KR102487262B1 - 재료 벽개에서의 제어된 균열 전파를 위한 입사 방사선 유발 표면하부 손상 - Google Patents

재료 벽개에서의 제어된 균열 전파를 위한 입사 방사선 유발 표면하부 손상 Download PDF

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Abstract

벽개 시스템은 셰이퍼, 포지셔너, 내부 준비 시스템, 외부 준비 시스템, 벽개장치 및 크롭퍼를 이용하여 워크피스를 벽개된 피스로 벽개한다. 셰이퍼는 워크피스를 규정된 기하형상으로 성형한다. 다음에, 포지셔너는 내부 준비 시스템이 벽개 평면에서 분리 층을 생성할 수 있도록 워크피스를 배치한다. 내부 준비 시스템은 초점에서 워크피스 내부에 레이저 빔을 집속시켜서, 벽개 평면을 가로질러 초점을 스캔하여 분리 층을 생성한다. 외부 준비 시스템은 분리 층과 일치하는 위치에서 워크피스의 외부면을 스코어링한다. 벽개장치는 분리 층을 따라 외부면 상의 균열을 전파시킴으로써 워크피스를 벽개한다. 크롭퍼는 필요에 따라 벽개된 피스를 기하형상으로 성형한다.

Description

재료 벽개에서의 제어된 균열 전파를 위한 입사 방사선 유발 표면하부 손상
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2018년 7월 26일자로 출원된 미국 가출원 제 62/703,642 호의 이익을 주장하며, 이 문헌의 내용은 그 전체가 본원에 참조로 포함된다.
발명의 분야
본 발명은 일반적으로 재료 처리에 관한 것이고, 보다 구체적으로는 입사 방사선을 사용하여 벽개(cleaving)를 위한 워크피스(workpiece)를 준비하고 워크피스를 벽개하는 것에 관한 것이다.
반도체는 고유한 특성, 다용도 응용 및 현재의 광범위한 용도로 인해 전자기기 및 광전지 산업에서 중요하고 귀중한 재료이다. 반도체는 종종 웨이퍼 형태(wafer form)로 사용된다. 그러나, 현재의 웨이퍼 제조 방법은 낭비적이며, 50%까지의 재료 손실을 초래할 수 있다. 대형 반도체 잉곳/블록(ingot/block)을 얇은 웨이퍼 형태로 기계적으로 와이어 소잉(wire sawing)하는 것이 산업 표준이지만, 소잉 와이어(saw wire)에 의해 유발되는 절단 손실(kerf loss)은 불가피하다. 소잉은 또한 결과적인 웨이퍼의 표면을 손상시키므로, 많은 응용에 요구되는 고급 웨이퍼를 얻기 위해 손상된 재료 제거 및 후속 표면 마감이 필요하다. 폴리싱(polishing) 및 기계적 연마(mechanical grinding)가 종종 웨이퍼의 표면을 마감하는 데 사용되고, 이러한 후처리 단계는 웨이퍼로부터 훨씬 더 많은 재료를 제거하여 전체 재료 손실을 더욱 증가시킨다. 반도체 웨이퍼의 제조 동안의 많은 재료 손실은 응용에 사용될 수 있는 반도체 재료가 줄어들게 하고 웨이퍼당 비용이 높아지게 한다. 다양한 응용을 위해 광범위한 산업에서 사용되는 고급 절연체(예를 들어, 산화규소, 산화알루미늄, 산화지르코늄, 산화마그네슘 등)에 대해서도 유사한 논의가 있을 수 있다.
균열 전파를 통해 재료 워크피스를 벽개하는 것은 재료 손실이 거의 없기 때문에 현재의 웨이퍼 처리 방법에 대한 유망한 대안이다. 또한, 이러한 유형의 벽개는 보다 고품질의 웨이퍼 표면을 생성하여, 고품질 표면 마감을 달성하기 위한 후처리 단계의 필요성을 잠재적으로 감소시키거나 제거한다. 그러나, 그러한 벽개 방법을 통해 웨이퍼를 효율적으로 제조하는 것은 어렵다.
전통적인 기술에 비해 감량된 힘을 사용하여 워크피스를 하나 이상의 벽개된 피스(cleaved piece)로 정밀하게 벽개하기 위한 벽개 시스템(cleaving system)이 설명되어 있다. 벽개 시스템은 셰이퍼(shaper), 포지셔너(positioner), 내부 준비 시스템, 외부 준비 시스템, 벽개장치(cleaver) 및 크롭퍼(cropper)를 포함한다.
벽개 시스템은 벽개된 피스를 생성하기 위해 다양한 방법을 이용할 수 있다. 예를 들어, 셰이퍼는 워크피스를 원통체와 같은 규정된 기하형상으로 성형(shaping)한다. 이러한 방식으로, 벽개 시스템에 의해 생성된 임의의 벽개된 피스는 규정된 기하형상(예를 들어, 원형)의 단면일 수 있다. 벽개 시스템은 워크피스 내부에 벽개 평면의 위치를 결정한다. 다음에, 포지셔너는 내부 준비 시스템이 벽개 평면에서 분리 층을 생성할 수 있도록 워크피스를 배치한다.
분리 층을 생성하기 위해, 내부 준비 시스템은 초점에서 워크피스 내부에 레이저 빔을 집속시켜서, 기계적 특성이 변경된 국부적인 영역("풋프린트(footprint)")을 워크피스에 생성한다. 내부 준비 시스템은 벽개 평면을 가로질러 레이저 빔을 스캔하여, 많은 풋프린트의 생성을 통해 분리 층을 생성한다. 분리 층은 분리 층 주변의 재료와 구조적으로 상이한 워크피스 내의 재료 층이다. 분리 층과 주변 재료 사이의 구조적 상이성은 워크피스를 벽개된 피스로 벽개하는 것을 용이하게 한다. 하나 초과의 분리 층이 워크피스 내부에 생성될 수 있다.
외부 준비 시스템은 분리 층과 일치하는 위치에서 워크피스의 외부면을 스코어링(scoring)한다. 다음에, 벽개장치는 분리 층을 따라 외부면 상의 균열을 전파시킴으로써 워크피스를 벽개한다. 보다 구체적으로, 벽개 시스템은 워크피스의 대향 단부에 인장력을 인가하여 분리 층의 상이한 재료를 따라 균열을 전파시켜서 벽개된 피스를 생성한다. 크롭퍼는 필요에 따라 벽개된 피스를 임의의 기하형상으로 성형한다.
도 1은 하나의 예시적인 실시예에 따른, 워크피스를 벽개하기 위한 시스템을 도시한다.
도 2는 하나의 예시적인 실시예에 따른, 워크피스를 벽개하기 위한 벽개 시스템을 도시한다.
도 3은 하나의 예시적인 실시예에 따른 내부 준비 시스템을 도시한다.
도 4는 하나의 예시적인 실시예에 따른 벽개장치를 도시한다.
도 5는 하나의 예시적인 실시예에 따른, 워크피스를 벽개하기 위한 프로세스 흐름도이다.
도 6은 하나의 예시적인 실시예에 따른, 워크피스 내부에 분리 층을 생성하기 위한 프로세스 흐름도이다.
도 7a 내지 도 7d는 하나의 예시적인 실시예에 따른, 워크피스 내부에의 분리 층의 생성을 도시한다.
도 8a는 하나의 예시적인 실시예에 따른, 워크피스 내에 분리 층을 생성하는 풋프린트를 도시한다.
도 8b 및 도 8c는 하나의 예시적인 실시예에 따른, 워크피스 내부의 분리 층을 도시한다.
도 9는 하나의 예시적인 실시예에 따른, 다수의 분리 층을 갖는 워크피스를 도시한다.
도 10a 및 도 10b는 분리 층(140) 또는 층들을 따라 벽개된 워크피스의 예를 도시한다.
