JP2024036146A - 半導体完全切断のためのレーザービーム照射装置およびその動作方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 レーザー集光による熱エネルギーの蓄積を低くするためにレーザービームを振動させることによってチップ性能を改善できる、半導体加工のためのレーザービーム照射装置およびその動作方法を提供することである。【解決手段】 本開示の技術的思想の一側面に係る半導体加工のためのレーザービーム照射装置において、半導体の加工を遂行するように加工方向にレーザービームを進行させ、前記加工方向とは異なる振動方向に一定の振幅を有するように前記レーザービームを振動させるレーザービーム出力部および前記加工方向に進行し前記振動方向に振動する前記レーザースポットを前記半導体に結像させる集束レンズを含むことができる。【選択図】 図１

Description

本開示の技術的思想は半導体完全切断のためのレーザービーム照射装置およびその動作方法に関し、詳しくは、半導体素子の光学的損傷を防止するためのレーザービーム照射装置およびその動作方法に関する。

電子産業の飛躍的な発展および使用者の要求により、電子機器はさらに小型化、高集積化および大面積化されている。これに伴い、電子機器に含まれる半導体素子の大きさがナノメートル単位の微細領域に進入しているのが実情である。

本開示に関連した半導体加工方法としては、切断加工の一種として大面積ウェハを複数のチップに切断および分離するダイシング（ｄｉｃｉｎｇ）加工、ウェハの厚さを薄くするグラインディング（ｇｒｉｎｄｉｎｇ）工程、そして導電性配線を形成させるための溝を作るグルービング（ｇｒｏｏｖｉｎｇ）工程が含まれる。

ダイシング加工と関連して、微細ダイヤモンドで形成された薄い切断ブレードによる基板切断方式のブレードダイシング（ｂｌａｄｅ ｄｉｃｉｎｇ）が利用される。しかし、切断ブレードによる基板切断過程の場合、基板の表面や裏面にチッピングが発生し、このチッピングによって分割されたチップの性能を低下させ得る。

さらに他のダイシング加工において、局部的な領域にレーザー光を集中させて切断のための内部亀裂を形成させるステルスダイシング（ｓｔｅａｌｔｈ ｄｉｃｉｎｇ）が用いられる。しかし、ステルスダイシングのレーザー光は極度に高いピークパワーを有するため、内部亀裂を形成させる過程で半導体表面の亀裂も引き起こし得、これに伴い、チップの性能が低下し得る。

本開示の技術的思想が解決しようとする課題は、レーザー集光による熱エネルギーの蓄積を低くするためにレーザービームを振動させることによってチップ性能を改善できる、半導体加工のためのレーザービーム照射装置およびその動作方法を提供するところにある。

前記のような目的を達成するために、本開示の技術的思想の一側面に係る半導体加工のためのレーザービーム照射装置において、半導体の加工を遂行するように加工方向にレーザービームを進行させ、前記加工方向とは異なる振動方向に一定の振幅を有するように前記レーザービームを振動させるレーザービーム出力部および前記加工方向に進行し前記振動方向に振動する前記レーザースポットを前記半導体に結像させる集束レンズを含むことができる。

また、前記レーザービーム出力部は、１回の加工において第１レーザーを加工方向に沿って前記半導体に出力し、第１レーザーとは入射角度が異なる第２レーザーを加工方向に沿って出力することができる。

また、前記レーザービーム出力部は、前記半導体を良質の加工品質で切断するための前処理加工を遂行するために、前記第１レーザーを出力する第１レーザービーム出力部および前記半導体に切断面を形成する前記第２レーザーを出力する第２レーザービーム出力部を含むことができる。

一方、前記レーザービーム出力部は、レーザービームを発振して出力するレーザー発振部および前記レーザー発振部から照射された前記レーザービームを前記振動方向に振動させるように光学素子を物理的に振動させる振動部をさらに含むことができる。

また、前記レーザー発振部および前記集束レンズは振動なしに固定され、前記光学素子は振動部のモータの駆動力によって単振動することができる。

また、前記光学素子は、水平鏡を含み、前記モータは、超音波モータおよび共鳴モータのうち少なくとも一つであり得る。

また、半導体加工のための操作命令を受信する入力部および前記操作命令に基づいて、第１モードで、前記モータにサイン波の入力を印加し、第２モードで、前記モータに三角波または矩形波を印加するように振動部を制御する制御部を含むことができる。

また、前記第１モードは、前記レーザービームの振動速度に優先順位を割り当てた使用者によって選択された使用者モードであり、前記第２モードは、前記レーザービームの振動幅に優先順位を割り当てた使用者によって選択された使用者モードであり得る。

一方、前記光学素子は、それぞれ多数の反射面を有する一対のポリゴン鏡を含み、前記一対のポリゴン鏡はそれぞれ異なる方向に回転することができる。

前記半導体は半導体基板を含み、前記集束レンズは前記レーザービームが前記半導体の平面から垂直な方向に所定の入射角度を有するように、前記レーザービームを出力することができる。

前記入射角度は、実質的に直角（ｒｉｇｈｔ ａｎｇｌｅ）に一致し、前記レーザービーム出力部は、前記半導体基板の線幅で決定された距離に対応するように、前記振動方向の振動幅だけ前記レーザービームを振動させることができる。

本開示の例示的な実施例によると、ステルスダイシングとは異なって、局部的な小さい面積に熱エネルギーを蓄積させずにレーザービームを振動させることによって熱エネルギーを分散させることによって、半導体素材の破壊および変形を防止することができる。

本開示の例示的な実施例によると、先行レーザーによる前処理加工を通じて、被照射体およびこれを利用した量産結果物の品質確保を達成することができ、後行レーザーによる完全切断で量産品質を達成することができる。

