지식나눔

Quasi-CW laser에 대해

High power UV laser를 검색해보면 diode pumped solid state laser가 주를 이루고 있는 것 같습니다. repitition rate이 수백 kH에서 수십 MHz까지 다양한 spec.의 제품이 나오고 있는데, 수십 MHz의 laser의 경우, 종종 Quas-CW라는 말을 붙이곤 합니다. Q1. Quasi-CW laser가 무엇입니까? ps 또는 ns의 펄스폭을 spec.에 명시한 것을 보면 pulse laser인것 같은데, Quasi-CW라는 명칭을 사용하는지 잘 이해가 되지 않습니다. 얼핏보면 repitition rate가 높아지면서 CW laser와 같이 연속발진하는 것처럼 보이기 때문인지 아니면 다른 의미가 있는지 알고 싶습니다. Q2. Quasi-CW와 CW laser의 차이점은? spec. 상에는 펄스당 에너지 보다는 average power를 명시하고 있습니다. 현재 average power가 1W에서 최고 8W가 되는 제품이 출시되고 있습니다. 어찌되었든 초당 많게는 천개 이상의 펄스가 발진된다는 말인데, Peak Power density를 대충 따져보면 GW(Giga Watt.)/cm2 이상이 됩니다. average power가 1W인 Quasi-CW laser와 power가 1W CW laser를 비교했을 때, 어떤 차이점들이 있는지요. 예를들어, Si wafer 위에 수십 um 두께로 photoresist가 입혀져 있습니다. 그 위에 photomask를 놓고 lithography를 하려고 합니다. 이를 위해 다음과 같은 두 가지 laser를 사용한다면, 어떤 결과가 나올까요? 1)빔의 직경이 1mm이고 파장이 355nm이며 average power가 1W인 Quasi-CW laser를 빔의 직경을 beam expander를 사용하여 10mm로 만들어 average power density가 대략 10mW/cm2가 되도록 한 것 2) 같은 방법으로 빔의 직경이 1mm이고 파장이 355nm이고 power가 1W인 CW laser를 power density가 10mW/cm2가 되게 한 것. 실제로 2)번과 같은 laser는 없습니 . 이와 같은 laser가 있다면 크게 고민할 것은 없습니다. 제 질문의 요지는 1)번과 같은 laser를 2)번과 같은 laser 대신 사용할 수 있느냐입니다.
  • High Power UV Laser
  • lithography
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답변 2
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    신윤섭님의 답변

    일단, Laser Diode Pumped SS laser인 경우 UV를 만들기 위해서 앞단에 SHG/THG/FHG등에 해당되는 구조를 만들어서 사용하게 됩니다. Quasi-CW란 개념은 추정하신 대로 매우 빠른 반복성을 가지므로 출력이 거의 CW인 경우와 구분할 필요 없다는 의미라 하겠습니다. 수MHz 이상이라면 일반적인 사용에서는 구분에 의미가 없겠죠? Power 관점에서는 실질 Power를 기재합니다. Quasi-CW 경우 시간축을 확대해 보면 출력이 거의 없는 구간이 있으므로 각 pulse의 power보다 평균 power는 상당히 작을 것으로 예상됩니다. 이 평균 power를 출력 power로 기재하는 것이지요. 따라서 원하시는 lithography에서 CW 특성의 레이저를 원하신다면 같은 출력이 기재된 Quasi-CW 레이저로도 거의 같은 결과를 얻으실 것으로 예상됩니다. 그럼 왜 Quasi-CW 레이저란 것을 만들고 쓰는가 하는 의문이 남는데, CW 레이저에 비해 좋은 특성이 약간 있습니다. 먼저 출력이 상대적으로 안정적입니다. 출렁거림이 적다고 표현해야 할까요.. 또 나오는 pulse tray의 일부를 따서 다른 용도로 사용하기에 매우 편리합니다. 단위 pulse의 peak power가 크기 때문에 다양한 활용도가 가능한 점도 있구요. 결론적으로 CW 목적의 레이저를 찾으시는 거라면 Quasi-CW 레이저로 충분할 것이라 판단됩니다. >High power UV laser를 검색해보면 diode pumped solid state laser가 주를 이루고 있는 것 같습니다. >repitition rate이 수백 kH에서 수십 MHz까지 다양한 spec.