도면은 단지 예시의 목적으로 본 발명의 다양한 실시예를 도시한다. 당업자라면, 하기의 논의로부터, 본원에 설명된 본 발명의 원리로부터 벗어남이 없이 본원에 나타낸 구조 및 방법의 대안적인 실시예가 이용될 수 있음을 쉽게 인식할 것이다.
시스템 개요
도 1은 하나의 실시예에 따른 워크피스(130)를 벽개하기 위한 시스템 환경(100)을 도시한다. 환경(100)은 시스템 제어기(120), 벽개 시스템(110) 및 워크피스(130)를 포함한다. 환경(100) 내에서, 시스템 제어기(120)는 워크피스(130)에 대한 벽개 평면(160)을 결정한다. 시스템 제어기(120)는 벽개 평면(160)을 따라 워크피스(130) 내에 분리 층(140)을 생성하도록 벽개 시스템(110)을 제어한다. 그렇게 하기 위해, 벽개 시스템(110)은 벽개 시스템(110)이 워크피스(130)를 벽개하는 것을 용이하게 하는 풋프린트(150)를 워크피스(130) 내에 생성한다. 시스템 제어기(120)는 분리 층(140)을 따라 워크피스를 벽개하도록 벽개 시스템(110)을 제어한다.
벽개 시스템
도 2는 환경(100) 내의 벽개 시스템(110)을 도시한다. 벽개 시스템(110)은 워크피스(130)를 2개 이상의 피스로 벽개한다. 워크피스(130)가 반도체 잉곳인 경우에, 벽개 시스템(110)은 반도체 잉곳을 하나 이상의 반도체 웨이퍼로 벽개할 수 있다.
벽개 시스템(110)은 셰이퍼(210), 포지셔너(220), 내부 준비 시스템(230), 외부 준비 시스템(240), 벽개장치(250) 및 크롭퍼(260)를 포함한다.
셰이퍼(210)는 워크피스(130)가 벽개 시스템(110)에 의해 벽개될 수 있도록 워크피스(130)를 성형한다. 워크피스(130)를 성형하는 것은 워크피스(130)를 원통체, 직사각형 프리즘, 또는 일부 다른 형상과 같은 알려진 기하형상으로 성형하는 것을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 워크피스(130)를 성형하는 것은 재료를 워크피스(130)에 추가하거나 워크피스(130)로부터 제거하는 것을 포함할 수 있다. 워크피스(130)로부터 재료를 제거하는 것은 톱(saw), 그라인더(grinder), 에칭 프로세스, 또는 워크피스(130)로부터 재료를 제거할 수 있는 일부 다른 기구 또는 프로세스에 의해 달성될 수 있다. 워크피스(130)에 재료를 추가하는 것은 화학 기상 증착, 열 산화, 원자 층 증착, 또는 워크피스에 재료를 추가하는 임의의 다른 방법에 의해 달성될 수 있다. 일부 경우에, 성형된 워크피스(130)는 외부 소스 또는 납품업체로부터 납품받을 수 있다. 어떠한 경우에도, 성형된 워크피스(130)는 벽개 시스템(110)에 의해 벽개될 수 있는 형상을 갖는다.
워크피스(130)의 형상은 벽개된 피스의 원하는 형상에 기초하여 선택된다. 일부 예는 동일한 형상의 피스를 생성하기 위해 원형, 직사각형, 정사각형 또는 유사-정사각형 단면 영역을 갖는 워크피스(130)를 포함한다. 다른 예에서, 워크피스(130)의 형상은 생성된 피스의 형상이 아니다. 상업적으로 실행 가능한 피스(예를 들어, 웨이퍼)의 형성을 위해, 산업 표준을 준수하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 4 인치의 원형 웨이퍼가 표준화되고 통상적으로 사용되는 유형의 웨이퍼이며, 그래서 이러한 웨이퍼를 형성하는 데 사용되는 워크피스(130)는 4 인치(또는 100 ㎜)의 직경을 갖는 원형 단면 영역을 갖는 원통형일 것이다. 원형 웨이퍼의 다른 표준 직경은 1 인치(25 ㎜), 2 인치(51 ㎜), 3 인치(76 ㎜), 5.9 인치(150 ㎜), 7.9 인치(200 ㎜), 11.8 인치(300 ㎜) 및 17.7 인치(450 ㎜)를 포함한다. 유사-정사각형 웨이퍼의 표준 변 길이는 125 ㎜ 및 156 ㎜를 포함하며, 이는 각각 165 ㎜ 및 210 ㎜의 직경을 갖는 초기 원통형 피스로부터 제작된다. 추가적으로, 워크피스(130)는 산업 표준에 따라 노치(notch) 또는 플랫부(flat)를 포함할 수 있다. 이러한 특징은 재료가 단결정인 경우에 재료의 결정 구조의 배향을 나타낼 수 있다. 예를 들어, n-도핑된 (100) 실리콘 웨이퍼는 서로 평행한 2개의 플랫부를 가지며, 원통체의 길이의 대향 측부 상에 절단된 2개의 평행한 플랫부를 갖는 원통형인 워크피스(130)로 제조될 수 있다.
추가적으로, 크롭퍼(260)는 벽개장치(250)가 워크피스(130)를 벽개한 후에 벽개된 피스를 원하는 기하형상으로 정확하게 크로핑(cropping)할 수 있다. 이것은 벽개 시스템(110)이 하나의 형상인 상태의 워크피스(130)를 벽개하지만, 최종 기하형상의 벽개된 피스를 생성할 수 있게 한다. 예를 들어, 벽개장치(250)는 정사각형의 워크피스(130)를 벽개하도록 구성된다. 이와 같이, 셰이퍼(210)는 워크피스(130)를 정사각형으로 성형하고, 워크피스(130)를 정사각형 웨이퍼로 벽개한다. 그러나, 이러한 경우에, 웨이퍼의 원하는 형상은 원형이다. 따라서, 크롭퍼(260)는 정사각형 웨이퍼를 원하는 기하형상의 원형 웨이퍼로 크로핑한다. 크롭퍼(260)는 레이저 절단, 웨이퍼 소잉, 화학적 에칭, 워터 제트 절단 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는, 웨이퍼로부터 재료를 제거하는 임의의 방법을 통해 그러한 기능을 완수한다.
추가적으로, 워크피스(130)는 워크피스(130)의 2개의 표면이 벽개 평면(160)에 평행하도록 성형될 수 있다. 벽개 평면(160)은 분리 층(140)에 의해 사전규정되고 시스템 제어기(120)에 의해 결정된 워크피스(130)의 평면으로서, 이 평면을 따라 벽개장치(250)가 벽개한다. 다양한 실시예에서, 벽개 평면은 2차원 평면이 아닌 위상면(topological surface)일 수 있다. 벽개장치(250)가 워크피스(130)를 보다 효율적으로 벽개할 수 있도록, 2개의 표면은 벽개 평면(160)에 평행할 수 있다. 이러한 프로세스의 일 예가 도 7a 내지 도 8c와 관련하여 보다 상세하게 설명된다. 일반적으로 이들 2개의 표면 또는 면은 워크피스(130)의 대향 단부에 있다. 예를 들어, (100) 결정학적 평면에 수직인 잉곳의 장축을 갖는 원통형의 단결정 실리콘 잉곳인 워크피스(130)의 경우, 셰이퍼(210)는 잉곳의 대향 단부에 동일한 (100) 결정학적 배향을 갖는 2개의 면을 갖도록 워크피스(130)를 성형할 수 있다.
성형된 워크피스(130)의 외부면은 잔류 표면 거칠기를 포함할 수 있다. 따라서, 일부 구성에서, 셰이퍼(210)는 표면 거칠기를 감소시킴으로써 벽개를 위한 워크피스(130)의 표면을 준비한다. 다양한 실시예에서, 셰이퍼(210)는 기계적 폴리싱, 화학-기계적 폴리싱, 습식 에칭 프로세스(예를 들어, 화학적 에칭 프로세스), 건식 에칭 프로세스(예를 들어, 반응성 이온 에칭), 열 표면 리플로우 프로세스(thermal surface reflow process), 또는 벽개를 위한 워크피스(130)의 표면을 준비할 수 있는 임의의 다른 프로세스를 사용하여 표면을 준비한다.
