TWI795525B - 非破壞檢測方法 - Google Patents
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Abstract
設成可以選定用於形成所期望的改質層的最佳的雷射加工條件。
一種非破壞檢測方法,包含:圖像取得步驟,在實施準備檢查 裝置的準備步驟後,在正交於X軸Y軸平面的Z軸方向上以預定的距離來間歇性地移動物鏡以使其朝第一面接近,並將焦點定位到已依被加工物的折射率而延伸焦點距離的Z軸座標值,且按複數個Z軸座標值來取得被加工物的內部的X軸Y軸平面圖像並且記錄到記錄組件;及改質層檢測步驟,從記錄組件所記錄之按複數個Z軸座標值的X軸Y軸平面圖像來檢測改質層的狀態。因為可以用非破壞方式對被加工物檢測改質層的狀態,所以可以反覆實施改質層的形成與改質層的狀態檢測,而可以迅速地選定用於形成所期望的改質層的最佳雷射加工條件。
Description
本發明是有關於一種藉由雷射加工來檢測已形成於被加工物之內部的改質層的檢測方法。
有一種分割方法,前述分割方法是對在正面以分割預定線所區劃出的區域中形成有器件的晶圓,從背面沿分割預定線照射對晶圓具有穿透性之波長的雷射光線,並且以在晶圓的內部聚光的聚光點所形成的改質層作為起點來分割晶圓(參照例如下述的專利文獻1)。
在分割晶圓的技術中,在晶圓的厚度方向的改質層的深度位置或改質層的長度,都與晶圓分割的容易度有關連性。因此,變得可藉由掌握改質層的深度位置及長度,來判斷是否可在分割上形成最佳的改質層。於是,在例如下述的專利文獻2中,已提出有下述方案:於預先切斷晶圓的端部後,在晶圓的內部形成改質層,之後,藉由從晶圓的側面側拍攝截斷面,來觀察改質層的狀態之檢測裝置及檢測方法。
專利文獻1:日本專利特許第3408805號公報
專利文獻2:日本專利特開2017-166961號公報
然而,在上述專利文獻2中所示之發明中,為了要拍攝改質層,必須預先分割晶圓的端部,因此在觀察上較耗費時間。又,要反覆地進行改質層形成與改質層觀察之作法是較困難的,且難以很快地找到適當的雷射加工條件。
據此,本發明的目的在於提供一種非破壞檢測方法,其是反覆進行改質層形成與改質層觀察,而可以選定用於形成所期望的改質層的最佳的雷射加工條件。
根據本發明,可提供一種非破壞檢測方法,是以非破壞方式檢測改質層,前述改質層是藉由將雷射光線的聚光點定位在被加工物的內部來照射而形成,且前述雷射光線是對具有第一面、及該第一面的相反側的第二面之被加工物具有穿透性之波長的雷射光線,前述非破壞檢測方法具備有以下步驟:準備步驟,準備檢查裝置,前述檢查裝置包含拍攝組件、光源、驅動組件及記錄組件,前述拍攝組件具備物鏡且是從該第一面進行拍攝,前述光源是從該第一面側照射對被加工物具有穿透性之波長域的光,前述驅動組件是使該物鏡接近或遠離該第一面,前述記錄組件是記錄該拍攝
組件所拍攝到的圖像;圖像取得步驟,在將該第一面設為X軸Y軸平面之情況下,在正交於X軸Y軸平面的Z軸方向上以預定的距離H來間歇性地移動該物鏡以使其朝該第一面接近,並將該焦點定位到已依被加工物的折射率而延伸焦點的距離的Z軸座標值,且按複數個該Z軸座標值來取得被加工物的內部的X軸Y軸平面圖像並且記錄到該記錄組件;及改質層檢測步驟,從該記錄組件所記錄之按複數個該Z軸座標值的X軸Y軸平面圖像來檢測改質層的狀態。
較理想的是,在上述改質層檢測步驟中,是從上述記錄組件所記錄之按複數個上述Z軸座標值的上述X軸Y軸平面圖像來生成3維圖像,並且從以平行於Z軸方向的方式切斷上述改質層的截面上所顯現的2維圖像,來將該改質層的該Z軸方向的深度位置與形狀作為該改質層的狀態來檢測。