本開示の例示的な実施例によると、レンズによって調節されるレーザースポットの直径を利用して加工パラメータ（例えば、線幅）を容易に決定することによって半導体の加工を精巧に遂行でき、不良率を下げて歩留まりを上昇させることができる。

本開示の例示的な実施例によると、半導体を加工する過程で発生する噴出物（例えば、粉塵、パーティクル（ｐａｒｔｉｃｌｅ）、デブリ（ｄｅｂｒｉｓ））を振動するレーザービームが汲み出すことによって工程歩留まりを上昇させることができる。

本開示の例示的な実施例によると、振動するレーザービームの入射角度を鋭角、直角または鈍角に調節することによって、生産者のニーズに合うカスタマイズされた結果物を獲得することができる。

本開示の例示的な実施例に係るレーザービーム照射装置を説明するための概念図である。 本開示の例示的な実施例に係るレーザービーム照射装置１０の加工方法を説明するためのものである。 本開示の例示的な実施例に係るレーザービーム照射装置１０の加工方法を説明するためのものである。 従来のブレードダイシングとステルスダイシングを説明するためのものである。 本開示の例示的な実施例に係るレーザービームの振動方法を説明するためのものである。 本開示の例示的な実施例に係るレーザービーム照射装置の振動方法、集束レンズおよび加工方法を説明するためのものである。 本開示の例示的な実施例に係る振動方法のうち鏡振動を説明するためのものである。 本開示の例示的な実施例に係る振動方法のうちポリゴン振動を説明するためのものである。 本開示の例示的な実施例に係る振動方法のうち光源振動を説明するためのものである。 本開示の例示的な実施例に係る集束レンズを説明するためのものである。 本開示の例示的な実施例に係る加工方法の決定による振動方向および加工方向を説明するためのものである。 本開示の例示的な実施例に係る加工方向および入射角度を説明するためのものである。 本開示の例示的な実施例に係る半導体加工結果による品質を比較例とともに説明するための電子顕微鏡映像である。 本開示の例示的な実施例に係る半導体加工結果による品質を比較例とともに説明するための電子顕微鏡映像である。

以下、添付した図面を参照して本発明の実施例について詳細に説明する。

図１は、本開示の例示的な実施例に係るレーザービーム照射装置１０を説明するための概念図である。

図１を参照すると、レーザービーム照射装置１０は入力部１００、制御部２００、レーザービーム出力部３００および集束レンズ４００を含むことができる。レーザービーム出力部３００はレーザー発振部３１０、振動部３２０および光学素子３３０をさらに含むことができる。

レーザービーム照射装置１０は、レーザービームを出力することによってレーザースポットＬＳを被照射体ＳＴに結像させることができる。

被照射体ＳＴは半導体基板およびウェハを含むことができる。説明の便宜上、以下で被照射体ＳＴは半導体、半導体基板または半導体ウェハとともに説明することができる。この場合、基板はレーザービームの熱エネルギーによって多様な方法で加工され得、前記多様な方法は、レーザービーム照射装置１０は大面積ウェハを複数のチップに切断および分離するダイシング（ｄｉｃｉｎｇ）加工、ウェハの厚さを薄くするグラインディング（ｇｒｉｎｄｉｎｇ）加工、そして導電性配線を形成させるための溝を作るグルービング（ｇｒｏｏｖｉｎｇ）加工を含むことができる。

また、被照射体ＳＴは半導体膜（例えば、酸化膜）を含むことができる。例えば、レーザービーム照射装置１０は半導体膜をアニーリング（ａｎｎｅａｌｉｎｇ）することができる。

以下で「加工」とは、レーザービーム照射装置１０のレーザービームによって被照射体ＳＴに物理的変形を引き起こす工程（ｐｒｏｃｅｓｓ）を意味し得、前述した例示に本開示の技術的思想が制限されるものではない。

本開示の例示的な実施例によると、レーザービーム照射装置１０はレーザースポットＬＳにより集光された熱エネルギーの蓄積を低くするためにレーザービームを振動させることができる。

具体的には、レーザービーム照射装置１０は被照射体ＳＴの加工を遂行するように加工方向にレーザービームを進行させることができる。これと共に、レーザービーム照射装置１０は加工方向とは異なる振動方向に一定の振幅（加工振幅）を有するようにレーザービームを振動させることができる。これにより、第１レーザースポットＬＳ１の熱エネルギーの過度な蓄積によって被照射体ＳＴが変形される前に、第２レーザースポットＬＳ２で振動することによって被照射体ＳＴの不良率を下げることができる。

一方、図３で後述するように、レーザービーム照射装置１０は加工方向と同一の振動方向に、一定の振幅を有するようにレーザービームを振動させることができる。加工方向と同一の振動方向を有するレーザービームによって、レーザービーム照射装置１０は被照射体ＳＴを加工する過程で発生する噴出物（例えば、粉塵、パーティクル（ｐａｒｔｉｃｌｅ）、デブリ（ｄｅｂｒｉｓ））を振動するレーザーに基づいて加工領域の外に汲み出すか片づけることができる。これにより、噴出物による歩留まりの低下を防止することができる。

入力部１００は使用者の操作命令を受信することができる。一例として、操作命令は使用者が被照射体ＳＴに掘りつけられる線幅を決定する命令を含むことができ、他の一例として、操作命令は被照射体ＳＴを加工する速度を制御する命令を含むことができる。

入力部１００は、第１モードおよび第２モードのうち一つを使用者によって選択され得る。第１モードとは、レーザービームの振動速度に優先順位を割り当てた使用者モードであり得、第２モードとは、レーザービームの振動幅に優先順位を割り当てた使用者モードであり得る。第１モードおよび第２モードでの加工方法は制御部２００とともに後述することにする。