포지셔너(220)는 벽개 프로세스 동안에 워크피스(130) 및/또는 벽개 시스템(110)을 배치한다. 일 예에서, 포지셔너(220)는 벽개 시스템(110)이 고정된 채로 유지된 상태로 워크피스(130)를 배치한다. 대안적으로, 포지셔너(220)는 워크피스(130)가 고정된 채로 유지된 상태로 벽개 시스템(110)을 배치한다. 일부 경우에, 포지셔너(220)는 벽개 시스템(110) 및 워크피스(130) 모두를 동시에 배치한다. 가장 일반적으로, 포지셔너(220)는 벽개 시스템(110)과 워크피스(130)를 적절하게 정렬함으로써 워크피스(130)를 벽개하는 것을 용이하게 한다. 포지셔너(220)는 워크피스(130) 또는 벽개 시스템(110)을 배치할 수 있는 임의의 수의 요소일 수 있다. 예를 들어, 포지셔너(220)는, 워크피스(130) 및 벽개 시스템(110)의 위치를 검출하기 위한 적절한 감지 요소뿐만 아니라, 후속 처리를 위해 이들을 정확하게 배치하는 데 필요한 제어 시스템과 함께, 모터, 배치 스테이지, 피에조-전기기기 및 장착 고정구와 같은 구성요소를 포함할 수 있다.
내부 준비 시스템(230)은 분리 층(140)을 생성함으로써 벽개를 위한 워크피스(130)를 준비한다. 분리 층(140)은 주변 재료와 구별되는 워크피스(130) 내의 재료 층으로서, 분리 층(140)의 평면을 따라 벽개하는 것을 용이하게 한다. 일반적으로, 분리 층(140)은 벽개 평면(160)과 동일 평면 상에 있거나 벽개 평면(160)과 동일한 배향을 갖는다. 분리 층(140)을 생성하기 위해, 내부 준비 시스템(230)은 레이저 빔을 생성하고 레이저 빔을 워크피스(130) 내부의 초점(즉, 풋프린트(150))에 집속시킨다. 다른 구성에서, 내부 준비 시스템은 워크피스(130) 내부에 풋프린트(150)를 생성할 수 있는 임의의 다른 유형의 입사 방사선을 생성할 수 있다. 일반적으로, 레이저는 풋프린트(150)에서 워크피스(130)의 구조를 변경시켜, 재료를 국부적으로 약화시켜서 균열 전파를 위한 바람직한 위치를 생성한다. 워크피스(130)의 구조는 풋프린트(150) 이외의 임의의 위치에서는 실질적으로 변경되지 않는다. 일 예로서, 내부 준비 시스템(230)은 해당 영역에 있는 워크피스(130)의 재료를 용융시키는 소정량의 열 에너지를 풋프린트(150)에 생성할 수 있다.
포지셔너(220)와 협력하여 작동하는 내부 준비 시스템(230)은 벽개 평면(160)을 따라 워크피스(130) 내에 풋프린트(150)를 생성한다. 이와 같이, 풋프린트(150)는 전체적으로, 벽개 평면(160)에서 워크피스(130)의 구조를 변경시켜서 분리 층(140)을 생성한다. 분리 층(140)에서의 워크피스(130)의 구조는 분리 층(140) 주변의 구조와 상이하기 때문에, 워크피스(130)는 분리 층(140)의 평면을 따라 벽개될 가능성이 더 높다. 분리 층(140)을 생성하는 프로세스는 도 6과 관련하여 보다 상세하게 설명된다.
도 3은 내부 준비 시스템(230)을 보다 상세하게 도시한다. 내부 준비 시스템(230)은 레이저 소스(laser source)(310), 빔 셰이퍼(beam shaper)(320), 풋프린트 배치 요소(footprint positioning element)(330) 및 워크피스 기하형상 보상 광학기기(workpiece geometry compensation optic)(340)를 포함한다.
레이저 소스(310)는 소정 반복률(repetition rate)로 방사선 펄스를 생성한다. 반복률은 일반적으로 적어도 100 kHz이지만, 보다 낮은 반복률일 수도 있다. 레이저 펄스는 시준된 대칭 레이저 빔을 형성한다. 레이저 빔은 워크피스(130) 재료의 전자 밴드 갭보다 긴 파장을 가져서, 레이저가 워크피스(130)에 진입할 때 워크피스(130)의 재료는 전자적으로 여기되지 않는다. 일반적으로, 레이저 소스(310)는 예를 들어 0.2 내지 20 ㎛의 파장을 갖는다. 이것은 내부 준비 시스템(230)이 예를 들어 0.1 내지 10 eV의 전자 밴드 갭을 갖는 워크피스(130)를 위한 분리 층(140)을 생성할 수 있게 한다.
일 실시예에서, 빔 셰이퍼(320)는 비대칭 레이저 빔을 생성한다. 빔 셰이퍼(320)의 광학기기는 비대칭 레이저 빔을 생성하는 원통형 망원경으로서 작동할 수 있다. 비대칭 레이저 빔은 워크피스(130)에 집속될 때 보다 큰 풋프린트(150)를 생성할 수 있게 한다. 단일 펄스로부터 보다 큰 풋프린트(150)를 생성하는 것은 동일한 레이저 반복률에 대해 분리 층(140)을 보다 신속하게 제조할 수 있게 한다. 비대칭 빔은 또한 보다 얇은 분리 층(140)의 생성을 가능하게 할 수 있다. 보다 얇은 분리 층(140)은 벽개장치(250)가 보다 작은 힘을 사용하여 워크피스(130)를 벽개할 수 있게 하고, 결과적으로 분리된 표면에 보다 적은 거칠기를 제공한다. 일 실시예에서, 비대칭 레이저 빔의 장축은 워크피스(130)의 장축에 평행하다. 다른 실시예에서, 비대칭 레이저 빔의 장축은 워크피스(130)의 장축에 수직이다. 레이저 빔은 빔 셰이퍼(320) 이후에 재시준될 수 있다. 일부 워크피스 형상에는 비대칭 레이저 빔이 필요하지 않을 수 있다.
풋프린트 배치 요소(330)는 워크피스(130) 내측의 풋프린트(150)에 레이저 빔을 집속시킨다. 일반적으로, 벽개 평면(160)에서의 풋프린트(150) 기하형상이 구성 가능하며, 분리 층(140)의 두께를 결정하는 풋프린트(150) 두께는 예를 들어 20 ㎛ 미만이지만 임의의 다른 크기일 수 있다. 일 실시예에서, 풋프린트 배치 요소(330)는 회전 대칭인 양의 초점 거리 광학기기이다. 풋프린트 배치 요소(330)는 레이저 빔의 전파 축을 따라 이동할 수 있다. 이러한 축을 따른 풋프린트 배치 요소(330)의 이동은 워크피스(130)에서의 풋프린트(150)의 깊이가 동일한 축을 따라 변경될 수 있게 한다.
일 실시예에서, 워크피스(130) 및 워크피스 기하형상 보상 광학기기(340)는 워크피스(130) 내의 풋프린트(150)의 깊이를 또한 변화시키기 위해 풋프린트 배치 요소(330)에 대해 일제히 이동될 수 있다. 일부 경우에, 워크피스(130) 내의 풋프린트(150)의 깊이는 예를 들어 1 ㎜를 훨씬 초과할 수 있다. 워크피스(130) 내의 풋프린트(150)의 깊이는 워크피스(130) 재료의 광학 전송과, 평균 전력, 피크 전력 및 파장과 같은 레이저 파라미터에 의해서만 제한된다. 워크피스(130) 재료 특성은 워크피스(130)에서의 풋프린트(150)의 생성을 가능하게 하는 레이저 파라미터(즉, 파장, 피크 전력, 평균 전력)에 영향을 미친다. 예를 들어, 제 1 파장을 갖는 레이저는 제 1 재료의 워크피스에 풋프린트를 생성하는 데 이용될 수 있고, 제 2 파장을 갖는 레이저는 제 2 재료의 워크피스에 유사한 풋프린트를 생성하는 데 이용될 수 있다. 다른 예도 가능하다.
