KR100938325B1 - 에너지 전달 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 기판으로의 에너지 전달 시스템은 다수의 방사 빔을 제공하는 동적 지향성 방사 에너지 소스를 포함하며, 각각의 방사 빔은 동적으로 선택가능한 방향으로 전파한다. 다수의 빔 조향 소자들 중에서 독립적으로 위치설정가능한 빔 조향 소자들이 빔을 수신하여 기판 위 선택가능 위치로 빔들을 향하게 한다.

Description

에너지 전달 시스템{MULTI-BEAM MICRO-MACHINING SYSTEM AND METHOD}
본 발명은 멀티 레이저 빔 위치설정 및 에너지 전달 시스템에 관한 것으로서, 특히, 전기 회로 기판에 구멍을 만들기 위해 이용되는 레이저 미세가공 시스템에 관한 것이다.
기판에 패턴을 미세가공하기 위해 여러 레이저 가공 장치들이 사용되고 있다. 이러한 시스템은 전기 회로 보드에 보편적으로 사용되고 있다. 전기 회로 보드 제작은 전도 라인 및 패드같은 전도성 소자들을 비전도성의 유전체 기판에 증착하는 과정을 포함한다. 이러한 여러 기판들이 함께 접착되어 전기 회로 보드를 형성한다. 전기 회로 보드의 여러층간의 전기적 상호연결부를 제공하기 위해, 바이어(via)라 불리는 구멍이 지정 기판층을 통해 드릴로 뚫리게 되고 전도체가 입혀진다. 전기 회로 보드는 통상적으로 수만개의 바이어를 가지며, 수십만개의 바이어를 가질 수도 있다.
본 발명은 전기 회로 보드에 바이어를 형성하는 데 특히 유용한 개선된 바의 레이저 미세가공 장치를 제공하고자 한다.
본 발명은 다수의 레이저 빔의 동시적이면서도 독립적인 위치설정을 제공하도록 동작하는 개선형 레이저 빔 위치설정 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명은 다수의 레이저 빔의 동시적 및 독립적 위치설정을 제공하도록 동작하는 레이저 빔 위치설정 시스템을 이용하는 레이저 미세가공 장치를 제공하고자 한다.
본 발명은 레이저 에너지의 손실을 최소한으로 줄이면서 다수의 펄스형 레이저 빔을 독립적으로 위치설정시키도록 동작하는 레이저 미세가공 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명은 전기 회로 기판에 바이어를 만들기 위해, 고상 Q-스위치 레이저같은 펄스형 레이저에 의해 공급되는 레이저 에너지를 효율적으로 이용하는 레이저 미세가공 장치를 제공하고자 한다.
본 발명은 입력 레이저 빔을 기판의 미세가공에 사용되는 한개 이상의 출력 빔으로 분할함으로서 레이저 빔의 에너지 성질을 제어하는 레이저 미세 가공 장치를 제공하고자 한다.
본 발명은 입력 레이저 빔을 선택가능한 숫자의 출력 서브빔으로 분할하도록 동작하는 동적 빔 스플리터(dynamic beam splitter)를 제공하고자 한다.
본 발명은 입력 레이버 빔을 균일한 에너지 성질을 가진 다수의 서브빔으로 선택적으로 분할하도록 동작하는 동적 빔 스플리터를 제공하고자 한다.
본 발명은 기판 상의 선택가능한 위치에 에너지를 전달하기에 적합한 방향으로 위치하는, 선택적 위치설정이 가능한 빔 반사기를 향해 펄스형 빔을 선택적으로 편향시키기 위한 시스템을 제공하고자 한다. 빔의 편향은 레이저 빔의 펄스 반복만큼 빠른 듀티 사이클에서 실행될 수 있다. 반사기의 위치설정은 펄스 반복속도보다 작은 듀티 사이클에서 실행된다.
본 발명은 입력 레이저 빔을 다수의 출력 레이저 빔으로 분할하도록 동작하는 동적 빔 스플리터를 제공하고자 하며, 이때, 각각의 출력 레이저 빔은 선택가능한 방향을 지향한다. 발명의 한 실시예에 따르면, 각각의 출력 레이저 빔이 빔 스플리터의 서로 다른 공간 섹션에서 방출된다.
본 발명은 공통면에서 전파되는 다수의 레이저 빔을 수신하여 각각의 레이저 빔을 상기 공통면 바깥의 2차원 위치 어레이이 위치로 전환시키도록 동작하는 레이저 빔 다이버터(laser beam diverter)를 제공하고자 한다.
발명의 한 태양에 따르면, 기판 미세가공에 유용한 레이저 빔 위치설정 시스템은 선택가능한 방향으로 동적으로 편향되는 다수의 서브빔을 제공하도록 동작한다. 각각의 서브빔은 독립적으로 위치설정가능한 디플렉터 어레이 상에 위치하는 디플렉터에 충돌하도록 편향된다. 이때, 서브빔들은 선택가능한 위치에서 기판에 충돌하도록 디플렉터에 의해 추가적으로 편향된다. 발명의 한 실시예에 따르면, 동 적으로 제어가능한 빔 스플리터에 의해 다수의 서브-빔들이 단일 입력 빔으로부터 발생된다.
발명의 한 실시예에 따르면, 기판에 에너지를 전달하기 위한 시스템은 다수의 방사 빔을 제공하는, 동적 조향 방사 에너지 소스를 포함한다. 이에 의해 동적으로 선택가능한 방향으로 전파한다. 다수의 빔 조향 소자 중 독립적으로 위치설정가능한 빔 조향 소자들은 빔을 수신하여 기판 위의 선택가능한 위치로 빔을 향하게 한다.
발명의 한 실시예에 따르면, 기판에 에너지를 전달하기 위한 시스템은 방사 빔을 제공하는 한개 이상의 방사 에너지 소스, 이 빔을 선택가능한 방향으로 전파될 다수의 서브 빔으로 분할하기 위한 빔 스플리터, 그리고 독립적으로 위치설정가능한 다수의 빔 조향 소자를 포함하며, 이 중 일부는 다수의 서브빔을 수신하여 기판 상의 선택가능한 위치로 향하게 한다.
발명의 한 태양에 따르면, 기판에 에너지를 전달하기 위한 시스템은 방사 에너지 소스와 기판 사이에 배치되는 동적으로 설정가능한 빔 스플리터와 방사 빔을 제공하는 한개 이상의 방사 에너지 소스를 포함한다.
발명의 한 실시예에 따르면, 기판과 방사 에너지 소스 사이에 배치되는 광전자적 다중 빔 발생기와 방사 빔을 제공하는 한개 이상의 방사 에너지 소스를 포함한다. 다중 빔 발생기는 이 빔으로부터 두개 이상의 서브 빔을 발생시키도록, 그리고 각각의 서브빔의 에너지 밀도 특성을 선택하도록 동작한다.
발명의 한 태양에 따르면, 기판에 에너지를 전달하기 위한 시스템은 광학축 을 따라 펄스형 방사 빔을 제공하는 한개 이상의 펄스형 방사 에너지 소스를 포함하고, 이때, 상기 펄스형 빔은 펄스 시간차만큼 분리되는 다중 펄스를 포함하며, 상기 시스템은 방사 에너지 소스와 기판 사이에 배치되는, 선택형 및 각도 변경형의 다중 빔 출력 빔 스플리터를 또한 포함한다. 선택형 및 각도 변경형의 출력 빔 스플리터는 광학축에 대해 선택된 각도로 다수의 서브빔을 출력하도록 동작한다. 이 각도는 펄스 시간차보다 작은 시간동안 변경가능하다.
발명의 한 실시예에 따르면, 기판에 에너지를 전달하기 위한 시스템은 펄스형 방사 빔을 제공하는 한개 이상의 펄스형 방사 에너지 소스를 포함하고, 상기 펄스형 빔은 펄스 시간차에 의해 분리되는 다중 펄스를 가지며, 상기 시스템은 기판과 방사 에너지 소스 사이에 배치되는 빔 스플리터를 또한 포함하고, 상기 빔 스플리터는 변경가능한 선택 각도에서 다수의 서브 빔을 출력하도록 동작하며, 상기 시스템은 선택가능한 다수의 공간 방향 디플렉터를 또한 포함한다. 상기 디플렉터는 펄스 시간차보다 큰 시간동안 공간 방향을 변경시키도록 동작한다. 공간 방향 디플렉터 중 일부는 서브빔을 수신하여 서브빔을 기판에 향하도록 배열된다.
발명의 한 태양에 따르면, 기판에 에너지를 전달하기 위한 시스템은 방사 빔을 제공하는 한개 이상의 방사 에너지 소스와, 상기 빔을 선택가능한 숫자의 출력 빔으로 분할하는 빔 스플리터를 포함하며, 이때, 상기 출력 빔은 선택가능한 숫자에 기능적으로 관련된 에너지 성질을 가진다. 또한 상기 시스템은 출력 빔을 수신하여 기판 일부의 미세가공을 위해 출력 빔을 향하게 하는 빔 조향 소자를 포함한다.
발명의 한 태양에 따르면, 기판에 에너지를 전달하기 위한 시스템은 한 평면에서 전파하는 다수의 방사 빔을 제공하는 한개 이상의 방사 에너지 소스와, 다수의 빔을 수신하여 상기 평면 바깥의 지정 위치에 상기 빔의 적어도 일부분 이상을 편향시키는 다수의 디플렉터를 포함한다.
발명의 한 태양에 따르면, 기판에 에너지를 전달하기 위한 시스템은 방사 빔을 제공하는 한개 이상의 방사 에너지 소스와, 상기 빔을 수신하여 한 평면에서 전파하는 다수의 서브빔을 출력하는 빔 스플리터, 그리고 다수의 서브 빔을 수신하여 상기 평면 바깥의 지정 위치로 다수의 서브빔 일부를 편향시키는 다수의 디플렉터를 포함한다.
발명의 한 태양에 따르면, 기판에 에너지를 전달하기 위한 방법은, 다수의 제 1 빔을 다수의 제 1 위치로 향하게 하기 위한 제 1 시간 구간동안 선택적으로 위치설정가능한 다수의 제 1 디플렉터에 다수의 제 1 방사 빔을 향하게 하고, 제 1 시간 구간동안, 선택적으로 위치설정가능한 다수의 제 2 디플렉터를 선택적으로 위치설정하며, 제 2 시간 구간동안, 다수의 제 1 빔을 다수의 제 2 위치로 향하게 하기 위해 선택적으로 위치설정가능한 다수의 제 2 디플렉터에 다수의 제 1 방사 빔을 향하게 하는, 단계들을 포함한다.
발명의 한 태양에 따르면, 기판에 에너지를 전달하기 위한 시스템은 한개 이상의 방사 빔을 제공하는 한개 이상의 방사 빔 소스와, 기판에 적어도 부분적으로 중복되는 제 1, 2 위치에 빔을 향하게 하도록 한개 이상의 빔을 수신하도록 배치되는 제 1, 2 디플렉터를 포함한다.
발명의 한 태양에 따르면, 레이저 미세가공 장치는 다수의 방사 빔을 제공하는 한개 이상의 방사 빔 소스와, 미세가공될 기판과 한개 이상의 방사 빔 소스 사이에 배치되는, 독립적으로 위치설정가능한 다수의 디플렉터를 포함하고, 이때, 상기 다수의 디플렉터는 기판 상의 선택가능한 위치로 한개 이상의 상기 방사 빔을 독립적으로 향하게 하며, 상기 시스템은 기판과 한개 이상의 방사 빔 소스 사이에 배치되는 포커싱 렌즈를 추가로 포함하고, 이때, 상기 포커싱 렌즈는 다수의 방사 빔을 수신하여 기판 위 선택가능한 위치에 빔을 동시에 포커싱하도록 동작한다.
발명의 한 태양에 따르면, 음향광학적 장치는 광학축을 따라 방사 빔을 수신하는 광학 소자와, 광학 소자에 관련된 트랜스듀서를 포함하고, 이때, 상기 트랜스듀서는 서로 다른 음향 주파수를 가지는 음파를 광학 소자에서 동시에 형성하며, 상기 광학 소자는 광학축에 대해 서로 다른 각도로 다수의 서브빔을 출력하도록 동작한다.
