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KR101511199B1 - 엑스-와이 고속 천공 시스템에서 공진 스캐너를 사용하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

엑스-와이 고속 천공 시스템에서 공진 스캐너를 사용하기 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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KR101511199B1
KR101511199B1 KR1020097005319A KR20097005319A KR101511199B1 KR 101511199 B1 KR101511199 B1 KR 101511199B1 KR 1020097005319 A KR1020097005319 A KR 1020097005319A KR 20097005319 A KR20097005319 A KR 20097005319A KR 101511199 B1 KR101511199 B1 KR 101511199B1
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laser
laser output
scanning
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아담 아이. 피나르
커트 펠수
페릭스 스투카린
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캠브리지 테크놀로지 인코포레이티드
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Abstract

적어도 하나의 스캐너는 상대적으로 큰 속도로 스캐닝하는 한편 타겟 지점에서 레이저 빔의 상대적으로 작은 속도를 제공하기 위한 레이저 가공 시스템이 개시된다. 시스템은 레이저 소스, 제1 스캐닝 유닛, 빔 확장기, 제2 스캐닝 유닛 및 집속 광학기를 포함한다. 레이저 소스는 빔 크기를 갖는 적어도 하나의 빔을 가지는 펄스 레이저 출력을 제공하기 위한 것이다. 제1 스캐닝 유닛은 타겟 지점에서 제1 축을 따라서 제1 방향으로 레이저 출력을 스캐닝하기 위한 것이다. 빔 확장기는 레이저 출력을 수신하고 레이저 출력의 빔 직경을 변경하여 변경된 레이저 출력을 제공하기 위한 것이다. 제2 스캐닝 유닛은 빔 확장기로부터의 변경된 레이저 출력을 타겟 지점에서 제1 축을 따라서 제2 방향으로 스캐닝하기 위한 것이다. 제2 방향은, 타겟 지점에서 제1 축을 따라 변경된 레이저 출력의 순 속도가 레이저 펄스 동안에 효과적으로 제로로 될 수 있도록, 제1 축을 따른 제1 방향과 실질적으로 반대이다. 집속 광학기는 변경된 레이저 출력을 타겟 지점으로 집속하기 위한 것이다.
Figure R1020097005319
레이저 가공 시스템, 스캐닝 유닛, 빔 확장기, 집속 광학기, 천공, 레이저 출력, 회로 기판

Description

엑스-와이 고속 천공 시스템에서 공진 스캐너를 사용하기 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR EMPLOYING A RESONANT SCANNER IN AN X-Y HIGH SPEED DRILLING SYSTEM}
본 출원은 2006.08.22에 출원된 미국 특허출원 제 60/839,211호에 대하여 우선권을 주장한다.
본 발명은 일반적으로 인쇄회로 기판을 천공하기 위한 레이저 가공 시스템(laser processing system)에 관한 것으로, 특히 인쇄회로 기판의 가공에서 개선된 스피드와 정확도를 제공하는 레이저 가공 시스템에 관한 것이다. 홀(hole)은 회로기판의 경로(paths) 또는 바이어스(vias)를 제공하는데 사용될 수 있다.
레이저 천공은 예를 들어 검류식(galvanometric) 광학 스캐너와 같은 광학 스캐너에 의해 위치 결정되어지는 레이저 빔에 의하여 흔히 수행된다. 검류식 광학 스캐너는 제한 회전 모터에 연결된 스캔 거울(mirror)을 일반적으로 포함한다. 이와 같은 스캐너는 통상적으로 “갈보스(galvos)” 또는 “갈보 스캐너(galvo scanner”로 불리며, 이러한 스캐너의 예가 본 발명의 양수인에게 속한 미국 특허 등록 제6,424,632호에 개시되어 있다.
둥근 홀을 천공하기 위하여는, 레이저 펄스 동안에(duration of the laser pulse) 원하는 홀 위치에 대하여 레이져 스팟(spot)이 상대적으로 고정되는 것이 중요하다. 각각의 홀에 대하여, 제한 회전 모터(limited rotation motor)가 거울을 올바른 좌표에 위치시키기 위하여 회전하며, 제한 회전 모터가 멈추면(settle) 레이저가 조사된다. 일반적으로 제한 회전 모터 상에서 거울을 재 위치시키는데 필요한 시간보다 레이저 펄스는 매우 짧은 지속시간을 갖는다. 따라서 다수의 홀을 천공하는 속도는, 레이저 출력에 의해서가 아니라 위치 시스템의 반응 속도에 의하여 제한된다. 회전 제한 모터의 세틀링 성능은 일반적으로 공진 주파수에 의해 제한되며, 스텝율(stepping rate)은 모터의 효율에 의하여 제한된다. 그러나 모터의 대역폭의 증가는 제한 회전 모터 내로 방산되는(즉, 열의 형태로) 전력이 속도의 5제곱에 비례한다는 사실에 의하여 제한된다.
따라서 위치 시스템의 효율을 개선한 보다 효율적이고 경제적인 레이저 처리 시스템에 대한 요구가 존재한다.
본 발명은, 적어도 하나의 스캐너가 상대적으로 큰 속도로 스캐닝하는 한편 타겟 지점에서 레이저 빔의 상대적으로 작은 속도를 제공하기 위한 레이저 가공 시스템을 제공한다. 본 발명의 일 구현예에 의하면, 시스템은 레이저 소스(laser source), 제1 스캐닝 유닛, 빔 확장기(beam expander), 제2 스캐닝 유닛 및 집속 광학기(focusing optics)를 포함한다. 레이저 소스는 빔 크기를 갖는(a beam dimension) 적어도 하나의 빔을 가지는 펄스 레이저 출력을 제공하기 위한 것이다. 제1 스캐닝 유닛은 타겟 지점에서 제1 축을 따라서 제1 방향으로 레이저 출력을 스캐닝하기 위한 것이다. 빔 확장기는 레이저 출력을 수신하고 레이저 출력의 빔 직경을 변경하여 변경된 레이저 출력을 제공하기 위한 것이다. 제2 스캐닝 유닛은 빔 확장기로부터의 변경된 레이저 출력을 타겟 지점에서 제1 축을 따라서 제2 방향으로 스캐닝하기 위한 것이다. 제2 방향은, 타겟 지점에서 제1 축을 따라 변경된 레이저 출력의 순 속도(net velocity)가 레이저 펄스 동안에 효과적으로 제로로 될 수 있도록, 제1 축을 따라서 제1 방향과 실질적으로 반대이다. 집속 광학기는 타겟 지점을 향하는 변경된 레이저 출력을 집속하기 위한 것이다.
