레이저 마이크로기계가공 응용제품들에 있어서 광학컴포넌트 청결 및 파편 관리 document_id A220623107861

반도체 프로세싱 장비에서의 레이저 빔 경로들을 밀봉하기 위한 종래 기술은 캐비넷 스타일의 인클로저(enclosure)로 전체 광학 볼륨을 감싸는 결과를 가져온다. 일부 디자인들은 청결한 건조된 공기 또는 비활성 기체를 사용하는 정화 시스템을 병합한다. 빔 튜브가 또한, 집적회로 에러 수정과 같은, 마이크로기계가공 이외의 다른 레이저 응용제품들에서 사용된다. UV 광학 레일들과 빔 경로들의 가장 최근의 디자인들은 광학 컴포넌트들을 보호하기 위한 커버들을 사용한다. 밀봉된 볼륨 내부의 정화 개스 또는 정화 개스를 지닌 빔 튜브들도 레이저 마이크로기계가공 응용제품들에서 사용되지 않아 왔다. 레이저 산업에서 UV 파장 레이저 광이 시스템의 광학 컴포넌트들에 상당한 손상을 입힐 수 있다는 것이 알려져 있다. E=hν(여기서 h = 플랭크 상수 그리고 ν = 광학 주파수)로 주어진 UV 광에 대한 광자 에너지는 많은 흔한 공기 부유 분자 오염물질들(AMCs)에서의 결합들을 부수고 재형성하는 데 충분하다. 광폴리머화라고 알려진 이 프로세스에서, 폴리머들은 레이저 빔과 교차하는 광학 표면들 상에 형성된다. 폴리머는 렌즈들과 거울들을 흐리게 하여, 시스템의 광학 투과성을 감소시키고, 광 왜곡을 야기하여 성능을 저하시킨다. 비슷한 문제점들이 미립자 오염의 상황에서 발생할 수 있다. 미립자들은 증발되어, 다음으로 광학 표면들 상에 폴리머화될 수 있다. 이에 더해, 고 순간 에너지 펄스 빔의 상황에서, 음향 "쇼크" 웨이브가 미립자가 제거되면서 형성될 수 있다. 이 음향 쇼크 웨이브는, 광학 컴포넌트 안으로 진행하면서, 광학 코팅들, 기재들, 또는 이 모두를 손상시킬 수 있다. 나노초, 피코초, 또는 펨토초의 펄스 폭을 가지는 현재 구할 수 있는 펄스 레이저들은 이들의 광학 컴포넌트들에 입사하는 고 피크 파워들로부터 결과하는 광학적 퇴화를 겪는다. 종종, 응용에 근거하여, 레이저는 감쇄되어야만 하는 초과 출력 에너지를 운반할 수 있다. 종종 반-파(half-wave) 플레이트와 편광기 조합으로(또는 이러한 주제의 변형) 구성된, 현재 구할 수 있는 감쇄기들은 레이저 빔의 편광 상태를 조작함으로써 레이저 빔을 감쇄시키기 위해 레이저 빔의 경로 안으로 삽입된다. 반-파(half-wave) 플레이트와 편광기를 사용하는 테크닉이 감쇄의 레벨을 조정하는 능력을 제공한다 해도, 감쇄기 조립체는 보통 레이저 출력부로부터 "다운스트림에 있는" 몇 개의 광학 컴포넌트들 뒤에 위치되어야만 한다. 그 이유는 반-파 플레이트와 편광기가 시준 또는 거의 시준된 광이 이들 상에 입사할 때 가장 잘 작동하기 때문이다. 이에 더해, 반-파 플레이트는, 밀봉된 레이저 레일의 경우, 웨이브플레이트들이 오염되기 쉬우며, 깨지기 쉽고, 온도에 민감하기 때문에 밀봉된 부분으로의 매우 우수한 윈도우가 될 수 없을 것이다. 레이저 광학 시스템의 부분을 형성하며 외부 환경으로부터 밀봉된, 레이저 레일은 빔이 레이저 레일의 밀봉된 부분의 안으로 또는 밖으로 지나가는 것을 허용하도록 광학 시스템의 입력부 및 출력부 윈도우를 사용한다. 게다가, 레이저 광의세기(W/cm2, peak W/cm2, 또는 J/cm2 단위)가 광학장치의 수명(age)에 비례하기 때문에 모든 광학 컴포넌트들 상에 입사하는 레이저 광의 양을 감소시키는 것이 바람직하다. 따라서, 초과 레이저 파워를 생산하는 이상적 레이저 시스템에서, 광학 시스템에서의 바로 제 1 컴포넌트는 어떠한 타입의 감쇄기가 될 것이다. 요약하면, 입력부 윈도우 및 감쇄기로서 기능하는 동일한 광학 엘리먼트(들)를 제공하는 것이 바람직할 것이다. 레이저 광학 시스템은 두 개의 상이한 범주들로 나위어질 수 있는 레이저 셔터들을 포함한다. 이들은 변조, 노출, 그리고 펄스 게이팅 셔터들과 안전 연동 및 프로세스 제어 셔터들을 포함한다. 안전 연동 셔터들은, 이 명세서에서 특히 관심대상이며, 레이저 파장에 대해서 불투명하며 레이저 빔의 진행 라인의 안 및 밖으로 선택적으로 이동하도록 야기되는 물질에 의해 간헐적으로 레이저 빔을 차단한다. 차단된 레이저 빔은 레이저 빔 "블록" 또는 "덤프" 안으로 또는 이들 상으로 반사되며, 레이저 빔 "블록" 또는 "덤프"는 차단된 빔을 흡수하여 감쇄시키는 것을 돕는다. 셔터 작동 디바이스들은 전자-기계적(솔레노이드), 전기적, 그리고 자기적 디바이스들을 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다. (변조보다는) 안전 디바이스로서 작동하는 셔터는 반복되는 작동의 저 주파수( 003c#003c# 1Hz)로 열리고 닫힌다. 열림 및 닫힘 위치들은 감지되어 운영 시스템에 피드백된다. 적절하게 디자인된 레이저 셔터는 레이저 방출을 차단하며 레이저가 레이저 발사 공동(lasing cavity) 안으로 되 반사되는 것을 야기하지 않는다. 셔터 구성 물질은 광학 시스템을 오염시킬 것 같은 컴포넌트를을 포함하지 않아야만 한다.