KR20170067793A - 스파이크형 형상의 손상 구조물 형성을 통한 기판 클리빙 또는 다이싱을 위한 레이저 가공 방법 - Google Patents

스파이크형 형상의 손상 구조물 형성을 통한 기판 클리빙 또는 다이싱을 위한 레이저 가공 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 단일 기판(6) 상에 형성된 반도체 소자를 분리하거나, 큰 두께의 경질의 기판을 분리하기 위한 빠르고 효율적인 레이저 가공 방법을 제공한다. 클리빙/파단/다이싱 공정을 위해, 손상 영역(8,11)이 소자 또는 기판(6)의 제조 동안 의도된 클리빙 선을 따라 깊고 좁은 손상 영역을 획득함으로써 얻어진다. 본 레이저 가공 방법은 벌크 워크피스(6)에서 "스파이크"-형상의 빔 수렴 구역, 보다 상세하게는 상기 워크피스 재료 광 손상 임계 플루엔스(파워 분포)가 생성되는 바와 같이, 포커싱 유닛(1)에 의해 펄스 레이저 빔(1)을 개질하는 단계를 포함한다. 상술한 단계 동안 ("스파이크"-타입 형상을 갖는) 개질된 영역이 형성된다. 레이저 가공 방법은 레이저 빔(1) 집광점에 대해 워크피스(6)의 상대적인 변형에 의해 미리 결정된 파단선에 이러한 많은 손상 구조물(8,11)을 형성하는 단계를 추가로 포함한다.

Description

스파이크형 형상의 손상 구조물 형성을 통한 기판 클리빙 또는 다이싱을 위한 레이저 가공 방법{METHOD OF LASER PROCESSING FOR SUBSTRATE CLEAVING OR DICING THROUGH FORMING SPIKE-LIKE SHAPED DAMAGE STRUCTURES}
본 방법은 레이저 재료 가공에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 경질 및 취성 재료들을 특별하게 형상화된 레이저 빔으로 클리빙 및/또는 다이싱하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 기판 상에 형성된 반도체 소자를 분리하는 데 유용하다.
웨이퍼 다이싱은 더 작고 더 복잡해지고 있는 반도체 소자 제조에 중요한 역할을 한다. 일반적인 다이싱 방법은, 100 ㎛보다 두꺼운 실리콘 웨이퍼의 경우 다이아몬드 쏘우(saw)의 사용에 기반하거나, 이들이 얇은 경우에는 레이저 삭막에 기반한다.
다이아몬드 디스크 쏘우 기술은 낮은 처리 속도에 의해 제한된다(경질 재료의 경우). 다이아몬드 디스크 쏘우는 광범위한 절단된(chipped) 커프를 생성하고, 일반적으로 낮은 품질의 에지를 생성하여, 결국 소자 수율 및 수명을 감소시킨다. 이 기술은 빠른 다이아몬드 디스크 저하 때문에 비싸고, 수 냉각 및 세정의 필요성으로 인해 비실용적이다. 추가로, 절단된 기판이 얇을 때 성능이 제한된다.
또 다른 일반적인 레이저 가공 기술, 즉 레이저 삭막은 또한 낮은 처리 속도, 및 10-20 ㎛에 달하고 대부분의 어플리케이션의 경우 매우 넓은 커프 폭에 의해 제한된다. 또한, 레이저 삭막은 크랙을 유도하고, 용융 잔여물을 남기며, 절단 영역을 파편으로 오염시킨다. 넓은 영역의 열 영향부는 반도체 소자의 수명 및 효율을 감소시킬 수 있다.
삭막과 함께 다이아몬드 디스크 쏘우 기법은 특수 웨이퍼를 위해 사용될 수 없고, 접착성 적층을 위해, 다른 표면 특징들, 예를 들어 염료-부착형 필름이 있을 수 있다. 이러한 첨가는, 전통적인 쏘잉 또는 삭막 프로세스들을 보다 어렵게 만들며, 파편에 취약하게 만든다. 분리된 소자의 품질을 향상시키기 위해, 레이저 가공에 기반한 다른 방법 및 장치가 개발되고 있다.