본 발명의 일 구현예에 의하면, 상기 시스템은 제1축과 수직인 제2 축을 따른 제3 방향으로 레이저 출력을 스캐닝하는 제3 스캐닝 유닛을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 의하면, 상기 시스템은 제2축을 따른 제3 방향에 반대인 제4 방향으로 레이저 출력을 스캐닝하는 제4 스캐닝 유닛을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에 의하면, 레이저 가공 시스템은 제1 빔 직경의 적어도 하나의 빔을 구비한 펄스 레이저 출력을 제공하는 레이저 소스; 타겟 지점에서 제1 축을 따른 제 1방향으로 상기 레이저 출력을 스캐닝하는 제1 스캐닝 유닛; 제1 스캐닝 유닛으로부터 레이저 출력을 수신하고, 제2 빔 직경을 가지도록 레이저 출력을 변경하는 빔 확장기; 제1 축을 따른 제 2 방향에서 레이저 출력을 스캐닝하기 위한 제 2 스캐닝 유닛으로서, 상기 제 2 방향은 상기 제 1축을 따른 상기 제 1 방향과 반대 방향이어서 타겟 지점에서 제 1축을 따라 변경된 레이저 출력의 순 속도(net velocity)가 레이저 펄스 동안에 상대적으로 작은 속도로 효과적으로 저감되는 제2 스캐닝 유닛; 및 상기 제1 축에 수직인 제2 축을 따라 타겟 지점에서 제3 방향으로 레이저 출력을 스캐닝하는 제3 스캐닝 유닛을 포함한다.
상기 시스템은 타겟 지점에서 제 2 축을 따른 제 4 방향으로 상기 레이저 출력을 스캐닝하기 위한 제 4 스캐닝 유닛을 더 포함하고, 상기 제 4 방향은 제 2축을 따른 제 3 방향에 반대이어서 레이저 펄스 동안에 제2 축을 따라서 레이저 출력의 순 속도가 효과적으로 제로로 된다.
본 발명의 일 구현예에 의한 타겟을 레이저로 가공하는 방법은 빔 크기를 갖는 적어도 하나의 빔을 구비한 레이저 출력을 제공하는 단계; 타겟 지점에서 제1 축을 따른 제1 방향으로 제1 스캐닝 유닛에 의해 레이저 출력을 스캐닝하는 단계;변경된 빔 크기를 갖는 변경된 레이저 빔을 제공하기 위하여 레이저 출력을 변경하는 단계; 타겟 지점에서 제1 축을 따라 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향으로 제2 스캐닝 유닛에 의해 레이저 출력을 스캐닝하는 단계; 타겟 지점에서 제1 축에 수직인 제2 축을 따라 제3 방향으로 제3 스캐닝 유닛에 의해 레이저 출력을 스캐닝하는 단계; 및 레이저 펄스 동안에 제1 축을 따라서 레이저 출력의 순 속도가 효과적으로 제로가 되도록 제1 및 제2 스캐너에 의해 레이저 출력을 스캐닝하면서 레이저 출력을 펄스화하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 제2 축을 따라서 레이저 출력의 순 속도가 레이저 펄스 동안에 효과적으로 ㄹ로 되도록, 제2 축을 따라서 제3 방향과 반대 방향인 제4 방향으로 제2 축을 따라 제4 스캐닝 유닛에 의해 레이저 출력을 스캐닝하는 단계를 추가로 포함한다.
본 발명의 다른 구현예에 의한 레이저 가공 시스템은 빔 크기를 갖는 적어도 하나의 빔을 구비한 레이저 출력을 제공하는 레이저 소스; 타겟 지점에서 제1 축을 따른 제1 방향으로 상기 레이저 출력을 스캐닝하는 진동 스캐너를 구비한 제1 스캐닝 유닛; 제1 스캐닝 유닛의 출력을 수신하여 타겟 지점에서 제1 축을 따른 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향으로 레이저 출력을 스캐닝하는 제2 스캐닝 유닛; 제1 스캐닝 유닛으로부터 제어 신호를 수신하고, 제어 신호에 기초한 타겟 지점으로 레이저 출력의 적어도 일부의 전송을 조정하도록 동작가능하여 제1 및 제2 스캐닝 유닛이 작업편에 대해 상대적으로 움직이는 동안 타겟 지점에서 레이저 출력의 순 속도가 효과적으로 제로가 되는 컨트롤러; 및 타겟 지점으로 레이저 출력을 집속하기 위한 집속 광학기를 포함한다. 상기 제1 스캐너는 공진 스캐너이며, 제2 스캐너는 제한 회전 모터에 결합된 거울을 포함하는 저 관성(low-inertia) 검류식 스캐너이고, 제어 신호는 공진 스캐너 속도의 영점 교차에 대응한다. 또한 상기 시스템은 제1 스캔 범위 각의 레이저 출력을 수신하고 변경된 빔 직경 및 각 범위를 제공하기 위한 빔 확장기를 추가로 포함할 수 있다.
상기 컨트롤러는 제1 진동 스캐너의 위상, 제1 진동 스캐너의 진폭, 제2 스캐너의 위치 및 제2 스캐너의 속도 중 하나 이상을 조절하기 위한 수단을 포함하며, 상기 조절 수단은 비-균일 간격으로 이격된 작업편 타겟 지점에서의 레이저 가공을 제공한다. 상기 가공은 레이저 천공을 포함하며, 작업편은 인쇄회로기판이고, 조절 수단은 위상, 진폭, 위치 및 속도 중 하나 이상을 100 마이크로초에서 10 밀리초 미만 내에 조절하여 회로 기판을 레이저 천공하는 것의 실질적인 간섭을 방지하고 회로 기판의 모든 지정된 타겟 지점에서 홀을 천공하는데 소요되는 전체 시간의 대응하는 실질적인 감소를 방지한다. 또한, 상기 공진 스캐너 주파수는 천공에 사용된 레이저 반복 주파수와 동일할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 레이저 가공 시스템의 예시적 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 시스템에서의 상이한 요소들의 시간 및 위치에 대한 예시적 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 시스템의 구성 요소들의 기능 블록도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 레이저 가공 시스템의 예시적 개략도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 레이저 가공 시스템의 예시적 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일 구현예에 따른 X-Y 고속 천공 시스템의 예시적 개략도이다.
