KR20100015895A

KR20100015895A - 반도체 바디로부터 얇은 디스크 또는 필름을 제조하기 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20100015895A
Application number: KR1020097022306A
Authority: KR
Inventors: 크리스토퍼 에이세레
Original assignee: 크리스토퍼 에이세레
Priority date: 2007-04-17
Filing date: 2008-04-15
Publication date: 2010-02-12
Also published as: EP2139657A1; US20100117199A1; JP2010525559A; DE102007018080B3; DE112008001002A5; WO2008125098A1

Abstract

본 발명은 반도체 바디(1)로부터 얇은 디스크 또는 필름(3)을 제조하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 바람직하게, 레이저는 절삭 공구(2)로서 이용된다. 점 형태의 강도 프로파일보다는 선형 강도 프로파일이 생성되어 반도체 필름(3)을 절삭할 수 있도록, 상기 레이저 빔이, 적합한 광학 수단(예를 들어, 원통형 렌즈, 또는 회절성 광학 소자)을 이용하여 포커싱된다. 게다가, 파팅 라인이 반도체 바디(1)의 전체 폭을 가로질러 형성되도록 한 줄로 몇몇의 선형 강도 프로파일을 배치하는 것이 선호되며, 이에 따라 전체 절삭 선은 어느 정도 일정하게 제거될 수 있다(레이저의 반복률로). 이상적으로, 반도체 바디(1)를 대향하는 초점 레이저 빔의 주변 빔들은 반도체 바디(1)의 변부에 대해 평행하게 연장되어야 한다. 반도체 필름(3)을 대향한 측면 상에서, 절삭 공구(2)의 팁(9) 근처에서 주변 빔은 반도체 필름(3)의 곡률 반경을 따르며, 초점(절삭 공구(2)의 팁)으로부터의 거리가 증가됨에 따라 간격이 증가된다.

Description

반도체 바디로부터 얇은 디스크 또는 필름을 제조하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR THE PRODUCTION OF THIN DISKS OR FILMS FROM SEMICONDUCTOR BODIES}

본 발명은 다결정 블록(잉곳, ingot) 또는 단결정 로드와 같은 반도체 바디로부터 얇은 디스크 또는 필름을 제조하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로 취성의 단단한 가공물(예를 들어 실리콘)을 절삭하기 위해 와이어 소우(wire saw)가 이용된다. 실질적으로, 2가지의 방법이 이용된다(DE 19959414호에 기술됨). 랩핑(lapping)에 의해 절단 시 슬러리(slurry)가 이용되는 반면, 절단 그라인딩 공정(parting-off grinding process) 시 절삭 그레인이 와이어로 고정되게 부착된다. 이러한 두 방법에 대해 절삭 공정은 와이어와 가공물 사이의 상대적인 움직임에 의해 수행된다. 이러한 상대적인 움직임은 가공물이 이의 종방향 축 주위에서 회전함으로써 DE 19959474호에서 구현된다. 일반적으로, 와이어는 예를 들어 편향 롤러의 도움으로 가공물에 의해 반복적으로 이동되고 안내되며, 이에 따라 다수의 디스크가 동시에 분리될 수 있다. 취성의 다이아몬드 와이어 소우를 이 용하여 절단 그라인딩 공정 시 게이팅 멀티-와이어 소우(DE 19959414)가 적합한 디플렉션이며, 이는 와이어가 디플렉션에 의해 기계적으로 하중이 실리지 않기 때문이다.

광전지 산업에 대해 대략 200 ㎛의 두께를 가진 실리콘 디스크를 제조하기 위하여, 와이어 소우가 널리 이용된다. 동시에, 최소의 소잉 간격(sawing gap)이 와이어 직경 및 슬러리에 의해 제한된다.