一方、入力部１００は使用者の操作命令を受信して制御部２００に伝達できる装置（例えば、キーボード）、ソフトウェア（入力ユーザインターフェース）で具現され得る。または入力部１００は運営体制（ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ、Ｏ／Ｓ）の入力インターフェースであり得る。これに制限されず、入力部１００は多様な方式のハードウェア、ソフトウェアまたはファームウェア方式の入力手段を含むことができる。

制御部２００はレーザー発振部３１０を制御するために発振信号ＳＯを出力することができる。

レーザー発振部３１０は半導体装置または半導体部品であるか、これに含まれる構成である被照射体ＳＴを加工できるすべての種類の発振装置を含むことができる。例えば、レーザー発振部３１０は数百ワット出力のレーザーから数百キロワット出力のレーザーを含むことができる。発振信号ＳＯはレーザー発振部３１０の全般的な動作を制御することができる。

制御部２００は振動部３２０を制御するために振動信号ＳＶを出力することができる。振動信号ＳＶは振動幅、振動速度および入力波形に関する情報を含むことができる。例えば、振動部３２０は共鳴モータを含むことができる。以下において共鳴モータとは、振動子が共鳴して振動する駆動装置を意味し得、ガルボモータ（ｇａｌｖｏ ｍｏｔｏｒ）より高い振動数を有することができる。

制御部２００は、第１モードおよび第２モードを含む複数の使用者モードに基づいて互いに異なる入力波形を振動部３２０に印加することができる。ここで、入力波形とは、モータを駆動させるために印加される電気的信号の波形を含むことができる。

制御部２００は、操作命令に基づいて第１モードで振動部３２０のモータにサイン波（ｓｉｎｅ ｗａｖｅ）の入力を印加する振動信号ＳＶを出力することができる。サイン波の入力が印加されたモータはレーザービームの振動速度を最大化させることができる。すなわち、振動幅の正確性は第２モードに比べて低くなるが、レーザービームが振動できる最大の振動速度（振動数）がさらに増加し得る。

また、制御部２００は、操作命令に基づいて第２モードで振動部３２０のモータに三角波または矩形波を印加するように振動信号ＳＶを出力することができる。三角波または矩形波の入力が印加されたモータは振動幅を精密に決定することができる。すなわち、振動速度は第１モードに比べて低くなるが、ターゲットとする振動幅にさらに近い幅でレーザービームは振動することができる。

レーザービーム出力部３００は、レーザービームを発振して出力するレーザー発振部３１０を含むことができる。レーザー発振部３１０は発振されたレーザーを光学素子３３０に出力することによって被照射体ＳＴを加工することができる。振動部３２０は、レーザー発振部３１０から照射されたレーザービームを振動方向に振動させるように光学素子３３０を振動させることができる。集束レンズ４００に入力されるレーザービームを振動させるためである。

一例として、照射されるレーザービームは単一の線（ｓｉｎｇｌｅ ｒａｙ）であり得、他の例として、レーザービーム照射装置１０は複数のレーザービームが出力されてもよい。複数のレーザービームが出力される場合、レーザー発振部３１０は複数のレーザービームを出力するための複数の発振モジュールを含むことができる。

レーザービームを振動させる過程で、レーザービーム出力部３００の一部の構成のみが振動することができる。換言すると、レーザー発振部３１０および集束レンズ４００は振動なしに固定され、光学素子３３０は振動部３２０のモータの駆動力によって単振動することができる。レーザー発振部３１０および集束レンズ４００が振動することに比べて被照射体ＳＴの加工を精密に遂行することができ、熱の蓄積を防止することができる。

振動部３２０は光学素子３３０の振動幅と振動速度を決定することができる。例えば、振動部３２０のモータは光学素子３３０と機械的に直接的または間接的に連結され得る。光学素子３３０はレーザー発振部３１０から出力されたレーザービームを集束レンズ４００に出力するので、振動部３２０は光学素子３３０を制御することによってレーザービームの振動幅と振動速度を決定することができる。

光学素子３３０は鏡を含むことができる。すなわち、光学素子３３０はレーザー発振部３１０から出力されたレーザービームを反射させて集束レンズ４００に出力することができる。振動部３２０は超音波モータおよび共鳴モータのうち少なくとも一つであり得る。電磁力による一般的なモータでは被照射体ＳＴに加えられる熱エネルギーの過度な蓄積を防止するための本開示の技術的思想を達成できないためである。

集束レンズ４００は、レーザービームが被照射体ＳＴの平面から垂直な方向に所定の入射角度を有するようにレーザービームを出力することができる。所定の入射角度は０度（ｚｅｒｏ ｄｅｇｒｅｅ）以上９０度以下であり得る。

集束レンズ４００は対物レンズ、短焦点レンズまたはＦ－ｔｈｅｔａレンズであり得る。集束レンズ４００は対物レンズ、短焦点レンズおよびＦ－ｔｈｅｔａレンズのうち、加工方法および使用者の要求に応じて一つ選択され得る。これについては後述することにする。

本開示の例示的な実施例に係るレーザービーム照射装置１０は、加工方向とは異なる振動方向にはやく振動することによって加工品質および速度を高めることができる。これに比べ、従来の技術は加工品質および速度が低下する短所があった。

図２ａおよび図２ｂは、本開示の例示的な実施例に係るレーザービーム照射装置１０の加工方法を説明するためのものである。

図２ａおよび図２ｂを参照すると、レーザービーム照射装置１０は第１レーザービーム出力部３００ａおよび第２レーザービーム出力部３００ｂを含むことができ、それぞれは図１で前述したレーザービーム出力部３００に対応し得る。一方、レーザービーム照射装置１０は第１集束レンズ４００ａおよび第２集束レンズ４００ｂを含むことができ、それぞれは図１で前述した集束レンズ４００に対応し得る。

本開示の例示的な実施例によると、レーザービーム照射装置１０は１回の加工において第１レーザーを加工方向に沿って被照射体ＳＴに出力し、第１レーザーとは入射角度が異なる第２レーザーを加工方向に沿って出力することができる。