많은 경우에, 홀이 천공되는 타겟 기판의 영역은 필드 사이즈(field size) 보다 매우 작은 간격으로 열(row)을 따라 밀집한 홀의 군집(clusters)이 존재하도록 배열된다. 이러한 경우에 빠른 천공 속도를 내기 위하여는 고정속도 모드의 제한 회전 모터를 고속 스캐너와 함께 사용하는 것이 가능하다. 스캐너는 음향-광학 디플렉터(an acousto-optic deflector), 전자-광학 디플렉터, 스피닝 폴리곤(spinning polygon), 추가적인 검류식 광학 스캐너 또는 공진 스캐너일 수 있다.
추가적인 스캐너는 고속이면서 매우 작은 각 이동(angular travel)이 요구되기 때문에, 작은 개구부(aperture)가 요구되는 빔 확장기 전단에 위치하는 것이 어떤 경우에 최적일 수 있다. 일반적으로 거울이 움직일 수 있는 시간은 개구부의 사이즈에 비례한다. 빔 확장기 전단에 고속 스캐닝요소를 위치시킴으로써, 작은 개구부 및 고속 시스템이 제공될 수 있다. 이러한 시스템의 다른 이점은 낮은 전력소비, 적은 제조비용, 완화된 정밀 요구도, 용이한 보정 및 쉬운 포장을 포함한다.
따라서 본 발명의 일 구현예에 따르면, 동일한 축에 있는 다른 저속 스캐너에 추가하여 적어도 한쪽 방향으로(X축 또는 Y축) 고속 스캐너가 사용될 수 있다. 고속 스캐너는 예를 들어 여기에서 논의되는 공진 스캐너이거나 임의의 타입의 진동 또는 선형 고속 스캐너가 될 수 있다.
도1 은 이러한 공진 스캐너를 적용한 본 발명의 일 구현에 따른 시스템을 도시한다. 도1의 시스템은 레이저 소스(10), 빔 성형기(12), 공진 스캐너(14, 고속 스캐너), 빔 확장기(16), X-축 거울(18), Y-축 거울(20) 및 빔을 기판(24)으로 유도하기 위한 f 쎄타 렌즈(22)를 포함한다. 공진 스캐너(14)는 고정된 주파수를 갖지만 진폭을 조절할 수 있는 싸인 곡선 위치(a sinusoidal position)를 발생시킨다. X-축 위치는 공진 스캐너(14) 및 제한 회전 모터(저속 X-축 스캐너)에 연결된 X-축 거울(18)에 의하여 제어된다. Y-축 위치는 또 다른 제한 회전 거울(저속 Y-축스캐너)에 연결된 Y-축 거울(20)에 의하여 제어된다.
빔 성형기(12)는 사이즈, 기하학적인 형상 또는 레이저 출력의 강도 분포에 영향을 주는 빔 변환기(beam converter)를 포함할 수 있다. 예를 들어 빔 성형기 (12)는 강도 분포를 변경하기 위하여, 원형 또는 사각형의 레이저 출력 빔을 공진 스캐너 또는 다른 광학 요소의 개구부에 매치(match)시키는 구형 또는 왜형(anamorphic) 빔 확장기를 포함할 수 있다. 예를 들어 빔 성형기(12)는 가우시안 또는 비-균일 빔을 거의 균일한(즉, top hat) 빔으로 변환하는 것을 제공할 수 있다. 레이저 출력의 빔 품질을 개선하기 위하여 임의의 구현예에서는 공간 필터링(spatial filtering)이 사용될 수 있다.
공진 스캐너(14)는 예를 들어 4000Hz 아래에서 약 8000Hz까지 작동하는 고 주파수 스캐너일 수 있으며, 반대 위상으로 공진하도록 기계적으로 튜닝되는 비틀림 요소(torsion component)를 포함하여 서로 상쇄되는 토크를 생성하여 진동을 최소화할 수 있다.
X-축을 따라 일정한 간격으로 배열된 홀의 열을 포함하는 피처리 기판에 있어서, Y-축 제한 회전 모터를 열 지점에 위치시키고, X-축 제한 회전 모터를 이동시키며, 레이저의 위치가 홀 지점에 있을때 움직임이 상대적으로 거의 없는 기간이 존재하도록 X-축을 따라 레이저 빔의 위치를 공진 스캐너로 조정하는 것이 가능하다. 이러한 거의 제로 속도의 상태가 각각의 이동 방향에 따라서 유지되며 천공 패턴의 신축성을 허용한다. 공진 주파수는 가장 작은 피치(pitch)에 대응할 수 있으며, 홀의 간격은 피치의 정수배일 수 있다.
빔 확장기(16)는 레이저 출력의 레이저 빔 사이즈를 변경시키는 확장비( expansion ratio)를 갖는다. 1 보다 큰 확장비는 레이저 출력의 빔, 즉 확장기 출력측의 크기(직경 또는 중심축 길이)가 확장기 입력측의 크기보다 큰 것을 나타낸다. 1 보다 작은 확장비는 축소된 빔의 크기를 생기게 한다. 일반적으로 빔 확장비는 표면에서 특정한 스팟 사이즈를 제공하기 위하여 선택될 것이다. 스팟 사이즈는 스캐닝을 위한 f 쎄타 수정 렌즈(f-theta corrected lens)를 포함할 수 있는 출력측 집속 광학기에서의 빔의 촛점 길이와 직경에 관계가 있다.
상업적으로 바로 구입할 수 있는 빔 확장기는 일반적으로 축 상에서(on-axis) 작동되도록 설계된다. 빔 확장기(16)의 설계는 빔 사이즈 및 입력 레이저 빔의 최대각과 관련되는 수차(aberration)에 대한 고려를 포함한다. 본 발명의 일 구현예에서, 공진 스캐너는 빔이 축에 근접하거나 축상에 있는 경우에만 엑세스(access)되며, 이에 의해 종래의 시스템에 비하여 빔 확장기의 광범위한 필요성은 줄어든다. 적어도 한 구현예에서, 각 필드(angular field)는 시판되는 빔 확장기를 이용할 수 있도록 충분히 작을 수 있다. 어느 경우에서나, 다양한 스캔 메카니즘을 이용하는 광학 스캐닝 시스템에서 빔 확장기를 하나 또는 그 이상 사용하는 것은 예를 들어 미국 특허등록 4,251,125; 5,109,149 및 6,307,799등에 개시된 바와 같이 공지되어 있다.