워크피스 기하형상 보상 광학기기(340)는 워크피스(130) 표면의 형상을 보상하고, 워크피스(130)에 풋프린트(150)를 생성하는 데 필요한 플루언스(fluence)를 유지하면서, 풋프린트 배치 요소(330)의 다양한 위치에 대한 비점수차(astigmatism)와 같은 수차(aberration)의 영향을 감소시킨다. 워크피스 기하형상 보상 광학기기(340)는 단일 수차 또는 많은 수차를 보상하기 위해 하나 초과의 요소를 포함할 수 있다. 일부의 워크피스 형상에는 이러한 광학기기가 필요하지 않을 수 있다.
전체적으로, 내부 준비 시스템(230) 및 포지셔너(220)는 워크피스(130) 내의 임의의 위치에 풋프린트(150)를 생성하도록 구성된다. 또한, 내부 준비 시스템(230)의 구성은 풋프린트(150)의 형상 및 치수를 제어한다. 예를 들어, 내부 준비 시스템(230)의 하나의 구성은 분리 층(140)에 4 ㎛×20 ㎛의 타원형인 풋프린트(150)를 생성하는 반면, 다른 구성은 분리 층(140)에 20 ㎛ 직경의 원형인 풋프린트(150)를 생성한다. 이전에 논의된 바와 같이, 풋프린트(150)의 두께는 주로 빔 셰이퍼(320) 및 풋프린트 배치 요소(330) 구성에 의해 결정되지만, 일반적으로 20 ㎛ 미만일 것이다.
내부 준비 시스템(230)은 유사하게 기능하는 몇 개의 다른 광학기기 조합을 가질 수 있다. 예를 들어, 굴절 광학 요소는 반사 광학기기(곡면 미러)로 대체될 수 있다. 빔 셰이퍼(320)는 원통형 망원경 대신에 아나모픽 프리즘 쌍(anamorphic prism pair)일 수 있다. 워크피스 기하형상 보상 광학기기(340)는 워크피스(130)의 형상을 보상하는 것에 부가하여, 이전 광학기기에 의해 유발된 임의의 수차를 보상하는 것을 돕는 자유형 광학기기(free-form optic)로 대체될 수 있다.
외부 준비 시스템(240)은 워크피스(130)의 외부면을 스코어링함으로써 벽개를 위한 워크피스(130)를 준비한다. 워크피스(130)의 외부면을 스코어링함으로써, 워크피스(130)에 균열이 도입된다. 벽개장치(250)는 분리 층(140)을 따라 워크피스(130)를 통해 균열을 전파시켜서 워크피스(130)를 다수의 피스로 벽개한다. 일반적으로, 외부 준비 시스템(240)은 벽개를 원하는 분리 층(140)과 동일한 위치(예를 들어, 동일 평면 상의 위치, 일치하는 위치 등)에서 워크피스(130)를 스코어링하지만, 필요에 따라 다른 위치에서 워크피스(130)를 스코어링할 수 있다. 스코어링 위치는 필요에 따라 점, 몇 개의 점, 선 또는 몇 개의 선일 수 있다. 예시하기 위해, 예를 들어, 스코어링 위치는 대략 워크피스(130)의 외부면을 따르는 원주방향 스크라이브(scribe)이다. 하나의 실시예에서, 외부 준비 시스템(240)의 기능은 내부 준비 시스템(230)의 일부 또는 모든 구성요소에 의해 수행된다.
외부 준비 시스템(240)은 다수의 방식으로 워크피스(130)를 스코어링할 수 있다. 예를 들어, 외부 준비 시스템(240)은 워크피스(130)의 재료를 레이저로 절제하는 것, 워크피스(130)의 재료를 (기계적 스크라이브, 톱, 정(chisel) 등으로) 물리적으로 제거하는 것, 워크피스(130)를 (가스, 화학물질, 플라즈마 등으로) 에칭하는 것, 또는 워크피스(130)를 스코어링할 수 있는 임의의 다른 프로세스에 의해 워크피스(130)를 스코어링할 수 있다.
외부 준비 시스템(240)이 분리 층(140)과 동일한 위치에서 워크피스(130)를 스코어링하는 경우에, 표면을 스코어링하는 것은 분리 층(140)의 둘레부에서 균열을 부분적으로 전파시킬 수 있다. 부분적으로 전파된 균열은 워크피스(130)가 벽개될 때 분리 층(140)을 통해 더 전파된다. 예를 들어, 내부 준비 시스템(230)은 실리콘 워크피스(130)의 (100) 평면 상에 분리 층(140)을 생성한다. 외부 준비 시스템(240)은 분리 층(140)의 둘레부를 따라 실리콘 워크피스(130)를 스코어링하고, (100) 평면 상에 균열을 도입한다. 따라서, 벽개장치(250)가 실리콘 워크피스(130)를 벽개할 때, 균열은 (100) 평면을 따라 분리 층(140) 전체를 통해 전파된다. 균열이 분리 층(140)을 따라 전파되는 정도는 분리 층(140)의 특성(예를 들어, 두께, 균일성 등), 워크피스(130)의 스코어링 방법(예를 들어, 절제, 물리적 제거 등), 및 워크피스(130)의 재료 및 배향(예를 들어, 결정학적 배향, 조성 등)에 의존한다.
벽개장치(250)는 워크피스(130)를 하나 이상의 피스로 벽개한다. 일 예에서, 벽개장치(250)는 분리 층(140)에 수직인 기계적 인장력(440)을 인가하여 워크피스(130)를 벽개한다. 하나의 실시예에서, 기계적 인장력(440)은 워크피스(130)의 대향 단부에 부착된 정전기 클램프(electrostatic clamp)(410)를 통해 워크피스(130)에 인가된다. 정전기 클램프(410)와 워크피스(130) 사이에 전압(416)이 인가되어 이들을 함께 고정적으로 부착시킨다. 워크피스(130)는 기계적 인장력(440)을 인가하여 정전기 클램프(410)를 제어된 방식으로 따로 분리할 때 벽개된다.
도 4는 벽개장치(250)(예를 들어, 용량성 클램프(410))에 의해 워크피스(130)를 벽개하는 예시적인 프로세스를 도시한다. 용량성 클램프(410)는 비전도성 층(414) 및 전도성 본체(412)를 포함한다. 비전도성 층(414)은 전도성 본체(412)의 하나의 면에 근접하여 있다. 일부 실시예에서, 비전도성 층(414)은 화학적으로 접착되도록 전도성 본체(412)의 면 상에 직접 증착된다. 많은 실시예에서, 전도성 본체(412)의 다른 면은 일종의 지지체(430)에 고정된다. 이것은 2개의 재료를 기계적으로 또는 화학적으로 체결하거나 부착하기 위한 임의의 적합한 수단에 의해 실행될 수 있다. 지지체(430)가 금속 또는 다른 전도성 재료로 제조되는 경우, 비전도성 부착 방법을 사용하여, 전도성 본체(412)에 인가되는 전압(416)이 지지체(430)에도 인가되어 잠재적으로 단락 또는 일부의 다른 피해를 야기하는 것을 방지한다. 하나의 실시예에서, 워크피스(130)는 에폭시 또는 다른 유형의 접착제를 사용하여 클램프(420)에 부착될 수 있고, 클램프(410)가 반복적으로 워크피스(130)로부터 다수의 피스를 벽개할 때 클램프(420)는 워크피스(130)에 영구적으로 부착된 상태로 유지될 것이다. 일부 실시예에서, 용량성 클램프(410)의 형상은 워크피스(130)의 단면 기하형상과 일치한다.
