고속의 정밀한 레이저 트리밍을 위한 장치와 방법, 그에 사용하는 스캔 렌즈 및 그에 의해 제조된 전기 장치 document_id A220623037815

전통적으로, 1 미크론의 파장을 가진 Nd:YAG 레이저는 칩 레지스터들의 트리밍을 위해 사용된다. 레지스터들의 사이즈가 작아지고, 기판들이 얇아지며, 허용공차들이 엄격해질수록, 이 파장은 트리밍 자국 폭, 열영향부(즉, HAZ) 및 따라서 TRC 및 레지스턴스 R의 드리프트 면에서 그 한계에 다다른다. 더 짧은 파장들이 더 작은 광학 스폿 사이즈를 제공할 수 있다는 것이 잘 알려져 있다. 더 짧은 파장에서 필름 재료의 흡수가 더 높다는 것도 또한 잘 알려져 있다. 그러므로, 종래의 1 미크론보다 짧은 파장을 가진 레이저들의 사용은 보다 작은 구성부들(features)이 트림되도록 하며 훨씬 작은 TCR 드리프트와 R 드리프트로 이어지는 보다 작은 HAZ의 장점들을 가진다. 아래의 미국특허들: 5,087,987; 5,111,325; 5,404,247; 5,633,736; 5,835,280; 5,838,355; 5,969,877; 6,031,561; 6,294,778; 및 6,462,306에 설명되었기 때문에, 렌즈 디자인의 기술분야에 숙련한 이들은 다중 파장들을 위해 고안된 스캔 렌즈들의 복합성을 이해할 것이다. 많은 고안 변수들이 고려되며 스폿 시이즈, 필드 사이즈, 스캔 각, 스캔 구멍, 텔리센트리시티, 및 작업거리 따위의 각종 디자인 타협 사항들이 트리밍 용도를 위한 레이저 스캔 렌즈 디자인 해결을 달성하는 데 이용된다. 넓은 구역에 걸친 미세 구조들의 고속 처리에 바람직한, 넓은 스캔 필드에 걸쳐 작은 스폿을 성취하기 위하여, 스캔 렌즈는 조준한 인풋 빔을 집속시켜서 전체 필드에 걸쳐 회절한정 레이저 스폿을 영상화하여야 한다. 스폿은 필드 내에 균일한 트림 컷을 생성하도록 필드에 걸쳐 충분히 둥글고 균일하여야 한다. 렌즈는 교정 및 공정 모니터링을 위해 선택된 타겟 구역을 영상화하도록 적당한 해상도를 또한 제공하여야 한다. 렌즈를 통한 관측을 위해, 광은 조광 필드로부터 수집되고, 스캔 렌즈에 의해 조준되며 보조의 축상 광학계(on-axis optics)들을 이용하는 검출기 상에 영상화된다. 소색화 스캔 렌즈와 타겟 관측에 대하여 상이한 파장영역을 활용함으로써 종전의 이색성 광학 소자들을 이용한 효율적인 빔 조합과 분할이 가능하다. 관측 채널 내에, 양호한 횡 및 축상(lateral and axial) 색 보정이 요구되지만, 관측 및 레이저 채널들 간의 작은 횡색 수차(lateral color)는 스캔 장치에서 조절될 수 있으며 관측 및 레이저 채널들 간의 작은 종색 수차(axial color)는 필드 또는 보조 광학계의 초점 조정으로 조절될 수 있다. 두 개의 미러 스캔 헤드, 예를 들어 동공 보정 광학계가 사용되지 않는 때의 갈바노메터 스캔 헤드의 경우, 스캔 렌즈는 두 개의 스캔 미러들 간의 분리로 인한 동공 변화를 조절하여야 한다. 상대적인 렌즈 성능은 필드 당 스폿들의 수를 알기 위해 영상화된 스폿 사이즈로 필드 사이즈를 나눔으로써 결정될 수 있다. 레이저 트리밍을 위한 종래의 소색화 스캔 렌즈들, 예를 들어, 1.064 미크론 레이저 파장을 갖는 두꺼운 필름 트리밍을 위한 GSI Lumonics W670에 사용되는 대물렌즈는 100 mm 평방 필드에 걸쳐 30 미크론 스폿을 산출하며 또 종래의 백색 광원들과 보조 카메라 광학계를 갖는 타겟을 모노크롬 CCD 카메라에 영상화한다. W670 장치는 필드 대각선에 걸쳐 약 4667 레이저 스폿들을 산출할 수 있다. 박막 트리밍을 위해 사용되는 장치의 렌즈들은 보다 작은 필드 사이즈들과 보다 작은 스폿 사이즈들을 가진다. 예를 들어, GSI Lumonics W678 트림 장치에 사용되며 또한 백광관측 능력을 가진 스캔 렌즈는 50 mm 필드에 걸쳐 12 미크론 스폿, 또는 약 4167 스폿들을 가진다. 1.047 미크론의 레이저 파장을 가진 또 다른 박막 스캔 렌즈는 GSI Lumonics M310 웨이퍼트림 장치에 사용되며, 1cm sq 텔레센트릭 필드에 걸쳐 6.5 미크론 스폿을 가지며, 관측을 위해 약 860 nm 내지 900 nm의 방출 밴드를 가진 IR LED 조명기들로 약 2175 스폿들을 산출할 수 있다. 어느 정도까지, IR 레이저 스캐닝을 위한 렌즈나 렌즈 디자인 형태, 특히 백광 관측의 IR 스캔 렌즈는 다른 레이저 파장들에, 예를 들어, 녹색 레이저들에 사용되거나 그에 대응하여 변경될 수 있다. 파장의 감소는 원리적으로 스폿 사이즈를 비례적으로 감소시킨다. 그렇지만, 증가된 렌즈 수차들과 제조 공차들을 고려하면, 이는 성취불가능할 수도 있다. 예를 들면, W670 렌즈의 녹색 버젼은 IR 버젼의 30 미크론들에 비해 약 20 미크론들의 스폿들을 산출하며, 필드 당 스폿들의 수는 4667에서 약 7000으로 증대된다. 그에 비해, 긴 파장에서의 관측 채널을 가진 녹색 레이저 파장에서 작동하도록 디자인된 렌즈들은 이차 파장, 예를 들어 1.047 미크론이나 1.064 미크론을 스캔하도록 최적화될 수 있어, 파장에 의해 개략적으로 스케일 업된 스폿을 산출하는 것이 발견되었다. 다음의 전형적인 미국 특허들은 레이저 트리밍 방법들 및 장치들에 관련된다: 6,534,743; 6,510,605; 6,322,711; 5,796,392; 4,901,052; 4,853,671; 4,647,899; 4,511,607; 및 4,429,298. 미국 특허 제 4,429,298 호는 사행 트리밍의 많은 양상에 관한 것이다. 기본적으로, 사행 레지스터는 연속 플런지 컷들로 형성되며 최종 트림 컷은 최후의 플런지로부터 레지스터 모서리에 평행하게 만들어진다. 이것은 일 단부로부터 번갈아 레지스터 상에 "점진적으로" 플런지 컷을 만드는 것을 설명하며, 최대 및 최소 플런지 컷 길이들, 트림 컷에 대한 플런지 컷들의 저항 임계치, 플런지 컷들을 위한 신속한 커팅 속도, 및 각종 저항 및 컷 길이 테스트에 대한 체계적인 공정 흐름을 고려한다. 두꺼운 필름 회로들로부터 웨이퍼 트리밍에 이르기까지 모든 작업규모에서의 정밀한 트리밍과 같은 향상된 마이크로가공에 대한 지속적인 요구가 있다.