KR100853827B1 - Ultraviolet laser ablative patterning of microstructures in semiconductors - Google Patents

Abstract

50미크론보다 작은 특징부 크기를 갖는 패턴이 자외선 레이저 절제를 이용하여 특히 실리콘과 같은 반도체에 직접 신속히 형성된다. 이러한 패턴은 집적 회로 연결을 위한 매우 높은 에스팩트 비율의 원통형 관통 홀 개구, 반도체 웨이퍼 상에 포함된 처리된 다이의 싱귤레이션(singulation), 모체 반도체 웨이퍼로부터의 마이크로회로 작업물을 분리하는 마이크로탭 절단부를 포함한다. 다이오드-펌핑, Q-스위칭 주파수-3배가된 Nd:YAG, Nd:YVO4 또는 Nd:YLF로부터의 레이저 출력 펄스(32)가 복합 빔 위치기를 사용하여 고속의 정밀도로 작업물(12)로 유도된다. 광학 시스템은 약 10미크론의 가우시안 스팟 크기 또는 탑 햇 빔 프로파일을 생성한다. 이러한 집중된 스팟 크기를 사용하여 실리콘의 고속 절제 처리를 하기 위해 사용되는 펄스 에너지는 5kHz보다 큰, 그리고 바람직하게는 15kHz 이상의 PRF에서 펄스당 200 μJ보다 더 크다. 전체 폭의 최대의 절반 포인트에서 측정된 레이저 펄스폭은 바람직하게는 80ns보다 더 작다.

Patterns with feature sizes smaller than 50 microns are rapidly formed directly on semiconductors, particularly silicon, using ultraviolet laser ablation. This pattern is characterized by a very high aspect ratio cylindrical through hole opening for integrated circuit connections, singulation of the processed die contained on the semiconductor wafer, and microtab cuts that separate the microcircuit workpiece from the parent semiconductor wafer. It includes. Laser output pulses 32 from diode-pumped, Q-switching frequency -3x Nd: YAG, Nd: YVO4 or Nd: YLF are directed to the workpiece 12 with high speed accuracy using a composite beam locator . The optical system produces a Gaussian spot size or top hat beam profile of about 10 microns. Using this concentrated spot size, the pulse energy used for the fast ablation treatment of silicon is greater than 5 kHz, and preferably greater than 200 μJ per pulse at PRF above 15 kHz. The laser pulse width measured at the maximum half point of the full width is preferably smaller than 80 ns.

Description

반도체의 마이크로구조에 대한 자외선 레이저 절제 패터닝{ULTRAVIOLET LASER ABLATIVE PATTERNING OF MICROSTRUCTURES IN SEMICONDUCTORS}Ultraviolet Laser Ablation Patterning of Microstructures in Semiconductors {ULTRAVIOLET LASER ABLATIVE PATTERNING OF MICROSTRUCTURES IN SEMICONDUCTORS}

본 특허 출원은 2001년 1월 31일 제출된 가출원 번호 60/265,556과 2001년 3월 9일 제출된 특허 출원 번호 09/803,382로 부터의 우선권을 주장한다.This patent application claims priority from Provisional Application No. 60 / 265,556, filed Jan. 31, 2001, and Patent Application No. 09 / 803,382, filed March 9, 2001.

본 발명은 자외선(UV) 레이저의 펄스 출력을 이용하여 반도체, 특히 실리콘의 절제(ablation)에 의해 마이크론-스케일의 특징부를 고속으로 형성하기 위한 방법 및/또는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and / or apparatus for forming micron-scale features at high speed by ablation of a semiconductor, in particular silicon, using the pulsed output of an ultraviolet (UV) laser.

반도체 산업은 디바이스가 제조되는 반도체 웨이퍼로부터 다이(die)로 종종 칭해지는 별개의 전자 디바이스를 분리하기 위해 다양한 기술을 이용한다. 그러한 분리를 위한 일반적인 방법은 다이아몬드 톱(diamond saw)을 이용하는 것이다. 유용한 다이를 위해 웨이퍼의 더 많은 영역의 사용을 가능하게 하여 웨이퍼 당 다이의 수율을 증가시키기 위해 톱 스트리트(saw street)에 할당되는데 필요한 반도체 웨이퍼상의 영역을 감소시키기 위한 방법이 절실히 요구된다. 레이저 기술이 반도체 웨이퍼의 다이싱(dicing)을 위한 스트리트 치수를 감소시키는 그러한 기회를 제공한다.The semiconductor industry uses a variety of techniques to separate discrete electronic devices, often referred to as dies, from the semiconductor wafers on which they are manufactured. A common method for such separation is to use a diamond saw. There is an urgent need for a method for reducing the area on a semiconductor wafer that is needed to be allocated to a saw street to enable the use of more area of the wafer for useful dies to increase the yield of die per wafer. Laser technology offers such an opportunity to reduce street dimensions for dicing of semiconductor wafers.

실리콘의 레이저 처리를 위해 Q-switched 1064 nm Nd:YAG 레이저와 같은 적 외선 레이저를 사용하는 것은 당업자에게 잘 알려져 있다. 그러나, 실리콘은 1064nm를 약하게 흡수하기 때문에, 이러한 파장 또는 이러한 파장 근처에서 작동하는 레이저 다이싱 방법은 심각한 문제에 직면하게 된다. 웨이퍼 표면과 절단부의 벽을 따라서 실리콘이 재증착되기 때문에 절단 품질의 훼손이 일반적으로 관찰된다.It is well known to those skilled in the art to use an infrared laser such as a Q-switched 1064 nm Nd: YAG laser for laser processing of silicon. However, since silicon absorbs 1064 nm weakly, laser dicing methods operating at or near this wavelength face serious problems. Damage to cut quality is generally observed because silicon is redeposited along the wafer surface and along the walls of the cut.

Carlson 등의 미국 특허(NO. 4,541,035)와 Anthony의 미국 특허(NO. 4,589,190)는 ESI 모델 25 레이저 스크라이빙 시스템(ESI Model 25 Laser Scribing System)에 통합되는 어코스토-옵틱 Q-스위칭(acousto-optic Q-switched), 적외선(IR) Nd:YAG 레이저로부터의 1064nm 펄스 출력을 이용하여 실리콘 디바이스에서의 특징부의 제조에 관해 설명한다. {또한 "Diodes Formed by Laser Drilling and Diffusion" (T. R. Anthony, Journal of Applied Physics, Vol. 53, Dec. 1982, pp. 9154-9164)을 참조하라.} Alcorn 등의 미국 특허(NO. 4,618,380)는 또한 레이저로 실리콘 디바이스를 처리하여 이미징 분광계(imaging spectrometer)를 제조하는 방법을 설명한다.US patents by Carlson et al. (NO. 4,541,035) and Anthony's US patents (NO. 4,589,190) are integrated into the ESI Model 25 Laser Scribing System. The fabrication of features in silicon devices using 1064 nm pulse output from -optic Q-switched), infrared (IR) Nd: YAG lasers. {See also "Diodes Formed by Laser Drilling and Diffusion" (TR Anthony, Journal of Applied Physics, Vol. 53, Dec. 1982, pp. 9154-9164). US patents (NO. 4,618,380) to Alcorn et al. We also describe a method of fabricating an imaging spectrometer by treating a silicon device with a laser.

미국 특허(NO. 5,543,365)에서 Wills 등은 4ns를 초과하는 펄스폭을 갖는 Nd:YAG 레이저로부터의 1064nm 펄스 출력을 이용하여 실리콘 웨이퍼에서의 폴리실리콘 줄(polysilicon streak)을 형성하는 레이저 스크라이빙 장치를 설명한다. 대안적으로 그들은 532nm의 주파수-배가된 파장을 이용할 수 있다고 설명한다.In the US patent (NO. 5,543,365), Wills et al. Laser scribing apparatus for forming polysilicon streak on silicon wafers using 1064 nm pulse output from Nd: YAG lasers with pulse widths greater than 4 ns. Explain. Alternatively, they explain that they can use a frequency-multiplied wavelength of 532 nm.

"Excimer VS Nd:YAG Laser Creation of Silicon Vias for 3D Interconnections"(1992 IEEE/CHMT Int'l Electronics Manufacturing Technology Symposium)에서 Lee 등(Lee)은 멀티칩 모듈의 제조를 가능하게 할 목적으로 실리콘 웨이퍼의 표면을 통해 바이어(via)를 생성하기 위해 1064nm와 532nm의 Nd:YAG 레이저 파장의 사용을 보고한다. Lee는 레이저가 1064nm에서 실리콘 웨이퍼에 홀을 뚫을 때, 상당한 깊이에 도달하면 녹은 물질이 종종 구멍의 벽에 응결된다는 것을 보고한다. 이러한 분명한 실리콘의 재증착에 의해 추가적인 처리를 하는데 홀이 적절하지 않게 된다. Lee는 홀 품질을 향상시키기 위해 1064nm에서의 이중 드릴링 과정의 이용을 보고한다. Lee는 실리콘에서 4mil{대략 100 미크론(㎛)} 직경 홀을 절단하기 위해 입사 레이저에 관해 오프셋된 회전 렌즈를 상용하는 절개 공정(trepanning process)에서 램프-펌핑, Q-스위칭 Nd:YAG로부터의 532nm 주파수-배가된 펄스 레이저 출력을 사용하는 것을 설명한다. 그는 70ns의 펄스폭을 갖는 3kHz의 펄스 반복 주파수에서 펄스당 833 μJ로서 사용되는 공정 파라미터를 보고한다. 주위를 따라서 그리고 레이저가 드릴링한 바이어의 벽을 따라 실리콘이 재증착되는 것이 관찰되었고 화학적 에칭 공정이 홀을 청결하게 하기 위해 사용되었다.In "Excimer VS Nd: YAG Laser Creation of Silicon Vias for 3D Interconnections" (1992 IEEE / CHMT Int'l Electronics Manufacturing Technology Symposium) Lee et al. (Lee) described the surface of silicon wafers to enable the fabrication of multichip modules. We report the use of Nd: YAG laser wavelengths of 1064nm and 532nm to generate vias. Lee reports that when a laser drills a hole in a silicon wafer at 1064 nm, the molten material often condenses on the wall of the hole when a significant depth is reached. This obvious redeposition of silicon makes the hole unsuitable for further processing. Lee reports the use of a dual drilling process at 1064 nm to improve hole quality. Lee is a 532nm from lamp-pumped, Q-switched Nd: YAG in a trepanning process that employs a rotating lens offset with respect to the incident laser to cut 4mil {approx. 100 micron (μm)) diameter holes in silicon. The use of frequency-multiplied pulsed laser output is described. He reports the process parameters used as 833 μJ per pulse at a pulse repetition frequency of 3 kHz with a pulse width of 70 ns. Redeposition of silicon along the periphery and along the walls of the laser drilled vias was observed and a chemical etching process was used to clean the holes.

Lee는 실리콘에 홀을 드릴링하기 위해 248nm의 파장에서 엑시머 레이저의 사용을 추가적으로 보고한다. 사용된 매우 높은 펄스 에너지 때문에 매우 매끄러운 측벽을 갖는 홀이 보고되었다. 그는 30초 동안 실리콘 웨이퍼에 홀을 드릴링하기 위해 5mil(대략 125 ㎛)의 집중된 스팟 크기와 250Hz의 펄스 반복 주파수에서 290mJ의 펄스당 에너지의 사용을 보고한다. 그는 532nm의 Nd:YAG 절개 기술을 이용하여 홀을 드릴링하는데 요구되는 3초를 드릴링 시간으로 비유했다. Lee는 투사 기술의 사용을 통해 248nm의 엑시머 레이저에 의해 실리콘 홀에 필요한 드릴링 시간 을 감소시키는 방법을 제안한다. 당업자가 인식할 수 있는 것과 같이 그러한 기술은 그러한 기술을 이용하여 형성되는 홀의 각 패턴에 대한 적당한 개구 마스크에 의존한다.Lee further reports on the use of excimer lasers at a wavelength of 248 nm to drill holes in silicon. Holes with very smooth sidewalls have been reported because of the very high pulse energy used. He reports the use of energy per pulse of 290 mJ at a concentrated spot size of 5 mils (approximately 125 μm) and pulse repetition frequency of 250 Hz to drill holes in silicon wafers for 30 seconds. He used the 532 nm Nd: YAG incision technology to compare the three seconds required to drill a hole to the drilling time. Lee proposes a method to reduce the drilling time required for silicon holes by the 248 nm excimer laser through the use of projection technology. As one of ordinary skill in the art will recognize, such techniques rely on the appropriate aperture masks for each pattern of holes formed using those techniques.

미국 특허(NO. 5,870,421)에서 Dahm은 실리콘 웨이퍼를 다이싱하기 위해 적외선 근방 레이저의 사용의 문제를 논의한다. 그는 적외선 근방 레이저를 사용할 때 재증착으로부터 유래하는 불량한 절단 품질의 주된 원인이 약 1ns를 초과하는 레이저 펄스폭의 사용이라고 설명한다. Dahm은 짧은 펄스폭이 고흡수 층으로 작용하는 표면 플라즈마를 생성한다고 언급하며, 실리콘에서 적외선 근방 파장의 깊은 흡수 두께를 해결하기 위해 약 1ns보다 작은 짧은 펄스폭을 갖는 적외선 근방 레이저의 사용에 대해 설명한다. Dahm은 또한 UV 레이저는 고속으로 실리콘을 처리할 정도의 충분한 전력을 발생시키지 못한다고 주장하며, 1064nm Nd:YAG 레이저와 같은 적외선 근방 레이저는 UV 레이저보다 더 큰 전력을 생성하는 능력 때문에 고속 응용에 이용된다고 언급한다.In the US patent (NO. 5,870,421) Dahm discusses the problem of using an infrared near laser to dice a silicon wafer. He explains that the main cause of poor cutting quality resulting from redeposition when using near infrared lasers is the use of laser pulse widths in excess of about 1 ns. Dahm mentions that short pulse widths create a surface plasma that acts as a high absorption layer, and describes the use of near-infrared lasers with short pulse widths of less than about 1 ns to solve the deep absorption thickness of near-infrared wavelengths in silicon. do. Dahm also claims that UV lasers do not generate enough power to process silicon at high speeds, and near-infrared lasers such as 1064nm Nd: YAG lasers are used for high-speed applications because of their ability to generate more power than UV lasers. To mention.

미국 특허(NO. 5,593,606)에서 Owen 등은 다중층 디바이스의 적어도 2개의 층을 통해 바이어를 형성하기 위해 바람직한 파라미터 내에서 레이저 출력 펄스를 생성하기 위한 UV 레이저 시스템의 이용 장점을 설명한다. 이러한 파라미터는 일반적으로 100ns보다 짧은 순간 펄스 폭, 100㎛보다 작은 스팟 직경을 갖는 스팟 영역과 200Hz보다 더 큰 반복률에서 스팟 영역에 걸쳐 100mW보다 더 큰 평균 강도 또는 복사조도(irradiance)를 갖는 비엑시머 출력 펄스를 포함한다. Owen et al. In US Pat. No. 5,593,606 describe the advantages of using a UV laser system to generate laser output pulses within desired parameters to form vias through at least two layers of a multilayer device. These parameters are typically nonexcimer outputs with instantaneous pulse widths shorter than 100 ns, spot areas with spot diameters less than 100 μm, and average intensity or irradiance greater than 100 mW over the spot area at repetition rates greater than 200 Hz. It includes a pulse.

미국 특허(NO. 5,841,099)에서, Owen 등은 상이한 물질을 가공하는(machining) 동안 다른 전력 밀도를 갖도록 위에서 언급한 것과 유사한 파라미터 내에서 UV 레이저 출력을 변화시킨다. 그들은 작업물에 입사하는 레이저 스팟의 에너지 밀도를 변화시키기 위해 레이저의 반복률을 변화시킴으로써 강도를 변화시키고/변화시키거나, 스팟 크기를 변화시킨다.In the US patent (NO. 5,841,099), Owen et al. Vary the UV laser power within parameters similar to those mentioned above to have different power densities while machining different materials. They change the intensity or change the spot size by changing the repetition rate of the laser to change the energy density of the laser spot incident on the workpiece.