較理想的是,被加工物是折射率為3.6的矽晶圓,且在上述圖像取得步驟中,相對於上述物鏡在Z軸方向上間歇性地移動的上述距離H,上述焦點在被加工物的內部延伸的距離是至少為3.6‧H,且該焦點是以3.6‧H來間歇性地在被加工物的內部移動。
根據本發明,可以用非破壞方式對形成於被加工物的內部的改質層的狀態進行檢測。從而,根據本發明,形成為可以反覆實施由雷射加工所進行的改質層的形
成、及由拍攝組件所進行的改質層的狀態檢測,而可以迅速地選定在改質層的形成上最佳的雷射加工條件。
因為在上述改質層檢測步驟中,是從上述記錄組件所記錄之按複數個上述Z軸座標值的上述X軸Y軸平面圖像來生成3維圖像,並且從以平行於Z軸方向的方式切斷上述改質層的截面上所顯現的2維圖像,來將改質層的Z軸方向的深度位置與形狀作為改質層的狀態來檢測,所以變得即便以被加工物為非破壞的方式也可掌握改質層的整體形狀,進而可以高精度地檢測改質層的狀態。
因為被加工物是折射率為3.6的矽晶圓,且在上述圖像取得步驟中,相對於上述物鏡在Z軸方向上間歇性地移動的上述距離H,上述焦點在被加工物的內部延伸的距離是至少為3.6‧H,且該焦點是以3.6‧H來間歇性地在被加工物的內部移動,所以即便被加工物為非破壞方式仍然可以檢測改質層的狀態。
1:檢查裝置
2a、2b、2c、2d、2e、2f、2g:X軸Y軸平面圖像
3:3維圖像
4:2維圖像
10:裝置基座
11:支柱
12:保持工作台
12a:保持面
13:罩蓋工作台
14:旋轉組件
15:框架保持組件
20:X軸方向移動機構
21、31:滾珠螺桿
22、32:馬達
23、33:導軌
24、34:軸承部
25、35:移動基座
30:Y軸方向移動機構
40:雷射加工組件
41:雷射加工頭
42:聚光透鏡
43:雷射光線
50:拍攝組件
51:相機
52:物鏡
53:半反射鏡
60:光源
61:紅外線
70:驅動組件
80:記錄組件
90:控制組件
91:圖像處理部
100:監視器
130:開口部
D:器件
F:框架
V、h1、h2:距離
L:長度
M:改質層
Ma:上端
Mb:下端
Mo:失焦部分
N:折射率
O:光軸
P、P’、P1、P2:焦點
S:分割預定線
T:膠帶
H:移動量、距離
W:被加工物
Wa:第一面
Wb:第二面
z1、z2:Z軸座標值
α、β:角度
X、Y、Z:方向
圖1是顯示檢查裝置之一例的構成的立體圖。
圖2是顯示在被加工物的內部形成改質層的狀態的截面圖。
圖3是顯示圖像取得步驟的截面圖。
圖4是顯示被加工物的折射率與物鏡的焦點之關聯性的示意圖。
圖5是說明在圖像取得步驟中以預定的距離H間歇性
地移動物鏡的狀態的示意圖。
圖6是在改質層檢測步驟中所生成的3維圖像的圖像圖。
圖7是依據3維圖像而與Z軸方向平行地切斷之展現有改質層的2維圖像的圖像圖。
圖1所示之被加工物W具有例如圓形板狀的基板,並且在其正面(在圖示的例子中為第一面Wa),是在藉由形成為格子狀的複數條分割預定線S所區劃出的區域中形成有複數個器件D。在與第一面Wa相反側的第二面Wb上貼附膠帶T。被加工物W是透過膠帶T而與環狀的框架F成為一體。以下,一邊參照附加的圖式一邊針對以非破壞方式檢測改質層之非破壞檢測方法進行說明,其中前述改質層是將雷射光線的聚光點定位在內部來進行照射而形成,且前述雷射光線是對具有與第一面Wa相反側的第二面Wb之被加工物W具有穿透性之波長的雷射光線。
(1)準備步驟
如圖1所示,準備檢查裝置1,前述檢查裝置1可以例如在被加工物W的內部形成改質層,並且可以拍攝被加工物W的內部。檢查裝置1具備裝置基座10,並且在裝置基座10的Y軸方向後部側的上表面,豎立設置有截面大致L字型的支柱11。在裝置基座10上具備有保持與框架F成為一體的被加工物W之保持工作台12、配設在保持工作台12