本開示の例示的な実施例によると、第２レーザービーム出力部３００ｂは被照射体ＳＴを切断するための第２レーザーを出力することができる。例えば、第２レーザーは被照射体ＳＴに切断面を形成することができる。第１レーザービーム出力部３００ａは、被照射体ＳＴを量産品質で切断するための前処理加工を遂行するために第１レーザーを出力することができる。ここで、量産品質とは、加工主体が達成しようとするターゲット品質を指称し得、例えば、断面均一度、切断速度、切断大きさおよび線幅などを含むことができる。また、例えば被照射ＳＴがウェハである場合、第１レーザービーム出力部３００ａは半導体表面の化合物を除去するための目的で第１レーザーを出力することができる。

本開示の例示的な実施例によると、第１レーザービーム出力部３００ａが前処理加工を遂行した経路に沿って第２レーザービーム出力部３００ｂは第２レーザーを出力することができる。すなわち、第１レーザービーム出力部３００ａにより加工が準備された領域を、第２レーザービーム出力部３００ｂが被照射体ＳＴを加工（例えば、切断）することができる。このような意味で、第１レーザーは先行レーザーと指称され得、第２レーザーは後行レーザーと指称され得る。

本開示の例示的な実施例によると、第１レーザービーム出力部３００ａは第２レーザービーム出力部３００ｂより低い波長のレーザーを出力することができる。実験によると、第１レーザービーム出力部３００ａは５１５ｎｍ以上５３２ｎｍ以下の波長を有するか、２６６ｎｍ以上３５５ｎｍ以下の波長を有する第１レーザービームを出力する場合、被照射体ＳＴの表面を突出なしに改質させることができる。これは、金属、セラミックおよび化合物などの半導体ウェハ表面にある物質が前述した波長の第１レーザービームを容易に吸収する素材であるためである。

本開示の例示的な実施例によると、第１レーザービーム出力部３００ａは第２レーザービーム出力部３００ｂより強度（ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）が高いが平均出力は低いこともある。実験によると、第１レーザービーム出力部３００ａが出力する先行レーザーの平均出力が高い場合、被照射体ＳＴを過度な深さで加工し得る。これは、第２レーザービーム出力部３００ｂが実際に加工（例えば、切断）を遂行するにおいて、加工品質を確保するのに妨害となり得るためである。したがって、第１レーザー（すなわち、先行レーザー）は第２レーザー（すなわち、後行レーザー）より強度は高いが平均出力は低いこともある。

図２ａを参照すると、第１レーザービーム出力部３００ａは被照射体ＳＴの鉛直方向に被照射体ＳＴに第１レーザーを出力することができ、第２レーザービーム出力部３００ｂは加工方向に対して第１角度を有するように第２レーザーを出力することができる。ここで、第１角度θａは９０度を超過し１８０度未満であり得る。

また、第１レーザービーム出力部３００ａは振動運動なしに加工方向に沿って被照射体ＳＴの鉛直方向で第１レーザーを出力することができ、第２レーザービーム出力部３００ｂは加工方向に振動する第２レーザーを出力することができる。

図２ｂを参照すると、第１レーザービーム出力部３００ａは加工方向に対して第２角度θｂを有するように第１レーザーを出力することができる。ここで、第２角度θｂは０度を超過し９０度未満であり得る。レーザービームに敏感で脆弱な被照射体ＳＴの場合、鋭角の入射角度で第１レーザーを出力することによって第２レーザービーム出力部３００ｂが被照射体ＳＴを加工する品質をより高めることができる。また、鉛直方向の入射角度を有する第１レーザーと比較して、鋭角の入射角度を有する第１レーザーはさらに高い出力で被照射体ＳＴに出力されてもターゲット加工品質を獲得することができる。したがって、より多くのエネルギーで一度に表面除去および深さ加工をさらに容易に遂行できる。

また、図２ａで前述したこととは異なり、第１レーザービーム出力部３００ａは振動運動すなわち、加工方向に沿って振動する第１レーザーを出力することができる。例えば、第１レーザーに振動を与える場合、厚い素材の被照射体ＳＴを加工するときに、切断加工を第１レーザーおよび第２レーザーを共に利用して遂行するという点でさらに効果的で迅速な加工（例えば、切断）を遂行できる。しかし、これに制限されはせず、第１レーザービーム出力部３００ａは第２角度θｂを有しながらも、振動しない第１レーザーを出力することができる。

図２ａおよび図２ｂを参照すると、先行レーザー（すなわち、第１レーザー）および後行レーザー（すなわち、第２レーザー）の連続的な切断動作を通じて、被照射体ＳＴ（例えば、半導体ウェハ）の完全切断（ｆｕｌｌ ｃｕｔｔｉｎｇ）を達成することができる。換言すると、従来には単一レーザーで被照射体の完全切断を試みる場合、過度なレーザービームの出力によって量産品質を達成することができなかった（例えば、図１２の（ａ）および図１３の（ａ））。しかし、本開示の例示的な実施例によると、先行レーザーによる前処理加工を通じて、被照射体ＳＴおよびこれを利用した量産結果物の品質確保が達成でき、後行レーザーによる完全切断で量産品質を達成することができる。また、先行レーザーおよび後行レーザーを利用することによって、それぞれのレーザーの出力を下げることができるため被照射体ＳＴの熱蓄積を防止でき、被照射体ＳＴの素材変形を防止することができる。

図３は、従来のブレードダイシングとステルスダイシングを説明するためのものである。

図３の（ａ）を参照すると、ブレードダイシング装置は微細ダイヤモンドで形成された薄い切断ブレードを速く回転させる。すなわち、ブレードダイシング装置は切断ブレードに形成された鋸刃を利用して対象体をカッティングする。