US 2004055634호에 기술된 바와 같이 단-결정 실리콘 로드를 분리하는 단계(splitting)는 실리콘 웨이퍼를 제조하기 위한 흥미로운 대체 방법이다. 동시에, 실리콘 로드의 외측 표면은 표적 격자 결함을 형성하기 위해 이온 빔, 전자 빔 또는 레이저 빔이 국소적으로 조사된다. 이는 결정 축에 의해 형성되는 선을 따라 발생되며, 이에 따라 후속 분리 평면은 결정 격자 평면에 해당한다. 분리 공정은 예를 들어 형성된 격자 결함을 따라 기계적 전단력에 의해 수행된다. 분리 공정 시, 절삭 로스가 발생되지 않는다. 이에 따른 추가 장점으로는 분리 표면이 깨끗해지며, 분리 공정이 신속해지고, 뿐만 아니라 표면이 상당히 평평해진다. US 2004055634호는 실리콘 로드 길이의 미터 당 10,000개의 웨이퍼의 이용을 나타낸다.

레이저 빔이 실리콘 로드의 외측 표면을 국소적으로 가열하기 위해 이용될 때, 진공 환경은 필요 없을 수 있다. DE 3403826호에서, 외측 표면을 둘러싸는 요홈 내의 노치가 표적 방식(targeted manner)으로 국소적으로 가열되는 방식을 기술한다. 열 충격 처리(temperature shock treatment)를 이용하여, 그 뒤 디스크는 로 드로부터 이격되도록 블라스트된다. 그러나, 노치의 기계적인 가공으로 인해 실리콘 디스크의 두께는 상대적으로 낮은 한계치를 가진다.

JP 2002184724호에서, 외측 표면은 초점 엑시머 레이저 빔을 이용하여 국소적으로 가열된다. 이러한 방법은 US 2004055634호에 기술된 바와 같이 개시 물질로 단일의 크리스털이 요구된다. 분리를 포함한 절삭 방법을 위해, 미래에는 얇은 반도체 디스크를 제조하기 위해 경제적인 방법이 구현될 수 있다.

또한, US 2005199592호는 레이저 방사선에 의해 실리콘을 절삭하기 위한 절삭 방법을 기술한다. 그러나, 이는 실리콘 디스크를 개별 칩으로 절삭하는 단계이다. 이를 위해, Nd:YAG 레이저(1064 nm)가 디스크의 내부에 초점이 생기도록 포커싱된다. 이에 따라 마이크로-크랙이 발생되며, 이는 적합한 장치에 의해 디스크에 대한 사전정해진 파괴 지점으로 된다. 추가적으로, 노치가 다이아몬드 공구 또는 레이저를 이용하여 표면상에 기계적으로 형성된다면, 파괴선은 보다 더욱 정밀하게 형성된 선일 수 있다. 이러한 디스크는 사전 형성된 선을 따라 기계적인 스트레스에 의해 파괴될 수 있다. US 2005199592호는 예를 들어 625 m의 두께를 가진 디스크가 분할될 수 있는 방법을 기술한다. 이러한 디스크 두께에 대해, 파괴 변부가 표적 방식으로 형성될 수 있지만 이러한 방법은 임의의 재료 두께로 형성하지 못하며, 이는 포커싱 옵틱스의 가공 거리와 레이저 방사선의 흡수가 침투 깊이를 제한하기 때문이다.

항시, 초점 레이저 빔을 이용하여 재료 가공이 수행되며, 여기서 가공 범위는 초점의 직접적인 환경으로 제한된다. DE 19518263호는 재료 가공을 위한 장치를 기술하며, 여기서 레이저 방사선이 액체 제트로 재료 표면으로 안내된다. 추가적으로, 특정 노즐에 의해 초점 레이저 빔은 가능한 박편과 같이 유체 제트로 결합된다. 또한, 이러한 방법은 실리콘 디스크의 절삭에 적용될 수 있다. 여기서, 일반적으로 50 ㎛의 절삭 폭은 실질적으로 유체 제트에 의해 결정된다. 그러나, 이러한 방법은 나노세컨드 펄스의 이용에도 불구하고 용융된 영역이 발생되며, 이는 재-고상화 이후 가공물의 기계적 안정성에 부정적인 영향을 미친다.

장치가 상대적으로 짧은 레이저 펄스를 이용하여 작동된다면 용융된 영역은 현저히 감소될 수 있다. DE 10020559호는 초단 레이저 펄스(ultra-short laser pulse)를 이용하여 가공되는 재료에 대한 장점을 기술한다. 초단 레이저 펄스(fs 레이저 펄스)를 이용하여 가공되는 재료의 특정의 장점은 재료의 극히 정밀한 절삭 및/또는 제거에 있으며, 이는 열 및 기계적 손상을 최소화시킨다. 서브-㎛ 범위의 제거 속도는 500nm보다 작은 절삭 폭에 따라 얻어질 수 있다. 열적으로 그리고 기계적으로 최소화된 손상의 가공은 나노세컨드 펄스를 이용한 가공에 대해 선호된다.