그러나 확장비만큼의 확장은 출력각을 역으로 또한 직접적인 비율로 스케일(scale)한다. 따라서 고속스캐닝 요소는, 최고 속도에서 이러한 각 축소를 보상하는데 충분히 큰 풀 스케일(full scale)의 진폭을 구비해야만 한다. 메사츄세츠 빌레리카의 GSI 그룹에서 판매하는 CRS 시리즈 스캐너와 같은 공진 스캐너는 20도에 접근하는 전기적으로 조절할 수 있는 진폭을 가질 수 있으며, 일반적으로 높은 주파수에서 넓은 각 스캐닝과의 조화를 제공한다. 거울 밀도(ρ), 거울 반경(R) 및 거울 두께(L)를 알면, 각각의 거울에 대한 스캔속도, 스캔각 및 빔 사이즈가 계산될 수 있다. 특히 거울 질량(M) 및 거울 관성(J)이 결정될 수 있으며, 거울에 대하여 요구 속도에 도달하는데 필요한 에너지가 역시 결정될 수 있다.
도 2는 공진 스캐너와 고정속도 제한 회전 모터의 거리 대 시간에 대한 그래프로서, 레이저 듀티 사이클(duty cycle)이 예를 들어 20% 이하에 있는 한, 홀 지점에서 레이저의 위치가 얼마나 상대적으로 일정한가를 보여준다. 특히, 천공될 홀은 30으로 표시되며, X-축 제한 회전 모터의 움직임은 32로 표시되고, 공진 스캐너의 움직임은 34로 표시된다. 레이저의 위치는 36으로 표시되고 오차는 38로 표시된다. X-축 제한 회전 모터와 공진 스캐너는 반대 방향으로 이동하여, 홀 위치에서 펄스 레이저 또는 게이티드 CW 레이저 또는 다른 적절한 레이저 출력으로부터 나오는 하나 또는 그 이상의 레이저 펄스를 적용하여 도 1에 도시된 기판(24)의 홀을 천공하는데 필요한 시간 동안 레이저 빔의 속도를 유효(effective) 정지시킨다.
공진 스캐너에 의한 상기 구현예에서 예시된 사인파 스캐닝은, 음향-광학 디플렉터(원통형 렌즈 효과를 위해 적절히 보정된)나 또는 제한 회전 모터와 같은 다른 타입의 스캐너에 의해 달성될 수도 있다. 이러한 다른 케이스에서는 스캐닝은 고정 또는 가변 스캔 주파수 및/또는 진폭의 삼각파 또는 래스터(raster) 패턴일 수 있다. 천공은 양쪽 방향으로 진행될 수 있다. 음향-광학 디플렉터, 전자-광학 디플렉터 또는 선형 컨트롤러가 구비된 제한 회전 모터에 있어서, 홀은 주기적일 필요가 없다. 이러한 적용들은 또한 레이저 포인팅에서의 편류(drift)에 민감할 수 있으며, 이것은 빔 확장기에 의하여(감소된 발산각의 결과로서) 최소화할 수 있다. 공진 스캐너 또는 제한 회전 모터의 경우에, 고속 요소(component)의 위치적 편류를 보상하기 위하여 거울의 뒤에서 레이저를 구비한 스플릿 셀(split cell)을 사용하여 고속 축의 보정을 연속적으로 수행할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 시스템의 블록도를 도시한다. 시스템은 레이저(42)를 제어하는 헤드 컨트롤러(40), 공진 스캐너 컨트롤러(44), X-축 선형 스캐너 컨트롤러(46) 및 Y-축 선형 스캐너 컨트롤러(48)를 포함한다. 공진 스캐너 컨트롤러(44)는 공진 스캐너(50)를 구동하며, 공진 스캐너는 선택적으로 광 소스(52) 또는 광 디텍터(54)를 사용하여 공진 스캐너 컨트롤러(44)에 속도 피드백 신호를 제공한다. 이러한 디텍터를 사용하는 경우에, 이미터가 광선의 빔을 스캔 거울(또는 뒤쪽거울)로 안내하며, 스캔 거울은 스캔의 다른 각도에서 크로싱(crossing) 디텍터들을 가로질러 스캔한다. 각각의 디텍터는, 각각의 쎌(cell)이 얇은 라인에 의하여 분리된 매우 밀접하게 위치하는 디텍터 표면을 포함하는 2-쎌 디텍터로 형성될 수 있다. 2-쎌의 각각의 측면상의 전력이 동일한 경우에, 크로싱의 정밀한 측정이 이루어질 수 있다. 2-쎌의 조도(illumination) 시퀀스를 감지함에 의하여 스캐너의 방향이 결정될 수 있으며, 주파수 정보와 함께 디텍터 1과 디텍터 2에 레이저가 부딪히는 시간 간격이 스캔 진폭을 계산하는데 사용될 수 있다. 이 센서 시스템은 공진 위치 추정기의 속도 및 영점 교차 신호(zero crossing signals)를 위하여 사용될 수도 있다. X-축 선형 스캐너 컨트롤러(46)는 X-축 스캐너(56)를 구동하며, 여기에서 공진 스캐너 컨트롤러(44)는 위치 피드백 신호를 수신한다. Y-축 선형 스캐너 컨트롤러(48)는 Y-축 스캐너(58)를 구동하며,여기에서 X-축 선형 스캐너 컨트롤러(46)는 위치 피드백 신호를 수신한다.
선형 검류기에 기초한 제2 스캐너(linear galvanometer based second scanner) 와 함께 제1 고속 스캐너로서 공진 스캐너를 이용하는 구현예는, 비-정수(non-integer) 또는 비-균일(non-even) 간격에서의 천공을 조정하는데 제공된다. 예를 들어, 회로기판은 기판의 상이한 영역에 있거나 또는 타겟 지점에서 적어도 하나의 바이어스된 행이나 열이 형성되어야 하는 것과 같은 다양한 센터 대 센터간 거리의 타겟 지점을 가질 수 있다. 제2 스캐너 거울의 적어도 하나의 거울에 대한 위치 및 속도가, 도 3의 헤드 컨트롤러(40) 내에서 생성되는 궤적 플랜에 기초하여 스캔을 생성하도록 제어된다. 헤드 컨트롤러(40)는 X,Y축 선형 스캐너 컨트롤러(46,48)에 구동 신호를 제공하는 래스터 생성 유닛(62)을 포함한다. 위치 또는 속도 명령에 대한 검류식 스캐너의 전형적인 응답 속도는 수백 마이크로초일 수 있으며, 예를 들어 PCB 천공에 사용되는 전형적인 C0₂레이저의 연속적인 펄스 사이의 시간적 차이에 필적한다.
또한, 공진 스캐너의 진폭은 적어도 저주파수에서 동적으로 조절될 수 있다. 예를 들어, 첨부된 서류에서 개시된 CRS 스캐너는 0-5V 입력 전압과 6 msec 세틀링 타임으로 위상 조절과 진폭(스캔각) 제어를 제공하는 구동 보드를 포함한다.조절은 고정된 공진 주파수에서 스캔 속도를 제어하기 위한 또 다른 옵션을 제공한다. 이 옵션은 작업편 표면에서의 빔 사이즈와 대응하는 스폿 사이즈를 고려하여, 단독으로 또는 출력 거울의 조절과 함께 사용될 수 있다.