발명의 한 태양에 따르면, 기판 미세가공 방법은 빔 스플리터 장치에 레이저 빔을 제공하고, 레이저 빔을 제 1 숫자의 출력 빔으로 분할하여 다층 기판의 제 1 층에 한개 이상의 구멍을 형성하도록 제 1 숫자의 출력 빔을 향하게 하며, 그리고 레이저 빔을 제 2 숫자의 출력 빔으로 분할하여 상기 한개 이상의 구멍을 통해 다층 기판의 제 2 층 중 선택부를 제거하도록 제 2 숫자의 출력 빔 중 일부를 향하게 하는 단계를 포함한다.
발명에 따른 추가적 태양은 다음 중 한가지 이상에 대한 여러 가지 조합을 포함한다. 즉,
방사 에너지 소스는 방사 에너지 펄스에 의해 각각 규정되는 다수의 빔을 출력하는 펄스형 방사 에너지 소스를 포함한다.
펄스형 방사 에너지 소스는 한개 이상의 Q-스위치 레이저를 포함한다.
동적으로 조향가능한 방사 에너지 소스는 빔 스플리터를 포함하고, 이때, 상기 빔 스플리터는 방사 에너지 빔을 수신하여 이 빔을 선택가능한 숫자의 서브빔으로 분할한다.
동적으로 조향가능한 방사 에너지 소스는 빔 스플리터를 포함하고, 이때, 상기 빔 스플리터는 방사 에너지 빔을 수신하여 이 빔을 다수의 서브빔으로 분할하고 서브빔을 각각 선택가능한 방향으로 향하게 한다.
상기 빔 스플리터는 그 동작이 제어 신호에 의해 통제되는 음향광학적 디플렉터를 포함한다.
상기 빔 스플리터는 제어 신호에 의해 제어되는 음파 발생기를 가진 음향광학적 디플렉터를 포함하고, 이때, 상기 음파 발생기는 음향광학적 디플렉터에 의해 출력되는 서브빔의 숫자를 결정하는 음파를 발생시킨다.
상기 빔 스플리터는 제어 신호에 의해 제어되는 음파 발생기를 가진 음향광학적 디플렉터를 포함하고, 이때, 상기 음파 발생기는 서브빔의 선택가능한 방향을 결정하는 음파를 발생시킨다.
음향광학적 디플렉터의 음파는 공간적으로 구분되는 다수의 음파 세그먼트를 포함하며, 이때, 각각의 세그먼트는 개별적 주파수를 가지는 제어 신호 일부에 의해 규정된다.
공간적으로 구분되는 각각의 음파 세그먼트는 해당 서브빔의 공간적으로 구별되는 해당 방향을 결정하며, 이는 음파 세그먼트에 해당하는 제어 신호 부분의 주파수의 함수이다.
공간적으로 구분되는 음파 세그먼트의수는 해당 서브빔의 숫자를 결정한다.
동적으로 조향가능한 방사에너지 소스는 동적으로 설정가능한 빔 스플리터를 포함하며, 이 스플리터는 방사 에너지 빔을 수신하여 선택가능한 숫자의 서브빔으로 분할한다. 동적으로 설정가능한 빔 스플리터는 재설정 시간 구간 내에서 서브빔의 숫자와 방향 중 한가지 이상을 변경시킬 수 있고, 방사 에너지 펄스는 재설정 시간 구간보다 큰 시간차만큼 서로로부터 시간상으로 이격된다.
독립적으로 위치설정가능한 다수의 빔 조향 소자들은 리디렉션 시간 구간 내에서 서브빔의 방향을 변경시킬 수 있고, 방사 에너지 펄스는 리디렉션 시간 구간보다 작은 시간차만큼 시간상으로 서로로부터 이격된다.
빔 조향 소자들 각각은 선택적으로 틸트되는 한개 이상의 액츄에이터에 장착되는 반사기를 포함한다. 액츄에이터는 압전 소자나 MEM 소자를 포함한다.
빔 조향 장치의 수는 다수의 서브빔에 포함되는 서브빔 수보다 많다. 다수의 서브빔 중 적어도 일부분 이상은 다수의 빔 조향 장치 중 일부분에게로 향하게 되며, 다수의 빔 조향 장치 중 나머지들은 다시 위치설정된다.
선택가능한 숫자의 서브빔들이 모두 한 평면에 놓이며, 빔 조향 소자들의 2차원 어레이가 상기 평면 바깥에 놓인다. 또한, 동적으로 조향가능한 한개 이상의 방사 에너지 소스와 독립적으로 위치설정가능한 다수의 빔 조향 소자들간에 광학적 으로 삽입되는 고정 디플렉터 어레이가 상기 평면 위의 빔을 상기 평면 외부의 위치로 향하게 한다.
본 발명에 따른 레이저 미세가공 장치에 의해, 전기 회로 보드에 바이어를 형성하는 데 특히 유용하고 개선된 결과가 제공된다.
본 발명에 따른 개선형 레이저 빔 위치설정 시스템에 의해, 다수의 레이저 빔의 동시적이면서도 독립적인 위치설정을 제공할 수 있다.
본 발명은 레이저 빔 위치설정 시스템을 이용하는 레이저 미세가공 장치를 제공함으로서, 다수의 레이저 빔의 동시적 및 독립적 위치설정을 제공할 수 있다.
본 발명은 레이저 미세가공 시스템을 제공하여, 레이저 에너지의 손실을 최소한으로 줄이면서 다수의 펄스형 레이저 빔을 독립적으로 위치설정시키도록 동작시킬 수 있다.
본 발명은 전기 회로 기판에 바이어를 만들기 위해, 고상 Q-스위치 레이저같은 펄스형 레이저에 의해 공급되는 레이저 에너지를 효율적으로 이용하는 레이저 미세가공 장치를 제공할 수 있다.
본 발명은 입력 레이저 빔을 기판의 미세가공에 사용되는 한개 이상의 출력 빔으로 분할함으로서 레이저 빔의 에너지 성질을 제어하는 레이저 미세 가공 장치를 제공할 수 있다.
본 발명은 입력 레이저 빔을 선택가능한 숫자의 출력 서브빔으로 분할하도록 동작하는 동적 빔 스플리터(dynamic beam splitter)를 제공할 수 있다.
본 발명은 입력 레이버 빔을 균일한 에너지 성질을 가진 다수의 서브빔으로 선택적으로 분할하도록 동작하는 동적 빔 스플리터를 제공할 수 있다.
본 발명은 기판 상의 선택가능한 위치에 에너지를 전달하기에 적합한 방향으로 위치하는, 선택적 위치설정이 가능한 빔 반사기를 향해 펄스형 빔을 선택적으로 편향시키기 위한 시스템을 제공할 수 있다. 빔의 편향은 레이저 빔의 펄스 반복만큼 빠른 듀티 사이클에서 실행될 수 있다. 반사기의 위치설정은 펄스 반복속도보다 작은 듀티 사이클에서 실행된다.
본 발명은 입력 레이저 빔을 다수의 출력 레이저 빔으로 분할하도록 동작하는 동적 빔 스플리터를 할 수 있다. 이때, 각각의 출력 레이저 빔은 선택가능한 방향을 지향한다. 발명의 한 실시예에 따르면, 각각의 출력 레이저 빔이 빔 스플리터의 서로 다른 공간 섹션에서 방출된다.
본 발명은 공통면에서 전파되는 다수의 레이저 빔을 수신하여 각각의 레이저 빔을 상기 공통면 바깥의 2차원 위치 어레이이 위치로 전환시키도록 동작하는 레이저 빔 다이버터(laser beam diverter)를 제공할 수 있다.
도 1A에는 발명의 한 실시예에 따라 동작하는 전기 회로 제작을 위한 시스템의 단순화된 부분 블록도표가 도시된다. 도 1B에는 도 1A의 시스템에 사용되는 레이저에 이해 출력되는 레이저 펄스의 시간 그래프가 도시된다. 도 1A에 도시되는 시스템은 기판으로의 에너지 전달 기능을 또한포함하는 레이저 미세가공 장치(10)를 포함한다.
장치(10)는 인쇄 회로 보드 제작 중 인쇄 회로 보드 기판(14)에 바이어(12)같은 미세가공 구멍 분야에서 특히 유용하다. 장치(10)는 미세가공을 이용한 다른 적절한 제작 공정에도 사용될 수 있다. 예를 들어, 패널 디스플레이 장치의 비정질 실리콘의 선택적 어닐링과 전기 회로 상의 납땜 마스크 제거에 사용될 수 있다. 따라서, 발명이 인쇄 회로 보드 미세가공 분야를 들어 설명되지만, 발명의 범위는 여기에 국한되지 않는다.
기판(14)같은 인쇄 회로 보드 기판은 아래 설명되는 시스템 및 방법을 이용하여 미세가공되기에 적합한 것으로서, 한개 이상의 전기회로층을 가진 에폭시 글래스같은 유전체 기판을 통상적으로 포함한다. 기판 위에는 전도체 패턴(16)이 선택적으로 형성된다. 기판은 단일 층으로 형성될 수도 있고, 함께 접착된 여러 기판층으로 형성되는 박판(laminate)일 수도 있다. 추가적으로, 기판(14)의 최외곽층 위에는 도 1A에 도시되는 바처럼 전도체 패턴(16)이 형성될 수 있다. 대안으로, 기판(14)의 최외곽층은 영역(17)에 의해 도시되는 바처럼, 기판(14) 외곽면의 연속 부분을 덮는 금속 포일을 포함할 수도 있다.
발명의 한 실시예에서, 도 1A에서처럼, 레이저 미세 가공 장치(10)는 펄스형 레이저 빔(22)을 출력하는 펄스형 레이저(20)를 포함한다. 펄스형 레이저 빔(22)은 광 펄스 스트림에 의해 형성되며, 레이저 펄스 그래프(26)의 피크(24)로 표시된다(도 1B). 발명의 한 실시예에 따르면, 펄스형 레이저(20)가 10-50 kHz 사이, 선호되는 범위로 10-20 kHz 사이의 펄스 반복 속도로 펄스형 자외선 레이저 빔(22)을 제공하는 주파수 트리플 Q-스위치 YAG 레이저(frequency tripled Q-switched YAG laser)이다. 적절한 Q-스위치 레이저로는 미국, 캘리포니아에 모두 위치하는 Spectra Physics, Lightwave Electronics, 그리고 Coherent, Inc. 사의 제품들이 상용화되어 있다. 인쇄 회로 보드 제작에 사용되는 전형적인 물질들과 적절하게 상호작용하는 그 외 다른 상용 펄스형 레이저들도 물론 사용될 수 있다.
글래스를 지닌 기판을 미세가공하기에 적합한 펄스형 자외선 레이저 빔을 출력하도록 동작하는, 펄스형 레이저(20)로 사용하기에 적합한 또다른 레이저는 본 출원인의 계류중인 미국특허출원 10/167,472 호(본 출원과 동일자출원으로서, US 6,756,563호로 등록된 건)에 소개되어 있다. 이 계류중인 출원은 미국임시특허출원 60/362,084 호를 우선권주장하며, 이 내용들 모두가 본 발명에서 참고로 인용된다.
레이저 미세가공 장치(10)의 단순화된 표현인 도 1A에 도시되는 실시예에서, 펄스형 레이저 빔(22)이 제 1 렌즈(28)에 입사되고, 이때, 제 1 렌즈(28)는 음향광학적 디플렉터(Acousto-Optical Deflector)(AOD)(30)같은 제 1 가변 디플렉터 조립체의 이미지 평면(도시되지 않음)에서 빔(22)을 평탄화시키는 원통형 렌즈이다. AOD(30)는 쿼츠(quartz)나 그 외 다른 결정질 물질로 만들어진 반투명성 결정 부재(34)와 트랜스듀서(32)를 포함한다.
트랜스듀서(32)는 제어 신호(36)를 수신하여 AOD(30)의 결정 부재(34)를 통과하는 음파(38)를 발생시킨다. 제어 신호(36)는 직접형 디지털 신세사이저(DDS)(42)나 그 외 달리 적절한 신호 발생기(가령, 전압 제어 발진기(VCO))에 의해 구동되는 RF 변조기(40)에 의해 제공되는 RF 신호이다. DDS(42)와 레이저 드라이버(47)와 통신하는 시스템 콘트롤러(44)는 펄스형 레이저 빔(22)을 형성하는 레 이저 펄스(24)와 제어 신호(36)의 발생 사이에서 조화되도록 제공되어, 제작될 전기 회로의 요망 설계 패턴에 따라 절제(ablation) 등에 의해 기판(14) 일부가 제거되도록 한다. 이러한 설계 패턴은 CAM 데이터 파일(46)이나, 그 외 제작될 전기 회로의 다른 적절한 컴퓨터 파일 방식에 의해 제공될 수 있다.