그러나 한정된 초점 폭 내에서 가공될 때 작은 절삭 폭이 얻어질 수 있다. 상대적으로 깊은 절삭 깊이의 경우, 절삭 선의 폭은 빔 포커싱으로 인해 이에 따라 증가된다.

실리콘은 펨토세컨드 펄스를 이용하여 가공될 수 있으며, 이에 따라 상기 언급된 장점이 이용된다. 게다가, 50 ㎛ 두께의 실리콘 디스크를 분리할 때, 10-15 ㎛의 절삭 선이 얻어진다. 또한, 절삭 선을 따라 정렬된 선형 빔 프로파일은 점 형 태의 빔 프로파일에 비해 증가된 제거 속도를 구현한다. 좁은 절삭 선에 대해 가공 범위는 초점 주위에서 공간적으로 제한된 영역으로 한정된다. 게다가, 좁은 절삭 선의 폭은 강성의 실리콘 디스크를 제조할 수 없다.

본 발명에 따르는 목적은 반도체 바디를 절삭함으로써 얇은 반도체 필름, 특히 실리콘 필름을 제조하기 위한 방법 및 이러한 방법을 수행하기 위한 장치를 제공하는 데 있다.

상기 언급된 문제점은 청구항 제 1 항에 따르는 방법 및 청구항 제 15 항에 따르는 장치에 의해 해결된다.

반도체 재료와 같이 취성의 단단한 재료(brittle-hard material)는 상당한 강성을 가지며(stiff) 깨지기 쉽기 때문에, 바람직하게 본 발명에 따르는 방법은 반도체 디스크가 보다 얇아질수록 보다 유연해지는 특성을 이용한다.

절삭 공구를 이용하여 얇은 반도체 필름, 특히 실리콘 필름을 제조하기 위한 방법은 하기 방법의 단계,

a. 반도체 바디를 제공하는 단계,

b. 반도체 바디에 인접하게 절삭 공구를 이동시키는 단계,

c. 반도체 바디로부터 반도체 필름을 연속적으로 분리시키기 위해 절삭 공구와 반도체 바디 사이에 상대적인 운동을 수행하는 단계,

d. 반도체 바디로부터 반도체 필름의 이미 자유롭게 절삭된 부분을 브레이싱하는 단계,

e. 필요 시 분리된 반도체 필름의 이미 자유롭게 절삭된 부분을 지지하는 단계 및

f. 반도체 필름의 완벽히 분리된 부분을 제거하고, 이를 추가 가공 스테이지 또는 저장 위치로 보내는 단계를 수행한다면 특히 선호된다.

이러한 방법은 반도체 필름이 반도체 블록의 영역으로부터 분리에 의해 제조될 때 또는 반도체 필름이 반도체 로드의 외측 표면으로부터 접선방향 분리에 의해 제조될 때 특히 선호된다. 바람직하게, 몇몇의 필름은 반도체 로드의 원주 주위에서 접선방향으로 오프셋 설정된 지점에서 반도체 로드의 외측 표면을 다수 분리시킴으로써 동시에 분리될 수 있다.

본 발명에 따르는 방법은 반도체 바디로부터 이격되도록 반도체 필름의 이미 분리된 부분을 브레이싱함으로써 절삭 공구에 대해 자유 공간이 형성된다면 특히 선호적으로 이용될 수 있으며, 여기서 자유 공간은 반도체 바디의 표면, 절삭 공구의 팁 및 반도체를 향하여 대향한 브레이싱된 반도체 필름의 표면에 의해 형성된다.

분리를 위해, 펄스형 강력한 초점 레이저 빔 및/또는 액체 또는 가스상 에칭 매질을 포함한 프로브(probe)가 이용될 수 있다. 진공 상태 하에서 또는 특정의 가스 대기 상태 하에서 분리 단계가 수행되는 것이 선호될 수 있다. 게다가, 바람직하게 초점 레이저 빔은 분리되는 동안 반도체 재료를 변형시키고, 변형된 반도체 재료는 액체 또는 가스상 에칭 매질을 이용하여 제거된다.

