너지와 같은 레이저 펄스 파라미터의 세트(또한 본 명세서에서 “초기 레이저 펄스 파라미터”라고 지칭됨)에 의해 특징지어질 것이다. 일반적으로, 임의의 레이저 펄스의 펄스 지속 시간은 당업계에 공지된 임의의 방식으로 레이저 소스(104)의 동작을 제어함으로써, (예를 들어, 전술한 바와 같이, 펄스 슬라이싱을 달성하기 위해)빔 변조기(106)의 동작을 제어함으로써 등 또는 이들의 임의의 조합에 의해 조정될 수 있다. 초기 레이저 펄스가 가질 수 있는 시간적 광 출력 프로파일의 예는 직사각형, 의자 형상(낮음에서 높음으로, 높음에서 낮음으로 또는 이들의 조합), 경사형(증가 및/또는 감소, 계단식 또는 선형 또는 비선형으로 연속적 또는 이들의 조합)을 포함한다. 임의의 레이저 펄스의 시간적 광 출력 프로파일(및 따라서, 피크 전력)은 당업계에 공지된 임의의 방식으로 레이저 소스(104)의 동작을 제어함으로써, 빔 변조기(106)의 동작을 제어함으로써 등 또는 이들의 임의의 조합에 의해 조정될 수 있다.

일반적으로, 초기 레이저 펄스 파라미터는 (예를 들어, 오버행, 테이퍼 등 또는 이들의 임의의 조합의 측면에서) 바람직한 특징을 갖는 블라인드 비아 홀(예를 들어, 도 3에 예시적으로 도시된 바와 같은 블라인드 비아 홀(30))이 단지 초기 레이저 펄스를 사용하여 가공물(102) 내의 기준 위치에 형성될 수 있도록 설정된다. 기준 위치는, 예를 들어, 위치 “B” 또는 위치 “C”(모두가 도 1에 도시됨) 등과 같은 위치에 대응하는 가공물(102) 내의 위치일 수 있다. 따라서 초기 레이저 펄스 파라미터의 설정은 가공물(102)의 구조에 의존하여 변할 수 있고, 기준 펄스 에너지량의 결정은 경험적으로 또는 컴퓨터를 사용하여 결정될 수 있다. 전술한 후방 반사 신호 특징 중 하나 이상(예를 들어, 1차 강도 기간의 지속 시간(t1), 2차 강도 기간 동안 신호 아래의 통합된 영역 등)은 그 후 경험적으로 (예를 들어, 초기 레이저 펄스 파라미터를 갖는 레이저 펄스를 가공물(102)로 지향시키고, 상기 논의된 바와 같은, 결과적인 포착된 후방 반사 신호를 처리하여) 결정될 수 있거나, 컴퓨터를 사용하여 유도될 수 있거나 등 또는 이들의 임의의 조합일 수 있고, 가공물(102)의 임의의 위치에 블라인드 비아 홀을 형성하기 위해 “펀치” 프로세스 동안 가공물(102)로 전달되는 초기 레이저 펄스와 연관된 후방 반사 신호 특징(들)의 기준 값 또는 범위로서 설정될 수 있다.

일 실시예에서, 가공물(102)에 전달되는 초기 레이저 펄스는 9㎛(또는 그 정도) 내지 11㎛(또는 그 정도) 범위의 파장(예를 들어, 9.4㎛(또는 그 정도), 10.6㎛(또는 그 정도) 등의 파장), 5㎲(또는 그 정도) 내지 20㎲(또는 그 정도) 범위의 펄스 지속 시간, 직사각형(또는 적어도 실질적으로 직사각형)인 시간적 광 출력 프로파일, 250W(또는 그 정도) 내지 2kW(또는 그 정도) 범위의 피크 전력 및 30㎛(또는 그 정도) 내지 90㎛(또는 그 정도) 범위의 스폿 크기를 가질 수 있다. 가공물(102)에 전달되는 초기 레이저 펄스는, 다른 특징(예를 들어, 펄스 지속 시간, 시간적 광 출력 프로파일, 피크 전력, 스폿 크기, 펄스 에너지 등)이 초기 레이저 펄스가 가공물(102)을 처리할 수 있도록 설정된다면, 9㎛ 미만의 (예를 들어, 전자기 스펙트럼의 자외선 또는 녹색-가시 범위 내의) 파장을 가질 수 있다는 것이 또한 이해될 것이다. 파장이 전자기 스펙트럼의 자외선 또는 녹색-가시 범위로 변경된다면, 초기 레이저 펄스가 레이저 펄스의 초기 세트로 대체될 수 있다는 점에 유의해야 하며, 여기서 레이저 펄스의 초기 세트의 각각의 레이저 펄스는 ns 또는 ps 체제의 (예를 들어, 10ns(또는 그 정도) 내지 1ps(또는 그 정도) 사이의 범위 내의) 펄스 지속 시간을 갖고 레이저 펄스는 100MHz(또는 그 정도) 내지 5Ghz(또는 그 정도) 범위의 펄스 반복률로 전달된다.