당 분야에 공지된 바처럼, 결정 부재(34) 내에 음파(38)가 존재하여 빔(22)이 충돌하면, 빔(222)이 아래 방정식에 따라 음파(26)의 주파수 fn의 함수인 각도 θn에서 편향되게 된다.
θn = Δfn x λ/vs
이때, Δfn = fn - f0
λ = 빔(22)의 파장,
vs는 AOD(30)의 결정(34)에서의 음파 속도이며,
n은 레이저 서브빔의 인덱스 번호를 나타내는 정수이다.
발명의 한 실시예에 따르면, AOD(30)는 동적 빔 스플리터로 기능하며, 빔(22)이 분할되는 다수의 세그먼트들과 그 편향 각도 중 한개 이상을 통제한다. 신호(36)는 결정 부재(34)를 통해 균일한 주파수에서 음파(38)를 전파시키도록 선택적으로 제공될 수 있다. 대안으로, 결정 부재(34)를 통해 서로 다른 주파수에서 음파(38)가 전파되도록 신호(36)가 선택적으로 제공될 수 있다.
동적 빔 스플리터로서의 AOD(30)의 구조, 기능, 동작의 여러 다양한 태양들이 도 5-7을 참고하여 아래에서 설명된다. 동적 빔 스플리터 및 디플렉터로 기능하 는 또다른 종류의 AOD의 구조 및 동작은 "Dynamic Multi-Pass, Acousto-Optic Beam Splitter and Deflector"의 명칭으로 본원과 동일자로 출원된 본 출원인의 미국임시특허출원 60/387,911호에 소개되어 있다.
발명의 한 실시예에 따르면, 신호(36)는 음파(38)를 여러 다른 주파수로 AOD(30)에서 발생시켜서, 음파(38)가 레이저 펄스(24)와 상호작용하는 순간에, 음파(38)가 두개 이상의 주파수를 포함하게 한다. 두개 이상의 주파수를 가진 음파(38)를 발생시킴으로서, 빔(22)이 두개 이상의 세그먼트로 분할된다. 통상적으로, 레이저 펄스가 충돌하는 시간에 여러 다른 주파수들이 AOD(30)에서 공간적으로 분리된다. 또는, 여러 다른 주파수들이 복합파 형태로 중첩된다.
따라서, 음파(38)가 불균일한 파형으로 결정 부재(32)를 통과하여 레이저 빔(22)과 상호작용할 때, 빔(22)은 여러 빔 세그먼트(50)들, 또는 서브빔으로 세그먼트화된다. 각각의 세그먼트들은 피크(24)(도 1B)로 표시되는 레이저 빔(22)이 충돌할 때 결정 부재(34) 내 음파(38)의 주파수의 함수인 각도 θn으로 편향된다.
발명의 한 실시예에 따르면, AOD(30)는 레이저 빔(22)의 펄스 반복 속도보다 작은 듀티 사이클로 동작한다. 다시 말해서, AOD(30)로부터의 출력에서 서브빔(50)의 수와 그 방향 중 한가지 이상을 변경시키도록, 레이저 펄스(24)에 의해 충돌될 때 서로 다른 복합 주파수를 포함하도록 AOD(30)의 음파(38)를 재설정하는 데 요구되는 시간이 빔(22)의 순차적 펄스(24)간 시간차보다 작다.
균일한 음파 등에 의해 제공되는 단일 세그먼트나 도 1에 도시되는 여러 세 그먼트들에 상관없이, 빔 세그먼트들(50) 각각은 제 2 가변 디플렉터 조립체(52)를 향한다. 제 2 가변 디플렉터 조립체(52)는 독립적으로 틸트가 가능한 다수의 빔 조향 반사기 소자(54)로 형성된다.
발명의 한 실시예에 따르면, 제 2 가변 디플렉터 조립체(52)는 광학 MEM소자를 포함하거나, 또는, 적절한 압전식 모터에 의해 틸트될 수 있도록 미러 어레이로 형성되거나, 또는 검류계(galvanometer)로 어레이로 형성되거나, 독립적으로 틸트가 가능한 반사기 소자의 적절한 어레이를 포함한다. 도 1A에 도시되는 제 2 가변 디플렉터 조립체(52)의 구성에서, 반사기 요소(54)의 6x6 어레이가 제공된다. 그 외 달리 적절한 양의 (독립적 틸트가 가능한) 반사기 요소(54)들이 사용될 수도 있다.
독립적으로 제어가능한 디지털 광 스위치의 어레이를 제공하는 적절한 광학적 MEM 소자는 미국 달라스 소재 Texas Instruments 사가 제작판매한 Digital Micromirror Device(DMD)에 사용되는 기술을 이용한다. 대안으로, 적절한 반사기 소자(54) 어레이는 Mignardi 외 다수가 MEMS and MOEMS Technology and applications(편집자: Rai-Choudhury, 출판사: SPIE Press, 출판년도: 2000)에서 제안한 "The Digital Micromirror Device - A Micro-Optical Electromechanical Device for Display Applications"에 소개된 DMD의 제작 원리에 따라 만들어질 수 있다. 이 내용은 본 발명에서 전체 인용된다.
반사기 소자(54)들 각각은 필요 위치의 기판(14) 부분을 미세가공하거나 뚫거나 제거하도록, 타겟 영역(55) 내 선택가능한 위치에서 기판(14)에 충돌하도록 빔 세그먼트(50)를 독립적으로 그리고 개별적으로 조향한다.
도 1A에 도시되는 바와 같이, 반사기 소자(54)들의 동작은, 제작될 전기 회로의 요망 설계 패턴에 따라, 요건 위치에 기판(14)에 충돌하도록 하기 위해 반사기 소자들(54)이 빔 세그먼트(50)에 적절히 향하는 것을 보장하기 위해 시스템 콘트롤러(44)와 통신하는 서보 콘트롤러(57)에 의해 제어될 수 있다. 이러한 설계 패턴은 CAM 데이터 파일(46)이나 제작될 전기 회로의 다른 적절한 컴퓨터 파일 방식에 의해 제공될 수 있다.
반사기 소자들(54) 각각은 충돌하는 빔이 해당 포괄 영역 내 선택가능한 위치로 조향될 수 있도록 설정된다. 발명의 한 실시예에 따르면, 반사기 소자(54)들 중 일부분에 해당하는 포괄 영역이 적어도 부분적으로 중복된다.
발명의 한 실시예에 따르면, 제 2 가변 디플렉터 조립체(52)의 반사기 소자들(54) 수는 AOD(30)에 의해 출력되는 빔 세그먼트(50)의 최대수보다 크다. 반사기 소자(54)들은 일반적으로 레이저 빔(22)의 펄스 반복 속도보다 작은 듀티 사이클로 동작한다. 다시 말해서, 충돌하는 빔 세그먼트(50)가 기판(14) 위 새 위치로 리디렉션될 수 있도록 주어진 반사기 소자(54)를 리디렉션시키는 데 필요한 시간이 빔(22)의 순차적 펄스(24)간 시간차보다 크다.
빔(22)의 어떤 주어진 펄스(24)에 대해서도, 반사기 소자(54)의 리던던시(redundancy) 때문에, 빔 세그먼트(50)는 반사기 소자(54)들 중 일부에만 충돌한다. 따라서, 서브빔(50)을 수신하지 않는 반사기 소자(54)는 차후 레이저 펄스(24)로부터 서브빔(50)을 수신하기 위한 준비사항인 새로운 공간 방향으로 재위치설정 될 수 있고, 또한, 이와 동시에, 다른 반사기 소자들(54)이 기판(14)에 출돌하도록 빔 세그먼트(50)를 향하게 한다.
도 1A에 도시되는 바와 같이, 폴딩 미러(folding mirror)(62), 포커싱 렌즈(focusing lens)(63), 그리고 텔러센트릭 이미징 렌즈(telecentric imaging lens)(64)가 제 2 가변 디플렉터 조립체(52)와 기판(14) 사이에 삽입되어 빔 세그먼트(50)를 기판 표면(14)에 전달하게 한다. 렌즈(63, 64)의 광학적 설계는 상호 다른 방향으로 뻗어가는 광학축을 따라 전파하는 빔 세그먼트(50)들을 수용하여야 한다.
시스템 형태 및 공정 설계의 함수로, 단일 폴딩 미러(62)가 제공될 수도 있고, 여러개의 폴딩 미러가 제공될 수도 있으며, 어떤 폴딩 미러도 제공되지 않을 수도 있다. 추가적으로 포커싱 렌즈(63)와 텔러센트릭 렌즈(64)는 단일 광학 소자로 조합될 수 있고, 또는, 각각의 렌즈들(62, 64)이 다중 렌즈 소자들을 포함할 수도 있다. 더욱이, 시스템(10)은 여러 다른 직경을 가지는 기판(14) 상의 구멍 및 바이어를 형성하기 위해, 한개 이상의 빔 세그먼트(50)의 단면 크기를 통제하도록 동작하는 줌 렌즈(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 여러 다른 직경으로 AOD에 의해 출력될 수 있는 빔 세그먼트(50)의 균일한 직경을 수용하고 실현하기 위해 줌 소자가 사용될 수 있다.
발명의 한 실시예에 따르면, 빔 세그먼트들(50)이 입사 빔(22)의 광학축에 대해 AOD(30)에 의해 편향되는 각도 θn은 매우 작으며, 10-2 라디안 수준이다. 보 다 적요한 시스템을 제공하기 위해, 빔 세그먼트(50)의 상호 각도 발산을 증가시키도록 동작하는, 렌즈(56)로 표시되는, 망원경같은 빔 각도 익스팬더(beam angle expander)가 AOD(30) 하향에 제공된다.
AOD(30)는 빔 세그먼트(50)의 광학축이 한 평면에 놓이도록 서브빔(50)을 편향시키도록 동작한다. 도 1A에 도시되는 바와 같이, 제 2 가변 디플렉터 조립체(52)는 빔 세그먼트(50)의 광학축 평면 바깥에 놓이는 2차원 어레이를 포함한다. 도 1A에 도시되는 바와 같이, 1차원에서 2차원까지의 매핑 조립체(58)가 AOD(30)와 제 2 가변 디플렉터 조립체(52) 사이에 위치한다. 매핑 조립체(50)는 동평면 상에서 전파하는 빔 세그먼트(50)들을 수신하여, 서브빔(50) 평면 바깥의 2차원 위치 어레이로 빔 세그먼트들(50)을 리디렉션시킨다.
발명의 한 실시예에 따르면, 매핑 조립체(58)는 다수의 매핑 섹션(60)을 포함하며, 이때, 각각의 매핑 섹션(60)은 적절한 공간적 방향에 놓여, 주어진 매핑 섹션(60) 상에 충돌하는 AOD(30)에 의해 출력된 빔 세그먼트(50)가 반사기 소자(54)로 향하도록 한다.
다음은 시스템(10)의 동작 및 기능에 대한 단순화된 설명이다. 음파(38)가 빔(22) 펄스(24)와 동기화되어 결정(34)에서 발생되어, 제 1 레이저 빔 펄스가 충돌할 때 결정 부재(34)에 요망 음파 구조가 존재하게 한다. 음파(38)는 결정(34) 전체에서 균일한 주파수를 가질 수 있다. 따라서 단일 빔 세그먼트(50)를 생성할 수 있다. 대안으로, 음파가 여러 다른 주파수들을 가질 수도 있다. 통상적으로, 서로 이격된 여러 빔 세그먼트(50)들을 생성하기 위해 음파(38)의 길이를 따라 여러 공간 세그먼트들에 대해 여러 다른 주파수들이 놓일 수 있다. 발명의 한 실시예에 따르면, AOD(30)의 듀티 사이클이 충분히 빨라서, 빔(22)의 각각의 펄스(24)를 선택적으로 그리고 차별화하여 분할하거나 편향시키도록 동적으로 재설정될 수 있다. 발명의 선호되는 실시예에서, 빔 스플리터의 동적 재설정은, 빔(22)을 형성하는 각각의 펄스(24)가 AOD(30)에 충돌할 때, AOD(30)의 상호 다른 구조를 가지는 음파를 형성함으로서 달성된다.