미국 특허(NO. 5,751,585)에서 Cutler 등은 작업물 위의 목표에 대해 레이저 빔과 같은 매우 다양한 도구를 정확하고 신속하게 위치시키기 위한 고속, 고 정밀도의 다중-스테이지 위치설정 시스템을 설명한다. 그들은 작업물 목표 위치 설정 명령을 처리하고 위치기를 가속하고 감속하는 명령으로 상기 명령을 변환하는 다중-률 위치기 시스템을 사용한다. 그러한 위치기는 위치설정 데이터의 스트림에 응답하여 반드시 멈출 필요 없이 이동한다. 한 실시예에서, 이러한 기술은 대형 작업물을 가로질러 작은 특징부의 패턴의 레이저 미세가공을 가능하게 하여, 레이저에 의한 미세가공 부품의 산출을 증가시키게 한다.In US Patent No. 5,751,585, Cutler et al. Describe a high speed, high precision multi-stage positioning system for accurately and quickly positioning a wide variety of tools, such as laser beams, against a target on a workpiece. They use a multi-rate locator system that processes the workpiece target positioning commands and translates them into commands that accelerate and decelerate the locator. Such locators move without necessarily stopping in response to the stream of positioning data. In one embodiment, this technique enables laser micromachining of patterns of small features across large workpieces, thereby increasing the yield of micromachining parts by the laser.

본 발명의 목적은 GaAs(gallium arsenide), SiC(silicon carbide), silicon nitride(SiN), 및/또는 Ge:Si를 포함하고/포함하거나, 반도체 웨이퍼를 포함하는 반도체 기판에 유용한 전자 및 광전자 회로를 생성하기 위해 추가 층을 포함하도록 당업자에게 잘 알려진 포토리소그라피 및 에칭(이에 한정되지 않음)을 포함하는 반도체 공정에서 후속적으로 처리되는 그러한 반도체를 또한 포함하는 반도체에서 마이크로특징부를 생성하기 위해 레이저를 사용하는 개선된 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide electronic and optoelectronic circuits useful for semiconductor substrates comprising gallium arsenide (GaAs), silicon carbide (SiC), silicon nitride (SiN), and / or Ge: Si, and / or comprising semiconductor wafers. Using lasers to create microfeatures in semiconductors that also include those semiconductors that are subsequently processed in semiconductor processes including, but not limited to, photolithography and etching well known to those skilled in the art to include additional layers to produce. To provide an improved method.

본 발명의 다른 목적은 높은 펄스 반복 주파수에서 높은 펄스 에너지 출력으 로 동작할 수 있는 높은 신뢰성을 갖는 비엑시머 UV 레이저(nonexcimer UV laser)를 이용하는 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method of using a high reliability nonexcimer UV laser that can operate at a high pulse energy output at a high pulse repetition frequency.

본 발명은 자외선 레이저 절제를 사용하여 반도체 작업물에 50㎛보다 작은 특징부 크기를 갖는 패턴을 신속하고 직접적으로 형성하는 방법을 제공한다. 복합 빔 위치기가 높은 펄스 반복 주파수에서 펄스 출력당 높은 에너지를 방출할 수 있는 비엑시머 UV 레이저의 집중된 출력을 작업물에 신속하게 위치시키는데 사용된다. 이러한 패턴은 집적 회로의 연결을 위한 관통 홀 또는 블라인드 바이어(blind via)와 같은 초고-에스펙트 원통형 개구(very high-aspect cylindrical opening)의 형성, 실리콘 웨이퍼 상에 포함된 처리된 다이의 곡선 또는 직선 싱귤레이션(singulation)의 형성, 모체 웨이퍼로부터 반도체 작업물에 형성된 마이크로회로를 분리하기 위해 절단되는 마이크로탭(microtab)의 형성, 어레이를 이루는 도파관 격자(AWG) 또는 마이크로 머신 시스템(MENS)과 같은 광 도파관에 곡선 또는 직선의 특징부의 형성, 웨이퍼 표면에 스크라이빙 정렬부, 식별부 또는 다른 특징부의 형성을 포함한다.The present invention provides a method for rapidly and directly forming patterns with feature sizes smaller than 50 μm in semiconductor workpieces using ultraviolet laser ablation. Compound beam locators are used to quickly locate the concentrated output of a non-excimer UV laser on a workpiece that can emit high energy per pulse output at high pulse repetition frequencies. This pattern can be used to form very high-aspect cylindrical openings, such as through holes or blind vias for the connection of integrated circuits, curves or straight lines of the processed die contained on the silicon wafer. The formation of a singulation, the formation of microtabs that are cut to separate the microcircuits formed in the semiconductor workpiece from the parent wafer, the light of an array such as waveguide gratings (AWGs) or micromachine systems (MENS) Formation of curved or straight features in the waveguide, formation of scribing alignments, identifications or other features in the wafer surface.

본 발명은 미국 특허(NO. 4,541,035, 4,589,190, 5,543,365)에서 사용된 1064nm의 파장에서 보다 실리콘의 광흡수계수가 1000배나 더 큰 390nm보다 더 짧은 레이저 파장을 사용한다. Q-스위칭 주파수-3배가된 Nd:YAG, Nd:YVO₄ 또는 Nd:YLF 다이오드-펌핑 레이저는 절제 자외선 출력의 바람직한 소스를 제공한다. 레이저의 광 시스템은 약 10㎛의 가우시안 스팟 크기를 생성한다. 대안적으로 탑 햇 빔 프로파 일(top hat beam profile)을 생성하는 광 시스템이 이용될 수 있다. 이러한 집중된 스팟 크기를 사용하는 실리콘의 고속 절제 공정에 대한 예시적인 펄스 에너지는 5kHz보다 더 큰 펄스 반복 주파수에서, 그리고 바람직하게는 15kHz 이상의 펄스 반복 주파수에서 펄스당 200 μJ보다 더 크다. 전체 폭의 최대의 절반 포인트에서 측정된 레이저 펄스폭은 바람직하게는 80ns보다 작다.The present invention uses a laser wavelength shorter than 390 nm with a light absorption coefficient of 1000 times greater than silicon at 1064 nm, as used in US Pat. Nos. 4,541,035, 4,589,190, 5,543,365. Nd: YAG, Nd: YVO ₄ or Nd: YLF diode-pumped lasers with Q-switching frequency threefold provide a preferred source of ablation ultraviolet output. The laser's optical system produces a Gaussian spot size of about 10 μm. Alternatively, an optical system can be used that creates a top hat beam profile. Exemplary pulse energy for a fast ablation process of silicon using this concentrated spot size is greater than 200 μJ per pulse at pulse repetition frequencies greater than 5 kHz, and preferably at pulse repetition frequencies above 15 kHz. The laser pulse width measured at the maximum half point of the full width is preferably less than 80 ns.

UV 파장을 사용하는 장점은 더 긴 파장의 소스에 의해 성취할 수 있는 것보다 상당히 더 작은 스팟 크기를 생성할 수 있는 성능이다. 이러한 작은 스팟 크기 성능은 실리콘에 미크론 스케일의 특징부의 형성을 가능하게 한다. 또한 종래의 가우시안(Gaussian) 초점 기술로 성취할 수 있는 고정된 스팟 크기에 있어서, 더 짧은 파장은 자외선 파장에서 주어지는 더 깊은 초점 깊이에 의해 개선된 에스팩트 비를 갖는 특징부의 형성을 가능하게 한다.The advantage of using UV wavelengths is the ability to produce significantly smaller spot sizes than can be achieved by longer wavelength sources. This small spot size performance allows the formation of micron scale features in silicon. Also for fixed spot sizes achievable with conventional Gaussian focusing techniques, shorter wavelengths allow for the formation of features with improved aspect ratios by the deeper depth of focus given at ultraviolet wavelengths.

본 발명은 또한 실질적으로 비반사 물질 및 작업물을 지지하는 구조의 신규한 제조 기술을 사용하여 웨이퍼 척(waper chuck)과 같은 작업물 지지 구조로부터의 자외선 처리 빔의 스트레이(stray) 반사로부터 초래되는 처리된 반도체 작업물의 손상이나 훼손을 감소시키는 방법을 제공한다.The invention also results from stray reflection of the ultraviolet treatment beam from a workpiece support structure, such as a wafer chuck, using a novel manufacturing technique of a structure that substantially supports antireflective materials and workpieces. A method of reducing damage or damage to a processed semiconductor workpiece is provided.

본 발명의 추가적인 목적이나 장점은 첨부된 도면을 참조하여 이루어질 바람직한 실시예의 후속하는 상세한 설명으로부터 명백하게 될 것이다.Further objects or advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of the preferred embodiments to be made with reference to the accompanying drawings.

도 1은 파장의 함수로서 실리콘의 광흡수계수를 나타내는 그래프.1 is a graph showing the light absorption coefficient of silicon as a function of wavelength.

도 2는 파장의 함수로서 갈륨비소(GaAs)의 광흡수계수를 나타내는 그래프. 2 is a graph showing the light absorption coefficient of gallium arsenide (GaAs) as a function of wavelength.                 

도 3은 본 발명에 따른 반도체의 마이크로구조 자외선 레이저 절제 패터닝하기 위한 바람직한 레이저 시스템의 단순화된 도면.3 is a simplified diagram of a preferred laser system for patterning microstructured ultraviolet laser ablation of a semiconductor according to the present invention.

도 4는 반도체의 마이크로구조 자외선 레이저 절제 패터닝하기 위한 대안적인 바람직한 레이저 시스템의 단순화된 도면.4 is a simplified diagram of an alternative preferred laser system for microstructured ultraviolet laser ablation patterning of semiconductors.

도 5는 반도체의 마이크로구조 자외선 레이저 절제 패터닝하기 위한 레이저 시스템에서 사용될 수 있는 선택적인 이미징 광모듈의 단순화된 도면.5 is a simplified diagram of an optional imaging optical module that can be used in a laser system for microstructured ultraviolet laser ablation patterning of semiconductors.

도 6은 본 발명의 실시 동안에 사용된 레이저의 펄스 에너지와 펄스 반복 주파수 사이의 특징적인 관계를 나타내는 그래프.6 is a graph showing the characteristic relationship between the pulse energy and pulse repetition frequency of a laser used during the practice of the present invention.

도 7은 실리콘의 원통형 개구의 자외선 절제 패터닝에 대한 대표적인 예시도.FIG. 7 is a representative illustration of ultraviolet ablation patterning of a cylindrical aperture of silicon. FIG.

도 8은 실리콘의 트랜치 패턴의 자외선 절제 패터닝에 대한 대표적인 예시도.8 is a representative illustration of ultraviolet ablation patterning of a trench pattern of silicon.

도 9는 반도체 물질에 긴 절단부를 만들기 위한 예시적인 세크먼트화된 절단 프로파일의 단순화된 표현.9 is a simplified representation of an exemplary segmented cut profile for making long cuts in semiconductor material.

도 10은 반도체 물질에 긴 절단부를 만들기 위한 대안적인 세크먼트화된 절단 프로파일의 단순화된 표현.10 shows a simplified representation of an alternative segmented cut profile for making long cuts in semiconductor material.

도 11은 반도체 웨이퍼 상의 MEMS 디바이스의 자외선 절제 패터닝의 대표적인 예시도.11 is a representative illustration of ultraviolet ablation patterning of a MEMS device on a semiconductor wafer.

도 12는 반도체 웨이퍼 상에 제조된 AWG 디바이스의 자외선 절제 패터닝의 대표적인 예시도 12 is a representative illustration of ultraviolet ablation patterning of an AWG device fabricated on a semiconductor wafer.                 

도 13은 자외선 절제 패터닝 방법을 사용한 전체 공정 동안 반도체 작업물이 위치하는 자외선 투명 척(chuck)의 대표적인 예시도.13 is a representative illustration of an ultraviolet transparent chuck in which a semiconductor workpiece is positioned during the entire process using the ultraviolet ablation patterning method.

도 1은 파장의 함수로서 실리콘의 광흡수계수(optical absorption coefficient)를 나타낸다. 도 1을 참조하면, 실리콘은 자외선 파장에서 광흡수의 급격한 상승을 나타낸다. 본 발명은 유리하게도 390nm보다 짧은 레이저 파장을 사용하고, 효율적으로 실리콘을 절제하기 위해 자외선 영역에서의 실리콘의 증가된 흡수율을 이용하여 실리콘에 다양한 유용한 패턴 또는 특징부를 형성한다. 흡수 특성은 종래 기술에 설명된 것처럼 532nm나 또는 1064nm중 어느 하나를 사용하여 형성된 특징부와 비교하여 열적으로 영향을 받는 영역을 상당히 감소시키는 자외선 영역에서 실리콘의 절제 제거를 매우 촉진한다.1 shows the optical absorption coefficient of silicon as a function of wavelength. Referring to FIG. 1, silicon exhibits a sharp increase in light absorption at ultraviolet wavelengths. The present invention advantageously forms various useful patterns or features in silicon using laser wavelengths shorter than 390 nm and using the increased absorption of silicon in the ultraviolet region to efficiently ablate the silicon. Absorption properties greatly facilitate ablation removal of silicon in the ultraviolet region, which significantly reduces the thermally affected area compared to features formed using either 532 nm or 1064 nm as described in the prior art.

도 2는 파장의 함수로서 GaAs의 광흡수계수를 나타낸다. 도 2를 참조하면, GaAs는 자외선의 파장에서 광흡수율이 매우 급격히 상승함을 나타낸다. GaAs와 실리콘의 355nm에서의 흡수계수는 매우 근접한다. GaAs는 다이오드 레이저와 검출기와 같은 광전자 디바이스에서 핵심 물질이다.2 shows the light absorption coefficient of GaAs as a function of wavelength. Referring to FIG. 2, GaAs shows that the light absorption rate increases rapidly at the wavelength of ultraviolet rays. The absorption coefficient at 355 nm for GaAs and silicon is very close. GaAs is a key material in optoelectronic devices such as diode lasers and detectors.

도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 반도체 작업물(12)에서 마이크로구조를 자외선 레이저 절제 패터닝하는데 사용될 수 있는 웨이퍼 척 조립체(140)가 장착되는 복합 빔 위치설정 시스템(30)을 이용하는 각각의 레이저 처리 시스템{10a 및 10b (일반적으로 10)}의 대안적인 바람직한 실시예를 예시한다. 도 3과 도 4를 참조하면, 레이저 시스템(10)의 바람직한 실시예는 바람직하게는 Nd:YAG, Nd:YLF, 또는 Nd:YVO₄와 같은 고체-상태 라슨트(lasant)를 포함하는 Q-스위칭, 다이이드-펌핑(DP), 고체-상태(SS) UV 레이저(14)를 포함한다. 레이저(14)는 주로 TEM₀₀ 공간 모드 프로파일을 갖는 355nm(주파수가 3배가된 Nd:YAG), 266nm(주파수가 4배가된 Nd:YAG), 또는 213nm(주파수가 5배가된 Nd:YAG)와 같은 파장에서 조화적으로 생성된 하나 이상의 레이저 펄스의 UV 레이저 출력(16)을 제공하는 것이 바람직하다.3 and 4 each laser using a compound beam positioning system 30 equipped with a wafer chuck assembly 140 that can be used to ultraviolet laser ablation patterning of microstructures in semiconductor workpieces 12 in accordance with the present invention. Alternative preferred embodiments of processing systems 10a and 10b (generally 10) are illustrated. Referring to Figures 3 and 4, a preferred embodiment of the laser system 10 is preferably a Q- containing solid-state lasant such as Nd: YAG, Nd: YLF, or Nd: YVO ₄ Switching, die-pumping (DP), solid-state (SS) UV laser 14. The laser 14 mainly comprises 355nm (Nd: YAG with tripled frequency), 266nm (Nd: YAG with quadrupled frequency), or 213nm (Nd: YAG with fivefold frequency) with a TEM ₀₀ spatial mode profile. It is desirable to provide a UV laser output 16 of one or more laser pulses generated harmonically at the same wavelength.

가우시안(Gaussian)이 레이저 출력(16)의 복사조도 프로파일을 설명하는데 사용될 수 있을 지라도, 당업자는 대부분의 레이저(14)가 M²=1의 값을 갖는 완벽한 가우시안 출력(16)을 방출하지 않는다는 것을 이해할 것이다. 1.3 또는 1.2보다 작은 M²값이 바람직하기는 하지만, 편리하게 하기 위해서 본 명세서에서 가우시안은 M²이 대략 1.5보다 작거나 동일한 프로파일을 포함하는 것으로 사용된다.Although Gaussian may be used to describe the irradiance profile of laser output 16, those skilled in the art will appreciate that most lasers 14 do not emit a perfect Gaussian output 16 with a value of M ² = 1. Will understand. Although M ² values smaller than 1.3 or 1.2 are preferred, for the sake of convenience, Gaussian is used herein to include a profile where M ² is less than or equal to approximately 1.5.

