KR20090074919A - 반도체 레이저 웨이퍼 스크래칭 장치 - Google Patents

반도체 레이저 웨이퍼 스크래칭 장치 Download PDF

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KR20090074919A
KR20090074919A KR1020080000630A KR20080000630A KR20090074919A KR 20090074919 A KR20090074919 A KR 20090074919A KR 1020080000630 A KR1020080000630 A KR 1020080000630A KR 20080000630 A KR20080000630 A KR 20080000630A KR 20090074919 A KR20090074919 A KR 20090074919A
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유재수
고영환
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경희대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 다이아몬드 팁을 이용하여 레이저 반도체 웨이퍼를 스크래칭하여 반도체 레이저 다이오드의 벽개면(mirror facet)을 형성할 수 있도록 하는 반도체 레이저 웨이퍼 스크래칭 장치에 있어서, 베이스; 레이저 반도체 웨이퍼를 올려 두고 고정시킬 수 있도록 상기 베이스 위에 설치되는 웨이퍼 테이블; 상기 베이스 위에 설치되고, 그 일단에 설치된 상기 다이아몬드 팁의 위치를 조정하는 이송모듈; 및 상기 레이저 반도체 웨이퍼에 대한 상기 다이아몬드 팁의 위치를 확인할 수 있도록 상기 웨이퍼 테이블의 상측에 대물렌즈가 배치되는 광학 현미경;을 포함하는 점에 특징이 있다.
Figure P1020080000630
레이저, 웨이퍼, 레이저 다이오드, 스크래칭

Description

반도체 레이저 웨이퍼 스크래칭 장치{semi-conductor laser diode wafer scratching apparatus}
본 발명은 반도체 레이저 웨이퍼 스크래칭 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 레이저 다이오드의 벽개면 을 형성하기 위해 레이저 반도체 웨이퍼를 정확한 간격으로 다이아몬드 팁을 이용하여 스크래칭하는 장치에 관한 것이다.
일반적으로 레이저 다이오드는 약 30%의 반사율을 갖는 2개의 평면 거울을 서로 평행하게 배치하는 구조로 되어 있다. 이와 같은 평행한 평면에 대하여 수직인 방향으로 진행하는 정상파의 공진에 의해 레이저가 증폭된다. 상기 레이저 다이오드의 서로 평행한 2개의 평면 거울 사이의 거리인 캐버티(cavity) 길이에 따라 레이저 효율, 광증폭율(optical gain), 임계 전류(threshold current), 거울 손실(mirror loss), 광 모드(optical mode) 등의 레이저 다이오드의 다양한 특성이 결정된다.
따라서, 상기 평면 거울에 해당하는 상기 레이저 다이오드의 벽개면(mirror facet) 사이의 거리를 정해진 치수로 파손 없이 정확하게 형성하는 것이 매우 중요하다.
이와 같이 소정의 벽개면 사이의 거리를 갖도록 반도체 레이저 웨이퍼를 절단하는 방법의 일례를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 먼저 스트립(strip) 형태의 반도체 레이저 웨이퍼 가장자리에 정해진 간격으로 다이아몬드 팁을 이용하여 스크래칭을 한다.
다음으로 스크래칭이 완료된 반도체 레이저 웨이퍼 스트립의 면을 아래쪽으로 고무판과 같은 부드러운 재질의 물체 위에 올려놓고 롤러 등을 이용하여 작은 힘으로 가압하면, 스크래칭된 위치에서 반도체 레이저 웨이퍼의 결정 방향을 따라 절단이 이루어지게 되어 반도체 레이저의 칩 단위 제작이 가능하다.
따라서, 상술한 바와 같이 벽개면 사이의 거리를 정확하게 조절하여 다양한 캐버티의 레이저 다이오드를 제작하기 위해서는 정확한 위치와 간격으로 반도체 레이저 웨이퍼를 스크래칭할 수 있는 장치가 필요하다.
일반적으로 레이저 다이오드의 벽개면 사이의 거리(즉, 캐비티 길이)는 매우 짧으므로, 반도체 레이저 웨이퍼 스크래칭 장치는 반도체 레이저 웨이퍼와 다이아몬드 팁 사이의 변위를 정밀하게 조절할 수 있으며, 다이아몬드 팁을 정확한 치수 간격으로 이송하여 스크래칭을 할 수 있어야 한다.
또한, 레이저 다이오드를 대량 생산하기 위해서는 반도체 레이저 웨이퍼의 이송과 다이아몬드 팁에 의한 스크래칭을 신속하게 수행할 수 있는 반도체 레이저 웨이퍼 스크래칭 장치가 필요하다.