음파(38)의 여러 다른 주파수들로 인해, 각각의 빔 세그먼트(50)들이 선택가능한 각도 θn으로 편향되어, 빔 익스팬더 렌즈(56)를 통과한 후 매핑 조립체(58)의 선택된 매핑 섹션(60)에 충돌하게 된다. 각각의 빔 세그먼트(50)는 제 2 가변 디플렉터 조립체(52)에서 반사기 소자(54)들 중 하나 상의 해당 위치로, 적절히 매핑된 섹션이 각각의 빔 세그먼트(50)를 향하게 한다. 반사기 소자(54)는 적절히 틸트되어, 기판(21)의 필요 위치를 미세가공하거나 구멍을 뚫기 위한 기판(14) 상의 위치로 빔 세그먼트(50)들을 다시 향하게 한다.
발명의 한 실시예에 따르면, AOD(30)가 레이저 빔(22)의 펄스 반복속도보다 빠른 듀티 사이클에서 동작하지만, AOD가 제공하는 편향은 비교적 작은 편향 각도만큼 빔 세그먼트(50)를 편향시킨다는 점에서 비교적 제한된다.
역으로, 제 2 가변 디플렉터 조립체(52)에 개별 반사기 소자(54)들을 위치시키는 데 필요한 시간은 레이저 빔(22)을 형성하는 차후 펄스간 시간차보다 크다. 그러나, 각각의 반사기 소자(54)들이 비교적 넓은 각도로 틸트될 수 있기 때문에, 반사기 소자(54)에 충돌하는 레이저 서브빔(50)이 비교적 큰 공간 영역을 커버하도록 전달될 수 있다.
발명의 한 실시예에 따르면, 각각의 반사기 소자들(54)이 적절히 틸트될 수 있어서, 인접 반사기 소자(54)들이 기판(14) 표면 상의 상호 중복 영역을 커버하도록 빔 세그먼트(50)를 전달하게 한다. 더욱이, 제 2 가변 디플렉터 조립체(52)의 반사기 소자들(54)은 렌즈(63, 64)의 시야(68) 범위 내 어떤 위치로도 빔 세그먼트(50)들을 전달할 수 있다.
시야(68) 범위 내 요망 부분(55)을 미세가공한 후, 기판(14)과 장치(10)는 시스템(10)에 대해 상호 변위되어, 시야(68) 범위가 기판(14)의 다른 부분을 커버하게 한다.
발명의 한 실시예에 따르면, 조립체(52)의 반사기 소자(54)들의 수는 레이저 빔(22)이 AOD(3)에 의해 분할되는 빔 세그먼트(50) 수보다 큰 것이 일반적이다. 최초 시간 구간동안, 빔 세그먼트(50)들은 다수의 제 1 반사기 소자(54)들에 충돌하지만, 다른 반사기 소자(54)들에는 충돌하지 않는다. 최초 시간 구간은 아래 설명되는 바와 같이, 빔 세그먼트(50)를 수신하지 않는 다른 반사기 소자(54)들을 재위치설정시키는 데 사용된다.
다음 제 2 시간 구간동안, 이전 시간 구간동안 빔 세그먼트(50)를 수신하지 않은 반사기 소자(54)들 중 일부분에 충돌하도록 빔 세그먼트(50)가 AOD(30)에 의해 편향된다. 제 2 시간 구간 내에 사용되는 반사기 소자(54)들은 기판(14)으로 서브빔(50)을 편향시키도록 이제 적절하게 재위치설정된다. 제 2 시간 구간 동안, 제 1 시간 구간에 사용된 반사기 소자들을 포함한, 빔 세그먼트(50)에 의해 충돌되지 않은 반사기 소자들 일부가 다음 시간 구간에 사용을 위해 재위치설정된다. 주어진 시간 구간동안 사용되지 않은 반사기 소자들(54)을 재위치설정하는 이러한 과정이 반복된다.
일반적으로 말할 때, 선택된 반사기 소자들(54)에 충돌하는 제 1 레이저 펄스로부터의 빔 세그먼트(50)와 마찬가지로, 다른 반사기들도 차후 빔 펄스로부터 빔 세그먼트들(50)을 수신하도록 동시에 재위치설정된다.
통상적으로, 단일 반사기 소자(54)를 위치설정시키는 데 소요되는 시간은 1-10 밀리초 수준이며, 이는 20kHz Q-스위치 레이저의 20-200 펄스 사이에 해당하는 값이다. 반사기(54) 위치설정에 사용되는 레이저 펄스(24)의 듀티 사이클을 넘는 시간 길이는 빔 포인팅 정확도가 안정화되었음을 보장한다. 추가적으로, 다중 반사기(54)를 이용함으로서, 펄스 손실을 최소화하면서 기판(14) 상 위치의 미세가공에 이어지는 반사기(54) 재위치설정도 가능한 리던던시가 보장된다. 장치(10) 속도를 증가시키기 위해, 그리고 각각의 빔 세그먼트(50)의 에너지 제어 수준을 제공하기 위해, 두개 이상의 빔 세그먼트(50)가 동일 위치에서 기판(14) 표면에 동시에 충돌하는 것이 필요할 수 있다. 이러한 환경에서, 다중 빔 세그먼트(50)들은 개별적 반사기(54)에 충돌하도록 각각 개별적으로 편향되며, 반사기들(54)은 동일 위치에서 기판(14)에 충돌하도록 서브빔(50)들을 향하게 하는 각각의 방향을 취한다.
도 1의 시스템 및 기능을 가진 전기 회로 미세가공 장치(110)의 상세한 블록도표가 도 2에 도시된다. 일반적으로, 레이저 가공 장치(110)은 기판으로의 에너지 전달 시스템으로 간주될 수 있다.
발명의 한 실시예에서, 도 1에 도시되는 바와 같이, 레이저 미세가공 장치(110)는 펄스형 레이저 빔(122)을 출력하는 펄스형 레이저(120)를 포함한다. 펄스형 레이저 빔(122)은 광 펄스 스트림으로 형성된다. 발명의 한 실시예에 따르면, 펄스형 레이저(20)는 10-50kHz(선호되는 범위는 10-20 kHz)의 펄스 반복 속도로 펄스형 자외선 광빔(122)을 제공하는 주파수 트리플 Q-스위치 YAG 레이저(frequency tripled Q-switched YAG laser)이다. 적절한 Q-스위치 레이저로는 미국, 캘리포니아에 모두 위치하는 Spectra Physics, Lightwave Electronics, 그리고 Coherent, Inc. 사의 제품들이 상용화되어 있다. 인쇄 회로 보드 제작에 사용되는 전형적인 물질들과 적절하게 상호작용하는 그 외 다른 상용 펄스형 레이저들도 물론 사용될 수 있다.
글래스를 지닌 기판을 미세가공하기에 적합한 펄스형 자외선 레이저 빔을 출력하도록 동작하는, 펄스형 레이저(20)로 사용하기에 적합한 또다른 레이저는 본 출원인의 계류중인 미국특허출원 10/167,472 호(본 출원과 동일자출원)에 소개되어 있다. 이 계류중인 출원은 미국임시특허출원 60/362,084 호를 우선권주장하며, 이 내용들 모두가 본 발명에서 참고로 인용된다.
레이저 미세가공 장치(110)의 단순화된 표현인 도 2에 도시되는 실시예에서, 펄스형 레이저 빔(122)이 제 1 렌즈(128)에 입사되고, 이때, 제 1 렌즈(128)는 음향광학적 디플렉터(Acousto-Optical Deflector)(AOD)(130)같은 제 1 가변 디플렉터 조립체의 이미지 평면(도시되지 않음)에서 빔(122)을 평탄화시키는 원통형 렌즈이 다. AOD(130)는 쿼츠(quartz)나 그 외 다른 결정질 물질로 만들어진 반투명성 결정 부재(134)와 트랜스듀서(132)를 포함한다.
트랜스듀서(132)는 도 1A의 제어 신호(36)에 해당하는 제어 신호(도시되지 않음)에 의해 제어되며, 도 1A를 참고하여 설명한 것과 마찬가지로, AOD(130)의 결정 부재(134)를 통과하는 음파(138)를 발생시키도록 동작한다. 음파(138)는 결정 부재(134) 내에서 레이저 빔(122)과 상호작용하도록 동작하여, 빔 세그먼트(150)를 출력하도록 레이저 빔(122)의 펄스를 동적으로 그리고 선택적으로 분할하고 편향시키게 된다.
AOD(130)는 따라서 동적 빔 스플리터로 기능한다. 이때, 상기 동적 빔 스플리터는 선택가능한 파형을 가지는 적절한 음파(138)를 형성함으로서, 빔(122)이 분할되는 세그먼트(150) 수와 최종 빔 세그먼트들이 향하는 방향 중 한가지 이상을 제어한다.
동적 빔 스플리터로서의 AOD(130)의 구조, 기능, 동작의 여러 다양한 태양들이 도 5-7을 참고하여 아래에서 설명된다. 동적 빔 스플리터 및 디플렉터로 기능하는 또다른 종류의 AOD의 구조 및 동작은 "Dynamic Multi-Pass, Acousto-Optic Beam Splitter and Deflector"의 명칭으로 본원과 동일자로 출원된 본 출원인의 미국임시특허출원 60/387,911호에 소개되어 있다.
발명의 한 실시예에 따르면, 음파(138)는 여러 다른 주파수로 AOD(30)에 형성될 수 있어서, 음파(138)가 레이저 빔(122)와 상호작용하는 순간에, 음파(138)가 두개 이상의 주파수를 포함한다. 두개 이상의 주파수로 음파(138)를 형성함으로서, 빔(122)이 두개 이상의 세그먼트(150)로 분할된다. 레이저 펄스가 충돌하는 시간에 AOD(130)에서 여러 다른 주파수들이 공간적으로 분리될 수 있다. 대안으로, 여러 다른 주파수들이 복합 파형으로 중첩될 수 있다.
따라서 음파(138)가 불균일 파형으로 결정 부재(132)를 통해 전파할 때, 빔(122)은 여러 빔 세그먼트(150)로 세그먼트화될 수 있다. 각각의 빔 세그먼트들(150)은 각도 θn으로 편향되며, 이 각도 θn는 레이저 빔(122)의 레이저 펄스가 충돌할 때 결정 부재(134) 내 음파(138)의 주파수의 함수이다.
발명의 한 실시예에 따르면, AOD(30)는 레이저 빔(122)의 펄스반복속도보다 짧은 듀티 사이클에서 동작한다. 따라서, 서브빔(150)의 숫자와 방향 중 한가지 이상을 변경시키도록, 레이저 빔(122)의 레이저 펄스와 상호작용할 때, 다른 조합 주파숟르을 포함하도록 AOD(130) 내 음파(138)를 재설정하는 데 걸리는 시간은 레이저 빔(122)의 순차적 펄스간 시간차보다 작다.
균일한 음파에 의해 제공되는 단일 세그먼트나 도 2에 도시되는 여러 세그먼트들 여하에 상관없이, 각각의 빔 세그먼트들(150)은 제 2 가변 디플렉터 조립체(152)에 위치한 선택가능한 제 1 타겟을 향한다. 제 2 가변 디플렉터 조립체(152)는 독립적으로 틸트가능한 다수의 빔 조향 반사기 소자(154)들로 형성된다.
각각의 반사기 소자들(154)은 도 1A를 참고하여 설명되는 바와 같이 기판(14)에 충돌하여 기판 일부를 미세가공하거나 구멍을 내거나 제거하도록 하기 위해, 총돌하는 빔 세그먼트(150)들을 개별적으로 그리고 독립적으로 추가적으로 조 향시킨다.