바람직한 실시예에서 레이저(14)는 약 355nm에서 동작하고 Lightwave Electronics에서 상업적으로 얻을 수 있는 모델 210-V06 Q-스위칭 주파수-3배가된 Nd:YAG 레이저를 포함한다. 이러한 레이저는 Oregon Portland의 Electro Scientific Industries, Inc.로부터 얻을 수 있는 ESI 모델 2700 마이크로바이어 드릴링 시스템에 이용되어 왔다. 대안적인 실시예에서 약 355nm에서 동작하는 Lightwave 모델 210-V09 Q-스위칭, 주파수-3배가된 Nd:YAG 레이저는 고펄스 반복 주파수(pulse repetition frequency;PRF)에서 펄스당 고에너지를 이용하는데 사용 될 수 있다. 당업자는 다른 레이저가 사용될 수 있고 다른 파장이 다른 리스팅된 라슨트로부터 이용가능함을 이해할 것이다. 레이저 공동 배열, 고조파 생성(harmonic generation) 및 Q-스위치 동작, 그리고 위치설정 시스템이 당업자에 알려져 있지만, 일부 이러한 구성요소의 특정 세목은 바람직한 실시예 내에서 제공될 것이다.In a preferred embodiment the laser 14 comprises a model 210-V06 Q-switching frequency -3x Nd: YAG laser, operating at about 355 nm and commercially available from Lightwave Electronics. This laser has been used in an ESI model 2700 microvia drilling system available from Electro Scientific Industries, Inc. of Oregon Portland. In an alternative embodiment, a Lightwave model 210-V09 Q-switching, frequency-multiplied Nd: YAG laser operating at about 355 nm may be used to utilize high energy per pulse at high pulse repetition frequency (PRF). Can be. Those skilled in the art will appreciate that other lasers may be used and other wavelengths are available from other listed larts. Although laser cavity arrangements, harmonic generation and Q-switch operations, and positioning systems are known to those skilled in the art, certain details of some of these components will be provided within the preferred embodiments.

UV 레이저 출력(16)은 잘 알려진 확장 및/또는 시준 광학장치(18)를 선택적으로 통과하여 광학적 경로(20)를 따라서 전파하고, 작업물(12) 상의 원하는 레이저 목표 위치(34)에 레이저 시스템 출력 펄스(들)(32)가 입사하도록 빔 위치 설정 시스템(30)에 의해 유도된다. 빔 위치 설정 시스템(30)은 예를 들면 X, Y 및/또는 Z 위치 설정 거울(42, 44)을 지지하고 동일하거나 또는 상이한 작업물(12) 상의 목표 지점(34) 사이에서 신속한 이동을 가능하게 하는 적어도 2개의 횡단 스테이지(36, 38)를 바람직하게 이용하는 병진(translation) 스테이지 위치기를 포함하는 것이 바람직하다.The UV laser output 16 selectively passes through the well-known dilation and / or collimation optics 18 to propagate along the optical path 20 and at the desired laser target position 34 on the workpiece 12. The output pulse (s) 32 are guided by the beam positioning system 30 to be incident. The beam positioning system 30 supports, for example, the X, Y and / or Z positioning mirrors 42 and 44 and enables rapid movement between the target points 34 on the same or different workpiece 12. It is preferred to include a translation stage locator which preferably utilizes at least two transverse stages 36, 38.

바람직한 실시예에서, 병진 스테이지 위치기는 레일(46)을 따라 선형 모터에 의해 일반적으로 이동되는 Y 스테이지(36)가 작업물(12)을 지지하고 이동시키며, 레일(48)을 따라 선형 모터에 의해 일반적으로 이동되는 X 스테이지(38)가 고속 위치기(50) 및 관련 초점 렌즈(들)를 지지하고 이동시키는 분산-축(spilt-axis) 시스템이다. X 스테이지(38)와 Y 스테이지(36) 사이의 Z 값이 또한 조정 가능하다. 위치 설정 거울(42, 44)은 광학적 경로(20)를 따라 위치되는 고속 위치기(50)와 레이저(14) 사이의 임의의 턴(turn)을 통해 광학적 경로(20)를 정렬한다. 고속 위치기(50)는 예를 들면 고해상도 선형 모터나 제공된 테스트 또는 디자인 데이터에 기초하여 유일하거나 반복적인 처리 동작에 영향을 줄 수 있는 한 쌍의 검류계 거울을 사용할 수 있다. 스테이지(36, 38)와 위치기(50)는 사전결정된(panelized) 또는 그렇지 않은 데이터에 응답하여 제어되거나 독립적으로 이동하거나 또는 함께 이동될 수 있다.In a preferred embodiment, the translational stage locator supports and moves the workpiece 12 by a Y stage 36, which is generally moved by a linear motor along the rail 46, by the linear motor along the rail 48. The X stage 38 that is generally moved is a scatter-axis system that supports and moves the high-speed positioner 50 and associated focal lens (s). The Z value between the X stage 38 and the Y stage 36 is also adjustable. The positioning mirrors 42, 44 align the optical path 20 through any turn between the high-speed locator 50 and the laser 14 positioned along the optical path 20. The high speed locator 50 may use, for example, a high resolution linear motor or a pair of galvanometer mirrors that may affect unique or repetitive processing operations based on provided test or design data. Stages 36 and 38 and locator 50 may be controlled or independently moved or moved together in response to predetermined or otherwise data.

고속 위치기(50)는 또한 작업물(12)의 표면에 있는 하나 이상의 표준점(fiducial)과 정렬될 수 있는 비전(vision) 시스템을 포함하는 것이 바람직하다. 빔 위치 설정 시스템(30)은 대물 렌즈(36) 또는 별도의 카메라를 갖는 오프 축을 통해 작업하고 당업자에게 잘 알려진 정렬 시스템을 조작하기 위해 종래의 비젼 또는 빔을 이용할 수 있다. 하나의 실시예에서 Electro Scientific Industry, Inc.에 의해 판매되는 위치설정 시스템(30)에 Freedom Library 소프트웨어를 사용하는 HRVX 비젼 박스는 작업물(12) 상의 목표 위치(34)와 레이저 시스템(10) 사이의 정렬을 수행하기 위해 사용된다. 다른 적당한 정렬 시스템이 상업적으로 이용 가능하다. 그러한 정렬 시스템은 특히 래핑되거나(lapped) 또는 매끄러운(polished) 웨이퍼와 같은 작업물을 거울처럼 반사시키기 위해 브라이트-필드, 축상 조명(bright-field, on-axis illumination)을 이용하는 것이 바람직하다.The high speed locator 50 also preferably includes a vision system that can be aligned with one or more fiducials on the surface of the workpiece 12. The beam positioning system 30 may use a conventional vision or beam to work through an off axis with an objective lens 36 or a separate camera and to manipulate alignment systems well known to those skilled in the art. In one embodiment, an HRVX vision box that uses Freedom Library software in a positioning system 30 sold by Electro Scientific Industry, Inc., is located between the target position 34 on the workpiece 12 and the laser system 10. It is used to perform the sorting. Other suitable alignment systems are commercially available. Such an alignment system is particularly desirable to use bright-field, on-axis illumination to mirror-like a workpiece, such as a wrapped or polished wafer.

게다가 빔 위치 설정 시스템(30)은 또한 선형 스케일 인코더 또는 레이저 간섭기와 같은 축상 위치 지시기에 의해 지시되지 않는 스테이지(36, 38)의 피치(pitch), 요잉(yaw), 또는 롤링(roll)에 의한 에베(Abbe) 오류를 결정하기 위 해 비접촉, 소변위 센서를 사용하는 것이 바람직하다. 에베 오류 정정 시스템은 정밀한 기존 표준에 시준될 수 있으므로 정정은 선세의 판독에서의 작은 변화를 감지하는 것에만 의존하며, 센서 판독의 절대적인 정밀도에 의존하지 않는다. 그러한 에베 오류 정정 시스템은 2001년 7월 19일 공개된 국제 출원(NO. WO 01/52004 A1)과 2001년 10월 18일 공개된 미국 출원(NO. 2001-0029674 A1)에 상세하게 설명되어 있다. Cutler의 해당하는 미국 특허 출원(NO. 09/755,950)의 관련된 개시 부분은 참조로서 본 명세서에 병합된다.In addition, the beam positioning system 30 may also be driven by the pitch, yaw, or roll of stages 36 and 38 that are not dictated by an axial position indicator such as a linear scale encoder or laser interferometer. It is desirable to use a non-contact, urine level sensor to determine Abbe errors. Since the EVE error correction system can be collimated to precise existing standards, the correction only depends on detecting small changes in predecessor readings, and not on the absolute precision of the sensor readings. Such EVE error correction systems are described in detail in the international application published on July 19, 2001 (NO. WO 01/52004 A1) and in the US application published on October 18, 2001 (NO. 2001-0029674 A1). . The relevant disclosure portion of Cutler's corresponding US patent application (NO. 09 / 755,950) is incorporated herein by reference.

위치 설정 시스템(30)의 많은 변형이 당업자에게 잘 알려져 있으며, 위치 설정 시스템(30)의 일부 실시예는 Cutler 등의 미국 특허(NO. 5,751,585)에 상세히 설명되어 있다. Oregon, Portland의 Electro Scientific Industries, Inc.로부터 이용 가능한 ESI 모델 5320 마이크로바이어 드릴링 시스템은 위치 설정 시스템(30)의 바람직한 구현이며 전자 산업을 위한 레진 코팅 구리 패키지의 레이저 드릴링을 위해 사용되어 왔다. Oregon, Portland의 Electro Scientific Industries, Inc.에 의해 제조된 모델 일련 번호 27xx, 43xx, 44xx, 또는 53xx와 같은 다른 바람직한 위치 설정 시스템이 또한 사용될 수 있다. 작업물(12)을 이동시키기 위해 X-Y 선형 모터를 사용하고 스캔 렌즈를 이동시키기 위해 X-Y 스테이지를 사용하는 일부 이러한 시스템은 긴 직선 절단부를 만들기 위한 비용 효율적인 위치 설정 시스템이다. 당업자는 또한 빔 위치 설정을 위한 고정 빔 위치 및/또는 정지 검류계로 작업물의 위치 설정을 하는 단일 X-Y 스테이지를 갖는 시스템이 대안적으로 이용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 당업자는 그러한 시스템이 주기적이거나 또는 비주기적일 수 있는 매우 다양한 유용한 패턴을 생성하기 위해 집중된 UV 레이저 시스템 출력 펄스(32)를 고속으로 동적으로 위치 설정하는 툴패스 파일(toolpath file)을 사용하도록 프로그래밍될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 당업자는 또한 이러한 성능이 투사 이미징 장치의 사용을 통해 실리콘에 바이어를 생성하기 위해 Lee가 제안한 것에 비해 많은 장점을 갖는다는 것을 인식할 것이다.Many variations of the positioning system 30 are well known to those skilled in the art, and some embodiments of the positioning system 30 are described in detail in US Pat. No. 5,751,585 to Cutler et al. The ESI Model 5320 microvia drilling system, available from Electro Scientific Industries, Inc. of Oregon, Portland, is a preferred implementation of the positioning system 30 and has been used for laser drilling of resin coated copper packages for the electronics industry. Other preferred positioning systems such as model serial numbers 27xx, 43xx, 44xx, or 53xx manufactured by Electro Scientific Industries, Inc. of Oregon, Portland, may also be used. Some such systems that use an X-Y linear motor to move the workpiece 12 and an X-Y stage to move the scan lens are cost-effective positioning systems for making long straight cuts. Those skilled in the art will also appreciate that a system with a single X-Y stage that positions the workpiece with a fixed beam position and / or stationary galvanometer for beam positioning may alternatively be used. Those skilled in the art will appreciate that such systems may be programmed to use a toolpath file that dynamically positions the concentrated UV laser system output pulses 32 at high speed to produce a wide variety of useful patterns that may be periodic or aperiodic. You will recognize that you can. Those skilled in the art will also recognize that this capability has many advantages over Lee's proposal for creating vias in silicon through the use of projection imaging devices.

반파 플레이트 편광기(half wave plate polarizer)와 같은 선택적인 레이저 전력 제어기(52)가 광학적 경로(20)를 따라 위치될 수 있다. 게다가, 포토다이오드와 같은 하나 이상의 빔 검출 디바이스(54)가 레이저 출력(16)의 파장을 부분적으로 투과시키도록 적응된 위치 설정 거울(44)과 정렬되는 것처럼 레이저 전력 제어기(52)의 하류에 위치할 수 있다. 빔 검출 디바이스(54)는 레이저 전력 제어기(52)의 효과를 변경시키기 위해 신호를 전송하는 빔 진단 전자장치와 통신하는 것이 바람직하다.An optional laser power controller 52, such as a half wave plate polarizer, may be located along the optical path 20. In addition, one or more beam detection devices 54, such as photodiodes, are located downstream of the laser power controller 52 as aligned with a positioning mirror 44 adapted to partially transmit the wavelength of the laser output 16. can do. The beam detection device 54 preferably communicates with beam diagnostic electronics that transmit signals to alter the effect of the laser power controller 52.

도 4를 참조하면, 레이저 시스템(10b)은 횡방향에서 선형으로 편광된 각각의 레이저 출력(16a, 16b)을 방출하고 각각의 반사 디바이스(42a, 42b)를 향해 각각의 광학 경로(20a, 20b)를 따라 전파하는 적어도 2개의 레이저(14a, 14b)를 이용하는 것이 바람직하다. 선택적인 웨이브플레이트(56)는 광학적 경로(20b)를 따라 위치될 수 있다. 반사 디바이스(42a)는 편광에 민감한 빔 결합기인 것이 바람직하며, 공통 광학적 경로(20)를 따라 전파하는 레이저 출력(16a, 16b)을 결합하기 위해 두 광학적 경로(20a, 20b)를 따라 위치된다.Referring to FIG. 4, the laser system 10b emits respective laser outputs 16a, 16b linearly polarized in the transverse direction and respective optical paths 20a, 20b towards each reflecting device 42a, 42b. It is preferable to use at least two lasers 14a and 14b that propagate along An optional waveplate 56 may be located along the optical path 20b. Reflective device 42a is preferably a beam combiner that is sensitive to polarization and is located along two optical paths 20a and 20b to couple laser outputs 16a and 16b that propagate along common optical path 20.

레이저(14a, 14b)는 동일하거나 상이한 유형의 레이저일 수 있으며, 동일하 거나 상이한 파장을 갖는 레이저 출력(16a, 16b)을 생성할 수 있다. 예를 들면, 레이저 출력(16a)은 약 266nm의 파장을 가지며, 레이저 출력(16b)은 약 355nm의 파장을 가질 수 있다. 당업자는 레이저(14a, 14b)가 나란히 또는 하나가 다른 하나의 상부에 장착될 수 있고, 모두는 병진 스테이지(36 또는 38)의 어느 하나에 부착됨을 이해할 수 있을 것이다. 레이저 시스템(10b)은 매우 고에너지 레이저 출력 펄스(32b)를 생성할 수 있다. 도 4에 도시된 장치의 특정 장점은 종래의 단일 레이저 헤드로부터는 생성하기 곤란한 펄스당 증가된 에너지를 갖고 작업 표면에 입사하는 결합된 레이저 출력(32)을 생성한다는 것이다. 이렇게 펄스당 증가된 에너지는 두꺼운 실리콘 웨이퍼에 깊은 트랜치나 깊은 원통형 개구를 절제하는데 특히 유리하다.The lasers 14a and 14b may be the same or different types of lasers and may produce laser outputs 16a and 16b having the same or different wavelengths. For example, laser output 16a may have a wavelength of about 266 nm, and laser output 16b may have a wavelength of about 355 nm. Those skilled in the art will appreciate that the lasers 14a, 14b can be mounted side by side or one on top of the other, all attached to either of the translational stages 36 or 38. The laser system 10b can generate very high energy laser output pulses 32b. A particular advantage of the apparatus shown in FIG. 4 is that it produces a combined laser output 32 incident on the working surface with increased energy per pulse that is difficult to produce from a conventional single laser head. This increased energy per pulse is particularly advantageous for ablation of deep trenches or deep cylindrical openings in thick silicon wafers.