的周圍且保持框架F之框架保持組件15、使保持工作台12在X軸方向上移動之X軸方向移動機構20、及使保持工作台12在Y軸方向上移動之Y軸方向移動機構30。支柱11的前端是形成為延伸至保持工作台12的移動方向(X軸方向)的路徑的上方側為止的構成。
保持工作台12是將其上表面形成為保持被加工物W之保持面12a。保持工作台12是固定在具有開口部130的罩蓋工作台13之上,並且在保持工作台12的下部連接有旋轉組件14。旋轉組件14可以使保持工作台12進行預定角度旋轉。
X軸方向移動機構20具備有在X軸方向上延伸的滾珠螺桿21、連接於滾珠螺桿21的一端的馬達22、與滾珠螺桿21平行地延伸的一對導軌23、可旋轉地支撐滾珠螺桿21的另一端的軸承部24、及透過Y軸方向移動機構30來支撐保持工作台12的移動基座25。在一對導軌23上滑動接觸有移動基座25的其中一面,並且在形成於移動基座25的中央部的螺帽中螺合有滾珠螺桿21。當馬達22使滾珠螺桿21旋動時,即可以使移動基座25沿著導軌23在X軸方向上移動,而使保持工作台12在X軸方向上移動。
Y軸方向移動機構30具備有在Y軸方向上延伸的滾珠螺桿31、連接於滾珠螺桿31的一端的馬達32、與滾珠螺桿31平行地延伸的一對導軌33、可旋轉地支撐滾珠螺桿31的另一端的軸承部34、及支撐保持工作台12的移動基座35。在一對導軌33上滑動接觸有移動基座35的其中一
面,並且在形成於移動基座35的中央部的螺帽中螺合有滾珠螺桿31。當馬達32使滾珠螺桿31旋動時,即可以使移動基座35沿著導軌33在Y軸方向上移動,而調整保持工作台12的Y軸方向的位置。
檢查裝置1具備有對保持於保持工作台12的被加工物W的第一面Wa施行雷射加工的雷射加工組件40。雷射加工組件40是配設於支柱11的前端的下部側,並且具有雷射加工頭41,前述雷射加工頭41是將相對於圖2所示之被加工物W具有穿透性之波長的雷射光線43朝下方照射。在雷射加工頭41上連接有射出雷射光線43之雷射振盪器、以及調整雷射光線43的輸出之輸出調整器。於雷射加工頭41的內部內置有用於將從雷射振盪器所射出的雷射光線43聚光的聚光透鏡42。雷射加工頭41是形成為可在鉛直方向上移動,並且可以調整雷射光線43的聚光位置。
於此,是針對藉由雷射加工組件40在被加工物W的內部形成改質層的一例作描述。在本實施形態中,是設定成例如下述的雷射加工條件來實施。
[雷射加工條件]
雷射光線之波長:1064nm
重複頻率:50kHz
平均輸出:1.0W
脈衝寬度:10nm
聚光光斑直徑:3.0μm
加工進給速度:500mm/秒
如圖2所示,將膠帶T側設成向下,並以保持工作台12的保持面12a來吸引保持被加工物W後,使保持工作台12移動到雷射加工組件40的下方。接著,以上述的加工進給速度(500mm/s)將保持工作台12在例如X軸方向上加工進給,並且以已藉由聚光透鏡42將對被加工物W具有穿透性之波長的雷射光線43的聚光點定位在被加工物W的內部的狀態,來將雷射光線43從被加工物W的第一面Wa側沿圖1所示的分割預定線S照射,而在被加工物W的內部形成強度已降低的改質層M。
為了以非破壞方式對形成於被加工物W的內部的改質層M進行檢測,圖1所示之檢查裝置1具備有拍攝組件50、光源60、驅動組件70、記錄組件80、控制組件90及監視器100,前述拍攝組件50具備物鏡52(在圖3中圖示)且從被加工物W的第一面Wa進行拍攝,前述光源60是從第一面Wa側照射對被加工物W具有穿透性之波長域的光,前述驅動組件70是使物鏡52相對於第一面Wa接近或遠離,前述記錄組件80是記錄拍攝組件50所拍攝到的圖像,前述控制組件90可以依據記錄組件80所記錄的圖像而進行圖像處理,前述監視器100可顯示各種資料(圖像、加工條件等)。