그 중 하나는 2006년 1월 31일 공개된 미국 특허 제6992026호에 기재된 레이저 가공 및 레이저 가공 장치다. 상기 방법 및 장치는 융해의 흔적을 만들지 않으면서 워크-피스를 절단하고, 워크-피스의 표면 상에 미리 결정된 절단선으로부터 수직으로 연장되는 크래킹을 가능하게 한다. 워크-피스의 표면은 다광자 흡수를 야기하기에 충분한 상태 하에 미리 결정된 절단선에 따라 펄스 레이저 빔으로 조사되고, 빔은 벌크 워크-피스 내에 초점(또는 집광점: 고에너지/광자 밀도 구역)을 생성하도록 배열되며, 그 결과 클리빙 면에서 초점을 이동함으로써 미리 결정된 클리빙 선을 따라 개질된 영역을 형성한다. 개질된 영역을 형성한 후, 워크-피스는 비교적 소량의 힘으로 기계적으로 분리될 수 있다.
상기 가공 방법 및 그 변형은 현재 본 기술 분야에 "스텔스 다이싱"으로서 알려져 있다. 모든 변형들은, 웨이퍼가 투명한 파장에서 포커싱된 펄스 레이저 빔에 의한 내부 천공 생성에 기반하지만, 예를 들어, 내부로 에칭된 장식형 유리 블록의 초점에서, 비선형 프로세스들에 의해 흡수된다. 내부 천공은 표면 최상부 및 최하부 프리스틴을 남긴다. 웨이퍼는 기계적으로 연신되는 가소성 접착 테이프 상에 통상적으로 배치되어 천공이 크랙되게 한다. 이전 프로세스와 다르게, 표면 크래킹 또는 열 손상에서는 파편이 생기지 않는다는 것이 제기된다. 특수 및 다층 웨이퍼에 추가로, 마이크로전기기계(MEM) 시스템 소자 또한 이러한 식으로 분리될 수 있다.
스텔스 다이싱의 단점은 명확하고, 일반적으로 텔스 다이싱을 수행하기 위해서는 고 개구수(NA)의 렌즈가 적용되어야 하고, 이는 작은 초점 심도(DOF)를 야기하며, 단단한 포커싱 상태를 제공하기 때문이다. 이는 클리빙 표면 상에 임의의 방향으로 연장되는 다중 크랙을 야기하고, 상기 클리빙된 웨이퍼로부터 생성된 소자의 수명에 영향을 준다. 또한, 스텔스 다이싱은 사파이어를 가공할 때 단점을 갖는다. 이들 구체적인 단점은 웨이퍼와 기판이 최대 120 - 140 ㎛의 두께이고, 분리선당 1개의 패스가 다이싱되는 것만을 요구할 때에는 명확하지 않다. 그러나, 두꺼운 웨이퍼의 경우(통상적으로 4"; 6" 사파이어 웨이퍼는 140 ㎛ 초과 내지 250 ㎛ 또는 그 이상), 분리선당 여러 개의 패스가 요구된다. 그 결과, 재료는 연장된 기간 동안 최종 소자 성능 및 수율에 유리하지 않은 영향을 갖는 레이저 방사에 노출된다. 추가로, 다중-패스 가공은 전체 처리 속도와 처리량을 낮춘다.
재료 가공을 위한 또 다른 방법은 2013년 5월 23일에 공개된 미국 특허 출원 제2013126573호에 개시되어 있다. 클리빙 단계 준비 시 투명 기판의 내부 가공을 위한 방법이 제공된다. 기판은 포커싱된 레이저 빔이 조사되고, 기판 내에 필라멘트를 생성하도록 선택되는, 펄스 에너지 및 펄스 지속 시간을 갖는 펄스로 이루어진다. 기판은, 하나 이상의 추가 위치에서 기판을 조사하고, 추가 필라멘트를 생성하기 위해 레이저 빔에 대해 변형된다. 최종 필라멘트는 상기 기판을 클리빙하기 위해, 내부로 스크라이빙된 경로를 구성하는 배열을 형성한다. 레이저 빔 매개변수는 필라멘트 길이와 위치를 조절하고, V-채널 또는 홈을 임의로 도입하도록 변화될 수 있어, 베벨을 레이저-클리빙된 에지가 되게 할 수 있다. 바람직하게는, 레이저 펄스는 필라멘트 형성을 위한 에너지 임계를 낮추고, 필라멘트 길이를 증가시키며, 부수적인 손상을 최소화하기 위해 필라멘트 개질 구역을 열적으로 어닐링하고, 프로세스 재현성을 향상시키며, 그리고 낮은 반복률의 레이저의 사용과 비교하여 처리 속도를 증가시키기 위해 버스트 트레인에 전달된다.
이러한 방법의 어플리케이션은, 기본 재료에만 적용가능한 간단한 가공을 야기하고, 요구되는 높은 펄스 에너지 때문에 다이싱하기에 불편하며, 이는 최종 반도체 소자 성능에 대한 불리한 영향으로 이어진다. 특히, 웨이퍼가 이 방법을 사용하여 다이싱되면, 최종 발광 다이오드(LED)는 증가된 누설 전류를 특징으로 하고, 고휘도(HB) 및 초고휘도(UHB)의 LED 경우, 성능을 현저히 감소시킨다.