레이저 시스템 출력 펄스(32)의 실질적으로 둥근 프로파일에도 불구하고, 개선된 빔 모양 품질이 선택적인 이미징 광학 모듈(62)에 의해 달성될 수 있으며, 이에 의해 잔류 비점수차나 타원형 또는 다른 모양의 특성과 같은 바람직하지 않은 빔 아티팩트는 공간적으로 필터링된다. 도 5를 참조하면, 이미지 광학 모듈(62)은 광학 요소(64), 렌즈(66) 및 정밀하게 성형된 스팟 프로파일이 후속적으로 작업 표면으로 이미징되게 임의의 바람직하지 않은 측면 로브와 주변 부분을 차단하기 위한 광학 요소(64)에 의해 생성된 빔 웨이스트(beam waist)나 그 근방에 위치하는 개구 마스크(68)를 포함하는 것이 바람직하다. 바람직한 실시예에서 광학 요소(64)는 초점 렌즈이고, 렌즈(66)는 레이저 시스템(10)의 배치에 유연성을 부여하는 시준 렌즈이다.Despite the substantially rounded profile of the laser system output pulses 32, improved beam shape quality can be achieved by the optional imaging optical module 62, whereby the residual astigmatism or elliptical or other shape characteristics The same undesirable beam artifacts are spatially filtered. Referring to FIG. 5, the imaging optics module 62 may detect any undesirable side lobes and peripheral portions such that the optical element 64, the lens 66 and the precisely shaped spot profile are subsequently imaged to the working surface. It is preferable to include a beam waist created by the optical element 64 for blocking, or an opening mask 68 located in the vicinity thereof. In a preferred embodiment the optical element 64 is a focusing lens and the lens 66 is a collimating lens that gives flexibility in the placement of the laser system 10.

개구의 크기를 변화시킴으로써 정렬 정밀도를 증진시키는 더 작고 더 날카로운 단부의 강도 프로파일을 생성하도록 스팟 프로파일의 단부 경사도(sharpness)를 제어할 수 있다. 게다가 이러한 장치로 개구의 모양은 정확히 원형일 수 있거나 또한 절단 방향에 평행하거나 또는 수직으로 정렬될 수 있는 직사각형, 타원형, 또는 다른 비원형 모양으로 변경될 수 있다. 마스크(68)의 개구는 선택적으로 광 출구 측면에서 바깥쪽으로 플레어링될(flared) 수 있다. 이미징 광학 모듈(62)에서 마스크(68)는 UV 반사 또는 UV 흡수 물질을 포함할 수 있지만, 다중층 고 UV 반사 코팅 또는 다른 UV 저항 코팅으로 코팅된 UV 등급 퓨즈된 실리카(UV grade fused silica) 또는 사파이어와 같은 유전 물질로 제조되는 것이 바람직하다. 당업자는 개구 마스크(68)가 광학 요소(64, 66) 없이 사용될 수 있음을 이해할 것이다.By varying the size of the opening, the end sharpness of the spot profile can be controlled to create a smaller, sharper end profile of strength that promotes alignment accuracy. In addition, the shape of the opening with this device can be changed to a rectangular, elliptical, or other non-circular shape that can be exactly circular or can be aligned parallel or perpendicular to the cutting direction. The opening of the mask 68 may optionally be flared outwards at the light exit side. The mask 68 in the imaging optical module 62 may comprise a UV reflecting or UV absorbing material, but UV grade fused silica coated with a multilayer high UV reflecting coating or other UV resistive coating or It is preferred to be made of a dielectric material such as sapphire. Those skilled in the art will appreciate that the aperture mask 68 can be used without the optical elements 64, 66.

대안적인 바람직한 실시예에서 광학 요소(64)는 광학 요소(64)의 하류의 개구 마스크(68)의 근방에 원시(raw) 가우시안 복사조도 프로파일을 갖는 레이저 펄스를 준-균일 "탑 햇" 프로파일(near-uniform "top hat" profile), 또는 특정 슈퍼-가우시안 복사조도 프로파일을 갖는 성형된 (그리고 집중된) 펄스로 변환하는 하나 이상의 빔 성형 구성요소를 포함한다. 그러한 빔 성형 구성요소는 비구면 광학장치(aspheric optics) 또는 회절 광학장치를 포함할 수 있다. 바람직한 실시예에서 렌즈(66)는 빔 크기와 발산을 제어하는데 유용한 이미징 광학장치를 포함한다. 당업자는 단일 이미징 렌즈 구성요소 또는 다중 렌즈 구성요소가 이용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 당업자는 또한 성형된 레이저 출력이 개구 마스크(68)를 사용하지 않고 이용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. In an alternative preferred embodiment the optical element 64 is a semi-uniform " top hat " profile (a laser pulse having a raw Gaussian irradiance profile near the aperture mask 68 downstream of the optical element 64). near-uniform "top hat" profile), or one or more beam shaping components that convert to shaped (and focused) pulses having a specific super-Gaussian irradiance profile. Such beam shaping components may include aspheric optics or diffractive optics. In a preferred embodiment lens 66 includes imaging optics useful for controlling beam size and divergence. Those skilled in the art will appreciate that a single imaging lens component or multiple lens components may be used. Those skilled in the art will also appreciate that shaped laser output can be used without using the aperture mask 68.                 

바람직한 실시예에서 빔 성형 구성요소는 고효율과 정밀도로 복합 빔 성형을 수행할 수 있는 회절 광학 요소(DOE)를 포함한다. 빔 성형 구성요소는 가우시안 복사조도 프로파일을 준-균일 복사조도 프로파일로 변환시킬 뿐 아니라 성형된 출력을 결정할 수 있거나 또는 규정된 스팟 크기로 집중시킬 수 있다. 단일 요소 DOE가 바람직하지만, 당업자는 DOE가 빔 성형을 위해 DOE를 디자인하기 위한 기술을 또한 개시하고 있는 Dickey 등의 미국 특허(NO. 5,864,430)에 개시된 위상 플레이트 및 변환 요소와 같은 다중 개별 요소를 포함할 수 있음을 이해할 것이다. 위에서 논의된 성형 및 이미징 기술은 2000년 12월 7일 공개된 국제 출원(NO. WO 00/73013)에 상세히 개시되어 있다. 2000년 5월 26일 출원된 Dunsky 등의 해당 미국 특허 출원(NO. 09/580,396)의 관련된 개시 부분은 참조로서 본 명세서에 병합된다.In a preferred embodiment, the beam shaping component comprises a diffractive optical element (DOE) capable of performing composite beam shaping with high efficiency and precision. The beam shaping component can convert the Gaussian irradiance profile into a quasi-uniform irradiance profile as well as determine the shaped output or can focus on a defined spot size. Single element DOEs are preferred, but those skilled in the art will include multiple discrete elements such as phase plates and conversion elements as disclosed in the US patent (D. No. 5,864,430) to Dickey et al., Which also discloses techniques for designing DOEs for beam shaping. I will understand. The molding and imaging techniques discussed above are described in detail in International Application No. WO 00/73013, published December 7, 2000. The related disclosure portion of the corresponding US patent application (NO. 09 / 580,396) filed May 26, 2000, is incorporated herein by reference.

펄스당 에너지의 동적 범위에 증가된 유연성을 제공하기 위하여 어코스토-옵틱 변조기나 전자-광학 변조기와 같은 고속 응답 진폭 제어 메커니즘이 연속적인 펄스의 펄스 에너지를 변조하기 위해 이용될 수 있다. 대안적으로, 또는 고속 응답 진폭 제어 메커니즘과 결합하여 연속적인 펄스의 펄스 에너지를 변화시키기 위해 펄스 반복 주파수가 증가되거나 감소될 수 있다. 도 6은 본 발명의 실시 동안 이용된 레이저(14)의 펄스 반복 주파수(PRF)와 펄스 에너지 사이의 특징적인 관계를 나타낸다. 도 6이 나타내는 것처럼 200 μJ보다 더 큰 펄스 에너지가 모델 210-V06으로부터 얻을 수 있다. 게다가 대안적인 레이저 Lightwave 210-V09L과 Lightwave 210-V09H에 대한 펄스 에너지와 PRF 사이의 특징적인 관계가 또한 도시되어 있다. 당업자는 도 6이 설명한 원리를 예시하는 것이어서 레이저 시스템(10)의 대안적인 실시예가 펄스 에너지와 펄스 반복 주파수 사이의 다른 특징적인 관계를 생성할 수 있다는 것을 이해할 것이다.In order to provide increased flexibility in the dynamic range of energy per pulse, a fast response amplitude control mechanism such as an Acosto-Optic modulator or an electro-optic modulator can be used to modulate the pulse energy of successive pulses. Alternatively, or in combination with a fast response amplitude control mechanism, the pulse repetition frequency may be increased or decreased to change the pulse energy of successive pulses. 6 shows a characteristic relationship between pulse repetition frequency (PRF) and pulse energy of the laser 14 used during the practice of the present invention. As shown in FIG. 6, pulse energies greater than 200 μJ can be obtained from models 210-V06. In addition, the characteristic relationship between pulse energy and PRF for alternative lasers Lightwave 210-V09L and Lightwave 210-V09H is also shown. Those skilled in the art will understand that Figure 6 illustrates the principles described so that alternative embodiments of the laser system 10 may create other characteristic relationships between pulse energy and pulse repetition frequency.

위에서 설명한 UV 레이저 시스템(10)의 특징적인 성능은 반도체 그리고 특히 실리콘의 절제에 의해 마이크로-스케일의 특징부를 고속으로 형성하는데 사용될 수 있다. 그러한 특징부는 실리콘 웨이퍼 또는 다른 실리콘 작업물(12)을 통한 또는 부분적으로 통한 매우 정밀한 모양의 원통형 개구(100)의 형성, 실리콘 웨이퍼 또는 실리콘 작업물(12) 상에 처리된 다이의 싱귤레이션(singulation)을 위해 복합 모양(complex geometry)의 관통 또는 부분적인 관통 트랜치의 형성, 모체 웨이퍼로부터 실리콘에 형성된 마이크로회로를 분리하기 위한 마이크로탭(microtab) 특징부의 형성, AWG의 싱귤레이션 상에 특징부의 형성, 및 MEMS에 특징부의 형성을 포함할 수 있지만 이에 한정되지는 않는다. 게다가 본 발명은 상당한 융해 립(melt lip) 형성, 상당한 슬래그(slag) 형성 및 상당한 특징부 단부의 필 백(peel back) 없이 특징부의 형성을 용이하게 한다.The characteristic performance of the UV laser system 10 described above can be used to form micro-scale features at high speed by ablation of semiconductors and especially silicon. Such features include the formation of a very precisely shaped cylindrical opening 100 through or partially through a silicon wafer or other silicon workpiece 12, singulation of the die processed on the silicon wafer or silicon workpiece 12. Formation of through or partial through trenches of complex geometry, formation of microtab features to separate microcircuits formed in silicon from the parent wafer, formation of features on singulation of the AWG, And the formation of features in the MEMS. In addition, the present invention facilitates the formation of features without significant melt lip formation, significant slag formation and significant peel back of the feature ends.

도 7은 0.5㎛ 두께의 SiO₂ 패시베이션 층(passivation layer)(미도시)으로 덮인 500㎛ 두께의 고유 실리콘 기판(70)을 갖는 웨이퍼와 같은 실리콘 작업물(12)에 자외선 절제 패터닝에 의해 형성된 원통형 개구(100)의 대표적인 예시도이다. 당업자는 실리콘 작업물의 두께와 패시베이션 층의 두께가 변할 수 있다는 것을 인식할 것이다.7 is a cylindrical formed by ultraviolet ablation patterning on a silicon workpiece 12 such as a wafer having a 500 μm thick native silicon substrate 70 covered with a 0.5 μm thick SiO ₂ passivation layer (not shown). Representative illustration of the opening 100. Those skilled in the art will appreciate that the thickness of the silicon workpiece and the thickness of the passivation layer may vary.

원통형 개구(100)는 레이저 시스템(10)의 초점 평면에 실리콘 작업물(12)의 목표 위치(34)를 위치 설정하고 일련의 레이저 시스템 출력 펄스(32)를 실리콘 작업물(12) 위의 목표 위치(34)로 향하게 함으로써 패터닝되는 것이 바람직하다. 이 실시예에서 레이저 시스템(10)은 원통형 개구(100)의 원하는 지점의 컴퓨터에 의해 프로그래밍된 중심(centriod) 목표 위치(34)로 X 및 Y 축으로 실리콘 작업물(12)을 이동시키도록 유도된다. 순차적인 레이저 시스템 출력 펄스(32)는 각각 프로그래밍된 중심 목표 위치(34)에 입사한다.The cylindrical opening 100 positions the target position 34 of the silicon workpiece 12 in the focal plane of the laser system 10 and sets a series of laser system output pulses 32 over the silicon workpiece 12. It is preferably patterned by directing it to position 34. In this embodiment, the laser system 10 guides the movement of the silicon workpiece 12 in the X and Y axes to a computer-programmed centriod target position 34 of the desired point of the cylindrical opening 100. do. The sequential laser system output pulses 32 each enter a programmed central target position 34.

실리콘 작업물의 원통형 개구(100)의 본 명세서에서는 펀칭(punching)이라고 칭해지는 순차적인 중첩 펄스에 의한 절제 패터닝에 관해 말하자면, 펄스당 에너지, 펄스 반복 주파수(PRF) 및 집중된 스팟 크기를 포함하는 결합된 처리 파라미터의 바람직한 범위는 유용한 원통형 개구(100)의 신속한 펀칭에 특히 유리하다.Speaking of ablation patterning by sequential overlapping pulses, referred to herein as punching, of the cylindrical aperture 100 of the silicon workpiece, a combined including energy per pulse, pulse repetition frequency (PRF), and concentrated spot size The preferred range of processing parameters is particularly advantageous for the rapid punching of useful cylindrical openings 100.

펀칭 공정에서, 순차적인 레이저 시스템 출력 펄스(32)는 각각 작업물(12)이 X 및 Y 축 위치에서 고정되어 있는 동안 프로그래밍된 중심 목표 위치(34)에 입사한다. 실리콘 공정의 이러한 예시적인 절제 패터닝에 대해, 펄스당 바람직한 에너지 범위는 약 100 μJ 내지 1500 μJ이고, 더 바람직하게는 펄스당 에너지 약 200 μJ 내지 1000 μJ이며, 조금 더 바람직하게는 약 300 μJ 내지 800 μJ이며, 가장 바람직하게는 약 360 μJ이다. 바람직한 PRF 범위는 약 5kHz 내지 100kHz이고 더 바람직하게는 PRF 범위가 7kHz 내지 50kHz이며, 가장 바람직하게는 PRF 범위가 10kHz 내지 30kHz이다. 바람직한 집중 스팟 크기 범위는 약 1㎛ 내지 25㎛이며, 더 바람직하게는 집중된 스팟 크기 범위가 3㎛ 내지 20㎛이며, 가장 바람직하게는 집중된 스팟 크기가 8㎛ 내지 15㎛이다. 당업자는 도 6에 도시된 것과 같은 레이저 성능이 위에서 기술한 가장 바람직한 범위 내의 PRF에서 펄스 출력당 에너지를 달성할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 실제로 들어가면, 가장 바람직한 공정 파라미터로 동작하도록 ESI 모델 2700을 프로그래밍한 결과 750㎛ 두께의 실리콘 웨이퍼 작업물(12)을 통해 펀칭되는 35㎛ 직경을 갖는 원통형 개구를 초당 100개를 형성할 수 있었다.In the punching process, the sequential laser system output pulses 32 enter the programmed central target position 34 while the workpiece 12 is held at the X and Y axis positions, respectively. For this exemplary ablation patterning of the silicon process, the preferred energy range per pulse is about 100 μJ to 1500 μJ, more preferably about 200 μJ to 1000 μJ energy per pulse, and even more preferably about 300 μJ to 800 μJ, most preferably about 360 μJ. The preferred PRF range is about 5 kHz to 100 kHz, more preferably the PRF range is 7 kHz to 50 kHz, most preferably the PRF range is 10 kHz to 30 kHz. Preferred concentrated spot size ranges from about 1 μm to 25 μm, more preferably concentrated spot size ranges from 3 μm to 20 μm, most preferably concentrated spot size is 8 μm to 15 μm. Those skilled in the art will appreciate that laser performance as shown in FIG. 6 can achieve energy per pulse output in the PRF within the most preferred range described above. In practice, the ESI model 2700 was programmed to operate with the most desirable process parameters, resulting in 100 cylindrical openings per second with 35 μm diameter punched through a 750 μm thick silicon wafer workpiece 12.