바람직하게, 반도체 필름은 반도체 로드의 외측 표면의 상기 언급된 접선방향 분리에 의해 그리고 반도체 로드의 원주 주위에서 접선방향으로 오프셋 설정된 다수의 분리에 의해 임의의 선호되는 길이로 형성될 수 있으며, 몇몇의 반도체 필름은 임의의 선호되는 길이로 동시에 제조될 수 있다.

분리는 200°C보다 높은 가공물 온도에서 수행되는 것이 특히 선호된다.

바람직하게, 본 발명에 따르는 방법은 반도체 필름의 자유롭게 절삭 부분을 브레이싱하기 위한 수단 및 반도체 필름의 자유롭게 절삭된 부분을 지지하기 위한 수단을 포함한 장치를 이용하여 수행될 수 있다. 반도체 필름의 자유롭게 절삭된 부분을 브레이싱하기 위한 수단은 인장 수단 및/또는 압축 수단으로 구성될 수 있으며, 반도체 필름의 자유롭게 절삭된 부분과 접촉될 수 있다. 이러한 수단은 예를 들어 정전기 장치로 구성될 수 있으며, 반도체 필름의 자유롭게 절삭된 부분과 접촉될 수 있다. 그러나, 이러한 수단은 음의 압력 또는 초과 압력에 따라 작동되는 장치로 구성될 수 있다. 반도체 필름의 자유롭게 절삭된 부분과 접촉되는, 특히 진공 상태 하에서 작동되는 장치가 선호된다.

바람직하게, 반도체 필름의 자유롭게 절삭된 부분을 지지하기 위한 수단은 브레이싱된 반도체 필름의 곡률 반경이 최소값 아래로 떨어지지 않도록 반도체 필름의 이미 분리된 부분을 지지하고, 지지 롤러의 형태로 구성된다.

이를 위해, 바람직하게 지지 롤러는 브레이싱된 반도체 필름이 오직 탄성 변형되도록 구성된다.

바람직하게 이러한 방법을 수행하기 위한 장치가 제공되며, 예를 들어 절삭 공구는 펄스형 레이저에 의해 구현되고, 이러한 펄스형 레이저의 펄스 길이는 10e-9s보다 작고, 펄스형 레이저는 우수한 빔 품질을 가져야 하고, 강력히 포커싱되어야 한다.

표면 분리를 위해, 선형 강도 프로파일을 가진 레이저가 이용될 수 있다.

또한, 바람직하게 레이저는 매질 내에서 가공 지점에 인접하게 보내질 수 있다. 이러한 매질은 광학 섬유일 수 있다.

게다가, 바람직하게 파이버 레이저(fiber laser)가 이용될 수 있다. 또한 이는 주파수 체배형 레이저(frequency multiplied laser)가 이용될 수 있다.

실례의 실시예의 도움으로, 본 발명은 도면에 기초하여 보다 상세히 명확해질 것이다.

도 1은 분리 공정의 도면.

도 2는 접선방향 분리 공정의 도면.

도 3은 자유 공간에 따른 도 2의 접선방향 분리의 도면.

도 4는 자유 공간에 따른 다수의 접선방향 분리의 도면.

도 5는 자유 공간에 따른 도 1의 분리 공정의 도면.

*도면 부호*

1: 반도체 바디 2: 절삭 공구

3: 반도체 필름 4: 절삭 선

5: 절삭 선의 폭 6: 자유 공간

7: 절삭 표면 8: 반도체 필름상의 표면

9: 절삭 공구의 팁 10: 지지 롤러

11: 반도체 로드 31, 32: 반도체 필름

101: 지지 롤러 102: 지지 롤러

도 1에서, 고정구(fixture)(도시되지 않음)에 의해 머신 툴(도시되지 않음) 상에 배열되는 반도체 바디(1)가 도시된다. 절삭 공구(cutting tool, 2)는 반도체 바디(1)와 접촉된 상태(engagement)로 배열되며, 반도체 바디(1)로부터 반도체 필름(3)을 절삭하기 위해 이용된다.