일정한 조건하에서, 주어진 진폭에서 공진 스캐너의 가변 각 속도(제로 rad/sec에서 최대 rad/sec)는 또한 스캔 속도의 조절을 제공한다. 공진 스캐너의 사이클 동안에 단일의 짧은 펄스 또는 짧은 펄스의 그룹이 적용되는 레이저 가공 적용에서, 어떠한 경우에 소정의 공진 스캐너 속도에 기초하여 펄스 생성의 타이밍이 정해질 수 있다. 이어서 제2 스캐너의 속도는 도 3의 헤드 컨트롤러(40)를 사용하여 또한 조절된다.
헤드 컨트롤러(40)는 원하는 속도 보정, 래스터 패턴, 홀 위치 및 공진 타임 스케쥴에 기초하여 공진 스캐너의 스캐너 진폭을 계산하고 셋업하는 호스트 및 컨트롤 셋업 유닛(60)을 포함한다. 호스트 및 컨트롤 셋업 유닛(60)은 진폭 신호를 공진 스캐너 컨트롤러(44)에 제공하고, 래스터 생성 유닛(62)에 잡(job) 패턴 및 스케쥴 정보를 제공한다.
공진 스캐너는 프리 러닝(free running) 운전 상태의 소정 주파수로, 사인 곡선의 진폭 변화로 진동한다. 공진 스캐너를 마스터로 하여 시스템을 운전하는 것이 편리하며, 이때 스캐너에서 유래된 타이밍은 스캔 시스템의 마스터 클럭(clock)이 된다. 공진 스캐너 컨트롤러(44)는 공진 위치 추정기(66)에 위치 정보 및 속도 정보를 제공하며, 공진 위치 추정기는 빔 위치 추정기(68)에 추정된 빔 위치 정보를 제공한다. 클럭 신호는 영점 교차의 스캔 속도에 기초되거나 또는 분리된 광학 크로싱 디텍터에 기초될 수 있다. 클럭 신호는 래스터 생성 유닛(62)의 페이스를 설정한다. 빔 위치 추정기는 또한 호스트 및 컨트롤 셋업 유닛(60), 카운터(64) 및 래스터 생성 유닛(62)에 업-샘플링된(up-sampled) 클럭 신호를 제공한다.
래스터 생성기는 공진 스캐너가 올바른 속도에 있을때 소정의 시간(다음 천공 시간)으로 타겟을 지나도록 스캐너를 구동한다. 래스터 생성기는 이 정보를 다음 천공시간 유닛(next drill time unit)(70)에 제공하며, 다음 천공시간 유닛은 차례로 위상 오차 정보를 가산기 유닛(72)에 제공한다. 가산기 유닛(72)은 또한 빔 위치 추정기(68)로부터 위치 위상 오차 정보를 수신한다. 위상 오차는 빔이 언제 다음 홀 지점을 통과할 것인가에 대한 정확한 시간을 설정하기 위하여 다음 천공 시간에 추가된다.
래스터 생성기는 또한 가산기 유닛(72) 및 카운터(64)로부터의 출력을 수신하는 비교기(74)를 통하여 전자 광학 시스템의 오차에 대한 보정 함수뿐만 아니라 레이저 세팅을 출력할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 레이저의 펄스 속도는 5000 Hz, 펄스 폭은 30x10-6sec일 수 있으며 빔 확장 형성 전의 빔 직경은 10 mm일 수 있다. 기판은 예를 들어 0.001 mm 오차로 1 mm 간격의 홀을 요구할 수 있다. 고속 축 스캐너 진폭은(radian) 홀 거리(홀과 홀 사이의 미터 거리) x 경 배율(M, telescope magnification)/(π x f세타)와 동일하게 설정되며, f 세타는 미터로 표시되는 렌즈의 촛점 거리이다. 검류계의 속도(in radians/sec)는 홀 거리 x 공진 스캐너의 주파수와 동일하게 설정된다.
특히, 일 구현예에서 시스템에 클럭을 제공하는 공진 스캐너(50)는 고유한 기계적 설계에 기초하여 자가 공진한다. 영점 교차 공진의 경우에, 클럭은 스캐너의 정확한 주파수를 측정하기 위하여 사용될 수 있으며, 이는 호스트 및 컨트롤 셋업 유닛(60)에 보고된다. 호스트 및 컨트롤 셋업 유닛(60)은 이어서 공진 스캐너(50)를 구동하기 위하여 보정된 공진 진폭을 계산하며, 진폭 정보를 공진 위치 추정기(66)에 제공한다. 광학 스캔각은 홀 이격 거리를 π x 렌즈의 촛점거리로 나눈 배율로 나눈 값으로 래디언으로 표시된다. 일 구현예에 따르면, 광학 스캔각은 0.011 래디언일 수 있다. 호스트 컨트롤 유닛은 영점 교차 디텍터로부터 나오는 주파수와 공진 스캐너 컨트롤러에서 나오는 속도를 사용하여 래스터 생성기에 보내진 잡(job)에 포함되는 X 래스터 속도를 계산한다.
각(angular) 광학 스캔 속도는 최소 홀 이격 거리(가장 미세한 피치)를 렌즈의 촛점거리와 공진 주파수의 곱으로 나눈 값일 수 있다. 공진 위치 추정기(66)는 공진 스캐너의 각 위치를 계산하기 위하여 속도 및 영점 교차 클럭(주파수)을 사용하며, 이것은 빔 위치 추정기(68)에 제공된다. 빔 위치 추정기는 이 정보를 X 스캐너의 위치와 함께 위치오차 위상오차(스케쥴로부터의 시간 차이)를 계산하기 위하여 사용한다. 위치오차 위상오차는 가산기 유닛에 제공되며, 가산기 유닛은 필드에서 스팟 위치를 보정하기 위한 양만큼 레이저가 조사될 카운트를 오프셋(offsets)한다. 이는 또한 공진 스캐너 비트(beat)에 기초하여 업-샘플링된 고해상도 시간 클럭 신호를 생산한다. 공진 사이클당 많은 시간 클럭을 갖는 업-샘플링된 클럭은 정확도를 향상시킨다.