다른 실시예에서 레이저 초점 위치의 Z-높이는 각각의 연속적인 레이저 시스템 출력 펄스(32)와 일치하게 동시에 이동되어 레이저 초점을 순차적으로 실리콘 작업물(12)이 더 깊은 위치로 위치시키며, 그에 의해 집중된 스팟을 남은 실리콘 표면과 좀 더 일치하는 위치로 유지시킨다.In another embodiment the Z-height of the laser focus position is simultaneously moved in line with each successive laser system output pulse 32 to position the laser focus sequentially into the deeper position of the silicon workpiece 12, thereby being concentrated. Keep the spot in a more consistent position with the remaining silicon surface.

바람직한 실시예에서 약 100개의 순차적인 레이저 시스템 출력 펄스(32)를 사용하여 300 μJ보다 더 큰 레이저(14)로부터의 출력 펄스 에너지 사용하여 작업물(12)의 전체 두께(102)를 완전히 관통하여 원통형 개구(100)가 형성된다. 레이저 시스템 출력 펄스(32)는 약 12㎛의 집중된 스팟 크기(1/e²) 직경을 갖는 작업 표면에 입사한다. 이 실시예에서 형성되는 원통형 개구(100)는 일반적으로 약 20㎛의 상부 표면 개구 직경(d_t)(104)과 약 13㎛의 출구 직경(d_b)(106)을 가지므로 약 30:1의 관통 홀 원통형 개구의 에스팩트 비(aspect ratio)와 0.4도의 개구 테이퍼 각을 생성한다.In a preferred embodiment, about 100 sequential laser system output pulses 32 are used to fully penetrate the entire thickness 102 of the workpiece 12 using the output pulse energy from the laser 14 greater than 300 μJ. Cylindrical opening 100 is formed. The laser system output pulse 32 is incident on the working surface having a concentrated spot size (1 / e ² ) diameter of about 12 μm. The cylindrical opening 100 formed in this embodiment generally has a top surface opening diameter (d _t ) 104 of about 20 μm and an exit diameter (d _b ) 106 of about 13 μm, so about 30: 1. Creates an aspect ratio of the through-hole cylindrical aperture of and an opening taper angle of 0.4 degrees.

당업자는 실리콘을 통해 양호한 품질의 원통형 개구(100)를 효율적으로 형성시키는데 필요한 펄스당 에너지의 정확한 값, 집중된 스팟 크기 및 펄스의 수가 실리콘 작업물(12)의 두께(102), SiO2가 단 하나의 예인 상부층의 조성과 상대적인 두께 및 사용된 정확한 자외선 파장에 따라 변할 수 있음을 더 이해할 수 있을 것이다. 예를 들면, 실리콘 다이에 패터닝된 집적 회로를 프린트 회로에 집적 전도 연결을 하기 위해 사이트(site)로 사용하기 위한 실리콘의 관통 홀 원통형 개구(100)의 형성을 위해서는, 예컨대 실리콘은 단지 50㎛이면 된다. 이 예에서 약 10개 정도의 펄스가 원하는 관통 홀 원통형 개구(100)를 형성하는데 이용될 수 있다. 당업자는 실리콘의 전체 두께(102)를 완전히 관통하지 않는 원통형 개구{블라인드 바이어(blind via)}가 기술한 파라미터를 정확히 선택하여 형성될 수 있음을 인식할 것이다.Those skilled in the art will appreciate that the exact value of the energy per pulse, the concentrated spot size, and the number of pulses needed to efficiently form a good quality cylindrical aperture 100 through silicon, the thickness 102 of the silicon workpiece 12, It will be further appreciated that the composition can vary depending on the composition and relative thickness of the top layer and the exact ultraviolet wavelength used. For example, for the formation of through-hole cylindrical openings 100 of silicon for use as integrated sites patterned on silicon die as sites for integrated conducting connections to printed circuits, for example, silicon may be do. In this example, about 10 pulses may be used to form the desired through hole cylindrical opening 100. Those skilled in the art will appreciate that a cylindrical opening (blind via) that does not fully penetrate the entire thickness 102 of silicon can be formed by accurately selecting the parameters described.

당업자는 높은 에스팩트 비와 매우 낮은 테이퍼 각을 갖는 실리콘을 통한 그러한 원통형 개구(100)가 전자 패키징 및 상호 연결 응용에 매우 유리하다는 것을 이해할 것이다. 게다가 이러한 작은 관통 홀 원통형 개구(100)의 하나 이상의 그룹은 작업물(12) 회로 또는 다이의 주변 근처의 상부 측면 위, 또는 스크라이빙(scribing), 슬라이싱(slicing), 또는 다이싱 스트리트나 그 교차부 내에 위치될 수 있어서, 작업물(12)의 뒤 또는 아래 측면이 상부 측면 상의 특징부에 대해 정확히 정렬될 수 있다. 그러한 정렬은 처리 속도나 품질을 증진시키도록 레이저 스크라이빙이나 쏘잉(sawing)과 같은 뒷면 처리를 용이하게 한다. 앞면 및/또는 뒷면 웨어퍼 슬라이싱 또는 다이싱을 위한 기술은 "UV Laser Cutting or Shape Modification of Brittle, High Melting Temperature Target Materials such as Ceramics or Glasses"라는 제목의 2001년 3월 9일 출원된 미국 특허 출원(NO. 09/803,382)과 "Multistep Laser Processing for the Cutting or Drilling of Wafers with Surface Device Layers"라는 제목의 2001년 6월 28일 출원된 미국 가출원(NO. 60/301,701)에 더 상세히 논의되어 있다.Those skilled in the art will appreciate that such cylindrical openings 100 through silicon with high aspect ratios and very low taper angles are very advantageous for electronic packaging and interconnect applications. In addition, one or more groups of such small through-hole cylindrical openings 100 may be on the upper side near the circuit of the workpiece 12 or the die, or scribing, slicing, or dicing streets or the like. Located within the intersection, the back or bottom side of the workpiece 12 can be precisely aligned with respect to the features on the top side. Such alignment facilitates backside treatment such as laser scribing or sawing to enhance processing speed or quality. Techniques for front and / or back wafer slicing or dicing are described in US patent applications filed March 9, 2001 entitled "UV Laser Cutting or Shape Modification of Brittle, High Melting Temperature Target Materials such as Ceramics or Glasses". (NO. 09 / 803,382) and US Provisional Application (NO. 60 / 301,701) filed June 28, 2001 entitled "Multistep Laser Processing for the Cutting or Drilling of Wafers with Surface Device Layers". .

도 8은 실리콘 작업물(12) 상의 트랜치(110)에 대한 자외선 절제 패터닝을 나타내는 대표적인 예시도이다. 트랜치(110)는 레이저 시스템(10)의 초점 평면에 실리콘 작업물(12)을 위치시키고 레이저 위치 설정 시스템(30)이 작업물(12)의 X 및/또는 Y 축을 따라 작업물(12)을 이동시킬 때 연속적인 중첩 레이저 시스템 출력 펄스(32)의 스트링을 실리콘 작업물(12)로 향하게 함으로써 패터닝되는 것이 바람직하다.8 is a representative illustration showing ultraviolet ablation patterning for trench 110 on silicon workpiece 12. The trench 110 positions the silicon workpiece 12 in the focal plane of the laser system 10 and the laser positioning system 30 moves the workpiece 12 along the X and / or Y axis of the workpiece 12. It is preferably patterned by directing a string of consecutive overlapping laser system output pulses 32 onto the silicon workpiece 12 when moving.

실리콘에 트랜치를 형성하는 절제 패터닝 공정에 대해, 바람직한 펄스당 에너지 범위는 약 100 μJ 내지 1500 μJ이며, 더 바람직하게는 펄스당 에너지 범위가 약 200 μJ 내지 1000 μJ이며, 좀 더 바람직하게는 약 300 μJ 내지 800 μJ이며, 가장 바람직하게는 대략 약 360 μJ 이다. 바람직한 PRF 범위는 약 5kHz 내지 100kHz이고, 더 바람직하게는 PRF 범위가 약 7kHz 내지 50kHz이며, 가장 바람직하게는 PRF 범위가 약 10kHz 내지 30kHz이다. 바람직한 집중된 스팟 크기 범위는 약 1㎛ 내지 25㎛이며, 더 바람직하게는 집중된 스팟 크기 범위가 약 3㎛ 내지 20㎛이며, 가장 바람직하게는 집중된 스팟 크기가 8㎛ 내지 15㎛이다. 바람직한 바이트 크기 범위는 약 0.1㎛ 내지 10㎛이며, 더 바람직하게는 바이트 크기 범위가 약 0.3㎛ 내지 5㎛이며, 가장 바람직하게는 바이트 크기가 0.5㎛ 내지 3㎛이다. 바이트 크기는 레이저 빔 위치 설정 시스템의 스테이지 중 하나 또는 두 개 모두의 속도를 제어하고 이동 속도(들)를 반복률로 조정하고 레이저를 발사하여 조정될 수 있다.For the ablation patterning process of forming a trench in silicon, the preferred energy per pulse range is about 100 μJ to 1500 μJ, more preferably the energy range per pulse is about 200 μJ to 1000 μJ, more preferably about 300 μJ to 800 μJ, most preferably about 360 μJ. The preferred PRF range is about 5 kHz to 100 kHz, more preferably the PRF range is about 7 kHz to 50 kHz, and most preferably the PRF range is about 10 kHz to 30 kHz. Preferred concentrated spot size ranges are about 1 μm to 25 μm, more preferably concentrated spot size range is about 3 μm to 20 μm, most preferably concentrated spot size is 8 μm to 15 μm. Preferred byte size ranges from about 0.1 μm to 10 μm, more preferably byte size ranges from about 0.3 μm to 5 μm, most preferably byte size from 0.5 μm to 3 μm. The bite size can be adjusted by controlling the speed of one or both stages of the laser beam positioning system, adjusting the moving speed (s) at a repetition rate and firing the laser.

바람직한 실시예에서 선형 트랜치(110)는 작업물(12) 상의 180 패스(pass)에서 10mm/s의 스테이지 속도일 때 약 360 μJ의 레이저(14)로부터의 출력 펄스 에너지와 1㎛의 바이트 크기를 사용하여 2.0㎛의 SiO₂ 패시베이션 층으로 덮인 750㎛ 두께의 고유 실리콘을 통해 완전히 절단된다. 이러한 레이저 펄스는 12㎛의 집중된 스팟 크기(1/e²) 직경으로 작업 표면에 입사한다. 당업자는 정사각형, 직사각형, 타원형, 나선형 및/또는 그들의 결합을 포함하지만 이에는 한정되지 않는 변화하는 기하학적 모양의 다양한 패턴이 레이저 시스템(10)에 의해 사용되는 툴 패스 파일과 처리하는 동안에 X 및 Y축을 따라서 실리콘 작업물(12)을 위치시키는 위치 설정 시스템(30)을 프로그래밍하여 형성될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 레이저 절단에 대해서는 빔 위치 설정 시스템(30)이 웨이퍼 표면 상의 종래의 전형적인 톱 절단 또는 다른 표준점(fiducial) 또는 패턴에 정렬되는 것이 바람직하다. 웨이퍼가 이미 기계적으로 노칭되었다면(notched), 절단 단부로의 정렬은 쏘 공차(saw tolerance) 및 정렬 오류를 극복하는 것이 바람직하다.In a preferred embodiment the linear trench 110 has a pulse size of 1 μm and output pulse energy from the laser 14 of about 360 μJ at a stage speed of 10 mm / s at 180 passes on the workpiece 12. Using a 750 μm thick native silicon covered with a 2.0 μm SiO ₂ passivation layer. This laser pulse is incident on the working surface with a concentrated spot size (1 / e ² ) diameter of 12 μm. Those skilled in the art will appreciate that various patterns of varying geometric shapes, including but not limited to squares, rectangles, ellipses, spirals, and / or combinations thereof, may be used to control the X and Y axes during processing with tool path files used by the laser system 10. It will therefore be appreciated that it may be formed by programming the positioning system 30 to position the silicon workpiece 12. For laser cutting it is preferred that the beam positioning system 30 is aligned to a conventional typical saw cut or other fiducial or pattern on the wafer surface. If the wafer has already been mechanically notched, the alignment to the cut end is desirable to overcome saw tolerance and misalignment.

레이저 절단(자국의 폭이 50㎛보다 작으며 바람직하게는 25㎛보다 작음)은 기계적인 절단(슬라이싱 레인이 약 300㎛이고 다이싱 패스는 약 150㎛임)보다 물질을 상당히 덜 손상시키므로 웨이퍼 상의 디바이스는 서로 매우 근접하게 제조될 수 있어 각 웨이퍼에 더 많은 디바이스가 형성될 수 있다. 따라서, 레이저 절단 공정은 로(row) 사이의 피치와 디바이스 사이의 피치를 최소화한다. Laser cutting (the width of the traces is less than 50 μm and preferably less than 25 μm) damages the material considerably less than mechanical cutting (the slicing lane is about 300 μm and the dicing pass is about 150 μm) The devices can be manufactured very close to each other so that more devices can be formed on each wafer. Thus, the laser cutting process minimizes the pitch between rows and the pitch between devices.                 

기계적인 절단의 제거로 인해 또한 작업물(12)에 디바이스의 제조를 단순화할 수 있다. 특히 기계적인 절단은 디바이스가 캐리어(carrier)에서 떨어지도록(come off) 디바이스에 상당한 기계적인 스트레스를 준다. 로를 놓치지 않기 위해, 디바이스 제조자는 로와 캐리어 사이에 강한 접착제 또는 에폭시를 사용한다. 모든 레이저 공정이 케리어에 로를 고정시키는데 사용되는 접착제의 기계적인 강도의 요구조건을 상당히 감소시킨다. 그러므로, 레이저 절단은 케리어에 로를 고정시키는데 사용되는 강한 접착제나 에폭시 및 그것들을 제거하는 필요한 거친(harsh) 화학물의 제거를 가능하게 한다. 대신에 접착제가 제거 시간의 감소와 잠재적인 부식성의 화학물에의 짧은 노출과 같은 제거(debonding)의 용이함과 디바이스의 손상의 가능성을 상당히 감소시켜 수율을 증진시키는 UV 레이저 처리의 수월함(amenabilty)을 위해 선택될 수 있다.The elimination of mechanical cutting can also simplify the manufacture of the device in the workpiece 12. In particular, mechanical cutting imposes significant mechanical stress on the device such that the device comes off the carrier. In order not to miss the furnace, the device manufacturer uses a strong adhesive or epoxy between the furnace and the carrier. All laser processes significantly reduce the mechanical strength requirements of the adhesive used to secure the furnace to the carrier. Therefore, laser cutting allows the removal of strong adhesives or epoxy used to secure the furnace to the carrier and the necessary harsh chemicals to remove them. Instead, the adhesive eases UV laser treatment, which improves yield by significantly reducing the likelihood of damage to the device and ease of debonding, such as reduced removal time and short exposure to potentially corrosive chemicals. Can be selected for

레이저 로 슬라이싱은 기계적인 슬라이싱만큼 큰 기계적인 스트레스를 미치지 않기 때문에 로 휨(row bow)을 감소시킨다. 그러나, 로 휨이나 다른 로 결함이 명백하기 때문에, 기계적인 다이싱에 대한 로 사이에 필요한 임계적인 디바이스와 디바이스의 정렬에 관계없이 그러한 결함을 보상하기 위해 로는 레이저 다이싱(그리고 재 슬라이싱)될 수 있다. 편리를 위해 용어 (관통)절단은 일반적으로 {종종 웨이퍼 로(row) 분리와 관련된} 슬라이싱 또는 {종종 웨이퍼 로(row)로부터 부분 싱귤레이션과 관련된} 다이싱을 포함하도록 사용될 수 있으며, 슬라이싱과 다이싱은 본 발명의 문맥에 따라서 상호 교환하여 사용될 수 있다.Laser row slicing reduces row bows because it does not have as much mechanical stress as mechanical slicing. However, since furnace warpage or other furnace defects are evident, the furnace can be laser diced (and re-sliced) to compensate for such defects regardless of the critical device and device alignment required between the furnaces for mechanical dicing. have. For convenience the term (penetration) cutting can be used to generally include slicing {often associated with wafer row separation} or dicing {often associated with partial singulation from wafer row}, slicing and die Singhs may be used interchangeably in accordance with the context of the present invention.