가공물(102)의 임의의 위치에 블라인드 비아 홀을 형성하기 위해서 “펀치” 프로세스를 실행하기 위한 적응형 프로세싱 기술을 구현하기 위해, 초기 레이저 펄스(즉, 초기 레이저 펄스 파라미터를 가짐)는 가공물(102)에 전달된다. 초기 레이저 펄스의 빛의 적어도 일부는 가공물(102)에 의해(즉, 상부 전도체(20)에 의해) 스캔 렌즈(112)를 통해 다시 반사되고 그 후 도 5와 관련하여 상기 논의된 바와 같이 포착된다. 결과적인 포착된 후방 반사 신호는 그 후 초기 레이저 펄스와 연관된 하나 이상의 포착된 후방 반사 신호 특징(또는 동일한 것을 나타내는 다른 데이터)을 식별하기 위해 (예를 들어, 상기 논의된 바와 같이) 처리된다. 그 후 이러한 특징(들)은 하나 이상의 연관된 기준 후방 반사 신호 특징(예를 들어, 상기 논의됨)에 대하여 (예를 들어, 후방 반사 감지 시스템(124), 제어기(122) 등 또는 이들의 임의의 조합에서) 비교될 수 있다. 아래에서 더 상세히 설명될 바와 같이, 제어기(122)는 비교에 기초하여 장치(100)의 하나 이상의 구성 요소(예를 들어, 레이저 소스(104), 빔 변조기(106) 등 또는 이들의 임의의 조합)의 동작을 제어하도록 동작한다.

일부 실시예에서, 초기 레이저 펄스와 연관된 포착된 후방 반사 신호 특징은 1차 강도 기간의 지속 시간(t1)이다. 따라서, 1차 강도 기간의 지속 시간(t1)은 1차 강도 기간의 지속 시간(t1)의 미리 결정된 기준 값 또는 범위와 비교된다. 일부 실시예에서, 초기 레이저 펄스와 연관된 포착된 후방 반사 신호 특징은 2차 강도 기간 동안 신호 아래의 통합된 영역이다. 따라서, 2차 강도 기간 동안 신호 아래의 통합된 영역은 2차 강도 기간 동안 신호 아래의 통합된 영역의 미리 정해진 기준 값 또는 범위와 비교된다. 다른 실시예에서, 초기 레이저 펄스와 연관된 포착된 후방 반사 신호 특징은 전술한 특징의 조합이다. 따라서, 포착된 특징은 이러한 특징에 대한 미리 결정된 기준 값 또는 범위와 각각 비교된다.

초기 레이저 펄스와 연관된 1차 강도 기간의 지속 시간(t1)이 그와 연관된 기준 값 또는 범위보다 크다면, 이는 초기 레이저 펄스(즉, 초기 레이저 펄스 파라미터를 가짐)가 상부 전도체(20)에 개구를 형성하거나 (예를 들어, 테이퍼 측면에서) 바람직한 특징을 갖는 블라인드 비아 홀을 형성하기에 충분하지 않을 것임을 나타낸다. 초기 레이저 펄스의 1차 강도 기간의 지속 시간(t1)이 그와 연관된 기준 값 또는 범위보다 작다면, 이는 초기 레이저 펄스가 (예를 들어, 오버행의 측면에서) 바람직한 특징을 갖는 블라인드 비아 홀을 형성하기에 충분하지 않을 것이며 또는 블라인드 비아 홀 내에 노출된 하부 전도체(22)를 손상시킬 수(예를 들어, 바람직하지 않은 용융 또는 제거) 있음을 나타낸다.