추정된 위치는 광학 스캔 각 x sin(2π x 업-샘플링된 클럭)로 제공된다. 호스트는 잡(job)을 스캐너가 통과해야만 하는 처리대상 홀의 홀 사이 거리와 위치를 포함하는 래스터(raster) 생성기에 실시간으로 제공한다. 이러한 실시간(real time)은 공진 위치 추정기의 업-샘플된 클럭으로부터의 고해상도의 공진 스캐너 주파수에 기초한다. 이것은 또한 잡 셋업 파일에 기초하여 펄스 에너지와 같은 레이저 제어 파라미터를 제공한다.
래스터 생성기는 다음번 레이저 펄스를 스케쥴하기 위하여 다음번의 실시간 천공 시간을 다음 천공 시간 유닛에 전송한다. 래스터 생성기는 공진 스캐너 주파수에 기초하여 이 래스터 패턴을 생성하고 스케쥴에 따라 실행한다. 업-샘플링된 클럭은 또한 실시간의 공진 시간을 유지하는 카운터로 전송된다. 연결된 비교기는 홀이 정렬될 때 레이저에 신호하기 위하여 가산기 유닛에서의 정확한 위상 보정 위치를 고찰한다.
도 4는 2개의 고속 축, 예를 들어 X 및 Y 검류식 스캐너를 포함하는 본 발명의 또 다른 구현예에 의한 다른 시스템을 도시한다. 특히, 시스템은 레이저(80), 빔 성형기(82), X-축 공진 스캐너(84), Y-축 공진 스캐너(86), 빔 확장기(88), 선형 제한 모터에 제어되는 X-축 선형 제어 거울(90), 선형 제한 모터에 제어되는 Y-축 선형 제어 거울(92) 및 레이저 빔을 처리될 기판(96)으로 안내하기 위한 f세타 렌즈 유닛(94)을 포함한다. 이 시스템에서, X-축 선형 제어 거울(90) 및 Y-축 선형 제어 거울(92)의 움직임은 홀을 천공하는 동안에 속도를 효과적으로 제로로 하기 위하여 고속 X-축 및 Y-축 공진 스캐너(84,86)의 움직임과 함께 작동하도록 조절된다. 이러한 시스템은 전형적으로 한쪽 방향에서 밀접하여 위치한 홀 뿐만 아니라 상대적으로 좁은 이차원 영역에서도 홀의 고속 천공을 가능하게 한다. 선택적으로, X-축 및 Y-축 공진 스캐너(84,86)이 조심스럽게 동조(synchronized)하게 되면, 시스템은 대각선상에서도(즉, X,Y 방향으로 제로 성분이 없는) 또한 작동될 수 있다.
CO2 레이저를 이용한 PCB 레이저 천공에 있어서, 공진 스캐너는 5KHz 주파수로 주어질 수 있으며, 이는 많은 CO2 레이저의 반복 주파수에 근사하다. 따라서, 제2 스캐너의 연속적인 움직임으로 홀은 처리량의 희생없이 천공될 수 있다.
일 구현예에서, 빔 확장기는 광학 릴레이 또는 다른 영상 시스템으로 대체될 수 있다. 일정한 경우에, 제2 스캐너의 동공(pupil)은 공진 스캐너 개구부에 의해 대략적으로 매치될 수 있으며, 이는 이러한 광학기기의 필요를 없애준다.
또 다른 구현예에서, X-축 공진 스캐너(106) 및 Y-축 공진 스캐너(110)가 도 5에서와 같이 빔 확장기 후단에 위치할 수 있다. 도 5의 시스템은 전술한 바와 같이 레이저(100), 빔 성형기(102) 및 빔 확장기(104)를 포함한다. 시스템은 또한 기판(116)을 처리하기 위한 f세타 렌즈(114)뿐만 아니라 X-축 공진 스캐너(106), X-축 거울(108), Y-축 공진 스캐너(110) 및 Y-축 거울(112)을 포함한다. 이러한 시스템은 빔 확장기 출력으로서 빔 형상이 X-축 및 Y-축 공진 스캐너(106, 110) 상에서 과도한 범위 제한을 받지 않을 때의 적용에 매우 적합할 수 있다.
전술한 구현예와 실시예들은, 예를 들어 캘리포니아 산타클라라의 코우헤런트사(Coherent Inc.)에서 판매하는 다이아몬드 시리즈 레이저와 같은 CO2 레이저를 사용하여 홀을 천공하는데 특히 적합하다. CO2 레이저에 의해 형성되는 전형적인 홀 사이즈는 약 50 ㎛ 이다.
일 구현예에서, 다른 고속 스캐너가 단독 또는 공진 스캐너와 함께 사용될 수 있다. 스캐너는 음향-광학 기기, 전자-광학 기기, 폴리곤 또는 홀로그래픽 스캐너를 포함할 수 있다. 적합도는 여러 파라미터에 의존할 수 있다. 예를 들어, 홀로그래픽 스캐너는 단일 스캐너에 여러 기능을 제공할 수 있으며, 회절 효과가 충분히 큰 근적외선 또는 짧은 가시광선 파장에서 사용될 수 있다.
따라서 본 발명에 따른 레이저 천공 시스템은, 레이저(122) 및 헤드 컨트롤러(124)를 포함하는 광학 박스(120)를 포함할 수 있다. 광학 및 스캔 헤드 유닛(128)이 또한 광학 박스(120)에 부착된다. 레이저 조사(126)는 레이저(122)로부터 광학 및 스캔 헤드 유닛(128)으로 제공되며, 광학 및 스캔 헤드 유닛(128)은 전술한 바와 같이 빔 확장기, X 및/또는 Y 공진 스캐너, X 및 Y 거울 및 f세타 렌즈를 제공한다. 광학 및 스캔 헤드 유닛(128)으로부터 레이저 촛점 지역은 타일링 스테이지(tiling stage)(134)의 일부로 제공되는 인쇄회로기판(132)의 타일지역(130)에 제공된다. 타일링 스테이지(134) 및 광학 박스(120)는 프레임(136) 위에 제공되며, 시스템 컨트롤 및 파워 조절 전자장치(138,140)는 프레임(136) 내에 제공된다.
도 5의 레이저 천공 시스템은 광학 및 스캔 헤드 유닛(128) 내에 X 및 Y 스캐너에 추가하여 하나 또는 두개의 공진 스캐너를 채용함으로써 높은 처리율의 달성을 제공할 수 있다.
본 발명의 원리는 초소형 범위로 연장될 수 있다. 예를 들어, 반도체 기판, 웨이퍼, 광회로 등의 홀 천공에서 성능 향상을 발견할 수 있다. 녹색 초단파(ultrashort) 레이저와 같은 단파장 레이저에서 다중 펄스가 생성될 수 있다. 일정한 경우에, 고속 스캐닝 메카니즘 및 빔 확장기가 고속 스캐닝 마이크로스코프의 개구부에 매치하기 위하여 스케일될 수 있다.