발명의 한 실시예에 따르면, 각각의 반사기 소자들(154)은 반사경(240)이나 그 외 달리 적절한 반사 소자를 포함한다. 이들은 위치설정 조립체(242) 상에 장착되는 것으로서, 조립체(242)는 베이스(244), 반사경 지지체(246), 한개 이상의 선택가능형 액츄에이터(248), 그리고 바이어싱 스프링(도시되지 않음)을 포함한다. 도 2에서는 3개의 액츄에이터가 별 모양으로 구성된다. 선택가능한 각각의 액츄에이터(248)는 독일의 Marco Systemanalyse und Entwicklung GmbH 사 제품인 TORQUE-BLOCK 액츄에이터같은 압전식 액츄에이터로서, 화살표(249)로 표시되는 바와 같이 상하 위치설정을 독립적으로 제공하여, 빔 세그먼트(150)를 수신하기 위한 요망 공간 방향으로 반사경(240)을 선택적으로 틸트시키고 기판(14) 표면 상의 요망 위치에 충돌하도록 빔 세그먼트(150)를 향하게 한다.
도 1A와 연계하여 도 2를 고려해볼 때, 각각의 액츄에이터(248)는 서보 콘트롤러(57)에 동작가능하게 연결되고, 서보 콘트롤러(57)는 도 1A에 대하여 상술한 바와 같이 시스템 콘트롤러(44)에 연결되고 이에 의해 제어된다. 따라서, CAM 데이터 파일(46)에 내장된 인쇄 회로 보드 내 바이어 패턴의 패턴 설계에 대응하여, 반사기 소자(154)의 상대적 공간 방향이나 틸트는 빔(122)을 형성하는 레이저 펄스와, AOD(130)의 동작을 제어하는 제어 신호의 발생과 동기화되어 독립적으로 제어되어, 레이저 빔(122)을 동적으로 분할하고 편향시킨다. 빔 세그먼트(150)는 요망 반사기 소자(154)에게로 편향되고, 반사기 소자(154)도 적절하게 방향을 취하여, 빔 세그먼트(150)가 요망 위치에서 기판(14)에 궁극적으로 충돌하게 된다.
발명의 한 실시예에 따르면, 서브빔(150)이 기판(14) 커버의 해당 영역 내 선택가능한 위치로 조향되도록 반사기 소자(154) 각각이 설정된다. 반사기 소자(154)의 일부분에 해당하는 커버 영역이 적어도 부분적으로 상호 중복된다.
제 2 가변 디플렉터 조립체(152)의 반사기 소자(154) 수는 일반적으로 AOD(130)에 의해 출력되는 빔 세그먼트(150)의 최대수보다 크다. 따라서 도 2에 도시되는 바와 같이, 제 2 가변 디플렉터 조립체는 36개의 반사기 소자를 포함하며, 이때, 6개의 서브빔(150)들이 AOD(130)에 의해 출력된다. 반사기 소자(154)들은 레이저 빔(122)의 펄스 반복 속도보다 작은 듀티 사이클로 동작하는 것이 일반적이다. 따라서, 충돌하는 빔 세그먼트(150)가 기판(14) 상의 새 위치로 리디렉션될 수 있도록, 반사기 소자(154)를 기계적으로 재위치설정하는 데 필요한 시간은 빔(122)을 형성하는 순차적 펄스간 시간차보다 크다.
빔 세그먼트(150) 각각에 대한 반사기 소자(154)의 리던던시 때문에, 어떤 주어진 빔(122) 펄스에 대하여, 빔 세그먼트(150)들은 일부 반사기 소자(154)에 충돌하도록 편향되며, 다른 반사기 소자(14)에는 충돌하지 않게 된다. 따라서, 빔 세그먼트(150)를 수신하지 않는 일부 반사기 소자들(170)은 다음 레이저 펄스(24)를 수신하기 위한 준비 사항으로 새 공간적 방향으로 재위치설정될 수 있고, 동시에, 빔 세그먼트(150)를 수신하는 다른 반사기 소자들(172)은 기판(14) 상의 하향으로 충돌하도록 빔 세그먼트(150)를 향하게 한다.
발명의 한 실시예에 따르면, 빔 세그먼트(150)가 입사 빔(156)의 광학축에 대해 AOD(130)에 의해 편향되는 각도 θn은 일반적으로 매우 작으며, 10-2 라디안 수준이다. 보다 정교한 시스템을 제공하기 위해, 렌즈(156)로 표시되는 망원경같은 빔 각도 익스팬더(beam angle expander)가 빔 세그먼트(150)의 상호 각도 발산을 증가시키도록 동작하며, AOD(130)의 하향에 위치하는 것이 바람직하다.
AOD(130)는 빔(50)을 편향시키도록 동작하여, 빔 세그먼트(150)의 광학축들이 동일 평면에 놓이게 되고, 또한 2차원 어레이를 포함하는 제 2 가변 디플렉터 조립체(152)가 빔 세그먼트(150)의 광학욱 평면 바깥에 놓이게 된다.
2차원 매핑 조립체(180)가 AOD(130)와 제 2 가변 디플렉터 조립체(152) 사이에 삽입된다. 매핑 조립체(180)는 한 평면에서 전파되는 빔 세그먼트(150)들을 수신하여, 서브빔(150) 평면 바깥의 2차원 위치 어레이로 빔 세그먼트(150)들을 리디렉션시킨다.
발명의 한 실시예에 따르면, 매핑 조립체(180)는 다수의 투과부(184)를 포함하는 지지 부재(182) 어레이를 포함하며, 빔 세그먼트들(150)이 이 투과부(184)를 통해 투과할 수 있고, 상기지지 부재(182) 어레이는 충돌하는 빔 세그먼트들(150)을 반사시키도록 동작하는 다수의 반사부(186)를 또한 포함한다.
도 2에 도시되는 바와 같이, 반사부(186)는 각각의 지지 부재(182) 상에서 이격되어 위치하며, 반사부(186)의 각각의 위치는 지지 부재(182) 사이에서 측방으로 엇갈리게 하는 구조를 취한다. 각각의 반사부(186)는 해당 반사기 소자(154)에 매핑된다. 결과적으로, 조립체(180)에 입사되는 각각의 빔 세그먼트(150)는 제 1 지지 부재(187) 상의 각각의 반사부에 의해 수신되며, 또는, 나머지 지지 부재(182) 중 하나 상의 반사부(186)에 의해 수신될 때까지 한개 이상의 지지 부재를 투과한다.
조립체(180)는 빔 전파면에 놓인 광학축을 따라 전파되는 빔 세그먼트(150)를 리디렉션시키기 위한 수단을 제공하여, 전파면 바깥의 2차원 위치 어레이 상에 충돌하게 한다. AOD(130)는 조립체(180)의 지지부재(182) 중 한개 상에 형성되는 반사부(186) 중 하나에 충돌하도록 빔 세그먼트(150)를 선택적으로 편향시킨다. 반사부(186)가 전파면의 X축과 Y축을 따라 상호 엇갈리 누이치에서 전파면을 교차하기 때문에, 빔 세그먼트(150)가 AOD(130)에 의해 선택적으로 편향되는 각도는 총돌하는 반사부(186)를 결정한다. 따라서, 제 2 가변 디플렉터 조립체(152)에서와 같은 선택가능한 위치의 2차원 어레이 중 한 위치가 전파면 바깥에 놓인다.
도 3은 도 2의 시스템 및 기능의 일부분 동작 태양을 부분적으로 블록도표화한 부분상세도이다. 레이저 펄스 타이밍 그래프(226)의 레이저 펄스(234, 236, 238)가 도시된다. 레이저(122)는 시간상 이격된 레이저 펄스(224)를 포함한다. 제어 신호(244, 246, 248)가 레이저 펄스(234, 236, 238) 아래 각각 도시된다. 제어 신호(244-248)는 펄스(138) 발생 제어를 위한 것으로서, AOD(260)에 관련된 트랜스듀서(252) 내로 공급된다는 것을 도면에서 알 수 있다. AOD(260)는 도 2의 AOD(130)에 상응한다. 제어 신호에 대응하는 음파(264-268)가 AOD(260)에 도시된다. 음파(264)는 제어 신호(244)에 대응하고, 음파(266)는 제어 신호(246)에, 음파(268)는 제어 신호(248)에 대응한다. 설명의 단순화를 위해, AOD(260)의 일부분 만이 레이저 펄스(224) 각각에 대해 도시되었다.
레이저 펄스(224)의 방사에 해당하는 순간에, 입력 레이저 빔(270)이 AOD(260) 상에서 충돌한다. 음파(264-268)는 레이저 빔(270)을 빔 세그먼트(250)로 세그먼트화하고, 이때, 각각의 세그먼트는 음파(264-268)의 해당 주파수에 기능적으로 관련된 편향 각도로 편향된다.
도 2의 빔 조향 반사기 소자(154)에 상응하는 제 1, 2, 3 반사기 소자(280, 282, 284)가 AOD(260) 각각 아래에 도시된다. 각각의 레이저 펄스(224)에 해당하는 시간에서, 빔 세그먼트(250)는 반사기 소자(280, 282, 284) 중 하나에 충돌하도록 편향된다.
도 3은 레이저 펄스(224)간의 타이밍 관계와 함께, AOD(26)의 동작과 반사기 소자(280, 282, 284)의 동작을 도시한다. AOD(260)의 동작은 펄스(224)로 표시되는 펄스 반복 속도보다 빠른 듀티 사이클을 가진 동적 빔 디플렉터로 구현되며, 반사기 소자(280, 282, 284)의 동작은 펄스 반복속도보다 작은 듀티 사이클을 가진다.
상술한 바와 같이, 앞서와는 다른 음파를 AOD(260)에 삽입하는 데 필요한 재설정 시간은 펄스(234)간 시간차보다 작다. 따라서, 제어 신호(244-248) 각각의 파형과 음파(264-268) 각각의 파형은 서로 다르며, 따라서 각각의 펄스(224)에 대해 선택가능한 빔 세그먼트(250) 편향을 제공한다. 그러나, 순차적으로 제공되는 제어 신호(244, 246)와 이에 대응하여 순차적으로 제공되는 음파(264, 266)에 있어서, 제 1 공간파 세그먼트(290)의 주파수가 변하고, 또한 제 2 공간파 세그먼트(292)의 주파수가 불변으로 유지된다.
펄스(234, 236)에 대하여, 제 2 공간파 세그먼트(292)에 상응하는 제 1 빔 세그먼트(294)는 제 3 반사기 소자(284)에 충돌한다. 반사기 소자(284)는 각각의 펄스(234, 236)에 대한 제 1 빔 세그먼트(294)를 수신하도록 고정으로 유지된다.
제 2 빔 세그먼트(296)는 음파(264)의 제 1 공간 세그먼트(290)에 의해 제 1 방향으로 편향되고, 이때, 제 3 빔 세그먼트(298)는 음파(266)의 제 1 공간 세그먼트(290)에 의해 앞서와 다른 방향으로 편향된다.
더욱이, 펄스(234, 236)의 경우에, 빔 세그먼트(250) 중 어느 것도 제 1, 2 디플렉터 소자(280, 282) 상에 각각 충돌하지 않으며, 그보다는 도시되지 않은 다른 디플렉터 소자로 향한다. 펄스(234, 236)간의 시간 구간은 제 1, 2 반사기 소자(280, 282)를 공간적으로 재위치설정하는 데 사용된다.
새로운 파형의 음파(268)가 AOD(260)에 형성되어, 펄스(238)에서 빔(270)을 선택적으로 분할하고 편향시킨다. 펄스(238)에서 알 수 있는 바와 같이, 어떤 빔 세그먼트(250)도 제 1 반사기 소자(280)나 제 3 반사기 소자(284)에서 충돌하지 않는다.
제 4 빔 세그먼트(300)는 디플렉터 소자(282)에 충돌한다. 빔 세그먼트(300)는 제 2 공간 세그먼트(292)의 음파(268) 주파수에 기능적으로 관련된 방향으로 편향된다. 음파(268)의 제 2 공간 세그먼트(292)의 주파수는 음파(264, 266)에 대해 변경되어 있다. 제 5 빔 세그먼트(302)는 제 1 공간 세그먼트(290)의 음파(268) 주파수에 기능적으로 관련된 방향으로 편향된다.
빔 조향 반사기 소자(154)같은 반사기 소자(280-284)의 재위치설정 시간은 펄스(224)들간 시간차보다 작음을 앞서로부터 알 수 있다. 그럼에도 불구하고, 동적 빔 스플리터의 재설정 시간이 펄스간 시간차보다 작기 때문에, 펄스간 시간차보다 큰 시간 구간동안 리던던트 반사기 소자들이 재위치설정될 수 있다. 그래서 적절한 위치에 놓인 반사기 소자가 펄스간 시간차보다 짧은 시간 구간에서 선택될 수 있다.