용량성 클램프(410)는 평행 플레이트 커패시터의 플레이트가 겪는 것과 같은 정전기력을 생성함으로써 워크피스(130)를 고정시킨다. 전압 공급부(416)는 전도성 본체(412)에 고전압을 가하는 데 사용되는 한편, 워크피스(130)는 반대 극성의 전압이 가해지거나 접지된다. 추가적으로, 비전도성 층(414)은 임의의 전하가 전도성 본체(412)로부터 워크피스(130)로, 그리고 워크피스(130)로부터 전도성 본체(412)로 통과하는 것을 방지한다. 따라서, 전하는 전도성 본체(412) 및 워크피스(130) 모두의 가장 가까운 표면에 모인다. 이러한 전하는 반대이고 그에 따라 끌어당기기 때문에, 전기장이 비전도성 층(414) 내에 생성되고, 관련 정전기력도 또한 생성된다.
워크피스(130)를 용량성 클램프(410)에 고정시키는 데 필요한 정전기력의 강도는 변할 수 있지만, 인가되는 압축 응력은 통상적으로 106 내지 108 Pa 정도이다. 이러한 응력은 전형적으로 비전도성 층(414)의 두께 및 유전 특성에 따라 100 V 내지 500 ㎸를 포함하지만 이에 제한되지 않는 범위의 전압(416)을 인가함으로써 생성된다. 예를 들어, 100 ㎚ 두께의 HfO2 비전도성 층(414)을 가로질러 인가된 100 V 바이어스는 약 108 Pa의 압축 응력을 생성할 것이다. 유사하게는, 500 ㎛ 두께의 석영 비전도성 층(414)을 가로질러 인가된 500 ㎸ 바이어스는 약 107 Pa의 압축 응력을 생성할 것이다. 파괴 역학 분석은 균열(404)을 전파시키는 데 필요한 응력이 주로 초기 균열 깊이 및 균열 선단의 예리함(sharpness)에 의존한다는 것을 나타낸다. 예를 들어, 균열(404)이 내부 준비 시스템(230)에 의해 생성된 분리 층(140)을 따라 부분적으로 전파되면, 워크피스(130)를 벽개하는 데 필요한 힘의 양이 감소될 것이다. 초기 균열(404)의 깊이에 있어서의 유연성은 전파를 위한 요구 정전기력 및 따라서 요구 전압(416)에 있어서의 유연성을 갖게 한다.
용량성 클램프(410)의 표면 마감은 용량성 클램프(410)와 워크피스(130) 사이의 정전기력의 강도 및 균일성에 영향을 미칠 수 있다. 공기는 비전도성 층(414)에 사용되는 재료보다 낮은 유전 상수를 갖기 때문에, 워크피스(130)와 비전도성 층(414) 사이의 공기 갭은 워크피스(130)와 전도성 본체(412) 사이에 존재하는 전기장을 감소시키고, 그에 따라 결과적인 정전기력을 감소시킬 수 있다. 추가적으로, 공기 갭의 랜덤 배치는 전도성 본체(412)와 워크피스(130) 사이의 전기장의 균일성에 영향을 미쳐서, 정전기력을 덜 균일하게 할 수 있다. 이러한 영향을 감소시키기 위해, 비전도성 층(414)의 접촉 표면은 용량성 클램프(410)와 워크피스(130) 사이의 공기의 존재를 감소시키도록 (예를 들어, 폴리싱과 같은 방법을 사용하여) 가능한 한 원자적으로 편평하게 제조될 수 있다. 비전도성 층(414)에 사용되는 재료가 워크피스(130)보다 경질인 경우, 폴리싱은 워크피스(130)에 대한 손상을 방지하는 데 사용될 수도 있다. 일부 실시예에서, 표면 마감은 전도성 본체(412) 및 비전도성 층(414)에 사용되는 재료에 의존한다. 일부 실시예에서, 전도성 본체(412)는 반도체 재료로 제조된다.
비전도성 층(414)에 사용되는 재료는 워크피스(130)를 벽개하는 데 필요한 정전기력의 크기로 인해 용량성 클램프(410)의 작동에 영향을 미칠 수 있다. 용량성 클램프(410)가 커패시터와 같이 기능하기 위해서는, 비전도성 층(414)이 유전체 재료이어야 한다. 이러한 재료가 파괴되거나 절연 특성을 상실하는 전기장의 크기는 절연 내력(dielectric strength)으로서 알려져 있다. 비전도성 층(414)이 겪는 전기장은 용량성 클램프에 의해 생성된 정전기력에 비례하기 때문에, 높은 절연 내력을 갖는 재료를 사용하는 것이 유리하다. 필요한 크기의 전기장을 견딜 수 있는 것으로 밝혀진 재료는 다이아몬드, 입방정 질화붕소, 질화알루미늄, 산화하프늄, 산화규소, 질화규소, 산화니오븀, 티탄산 바륨, 티탄산 스트론튬, 니오브산 리튬, 산화알루미늄, 플루오르화칼슘, 탄화규소 및 이들의 임의의 조합이다. 그러나, 이러한 리스트는 제한적인 것이 아니며, 이는 유사한 높은 절연 내력을 갖는 다른 재료가 또한 이러한 목적을 위해 적용될 수 있기 때문이다. 이차 유전체 재료 고려사항은 유전 상수이다. 유전 상수 값이 보다 높으면, 동일한 크기의 정전기력을 얻기 위해 인가되어야 하는 전압 및 따라서 전기장이 더 작아진다. 따라서, 비전도성 층(414)에 사용되는 이상적인 재료는 높은 절연 내력 및 높은 유전 상수를 모두 갖는 재료이다.
일부 실시예에서, 비전도성 층(414)에 사용되는 유전체 재료는 상이한 재료의 얇은 층으로 코팅된다. 유전체 재료가 너무 경질이어서 클램핑 동안에 워크피스(130)에 손상을 야기하는 경우, 얇은 층 코팅은 워크피스(130)를 손상시키지 않는 보다 연질의 유전체 재료일 수 있다. 유전체가 너무 연질이어서 클램핑 동안에 손상이 발생하는 경우, 얇은 층 코팅은 클램핑과 연관된 힘을 보다 잘 견디는 보다 경질의 유전체일 수 있다.
워크피스
이러한 시스템은 특히 반도체 제조에 적용 가능하지만, 워크피스(130)는 반도체 재료 이외의 재료로 제조될 수 있다. 다양한 실시예에서, 워크피스(130)는 전압(416)이 워크피스(130)와 전도성 본체(412) 사이에 인가될 때 용량성 클램프(410)와 정합하는 워크피스(130)의 표면으로 전하가 흐를 수 있도록 전도성 또는 반-전도성이어야 한다. 이러한 요건을 충족하는 워크피스(130) 재료의 예는 실리콘, 탄화규소, 인화인듐, 인화갈륨, 게르마늄, 비소화갈륨 및 질화갈륨과 같은 많은 반도체를 포함한다. 워크피스(130)에 사용되는 재료가 해당 요건을 충족하기에 충분한 전도성을 갖지 않는 경우, 보다 작은 정전기력이 생성될 것이고, 용량성 클램프(410)는 벽개 프로세스에 필요한 정도로 강하게 워크피스(130)를 고정시킬 수 없다. 그러나, 이러한 특성은 산화규소, 산화알루미늄, 산화지르코늄 및 산화마그네슘과 같은 절연 재료로 제조된 워크피스(130)에 의해 여전히 달성될 수 있다. 예를 들어, 하나의 실시예에서, 셰이퍼(210)는 절연 재료의 표면에 강하게 본딩된 얇은 전도성 코팅을 도포할 수 있다. 강하게 본딩된 것으로 간주되기 위해서는, 얇은 전도성 코팅은 벽개 프로세스에 사용되는 정전기 및 인장력의 인가 동안에 절연 재료의 표면에 접착된 상태로 유지될 수 있어야 한다.