2012년 9월 20일에 공개된 또 다른 미국 특허 출원 제2012234807호는 워크-피스에 대한 연장된 깊이 가식(affectation)을 갖는 레이저 스크라이빙 방법을 기재한다. 본 방법은 의도적인 수차가 도입되는 방식으로 레이저 빔의 포커싱에 기반한다. 종방향의 구면 수차 범위는, 초점 심도가 제한된 수평 구면 수차 범위를 갖는 워크-피스로 연장되기에 충분하도록 조절된다. 본 방법은 또한 고에너지 펄스에 의한 간단한 가공을 야기하며, 워크 피스 내에 수직의 손상 흔적을 얻을 수 있다. 고펄스 에너지가 필요하고, 이는 (수십 밀리미터의 초점 거리를 갖는) 저 개구수의 렌즈가 사용되어야 하고, 이는 느슨한 포커싱 상태로 이어지는데, 초점은 매우 매끄러운 공간 강도 프로파일을 갖고, 따라서 상기 손상 임계 에너지 밀도가 넓은 영역에서 비교적 작은 피크값으로 달성되는 작동 상태를 야기한다는 사실 때문이다. (광 파괴에 필요한) 펄스 강도를 위한 증가된 요구사항 때문에, 펄스 에너지의 증가가 요구되고, HB 및 UHB LED에 대한 가공을 불량하게 하며, LED 누설 전류 및 칩벽의 거친 크래킹은 상기 언급된 바와 같이 중요하다.
종래 기술 방법은 웨이퍼 분리를 위해 사용되는 기판 두께, 재료 타입 및 가공 품질에 대한 제한을 수행한다. 두꺼운 재료들을 가공하기 위해, 상기 언급된 기술들은 레이저 파워 또는 분리선당 레이저 빔 패스 수의 증가를 요구한다. 그 결과, 반도체 소자 성능과 생성 수율 모두에 대해 언급된 영향을 갖는다.
상기 나타낸 단점을 제거하기 위해, 이러한 발명은 단일 기판 상에 형성된 반도체 소자를 분리하거나, 큰 두께의 경질의 기판을 분리하기 위한 효과적이고 빠른 레이저 가공 방법을 제공한다. 클리빙/파단(다이싱) 공정을 위해, 손상 영역이 소자 또는 기판의 제조 동안 얻어지고, 이는 의도된 클리빙 선을 따라 얻어진 깊고 좁은 손상 영역을 특징으로 한다. 본 방법은 절단선당 다중 레이저 빔 패스들을 요구하지 않아서 생성 수율을 증가시킨다. 이후, 용어 "워크피스"는 용어 기판, 웨이퍼, 웨이퍼 시트, 소자 또는 가공 및 후속 기계적 분리를 위해 제조되는 유사 항목을 포함하도록 정의될 것이며, 호환할 수 있게 사용될 것이다.
레이저 가공 방법은 포커싱 유닛에 의해 펄스 레이저 빔을 개질하는 단계를 포함하며, 빔 발산 및 폭이 조절되고, 워크피스 상에 포커싱이 수행되며, 예를 들어, "스파이크"-형상의 빔 수렴 구역, 더욱 상세하게는 벌크 워크피스에서 상기 워크피스 재료에 광학 손상 임계 플루엔스(파워 분포)가 생성된다. 재료는 상기 레이저 방사 파장에 부분적으로 또는 완전히 투명하고, 상술한 단계 동안, 다광자 흡수로 인해, 바람직하게는 국부 용해 또는 쿨롱 폭발을 생성하기에 충분한 상태 하에, 벌크 재료에 ("스파이크"-타입 형상을 갖는) 개질된 영역이 형성되고, 또한 손상 구조물이라고도 한다.
레이저 가공 방법은 레이저 빔 집광점에 대한 대상물의 상대적인 변형에 의해 미리 결정된 파단선에서 이러한 많은 손상 구조물을 형성하는 단계를 추가로 포함한다. 이러한 선을 형성한 후, 기계적 힘을 이용함으로써, 정의된 분리 영역을 갖고, 손상 영역 시퀀스에 의해 구성되는 2개 이상의 작은 피스들로 대상물이 분리되거나 절단될 수 있음은 본 기술 분야에 있어서 통상의 지식을 가진 자에게 자명해야 한다.