포착된 후방 반사 신호 특징과 연관된 기준 값 또는 범위 사이의 비교가 초기 레이저 펄스가 바람직한 특징(예를 들어, 상기 논의됨)을 갖는 블라인드 비아 홀을 형성하기에 충분하지 않을 것임을 나타낸다면, 제어기(122)는 (예를 들어, 테이퍼 및 오버행 측면에서) 바람직한 특징을 갖는 블라인드 비아 홀이 형성될 것을 보장하기 위해 하나 이상의 제어 신호를 (예를 들어, 레이저 소스(104), 빔 변조기(106) 등 또는 이들의 임의의 조합으로) 출력할 수 있다. 예를 들어, (예를 들어, 도 6으로부터) 이해될 바와 같이, 1차 강도 기간의 지속 시간(t1) 및 2차 강도 기간 동안 신호 아래의 통합된 영역은 전체 초기 레이저 펄스가 가공물(102)에 전달되기 전에 초기 레이저 펄스와 연관된 포착된 후방 반사 신호로부터 식별될 수 있다. 따라서, 제어기(122)에 의해 출력되는 하나 이상의 제어 신호는 초기 레이저 펄스 파라미터를 수정하도록(예를 들어, 초기 레이저 펄스의 순간 전력을 증가 또는 감소시킴으로써 시간적 광 출력 프로파일을 조정하도록, 초기 레이저 펄스의 펄스 지속 시간을 증가 또는 감소시키도록 등 또는 이들의 임의의 조합) 동작할 수 있다. 초기 레이저 펄스의 초기 레이저 펄스 파라미터를 수정하는 대신에, 또는 그에 더하여, 제어기(122)에 의해 출력되는 하나 이상의 제어 신호는, 전체 초기 레이저 펄스가 가공물(102)에 전달된 이후 하나 이상의 보충 레이저 펄스가 가공물(102)에 전달되는 것을 야기하도록 동작할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 제어기(122)에 의해 개시되는 바와 같은(예를 들어, 전술한 비교의 결과로서 제어기(122)에 의한 하나 이상의 제어 신호의 출력 시) 하나 이상의 초기 레이저 펄스 파라미터의 수정 또는 보충 레이저 펄스의 전달은 본 명세서에서 포착된 후방 반사 신호 특징(들)에 대한 “적응형 응답”이라고 지칭된다.

초기 레이저 펄스와 연관된 1차 강도 기간 지속 시간의 지속 시간(t1)이 그와 연관된 기준 값 또는 범위보다 크다면, 제어기(122)는 (예를 들어, 초기 레이저 펄스의 순간 전력을 증가시킴으로써) 시간적 광 출력 프로파일이 조정되도록 및/또는 초기 레이저 펄스의 펄스 지속 시간이 증가되는 것을 야기하도록 동작한다. 일 실시예에서, 전술한 레이저 펄스 파라미터는 초기 레이저 펄스의 1차 강도 기간의 지속 시간(t1)이 그와 연관된 기준 값 또는 범위에 비해 얼마나 더 큰지에 관계없이 미리 결정된 방식으로 조정된다. 다른 실시예에서, 전술한 레이저 펄스 파라미터는 초기 레이저 펄스의 1차 강도 기간의 지속 시간(t1)과 이와 연관된 기준 값 또는 범위 사이의 차이에 대응하는 미리 결정된 방식으로 조정된다. 하나 이상의 보충 레이저 펄스가 가공물(102)로 전달되도록 야기되면, 이러한 보충 레이저 펄스 중 임의의 것은 (예를 들어, 보충 레이저 펄스에 의해 유전체 기판(24)이 제거되는 속도를 감소시키기 위해) 초기 레이저 펄스 파라미터와 상이한 또는 초기 레이저 펄스 파라미터와 동일한 레이저 펄스 파라미터에 의해 특징지어질 수 있다. 일반적으로, 제어기(122)에 의해 적응형 응답이 실행되는 방식은 (예를 들어, 경험적 관찰, 컴퓨터를 사용하는 시뮬레이션 등 또는 이들의 임의의 조합에 기초하여) 미리 결정될 수 있거나 또는 (예를 들어, 미리 정해진 데이터의 보간에 의해) 실시간으로 결정될 수 있는 식이거나 또는 이들의 임의의 조합이 가능하다.