의 제품이 나오고 있는데, >수십 MHz의 laser의 경우, 종종 Quas-CW라는 말을 붙이곤 합니다. > >Q1. Quasi-CW laser가 무엇입니까? >ps 또는 ns의 펄스폭을 spec.에 명시한 것을 보면 pulse laser인것 같은데, >Quasi-CW라는 명칭을 사용하는지 잘 이해가 되지 않습니다. >얼핏보면 repitition rate가 높아지면서 CW laser와 같이 연속발진하는 것처럼 보이기 때문인지 >아니면 다른 의미가 있는지 알고 싶습니다. > >Q2. Quasi-CW와 CW laser의 차이점은? >spec. 상에는 펄스당 에너지 보다는 average power를 명시하고 있습니다. >현재 average power가 1W에서 최고 8W가 되는 제품이 출시되고 있습니다. >어찌되었든 초당 많게는 천개 이상의 펄스가 발진된다는 말인데, >Peak Power density를 대충 따져보면 GW(Giga Watt.)/cm2 이상이 됩니다. > >average power가 1W인 Quasi-CW laser와 power가 1W CW laser를 비교했을 때, >어떤 차이점들이 있는지요. > >예를들어, >Si wafer 위에 수십 um 두께로 photoresist가 입혀져 있습니다. >그 위에 photomask를 놓고 lithography를 하려고 합니다. > >이를 위해 다음과 같은 두 가지 laser를 사용한다면, 어떤 결과가 나올까요? > >1)빔의 직경이 1mm이고 파장이 355nm이며 average power가 1W인 Quasi-CW laser를 빔의 직경을 beam expander를 사용하여 10mm로 만들어 average power density가 대략 10mW/cm2가 되도록 한 것 > >2) 같은 방법으로 빔의 직경이 1mm이고 파장이 355nm이고 power가 1W인 CW laser를 power density가 10mW/cm2가 되게 한 것. > >실제로 2)번과 같은 laser는 없습니 > . >이와 같은 laser가 있다면 크게 고민할 것은 없습니다. >제 질문의 요지는 1)번과 같은 laser를 2)번과 같은 laser 대신 사용할 수 있느냐입니다. > > > >
    일단, Laser Diode Pumped SS laser인 경우 UV를 만들기 위해서 앞단에 SHG/THG/FHG등에 해당되는 구조를 만들어서 사용하게 됩니다. Quasi-CW란 개념은 추정하신 대로 매우 빠른 반복성을 가지므로 출력이 거의 CW인 경우와 구분할 필요 없다는 의미라 하겠습니다. 수MHz 이상이라면 일반적인 사용에서는 구분에 의미가 없겠죠? Power 관점에서는 실질 Power를 기재합니다. Quasi-CW 경우 시간축을 확대해 보면 출력이 거의 없는 구간이 있으므로 각 pulse의 power보다 평균 power는 상당히 작을 것으로 예상됩니다. 이 평균 power를 출력 power로 기재하는 것이지요. 따라서 원하시는 lithography에서 CW 특성의 레이저를 원하신다면 같은 출력이 기재된 Quasi-CW 레이저로도 거의 같은 결과를 얻으실 것으로 예상됩니다. 그럼 왜 Quasi-CW 레이저란 것을 만들고 쓰는가 하는 의문이 남는데, CW 레이저에 비해 좋은 특성이 약간 있습니다. 먼저 출력이 상대적으로 안정적입니다. 출렁거림이 적다고 표현해야 할까요.. 또 나오는 pulse tray의 일부를 따서 다른 용도로 사용하기에 매우 편리합니다. 단위 pulse의 peak power가 크기 때문에 다양한 활용도가 가능한 점도 있구요. 결론적으로 CW 목적의 레이저를 찾으시는 거라면 Quasi-CW 레이저로 충분할 것이라 판단됩니다. >High power UV laser를 검색해보면 diode pumped solid state laser가 주를 이루고 있는 것 같습니다. >repitition rate이 수백 kH에서 수십 MHz까지 다양한 spec.의 제품이 나오고 있는데, >수십 MHz의 laser의 경우, 종종 Quas-CW라는 말을 붙이곤 합니다. > >Q1. Quasi-CW laser가 무엇입니까? >ps 또는 ns의 펄스폭을 spec.에 명시한 것을 보면 pulse laser인것 같은데, >Quasi-CW라는 명칭을 사용하는지 잘 이해가 되지 않습니다. >얼핏보면 repitition rate가 높아지면서 CW laser와 같이 연속발진하는 것처럼 보이기 때문인지 >아니면 다른 의미가 있는지 알고 싶습니다. > >Q2. Quasi-CW와 CW laser의 차이점은? >spec. 