위치설정 시스템(30)은 관통 홀(100) 또는 표준점과 정렬될 수 있기 때문에 레이저 시스템(10)은 독립적으로 각각의 로 및/또는 각각의 디바이스를 처리할 수 있다. 경사진 로에 관하여, 레이저 스팟은 원하는 직사각형의 또는 곡선의 웨이브 패턴을 형성하기 위해 각 절단 사이의 스테이지 및/또는 빔 병진(translation)으로 디바이스의 외부 단부에 관해 적절한 위치에서 경사진 로를 가로질러 횡 절단을 수행할 수 있다. 따라서, 레이저 다이싱은 로 고정 결함을 보상할 수 있으며, 기계적인 다이싱에 의하여 발생할 수도 있는 디바이스의 모든 로의 파괴를 방지할 수 있다.Since the positioning system 30 can be aligned with the through hole 100 or the standard point, the laser system 10 can process each furnace and / or each device independently. With respect to the inclined furnace, the laser spot is transverse across the inclined furnace at an appropriate position with respect to the outer end of the device with stage and / or beam translation between each cut to form a desired rectangular or curved wave pattern. Cleavage can be performed. Thus, laser dicing can compensate for furnace fixation defects and prevent the destruction of all furnaces of the device, which may be caused by mechanical dicing.

실리콘 및 유사 물질을 통한 UV 레이저 절단 처리량은 긴 절단 경로를 짧은 세그먼트로 나눔으로써 개선될 수 있다. 예를 들어 두꺼운 실리콘의 관통 절단 및 트렌치 절단에 대해서 이러한 세그먼트는 바람직하게는 약 10㎛ 내지 1mm, 더 바람직하게는 약 100㎛ 내지 1000㎛, 가장 바람직하게는 약 200㎛ 내지 500㎛이다. 레이저 빔은 미리 결정된 수의 패스(pass)동안의 제 2 쇼트(short)로 이동하여 스캔되기 전에 미리 결정된 수의 패스 동안의 제 1 쇼트 세그먼트 내에서 스캔된다. 바이트 크기, 세그먼트 크기 및 세그먼트 겹침은 트랜치 백필(backfill)의 양과 형태를 최소화하도록 조정될 수 있다.UV laser cutting throughput through silicon and similar materials can be improved by dividing long cutting paths into short segments. For example, for through cuts and trench cuts of thick silicon, these segments are preferably about 10 μm to 1 mm, more preferably about 100 μm to 1000 μm, most preferably about 200 μm to 500 μm. The laser beam is scanned in the first short segment for a predetermined number of passes before moving to the second short for a predetermined number of passes and scanning. The byte size, segment size and segment overlap can be adjusted to minimize the amount and shape of the trench backfill.

도 9는 예시적으로 세그먼트화된 절단 프로파일(112a)의 단순화된 표현이다. 도 9를 참조하면, 절단 프로파일(112a)은 간편하게 하기 위해 좌측에서 우측으로의 경로 절단 방향을 갖고 우측에서 좌측으로 형성된 별개의 절단 세그먼트(116k₁ - 116r₃){일반적으로 절단 세그먼트(116)}를 갖도록 도시되었다. 절단 세그먼트(116k₁ - 116r₃)가 간편하게 하기 위해서 도 9에서 평행하도록 도시되었지만, 절단 세그먼트(116k₁ - 116r₃)는 사실상 동일 직선 상에 있다. 도 9는 각각이 바람직하게는 알파벳 순서에 따라 처리되는 초기 세그먼트(116) 및 다중의 점진적으로 길어지는 중첩 세그먼트(116m - 116r)를 포함하는 다중 세그먼트 세트(114a)를 도시한다. 바람직하게는 각각의 세트(114a)는 다음의 세트가 처리되기 전에 선택된 중간의 깊이 또는 완전한 관통 절단이 되도록 처리된다. 단지 5개의 중첩 세그먼트가 각각의 세트(114a)에 대해 도시되었지만, 당업자는 실질적으로 더 많은 수의 중첩 세그먼트(116)가 이용되어 특히 목표 물질의 두께를 수용하기 위해 필요한 만큼 더 작은 증분 길이가 추가될 수 있음을 이해할 것이다. 당업자는 또한 절단 프로파일(112a)에 이용된 세그먼트(116)의 모두 또는 임의의 것이 도 9에 도시된 것처럼 단일 방향 대신 양방향으로 처리될 수 있음을 이해할 것이다.9 is a simplified representation of an exemplary segmented cut profile 112a. 9, the cutting profile (112a) is a separate cutting segments have a path to the cutting direction of from left to right are formed in the right to left in order to simplify (116k ₁ - 116r ₃₎ {In general, the cutting segment 116} It is shown to have. It has been shown to be parallel in Figure 9. In order to simplify the - (116r ₃ 116k _1), cut segments cut segments (116k ₁ - 116r ₃₎ are in a virtually straight line. 9 shows a multi-segment set 114a, each comprising an initial segment 116 and multiple progressively longer overlapping segments 116m-116r, each preferably processed in alphabetical order. Preferably each set 114a is processed to be a selected intermediate depth or complete through cut before the next set is processed. Although only five overlapping segments are shown for each set 114a, one of ordinary skill in the art will appreciate that substantially more overlapping segments 116 can be used to add smaller incremental lengths, particularly as needed to accommodate the thickness of the target material. I will understand. Those skilled in the art will also understand that all or any of the segments 116 used in the cutting profile 112a can be processed in both directions instead of a single direction as shown in FIG. 9.

도 10은 프로파일(112a)과 다소 유사한 예시적인 세그먼트화된 절단 프로파일(112b)의 단순화된 표현이다. 도 10을 참조하면, 프로파일(112b)은 프로파일(112a)이 시작하는 동일한 세그먼트 세트(114a)와 함께 시작한다. 그러나, 세그먼트 세트(114b)는 세그먼트(116k)를 생략하며, 이전에 처리된 세그먼트 세트를 60%만큼 증가적으로 덮는다. 본 실시예의 하나의 예시에서 세그먼트(116k₁)는 30 패스(pass)로 절단되고 200㎛의 길이를 갖는다. 그리고 나서 세그먼트(116m₁)는 6 패스(30패스의 1/5)로 절단되고 240㎛의 길이를 갖는다{200㎛와 세그먼트(116k₁)의 길이의 1/5의 합}. 그리고 나서, 세그먼트(116n₁)는 6 패스로 절단되고 280㎛의 길이를 갖는다{200㎛와 세그먼트(116k₁)의 길이의 2/5의 합}. 이러한 시퀀스는 주어진 세그먼트 세트(114b)가 완료될 때까지 계속된다. 이 예는 8.5mm/분과 더 크거나 동일한 다이싱 속도를 나타낼 수 있다.10 is a simplified representation of an exemplary segmented cut profile 112b that is somewhat similar to profile 112a. Referring to FIG. 10, profile 112b starts with the same set of segments 114a where profile 112a begins. However, segment set 114b omits segment 116k and incrementally covers the previously processed segment set by 60%. In one example of this embodiment, the segment 116k ₁ is cut in 30 passes and has a length of 200 μm. The segment 116m ₁ is then cut in six passes (1/5 of 30 passes) and has a length of 240 μm (sum of 200 μm and 1/5 of the length of the segment 116k ₁ ). The segment 116n ₁ is then cut in six passes and has a length of 280 μm (the sum of 200 μm and 2/5 of the length of the segment 116k ₁ ). This sequence continues until the given set of segments 114b is complete. This example may exhibit a dicing speed greater than or equal to 8.5 mm / min.

절단이 이미 완료된 절단 경로의 재스캔 부분을 감소시키기 위해 실시간 모니터링이 또한 이용될 수 있다. 게다가 레이저 빔의 편광 방향이 처리량을 더 증진시키기 위해 절단 방향과 상호관련될 수 있다. 이러한 세그먼트화된 절단 기술은 "Laser Segmented Slicing or Dicing"이라는 제목의 2001년 6월 8일 출원된 미국 가특허 출원(NO. 60/297,218)에 상세히 논의되어 있다.Real-time monitoring may also be used to reduce the rescan portion of the cutting path where the cutting has already been completed. In addition, the polarization direction of the laser beam can be correlated with the cutting direction to further enhance throughput. Such segmented cutting techniques are discussed in detail in US Provisional Patent Application (NO. 60 / 297,218) filed June 8, 2001 entitled "Laser Segmented Slicing or Dicing."

본 발명의 자외선 절제 패터닝 방법의 다른 응용은 MEMS(microelectronic machine system) 디바이스(120)를 제조하는 것이다. 도 11은 MEMS 디바이스(120)의 자외선 절제 패터닝의 대표적인 예시도이다. 하나의 바람직한 실시예에서 MEMS 디바이스(120)는 실리콘에 트랜치(122a, 122b, 122c, 122d, 및 122e){일반적으로 트랜치(122)}를 형성하기 위해 위에서 기술한 방법을 이용하여 패터닝된다. 당업자는 레이저 위치설정 시스템(30)의 X 및/또는 Y 축의 컴퓨터 제어를 통해 유도된 레이저 시스템 출력 펄스(32)가 중첩된 펄스가 임의의 복잡한 곡선 기하학적 모양을 나타내는 패턴을 형성하도록 작업 표면으로 유도될 수 있음을 이해할 것이다. 자외선 절제 패터닝 방법과 결합된 이러한 성능은 다양한 MEMS 디바이스(120)의 효율적인 제조에 유용한 실리콘에서의 복잡한 곡선 기하학적 패턴을 생성하는데 사용될 수 있다.Another application of the ultraviolet ablation patterning method of the present invention is to fabricate a microelectronic machine system (MEMS) device 120. 11 is a representative illustration of ultraviolet ablation patterning of MEMS device 120. In one preferred embodiment, the MEMS device 120 is patterned using the method described above to form trenches 122a, 122b, 122c, 122d, and 122e (generally trench 122) in silicon. Those skilled in the art will appreciate that the laser system output pulses 32, derived through computer control of the X and / or Y axis of the laser positioning system 30, direct to the work surface such that the superimposed pulses form a pattern representing any complex curved geometry. I will understand. This capability, combined with the UV ablation patterning method, can be used to create complex curved geometric patterns in silicon that are useful for the efficient manufacture of various MEMS devices 120.

본 발명의 자외선 절제 패터닝 방법의 다른 응용은 반도체 웨이퍼 작업물(12) 상에 제조되는 어레이를 이루는 도파관 격자(arrayed waveguide gratings:AWG) 디바이스(130)와 같은 광집적 회로를 제조하는 것이다. 도 12는 AWG 디바이스(130)의 자외선 절제 패터닝의 대표적인 예시도이다. 하나의 바람직한 실시예에서 AWG(130)는 예를 들면 부분(132a, 132b, 132c, 132d, 및 132e)을 갖는 실리콘에서의 곡선 트랜치(132)를 형성하기 위해 위에서 기술한 방법을 사용하여 패터닝된다. 트랜치(132)가 대칭적으로 도시되었지만, 당업자는 레이저 위치 설정 시스템(30)의 X 및/또는 Y축의 컴퓨터 제어를 통해 유도되는 레이저 시스템 출력 펄스(32)가, 중첩된 펄스(32)가 임의의 복잡한 곡선 프로파일 또는 기하학적 모양을 나타내는 패턴을 형성하도록, 작업 표면으로 유도될 수 있음을 이해할 것이다. 자외선 절제 패터닝 방법과 결합된 이러한 성능은 다양한 AWG 디바이스(130)의 효율적인 제조에 유용한 실리콘에서의 복잡한 곡선 기하학적 패턴을 생성하는데 사용될 수 있다.Another application of the ultraviolet ablation patterning method of the present invention is to fabricate an optical integrated circuit such as an arrayed waveguide gratings (AWG) device 130 that is fabricated on a semiconductor wafer workpiece 12. 12 is a representative illustration of ultraviolet ablation patterning of AWG device 130. In one preferred embodiment the AWG 130 is patterned using the method described above to form a curved trench 132 in silicon, for example having portions 132a, 132b, 132c, 132d, and 132e. . Although the trench 132 is shown symmetrically, those skilled in the art will appreciate that the laser system output pulses 32, which are derived through computer control of the X and / or Y axis of the laser positioning system 30, may include any of the superimposed pulses 32. It will be appreciated that it may be directed to the working surface, to form a pattern representing a complex curved profile or geometrical shape. This capability, combined with the UV ablation patterning method, can be used to create complex curved geometric patterns in silicon that are useful for the efficient manufacture of various AWG devices 130.

알루미늄으로 제조되는 것과 같은 종래의 금속 척의 이용은 실리콘 작업물(12)을 관통 처리에 유리하지 않은데, 그 이유는 자외선 영역에서 이러한 전통적인 금속 물질의 높은 반사율이 실리콘 작업물의 뒷면에 손상을 가할 수 있기 때문이다. 실험은 관통처리가 완료된 후에 금속 척 상부로부터 나오는 반사 에너지에 의한 원통형 관통 홀 개구(100) 또는 관통 트랜치(110) 주변의 뒷면 손상의 분명한 증거를 나타내었다. 그러나, 척 상부에서 툴링 홀(tooling hole) 위로 우연히(serendipitously) 드릴링된 관통 트랜치(110) 또는 원통형 관통 홀 개구(100)의 근처에서는 어떠한 뒷면 손상이 발견되지 않았다.The use of conventional metal chucks, such as made of aluminum, is not advantageous for the through processing of the silicon workpiece 12, because in the ultraviolet region the high reflectivity of this traditional metal material may damage the back of the silicon workpiece. Because. The experiment showed clear evidence of backside damage around the cylindrical through hole opening 100 or through trench 110 by the reflected energy from the top of the metal chuck after the through treatment was complete. However, no back damage was found near the through trench 110 or the cylindrical through hole opening 100 that was accidentally drilled over the tooling hole at the top of the chuck.

도 13은 자외선 절제 패터닝 방법을 사용하는 관통 처리 동안에 실리콘 작업물(12)이 바람직하게 위치되는 척 조립체(140)의 대표적인 예시도이다. 척 조립체(140)는 진공 척 베이스(142), 척 상부(144) 및 선택적인 유지 캐리어(146)를 포함하는 것이 바람직하다. 베이스(142)는 전통적인 금속 물질로 제조되는 것이 바람직하며, 추가 플레이트(148)에 볼트로 조여지는 것이 바람직하다. 플레이트(148)는 스테이지(36 또는 38) 중 적어도 하나에 쉽게 연결되거나 분리되도록 적응된다. 체결(engagement) 메커니즘은 기계적인 것이 바람직하며, 대향 그로브(groove) 및 리지(ridge)를 포함할 수 있으며, 로킹 메커니즘을 포함할 수 있다. 당업자는 수많은 정확한 정렬 및 로크 및 키 메커니즘이 가능함을 이해할 것이다. 당업자는 또한 베이스(142)가 대안적으로 스테이지(36 또는 38)에 직접 고정되도록 적응될 수 있음을 이해할 것이다.13 is a representative illustration of the chuck assembly 140 in which the silicon workpiece 12 is preferably positioned during the penetrating process using the ultraviolet ablation patterning method. The chuck assembly 140 preferably includes a vacuum chuck base 142, a chuck top 144 and an optional retention carrier 146. The base 142 is preferably made of a traditional metal material, preferably bolted to the additional plate 148. The plate 148 is adapted to be easily connected or disconnected to at least one of the stages 36 or 38. The engagement mechanism is preferably mechanical, and may include opposing groves and ridges, and may include a locking mechanism. Those skilled in the art will appreciate that many precise alignments and locks and key mechanisms are possible. Those skilled in the art will also appreciate that the base 142 may alternatively be adapted to be fixed directly to the stage 36 or 38.