도 4는 발명의 한 실시예에 따른 전기 회로 제작 방법의 순서도(320)이다. 이 방법은 유전체 기판 위에 놓인 금속 포일층을 가진 다층식 인쇄 회로 보드 기판에 미세 바이어를 형성하는 공정을 들어 설명된다.
여기서 소개되는 전기 회로 제작 방법은 다수의 방사 빔을 제공하는 동적으로 조향가능한 한 개 이상의 방사 에너지 소스를 이용한다. 이때, 각각의 빔은 동적으로 선택가능한 방향으로 전파한다. 빔들은 독립적으로 위치설정가능한 다수의 빔 조향 소자들에게 선택적으로 향한다. 일부 빔 조향 소자들은 빔을 수신하여 미세가공될 인쇄 회로 보드 기판 상의 선택가능한 위치로 이 빔들을 향하게 한다.
동적으로 선택가능한 방향으로 전파하는 다수의 빔을 발생시키기에 적절한 장치는 도 1A를 참고하여 설명되며, 도 2를 참고하여 설명된 레이저 미세가공 장치(110)이다. 따라서, 한개 이상의 Q-스위치 레이저에 의해 출력되는 한개 이상의 빔을 한개 이상의 동적 빔 분할 및 편향 소자에 통과시킴으로서, 동적으로 선택가능한 방향으로 전파하는 빔들이 생성될 수 있다. 부가적으로, 개별적으로 발생된 여러 빔들이 별도로, 또는 조합하여 취급될 수 있다.
발명의 한 실시예에 따르면, 동적 디플렉터 소자가 한개 이상의 금속가공 빔 세그먼트를 선택적으로 제공하도록 동작한다. 발명의 한 실시예에서, 선택가능한 빔 분할 기능을 제공하는 별도의 빔 분할 소자가 제공될 수 있으나, 빔 분할 기능이 동적 디플렉터에 의해 제공된다. 금속가공 빔 세그먼트는 연소나 절제 등에 의해 금속 포일층 일부분을 제거하기에 적합한 에너지 밀도를 가진다.
각각의 금속 가공 빔 세그먼트는 틸트가능한 도 2의 반사기 소자(154)처럼 빔 조향 소자에 충돌하도록 동적으로 편향된다. 빔 조향 소자는 적절하게 위치하여, 금속 가공 빔 세그먼트가 PBC 기판 상의 선택가능한 위치로 조향되게 하며, 여기서, 금속포일 일부분이 하부 유전체 기판을 노출시키도록 제거된다.
금속가공 빔이 제 1 위치에서 금속 포일 일부분을 제거하고 있을 때, 현재 사용되지 않고 있는 빔 조향 장치들은 선택가능한 다른 위치에서 금속 포일을 제거하기 위해 적절하게 재위치설정될 수 있다. 따라서, 다음에 이어지는 각각의 펄스는 앞서 위치한 빔 조향 소자에 충돌하도록 동적 빔 디플렉터에 의해 편향될 수 있다.
금속 포일 일부분을 제거하는 것은 다수의 요망 위치로 금속 포일이 제거될 때까지 선택가능한 위치에서 계속된다.
다음의 동작에서, 동적 디플렉터 소자는 금속 가공 빔 세그먼트와는 다른 에너지 성질을 가진 한 개 이상의 유전체 가공 빔 세그먼트를 제공한다. 동적 디플렉터에 의해, 또는, 적절한 빔 스플리터 소자에 의해, 빔 분할 기능이 제공될 수 있다. 예를 들어, 유전체 가공 빔 세그먼트는 금속 가공 빔 세그먼트보다 낮은 에너지 밀도를 가진다. 유전체 가공 빔 세그먼트의 에너지 성질은 연소나 절제 등에 의 해 유전층 일부분을 제거하기에 적합하며, 금속 포일 일부분을 제거하기에 적합하지 않다.
발명의 한 실시예에 따르면, 빔 세그먼트(50, 150)의 에너지 밀도가 레이저 빔(22, 122)을 선택가능한 숫자의 빔 세그먼트(50, 150)으로 분할함으로서 제어되며, 또한, 빔 세그먼트 숫자에 상관없이 최종 빔 세그먼트(150)의 직경을 관리함으로서 제어된다.
각각의 유전체 가공 빔 세그먼트는 도 2의 틸트가능한 반사기 소자(154)같은 빔 조향 소자에 충돌하도록 동적으로 편향된다. 빔 조향 소자는 적절하게 위치하여, 각각의 유전체 가공 빔 세그먼트가 선택가능한 위치로 조향되게 한다. 이때, 금속포일층 일부분이 이미 제거되어 유전층을 노출시키고 유전층의 요망 부분이 제거된다.
유전체 가공 빔이 제 1 위치 세트에서 유전체 일부분을 제거하고 있을 때, 현재 사용되지 않는 빔 조향 소자들은 다른 선택가능한 위치에서 유전체 제거를 위해 적절하게 재위치설정될 수 있다. 따라서, 다음 이어지는 각각의 펄스는 동적 빔 디플렉터에 의해 편향되어 앞서 위치한 빔 조향 소자에 충돌하게 될 수 있다. 유전체 제거를 위해 에너지 밀도를 감소시켜야 하기 때문에, 빔(122)은 수많은 숫자의 유전체 가공 빔 세그먼트로 분리될 수 있고, 결과적으로, 금속 포일 제거에 비해 유전체 제거에서 시스템 성능이 개선된다.
금속 포일이 앞서 제거된 모든 위치에서 유전체가 제거될 때까지, 선택가능한 위치에서 유전체 제거가 계속된다. 이 동작이 완료되면, 다음 부분의 미세가공 을 위해 기판이 재위치설정된다.
상술한 바와 같이, 발명의 한 실시예에 따르면, 선택가능한 방향으로 동적으로 조향되는 선택가능한 숫자의 빔 세그먼트들로 입사 방사 빔을 동적으로, 그리고 선택적으로 분할하도록 AOD가 동작한다.
도 5는 도 1 및 2 의 시스템 및 기능에서 동적 빔 스플리터에 의해 생성되는 레이저 빔의 수와 각도를 변화시킨 결과 도면이다. 페이저 펄스 타이밍 그래프(426)의 레이저 펄스(424)들은 각각 (434, 436, 438)로 표시된다. 레이저 펄스(424)는 도 2의 빔(122)을 규정하며, 시간상으로 상호 이격된다.
펄스(434, 436, 438)에 각각 해당하는 제어 신호(444, 446, 448)가 레이저 펄스 타이밍 그래프(426) 위에 도시된다. 제어 신호(444-448)는 도 2의 AOD(130)에 상응하는 AOD(460)에 관련된 트랜스듀서(452)에 공급되는 것으로 도시된다. 제어 신호(444-448)에 대응하는 음파(464, 466, 468)가 AOD(460)에 도시된다. 음파(464)는 제어 신호(444)에, 음파(466)는 제어 신호(446)에, 음파(468)는 제어 신호(448)에 대응한다.
레이저 펄스(424)의 방사에 해당하는 시간에서, 입사 레이저 빔(470)이 AOD(460) 상에서 충돌한다. 음파(464-468)는 레이저 빔(470)을 선택가능한 숫자의 세그먼트들(450)로 세그먼트화한다. 각각의 빔 세그먼트(450)는 음파(464-468)의 일부분의 해당 주파수에 기능적으로 관련된 편향 각도에서 편향된다.
도 5는 AOD(460)의 동작과 레이저 펄스(424)간 타이밍 관계를 도시한다. 상기 AOD(460)의 동작은 펄스(424)로 표시되는 펄스 반복 속도보다 작은 듀티 사이클 에서 입사 빔(470)을 선택가능한 숫자의 빔 세그먼트(450)로 분할하도록 동작하는 동적 빔 스플리터로 기능한다.
일반적으로 균일한 주파수를 가진 제어 신호(444)는 일반적으로 균일한 주파수를 가지는 음파(464)를 AOD(460)에서 발생시킨다. 펄스(434)에 관련된 빔(470)이 AOD(460)에 충돌할 때, 단일 빔-세그먼트(480)가 출력된다. 빔(470) 부분이 편향되지 않을 수도 있다. 이는 설명의 단순화를 위해 무시한다.
공간적으로 구분되는 6개의 세그먼트(482-492)를 가진 제어 신호가 공간적으로 구분된 6개의 세그먼트(502, 504, 506, 508, 510, 512)를 가진 음파(466)를 AOD(460)에서 발생시킨다. 이때, 각각의 세그먼트(482-492)는 일반적으로 균일한 주파수를 가지며 인접 세그먼트들과 다른 주파수를 가진다. 공간적으로 구분된 각각의 세그먼트(502-512)는 일반적으로 균일한 음향 주파수를 가지며 인접 세그먼트와는 다른 음향 주파수를 가진다. 펄스(436)에 관련된 빔(470)이 AOD(460)에 충돌할 때, 6개의 구분된 빔 세그먼트(522-532)가 출력된다. 빔(470)의 일부분이 편향되지 않을 수 있다. 이는 설명의 단순화를 위해 무시한다.
공간적으로 구분된 두개의 세그먼트(542, 544)를 가진 제어 신호(448)가 역시 공간적으로 구분된 세그먼트(562, 564)를 가진 음파(468)를 AOD(460)에서 발생시킨다. 이때, 각각의 세그먼트(542, 544)는 일반적으로 균일한 주파수를 가지며 인접 세그먼트와는 다른 주파수를 가진다. 공간적으로 구분되는 각각의 세그먼트(562, 564)는 일반적으로 균일한 음향 주파수를 가지며, 인접 세그먼트와는 다른 음향 주파수를 가진다. 펄스(438)에 관련된 빔(470)이 AOD(460)에 충돌할 때, 구분 된 두개의 빔 세그먼트(572, 574)가 출력된다. 빔(47)의 일부분이 편향되지 않을 수도 있다. 이는 설명의 단순화를 위해 무시한다.
도 5에 도시되는 실시예에서, 빔(470)을 여러 다른 숫자의 빔 세그먼트(450)로 분할함으로서, 빔 세그먼트(450)들이 서로 다른 폭을 가진다. 이러한 실시예에서, 기판(14)에 충돌하는 점의 크기를 제어하기 위해, AOD(460)의 적절한 하향 광학 소자를 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 이는 균일한 직경 보장을 위해 빔 세그먼트(450)의 각기 다른 숫자에 기인한다.
도 6은 도 1A와 2의 시스템 및 기능에서 동적 빔 디플렉터에 의해 생성되는 다층 빔의 각도를 변화시킨 결과를 도시한다. 레이저 펄스 타이밍 그래프(626)의 레이저 펄스(624)는 (634, 636)으로 각각 표시된다. 레이저 펄스(624)는 도 1의 빔(22)와 도 2의 빔(122)을 규정하며, 시간상으로 서로 이격된다.
펄스(634, 636)에 각기 대응하는 제어 신호(644, 646)가 레이저 펄스 타이밍 그래프(626) 위에 도시된다. 제어 신호(644, 646)는 AOD(660)에 관련된 트랜스듀서(652)에 공급되는 것으로 도시되며, 도 1의 AOD(30)과 도 2의 AOD(130)에 각각 대응한다. 제어 신호(644, 646)에 대응하는 음파가 AOD(660)에 도시된다. 음파(664)는 제어 신호(644)에, 음파(666)는 제어 신호(646)에 대응한다.
레이저 펄스(624)의 방사에 해당하는 시간 순간에, 입사 레이저 빔(670)이 AOD(660) 상에 충돌한다. 음파(664, 666)는 각각 레이저 빔(670)을 선택가능한 숫자의 빔 세그먼트(650)들로 세그먼트화한다. 각각의 빔 세그먼트들(650)은 음파(664-666) 일부분의 해당 주파수에 기능적으로 관련된 편향 각도에서 편향된다.
도 6은 레이저 펄스(634)와 AOD(660) 동작 간의 타이밍 관계를 도시한다. AOD(660)의 동작은, 입사 빔(670)을 선택가능한 숫자의 빔 세그먼트(650)로 분할하여 개별적 편향 각도에서 빔 세그먼트들(650)을 개별적으로 편향시키는, 동적 빔 스플리터로 동작한다. 이때, 모든 듀티 사이클은 펄스(624)로 표시되는 펄스 반복 속도보다 작다.