この過程で、切断ブレードは対象体（例えば、基板）を切断する過程でブレードが位置した基板の表面または裏面の切断面を不規則にはがすことができる。また、対象体がはがされる過程で基板にチッピングが発生する可能性がある。これは、ダイシングが完了して分割されたチップの性能を低下させる主要要因となり得る。

しかし、レーザービームを照射する方式は強い出力のレーザービームを局部的な部分に照射するので前記のような性能低下の要因が発生しない。

反面、図３の（ｂ）を参照すると、ステルスダイシング装置は対象体の局部的な領域にレーザー光を集中させて切断のための内部亀裂を形成させることができる。一定のパターンで形成された亀裂に沿って対象体は分離され得る。分離される過程で、亀裂と隣接した領域の切断面は不規則な切断面が形成され得る。また、ステルスダイシングのレーザー光は極度に高いピークパワーを有するため半導体表面に所望しない亀裂がさらに発生し得、これに伴い、チップの性能が低下し得る。

しかし、本開示の例示的な実施例によると、レーザービームを利用して被照射体ＳＴをすべて切断するのでステルスダイシングに比べて別途にはがす過程を経る必要がなく、これに伴い、性能低下要因を除去することができる。また、ステルスダイシングのように高いピークパワーを有しても、ステルスダイシングに比べて特定領域にレーザーが留まる時間を振動によって画期的に減らすことができるため、熱エネルギーの蓄積による被照射体ＳＴの変形を防止することができる。

図４は、本開示の例示的な実施例に係るレーザービームの振動方法を説明するためのものである。以下では、図４の（ａ）～（ｃ）の順に沿って時系列的に説明される。

図４の（ａ）～（ｃ）を参照すると、レーザービーム照射装置１０はレーザービームＬＢ３を振動させることによって集束レンズ４００の互いに異なる位置にレーザービームＬＢ３を出力することができる。説明の便宜上第１局面、第２局面および第３局面でのレーザービームＬＢ３１～ＬＢ３３に互いに異なる参照符号を記載したが、同一のレーザー発振部３１０から出力された一つのレーザービームであり得る。ただし、これに制限されはせず、レーザービームＬＢ３１～ＬＢ３３は互いに異なる発振部によるレーザービームであってもよい。

時系列的に説明すると、レーザービーム照射装置１０は最初に集束レンズ４００の縁領域にレーザービームＬＢ３１を出力する。その後、振動によってレーザービーム照射装置１０は集束レンズ４００の中央領域にレーザービームＬＢ３２を出力する。この後、振動によってレーザービーム照射装置１０は第１局面での縁部領域と反対側の縁領域にレーザービームＬＢ３３を出力する。

レーザービーム照射装置１０は被照射体ＳＴの互いに異なる領域ａ１～ａ３それぞれにレーザースポットＬＳを結像させることができる。レーザービーム照射装置１０はｘ軸方向に大きく離隔しないつつ、ｙ軸方向に振動距離（加工幅、線幅）だけ離隔した領域ａ１～ａ３それぞれを加工することができる。ここで、振動距離は、導電体の線幅に対応し得る。すなわち、レーザービーム照射装置１０はｙ軸方向に線幅だけ振動することができる。

本開示の例示的な実施例によると、レーザービーム照射装置１０は予め設定された品質基準による素材変形が発生しない時間の間だけのみ、局部的な領域（例えば、ａ１）にレーザースポットＬＳが留まるようにレーザービームＬＢ３を振動させることができる。

一例として、制御部２００は振動部３２０が０超過２０ｋＨｚ以下の振動速度のうち少なくとも一つを有するように振動信号ＳＶを伝送することができる。この時、制御部２００が１ｋＨｚと同一であるか大きな振動速度を有する振動信号ＳＶを出力する場合、振動部３２０は超音波モータおよび共鳴モータのうち一つで具現され得る。

他の一例として、制御部２００は振動部３２０が０超過１０ＭＨｚ以下の振動速度のうち少なくとも一つを有するように振動信号ＳＶを伝送することができる。

一実施例によると、レーザービーム照射装置１０は被照射体ＳＴが第１材料で構成されたウェハであることを入力部１００を通じて入力を受け、制御部２００は第１振動数を含む振動信号ＳＶを伝送することによって、局部的な領域（例えば、ａ１）にレーザースポットＬＳが第１振動数に対応する時間だけ留まるように制御することができる。

図５は、本開示の例示的な実施例に係るレーザービーム照射装置の振動方法、集束レンズおよび加工方法を説明するためのものである。

本開示の一実施例によると、集束レンズ４００を通過した振動するレーザービームＬＢ４により、レーザービーム照射装置１０はｙ軸方向の振動距離だけの幅を有する切断面を形成することができる。すなわち、レーザービーム照射装置１０はダイシング工程を遂行できる。

本開示の他の実施例によると、レーザービーム照射装置１０はｙ軸方向の振動距離だけの幅を有する溝を形成することができる。すなわち、レーザービーム照射装置１０はグルービング工程を遂行できる。

本開示のさらに他の実施例によると、レーザービーム照射装置１０はレーザービームＬＢ４をｙ軸方向に大きく振動させることによってグラインディング工程を遂行できる。

以下で、図６～図８と共にレーザービーム照射装置１０の振動方法を説明し、鏡振動、ポリゴン振動および光源振動について説明する。

図９とともに集束レンズ４００について説明し、対物レンズ、短焦点レンズおよびＦ－ｔｈｅｔａレンズそれぞれの場合について説明する。

図６は、本開示の例示的な実施例に係る振動方法のうち鏡振動を説明するためのものである。

図６を参照すると、振動部３２０はモータ３２１を含むことができ、モータ３２１は超音波モータおよび共鳴モータのうち少なくとも一つであり得る。また、光学素子３３０は水平鏡３３１を含むことができる。