실리콘 블록과 같은 반도체 바디는 특정의 취성 경도를 가지기 때문에 가공하기가 어려운 재료로 구성된다. 현존하는 가공 방법은 본 명세서의 도입부에서 이미 상세하게 기술되었다. 본 발명에 따르는 절삭 공구는 초점 레이저 빔(focused laser beam), 레이저 빔에 대한 매질로서 한 지점으로 테이퍼 구성된 광학 섬유, 에칭 매질을 포함한 프로브, 기계식 공구 또는 그 외의 다른 적합한 절삭 공구로 구성될 수 있다. 하기에서, 절삭 공구(2)는 단지 매우 좁은 절삭선 폭(5)을 가진 절삭 선(4)을 형성할 수 있는 강력한 초점 레이저 빔으로 가정된다. 본 발명에 따르는 절삭 단계 동안 생성된 반도체 필름(3)의 브레이싱(bracing)에 의해 자유 공 간(6)이 반도체 바디(1)와 분리된 반도체 필름(3) 사이에 형성되며, 이의 경계면 사이에서 절삭 공구(2)가 작동될 수 있다. 상기 자유 공간(6)은 반도체 바디(1) 상의 절삭 표면(7)에 의해 경계가 형성되고, 도 5에 따라 보다 상세히 기술되는 바와 같이 고정된 반도체 필름(3)의 표면(8)과 절삭 공구(2)의 팁은 반도체(1)와 접한다.

이러한 브레이싱은 반도체 필름(3)의 이미 분리된 영역에 인장력 또는 압축력을 가하는 수단에 의해 수행된다. 도면에서, 이러한 인장력과 압축력은 2개의 화살표 P1과 P2로 도시되며, 여기서 화살표 P1은 압축력을 나타내고 화살표 P2는 인장력을 나타낸다. 반도체 필름(3)을 브레이싱하기 위한 수단은 기계적 연결 요소 또는 비접촉식 연결 요소에 의해 수행될 수 있다. 이러한 브레이싱은 정전기 수단에 의해 수행하는 것이 선호된다. 그러나, 반도체 필름의 브레이싱은 진공에 의해 수행될 수 있다. 게다가, 반도체 필름(3)의 이미 분리된 영역은 필요한 자유 공간(6)이 절삭 공구(2)로 제공될 수 있도록 초과 공기의 방향설정된 제트에 의해 브레이싱될 수 있다.

이에 따라 형성된 절삭 선(4)의 절삭 선 폭(5)은 절삭 공구(2)의 폭에 의해 결정되지 않으며 오직 실리콘 웨이퍼 제조에 대해 종래 기술에서 이용되는 바와 같이 예를 들어 와이어 소우(wire saw)보다 상당히 좁은 절삭 공구(2)의 팁(9)의 폭에 의해 결정된다. 따라서, 손실량을 정하는 절삭 선의 폭(5)이 종래 기술에 비해 상당히 감소될 수 있기 때문에 절삭으로 인해 반도체 재료의 소모량은 상당히 감소된다. 절삭 공구(2)로서 강력한 초점 레이저 빔을 이용할 때, 영역-기반 실리콘 소 모는 상당히 감소되며, 이는 가공 영역, 즉 절삭선 폭(5)이 절삭 공구(2)의 초점 주위의 영역으로 제한되기 때문이다. 이를 위해 요구되는 자유 공간의 형성은 본 발명에 따르는 이미 자유롭게 절삭된 반도체 필름(3)을 브레이싱함으로써 수행된다. 분리된 반도체 필름(3)이 더욱 얇아질수록 이는 더욱 유연해지고, 이에 따라 자체적으로 우수하게 브레이싱될 수 있으며, 여기서 한계치는 반도체 필름(3)의 탄성 변형에 의해 정해진다. 브레이싱된 반도체 필름(3)이 만곡되는 것을 방지하기 위하여, 반도체 필름(3)의 자유롭게 절삭된 부분을 지지하기 위한 수단이 제공되며, 이러한 수단은 브레이싱된 반도체 필름(3)의 곡률 반경이 최소값 아래로 떨어지지 않도록 반도체 필름(3)의 이미 분리된 부분을 브레이싱하고 지지 롤러(10)의 형태로 구성된다. 지지 롤러(10)의 배열과 형상은 브레이싱된 반도체(3)가 오직 탄성 변형되도록 선택된다. 지지 롤러(10)는 절삭선을 따를 수 있도록 도시되지 않은 공구 캐리지 상에서 이동가능하게 배열될 수 있다. 이에 따라, 반도체 필름(3)의 이미 분리된 섹션은 항시 최적의 상태로 지지된다.