공간적으로 구분된 여섯개의 세그먼트(682-692)를 가진 제어 신호(644)가 역시 공간적으로 구분된 여섯 개의 세그먼트(702-712)를 가진 음파(664)를 AOD(660)에서 발생시킨다. 이때, 각각의 세그먼트(682-692)는 일반적으로 균일한 주파수를 가지며 인접 세그먼트와는 다른 주파수를 가진다. 공간적으로 구분되는 각각의 세그먼트(702-712)는 일반적으로 균일한 음향 주파수를 가지며, 인접 세그먼트와는 다른 음향 주파수를 가진다. 펄스(634)에 관련된 빔(670)이 AOD(660)에 충돌할 때, 구분된 여섯개의 빔 세그먼트(722-732)가 출력된다. 각각의 세그먼트(702-712)에서의 주파수가 앞선 세그먼트에 비해 점차적으로 증가하며, 이에 따라, 빔 세그먼트(722-732)가 편향되는 각도 역시 마찬가지로 증가한다.
공간적으로 구분된 여섯개의 세그먼트(742-752)를 가진 제어 신호(646)가 역시 공간적으로 구분된 여섯 개의 세그먼트(762-772)를 가진 음파(666)를 AOD(660)에서 발생시킨다. 이때, 각각의 세그먼트(742-752)는 일반적으로 균일한 주파수를 가지며 인접 세그먼트와는 다른 주파수를 가진다. 공간적으로 구분되는 각각의 세그먼트(762-772)는 일반적으로 균일한 음향 주파수를 가지며, 인접 세그먼트와는 다른 음향 주파수를 가진다. 펄스(636)에 관련된 빔(670)이 AOD(660)에 충돌할 때, 구분된 여섯개의 빔 세그먼트(782-792)가 출력된다. 이때, 빔 세그먼트(782)는 음파 세그먼트(762)에, 빔 세그먼트(784)는 음파 세그먼트(764)에, 빔 세그먼트(786)은 음파 세그먼트(766)에, 빔 세그먼트(788)는 음파 세그먼트(768)에, 빔 세그먼트(790)은 음파 세그먼트(770)에, 그리고 빔 세그먼트(792)는 음파 세그먼트(772)에 각각 대응한다.
음파 세그먼트(762-772) 각각의 주파수 배열이 순서대로 변경되지는 않는다. 그 결과 일부 빔(782-790)이 중복된다. 이로 인해, 빔(782-790)이 매핑 소자(60)(도 1)에 충돌하도록 선택적으로 편향될 수 있다. 빔(722-732)에 비교하여 빔(782-792)에 나타나는 각도 변화는 AOD(660)에서 음파의 재설정으로부터 기인한다. 따라서, 음파(664)로부터 음파(666)로의 음파 설정 변화는 펄스(634, 636)간 시간차보다 작은 시간 주기동안 실행된다.
도 7은 도 1A와 2의 시스템 및 기능에서, 적어도 부분적으로 중첩된 주파수 성분들을 포함하여, 제어 신호(36)를 변조함으로서 동적 빔 스플리터에 의해 생성되는 적어도 부분적으로 중첩된 다중 레이저 빔이 각도를 변화시킨 결과를 도시한다. 제어 신호(844)가 도 1의 AOD(30)과 도 2의 AOD(130)에 대응하는 AOD(860)에 관련된 트랜스듀서(852)로 공급되는 것으로 도시된다. 제어 신호(844)에 대등하는 음파(864)가 AOD(860)에 도시된다.
제어 신호(844)는 세 개의 제어 신호의 상호 중첩에 해당하며, 각각의 제어 신호는 서로 다른 주파수를 가진다. 더 많은 수의, 또는 더 적은 수의 제어 신호가 중첩될 수 있고, 세가지 제어 신호의 중첩은 설명의 단순화를 위해 선택된 것이다.
펄스형 레이저 빔(22, 122)의 레이저 펄스 방사에 해당하는 순간에, 입사 레이저 빔(870)이 AOD(860)에 충돌하고, 세 개의 빔 세그먼트(880, 882, 884)로 분할된다. 각각의 빔 세그먼트(880-884)는 AOD(860)의 파형(864) 폭에 관련된 균일한 폭을 가진다. 각각의 빔 세그먼트(880, 882, 884)는 음파(864)의 주파수 성분 중 하나에 기능적으로 관련된 각도에서 편향되며, 적어도 부분적으로 겹쳐진다.
도 8은 도 1A 및 2의 시스템 및 기능에서, 동적 빔 스플리터에 의해 생성되는 다중 레이저 빔 세그먼트들간 에너지 분포를 변화시킨 도면이다. 일반적으로, 전형적인 레이저 빔이 가우시안 에너지 프로파일을 가지기 때문에, 균일한 공간적 빔 분할이 도 2의 빔 세그먼트(150)같은 빔 세그먼트들을 야기하며, 이는 균일한 에너지 성질을 가지지 않는다. 동적 빔 스플리터의 상향에 위치한 빔 정형 소자는 빔(22, 122)같은 빔을 형성하도록 제공될 수 있고, 이 빔은 비-가우시안 분포를 가지며, 최상층(top-hat)형 에너지 분포를 가진다. 발명의 한 실시예에 따르면, 일반적으로 균일한 에너지 특성을 가진 서브빔들이 외부 빔 정형 소자들을 이용하지 않으면서 형성된다. 추가적으로, 서브빔들의 에너지 특성은 펄스형 레이저의 펄스들간 시간차보다 작은 시간에서 변경될 수 있다.
도 8에서, 레이저 펄스 타이밍 그래프(926)의 레이저 펄스(924)가 (934, 936)으로 표시된다. 레이저 펄스(924)는 가령 도 2의 빔(122)을 형성하며, 시간상 서로 이격된다. 입력 에너지 그래프(940)는 빔(122)같은 레이저 빔의 전형적인 가우시안 에너지 특성을 표시한다.
레이저 펄스 타이밍 그래프(926) 위에서 제어 신호(944, 946)가 도시되며,이 는 펄스(934, 936)에 각각 대응한다. 제어 신호(944, 946)는 도 1의 AOD(30)과 도 2의 AOD(130)에 대응하는 AOD(960)에 관련된 트랜스듀서(952) 내로 공급되는 것으로 도시된다. 제어 신호(944, 946)에 대응하는 음파가 AOD(960)에 도시된다. 음파(964)는 제어 신호(944)에, 음파(966)는 제어 신호(946)에 각각 대응한다.
레이저 펄스(924) 방사에 해당하는 순간에, 입사 레이저 빔(970)은 AOD(960)에 충돌한다. 음파(964, 966)는 레이저 빔(970)을 선택가능한 숫자의 빔 세그먼트(950)로 세그먼트화한다. 각각의 빔 세그먼트(950)는 음파(964, 966) 일부분의 해당 주파수에 기능적으로 관련된 편향 각도로 편향되며, 빔 세그먼트의 폭은 개별적 주파수를 가지는 음파(964, 966) 부분의 폭에 관련된다.
도 8을 보면, 신호(944)가 폭이 같지 않은 6개의 세그먼트(945)로 나누어짐을 알 수 있다. 결과적인 음파(964)는 폭이 동일하지 않은 6개의 세그먼트로 형성된다. 더욱이, 결과적인 빔 세그먼트(972-982)의 각각의 폭도 역시 같지 않다.
세그먼트(945)의 각각의 폭이 빔 세그먼트를 생성하기 위해 동적으로 배열되고 수정될 수 있다. 물론, 빔 세그먼트들은 서로 다른 공간 폭을 가지면서도 일반적으로 균일한 에너지 특성를 가진다. 따라서, 음파(964)를 불균일한 세그먼트(945)들로 선택적 분할하는 것은 출력 에너지 그래프(984) 하의 영역으로 표시되는 각 빔(972-982)의 선택가능한 에너지 특성을 생성한다. 예를 들어, 빔(970)의 동적 분할은 다음과 같이 구현될 수 있다. 즉, 빔(970)의 고에너지부의 비교적 작은 공간 섹션이 빔 세그먼트(976, 978)를 생성하는 데 사용되고 빔(970)의 저에너지부의 비교적 큰 공간 섹션이 빔 세그먼트(972, 982)를 생성하는 데 사용되며, 빔(970)의 중간 크기 공간부가 빔 세그먼트(974, 980)를 생성하는 데 사용된다. 에너지 균일성이 히스토그램(990)에 나타난다.
따라서, 출력 빔 세그먼트의 에너지 균일성은 입사 빔(970)의 에너지를 감쇠시키지 않으면서 빔 세그먼트(972-982) 사이에 에너지를 분포시킴으로서 균일하게 제어되고 만들어질 수 있다. 더욱이, 에너지 균일성은 빔(970)이 분할되는 빔 세그먼트(984)의 수에 독립적으로 제어될 수 있고, 또는 빔 세그먼트의 편향 방향에 독립적으로 제어될 수 있다. 발명의 한 실시예에 따르면, 빔 세그먼트(972-982)의 직경을 수용하고 제어하기 위해, AOD(960)의 하향에 적절한 광학 소자(도시되지 않음)가 제공된다. 각각의 빔 세그먼트(972-982)는 서로 다른 폭을 가지나 균일한 에너지 분포를 지닌다.
도 8에서, 빔 세그먼트(972-982)간 에너지 분포가 펄스(924) 사이에서 변경될 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 펄스(936)에 관련된 그래프에서, 제어 신호(946)의 세그먼트(1005)가 균일하게 만들어졌다. 그 결과, 음파(966)로부터 생긴 각각의 빔 세그먼트의 공간 폭이 일반적으로 균일한데, 허나, 빔(970)과 음파(966)의 상호작용으로부터 생긴 빔 세그먼트들간 에너지 분포는 균일하지 않다. 히스토그램(1010)을 참고할 수 있다.
음파(966)에 의해 생긴 빔 세그먼트간 불균일한 에너지 특성은 입사 빔(970)의 에너지 분포를 정형하도록 동작하면서 AOD(960) 외부에 위치하는 빔 정형 소자(도시되지 않음)를 제공함으로서 개선될 수 있다. 대안으로, 통상적으로 진폭으로 표시되는 여러 세그먼트(1015)에서의 음파(966) 출력(power)이 변경될 수 있다. 일 반적으로 출력이 증가한 음파(966)는 AOD에 대한 투과율이 높다. 즉, 비교적 에너지가 큰 부분이 AOD(960)를 통과한다. 따라서 일반적으로 균일한 에너지 특성을 가진 서브빔(950, 972-982)을 제공하기 위해, 비교적 높은 에너지 레벨을 가진 공간부로부터 형성되는 빔 세그먼트들의 에너지 특성이 음파(966)의 출력을 감소시킴으로서 감쇠될 수 있다.
도 9A와 9B는 도 1 및 2의 시스템 및 기능에서 동적 빔 스플리터에 의해 생성되는 균일한 직경의 레이저 빔 수를 변경시킨 결과를 도시한다. 도 9A와 9B에 도시되는 바처럼, AOD(1130)에 충돌하는 입사 빔(1170)의 크기를 선택적으로 변화시키기 위해 빔 크기 수정 소자(1120)가 제공된다. 빔 크기 수정 소자는 빔 익스팬더(beam expander), 줌 렌즈(zoom lens), 또는 원통형 망원경일 수 있다.
도 9A에 도시되는 바처럼, 수정된 크기의 빔(1172)이 빔 크기 수정 소자(1120)로부터 출력된다. 도 9A에 도시되는 예에서, 수정 크기의 빔(1172)이 AOD(1130)의 일부에만 충돌하고, 따라서, AOD(1130)의 동작 부분을 감소시킨다. 제어 신호(1136)가 제공되어, 음파(1138)를 AOD(1130)에서 형성하고, 이는 표준 모듈 크기의 두개의 빔 세그먼트(1150)로 수정 크기 빔(1172)을 선택적으로 분할한다.