本開示の例示的な実施例によると、水平鏡３３１はモータ３２１と機械的に連結され、モータ３２１の駆動力が鏡に伝達され、水平鏡３３１は単振動することができる。この時、単振動の周波数は、レーザービーム照射装置１０が加工方向とは異なる振動方向に振動する振動速度と実質的に同一であり得る。

本開示の例示的な実施例によると、光学素子３３０は集束レンズ４００と平行な方向に振動することができる。これに伴い、レーザービームは集束レンズ４００の中心点を基準として原点対称である地点を往復して振動することができる。

本開示の例示的な実施例によると、レーザー発振部３１０から出力されたレーザーが光学素子３３０に入射する方向に、光学素子３３０は振動することができる。この時、光学素子３３０はレーザー発振部３１０から出力したレーザーを集束レンズ４００に反射させる平面鏡であり得る。

本開示の例示的な実施例によると、モータ３２１は超音波モータおよび共鳴モータのような振動モータであり得る。振動モータは高い振動数をモータ３２１の内部で発生させて駆動力を生成することができる。高い振動数の駆動力はモータ３２１の伝達部を通じて、構造的に直接的または間接的に結合された水平鏡３３１に伝達され得る。

好ましくは、モータ３２１は１ｋＨｚと同一であるか大きく、２０ｋＨｚと同一であるか小さい振動数を発生させることができる。すなわち、超音波モータおよび共鳴モータのうち少なくとも一つは、１ｋＨｚと同一であるか大きく、２０ｋＨｚと同一であるか小さい振動数でレーザービームを振動させることによって、半導体を加工する過程で発生する噴出物（例えば、粉塵、パーティクル（ｐａｒｔｉｃｌｅ）、デブリ（ｄｅｂｒｉｓ））を振動するレーザービームが汲み出すことによって工程歩留まりを上昇させることができる。一般的に使われる線形アクチュエータモータ（Ｌｉｎｅａｒ ａｃｔｕａｔｏｒ ｍｏｔｏｒ）は、１ＫＨｚ未満の低い振動数によって本開示の例示的な実施例に係る効果を達成できないが、１ｋＨｚと同一であるか大きく、２０ｋＨｚと同一であるか小さい振動数でレーザービームが噴出物を汲み出しながらも、被照射体ＳＴの熱変形を画期的に減少させることを多数の実験を通じて確認した。

図６の（ａ）を参照すると、第１局面で水平鏡３３１は地点ｂ１に位置することができる。引き続き、図６の（ｂ）を参照すると、モータ３２１の駆動力（振動）により、第２局面で水平鏡３３１は地点ｂ２を経て地点ｂ３に位置することができる。この後、モータ３２１の駆動力（振動）により、水平鏡３３１は地点ｂ３から地点ｂ１に往復運動することができる。

すなわち、本開示の例示的な実施例に係るレーザービーム照射装置１０は、モータ３２１の駆動力とこれに基づいた水平鏡３３１の振動を利用して、振動方向に振動するレーザービームを被照射体ＳＴに出力することができる。

図７は、本開示の例示的な実施例に係る振動方法のうちポリゴン振動を説明するためである。

図７を参照すると、光学素子３３０は一対のポリゴン鏡３３２を含み、一対のポリゴン鏡３３２は多数の反射面を有する第１ポリゴン鏡３３２ａおよび第２ポリゴン鏡３３２ｂを含むことができる。

本開示の例示的な実施例によると、レーザー発振部３１０は複数の発振モジュールを含むことができる。例えば、レーザー発振部３１０は第１レーザービームｉ＿ａおよび第２レーザービームｉ＿ｂを含む複数のレーザービームを出力することができる。レーザー発振部３１０は第１レーザービームｉ＿ａを第１ポリゴン鏡３３２ａに出力することができ、第２レーザービームｉ＿ｂを第２ポリゴン鏡３３２ｂに出力することができる。

第１ポリゴン鏡３３２ａは第１方向ｄ１＿ａに回転することができ、第２ポリゴン鏡３３２ｂは第１方向ｄ１＿ａと反対方向である第２方向ｄ１＿ｂに回転することができる。一例として、振動部３２０は回転モータで具現され得、第１ポリゴン鏡３３２ａおよび第２ポリゴン鏡３３２ｂを互いに異なる方向に回転させることができる。他の一例として、振動部３２０は振動モータで具現され得、第１ポリゴン鏡３３２ａおよび第２ポリゴン鏡３３２ｂが互いに相反した位相で振動するように振動部３２０は駆動力（振動）を複数のポリゴン鏡に出力することができる。

本開示の例示的な実施例によると、光学素子３３０が一対のポリゴン鏡３３２を含む場合、反射した出力レーザービームｏ＿ａ、ｏ＿ｂは被照射体ＳＴに出力され得る。この時、反射した出力レーザービームｏ＿ａ、ｏ＿ｂはそれぞれ互いに異なる方向に振動することができる。

また、反射した出力レーザービームｏ＿ａ、ｏ＿ｂはそれぞれ単方向に振動することができる。一例として、第１出力レーザービームｏ＿ａは被照射体ＳＴの第１地点ｐ１＿ａ、第２地点ｐ２＿ａ、第３地点ｐ３＿ａ、第１地点ｐ１＿ａ、第２地点ｐ２＿ａ…順で振動することができる。第２出力レーザービームｏ＿ｂは第４地点ｐ１＿ｂ、第５地点ｐ２＿ｂ、第６地点ｐ３＿ｂ、第４地点ｐ１＿ｂ、第５地点ｐ２＿ｂ…順で振動することができる。すなわち、出力レーザービームｏ＿ａ、ｏ＿ｂはそれぞれ第３地点ｐ３＿ａおよび第６地点ｐ３＿ｂに到達すると、第１地点ｐ１＿ａおよび第４地点ｐ１＿ｂに回帰する。これは、ポリゴンミラーの形状に起因する。