본 방법을 잘 이해하고, 실용적인 어플리케이션을 이해하기 위해, 하기 그림들이 이하에 제공되고 참조된다. 도면은 단지 예시하는 것으로서 주어지며, 본 발명의 범위를 제한해서는 안 된다.
도 1은 입사 가우시안 프로파일 강도 분포 레이저 빔(좌측으로부터 입사됨)을 포커싱함으로써 얻어지는, 17-30 ㎛ 깊이에서 재료 내에 수치 모사된 "스파이크" 형상의 개질된 영역된 레이저 빔 강도 분포의 예시적인 도면이고;
도 2는 입사 가우시안 프로파일 강도 분포 레이저 빔을 포커싱함으로써 얻어지는 깊은 포커싱 상태(140 - 230 ㎛의 깊이에서)의 경우, 재료 내에 수치 모사된 "스파이크" 형상의 포커싱 레이저 빔 강도 분포 도면이고;
도 3은 바람직한 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이고, 단일 손상 구조물은 빔 포커싱 유닛을 통해 레이저 방사를 포커싱함으로써 생성되고;
도 4는 재료 내에 빔 포커싱 유닛을 통해 포커싱 동안 얻어지는 수치 모사된 근축 및 가장자리의 레이저 광 포커싱 도면이고;
도 5는 바람직한 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이고, 일련의 손상 구조물들은 클리빙/파단면을 형성하기 위해 생성되고;
도 6은 "스파이크" 형상의 포커싱 레이저 빔 강도 분포와 17-30 ㎛의 깊이에서 재료 내에 얻어지는 손상 형상을 비교하는 사진 도면이고;
도 7은 "스파이크" 형상의 포커싱 레이저 빔 강도 분포와, 깊은 포커싱 상태(140-230 ㎛ 깊이에서)의 경우 재료 내에 얻어진 손상 형상을 비교하는 사진 도면이며;
도 8은 구현 실시예 1에 따른 가공 결과 도면이고;
도 9는 구현 실시예 2에 따른 가공 결과 도면이다.
이러한 발명은 단일 기판 상에 형성된 반도체 소자를 분리하거나, 경질의 기판을 분리하기 위한 레이저 가공 방법을 제공한다. 클리빙/파단 공정을 위해, 손상 영역이 시료 제조 동안 얻어지고, 의도된 절단선을 따라 얻어진 깊고 좁은 손상 영역을 특징으로 한다.
가장 바람직한 실시예에서, 가공 방법은 빔 수렴 구역(초점)이 벌크 워크피스 내에 형성되어 수렴 구역의 형상과 일치하거나 매우 유사한 손상 구조물을 형성하는 방식으로, 빔 포커싱 유닛을 통해 워크피스를 포커싱 펄스 레이저 빔으로 조사하는 단계를 포함한다. 공간 플루엔스 분포가, 도 1 또는 도 2에 예시로서 도시한 "스파이크"형 기하학적 구조 형상이 되는 방식으로 수렴 구역이 형성되고, 플루엔스가 워크피스 재료의 손상 임계를 초과한다. 용어 "손상"은 임의의 종류의 재료의 충분한 국부 개질을 나타내기 위해 정의되고, 기계적 성질은 추후의 클리빙 단계 동안 (분리 경계를 따라) 제어된 크랙 형성을 생성하기에 충분할 정도로 변형된다. 개질 또는 손상 구조물(국부적으로 손상된 구역, 영역)은 다광자 흡수 메커니즘에 의해 도입되고, 이는 빔 포커싱을 이용하면서, 사용된 레이저 방사 및 단펄스 및 초단펄스를 사용함으로써 얻어지는 충분한 광자 밀도의 중심 파장(재료 밴드갭은 바람직하게는 다중 시간에, 단일 광자 에너지의 에너지를 초과함)에 부분적으로 또는 완전히 투명한 경우 가능하다. 워크피스 재료가 0.9 eV 초과의 밴드갭 에너지를 특징으로 하는 것이 바람직하다.
가공 방법은 이격된 위치에서 시료의 반복 조사를 추가로 포함하고, 많은 손상 구조물이 파단/분리선을 형성한다. 이는 바람직하게는 선형 변형 스테이지의 전동 어셈블리 상에 워크피스를 장착하고, 의도된 클리빙 선을 따라 원하는 방향으로 워크피스를 이동하여 클리빙 면을 형성함으로써 얻어진다. 포커싱 유닛과 워크피스의 상대 이동이 보장되는 한, 포커싱 유닛을 이동하는 것을 포함하는 회전 스테이지를 포함하는 상이한 구성의 변형 스테이지가 이용될 수 있음은 본 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에게 자명해야 한다. 기계적으로 가공하기 어려운 사파이어, 탄화규소 웨이퍼, 다이아몬드 기판 또는 높은 경도의 다른 소자는 큰 두께(예를 들어, 두께가 500 ㎛ 초과)를 특징으로 할 때 특히 워크피스로서 사용될 수 있다.