본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음을 당업자는 인식할 것이다.

Claims (27)

  1. 적어도 하나의 스캐너는 상대적으로 큰 속도로 스캐닝하는 한편 타겟 지점에서 레이저 빔의 상대적으로 작은 속도를 제공하기 위한 레이저 가공 시스템에 있어서, 상기 레이저 가공 시스템은
    빔 크기(beam dimension)를 갖는 적어도 하나의 빔을 구비한 펄스 레이저 출력을 제공하는 레이저 소스;
    타겟 지점을 포함하는 기판 표면에서 제 1 및 제 2 방향에 상호 대향하여 왕복운동하며 상기 레이저 출력을 스캐닝하는 제1 스캐닝 유닛;
    상기 레이저 출력을 수신하고 레이저 출력의 빔 직경을 변경하고 변경된 레이저 출력을 레이저 출력 경로를 따라 제공하는 빔 확장기;
    타겟 지점를 포함하는 기판 표면에서 제 2 방향으로 상기 레이저 출력을 스캐닝하기 위한 제 2 스캐닝 유닛으로서, 상기 제 1 스캐닝 유닛은 상기 제 2 스캐닝 유닛에 대하여 상대적으로 높은 동작 주파수를 가져 제 2 스캐닝 유닛의 각각의 사이클 동안 제 2 방향에서 레이저 출력 경로 이동의 순속도는 제 2 방향에 대한 양의 속도 및 제 2 방향에 대한 음의 속도로부터 변화하고, 타겟 지점에서 레이저 출력 경로 이동의 순속도는 레이저 펄스 동안 상대적으로 작은 속도로 효과적으로 감소되는, 제 2 스캐닝 유닛;
    타겟 지점를 포함하는 기판 표면에서 제 3 방향으로 빔 확장기로부터 변경된 레이저 출력을 스캐닝하기 위한 제 3 스캐닝 유닛으로서, 상기 제 3 방향은 상기 제 2방향과 수직 방향인 제 3 스캐닝 유닛;
    상기 제 1 스캐닝 유닛으로부터의 피드백 신호에 반응하여 상기 제 2 스캐닝 유닛 및 상기 레이저 소스를 조절하기 위한 컨트롤러; 및
    변경된 레이저 출력을 타겟 지점으로 집속하기 위한 집속 광학기를 포함하는 레이저 가공 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 타겟 지점에서 상기 변경된 레이저 출력의 순 속도는 제로 mm/sec 인 레이저 가공 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 변경된 레이저 출력은 타겟 지점에서 천공하기 위하여 사용되는 레이저 가공 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 스캐닝 유닛은 공진 스캐너를 포함하는 레이저 가공 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 스캐닝 유닛은 음향-광학 모듈레이터(modulator), 전자-광학 모듈레이터 및 선형 제어 제한 회전 스캐너 중 적어도 하나를 포함하는 레이저 가공 시스템.
  6. 제4항에 있어서, 상기 시스템은 빔 위치 추정기가 구비되어 있는 공진 스캐너의 각 위치를 결정하는 공진 위치 추정기를 추가로 포함하는 레이저 가공 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 시스템은 기판 표면에서 제3 방향에 반대인 제4 방향으로 레이저 출력을 스캐닝하는 제4 스캐닝 유닛을 추가로 포함하는 레이저 가공 시스템.
  8. 적어도 하나의 스캐너는 상대적으로 큰 속도로 스캐닝하는 한편 타겟 지점에서 레이저 빔의 상대적으로 작은 속도를 제공하기 위한 레이저 가공 시스템에 있어서, 상기 레이저 가공 시스템은
    제1 빔 직경의 적어도 하나의 빔을 구비한 펄스 레이저 출력을 제공하는 레이저 소스;
    타겟 지점을 포함하는 기판 표면에서 제 1 및 제 2 방향에 상호 대향하여 왕복운동하며 상기 레이저 출력을 스캐닝하는 제 1 공진 스캐닝 유닛;
    제 1 공진 스캐닝 유닛으로부터 레이저 출력을 수신하고, 제2 빔 직경을 가지도록 레이저 출력을 변경하는 빔 확장기;
    타겟 지점를 포함하는 기판 표면에서 제 2 방향으로 레이저 출력 경로를 따라 상기 레이저 출력을 스캐닝하기 위한 제 2 스캐닝 유닛으로서, 상기 제 1 공진 스캐닝 유닛은 상기 제 2 스캐닝 유닛에 대하여 높은 동작 주파수를 가져 제 2 방향에서 레이저 출력 경로 이동의 순속도는 제 1 공진 스캐닝 유닛의 스캐닝 이동의 각각의 사이클 동안 제 2 방향에 대하여 실질적으로 제로가 아닌 속도들 사이에서 변화하고 타겟 지점에서 효과적으로 제로 속도인, 제 2 스캐닝 유닛;
    상기 제 2 방향에 대하여 수직인 기판 표면에서 제 3 방향으로 레이저 출력을 스캐닝하는 제 3 스캐닝 유닛을 포함하고,
    상기 제 1 공진 스캐닝 유닛이 제 1 공진 스캐닝 유닛 주파수를 나타내는 피드백 신호를 컨트롤러에 제공하여 기판 표면의 레이저 가공이 피드백 신호에 대응하여 상기 레이저 출력 경로 이동의 순속도가 비 선형적으로 제 1 주파수에서 변화하도록 되어 있는 레이저 가공 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 시스템은 타겟 지점을 포함하는 기판 표면에서 제 2 축을 따른 제 4 방향으로 상기 레이저 출력을 스캐닝하기 위한 제 4 스캐닝 유닛을 더 포함하고, 상기 제 4 방향은 기판 표면에서 제 3 방향에 반대이어서 홀의 천공 중에 제 3 방향을 따라서 레이저 출력 경로 이동의 순 속도가 제로로 되는 레이저 가공 시스템.
  10. 제8항에 있어서, 제 2 및 제 3의 양 방향으로 상기 순 속도는 제로 mm/sec 인 레이저 가공 시스템.
  11. 제8항에 있어서, 상기 레이저 빔은 타겟 지점에서 천공하기 위하여 사용되는 레이저 가공 시스템.
  12. 제8항에 있어서, 상기 피드백 신호는 레이저 가공 시스템에 대한 시스템 클럭 신호를 제공하는 레이저 가공 시스템.