또한, 본도체 레이저 웨이퍼의 재질과 용도는 다양하고 경우에 다라서 레이저 상부면에 두꺼운 Au 전해도금(electroplated Au)과 같은 물질이 증착되어 있을 경우도 있으므로, 각각의 재질과 용도에 따라 적절한 종류와 크기를 가지는 다이아몬드 팁을 교채하여 사용할 수 있고 각도 조절이 용이한 반도체 레이저 웨이퍼 스크래칭 장치가 필요하다.
또한, 반도체 레이저 웨이퍼의 재질 및 용도에 따라 스크래칭을 하는 간격, 각도, 방향 및 다이아몬드 팁에 의한 가압력이 달라지므로, 다양한 종류의 적절한 각도 조절 가능한 다이아몬드 팁과 반도체 레이저 웨이퍼를 3차원적으로 이송할 수 있는 유동적인 반도체 레이저 웨이퍼 스크래칭 장치가 필요하다.
본 발명은 상기한 바와 같은 필요에 의해 안출된 것으로, 정확한 치수 제어에 의해 레이저 반도체 웨이퍼를 스크래칭할 수 있으며, 스크래칭 시의 다이아몬드 팁에 의한 가압력을 조절할 수 있고, 신속하게 스크래칭을 수행할 수 있는 반도체 레이저 웨이퍼 스크래칭 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 레이저 웨이퍼 스크래칭 장치는, 다이아몬드 팁을 이용하여 레이저 반도체 웨이퍼를 스크래칭하여 반도체 레이저 다이오드의 벽개면(mirror facet)을 형성할 수 있도록 하는 반도체 레이저 웨이퍼 스크래칭 장치에 있어서, 베이스; 레이저 반도체 웨이퍼를 올려 두고 고정시킬 수 있도록 상기 베이스 위에 설치되는 웨이퍼 테이블; 상기 베이스 위에 설치되고, 그 일단에 설치된 상기 다이아몬드 팁의 위치를 조정하는 이송 모듈; 및 상기 레이저 반도체 웨이퍼에 대한 상기 다이아몬드 팁의 위치를 확인할 수 있도록 상기 웨이퍼 테이블의 상측에 대물렌즈가 배치되는 광학 현미경;을 포함하는 점에 특징이 있다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 반도체 레이저 웨이퍼 스크래칭 장치에 의하면, 레이저 반도체 웨이퍼를 정확한 치수로 스크래칭할 수 있으며, 스크래칭 시의 다이아몬드 팁에 의한 가압력을 조절할 수 있고, 신속하게 스크래칭 작업을 수행할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 반도체 레이저 웨이퍼 스크래칭 장치는 구조가 복잡하지 않은 구조로 저가에 고성능의 스크래칭 장치를 구성할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 반도체 레이저 웨이퍼 스크래칭 장치의 일례를 나타낸 사이도이고, 도 2는 도 1에 도시된 반도체 레이저 웨이퍼 스크래칭 장치의 정면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예의 반도체 레이저 웨이퍼 스크래칭 장치(100)는 베이스(10)와 웨이퍼 테이블(20)과 이송 모듈(30)과 광학 현미경(40)을 포함하여 이루어진다.
상기 베이스(10)는 본 실시예의 반도체 레이저 웨이퍼 스크래칭 장치(100)가 놓여지는 지면 위에 설치되어 주요 구성들을 지지한다.
상기 웨이퍼 테이블(20)은 상기 베이스(10) 위에 회전가능하게 설치된다. 상기 웨이퍼 테이블(20)의 상측에는 흡착 패드(21)가 설치되어 있으며, 그 흡착 패드(21)는 진공 펌프(23)에 연결되어 있다. 상기 흡착 패드(21) 위에는 레이저 반도체 웨이퍼(W)가 놓여지고, 상기 진공 펌프(23)가 작동하면 상기 레이저 반도체 웨이퍼(W)가 상기 흡착 패드(21)에 흡착되어 고정된다. 상기 웨이퍼 테이블(20)을 상기 베이스(10)에 대해 회전시킴으로써 상기 레이저 반도체 웨이퍼(W)의 배치 각도를 조절할 수 있게 된다.
상기 진공 펌프(23)에는 발판 스위치(24)가 연결되어 있다. 상기 발판 스위치(24)는 지면 위에 놓여지며, 사용자는 손을 사용하지 않고 발로 상기 발판 스위치(24)를 조작하여 상기 진공 펌프(23)을 작동시킬 수 있게 된다.
상기 이송 모듈(30)은 상기 테이블(20) 위에 설치되며, X축 마이크로미터 조절 나사(31)와 Y축 마이크로미터 조절 나사(32)와 Z축 마이크로미터 조절 나사(33)를 포함한다.