拍攝組件50是在支柱11的前端的下部側接近於雷射加工組件40而配設。如圖3所示,拍攝組件50具備有從上方拍攝被加工物W的相機51、配置於相機51的最
下部的物鏡52、及配置於相機51與物鏡52之間且使從光源60射出之光朝下方反射的半反射鏡(half mirror)53。相機51是內置有CCD影像感測器或CMOS影像感測器等的拍攝元件的紅外線相機。光源60是由例如紅外線LED所構成,且可以照射對被加工物W具有穿透性之波長域的紅外線61。在拍攝組件50中,可以藉由以拍攝元件捕捉從光源60射出且在被加工物W的內部反射的紅外線61的反射光,以依據被加工物W的內部的X軸座標及Y軸座標來取得X軸Y軸平面圖像。可將拍攝組件50所拍攝到的X軸Y軸平面圖像記錄於記錄組件80。
於物鏡52上連接有驅動組件70。驅動組件70是可進行物鏡52的Z軸方向的上下移動的致動器。驅動組件70是由例如藉由壓電元件所構成之壓電馬達所構成,其中前述壓電元件是藉由電壓的施加而相對於保持在保持工作台12的被加工物W在垂直方向上伸縮的元件。驅動組件70可以藉由調整施加於壓電元件的電壓以使物鏡52在上下方向上移動,來對物鏡52的位置進行微調整。從而,變得可藉由驅動組件70而按每個所期望的Z軸座標值來使物鏡52的位置移動,並且以拍攝組件50按每個Z軸座標值來拍攝加工物W的內部的X軸Y軸平面圖像。再者,作為驅動組件70的構成並未限定為壓電馬達,亦可藉由例如可進行直線的移動的音圈馬達來構成。
控制組件90至少具備有藉由控制程式進行演算處理的CPU、連接於CPU的圖像處理部91、保存控制
程式等的ROM、保存演算處理結果等的可讀寫的RAM、輸入介面及輸出介面。在本實施形態所示之圖像處理部91中,可以依據記錄組件80所記錄之按複數個Z軸座標值的X軸Y軸平面圖像來生成3維圖像。
又,在圖像處理部91中,可以例如從已生成的3維圖像來生成形成於被加工物W的內部的改質層的截面圖像(在與Z軸方向平行的方向上切斷而成的圖像)。可以藉由將如此進行而取得的X軸Y軸平面圖像、3維圖像、及改質層的截面圖像顯示於監視器100,來觀察改質層的狀態。再者,控制組件90是構成為除了進行上述之圖像處理之外,還控制檢查裝置1的各動作機構。
(2)圖像取得步驟
如圖3所示,在準備檢查裝置1並在被加工物W的內部形成改質層M後,即一邊將保持工作台12在X軸方向上加工進給,一邊藉由拍攝組件50從被加工物W的第一面Wa側拍攝被加工物W的內部的狀態。在本實施形態所示之圖像取得步驟中,是將被加工物W的第一面Wa作為X軸Y軸平面,而拍攝複數張與第一面Wa平行的X軸Y軸平面圖像。在本實施形態中,是針對下述情況進行說明:在沿朝向X軸方向的一列量的分割預定線S形成改質層M後,立即實施圖像取得步驟。
於此,在圖3所示之光源60所射出的紅外線61藉由半反射鏡53朝下方反射,並通過物鏡52而射入第一面Wa時,會因應於被加工物W的折射率(N)而改變紅外線
61的折射角。亦即,依被加工物W的材質種類,折射率(N)會有所差異。圖4是顯示被加工物W的折射率(N)、及藉由物鏡52將紅外線61聚光的焦點的關聯性。為了方便說明,圖示的例子所示之相對於光軸O的角度α,是表示已通過物鏡52的紅外線61在被加工物W的第一面Wa上不折射地且直線狀地入射的情況的例子,並且將從此情況的第一面Wa到焦點P的距離設為距離h1。