상에는 펄스당 에너지 보다는 average power를 명시하고 있습니다. >현재 average power가 1W에서 최고 8W가 되는 제품이 출시되고 있습니다. >어찌되었든 초당 많게는 천개 이상의 펄스가 발진된다는 말인데, >Peak Power density를 대충 따져보면 GW(Giga Watt.)/cm2 이상이 됩니다. > >average power가 1W인 Quasi-CW laser와 power가 1W CW laser를 비교했을 때, >어떤 차이점들이 있는지요. > >예를들어, >Si wafer 위에 수십 um 두께로 photoresist가 입혀져 있습니다. >그 위에 photomask를 놓고 lithography를 하려고 합니다. > >이를 위해 다음과 같은 두 가지 laser를 사용한다면, 어떤 결과가 나올까요? > >1)빔의 직경이 1mm이고 파장이 355nm이며 average power가 1W인 Quasi-CW laser를 빔의 직경을 beam expander를 사용하여 10mm로 만들어 average power density가 대략 10mW/cm2가 되도록 한 것 > >2) 같은 방법으로 빔의 직경이 1mm이고 파장이 355nm이고 power가 1W인 CW laser를 power density가 10mW/cm2가 되게 한 것. > >실제로 2)번과 같은 laser는 없습니 > . >이와 같은 laser가 있다면 크게 고민할 것은 없습니다. >제 질문의 요지는 1)번과 같은 laser를 2)번과 같은 laser 대신 사용할 수 있느냐입니다. > > > >
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    DELETED님의 답변

    질문을 뒤늦게 확인해서 답변이 늦어졌습니다. 이미 답변해 주신 분이 계셔서 읽어 보았는데 대부분 내용에 동의합니다만 한가지 주의할 점이 있는 것 같습니다. 펄스레이저의 펄스폭에 대한 material의 response time 상관관계에 따라서 양상이 달라질 수 있지만, 우선적으로 average power가 같더라도 pulse laser의 순간적인 에너지가 pulse width에 따라서는 GW 수준이 되기도 하기 때문에 CW 경우와 다르게 제질이 손상될 수 있습니다. 즉, CW-laser 대비 순간적인 에너지 밀도가 워낙 커서 rising time이 짧을수록 damage효과가 증가할 수 있습니다. pulsed-laser가 material processing에서 유리한 점은 펄스폭이 작을수록 제질에 열적인 영향을 적게 주고 공정이 가능해진다는 점일 것입니다. 따라서, 단순히 average power만 가지고 유사결과를 기대하기에는 위험요소가 많이 내재하므로 실제로 적용실험을 통해서 확인해야 합니다. 물론 펄스폭이 크면 그러한 우려도 경감될 것으로 예상됩니다. 자주 찾지 못하다 보니 답변이 늦어질 수도 있습니다. 질문이 불충분하시면 splee@iae.re.kr로 연락주셔도 됩니다.
    질문을 뒤늦게 확인해서 답변이 늦어졌습니다. 이미 답변해 주신 분이 계셔서 읽어 보았는데 대부분 내용에 동의합니다만 한가지 주의할 점이 있는 것 같습니다. 펄스레이저의 펄스폭에 대한 material의 response time 상관관계에 따라서 양상이 달라질 수 있지만, 우선적으로 average power가 같더라도 pulse laser의 순간적인 에너지가 pulse width에 따라서는 GW 수준이 되기도 하기 때문에 CW 경우와 다르게 제질이 손상될 수 있습니다. 즉, CW-laser 대비 순간적인 에너지 밀도가 워낙 커서 rising time이 짧을수록 damage효과가 증가할 수 있습니다. pulsed-laser가 material processing에서 유리한 점은 펄스폭이 작을수록 제질에 열적인 영향을 적게 주고 공정이 가능해진다는 점일 것입니다. 따라서, 단순히 average power만 가지고 유사결과를 기대하기에는 위험요소가 많이 내재하므로 실제로 적용실험을 통해서 확인해야 합니다. 물론 펄스폭이 크면 그러한 우려도 경감될 것으로 예상됩니다. 자주 찾지 못하다 보니 답변이 늦어질 수도 있습니다. 질문이 불충분하시면 splee@iae.re.kr로 연락주셔도 됩니다.
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