워크피스(130)에의 분리 층(140)의 배치는 결과적인 웨이퍼의 결정 배향을 결정할 수 있다. 많은 실시예에서, 분리 층(140)은 워크피스(130) 내의 특정 결정학적 평면과 정렬된다. 따라서, 결과적인 웨이퍼의 결정 배향은 선택된 결정학적 평면과 동일하다. 결정질 실리콘에 대한 표준 결정 배향은 (100), (111) 및 (110)을 포함한다.
시스템 제어기
다양한 실시예에서, 시스템 제어기(120)는 워크피스(130)를 벽개하도록 벽개 시스템(110)의 다양한 요소를 제어한다.
시스템 제어기(120)는 벽개된 피스의 원하는 형상에 기초하여 워크피스(130)의 형상을 결정한다. 예를 들어, 벽개된 피스의 원하는 형상이 원형인 경우, 제어기(120)는 워크피스(130)를 원통형 형상으로 성형하도록 셰이퍼(210)를 제어한다. 일 실시예에서, 시스템 제어기(120)는 벽개된 피스를 원하는 최종 기하형상으로 크로핑하도록 선택적인 크롭퍼(260) 서브시스템을 추가로 제어한다. 일반적으로, 셰이퍼(210)를 제어하는 것은 워크피스(130)를 성형할 수 있는 셰이퍼(210)의 다양한 요소를 제어하기 위한 전기 신호를 생성하는 것을 포함한다. 유사하게는, 크롭퍼(260)를 제어하는 것은 벽개된 피스를 지정된 최종 형상으로 크로핑할 수 있는 크롭퍼(260)의 다양한 요소를 제어하기 위한 전기 신호를 생성하는 것을 포함한다.
시스템 제어기(120)는 워크피스(130)가 벽개되도록 준비되고 벽개되는 동안에 워크피스(130), 외부 준비 시스템(240) 및 내부 준비 시스템(230)의 위치를 결정한다. 위치를 결정하는 것은 워크피스(130)의 벽개 평면(160)이 내부 준비 시스템(230)에 의해 조사되도록 워크피스(130) 또는 벽개 시스템(110)의 요소의 공간적 위치를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 위치가 결정되면, 시스템 제어기(120)는 워크피스(130) 또는 벽개 시스템(110)의 요소를 배치하는 포지셔너(220)에 대한 제어 신호를 생성할 수 있다. 유사하게는, 시스템 제어기(120)는 포지셔너(220)가 워크피스(130) 또는 벽개 시스템(110)의 임의의 다른 요소를 배치하도록 제어 신호를 생성할 수 있다.
시스템 제어기(120)는 내부 준비 시스템(230)에 대한 작동 특성을 결정 및 조정한다. 일 예에서, 시스템 제어기(120)는 레이저 소스(310)에 의해 방출되는 레이저 빔의 특성을 결정 및 조정한다. 하나 이상의 레이저 빔 특성은 예를 들어 워크피스(130)의 특성, 분리 층(140)의 위치 등에 기초하여 결정될 수 있다. 레이저 소스(310) 및 레이저 빔의 특성은 파장, 전력, 펄스 속도(pulse rate) 등을 포함할 수 있다. 추가적으로, 시스템 제어기(120)는 워크피스(130) 내부에 풋프린트(150) 및 분리 층(140)을 생성하기 위한 다양한 광학 요소의 적절한 위치를 결정 및 조정할 수 있다. 광학 요소는 풋프린트(150)의 크기, 형상 및 위치를 제어하도록 추가로 구성될 수 있다.
시스템 제어기(120)는 외부 준비 시스템(240)에 대한 작동 특성을 결정 및 조정한다. 일 예에서, 시스템 제어기(120)는 워크피스(130)의 외부를 스코어링할 때 워크피스(130) 및 외부 준비 시스템(240)의 위치를 결정 및 조정한다. 시스템 제어기(120)는 또한 도입된 균열의 깊이, 폭 및 전체 형상을 결정 및 조정할 수도 있다.
시스템 제어기(120)는 벽개장치(250)의 작동을 제어한다. 즉, 시스템 제어기는 벽개장치(250)가 워크피스(130)를 벽개하는 데 필요한 전압 및 신호를 생성한다. 하나의 실시예에서, 시스템 제어기(120)는 도 4에 도시된 용량성 클램프 디자인에 기초하여 벽개장치(250)를 제어한다.
벽개 프로세스
도 5는 벽개 시스템(110)에 의해 워크피스(130)를 벽개하기 위한 프로세스(500)의 흐름도이다.
시스템 제어기(120)는 벽개된 피스의 원하는 형상에 기초하여 워크피스(130)의 형상을 결정한다. 결정된 형상에 기초하여, 셰이퍼(210)는 워크피스(130)를 원하는 형상으로 성형한다(510). 예를 들어, 성형된 워크피스(130)가 정사각형이어야 하는 경우, 셰이퍼(210)는 나머지 벽개 프로세스를 성공적으로 완수하는 데 요구되는 필요한 기하학적 사양 및 공차를 갖는 정사각형 프리즘으로 워크피스(130)를 성형한다(510).
시스템 제어기(120)는 워크피스(130) 내의 벽개 평면(160)에 대한 위치를 결정한다. 내부 준비 시스템(230)은 워크피스(130) 내의 원하는 벽개 평면(160)에 분리 층(140)을 생성함으로써 내부적으로 워크피스(130)를 준비한다(520). 일부 경우에, 내부 준비 시스템(230)은 워크피스(130) 내에 다수의 분리 층(140)을 생성한다. 이러한 프로세스는 도 6과 관련하여 보다 상세하게 설명된다.
시스템 제어기(120)는 워크피스(130)에 균열을 도입하는 위치를 결정한다. 외부 준비 시스템(140)은 벽개될 때 분리 층(140)을 따라 워크피스(130)를 통해 전파될 균열(404)을 외부면 상에 생성함으로써 외부적으로 워크피스(130)를 준비한다(530). 일반적으로, 균열(404)은 내부 준비 시스템(230)에 의해 준비된 분리 층(140)의 둘레부 또는 둘레부의 일부를 따라 있다. 일부 경우에, 외부 준비 시스템(140)은 워크피스(130)의 외부면을 따라 몇 개의 균열(404)을 도입한다.
시스템 제어기(120)는 벽개장치(250)가 워크피스(130)를 벽개하기(540) 위한 신호를 생성한다. 하나의 실시예에서, 워크피스(130)를 벽개하는 것은 워크피스(130)의 대향 단부에 기계적 인장력(440)을 생성함으로써 분리 층(140)을 따라 균열(404)을 전파시키는 것이다. 즉, 워크피스(130)는 분리 층(140)에서 2개의 피스로 따로 분리시킴으로써 벽개된다. 일반적으로, 워크피스(130)는 벽개된 표면이 워크피스(130)의 장축에 직교하도록 벽개된다. 다른 실시예에서, 워크피스(130)를 벽개하는 것은 균열(404)이 분리 층(140)을 따라 우선적으로 전파되도록 워크피스에 제어된 전단력을 인가함으로써 워크피스(130) 내부에 응력을 생성함으로써 균열(404)을 전파시키는 것이다. 또 다른 실시예에서, 워크피스(130)를 벽개하는 것은 균열(404)이 우선적으로 분리 층(140)을 따라 전파되도록 워크피스(130) 내부에 압축, 장력, 전단, 굽힘, 비틀림 또는 피로 응력의 가변적인 조합으로 구성된 일반적인 기계적 응력을 생성함으로써 균열(404)을 전파시키는 것이다. 또 다른 실시예에서, 워크피스(130)를 벽개하는 것(540)은 워크피스(130)의 급속한 가열 또는 냉각을 통해 달성될 수 있는 열 응력의 인가를 통해 분리 층(140)을 따라 균열(404)을 전파시키는 것이다. 또 다른 실시예에서, 워크피스(130)를 벽개하는 것(540)은 워크피스(130)에 강력한 음파를 생성하는 압전 액추에이터(piezoelectric actuator), 자기변형 액추에이터(magnetostrictive actuator) 또는 유사한 장치를 통해 달성될 수 있는 강력한 진동의 인가를 통해 분리 층(140)을 따라 균열(404)을 전파시키는 것이다. 또 다른 실시예에서, 워크피스(130)를 벽개하는 것(540)은 전술한 방법들의 임의의 조합을 통해 달성될 수 있다.