상기 이송 모듈(30)의 일단에는 다이아몬드 팁(D)이 설치되어 상기 베이스(10)에 좌우방향, 전후방향, 상하방향으로 이송된다.
상기 마이크로미터 조절 나사들(31, 32, 33)은 일반적인 마이크로미터와 마찬가지로 딤블(311, 321, 331)과 슬리브(312, 322, 332)를 구비한다. 각 딤블(311, 321, 331)을 회전시키면 슬리브(312, 322, 332)가 그 축방향으로 전진 또는 후퇴하게 된다.
상기 X축 마이크로미터 조절 나사(31)와 Y축 마이크로미터 조절 나사(32)와 Z축 마이크로미터 조절 나사(33)는, 상기 다이아몬드 팁(D)을 각각 좌우방향, 전후방향, 상하방향으로 각각 이송하는 역할을 한다.
상기 X축 마이크로미터 조절 나사(31)와 Y축 마이크로미터 조절 나사(32)와 Z축 마이크로미터 조절 나사(33)에는 각각 서보 모터들(313, 323, 333)이 설치되어 있어서, 상기 다이아몬드 팁(D)의 이송 변위를 상기 서보 모터들(313, 323, 333)의 작동에 의해 3차원적으로 제어할 수 있도록 되어 있다.
상기 이송 모듈(30)의 상단에는 상기 다이아몬드 팁(D)을 고정하는 스크라이버(34)가 설치된다. 상기 스크라이버(34)는 상기 이송 모듈(30)에 대해 각도 조절이 가능하도록 설치된다. 상기 스크라이버(34)에는 상기 다이아몬트 팁(D)에 과도한 충격이 작용하여 그 충격이 상기 스크라이버(34)에 전달될 때 이를 흡수하여 상기 다이아몬드 팁(D)이 손상되거나 파손되는 것을 방지할 수 있도록 탄성부재가 설치되어 있다. 또한, 필요에 따라 다른 크기의 상기 다이아몬드 팁(D)이 상기 스크라이버(34)에 설치되어 사용된다. 즉, 상기 다이이몬드 팁(D)은 필요에 따라 다른 크기로 교체 가능하게 설치된다.
이와 같은 구조로 인해, 웨이퍼의 재질이나 표면 상태에 따라 각각 다른 크기의 다이아몬드 팁(D)을 사용하여 적절한 각도로 스크레칭을 할 수 있으므로, 작업이 매우 용이하며 불량율도 대폭 감소할 수 있는 장점이 있다. 또한, 이와 같은 효과를 가지면서도 그 구성이 단순하기 때문에 저가로 고성능의 반도체 레이저 웨이퍼 스크래칭 장치를 구성할 수 있는 장점이 있다. 또한, 다이아본드 팁(D)의 교 체 방법이 쉽고 간단하기 때문에, 큰 비용을 들이지 않고도 다양한 재질의 웨이퍼를 최적의 조건에서 스크래칭할 수 있는 장점이 있다.
상기 탄성부재는 탄성을 가진 스폰지(35)나 코일 스프링(361, 362) 등이 사용될 수 있다.
상기 광학현미경(40)은 그 대물렌즈(41)가 상기 웨이퍼 테이블(20)의 상측에 배치되도록 설치된다. 사용자는 상기 광학현미경(40)을 통해 상기 웨이퍼 테이블(20) 상에 고정된 레이저 반도체 웨이퍼(W)와 상기 다이아몬드 팁(D) 사이의 상대적인 위치를 확인하면서 스크래칭을 수행할 수 있게 된다.
상기 광학현미경(40)에는 카메라(42)가 설치되어 있어서, 상기 레이저 반도체 웨이퍼(W)와 다이아몬드 팁(D)을 사진으로 촬영할 수 있도록 되어있다.
이하, 상술한바와 같이 구성된 반도체 레이저 웨이퍼 스크래칭 장치(100)의 기능에 대해 설명하기로 한다.
먼저, 상기 레이저 반도체 웨이퍼(W)를 상기 웨이퍼 테이블(20)의 흡착 패드(21) 위에 올려 놓은 후 상기 진공 펌프(23)를 작용시켜 상기 레이저 반도체 웨이퍼(W)를 상기 흡착 패드(21) 위에 고정한다.
다음으로 상기 레이저 반도체 웨이퍼(W)를 적당한 각도로 회전시켜 상기 레이저 반도체 웨이퍼(W)가 적당한 방향으로 배치되도록 한 후, 각도 조절 나사(22)를 조여서 상기 웨이퍼 테이블(20)의 각도를 고정한다.