가장 바람직한 실시예에서, 상기 단계를 실현하는 가장 적절한 방법은 바람직하게는 도 3에 도시한 바와 같이, 구면-타원형 가우시안 강도 분포의 펄스 레이저 빔(1) 소스(2), 빔 포커싱 유닛(3,4,5), 예를 들면 빔 성형 광학 배열, 예를 들어, 빔 확장기(3), 빔 포커싱 요소(4), 빔 포커싱 요소(4) 또는 유닛(3,4,5)과 워크피스(6) 사이의 거리를 안정화하는 수단, 전동 변형 스테이지 어셈블리의 워크피스(6)를 보유 및 변형하기 위한 수단(7)을 이용하는 것이다. 상기 펄스 레이저 빔 소스(2)는, 바람직하게는, 일정 분극의 연속적인 레이저 펄스를 안정하게 생성하고, 잘 정의된 시간적인 포락선, 바람직하게는 가우시안을 갖는 레이저(2)로서, 이는 100 내지 15000 fs 범위의 펄스 지속 시간 설정, 500 내지 2000 nm 범위의 중심 파장 설정, 10 kHz 내지 2 MHz 범위의 주파수 설정, 및 포커싱 유닛(3,4,5) 뒤의 펄스가 1 내지 100 μJ의 범위의 펄스 에너지 및 0.1 내지 100 J/cm2의 범위의 플루엔스를 갖는 것을 가능하게 하기에 충분한 펄스 에너지를 갖는다. 빔 성형 광학(3)은 바람직하게는, 필요한 경우 포커싱 요소 앞에 적절한 빔 폭 및 발산을 얻기 위해, 빔 확장기(3), 예를 들어 케플러 또는 갈릴레오 타입의 빔 확장기 또는 임의의 다른 배열을 포함한다. 빔 포커싱 요소(4)는 바람직하게는 비구면 포커싱(집광) 렌즈(4) 또는 대물 렌즈 및, 바람직하게는 렌즈와 시료 사이의 사전 설정 거리를 유지하는 수단, 예를 들어 압전의 나노포지셔너를 갖는 거리 모니터링 수단, 또는 전동 선형 변형 스테이지(5)를 포함하며, 이는 포커싱 요소(5)의 작업 거리에서, 300 m/s의 변형 속도에서 최대 대략 2 ㎛의 최대 오차량을 갖는, 빔 포커싱 유닛(3,4,5)과 워크피스(6) 사이의 거리를 유지한다. 빔 포커싱 요소(5)는, 빔이 벌크 워크피스로 포커싱될 때, "스파이크" 형상 초점(위의 손상 임계 플루엔스의 공간분포)이 스파이크 형상과 동일하고 및/또는 그 형상을 갖는 높은 강도의 공간 분포를 가지며, 도 1 및 도 3에도 예시되어 있는 방식으로 배열되어야 한다. 생성된 손상 구조물(8)은 또한 필요할 때, 예를 들어 상기 표면(10)에서 삭막(피트(10)가 생성된 삭막)을 또한 유도함으로써, 워크피스의 제1 표면(9)으로부터 벌크로 연장되도록 제조될 수 있다. 빔 포커싱 요소(4)로서 고 개구수(NA > 0.7)가 바람직하지만, 다른 실시예에서는, 워크피스 제1 표면(9)에 근접한 집광 구역이, 더 큰 깊이에서 포커싱되는, 광축에 대해 더 큰 수평 거리(거리는 제1 워크피스(6)표면(9)을 형성함)에서 전파하는 빔 성분과 반대로 생성되는 방식으로, 0.5 내지 0.9의 범위 및 광축(빔 포커싱 요소의 중심)에 근접한 광 레이저 빔 성분 상에 포커싱 가능하게 하는 설계에서 선택될 수 있다. 상기 "스파이크" 형상의 수렴 구역의 예시적인 광선 추적 이미지가 도 4에 도시된다.