  13. 빔 크기를 갖는 적어도 하나의 빔을 구비한 레이저 출력을 제공하는 단계;
    타겟 지점을 포함하는 기판 표면에서 제 1 및 제 2 방향에 상호 대향하여 왕복운동하며 제 1 스캐닝 유닛에 의해 레이저 출력을 스캐닝하는 단계;
    변경된 빔 크기를 갖는 변경된 레이저 빔을 제공하기 위하여 레이저 출력을 변경하는 단계;
    타겟 지점를 포함하는 기판 표면에서 제 2 방향으로 제2 스캐닝 유닛에 의해 레이저 출력을 스캐닝하는 단계로서, 상기 제 1 스캐닝 유닛은 상기 제 2 스캐닝 유닛에 대하여 상대적으로 높은 주파수를 가져 제 2 방향으로 변경된 레이저 빔의 순속도는 제 1 스캐닝 유닛의 각각의 사이클 동안 제 2 방향에 대하여 제로가 아닌 속도들 사이에서 변화하고 타겟 지점에서 효과적으로 제로 속도인, 타겟 지점를 포함하는 기판 표면에서 제 2 방향으로 제2 스캐닝 유닛에 의해 레이저 출력을 스캐닝하는 단계;
    타겟 지점를 포함하는 기판 표면에서 제 3 방향으로 레이저 출력 경로를 따라 제 3 스캐닝 유닛으로 레이저 출력을 스캐닝하는 단계로서, 상기 제 3 방향은 기판 표면에서 상기 제 2방향과 수직 방향인 타겟 지점를 포함하는 기판 표면에서 제 3 방향으로 레이저 출력 경로를 따라 제 3 스캐닝 유닛으로 레이저 출력을 스캐닝하는 단계; 및
    제 1 및 제 2 스캐닝 유닛으로 상기 레이저 출력을 스캐닝하는 동안 고 주파수 피드백 신호에 대응하여 레이저 출력을 펄스화하여 제 2 방향으로 레이저 출력 경로 이동의 순속도가 레이저 펄스 동안 효과적으로 제로가 되어 제 2 방향에서 레이저 출력 경로 이동의 순속도가 비-제로일 때에는 레이저 가공이 완결되지 않는 단계를 포함하는, 타겟을 레이저로 가공하는 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 타겟을 레이저로 가공하는 방법은 기판 표면에서 제4 방향으로 제4 스캐닝 유닛에 의해 레이저 출력을 스캐닝하는 단계로서, 상기 제4방향은 기판 표면에서 상기 제3방향과 나란하고 선택적으로 대향하여 타겟 지점에서 제 2 축을 따라 레이저 출력 경로 이동의 순속도가 레이저 펄스 동안 효과적으로 제로인, 기판 표면에서 제4 방향으로 제4 스캐닝 유닛에 의해 레이저 출력을 스캐닝하는 단계를 추가로 포함하는 타겟을 레이저로 가공하는 방법.
  15. 적어도 하나의 스캐너는 상대적으로 큰 속도로 스캐닝하는 한편 타겟 지점에서 레이저 빔의 상대적으로 작은 속도를 제공하는, 작업편을 가공하기 위한 레이저 가공 시스템에 있어서, 상기 레이저 가공 시스템은
    빔 크기를 갖는 적어도 하나의 빔을 구비한 레이저 출력을 제공하는 레이저 소스;
    타겟 지점을 포함하는 기판 표면에서 제 1 및 제 2 방향에 상호 대향하여 왕복운동하며 상기 레이저 출력을 스캐닝하기 위한 진동 스캐너를 구비한 제1 스캐닝 유닛;
    타겟 지점를 포함하는 기판 표면에서 제 2 방향으로 상기 레이저 출력을 스캐닝하기 위한 제 2 스캐닝 유닛으로서, 상기 제 1 스캐닝 유닛은 상기 제 2 스캐닝 유닛에 대하여 상대적으로 높은 동작 주파수를 가져 제 2 스캐닝 유닛의 각각의 사이클 동안 제 2 방향에서 변경된 레이저 출력 경로 이동의 순속도는 제 2 방향에 대한 양의 속도 및 제 2 방향에 대한 음의 속도로부터 변화하고, 타겟 지점에서 변경된 레이저 출력 경로 이동의 순속도는 레이저 펄스 동안 상대적으로 작은 속도로 효과적으로 감소되는, 제 2 스캐닝 유닛;
    제 1 스캐닝 유닛으로부터 제어 신호를 수신하고, 제어 신호에 기초한 타겟 지점를 포함하는 기판 표면으로 레이저 출력의 적어도 일부의 전송을 조정하도록 동작가능하여 제1 및 제2 스캐닝 유닛이 기판 표면에 대해 상대적으로 움직이는 동안 타겟 지점를 포함하는 기판 표면에서 레이저 출력의 순 속도가 효과적으로 제로가 되는 컨트롤러; 및
    타겟 지점를 포함하는 기판 표면으로 레이저 출력을 집속하기 위한 집속 광학기를 포함하는 레이저 가공 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 제 1 스캐닝 유닛은 공진 스캐너이며, 제 2 스캐닝 유닛은 제한 회전 모터에 결합된 거울을 포함하는 저 관성(low-inertia) 검류식 스캐너이고, 제어 신호는 클럭 신호를 제공하여 공진 스캐너 속도의 영점 교차에 대응하는 레이저 가공 시스템.
  17. 제15항에 있어서, 제1 스캔 범위 각의 레이저 출력을 수신하고 변경된 빔 직경 및 각 범위를 제공하기 위한 빔 확장기를 추가로 포함하는 레이저 가공 시스템.
  18. 제15항에 있어서, 컨트롤러는 제 1 스캐닝 유닛의 위상, 제 1 스캐닝 유닛의 진폭, 제 2 스캐닝 유닛의 위치 및 제 2 스캐닝 유닛의 속도 중 하나 이상을 조절하기 위한 수단을 포함하며, 상기 조절하기 위한 수단은 비-균일 간격으로 이격된 작업편 타겟 지점에서의 레이저 가공을 제공하는 레이저 가공 시스템.
  19. 제18항에 있어서, 가공은 레이저 천공을 포함하며, 작업편은 인쇄회로기판이고, 조절 수단은 위상, 진폭, 위치 및 속도 중 하나 이상을 100 마이크로초에서 10 밀리초 미만 내에 조절하여 회로 기판을 레이저 천공하는 것의 간섭을 방지하고 회로 기판의 모든 지정된 타겟 지점에서 홀을 천공하는데 소요되는 전체 시간의 대응하는 감소를 방지하는 레이저 가공 시스템.
  20. 제16항에 있어서, 공진 스캐너 주파수는 천공에 사용된 레이저 반복 주파수와 동일한 레이저 가공 시스템.
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