초기 레이저 펄스와 연관된 1차 강도 기간의 지속 시간(t1)이 그와 연관된 기준 값 또는 범위보다 작다면, 제어기(122)는 (예를 들어, 초기 레이저 펄스의 순간 전력을 감소시킴으로써) 시간적 광 출력 프로파일이 조정되도록 및/또는 초기 레이저 펄스의 펄스 지속 시간이 감소되는 것을 야기하도록 동작한다. 일 실시예에서, 전술한 레이저 펄스 파라미터는 초기 레이저 펄스의 1차 강도 기간의 지속 시간(t1)이 그와 연관된 기준 값 또는 범위에 비해 얼마나 더 작은지에 관계없이 미리 결정된 방식으로 조정된다. 다른 실시예에서, 전술한 레이저 펄스 파라미터는 초기 레이저 펄스의 1차 강도 기간의 지속 시간(t1)과 이와 연관된 기준 값 또는 범위 사이의 차이에 대응하는 미리 결정된 방식으로 조정된다. 하나 이상의 보충 레이저 펄스가 가공물(102)로 전달되도록 야기되면, 이러한 보충 레이저 펄스 중 임의의 것은 (예를 들어, 보충 레이저 펄스에 의해 유전체 기판(24)이 제거되는 속도를 증가시키기 위해) 초기 레이저 펄스 파라미터와 상이한 또는 초기 레이저 펄스 파라미터와 동일한 레이저 펄스 파라미터에 의해 특징지어질 수 있다. 일반적으로, 제어기(122)에 의해 적응형 응답이 실행되는 방식은 (예를 들어, 경험적 관찰, 컴퓨터를 사용하는 시뮬레이션 등 또는 이들의 임의의 조합에 기초하여) 미리 결정될 수 있거나 또는 (예를 들어, 미리 정해진 데이터의 보간에 의해) 실시간으로 결정될 수 있는 식이거나 또는 이들의 임의의 조합이 가능하다.

VII. 결론

전술한 내용은 본 발명의 실시예 및 예를 예시한 것이며, 이를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 예를 들어, 블라인드 비아 홀 형성 프로세스와 관련하여 적응형 프로세싱 기술이 상기에서 논의되었지만, 이러한 적응형 프로세싱 기술은 관통 비아 홀 프로세싱 기술 등으로 확장될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 몇 가지 특정 실시예 및 예가 도면을 참조하여 설명되었지만, 당업자는 본 발명의 신규 교시 및 이점으로부터 실질적으로 이탈하지 않으면서 개시된 실시예 및 예, 뿐만 아니라 다른 실시예에 대한 많은 수정이 가능하다는 것을 쉽게 이해할 것이다. 따라서, 이러한 모든 수정은 청구 범위에 정의된 본 발명의 범주 내에 포함되는 것이 의도된다. 예를 들어, 당업자는 임의의 문장, 단락, 예 또는 실시예의 주제가, 그 결합이 상호 배타적인 경우를 제외하고, 다른 문장, 단락, 예 또는 실시예의 일부 또는 전부의 주제와 결합될 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 범주는 이하의 청구 범위에 의해 결정되어야 하며, 그 균등물은 그 안에 포함되어야 한다.

Claims (17)