표면 상에 전달된 각 레이저 펄스 사이의 거리는 1 ㎛ 내지 10 ㎛의 범위이고, 전동 변형 스테이지 어셈블리(7) 이동 속도를 변화함으로써 조절될 수 있다. 클리빙/파단(11)면은 전동 변형 단계 어셈블리(7)의 선형 이동에 의해 형성된다. 단일 클리빙 선을 위한 패스(반복 변형)의 수는 최대 2개여야 하지만, 제한되지 않으며, 클리빙/파단면의 형성 프로세스는 도 5에 도시되어 있다. 이 경우 단단한 포커싱 및 날카로운 "스파이크" 형상의 포커싱 강도 분포가 조합되고, 비구면 렌즈 매개변수, 재료 광 성질 또는 입사 빔 성질을 조작함으로써 제어될 수 있다.
클리빙/파단 표면의 최종 토포그래피가 도 6 및 도 7에 도시되어 있다. 상이한 길이의 손상 구조물이 복잡한 워크피스의 효율적인 파단을 생성하기 위해 얻어질 수 있음은 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명해야 한다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 다중 집광점을 생성하기 위해, 최대 4개의 레이저 빔을 동시에 초점을 맞추도록 동일한 빔 포커싱 유닛 (3,4,5)이 이용되어 처리 속도를 증가시킨다.
또 다른 실시예에서, 워크피스를 빔 포커싱 유닛을 통해 포커싱 펄스 레이저 빔으로 조사하는 단계 동안, 빔이 빔 포커싱 요소를 통과한 후, "스파이크"-형상 강도 분포가 얻어지는 방식으로 입사 빔을 성형하는 적어도 하나의 회절 요소, 빔 성형 광학을 증가시키거나 대체하는 것을 포함하도록 빔 포커싱 유닛이 배치된다.
그러나 또 다른 실시예에서, 빔 포커싱 유닛을 통해 워크피스를 포커싱 펄스 레이저 빔으로 조사하는 단계 동안, 빔 포커싱 요소를 통해 빔이 통과한 후, "스파이크"-형상 강도 분포가 얻어지는 방식으로 입사 빔을 형성하는, 적어도 하나의 적응 광학 부재를 포함하도록 빔 성형 부재가 배치된다. 이는 매우 다양한 입사 빔(또는 보다 상세하게는 상이하게 변조된 빔)을 사용 가능하게 하거나, 처리 매개변수의 변동에 대한 보상을 가능하게 한다. 빔 성형 부재는 가변형 거울, 압전 가변형 거울 또는 유사한 것에 기반할 수 있다.
그러나 또 다른 실시예에서, 워크피스를 빔 포커싱 유닛을 통해 포커싱 펄스 레이저 빔으로 조사하는 단계 동안, 이전 실시예에 따라, 적응 광학 부재는 마이크로-거울 매트릭스 또는 액정 광 변조기와 같은 진폭 변조기 부재 및/또는 적어도 하나의 상으로 대체될 수 있다.
본 발명을 잘 개시하기 위해 하기 예시가 제공된다. 그럼에도 불구하고, 개시된 예시 및 언급된 매개변수들은 본 발명을 잘 이해하도록 돕기 위해 제공되고, 그 범위를 제한하는 것이 아니다. 이들 매개변수들은 넓은 간격에서 변화될 수 있어 유사하거나 상이한 결과를 재생산할 수 있지만, 다이싱 프로세스의 주요 개념은 동일하게 유지된다.
그러나 또 다른 실시예에서, 워크피스를 빔 포커싱 유닛을 통해 포커싱 펄스 레이저 빔으로 조사하는 단계 동안, 이전 실시예에 따라, 적응 광학 부재는 플랫-톱 빔 성형 회절 광 요소, 수차 보정을 위한 회절 광 요소, 또는 모든 경우의 적절한 매개변수의 또 다른 요소와 같은 적어도 하나의 수동 회절 부재 빔 변조 부재로 대체될 수 있다. 수동 회절 요소는, 이러한 요소로 변조된 빔이 빔 포커싱 요소로 포커싱될 수 있어 "스파이크"-형상의 강도 분포를 얻을 수 있는 방식으로, 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 선택된다. 조사 동안 상기 요소가 또한 빔 포커싱 부재 뒤의 광 경로에 배치될 수 있음을 유의해야 한다.
본 발명을 잘 개시하기 위해 하기 예시들이 제공된다. 그럼에도 불구하고, 개시된 예시 및 언급된 매개변수들은 본 발명을 잘 이해하도록 돕기 위해 제공되며, 그 범위를 제한하는 것이 아니다. 이들 매개변수들은 넓은 간격에서 변화될 수 있어서 유사하거나 상이한 결과를 재생할 수 있지만, 다이싱 프로세스의 주요 개념은 동일하게 유지된다.