다음으로 상기 서보 모터들(313, 323, 333)을 작동시켜 상기 X축 마이크로미터 조절 나사(31)와 Y축 마이크로미터 조절 나사(32)와 Z축 마이크로미터 조절 나 사(33)의 각 딤블들(311, 321, 331)을 회전시킴으로써, 상기 다이아몬드 팁(D)을 이송하여 상기 레이저 반도체 웨이퍼(W) 상측에 위치하도록 한다.
상기 광학 현미경(40)의 대물렌즈(41)는 상기 웨이퍼 테이블(20)의 상측에 배치되어 있으므로 상기 다이아몬드 팁(D)과 상기 레이저 반도체 웨이퍼(W)의 상대적인 위치를 실시간으로 확인하면서 상기 다이아몬드 팁(D)을 당시 이송 모듈(30)에 의하여 이송할 수 있는 장점이 있다.
상기 카메라(42)를 이용하여 상기 광학현미경(40)에 의해 확인된 영상을 활영한 뒤 그 이미지를 영상 처리하여, 상기 웨이퍼(W)에 대한 스크래칭을 시작하기 위해서 상기 다이아몬드 팁(D)을 이송해야할 방향과 거리를 계산한다.
계산된 값에 따라 상기 이송 모듈(30)을 작동시켜 상기 다이아몬드 팁(D)을 해당 위치로 이송한 후, 상기 Z축 마이크로미터 조절 나사(33)를 상기 서보 모터(333)에 의해 회전시켜 상기 다이아몬드 팁(D)을 상기 레이저 반도체 웨이퍼(W)에 접촉하도록 하강시킨다. 미리 설정된 압력으로 상기 다이아몬드 팁(D)이 상기 레이저 반도체 웨이퍼(W)를 누르게 한 상태에서 상기 서보 모터(313, 323)를 작동시켜 상기 X축 마이크로미터 조절 나사(31)와 상기 Y축 마이크로미터 조절 나사(32)에 의해 이송이 이루어지게 함으로써, 상기 다이아몬드 팁(D)에 의한 스크래칭이 수행되도록 한다.
스크래칭이 완료되면, 상기 이송 모듈(30)에 의해 상기 다이아몬드 팁(D)을 상승시켜 다음 벽개면 위치로 이송시킨다. 다시 상기 다이아몬드 팁(D)을 하강시키고 스크래칭 작업을 수행한다.
필요한 회수만큼 위와 같은 과정을 반복하여 상기 레이저 반도체 웨이퍼(W)에 수회의 스크래칭 작업을 수행할 수 있다.
한편, 상기 스크라이버(34)에는 탄성부재(35, 361, 362)가 설치되어 있어서, 스크래칭 작업중에 예상하지 못하는 충격이 상기 다이아몬드 팁(D)에 작용하더라도 그 충격을 흡수/완화시킴으로써 상기 다이아몬드 팁(D)의 손상 및 파손을 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 카메라(42)에서 촬영된 이미지를 영상 처리하고 상기 서보 모터(313, 323, 333)에 의해 상기 이송 모듈(30)을 작동시킴으로써, 스크래칭 공정을 자동화시켜 작업 시간을 비약적으로 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
이상, 본 발명에 따른 반도체 레이저 웨이퍼 스크래칭 장치(100)를 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명의 반도체 레이저 웨이퍼 스크래칭 장치(100)가 앞에서 설명되고 도면에 도시된 방법으로 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 앞에서 상기 이송 모듈(30)의 상기 마이크로미터 조절 나사들(31, 32, 33)에는 서보 모터(313, 323, 333)가 설치되어 있는 것으로 설명하였으나, 상기 서보모터(313, 323, 333)가 설치되지 않은 반도체 레이저 웨이퍼 스크래칭 장치를 구성할 수도 있다. 이 경우 상기 광학 현미경(40)을 통해 육안으로 상기 다이아몬드 팁(D)의 위치를 확인하면서 상기 마이크로미터 조절 나사의 딤블을 수작업으로 회전시키면서 스크래칭을 수행할 수 있다. 이 경우 상기 광학현미경(40)에 설치된 카메라(42)도 불필요하게 된다.
또한, 상기 카메라(42)가 없는 반도체 레이저 웨이퍼 스크래칭 장치를 구성 할 수도 있다. 이 경우 상기 광학현미경(40)을 통해 상기 다이아몬드 팁(D)의 위치를 확인하면서 상기 다이아몬드 팁(D)을 최초 스크래칭 작업 위치에 이송시켜 둔 후에, 미리 설정된 값을 컴퓨터로 입력하여 상기 서보 모터들을 제어함으로써 연속적으로 스크래칭 작업을 진행할 수 있다.