通常,已通過物鏡52的紅外線61在從被加工物W的第一面Wa入射到內部時,會使紅外線61從不折射的情況的角度α折射成例如角度β而聚光於焦點P’。相對光軸O的角度β是相當於折射角的角度,此情況下的被加工物W的折射率(N)可以藉由司乃耳定律(Snell’s law)而依據下述之式(1)來計算。
N=sinα/sinβ 式(1)
又,將藉由上述之式(1)所計算出的折射率(N)代入下述之式(2),藉此可以計算被加工物W的第一面Wa到焦點P’的距離h2。
h2=N×cosβ/cosα×h1 式(2)
距離h2是變得比距離h1長,且可以確認焦點的距離(焦點P與焦點P’之間的距離)延伸有相當於該距離的差分之情形。並且,如圖5所示,此距離的差分是相當於按複數個Z軸座標值進行物鏡52的對焦時之在被加工物W的內部延伸之焦點的距離V。
拍攝被加工物W的內部時,驅動組件70是使
物鏡52以預定的距離H間歇性地在正交於X軸Y軸平面的Z軸方向上移動。使物鏡52間歇性地移動,意指設置固定距離來使物鏡52的位置在Z軸方向上移動之情形。圖5的例子所示之在被加工物W的內部延伸之焦點的距離V雖然是依成為檢查對象的被加工物W的折射率(N)、或物鏡52的Z軸方向的移動量(H)而改變,但仍可以藉由對以上述之式(1)所計算出的折射率(N)乘上移動量(H)(V=N×H)來計算。
本實施形態所示之被加工物W為例如矽晶圓的情況下,其折射率(N)是3.6。在將由驅動組件70進行的移動量(H)設定為例如1μm的情況,可以藉由對被加工物W的折射率(3.6)乘上移動量(1μm),而計算出在被加工物W的內部延伸之焦點的距離V為3.6μm。亦即,在被加工物W的內部延伸的焦點的距離(Z軸座標值z1與Z軸座標值z2之間的距離)至少為3.6‧H。
驅動組件70是使物鏡52朝接近被加工物W的第一面Wa的方向下降,並且將焦點P1定位在Z軸座標值z1。當藉由圖3所示的相機51拍攝被加工物W的內部時,可以取得例如圖6所示之X軸Y軸平面圖像2a。接著,驅動組件70是依據上述之在被加工物W的內部延伸之焦點的距離V(3.6μm)的設定,而使物鏡52間歇性地朝第一面Wa側移動,且將焦點P2定位到已依上述之折射率(N)延伸焦點P1的距離後的Z軸座標值z2上。當藉由相機51拍攝被加工物W的內部時,可以取得例如X軸Y軸平面圖像2b。
如此進行並藉由驅動組件70是以預定的距離H來使物鏡52的位置間歇性地移動,且以相機51按每個Z軸座標值z1、z2…來拍攝被加工物W的內部之作法,而變得可依序取得X軸Y軸平面圖像2a、2b、2c、2d、2e、2f及2g。並且,可將所取得的X軸Y軸平面圖像2a~2g記錄在如圖1所示的記錄組件80。
(4)改質層檢測步驟
圖1所示之控制組件90的圖像處理部91是藉由將記錄組件80所記錄之按複數個Z軸座標值z1、z2…的X軸Y軸平面圖像2a~2g立體地組構,而生成圖6所示之3維圖像3。3維圖像3可顯示於監視器100。可以確認下述情形:在3維圖像3之中,於最上側的X軸Y軸平面圖像2a與最下側的X軸Y軸平面圖像2g上雖然未展現有改質層M,但在X軸Y軸平面圖像2b~2f上展現有改質層M。又,在X軸Y軸平面圖像2b、2c、2e及2f中,雖然因折射部分的些許誤差的影響而也包含改質層M已模糊的失焦部分Mo,但並不構成改質層M的檢測的妨礙。亦即,可以利用從最初顯現出包含失焦部分Mo的改質層M之X軸Y軸平面圖像2b到最後顯現有改質層M之X軸Y軸平面圖像2f,來檢測改質層M。
圖像處理部91是生成例如圖7所示之2維圖像4,來作為於從3維圖像3以平行於Z軸方向的方式切斷改質層M而成的截面上所顯現之截面圖像。2維圖像4也可顯示於監視器100。藉由觀察展現有2維圖像4的改質層M,以將被加工物W的內部中的改質層M的Z軸方向的深度位