상기 시스템은 임의의 횟수로 워크피스(130)를 벽개할(540) 수 있다. 다양한 실시예에서, 이것은 내부적으로 워크피스(130)를 준비하는 것(520)과, 외부적으로 워크피스를 준비하는 것(530)과, 임의의 횟수로 워크피스(130)를 벽개하는 것(540)을 포함할 수 있다. 이들 단계는 상이한 순열로 일어날 수 있고, 벽개 시스템(110)의 구성에 기초하여 임의의 횟수로 반복될 수 있다.
내부 준비
도 6은 내부 준비 시스템(230)에 의해 내부적으로 워크피스(130)를 준비하기 위한 프로세스(600)의 흐름도이다.
여기서는, 시스템 제어기(120)는 워크피스(130)에 대한 벽개 평면(160)을 결정했다. 이와 같이, 시스템 제어기(120)는 워크피스(130) 내의 원하는 벽개 평면(160)에서 분리 층(140)을 생성하도록 내부 준비 시스템(230)을 구성한다(610). 내부 준비 시스템(230)을 구성하는 것은 내부 준비 시스템(230)이 워크피스(130) 내에 적절한 풋프린트(150)를 생성하도록 광학기기를 배치하는 것, 워크피스(130)를 배치하는 것, 레이저 소스(310) 파라미터를 구성하는 것 등을 포함할 수 있다.
다음으로, 시스템 제어기(120)는 레이저 소스(310)를 제어하여 워크피스(130)를 향해 레이저 빔을 투사한다(620). 레이저 빔은 내부 준비 시스템(230)의 다양한 광학기기에 의해 워크피스(130) 내에 집속된다. 레이저 빔은 원하는 벽개 평면(160)을 따라 워크피스(130) 내부에 풋프린트(150)를 생성하고(630), 풋프린트(150)는 해당 영역에서 워크피스(130)의 구조를 변경시킨다.
풋프린트(150)를 생성함(630)으로써 벽개를 위한 워크피스(130)를 내부적으로 준비하는 예가 도 7a 및 도 7b에 도시되어 있다. 도 7a는 내부 준비 동안의 워크피스(130)의 등각도이다. 도 7b는 내부 준비 동안의 워크피스(130)의 단면도이다.
이러한 예에서, 워크피스(130)는 원통형 잉곳이며, 이는 벽개된 피스가 원형이기 때문이다. 벽개 평면(160)은 워크피스(130)의 장축에 직교한다. 레이저 빔(710)은 워크피스(130)의 표면 상에 입사되고 풋프린트(150)에 집속된다. 풋프린트(150)는 벽개 평면(160)과 동일 평면 상에 있거나 그와 유사하게 배향된다.
도 6으로 돌아가면, 시스템 제어기(120)는 내부 준비 시스템(230)을 다시 구성한다(610). 이러한 예에서, 내부 준비 시스템(230)을 구성하는 것은 워크피스(130) 내부의 풋프린트(150)가 벽개 평면(160) 상의 상이한 위치에 있도록 광학기기를 재배치하는 것이다. 내부 준비 시스템(230)이 다시 구성된 후에, 시스템 제어기(120)는 새로운 풋프린트(150)를 생성하도록 집속된 빔을 투사한다(620). 이러한 프로세스는 도 7c 및 도 7d에 도시되어 있다.
특히, 도 7a 내지 도 7d는 내부적으로 워크피스(130)를 준비하는 데 사용되는 레이저 빔의 전파 방향이 워크피스(130)의 장축에 수직인 예를 도시하지만, 레이저 빔 배향의 다른 예도 가능하다. 예를 들어, 레이저 빔의 전파 방향은 워크피스의 장축에 평행할 수 있다. 이러한 경우에, 레이저 빔은 워크피스의 측면이 아닌 워크피스의 상부면으로부터 워크피스에 진입할 것이다.
풋프린트(150)를 생성하는 프로세스는 풋프린트(150)가 전체적으로 분리 층(140)을 생성할 때까지 반복적으로 계속된다. 도 8a는 워크피스(130)의 벽개 평면(160) 상에 분리 층(140)을 형성하는 풋프린트(150)의 예를 도시한다. 벽개 평면(160)은 페이지(page)의 평면이다. 다른 실시예에서, 분리 층(140)은 다양한 풋프린트(150) 밀도를 가질 수 있다. 즉, 일부 예에서, 풋프린트(150)는 일부 중첩부를 가질 수 있거나, 풋프린트(150) 사이에 추가적인 간격을 가질 수 있다. 추가적으로, 시스템 제어기(120)는 특정 풋프린트(150) 패턴을 사용하여 분리 층(140)을 생성할 수 있다. 예를 들어, 시스템 제어기(120)는 일 측부로부터 타 측부로의 래스터 패턴(raster pattern), 중심에서 시작하여 외측으로 나선형을 그리는 패턴, 풋프린트(150)의 동심 링을 형성하는 패턴 등을 사용하여 풋프린트(150)를 생성할 수 있다. 어떠한 패턴 및 밀도라도, 풋프린트(150)는 분리 층(140)을 생성한다. 도 8b 및 도 8c는 분리 층(140)의 등각도 및 단면도를 도시한다.
도 6으로 돌아가면, 시스템 제어기(120)는 다른 분리 층(140)의 위치를 결정한다. 이와 같이, 시스템 제어기(120)는 포지셔너(220)가 워크피스(130) 및/또는 내부 준비 시스템(230)을 재배치하여 다른 분리 층(140)을 생성하게 한다. 일반적으로, 포지셔너(250)는 제 1 분리 층(140)에 평행한 다른 분리 층(140)을 생성하도록 장축을 따라 워크피스(130)를 이동시킴으로써 워크피스(130)를 배치한다(640). 워크피스(130) 및 내부 준비 시스템(230)이 적절하게 배치되면, 내부 준비 시스템(230)은 다른 분리 층(140)을 생성한다. 다수의 분리 층(140)의 생성 후의 워크피스(130)의 예가 도 9에 도시되어 있다. 분리 층(140) 사이의 거리는 벽개 후에 생성되는 벽개된 피스의 두께를 지정한다. 분리 층 사이의 거리는 분리 층(140)의 두께에 의해 제한될 수 있다. 예를 들어, 분리 층은 두께 t'를 가질 수 있고, 워크피스에서의 2개의 인접한 분리 층의 중심 사이의 거리는 예를 들어 t'보다 크다. 일반적으로, 생성된 웨이퍼의 두께는 10 ㎛보다 크지만, 10 ㎛보다 작을 수도 있다. 다른 실시예에서, 다수의 분리 층(140)은 이전의 풋프린트(150)가 새로운 풋프린트(150)의 생성에 간섭을 일으키지 않도록 하는 방식으로 평행하게 제조된다.
도 10a는 분리 층(140)을 따라 벽개된 워크피스(130)의 예를 도시한다. 워크피스(130)는 이러한 예에서는 벽개 평면(160)과 동일 평면 상에 있는 분리 층(140)을 따라 상부 피스(1010) 및 하부 피스(1030)로 벽개된다. 여기서는, 상부 피스(1010)의 하부면(1020)이 분리 층(140)에 있고, 유사하게 하부 피스(1030)의 상부면(1040)이 분리 층(140)에 있다.