도 2는 도 1에 도시된 방식과 유사한 방식으로 필름(3)이 반도체 로드(11)의 외측 표면으로부터 분리되는 방식을 도시한다. 반복을 막기 위해, 동일한 도면 부호는 동일하거나 또는 유사한 기능의 요소를 언급하는데 이용되며, 이러한 균등 요소의 상세한 설명은 불필요하다. 절삭 공구(2)와 같은 강력한 초점 레이저 빔의 팁(9)으로 인해 반도체 필름(3)은 회전식 반도체 로드(11)로부터 분리된다. 개시 재료로서 반도체 로드(11)를 이용함에 따라 분리된 필름의 길이는 이론적으로 수 킬로미터와 같이 매우 길어질 수 있다. 또한, 반도체 로드(11)의 둥근 형태에 따라 도 4에 도식적으로 도시된 바와 같이 다수의 반도체 필름(3, 31, 32)은 반도체 로드(11)로부터 동시에 절삭된다. 도면에 도식적으로 도시된 3개의 반도체 필름(3, 31, 32)은 상기 기술된 방식으로 3개의 지지 롤러(10, 101, 102)에 의해 지지된다. 여기서 또한, 동일한 도면부호는 동일하거나 또는 유사한 기능을 하는 요소들을 언급하는데 이용되며, 이에 따라 이미 기술된 대상물의 반복이 방지될 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 절삭 표면(7)에 의해 회전식 반도체 로드(11) 근처에 절삭 공구(2)에 대해 자유 공간(6)이 형성되며, 반도체 필름(3) 상의 표면(11)은 본 도면에 도시된 공구의 팁이 없이 반도체 로드에 대향한다. 이는 도 4에 도시된 자유 공간에 대해 균등하게 적용된다.

도 1을 참고하여, 도 5는 도 1에 따르는 도시되지 않은 절삭 공구용 자유 공간(6)을 도시한다. 여기서, 또한 동일한 도면 부호는 동일하거나 또는 유사한 기능을 하는 요소를 언급하는 데 이용된다. 점 형태의 강도 프로파일보다는 선형 강도 프로파일(linear intensity profile)이 생성되어 반도체 필름(3)을 절삭할 수 있도록, 상기 레이저 빔이, 적합한 광학 수단(예를 들어, 원통형 렌즈, 또는 회절성 광학 소자)을 이용하여 포커싱된다. 게다가, 파팅 라인(parting line)이 반도체 바디(1, 11)의 전체 폭을 가로질러 형성되도록 한 줄로 몇몇의 선형 강도 프로파일을 배치하는 것이 선호되며, 이에 따라 전체 절삭 선은 어느 정도 일정하게 제거될 수 있다(레이저의 반복률로).

게다가, 반도체 바디(1, 11)를 대향하는 초점 레이저 빔의 주변 빔들은 반도체 바디(1, 11)의 변부에 대해 이상적으로 평행하게 연장되어야 한다. 절삭 공 구(2)의 팁(9) 근처에서 반도체 필름(3, 31, 32)에 대향한 측면 상에서, 주변 빔들은 반도체 필름(3, 31, 32)의 곡률 반경을 따르고, 초점(절삭 공구(2)의 팁)으로부터의 거리가 증가됨에 따라 간격이 증가된다. 펨토초 레이저(femtosecond laser)를 이용하여 실리콘을 절삭하기 위하여, 보호성 가스 대기 내에서, 증기상 실리콘과 반응하는 대기 내에서 또는 진공 상태에서 가공을 하는 것이 선호된다. 이에 따라 바람직하지 못한 반응 생성물의 생성이 방지되며, 표면의 품질이 개선된다.

직접 레이저 제거뿐만 아니라, 일반적으로 실리콘인 반도체 재료는 우선적으로 절삭 선이 변형될 수 있으며, 그 뒤 가스상 에칭 매질 또는 에칭 유체를 이용하여 선택적으로 제거될 수 있다(주요하게 변형된 재료).