척 상부(144)는 특정 패터닝 응용에 대해 선택되는 자외선 파장에서 낮은 반사율을 갖는 유전 물질로 제조되는 것이 바람직하다. 주파수-3배가된, Q-스위칭 다이오드-펌핑 Nd:YAG 레이저로부터의 355nm 출력이 사용되는 하나의 바람직한 실시예에서, UV 투명 척 상부(144)는 자외선-등급(grade) 또는 엑시머 등급 퓨징된(fused) 실리카, MgF₂ 또는 CaF₂로 제조된다. 다른 실시예에서 UV 투명 척 상부(144)는 대안적으로 또는 추가적으로 실리콘 작업물(12)의 온도 안정성을 유지하 는데 조력하도록 액체-냉각될(liquid-cooled) 수 있다. 당업자는 퓨징된 실리카가 비정질 SiO₂로 이루어진 자외선에 대해 투명한 물질이며 실리콘과 산소의 화학적 결합에 의해 형성될 수 있음을 인식할 것이다.The chuck top 144 is preferably made of a dielectric material having a low reflectance at the ultraviolet wavelength selected for a particular patterning application. In one preferred embodiment where 355 nm output from a Q-switching diode-pumped Nd: YAG laser is used, which is frequency-multiplied, the UV transparent chuck top 144 is UV-grade or excimer grade fused ( fused) silica, MgF ₂ or CaF ₂ . In other embodiments, the UV transparent chuck top 144 may alternatively or additionally be liquid-cooled to help maintain the temperature stability of the silicon workpiece 12. Those skilled in the art will appreciate that fused silica is a transparent material to ultraviolet light consisting of amorphous SiO ₂ and can be formed by chemical bonding of silicon and oxygen.

도 13을 다시 참조하면, 실리콘 작업물(12)을 지지하고 자외선 절제 패터닝 이후에 유지하기 위해서 유지 캐리어(146)가 척 상부(144) 위에 위치될 수 있다. 유지 캐리어(146)는 또한 뒷면 반사에 의해 관통 처리되는 작업물(12)을 손상시키는 것을 방지하기 위해 자외선 투명한 물질로 제조되는 것이 바람직하다. 유지 캐리어(146)는 처리된 실리콘 작업물(12)이 관통 처리 동작 후에 안착하는 낮은 공동을 포함하도록 제조되는 것이 바람직하다.Referring again to FIG. 13, a retention carrier 146 can be positioned above the chuck top 144 to support the silicon workpiece 12 and to retain it after UV ablation patterning. The retaining carrier 146 is also preferably made of an ultraviolet transparent material to prevent damaging the workpiece 12 which is penetrated by backside reflection. The retaining carrier 146 is preferably made to include a low cavity in which the treated silicon workpiece 12 rests after the through processing operation.

대안적인 실시예에서 척 상부(144) 또는 유지 캐리어(146)는, 해당하는 패턴을 척 상부(144) 또는 유지 캐리어(146)의 물질에 새기도록 레이저 시스템(10)이 작업물(12)로 드릴링되는 낮은 공동의 패턴의 툴 패스 파일을 이용할 수 있도록 Al 또는 Cu와 같은 자외선 흡수 물질로 제조될 수 있다. 예를 들어 공동은 의도된 드릴 홀 또는 단부 패턴에 해당하며, 관통 절단 동작 동안에 작업물(12)의 뒷면 손상을 방지한다. 게다가 공정 동안에 생기는 임의의 파편(debris)은 작업물(12)의 뒷면으로부터 떨어진 공동으로 들어갈 수 있다. 하나의 바람직한 실시예에서, 낮은 공동의 패턴은 처리 후의 해당 작업물(12)보다 조금 더 큰 치수를 갖도록 처리되어 처리된 작업물(12)이 유지 캐리어(146)의 공동에 안착하는 것을 가능하게 한다. 대안적인 실시예에서, 유지 캐리어(146)는 광학적 제조 또는 에칭과 같은 대안적인 수단에 의해 자외선 투명한 물질로 제조되며, 후속적으로 척 상부(144)에 정렬되고 고정된다. 척 조립체(140)의 이러한 실시예는 또한 폴리아미드(polyamide)와 같은 다른 물질의 UV 바이어 드릴링에 유용한 응용을 갖는다.In an alternative embodiment, the chuck top 144 or the retention carrier 146 may have the laser system 10 directed to the workpiece 12 to inscribe a corresponding pattern into the material of the chuck top 144 or the retention carrier 146. It can be made of an ultraviolet absorbing material, such as Al or Cu, to make use of the low cavity patterned tool path pile being drilled. For example, the cavity corresponds to the intended drill hole or end pattern and prevents backside damage of the workpiece 12 during the through cutting operation. In addition, any debris generated during the process can enter the cavity away from the back side of the workpiece 12. In one preferred embodiment, the pattern of low cavities is processed to have a slightly larger dimension than the corresponding workpiece 12 after treatment to allow the treated workpiece 12 to seat in the cavity of the holding carrier 146. do. In alternative embodiments, the retention carrier 146 is made of an ultraviolet transparent material by alternative means such as optical fabrication or etching, and subsequently aligned and secured to the chuck top 144. This embodiment of the chuck assembly 140 also has applications useful for UV via drilling of other materials, such as polyamide.

당업자는 질소, 아르곤, 헬륨 및 건조 공기와 같은 퍼지 가스(purge gas)가 작업물(12)로부터 발생하는 부산 증기(waste fume)의 제거에 유용하게 사용된다는 것을 인식할 것이다. 그러한 퍼지 가스는 레이저 시스템(10)에 부착된 전달 노즐(delivery nozzle)을 사용하여 작업물의 근처에 공급될 수 있다.Those skilled in the art will appreciate that purge gases such as nitrogen, argon, helium and dry air are usefully used to remove waste fumes from work 12. Such purge gas may be supplied near the workpiece using a delivery nozzle attached to the laser system 10.

자외선 절제 패터닝 방법을 사용하여 처리되는 실리콘 작업물(12)의 표면 품질을 개선하기 위하여, 물, 아세톤, 메탄올 및 에탄올(이에 한정되지 아니함)을 포함하는 액체가 있는 초음화 세척기(ultrasonic bath)를 사용하여 청정하게 될 수 있다. 당업자는 플루오르화수소산(hydrofluoric acid)에서 처리된 실리콘 작업물(12)을 세척하는 것이 원하지 않는 산화물 층을 제거하는데 유리할 수 있다는 것을 인식할 것이다.In order to improve the surface quality of the silicon workpiece 12 treated using the UV ablation patterning method, a ultrasonic bath with a liquid comprising water, acetone, methanol and ethanol, but not limited to this, may be used. Can be cleaned using. Those skilled in the art will appreciate that cleaning the silicon workpiece 12 treated with hydrofluoric acid may be advantageous for removing unwanted oxide layers.

위에 제공된 설명이 주로 실리콘 및 GaAs의 처리에 관한 것이었지만, 설명된 방법은 또한 SiC, SiN, 또는 인화인듐(indium phosphide)과 같은 작업물(12)의 기판(70)으로서 사용될 수 있는 다른 반도체에 일반적으로 응용 가능하다.Although the description provided above relates primarily to the treatment of silicon and GaAs, the described method also applies to other semiconductors that may be used as the substrate 70 of the workpiece 12, such as SiC, SiN, or indium phosphide. Generally applicable.

본 발명의 원리로부터 벗어나지 않고 본 발명의 위에서 설명한 실시예의 세목에 대한 많은 변형이 이루어질 수 있음이 당업자에게는 분명할 것이다. 그러므로 본 발명의 범위는 후속하는 청구항에 의해 결정되어야만 한다. It will be apparent to those skilled in the art that many modifications may be made to the details of the above-described embodiments of the invention without departing from the principles of the invention. Therefore, the scope of the present invention should be determined by the following claims.

본 발명은 자외선 레이저의 펄스 출력을 이용하여 반도체, 특히 실리콘의 절제에 의해 마이크론-스케일의 특징부를 고속으로 형성하기 위한 방법 및/또는 장치 등에 이용 가능하다.The present invention is applicable to methods and / or apparatuses and the like for rapidly forming micron-scale features by ablation of semiconductors, in particular silicon, using the pulsed output of ultraviolet lasers.

Claims (47)