도 10b는 몇 개의 분리 층(140)을 따라 벽개된 워크피스(130)의 예를 도시한다. 이러한 예에서, 워크피스는 상부 피스(1050), 중간 피스(1060) 및 하부 피스(1070)로 벽개된다. 이전에 결합된 표면은 벽개 평면(160) 및 동일 평면 상의 분리 층(140)의 위치였다. 다양한 실시예에서, 벽개 시스템(110)은 워크피스(130)를 임의의 수의 피스로 벽개할 수 있다. 각각의 피스는 분리 층(140) 및 벽개 평면(160)의 근접성에 기초하여 임의의 원하는 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 대한 상기 설명은 예시의 목적으로 제시되었으며; 배타적인 것이나 본 발명을 개시된 정확한 형태로 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 당업자라면, 상기 개시에 비추어 많은 변형 및 변경이 가능하다는 것을 이해할 수 있다.
마지막으로, 명세서에 사용된 언어는 주로 가독성 및 설명 목적을 위해 선택되었으며, 본 발명의 주제를 기술하거나 규정하도록 선택되지 않았을 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위는 이러한 상세한 설명에 의해 제한되는 것이 아니라, 오히려 그에 기초한 출원에 의해 공표되는 임의의 청구범위에 의해 제한되는 것으로 의도된다. 따라서, 본 발명의 실시예의 개시는 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니라 예시하는 것으로 의도된다.

Claims (22)

  1. 재료의 워크피스를 벽개하기 위한 방법에 있어서,
    내부 준비 시스템에 의해 생성된 레이저를 사용하여, 상기 워크피스 내에, 상기 워크피스의 나머지 재료와 상이한 재료 특성을 갖는 분리 층을 생성하는 것과,
    제어기를 사용하여, 상기 워크피스 내의 벽개 표면의 위치를 결정하는 것과,
    포지셔너를 사용하여, 상기 벽개 표면과 상기 분리 층이 일치하도록 상기 워크피스를 배치하는 것과,
    외부 준비 시스템을 사용하여, 상기 분리 층과 일치하는 적어도 하나의 지점에서 상기 워크피스의 외부면 상에 균열을 생성하도록 상기 워크피스를 스코어링하는 것과,
    벽개장치를 사용하여, 상기 분리 층의 적어도 일부에 수직인 인장력을 상기 워크피스에 생성 - 이는 상기 분리 층을 따라 상기 균열을 전파시킴 - 함으로써 벽개된 피스를 생성하도록 상기 워크피스를 벽개하는 것을 포함하는
    워크피스 벽개 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    성형 시스템을 사용하여, 상기 벽개된 피스가 규정된 기하형상의 단면인 둘레부를 갖도록 상기 워크피스를 규정된 기하형상으로 성형하는 것을 더 포함하는
    워크피스 벽개 방법.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 분리 층을 생성하는 것은 상기 레이저를 상기 워크피스 내부의 풋프린트에 집속시키는 것을 더 포함하며, 상기 레이저의 펄스는 상기 풋프린트에서 상기 워크피스의 재료 특성을 국부적으로 변경시키는
    워크피스 벽개 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 분리 층을 생성하는 것은 상기 분리 층을 생성하기 위해 상기 워크피스 내에서 상기 레이저의 초점을 이동시키는 것을 더 포함하며, 상기 분리 층은 상기 초점이 상기 워크피스 내에서 이동함에 따라 상기 초점에서 국부적으로 변경된 재료의 집합체로서 형성되는
    워크피스 벽개 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 워크피스를 벽개하는 것은,
    상기 워크피스의 대향 단부에 상기 벽개장치를 부착하는 것과,
    상기 분리 층을 따라 상기 균열을 전파시키는 인장력을 생성하는 것을 더 포함하며, 상기 인장력은 상기 워크피스의 대향 단부 사이에 생성되고 상기 분리 층의 적어도 일부에 수직인
    워크피스 벽개 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 벽개장치는 상기 워크피스의 대향 단부에 정전기적으로 부착되는
    워크피스 벽개 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    크롭퍼를 사용하여 상기 벽개된 피스를 특정 기하형상으로 크로핑하는 것을 더 포함하는
    워크피스 벽개 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저를 사용하여, 상기 워크피스 내에, 상이한 재료 특성을 갖는 다른 분리 층을 생성하는 것을 더 포함하는
    워크피스 벽개 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    다른 벽개된 피스를 생성하기 위해, 상기 벽개장치를 사용하여 상기 다른 분리 층을 따라 상기 워크피스를 벽개하는 것을 더 포함하는
    워크피스 벽개 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저는 펄스형 레이저이고, 상기 내부 준비 시스템은 적어도 100 kHz의 반복률로 레이저 펄스를 생성하는
    워크피스 벽개 방법.
  12. 재료의 워크피스를 벽개하기 위한 시스템에 있어서,
    상기 워크피스 내에 분리 층을 생성하기 위해 레이저 빔을 생성하도록 구성된 내부 준비 시스템으로서, 상기 분리 층은 상기 워크피스의 나머지 재료와 상이한 재료 특성을 갖는, 상기 내부 준비 시스템과,
    상기 워크피스 내의 벽개 표면의 위치를 결정하도록 구성된 제어기와,
    상기 벽개 표면이 상기 분리 층과 일치하도록 상기 워크피스를 배치하도록 구성된 포지셔너와,
    상기 분리 층과 일치하는 적어도 하나의 지점에서 상기 워크피스의 표면 상에 균열을 생성하기 위해 상기 워크피스를 스코어링하도록 구성된 외부 준비 시스템과,
    상기 분리 층의 적어도 일부에 수직인 인장력을 상기 워크피스에 생성 - 이는 상기 분리 층을 따라 상기 균열을 전파시킴 - 함으로써 상기 워크피스의 벽개된 피스를 생성하도록 구성된 벽개장치를 포함하는
    워크피스 벽개 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 벽개된 피스가 규정된 기하형상의 단면인 둘레부를 갖도록 상기 워크피스를 규정된 기하형상으로 성형하도록 구성된 셰이퍼를 더 포함하는
    워크피스 벽개 시스템.
  14. 삭제
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 내부 준비 시스템은 상기 레이저를 상기 워크피스 내부의 풋프린트에 집속시키도록 구성된 집속 시스템을 더 포함하며, 상기 레이저의 펄스는 상기 풋프린트에서 상기 워크피스의 재료 특성을 국부적으로 변경시키는
    워크피스 벽개 시스템.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 내부 준비 시스템은, 상기 분리 층을 생성하기 위해 상기 워크피스 내에서 상기 레이저의 초점을 이동시키도록 구성된 집속 시스템을 더 포함하며, 상기 분리 층은 상기 초점이 상기 워크피스 내에서 이동함에 따라 상기 초점에서 국부적으로 변경된 재료의 집합체로서 형성되는
    워크피스 벽개 시스템.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 벽개장치는 상기 워크피스의 대향 단부에 부착되고 상기 분리 층을 따라 상기 균열을 전파시키는 인장력을 생성하도록 추가로 구성되고, 상기 인장력은 상기 워크피스의 대향 단부 사이에 생성되고 상기 분리 층의 적어도 일부에 수직인
    워크피스 벽개 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 벽개장치는 상기 워크피스의 대향 단부에 정전기적으로 부착되도록 구성되는
    워크피스 벽개 시스템.
  19. 제 12 항에 있어서,
    상기 벽개된 피스를 특정 기하형상으로 크로핑하도록 구성된 크롭퍼를 더 포함하는
    워크피스 벽개 시스템.
  20. 제 12 항에 있어서,
    상기 내부 준비 시스템은 상기 레이저를 사용하여, 상기 워크피스 내에, 상이한 재료 특성을 갖는 다른 분리 층을 생성하도록 추가로 구성되는
    워크피스 벽개 시스템.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 벽개장치는 다른 벽개된 피스를 생성하기 위해, 상기 다른 분리 층을 따라 상기 워크피스를 벽개하도록 추가로 구성되는
    워크피스 벽개 시스템.
  22. 제 12 항에 있어서,
    상기 내부 준비 시스템에 의해 생성된 레이저 빔은 적어도 100 kHz의 반복률로 생성된 펄스를 갖는 펄스형 레이저 빔인
    워크피스 벽개 시스템.
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