1. 레이저 에너지(laser energy)가 제1 재료 상에 입사되도록 가공물 상에 상기 레이저 에너지를 지향시킴으로써, 제2 재료 상에 형성된 상기 제1 재료를 갖는 상기 가공물에 비아(via)를 형성하는 프로세스를 수행하기 위한 레이저 프로세싱 장치 - 상기 레이저 에너지는 상기 제1 재료에 대해 상기 제2 재료보다 더 반사적인 파장을 가짐 - 로서, 상기 장치는:
   상기 가공물로 지향되고 상기 제1 재료에 의해 반사된 레이저 에너지의 일부에 대응하는 후방 반사 신호를 포착하고, 상기 포착된 후방 반사 신호에 기초하여 센서 신호를 생성하도록 동작하는 후방 반사 감지 시스템; 및
   상기 후방 반사 감지 시스템의 출력에 통신 가능하게 커플링되는 제어기 - 상기 제어기는 상기 센서 신호에 기초하여 상기 비아가 형성되는 상기 프로세스의 나머지를 제어하도록 동작함 - 를 포함하는, 레이저 프로세싱 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 가공물로 지향되는 상기 레이저 에너지는 적어도 하나의 레이저 펄스(laser pulse)로서 나타나고, 상기 제어기는, 적어도 부분적으로는, 상기 적어도 하나의 레이저 펄스의 펄스 에너지를 제어함으로써 상기 프로세스를 제어하도록 동작하는, 레이저 프로세싱 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 가공물로 지향되는 상기 레이저 에너지는 적어도 하나의 레이저 펄스로서 나타나고, 상기 제어기는, 적어도 부분적으로는, 상기 적어도 하나의 레이저 펄스의 펄스 폭을 제어함으로써 상기 프로세스를 제어하도록 동작하는, 레이저 프로세싱 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 가공물로 지향되는 상기 레이저 에너지는 적어도 하나의 레이저 펄스로서 나타나고, 상기 제어기는, 적어도 부분적으로는, 상기 가공물로 지향되는 레이저 펄스의 수를 제어함으로써 상기 프로세스를 제어하도록 동작하는, 레이저 프로세싱 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 제어기는, 적어도 부분적으로는, 상기 레이저 에너지의 평균 전력을 제어함으로써 상기 프로세스를 제어하도록 동작하는, 레이저 프로세싱 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 제어기는, 적어도 부분적으로는, 상기 레이저 에너지의 피크(peak) 전력을 제어함으로써 상기 프로세스를 제어하도록 동작하는, 레이저 프로세싱 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 가공물로 지향되는 상기 레이저 에너지는 레이저 펄스로서 나타나고, 상기 제어기는 상기 레이저 펄스가 상기 가공물로 지향되는 동안 상기 비아가 형성되는 상기 프로세스를 제어하도록 동작하는, 레이저 프로세싱 장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 레이저 에너지를 생성하도록 동작하는 레이저 소스를 더 포함하는, 레이저 프로세싱 장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 레이저 에너지를 변조하도록 동작하는 빔 변조기(beam modulator)를 더 포함하는, 레이저 프로세싱 장치.
10. 레이저 에너지가 제1 재료 상에 입사되도록 가공물 상에 상기 레이저 에너지를 지향시킴으로써, 제2 재료 상에 형성된 상기 제1 재료를 갖는 상기 가공물에 비아를 형성하는 프로세스를 수행하는 단계 - 상기 레이저 에너지는 상기 제1 재료에 대해 상기 제2 재료보다 더 반사적인 파장을 가짐 -;
    상기 가공물로 지향되고 상기 제1 재료에 의해 반사된 레이저 에너지의 일부에 대응하는 후방 반사 신호를 포착하는 단계;
    상기 포착된 후방 반사 신호에 기초하여 센서 신호를 생성하는 단계;
    상기 비아를 형성하기 위해 상기 프로세스의 나머지가 어떻게 수행되어야 하는지를 결정하기 위해 상기 센서 신호를 프로세싱하는 단계; 및
    상기 센서 신호의 프로세싱에 기초하여 상기 프로세스의 나머지를 수행하는 단계를 포함하는, 방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 가공물로 지향되는 상기 레이저 에너지는 적어도 하나의 레이저 펄스로서 나타나고, 상기 프로세스의 나머지를 수행하는 단계는 상기 적어도 하나의 레이저 펄스의 펄스 에너지를 조정하는 단계를 포함하는, 방법.
12. 제10항에 있어서, 상기 가공물로 지향되는 상기 레이저 에너지는 적어도 하나의 레이저 펄스로서 나타나고, 상기 프로세스의 나머지를 수행하는 단계는 상기 적어도 하나의 레이저 펄스의 펄스 폭을 조정하는 단계를 포함하는, 방법.
13. 제10항에 있어서, 상기 가공물로 지향되는 상기 레이저 에너지는 적어도 하나의 레이저 펄스로서 나타나고, 상기 프로세스의 나머지를 수행하는 단계는 상기 가공물로 지향되는 레이저 펄스의 수를 조정하는 단계를 포함하는, 방법.
14. 제10항에 있어서, 상기 프로세스의 나머지를 수행하는 단계는 상기 레이저 에너지의 평균 전력을 조정하는 단계를 포함하는, 방법.
15. 제10항에 있어서, 상기 프로세스의 나머지를 수행하는 단계는 상기 레이저 에너지의 피크 전력을 조정하는 단계를 포함하는, 방법.
16. 제10항에 있어서, 상기 가공물로 지향되는 상기 레이저 에너지는 레이저 펄스로서 나타나고, 상기 레이저 펄스가 상기 가공물로 지향되는 동안 상기 프로세스의 나머지가 수행되는, 방법.
17. 레이저 에너지가 제1 재료 상에 입사되도록 가공물 상에 상기 레이저 에너지를 지향시킴으로써, 제2 재료 상에 형성된 상기 제1 재료를 갖는 상기 가공물에 비아를 형성하는 프로세스를 수행하기 위해 동작하는 레이저 프로세싱 장치와 함께 사용하기 위한 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체로서,
    상기 레이저 에너지는 상기 제1 재료에 대해 상기 제2 재료보다 더 반사적인 파장을 갖고, 상기 장치는 상기 가공물로 지향되고 상기 제1 재료에 의해 반사되는 레이저 에너지의 일부에 대응하는 후방 반사 신호를 포착하고 상기 포착된 후방 반사 신호에 기초하여 센서 신호를 생성하도록 동작하는 후방 반사 감지 시스템, 및 상기 후방 반사 감지 시스템의 출력에 통신 가능하게 커플링되는 제어기를 포함하고, 상기 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체는, 상기 제어기에 의해 실행될 때, 상기 센서 신호에 기초하여 상기 비아가 형성되는 상기 프로세스를 상기 제어기가 제어하게 하는 명령어를 저장하는, 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체.