すなわち、本開示の例示的な実施例によると、光学素子３３０が一対のポリゴン鏡３３２を含む場合、レーザービーム照射装置１０は被照射体ＳＴに互いに異なる方向に単振動する出力レーザービームｏ＿ａ、ｏ＿ｂを出力することによって、被照射体ＳＴを加工することができる。この時、単振動する方向は被照射体ＳＴの加工を進行する進行方向と異なり得る。

一方、出力されたレーザービームｏ＿ａ、ｏ＿ｂは集束レンズ４００を通じて被照射体ＳＴに出力され得る。

図８は、本開示の例示的な実施例に係る振動方法のうち光源振動を説明するためである。

図８の（ａ）および（ｂ）を参照すると、光学素子３３０は固定式水平鏡３３３を含むことができる。

本開示の例示的な実施例によると、レーザー発振部３１０は振動部３２０と機械的に直接的または間接的に連結されて駆動力（振動）を伝達することができる。図５とは異なり、固定式水平鏡３３３および集束レンズ４００は振動なしに固定され得、レーザー発振部３１０は振動部３２０により振動することができる。一例として、レーザー発振部３１０は地点ｄ１を始点として地点ｄ３まで移動した後、地点ｄ３から地点ｄ１に往復する方式で単振動することができる。

本開示の例示的な実施例によると、レーザー発振部３１０の振動によって、被照射体ＳＴは地点ａ１から地点ａ３までの振動方向により加工され得る。

図９は、本開示の例示的な実施例に係る集束レンズを説明するためのものである。

図９の（ａ）を参照すると、集束レンズ４００はｆ－ｔｈｅｔａレンズ４０１で具現され得、図９の（ｂ）はアクロマティックレンズ（ａｃｈｒｏｍａｔｉｃ ｌｅｎｓ）４０２を説明するためのものである。ｆ－ｔｈｅｔａレンズ４０１はアクロマティックレンズ４０２とは異なって上面湾曲現象が起きないこともある。

本開示の例示的な実施例に係るレーザービーム照射装置１０はナノスケール単位の半導体加工に使われ得る。アクロマティックレンズ４０２のように上面湾曲現象が発生する場合、振動幅を微細に調節できないという点で本開示の技術的思想による発明の効果を導き出すことが困難であり得る。これに伴い、レーザービーム照射装置１０はｆ－ｔｈｅｔａレンズ４０１を利用して振動幅を精巧に調節することができる。

また、本開示の例示的な実施例に係る集束レンズ４００は短焦点レンズ（ｓｈｏｒｔ ｆｏｃａｌ ｌｅｎｇｔｈ ｌｅｎｓ）、単一レンズ（ｓｉｎｇｌｅｔ ｌｅｎｓ）およびバイコンベックスレンズ（ｂｉ－ｃｏｎｖｅｘ ｌｅｎｓ）を含むことができる。

一方、本開示の例示的な実施例に係る集束レンズ４００は対物レンズを含むことができる。この時、対物レンズは５倍以上１００倍以下の倍率を有することができる。対物レンズは前述したｆ－ｔｈｅｔａレンズ４０１に比べて微細なレーザースポットＬＳを形成するのに最適化されている。実験によると、前述したレンズのうち対物レンズを集束レンズ４００として具現する場合、レーザースポットＬＳの直径を最も小さく鮮明に形成することができた。これと関連して、図９とともに説明することにする。

図１０は、本開示の例示的な実施例に係る加工方法の決定による振動方向および加工方向を説明するためのものである。

図１０の（ａ）を参照すると、レーザービーム照射装置１０は横方向に広く振動しながらも加工方向に沿ってレーザービームを出力することができる。

これに伴い、レーザービーム照射装置１０は被照射体ＳＴがウェハで具現される場合、グルービング（ｇｒｏｏｖｉｎｇ）、スクライビンググ（ｓｃｒｉｂｉｎｇ）、リムービング（ｒｅｍｏｖｉｎｇ）およびグラインディング（ｇｒｉｎｄｉｎｇ）のうち少なくともいずれか一つの加工を遂行できる。

図１０の（ｂ）を参照すると、レーザービーム照射装置１０は縦方向（鉛直方向）に狭く深く振動しながらも横方向に沿ってレーザービームを出力することができる。

これに伴い、レーザービーム照射装置１０は被照射体ＳＴがウェハで具現される場合、ダイシング（ｄｉｃｉｎｇ）加工を遂行できる。

図１１は、本開示の例示的な実施例に係る加工方向および入射角度を説明するためのものである。

図１１の（ａ）、（ｂ）および（ｃ）をそれぞれ参照すると、レーザービーム照射装置１０は入射角度により正方向加工、直角（鉛直方向）加工および逆方向加工を遂行できる。正方向加工の場合、レーザービーム照射装置１０は被照射体ＳＴにレーザービームを加工方向に対して鋭角θ１で出力することができる。直角（鉛直方向）加工の場合、レーザービーム照射装置１０は被照射体ＳＴにレーザービームを加工方向に対して直角θ２で出力することができる。逆方向加工の場合、レーザービーム照射装置１０は被照射体ＳＴにレーザービームを加工方向に対して鈍角θ３で出力することができる。それぞれの加工方法の用途および効用性は前述したので省略することにする。

本開示の例示的な実施例によると、レーザービーム照射装置１０はレーザービームの入射角度により被照射体ＳＴに浸透する深さが異なり得る。例えば、第１深さだけ食刻をしようとする場合、レーザービーム照射装置１０は直角加工を遂行でき、第１深さより浅い第２深さだけ食刻をしようとする場合、レーザービーム照射装置１０は正方向加工または逆方向加工を遂行できる。