예를 들어 레이저 소스로서 펨토초 파이버 레이저가 선호된다. 주파수 체배(frequency multiplication)는 높은 효율에서 특히 선호되며, 이는 상대적으로 짧은 웨이브의 길이에 대해 에블레이션 임계값(ablation threshold)의 에너지 밀도가 감소되기 때문이다.

실리콘의 증가된 온도로 인해 에블레이션이 펨토초 레이저를 이용하여 수행될 때 제거 속도가 개선된다.

Claims

절삭 공구에 의해 반도체 바디로부터 분리시킴으로써 얇은 반도체 필름, 특히 실리콘 필름을 제조하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은

a. 반도체 바디(1, 11)를 제공하는 단계,

b. 반도체 바디(1, 11)에 인접하게 절삭 공구(2)를 이동시키는 단계,

c. 반도체 바디(1, 11)로부터 반도체 필름(3, 31, 32)을 연속적으로 분리시키기 위해 절삭 공구(2)와 반도체 바디(1, 11) 사이에 상대적인 운동을 수행하는 단계,

d. 반도체 바디(1, 11)로부터 반도체 필름(3, 31, 32)의 이미 자유롭게 절삭된 부분(8)을 브레이싱하는 단계,

e. 필요 시 분리된 반도체 필름(3, 31, 32)의 이미 자유롭게 절삭된 부분(8)을 지지하는 단계 및

f. 반도체 필름의 완벽히 분리된 부분을 제거하고, 이를 추가 가공 스테이지 또는 저장 위치로 보내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 반도체 필름(3, 31, 32)의 제조는 반도체 블록(1)으로부터 영역(7)을 분리시킴으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 반도체 필름(3, 31, 32)의 제조는 반도체 로드(11)의 외 측 표면(7)으로부터 접선방향 분리에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 3 항에 있어서, 반도체 필름(3, 31, 32)의 제조는 반도체 로드(11)의 주변 주위에서 접선 방향으로 오프셋 설정된 위치에서 반도체 로드(11)의 외측 표면(7)의 다수의 분리에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 반도체 바디(1, 11)로부터 이격되도록 반도체 필름(3, 31, 32)의 이미 분리된 부분을 브레이싱함으로써 절삭 공구(2)에 대한 자유 공간(6)이 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 5 항에 있어서, 상기 자유 공간(6)은 반도체 바디(1, 11) 상의 표면(7),,절삭 공구(2)의 팁(9) 및 반도체 바디(1, 11)를 대향하는 브레이싱된 반도체 필름(3, 31, 32)의 표면(8)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
전 항들 중 어느 한 항에 있어서, 절삭을 위해 펄스형의 강력한 초점 레이저 빔이 이용되는 것을 특징으로 하는 방법.
전 항들 중 어느 한 항에 있어서, 절삭을 위해 액체 또는 가스상 에칭 매질을 포함한 프로브가 이용되는 것을 특징으로 하는 방법.
전 항들 중 어느 한 항에 있어서, 진공 상태 또는 특정의 가스 대기 상태 하에서 절삭 작업이 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
전 항들 중 어느 한 항에 있어서, 절삭을 위해 초점 레이저 빔이 반도체 재료를 변형시키고, 변형된 반도체 재료는 액체 또는 가스상 에칭 매질을 이용하여 제거되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 3 항에 있어서, 반도체 로드(11)의 외측 표면(7)의 접선방향 분리에 의해 거의 대부분의 반도체 필름(3, 31, 32)이 제조될 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
제 3 항 또는 제 11 항에 있어서, 반도체 로드(11)의 원주 주위에서 접선방향의 오프셋 설정되는 다수의 분리에 의해 몇몇의 반도체 필름이 거의 대부분의 임의의 선호되는 길이로 동시에 제조될 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
전 항들 중 어느 한 항에 있어서, 절삭은 200°C보다 높은 가공물 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