실시예 1
워크피스 재료는 Al2O3다. 워크피스는 대략 140 ㎛의 두께를 갖는 기판(슬래브) 형태다. 레이저 소스는 출력 방사 파장 1030 nm, 300 fs 미만의 펄스 폭(반치폭/1.41)을 갖고, 100 kHz의 출력 주파수에서 설정한 펨토초 레이저이다. 포커싱 유닛은 빔 포커싱 부재와 같이 0.8 NA 포커싱 대물 렌즈로 배치된다. 빔 포커싱 유닛 뒤 펄스 에너지는 5 μJ, 플루엔스는 대략 0.7 kJ/cm2가 되도록 선택되고, 집광 구역은 웨이퍼의 제1 표면의 10 ㎛ 아래에 형성된다. 손상 구조물 사이의 거리는 3 ㎛이다. 처리 속도, 보다 상세하게는 선형 변형 스테이지의 변형 속도는 300 mm/s이다. 가공 후(좌측) 및 파단/다이싱 후(우측) 결과가 도 8에 도시되어 있다.
실시예 2
워크피스 재료는 4H 폴리타입의 탄화규소(4H-SiC)다. 워크피스는 대략 100 ㎛의 두께를 갖는 기판(슬래브) 형태다. 레이저 소스는 출력 방사 파장 1030 nm, 300 fs 미만의 펄스 폭(반치폭/1.41)을 갖고, 100 kHz의 출력 주파수에서 설정한 펨토초 레이저다. 포커싱 유닛은 빔 포커싱 부재와 같이 0.5 NA 포커싱 대물 렌즈로 배치된다. 빔 포커싱 유닛 뒤 펄스 에너지는 30 μJ이고, 플루엔스가 대략 1 kJ/cm2이 되도록 선택되고, 집광 구역은 웨이퍼의 제1 표면의 30 ㎛ 아래에 형성된다. 손상 구조물 사이의 거리는 3 ㎛이다. 처리 속도, 보다 상세하게는 선형 변형 스테이지의 변형 속도는 300 mm/s이다. 가공 후(좌측) 및 파단/다이싱 후(우측) 결과가 도 9에 도시되어 있다.
실시예 3
렌즈 비구면 계수는 입사된 빔 발산 및 표적하는 포커싱 깊이 간격에 의한 선택 자유도(some freedom to choose)를 갖는다. 입사된 빔 발산의 경우 - 1 mRad(빔 발산 제어 유닛 뒤에서 측정된 바와 같음)이고, 사파이어 내의 표적하는 포커싱 깊이 간격은 17 ㎛ 내지 140 ㎛이고, 비구면 렌즈 계수는 제1 렌즈 표면의 경우: R = 2.75(곡률 반경); k = -0.5426984(정점에서 측정된 코닉 상수); 비제로 계수 A4 = -3.1954606·10-4; A6 = -4.3977849·10-5; A8 = 1.8422560·10-5; A10 = -1.5664464·10-6 및 제2 표면의 경우: R = -3.21; k = -12.41801; A4 = 9.0053074·10-3; A6 = -1.3597516·10-3; A8 = 1.1366379·10-4; A10 = -4.2789249·10-6; 굴절률 n= 1.597, 설계 파장 830 nm이다.

Claims (15)

  1. 워크피스를 펄스 레이저 빔으로 조사하는 단계를 포함하는 기판 클리빙 또는 다이싱을 위한 레이저 가공 방법으로; 레이저 펄스가 클리빙을 위해 상기 워크피스의 표면 상에 전달되고; 워크피스 수단은 적어도 하나의 평평한 표면으로 클리빙되거나 다이싱되는 대상물을 의미하며; 상기 워크피스는 레이저 방사에 투명하고; 워크피스 재료는 사파이어 또는 다이아몬드이고; 손상 구역의 시퀀스는 클리빙 면을 생성하고; 생성된 클리빙 면은 원하는 기판 분리선을 따라 용이한 파단을 가능하게 하고, 상기 가공 방법은, 위의 워크피스 벌크 재료 광 손상 임계 플루엔스 분포가 "스파이크"형 형상을 따르는 방식으로, 상기 벌크 워크피스 재료에 상기 레이저 빔을 포커싱하도록 배치된 빔 포커싱 유닛으로 상기 레이저 빔을 개질하는 단계, 빔 포커싱 유닛은 0.5-0.9 NA의 범위의 고 개구수를 갖는 적어도 하나의 빔 포커싱 요소를 포함하고, 상기 "스파이크"형 형상의 플루엔스 분포의 길이는 그 수평 크기보다 크고; 거리 유지 수단에 의해, 상기 빔 포커싱 유닛과 제1 워크피스 표면 사이의 거리를 유지하면서, 상기 의도된 클리빙 면을 따라, 상기 "스파이크"형 형상 플루엔스 분포 형상의 일련의 손상 구조물을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 레이저 가공 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 빔 포커싱 유닛에 의한 상기 레이저 빔 포커싱은 조절가능한 빔 확장기와 같은 상기 빔 포커싱 유닛에 배치된 적어도 하나의 빔 발산 제어 유닛을 통해 상기 빔을 가이드하고, 적어도 하나의 빔 포커싱 요소를 통해 상기 빔을 연속적으로 가이드함으로써 얻어지고, 상기 빔 포커싱 요소는 