실리콘, GaAs, 인화인듐(indium phosphide), 탄화실리콘(silicon carbide), 질화실리콘(silicon nitride), Ge:Si, 또는 단결정 사파이어(sapphire) 중 하나 이상을 포함하는 기판을 레이저 처리하는 방법으로서,A method of laser processing a substrate comprising at least one of silicon, GaAs, indium phosphide, silicon carbide, silicon nitride, silicon nitride, Ge: Si, or single crystal sapphire. 5kHz 보다 큰 펄스 반복 주파수에서 100 μJ보다 큰 출력 펄스 에너지를 갖는 400nm보다 짧은 파장의 제 1 레이저 시스템 출력을 생성하는 단계와,Producing a first laser system output of wavelength shorter than 400 nm with an output pulse energy greater than 100 μJ at a pulse repetition frequency greater than 5 kHz, 기판 물질의 표면을 가로질러 25㎛보다 작은 제 1 스팟 영역으로 목표 위치에서 기판 물질을 절제(ablate)하기 위하여 상기 기판의 목표 위치에 상기 제 1 레이저 시스템 출력을 유도(directing)하는 단계와,Directing the first laser system output to a target location of the substrate to ablate the substrate material at a target location to a first spot area of less than 25 μm across the surface of the substrate material; 5kHz 보다 큰 펄스 반복 주파수에서 100 μJ보다 큰 출력 펄스 에너지를 갖는 제 2 레이저 시스템 출력을 생성하는 단계와,Generating a second laser system output having an output pulse energy of greater than 100 μJ at a pulse repetition frequency of greater than 5 kHz, 제 2 스팟 영역이 적어도 부분적으로 상기 제 1 스팟 영역과 중복되도록(overlap) 상기 기판 물질의 표면을 가로질러 25㎛보다 작은 상기 제 2 스팟 영역으로 제 2 목표 위치에 입사하도록 상기 제 2 레이저 시스템 출력을 유도하는 단계Outputting the second laser system such that a second spot region at least partially overlaps the first spot region and enters a second target position into the second spot region smaller than 25 μm across the surface of the substrate material Steps to induce 를 포함하는,Including, 기판을 레이저 처리하는 방법.A method of laser processing a substrate. 제 1항에 있어서, 상기 기판 물질은, 상기 기판 물질 내 절단부(cut)를 통해 진행하는 상기 제 1 또는 제 2 레이저 시스템 출력의 하나 이상의 출력을 반사하지 않는 표면 물질을 갖는 척(chuck)에 의해 지지되는, 기판을 레이저 처리하는 방법.The substrate material of claim 1, wherein the substrate material is chucked by a chuck having a surface material that does not reflect one or more outputs of the first or second laser system output proceeding through a cut in the substrate material. A method of laser processing a substrate that is supported. 제 2항에 있어서, 상기 기판 물질은 뒷면 표면(back surface)을 갖고, 상기 척의 표면 물질은 상기 기판 물질 내 절단부를 통해 진행하는 레이저 시스템 출력으로부터 상기 기판 물질의 뒷면 표면에 대한 레이저 손상을 방지하는, 기판을 레이저 처리하는 방법.3. The substrate material of claim 2, wherein the substrate material has a back surface, wherein the surface material of the chuck prevents laser damage to the back surface of the substrate material from laser system output proceeding through cuts in the substrate material. Method of laser processing a substrate. 제 2항에 있어서, 상기 척의 표면 물질은 상기 기판 물질 내 절단부를 통해 진행하는 상기 제 1 또는 제 2 레이저 시스템 출력의 하나 이상의 출력에 투명한(transparent), 기판을 레이저 처리하는 방법.3. The method of claim 2, wherein the surface material of the chuck is transparent to one or more outputs of the first or second laser system output proceeding through cuts in the substrate material. 제 2항에 있어서, 상기 척의 표면 물질은 상기 기판 물질 내 절단부를 통해 진행하는 제 1 레이저 시스템 출력 또는 제 2 레이저 시스템 출력 또는 제 1 및 제 2 레이저 시스템 출력의 파장을 흡수하는, 기판을 레이저 처리하는 방법.3. The substrate processing of claim 2, wherein the surface material of the chuck absorbs wavelengths of a first laser system output or a second laser system output or first and second laser system outputs that proceed through cuts in the substrate material. How to. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 레이저 시스템 출력은 서로 다른 레이저에 의해 생성되는, 기판을 레이저 처리하는 방법.The method of claim 1, wherein the first and second laser system outputs are generated by different lasers. 제 6항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 레이저 시스템 출력은 서로 다른 파장을 포함하는, 기판을 레이저 처리하는 방법.7. The method of claim 6, wherein the first and second laser system outputs comprise different wavelengths. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 레이저 시스템 출력은 동일한 레이저에 의해 생성되는, 기판을 레이저 처리하는 방법.The method of claim 1, wherein the first and second laser system outputs are generated by the same laser. 제 2항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 레이저 시스템 출력은 서로 다른 레이저에 의해 생성되는, 기판을 레이저 처리하는 방법.3. The method of claim 2, wherein the first and second laser system outputs are generated by different lasers. 제 9항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 레이저 시스템 출력은 서로 다른 파장을 포함하는, 기판을 레이저 처리하는 방법.10. The method of claim 9, wherein the first and second laser system outputs comprise different wavelengths. 제 1항에 있어서, 상기 기판 물질은 100㎛보다 작은 기판 물질 깊이를 갖고 상기 제 1 또는 제 2 레이저 시스템 출력 중 하나 이상의 출력은 1-25㎛의 스팟 영역과 100-1500μJ의 펄스당 에너지를 갖는, 기판을 레이저 처리하는 방법.The method of claim 1, wherein the substrate material has a substrate material depth of less than 100 μm and at least one of the first or second laser system outputs has a spot area of 1-25 μm and energy per pulse of 100-1500 μJ. Method of laser processing a substrate. 제 1항에 있어서, 상기 기판 물질은 100㎛보다 더 큰 기판 물질 깊이를 갖고 상기 제 1 또는 제 2 레이저 시스템 출력 중 하나 이상의 출력은 1-25㎛의 스팟 영역과 100-1500μJ의 펄스당 에너지를 갖는, 기판을 레이저 처리하는 방법.The method of claim 1, wherein the substrate material has a substrate material depth greater than 100 μm and at least one of the first or second laser system outputs has a spot area of 1-25 μm and energy per pulse of 100-1500 μJ. A method of laser processing a substrate. 제 12항에 있어서, 상기 기판 물질은 300㎛보다 더 큰 기판 물질 깊이를 갖는, 기판을 레이저 처리하는 방법.The method of claim 12, wherein the substrate material has a substrate material depth greater than 300 μm. 제 13항에 있어서, 상기 제 1 또는 제 2 레이저 시스템 출력의 하나 이상의 출력은 360 μJ보다 더 큰 출력 펄스 에너지를 갖는, 기판을 레이저 처리하는 방법.The method of claim 13, wherein the one or more outputs of the first or second laser system output have an output pulse energy greater than 360 μJ. 제 13항에 있어서, 상기 제 1 또는 제 2 레이저 시스템 출력의 하나 이상의 출력은 10kHz보다 더 큰 펄스 반복 주파수에서 생성되는, 기판을 레이저 처리하는 방법.The method of claim 13, wherein one or more outputs of the first or second laser system output are generated at a pulse repetition frequency greater than 10 kHz. 제 1항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 15, 위치 설정 신호 처리기로부터의 저속 및 고속 이동 제어 신호를 제공하는 단계와,Providing a low speed and high speed movement control signal from a positioning signal processor; 상기 저속 이동 제어 신호에 응답하여 저속 위치기 구동기(slow positioner driver)로 병진 스테이지의 넓은 범위의 상대 이동을 제어하는 단계와,Controlling a wide range of relative movement of the translation stage with a slow positioner driver in response to the slow movement control signal; 상기 기판 물질의 표면에 절단 프로파일을 형성하기 위해 상기 고속 이동 제어 신호에 응답하여 고속 위치기 구동기(fast positioner driver)로 고속 위치기의 좁은 범위의 상대 이동을 제어하는 단계Controlling a narrow range of relative movement of the fast positioner with a fast positioner driver in response to the fast movement control signal to form a cut profile on the surface of the substrate material 를 더 포함하는,Further comprising, 기판을 레이저 처리하는 방법.A method of laser processing a substrate. 제 1항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 15, 50㎛를 초과하는 두께의 기판 물질을 통해 20:1보다 더 큰 에스팩트 비(aspect ratio)를 갖는 관통 홀을 형성하는 단계를 더 포함하는,Further comprising forming a through hole having an aspect ratio of greater than 20: 1 through a substrate material having a thickness greater than 50 μm, 기판을 레이저 처리하는 방법.A method of laser processing a substrate. 제 17항에 있어서, 상기 제 1 또는 제 2 레이저 시스템 출력의 하나 이상의 출력은 5개 이상의 레이저 시스템 출력 펄스를 포함하는, 기판을 레이저 처리하는 방법.18. The method of claim 17, wherein at least one output of the first or second laser system output comprises at least five laser system output pulses. 제 17항에 있어서, 상기 제 1 또는 제 2 레이저 시스템 출력은 상기 기판 물질의 앞면 표면(front surface)에 입사되고 상기 관통 홀은 상기 기판 물질의 뒷면 표면(back surface)을 관통하며, 상기 방법은,18. The method of claim 17, wherein the first or second laser system output is incident on a front surface of the substrate material and the through hole penetrates through a back surface of the substrate material. , 상기 기판 물질의 뒷면 표면에 대한 처리를 수행하도록 디바이스를 정렬하기 위해 상기 뒷면 표면 상의 관통 홀을 사용하는 단계를 더 포함하는, 기판을 레이저 처리하는 방법.Using a through hole on the back surface to align the device to perform a treatment on the back surface of the substrate material. 제 17항에 있어서, 2개 이상의 관통 홀이 형성되고, 상기 2개 이상의 관통 홀은 추가 처리를 위해 상기 기판 물질의 뒷면 표면을 정렬하기 위해 사용되는, 기판을 레이저 처리하는 방법.18. The method of claim 17, wherein at least two through holes are formed and the at least two through holes are used to align the back surface of the substrate material for further processing. 제 17항에 있어서, 상기 제 1 또는 제 2 레이저 시스템 출력은 상기 기판 물질의 앞면 표면에 입사되고, 상기 관통 홀은 상기 기판 물질의 뒷면 표면을 관통하며, 상기 기판은 관통 홀 처리를 위한 목표 위치의 아래에 공동(cavity)을 갖는 표면 물질을 갖는 척(chuck)에 의해 지지되는, 기판을 레이저 처리하는 방법.18. The method of claim 17, wherein the first or second laser system output is incident on the front surface of the substrate material, the through hole penetrates the back surface of the substrate material, and the substrate is a target location for through hole processing. A method of laser processing a substrate, supported by a chuck having a surface material having a cavity underneath. 제 1항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 스팟 영역 또는 제 2 스팟 영역보다 더 큰 세로방향의 치수(lengthwise dimension)를 갖는 절삭부(kerf)를 형성하는 단계를 더 포함하는, 기판을 레이저 처리하는 방법.16. The method of any of claims 1-15, further comprising forming a kerf having a lengthwise dimension that is greater than the first spot area or the second spot area. Method of laser processing a substrate. 제 22항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 레이저 시스템 출력의 특징은 용융 립(melt lip)의 형성을 방지하는, 기판을 레이저 처리하는 방법.23. The method of claim 22, wherein the characteristic of the first and second laser system outputs prevents the formation of melt lip. 제 22항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 레이저 시스템 출력의 특징은 슬래그(slag)의 형성을 방지하는, 기판을 레이저 처리하는 방법.23. The method of claim 22, wherein the characteristic of the first and second laser system outputs prevents the formation of slag. 제 22항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 레이저 시스템 출력의 특징은 상기 절삭부의 단부(edge)의 벗겨짐(peel back)을 방지하는, 기판을 레이저 처리하는 방법.23. The method of claim 22, wherein the characteristic of the first and second laser system outputs prevents peel back of the edge of the cutout. 제 22항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 레이저 시스템 출력의 특징은 상기 절삭부의 단부를 따라서 손상을 방지하는, 기판을 레이저 처리하는 방법.23. The method of claim 22, wherein the characteristics of the first and second laser system outputs prevent damage along the ends of the cutout. 제 22항에 있어서,The method of claim 22, 5kHz 보다 큰 펄스 반복 주파수에서 100 μJ보다 큰 출력 펄스 에너지를 갖는 400nm보다 짧은 파장의 연속적인 레이저 시스템 출력을 생성하는 단계와,Generating a continuous laser system output of wavelength shorter than 400 nm with an output pulse energy greater than 100 μJ at a pulse repetition frequency greater than 5 kHz, 상기 절삭부(kerf)를 형성하기 위하여 연속적인 스팟 영역이 적어도 부분적으로 각 선행하는 스팟 영역(preceding spot areas)과 중복되도록 상기 기판 물질의 표면을 가로질러 25㎛보다 작은 스팟 영역으로 연속적인 목표 위치에 입사하도록 상기 연속적인 레이저 시스템 출력을 유도(directing)하는 단계A continuous target position with a spot area of less than 25 μm across the surface of the substrate material such that a continuous spot area overlaps at least partially each of the leading spot areas to form the kerf Directing the continuous laser system output to enter 를 더 포함하는,Further comprising, 기판을 레이저 처리하는 방법.A method of laser processing a substrate. 제 22항에 있어서, 상기 절삭부는 곡선 프로파일을 포함하는, 기판을 레이저 처리하는 방법.The method of claim 22, wherein the cut comprises a curved profile. 제 22항에 있어서, The method of claim 22, 상기 기판 물질은 바닥(bottoms)을 갖는 깊은 절삭부(deep kerf)를 갖고, 상기 깊은 절삭부는, 마이크로회로 디바이스(microcircuit devices)를 분리하지만 이 마이크로회로 디바이스를 연결하도록 상기 깊은 절삭부의 바닥에서 상기 기판 물질을 충분한 두께로 유지하고, 상기 방법은,The substrate material has a deep kerf with bottoms, the deep cutout separating the microcircuit devices but connecting the substrate at the bottom of the deep cutout to connect the microcircuit devices. Keep the material at a sufficient thickness, and the method 상기 마이크로회로 디바이스를 분리하기 위해 상기 제 1 및 제 2 레이저 시스템 출력을 사용하는 단계를 더 포함하는, 기판을 레이저 처리하는 방법.Using the first and second laser system outputs to separate the microcircuit device. 제 22항에 있어서, 상기 기판 물질은 척(chuck)에 의해 지지되며, 상기 기판 물질은 기판 깊이를 갖고, 상기 절삭부는 상기 기판 깊이를 통해 확장하며, 상기 척은 절삭부를 통해 처리가 발생하는 개구를 갖는, 기판을 레이저 처리하는 방법.23. The opening of claim 22, wherein the substrate material is supported by a chuck, the substrate material has a substrate depth, the cutting portion extends through the substrate depth, and the chuck is an opening through which processing occurs. A method of laser processing a substrate having a. 제 1항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 15, 상기 기판을 포함하는 작업물의 제 1 표면상의 제 1 특징부(feature)를 식별하는 단계와,Identifying a first feature on the first surface of the workpiece including the substrate; 제 1 목표 위치가 상기 제 1 표면 위에 상기 작업물을 관통하게 될 절단부에 근접하게 있도록 상기 제 1 표면상의 상기 제 1 특징부에 대해 레이저 시스템의 제 1 목표 위치를 정렬하는 단계와,Aligning a first target position of a laser system with respect to the first feature on the first surface such that a first target position is close to a cut that will penetrate the workpiece over the first surface; 물질 깊이보다 깊지 않은 절삭부 깊이로 제 1 절삭부를 형성하기 위해 상기 제 1 목표 위치에서 그것과 선형적으로 상기 제 1 표면에 입사하도록 제 1 및 제 2 레이저 시스템 출력의 하나 이상의 제 1 펄스를 유도하는 단계와,Inducing one or more first pulses of the first and second laser system outputs to linearly enter the first surface at the first target position and at the first target position to form the first cut to a depth of cut not deeper than the material depth To do that, 제 2 목표 위치가 제 2 표면 위에 상기 작업물을 관통하게 될 절단부에 근접하게 상기 제 1 목표 위치와 동일 평면 상에 있도록 상기 제 1 표면 또는 상기 제 2 표면 상의 제 2 특징부에 대해 상기 레이저 시스템의 제 2 목표 위치를 정렬하는 단계와,The laser system with respect to the first surface or a second feature on the second surface such that a second target position is coplanar with the first target position proximate to a cut that will penetrate the workpiece over a second surface. Aligning a second target location of the; 상기 작업물을 관통하는 절단부를 형성하도록 상기 제 1 절삭부와 동일한 평면에 제 2 절삭부를 형성하기 위하여 상기 제 2 목표 위치에서 그것과 선형적으로 상기 제 2 표면에 입사하도록 제 1 및 제 2 레이저 시스템 출력의 하나 이상의 제 2 펄스를 유도하는 단계First and second lasers to be incident on the second surface linearly with the second target position to form a second cut in the same plane as the first cut to form a cut through the workpiece Inducing one or more second pulses of the system output 를 더 포함하는,Further comprising, 기판을 레이저 처리하는 방법.A method of laser processing a substrate. 제 31항에 있어서, 제 1 및 제 2 특징부는, 상기 물질 깊이를 통해 레이저 드릴링되고 상기 제 1 및 제 2 표면 상에 투명한 각각의 관통 홀을 포함하는, 기판을 레이저 처리하는 방법.32. The method of claim 31, wherein the first and second features include respective through holes laser drilled through the material depth and transparent on the first and second surfaces. 실리콘, GaAs, 인화인듐, 탄화실리콘, 질화실리콘, Ge:Si, 또는 단결정 사파이어 중 하나 이상을 포함하는 작업물 기판을 처리하기 위해 제 16항의 방법을 사용하는 레이저 시스템.A laser system using the method of claim 16 to treat a workpiece substrate comprising at least one of silicon, GaAs, indium phosphide, silicon carbide, silicon nitride, Ge: Si, or single crystal sapphire. 제 3항 내지 제 8항 또는 제 11항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판 물질은, 상기 기판 물질 내 절단부를 통해 진행하는 상기 제 1 또는 제 2 레이저 시스템 출력의 하나 이상의 출력을 반사하지 않는 표면 물질을 갖는 척에 의해 지지되는, 기판을 레이저 처리하는 방법.16. The substrate material of any one of claims 3 to 8 or 11 to 15, wherein the substrate material is adapted to output one or more outputs of the first or second laser system output that proceed through cuts in the substrate material. A method of laser processing a substrate, supported by a chuck having a surface material that does not reflect. 제 34항에 있어서,The method of claim 34, 위치 설정 신호 처리기로부터의 저속 및 고속 이동 제어 신호를 제공하는 단계와,Providing a low speed and high speed movement control signal from a positioning signal processor; 상기 저속 이동 제어 신호에 응답하여 저속 위치기 구동기로 병진 스테이지의 넓은 범위의 상대 이동을 제어하는 단계와,Controlling a wide range of relative movement of the translation stage with a low speed locator driver in response to the low speed movement control signal; 상기 기판 물질의 표면에 절단 프로파일을 형성하기 위해 상기 고속 이동 제어 신호에 응답하여 고속 위치기 구동기로 고속 위치기의 좁은 범위의 상대 이동을 제어하는 단계Controlling a narrow range of relative movement of the high speed locator with a high speed locator driver in response to the high speed movement control signal to form a cut profile on the surface of the substrate material 를 더 포함하는, 기판을 레이저 처리하는 방법.Further comprising a method of laser processing the substrate. 제 34항에 있어서, 50㎛를 초과하는 두께의 기판 물질을 통해 20:1보다 더 큰 에스팩트 비(aspect ratio)를 갖는 관통 홀을 형성하는 단계를 더 포함하는, 기판을 레이저 처리하는 방법.35. The method of claim 34, further comprising forming a through hole having an aspect ratio greater than 20: 1 through a substrate material having a thickness greater than 50 microns. 제 36항에 있어서, 상기 제 1 또는 제 2 레이저 시스템 출력의 하나 이상의 출력은 5개 이상의 레이저 시스템 출력 펄스를 포함하는, 기판을 레이저 처리하는 방법.37. The method of claim 36, wherein one or more outputs of the first or second laser system outputs comprise five or more laser system output pulses. 제 36항에 있어서, 상기 제 1 또는 제 2 레이저 시스템 출력은 기판 물질의 앞면 표면에 입사되고, 상기 관통 홀은 기판 표면의 뒷면 표면을 관통하며, 상기 방법은,37. The method of claim 36, wherein the first or second laser system output is incident on the front surface of the substrate material, the through holes penetrate the back surface of the substrate surface, and the method further comprises: 상기 기판 물질의 뒷면 표면에 대한 처리를 수행하도록 디바이스를 정렬하기 위해 상기 뒷면 표면 상의 관통 홀을 사용하는 단계를 더 포함하는, 기판을 레이저 처리하는 방법.Using a through hole on the back surface to align the device to perform a treatment on the back surface of the substrate material. 제 36항에 있어서, 2개 이상의 관통 홀이 형성되고, 상기 2개 이상의 관통 홀은 추가 처리를 위해 상기 기판 물질의 뒷면 표면을 정렬하기 위해 사용되는, 기판을 레이저 처리하는 방법.37. The method of claim 36, wherein at least two through holes are formed and the at least two through holes are used to align the back surface of the substrate material for further processing. 제 36항에 있어서, 상기 제 1 또는 제 2 레이저 시스템 출력은 기판 물질의 앞면 표면에 입사되고, 상기 관통 홀은 기판 표면의 뒷면 표면을 관통하며, 상기 기판은 관통 홀 처리를 위한 목표 위치의 아래에 공동을 가지는 표면 물질을 가지는 척에 의해 지지되는, 기판을 레이저 처리하는 방법.37. The substrate of claim 36, wherein the first or second laser system output is incident on the front surface of the substrate material, the through hole penetrates the back surface of the substrate surface, and the substrate is below a target position for through hole treatment. Wherein the substrate is supported by a chuck having a surface material having a cavity therein. 제 1항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 레이저 시스템 출력은 0.1 내지 10μm의 바이트 크기(bite size)를 제공하는, 기판을 레이저 처리하는 방법.The method of claim 1, wherein the first and second laser system outputs provide a bite size of 0.1 to 10 μm. 제 1항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 레이저 시스템 출력은 1500μJ보다 더 작은 출력 펄스 에너지를 갖는, 기판을 레이저 처리하는 방법.The method of claim 1, wherein the first and second laser system outputs have an output pulse energy of less than 1500 μJ. 제 2항에 있어서, 상기 척은 MgF₂ 또는 CaF₂를 포함하는, 기판을 레이저 처리하는 방법.The method of claim 2, wherein the chuck comprises MgF ₂ or CaF ₂ . 제 17항에 있어서, 상기 기판은 500㎛보다 더 큰 깊이를 갖는, 기판을 레이저 처리하는 방법.The method of claim 17, wherein the substrate has a depth greater than 500 μm. 제 34항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 레이저 시스템 출력은 0.1 내지 10μm의 바이트 크기(bite size)를 제공하는, 기판을 레이저 처리하는 방법.35. The method of claim 34, wherein the first and second laser system outputs provide a bite size of 0.1 to 10 microns. 제 16항에 있어서, 상기 제 1 또는 제 2 레이저 시스템 출력의 하나 이상의 출력은 3-20㎛의 스팟 영역과 200-1000μJ의 펄스당 에너지를 갖는, 기판을 레이저 처리하는 방법.The method of claim 16, wherein the one or more outputs of the first or second laser system output have a spot area of 3-20 μm and an energy per pulse of 200-1000 μJ. 제 16항에 있어서, 상기 제 1 또는 제 2 레이저 시스템 출력의 하나 이상의 출력은 8-15㎛의 스팟 영역과 300-800μJ의 펄스당 에너지를 갖는, 기판을 레이저 처리하는 방법.The method of claim 16, wherein the one or more outputs of the first or second laser system outputs have a spot area of 8-15 μm and energy per pulse of 300-800 μJ.

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