置、改質層M的形狀、及從改質層M的上端Ma到下端Mb為止的長度L作為改質層M的狀態來檢測。像這樣,因為變得可從3維圖像3轉換到2維圖像4來掌握改質層M的整體形狀,所以可以高精度地檢測改質層M的狀態。改質層M的狀態的檢測結果是保存於控制組件90的RAM中,並且可利用於最佳的雷射加工條件之選定。
如此,在本發明之非破壞檢測方法中,因為是構成為在實行準備步驟後,實施圖像取得步驟與改質層檢測步驟,所以可以對被加工物W用非破壞方式來檢測改質層M的狀態,其中前述準備步驟是準備檢查裝置1,且前述檢查裝置1具備有具備物鏡52且從第一面Wa進行拍攝的拍攝組件50、從第一面Wa側照射對被加工物W具有穿透性之波長域的光的光源60、使物鏡52接近或遠離第一面Wa的驅動組件70、及記錄拍攝組件50所拍攝到的圖像的記錄組件80,前述圖像取得步驟是例如在正交於X軸Y軸平面的Z軸方向上以預定的距離H來間歇性地移動物鏡52以使其朝第一面Wa接近,並將焦點定位到已依被加工物W的折射率而延伸焦點的距離的Z軸座標值,且按複數個Z軸座標值來取得被加工物W的內部的X軸Y軸平面圖像並且記錄到記錄組件80,前述改質層檢測步驟是從記錄組件80所記錄之按複數個Z軸座標值的X軸Y軸平面圖像2a~2g來檢測改質層M的狀態。從而,根據本發明,變得可反覆實施藉由雷射加工進行的改質層M的形成、及藉由拍攝組件50進行的改質層M的狀態檢測,而可以迅速地選定用於形
成所期望的改質層M的最佳的雷射加工條件。
再者,在本實施形態所揭示的檢查裝置1雖然是也作為在被加工物W的內部形成改質層M的雷射加工裝置而發揮功能的構成,但檢查裝置1並不限定於本實施形態所示的裝置構成,亦可為與雷射加工裝置獨立之單體的裝置構成。
2a、2b、2c、2d、2e、2f、2g:X軸Y軸平面圖像
3:3維圖像
L:長度
M:改質層
Mo:失焦部分
X、Y、Z:方向
Claims (2)
- 一種非破壞檢測方法,是以非破壞方式檢測改質層,前述改質層是藉由將雷射光線的聚光點定位在被加工物的內部來照射而形成,且前述雷射光線是對具有第一面、及該第一面的相反側的第二面之被加工物具有穿透性之波長的雷射光線,前述非破壞檢測方法具備有以下步驟:準備步驟,準備檢查裝置,前述檢查裝置包含拍攝組件、光源、驅動組件及記錄組件,前述拍攝組件具備物鏡且是從該第一面進行拍攝,前述光源是從該第一面側照射對被加工物具有穿透性之波長域的光,前述驅動組件是使該物鏡接近或遠離該第一面,前述記錄組件是記錄該拍攝組件所拍攝到的圖像;圖像取得步驟,在將該第一面設為X軸Y軸平面之情況下,在正交於X軸Y軸平面的Z軸方向上以預定的距離H來間歇性地移動該物鏡以使其朝該第一面接近,並將該焦點定位到已依被加工物的折射率而延伸焦點的距離的Z軸座標值,且針對該改質層而按複數個該Z軸座標值的每個來取得被加工物的內部的X軸Y軸平面圖像並且記錄到該記錄組件;及改質層檢測步驟,從該記錄組件所記錄之按複數個該Z軸座標值的每個的X軸Y軸平面圖像來檢測改質層的狀態,在該改質層檢測步驟中,是從該記錄組件所記錄之按複數個該Z軸座標值的每個的該X軸Y軸平面圖像來生成3維圖像,並且在從以平行於Z軸方向的方式切斷該改質層的截面上所顯現的2維圖像,來將該改質層的該Z軸方向的深度位置與形狀作為該改質層的狀態來檢測。
- 如請求項1之非破壞檢測方法,其中被加工物是折射 率為3.6的矽晶圓,且在前述圖像取得步驟中,相對於前述物鏡在Z軸方向上間歇性地移動的前述距離H,前述焦點在被加工物的內部延伸的距離是至少為3.6‧H,且該焦點以3.6‧H來間歇性地在被加工物的內部移動。
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