얇은 반도체 필름, 특히 실리콘 필름을 제조하기 위한 방법에 있어서, 반도체 필름(3, 31, 32)의 제조는 반도체 로드(11)의 외측 표면(7)의 접선방향 분리에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 제 1 항에 따르는 방법을 수행하기 위한 장치에 있어서, 상기 장치는 반도체 필름(3, 31, 32)의 자유롭게 절삭된 부분을 브레이싱하기 위한 수단 및 바람직하게 반도체 필름(3, 31, 32)의 자유롭게 절삭된 부분을 지지하기 위한 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
제 15 항에 있어서, 반도체 필름(3, 31, 32)의 자유롭게 절삭된 부분을 브레이싱하기 위한 수단은 인장 수단 및/또는 압축 수단으로 구성되며, 반도체 필름(3, 31, 32)의 자유롭게 절삭된 부분과 접촉되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 16 항에 있어서, 반도체 필름(3, 31, 32)의 자유롭게 절삭된 부분을 브레이싱하기 위한 수단은 정전기 장치로 구성되며, 반도체 필름(3, 31, 32)의 자유롭게 절삭된 부분과 접촉되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 16 항에 있어서, 반도체 필름(3, 31, 32)의 자유롭게 절삭된 부분을 브레이싱하기 위한 수단은 음의 압력 또는 과도 압력 하에서 작동되는 장치로 구성되며, 반도체 필름(3, 31, 32)의 자유롭게 절삭된 부분과 접촉되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 16 항에 있어서, 반도체 필름(3, 31, 32)의 자유롭게 절삭된 부분을 브레이싱하기 위한 수단은 진공 상태 하에서 작동되는 장치로 구성되며, 반도체 필름(3, 31, 32)의 자유롭게 절삭된 부분과 접촉되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 16 항에 있어서, 반도체 필름(3, 31, 32)의 자유롭게 절삭된 부분을 브레이싱하기 위한 수단은 압축된 가스 장치로 구성되며, 반도체 필름(3, 31, 32)의 자유롭게 절삭된 부분과 접촉되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 15 항에 있어서, 반도체 필름(3, 31, 32)의 자유롭게 절삭된 부분을 지지하기 위한 수단은 지지 롤러(10)로 구성되며, 브레이싱된 반도체 필름(3, 31, 32)의 곡률 반경이 최소값 아래로 떨어지지 않도록 반도체 필름(3, 31, 32)의 이미 분리된 부분을 브레이싱하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 21 항에 있어서, 지지 롤러(10)는 브레이싱된 반도체 필름(3, 31, 32)만이 탄성 변형되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항에 있어서, 절삭 공구(2)는 펄스형 레이저에 의해 구현되며, 이러한 레이저의 펄스 길이는 10e-9s보다 작은 것을 특징으로 하는 장치.
제 23 항에 있어서, 펄스형 레이저는 우수한 빔 품질을 가지며, 강력하게 포 커싱되는 것을 특징으로 하는 장치.
전 항들 중 어느 한 항에 있어서, 선형 강도 프로파일을 가진 레이저가 이용되는 것을 특징으로 하는 장치.
전 항들 중 어느 한 항에 있어서, 레이저 빔이 매질 내에서 가공 위치에 인접하게 보내지는 레이저가 이용되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 26 항에 있어서, 매질로서 광학 섬유가 이용되는 것을 특징으로 하는 장치.
전 항들 중 어느 한 항에 있어서, 파이버 레이저가 이용되는 것을 특징으로 하는 장치.
전 항들 중 어느 한 항에 있어서, 주파수 체배형 레이저가 이용되는 것을 특징으로 하는 장치.
청구항 제 1 항 내지 제 14 항에 따르는 방법에 따라 제조된 반도체 필름.
제 30 항에 있어서, 필름은 실리콘 블록 또는 로드의 주변보다 길며, 상기 주변으로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 반도체 필름.
전 항들 중 어느 한 항에 있어서, 필름상의 임의의 세 지점들 사이의 3개의 연결 선들 중 2개 이상의 연결 선은 선 위에 배열되지 않으며, 이의 표면 법선들은 평행하며, 크리스털 배향(crystal orientation)이 연결 선을 따라 연속적으로 가변되는 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 필름.
청구항 제 1 항 내지 제 14 항에 따르는 방법을 이용하여 필름을 제조하기 위해 청구항 제 15 항 내지 제 29 항에 따른 장치를 포함한 시스템.
제 33 항에 따르는 시스템을 포함하는 제조 라인.