図１２および図１３は、本開示の例示的な実施例に係る半導体加工結果による品質を比較例とともに説明するための電子顕微鏡映像である。

図１２の（ａ）は比較例により被照射体ＳＴをダイシングした断面図であり、図１２の（ｂ）は本開示の例示的な実施例により被照射体ＳＴをダイシングした断面図である。

比較例によると、表面と断面にいずれも非均質な領域が発生して加工品質が劣化していることを確認することができる。

しかし、本開示の例示的な実施例によると、なめらかな断面を確認することができ、表面もレーザーによる裂け現象が発生せず、加工品質が優秀であることを確認することができる。

図１３の（ａ）および（ｂ）は、それぞれ比較例および本開示の例示的な実施例により線幅だけ加工した半導体を鉛直方向で撮影したイメージである。

比較例によると、振動なしに強いレーザービームを加工方向に照射することによって、レーザーの強い熱によってターゲット領域ではない部分まで被照射体が毀損したことを確認することができる。

しかし、本開示の例示的な実施例によると、適切な強度を有するレーザービームを振動方向に振動させながらも加工方向に照射するので、ターゲット領域以外の部分にはレーザーによる毀損を見つけることができない。

以上でのように図面と明細書で例示的な実施例が開示された。本明細書で特定の用語を使って実施例を説明したが、これは単に本開示の技術的思想を説明するための目的で使われたものであり、意味の限定や特許請求の範囲に記載された本開示の範囲を制限するために使われたものではない。したがって、本技術分野の通常の知識を有する者であればこれから多様な変形および均等な他の実施例が可能であるという点が理解できるであろう。したがって、本開示の真の技術的保護範囲は添付された特許請求の範囲の技術的思想によって定められるべきである。

Claims (14)

1. 半導体加工のためのレーザービーム照射装置において、
   半導体の加工を遂行するように加工方向にレーザービームを進行させ、前記加工方向とは異なる振動方向に一定の振幅を有するように前記レーザービームを振動させるレーザービーム出力部；および
   前記加工方向に進行し前記振動方向に振動するレーザースポットを前記半導体に結像させる集束レンズ；を含む、レーザービーム照射装置。
2. 前記レーザービーム出力部は、
   １回の加工において第１レーザーを加工方向に沿って前記半導体に出力し、第１レーザーとは入射角度が異なる第２レーザーを加工方向に沿って出力することを特徴とする、請求項１に記載のレーザービーム照射装置。
3. 前記レーザービーム出力部は、
   前記半導体を良質の加工品質で切断するための前処理加工を遂行するために、前記第１レーザーを出力する第１レーザービーム出力部；および
   前記半導体に切断面を形成する前記第２レーザーを出力する第２レーザービーム出力部；を含むことを特徴とする、請求項２に記載のレーザービーム照射装置。
4. 前記レーザービーム出力部は、
   レーザービームを発振して出力するレーザー発振部；および
   前記レーザー発振部から照射された前記レーザービームを前記振動方向に振動させるように光学素子を物理的に振動させる振動部；をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のレーザービーム照射装置。
5. 前記レーザー発振部および前記集束レンズは振動なしに固定され、前記光学素子は振動部のモータの駆動力によって単振動することを特徴とする、請求項４に記載のレーザービーム照射装置。
6. 前記光学素子は、水平鏡を含み、
   前記モータは、
   超音波モータおよび共鳴モータのうち少なくとも一つであることを特徴とする、請求項５に記載のレーザービーム照射装置。
7. 半導体加工のための操作命令を受信する入力部；および
   前記操作命令に基づいて、第１モードで、前記モータにサイン波の入力を印加し、第２モードで、前記モータに三角波または矩形波を印加するように振動部を制御する制御部；を含むことを特徴とする、請求項６に記載のレーザービーム照射装置。
8. 前記第１モードは、前記レーザービームの振動速度に優先順位を割り当てた使用者によって選択された使用者モードであり、
   前記第２モードは、前記レーザービームの振動幅に優先順位を割り当てた使用者によって選択された使用者モードであることを特徴とする、請求項７に記載のレーザービーム照射装置。
9. 前記光学素子は、それぞれ多数の反射面を有する一対のポリゴン鏡を含み、前記一対のポリゴン鏡はそれぞれ異なる方向に回転することを特徴とする、請求項４に記載のレーザービーム照射装置。
10. 前記半導体は、
    半導体基板を含み、
    前記集束レンズは、
    前記レーザービームが前記半導体の平面から垂直な方向に所定の入射角度を有するように、前記レーザービームを出力することを特徴とする、請求項１に記載のレーザービーム照射装置。
11. 前記入射角度は、
    実質的に直角（ｒｉｇｈｔ ａｎｇｌｅ）に一致し、
    前記レーザービーム出力部は、
    前記半導体基板の線幅で決定された距離に対応するように、前記振動方向の振動幅だけ前記レーザービームを振動させることを特徴とする、請求項１０に記載のレーザービーム照射装置。
12. 前記入射角度は、
    ０度超過および９０度未満であり、
    前記レーザービーム出力部は、
    前記入射角度だけ傾いた前記レーザービームが前記半導体基板に入射する深さだけ加工することを特徴とする、請求項１０に記載のレーザービーム照射装置。
13. 半導体加工のためのレーザービーム照射装置の動作方法において、
    被照射体を量産品質で切断するための前処理加工を遂行するために第１レーザービームを出力する段階；
    前記第１レーザービームに基づいた前処理加工を遂行した経路に沿って被照射体を切断するための第２レーザービームを出力する段階；および
    前記第１レーザービームを加工方向に鉛直となる角度で出力し、前記第２レーザービームとは異なって振動させず、前記第２レーザービームを加工方向に鉛直に第１角度を有するように出力し、前記加工方向に前記第２レーザービームを振動させる段階をさらに含む、動作方法。
14. 前記第１レーザービームは、前記第２レーザービームより低い波長であることを特徴とする、請求項１３に記載の動作方法。