비구면 빔 포커싱 렌즈 또는 적어도 하나의 대물 렌즈인 것을 특징으로 하는, 레이저 가공 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 빔 포커싱 요소는, 상기 광축에 근접한 상기 포커싱 요소의 표면 상에 입사된 상기 수평 빔 성분이 상기 워크피스의 제1 표면에 근접하게 포커싱되는 반면, 상기 광축으로부터 더 먼 상기 포커싱 요소의 표면 상에 입사된 상기 수평 성분은 제1 워크피스 표면에 대해 벌크 워크피스 재료에 더 포커싱되는 방식으로 상기 빔을 포커싱하는 것을 특징으로 하는, 레이저 가공 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 거리 유지 수단은 거리 모니터링 수단, 압전 나노포지셔너 또는 전동 선형 변형 스테이지 또는 유사한 것을 함유하도록 배치된 것을 특징으로 하는, 레이저 가공 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    재료 내에 상기 "스파이크"형 형상의 포커싱 레이저 빔 강도 분포는, 엑츄에이터 유닛 또는 다른 가공 파라미터에 의해, 상기 포커싱 요소, 포커싱 요소 표면 설계, 포커싱 깊이 앞에, 레이저 빔 발산을 변화시키거나/변화시킴으로써, 상기 재료의 성질 및 상기 워크피스 크기에 대한 효율적인 가공에 적합한 것을 특징으로 하는, 레이저 가공 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 빔 포커싱 유닛에 의한 상기 레이저 빔 포커싱은, 상기 빔 포커싱 유닛에서 적어도 하나의 적응성 광학 부재를 통해 상기 빔을 가이드하고, 구면, 비구면 빔 포커싱 렌즈 또는 적어도 하나의 대물 렌즈와 같은, 적어도 하나의 빔 포커싱 요소를 통해 상기 빔을 연속적으로 가이드함으로써 얻어지는 것을 특징으로 하는, 레이저 가공 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 빔 포커싱 유닛에 의한 상기 레이저 빔 포커싱은, 빔 포커싱 유닛에서 적어도 하나의 상 및/또는 진폭 변조기 부재를 통해 상기 빔을 가이드하고, 구면, 비구면 빔 포커싱 렌즈 또는 적어도 하나의 대물 렌즈와 같은, 적어도 하나의 빔 포커싱 요소를 통해 상기 빔을 연속적으로 가이드함으로써 얻어지는 것을 특징으로 하는, 레이저 가공 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 빔 포커싱 유닛에 의한 상기 레이저 빔 포커싱은, 상기 빔 포커싱 유닛에서 적어도 하나의 수동형 회절 요소 빔 변조 요소, 및 구면, 비구면 빔 포커싱 렌즈 또는 적어도 하나의 대물 렌즈와 같은 적어도 하나의 빔 포커싱 요소를 통해 상기 빔을 가이드함으로써 얻어지는, 레이저 가공 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 빔 포커싱 유닛은 최대 4개의 레이저 빔을 동시에 초점을 맞추도록 이용되는 것을 특징으로 하는, 레이저 가공 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저 빔 파장은 500 내지 2000 nm의 범위에 있는, 레이저 가공 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저 펄스 지속 시간은 100 fs 내지 15000 fs의 범위에 있는 것을 특징으로 하는, 레이저 가공 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저 펄스 반복률은 10 kHz 내지 2 MHz의 범위에 있는 것을 특징으로 하는, 레이저 가공 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저 펄스 에너지는 1 내지 100 마이크로줄의 범위에 있는 것을 특징으로 하는, 레이저 가공 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 펄스 레이저 빔 플루엔스는 0.1 내지 100 J/cm2의 범위에 있는 것을 특징으로 하는, 레이저 가공 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 일련의 손상 구조물은 1 내지 10의 마이크로미터의 범위의 손상 구조물들 사이의 거리를 특징으로 하는, 레이저 가공 방법.








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