도 9B에 도시되는 바처럼, 수정 크기 빔(1182)이 빔 크기 수정 소자(1120)로부터 출력된다. 도 9B에 도시되는 예에서, 수정 크기의 빔(1182)은 빔(1172)과 다르며, 빔(1170)처럼 각각 수정되지 않으며, 그리고 AOD(1130)의 전체 동작부에 충돌한다. 제어 신호(1146)가 제공되어 음파(1148)를 AOD(1130)에서 형성하고, 이는 분할 빔(1182)을 6개의 빔 세그먼트(1190)로 선택적으로 분할한다. 예를 들어 빔 세그먼트 각각의 크기는 빔 세그먼트(150)의 크기에 해당하는 표준 모듈 크기이다.
도 10A와 10B는 본 발명의 한 실시에에 따라 도 9에 도시되는 바처럼 동적 빔 스플리터에 의해 생성된 균일한 직경의 레이저 빔 수를 변경시킨 결과를 도시한다. 다수의 부분 투과성 빔 스플리터 소자(1202-1212)의 어레이(1200)가 직렬로 제공되어 다수의 개별적 빔 세그먼트들을 생성하고 이 세그먼트들은 동적 빔 디플렉터(1230)에 제공된다.
각각의 빔 스플리터 소자의 투과율은 어레이 내 최종 빔 스플리터 소자에 대한 상기 빔 스플리터 소자 위치의 함수로 결정된다. 따라서 도 10A와 10B에 도시되는 바처럼, 제 1 빔 스플리터 소자(1202)는 입사 빕의 16.7%를 편향시키고, 제 2 빔 스플리터 소자(1204)는 여기에 도달하는 입사 빔의 20%를 편향시키며, 제 3 빔 스플리터 소자(1206)는 여기에 도달하는 입사 빔의 25%를 편향시키고, 제 4 빔 스플리터 소자(1208)는 여기에 도달하는 입사 빔의 33.3%를 편향시키며, 제 5 빔 스플리터 소자(1210)는 이에 도달하는 입사 빔의 50%를 편향시키고, 제 6 및 최종 빔 스플리터 소자(1212)는 이에 도달하는 입사 빔의 100%를 편향시킨다.
도 10A에 도시되는 바처럼, 모든 빔 스플리터 소자(1202-1212)가 레이저 입사 빔(1222)을 수신하도록 정렬하여 위치하고, 입사 빔(1222) 총 에너지의 16.7%를 각각 가지는 다수의 6개 구분 빔 세그먼트(1224)는 동적 빔 디플렉터(1230)상에 충돌하도록 출력된다. 공간적으로 구분된 음파(1238)가 AOD(1230)에 형성되고, 각각의 빔 세그먼트(1224)를 동적으로 편향시킨다.
도 10B에 도시되는 바처럼, 빔 스플리터 소자(1202-1208)가 레이저 입사 빔(1222)의 광학 경로로부터 빠져나와, 빔(1222)이 빔 스플리터 소자(1210)에 먼저 충돌하게 된다. 단 두개의 빔 세그먼트들(1226)이 출력되어 동적 빔 디플렉터(1230)에 충돌한다. 이때, 각각의 세그먼트(1226)는 입사 빔(1222) 전체 에너지의 50%를 각각 가진다. 공간적으로 구분된 음파(1238)가 AOD(1230)에 형성되며, 빔 세그먼트들(1226) 각각을 동적으로 편향시키도록 동작한다.
도 5-10B에 대한 앞서 설명으로부터, 동적 디플렉터가 AOD를 포함하며, 다음의 기능 중 한가지 이상을 실행하도록 동작함을 알 수 있다. 즉, 입사 빔을 선택가능한 숫자의 출력 빔으로 선택적으로 분할하고, 출력 빔의 에너지 특성을 선택하며, 그리고 선택된 각도로 출력 빔을 향하게 하는 이상의 기능을 실행할 수 있다.
도 1A는 발명의 선호되는 실시예에 따른 전기 회로를 제작하기 위한 시스템의 단순화된 부분 블록도표.
도 1B는 도 1A의 시스템에 사용되는 레이저에 의해 출력되는 레이저 펄스의 시간 그래프.
도 2는 도 1A의 시스템에서 기판 미세 가공 장치의 일부분에 대한 보다 상세한 블록도표.
도 3은 도 2의 시스템의 일부분 동작에 대한 상세한 블록도표.
도 4는 발명의 한 실시예에 따른 전기 회로 제작 방법의 순서도.
도 5는 도 1A와 2의 시스템에서 동적 빔 스플리터에 의해 생성되는 레이저 빔의 수와 각도를 변화시킨 결과의 도면.
도 6은 도 1A와 2의 시스템에서 동적 빔 스플리터에 의해 생성된 다중 레이저 빔의 각도를 변경시킨 결과의 도면.
도 7은 도 1A와 2의 시스템에서 적어도 부분적으로 중첩된 여러 다른 주파수 성분들을 포함하는 변조 제어 신호에 의해 생성된 동적 빔 스플리터에 의해 생성되는 적어도 부분적으로 중첩된 레이저 빔의 각도를 변경시킨 결과 도면.
도 8은 도 1A와 2의 시스템에서 동적 빔 스플리터에 의해 생성된 다중 레이저 빔 사이에서 에너지 분포를 변화시킨 결과 도면.
도 9A와 9B는 도 1A와 2의 시스템에서 동적 빔 스플리터에 의해 생성되는 균일한 직경의 레이저 빔 수를 변경시킨 결과의 도면.
도 10A와 10B는 본 발명의 선호되는 실시예에 따라 도9A와 9B에 도시되는 바와 같이 동적 빔 스플리터에 의해 생성된 균일한 직경의 레이저 범의 수를 변경시킨 결과 도면.

Claims (24)

  1. 기판으로의 에너지 전달 시스템에 있어서, 상기 시스템은,
    - 다수의 방사 빔을 포함하는 한개 이상의 방사 에너지 소스,
    - 선택적으로 위치설정가능한 다수의 제 1 디플렉터들, 그리고
    - 선택적으로 위치설정가능한 다수의 제 2 디플렉터들
    을 포함하고, 이때,
    상기 다수의 제 1 빔은 다수의 제 1 위치로 상기 다수의 빔들을 향하게 하기 위해 제 1 시간 구간동안 선택적으로 위치설정가능한 다수의 제 1 디플렉터에게로 향하며,
    선택적으로 위치설정가능한 상기 다수의 제 2 디플렉터들은 상기 제 1 시간 구간동안 선택적으로 위치설정되며, 그리고
    상기 다수의 제 1 방사 빔은 다수의 제 2 위치로 상기 다수의 빔들을 향하게 하기 위해 제 2 시간 구간동안 선택적으로 위치설정가능한 다수의 제 2 디플렉터에게로 향하는 것을 특징으로 하는 에너지 전달 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 한개 이상의 방사 에너지 소스는 펄스형 방사 에너지 소스를 포함하고, 상기 다수의 빔 각각은 방사 에너지 펄스들에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 전달 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 한개 이상의 방사 에너지 소스는 한개 이상의 펄스형 레이저를 포함하고, 상기 다수의 방사 빔들은 한개 이상의 펄스형 레이저 빔을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 전달 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 한개 이상의 펄스형 레이저가 Q-스위치 레이저인 것을 특징으로 하는 에너지 전달 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 다수의 빔이 선택가능한 숫자의 빔을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 전달 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 다수의 빔들 각각은 선태가능한 방향으로 향하는 것을 특징으로 하는 에너지 전달 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 다수의 빔 각각은 선택가능한 방향으로 향하는 것을 특징으로 하는 에너지 전달 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 다수의 제 1 디플렉터 중 한개 이상이 음향광학적 디플렉터를 포함하고, 상기 디플렉터의 동작이 제어 신호에 의해 통제되는 것을 특징으로 하는 에너지 전달 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 음향광학적 디플렉터는 상기 제어 신호에 의해 제어되는 음파 발생기를 포함하고, 상기 음파 발생기는 상기 빔의 수를 결정하는 음파를 발생시키는 것을 특징으로 하는 에너지 전달 시스템.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 음향광학적 디플렉터는 상기 제어 신호에 의해 제어되는 음파 발생기를 포함하고, 상기 음파 발생기는 상기 빔의 상기 선택가능한 방향을 결정하는 음파를 발생시키는 것을 특징으로 하는 에너지 전달 시스템.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 음파는 상기 빔의 상기 선택가능한 방향을 또한 결정하는 것을 특징으로 하는 에너지 전달 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 음파는 공간적으로 구분되는 다수의 음파 세그먼트를 포함하고, 공간적으로 구분되는 상기 각각의 음파 세그먼트는 개별적 주파수를 가진 상기 제어 신호의 일부분에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 전달 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서, 공간적으로 구분되는 상기 각각의 음파 세그먼트가 해당 빔의 공간적으로 구분되는 해당 방향을 결정하고, 상기 방향은 상기 음파 세그먼트에 해당하는 제어 신호 부분의 주파수의 함수인 것을 특징으로 하는 에너지 전달 시스템.
  14. 제 12 항에 있어서, 공간적으로 구분되는 상기 음파 세그먼트의 수가 해당 빔의 수를 결정하는 것을 특징으로 하는 에너지 전달 시스템.
  15. 제 2 항에 있어서,
    상기 다수의 빔은 선택가능한 숫자의 빔들을 포함하고,
    상기 한개 이상의 방사 에너지 소스는 재설정 시간 구간 내에 상기 빔의 수와 방향 중 한가지 이상을 변경시킬 수 있고, 그리고
    상기 방사 에너지 펄스들은 상기 재설정 시간 구간보다 큰 시간차만큼 시간상으로 서로로부터 이격되는 것을 특징으로 하는 에너지 전달 시스템.
  16. 제 2 항에 있어서,
    선택적으로 위치설정가능한 다수의 제 1 디플렉터들은 리디렉션 시간 구간 내에 상기 빔의 방향을 변경시킬 수 있고, 그리고
    상기 방사 에너지 펄스들은 상기 리디렉션 시간 구간보다 작은 시간차만큼 시간상으로 서로로부터 이격되는 것을 특징으로 하는 에너지 전달 시스템.
  17. 제 15 항에 있어서,
    선택적으로 위치설정가능한 다수의 제 1 디플렉터들은 리디렉션 시간 구간 내에 상기 빔의 방향을 변경시킬 수 있고, 그리고
    상기 방사 에너지 펄스들은 상기 리디렉션 시간 구간보다 작은 시간차만큼 시간상으로 서로로부터 이격되는 것을 특징으로 하는 에너지 전달 시스템.
  18. 제 3 항에 있어서, 선택적으로 위치설정가능한 상기 다수의 디플렉터 각각이 선택적으로 틸트가능한 한개 이상의 액츄에이터에 장착되는 반사기를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 전달 시스템.
  19. 제 17 항에 있어서, 선택적으로 위치설정가능한 상기 다수의 디플렉터 각각이 선택적으로 틸트가능한 한개 이상의 액츄에이터에 장착되는 반사기를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 전달 시스템.
  20. 제 17 항에 있어서, 선택적으로 위치설정가능한 상기 다수의 제 1 디플렉터들의 수가 상기 다수의 빔에 포함된 빔들의 수보다 크며, 상기 다수의 빔들 중 일부 이상이 선택적으로 위치설정가능한 상기 다수의 디플렉터 중 일부 이상에게로 향하며, 이때, 선택적으로 위치설정가능한 상기 다수의 디플렉터 중 다른 일부가 위치재설정되는 것을 특징으로 하는 에너지 전달 시스템.
  21. 제 5 항에 있어서, 상기 선택가능한 숫자의 빔들 모두가 한 평면에 놓이는 것을 특징으로 하는 에너지 전달 시스템.
  22. 제 1 항에 있어서, 선택적으로 위치설정가능한 상기 다수의 제 1 디플렉터들이 선택적으로 위치설정가능한 디플렉터들의 2차원 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 전달 시스템.
  23. 제 22 항에 있어서,
    - 선택적으로 위치설정가능한 상기 다수의 디플렉터들과 상기 한개 이상의 방사 에너지 소스 사이에 광학적으로 삽입되는 고정 디플렉터들의 어레이
    를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 전달 시스템.
  24. 제 1 항에 있어서, 선택적으로 위치설정가능한 다수의 상기 제 2 디플렉터들이 상기 다수의 제 2 위치에서 상기 기판의 일부분을 제거하도록 상기 다수의 방사 빔을 향하게 하는 것을 특징으로 하는 에너지 전달 시스템.
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