경우에 따라서는 상기 카메라(42)와 상기 서보모터들(313, 323, 333)을 모두 구비하지 않는 반도체 레이저 웨이퍼 스크래칭 장치를 구성하여, 상기 광학현미경(40)으로 상기 다이아몬드 팁(D)의 위치를 확인하면서 수작업으로 상기 마이크로미터 조절나사들을 작동시켜 스크래칭 작업을 수행할 수도 있다.
도 1은 본 발명에 따른 반도체 레이저 웨이퍼 스크래칭 장치의 일례를 나타낸 사이도이다.
도 2는 도 1에 도시된 반도체 레이저 웨이퍼 스크래칭 장치의 정면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 베이스 20 : 웨이퍼 테이블
21 : 흡착 패드 22 : 각도 조절 나사
30 : 이송 모듈 31 : X축 마이크로미터 조절 나사
32 : Y축 마이크로미터 조절 나사 33 : Z축 마이크로미터 조절 나사
311, 321, 331 : 딤블 312, 322, 332 : 슬리브
313, 323, 333 : 서보 모터 34 : 스크라이버
35, 361, 362 : 탄성부재 40 : 광학 현미경
41 : 대물 렌즈 42 : 카메라
W : 레이저 반도체 웨이퍼 D : 다이아몬드 팁

Claims (10)

  1. 다이아몬드 팁을 이용하여 레이저 반도체 웨이퍼를 스크래칭하여 반도체 레이저 다이오드의 벽개면(mirror facet)을 형성할 수 있도록 하는 반도체 레이저 웨이퍼 스크래칭 장치에 있어서,
    베이스;
    레이저 반도체 웨이퍼를 올려 두고 고정시킬 수 있도록 상기 베이스 위에 설치되는 웨이퍼 테이블;
    상기 베이스 위에 설치되고, 그 일단에 설치된 상기 다이아몬드 팁의 위치를 조정하는 이송모듈; 및
    상기 레이저 반도체 웨이퍼에 대한 상기 다이아몬드 팁의 위치를 확인할 수 있도록 상기 웨이퍼 테이블의 상측에 대물렌즈가 배치되는 광학 현미경;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 웨이퍼 스크래칭 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 테이블은 상기 레이저 반도체 웨이퍼의 각도를 조절할 수 있도록 상기 베이스 위에 회전가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 웨이퍼 스크래칭 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 이송모듈은,
    상기 다이아몬드 팁을 상기 베이스에 대해서 전후방향, 좌우방향 및 상하방향으로 각각 이송시키는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 웨이퍼 스크래칭 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 이송모듈은,
    상기 다이아몬드 팁을 상기 베이스에 대해서 각각 전후방향, 좌우방향 및 상하방향으로 각각 이송시키는 3개의 마이크로미터 조절 나사를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 웨이퍼 스크래칭 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 이송모듈은,
    상기 3개의 마이크로미터 조절 나사에 각각 설치되는 3개의 서보 모터들을 더 포함하며,
    상기 서보 모터들의 작동에 의해 상기 다이아몬드 팁을 이송하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 웨이퍼 스크래칭 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 광학현미경에 보이는 상기 다이아몬드 팁과 레이저 반도체 웨이퍼를 사진으로 찍는 카메라;를 더 포함하며,
    상기 카메라에 찍힌 이미지를 영상 처리하여 상기 서보 모터들을 제어하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 웨이퍼 스크래칭 장치.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 테이블은 진공 펌프가 연결된 흡착 패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 웨이퍼 스크래칭 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    발로 상기 진공 펌프를 작동시킬 수 있도록 지면 위에 설치되고 상기 진공 펌프를 작동시키는 발판 스위치;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 웨이퍼 스크래칭 장치.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 다이아몬트 팁이 끼워져 고정되고 상기 이송 모듈에 설치되어 상기 다아이몬드 팁을 상기 이송모듈에 고정하는 스크라이버를 더 포함하며,
    상기 다이아몬트 팁으로부터 상기 스크라이버에 전달되는 충격을 완화시킬 수 있도록 상기 스크라이버와 이송모듈 사이에는 탄성부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 웨이퍼 스크래칭 장치.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 다이아몬트 팁이 끼워져 고정되고 각도 조절이 가능하도록 상기 이송 모듈에 설치되어 상기 다아이몬드 팁을 상기 이송모듈에 고정하는 스크라이버를 더 포함하며,
    상기 다이아몬드 팁은 웨이퍼의 재질과 용도에 따라 상기 이송모듈에 크기와 종류별로 교체 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 웨이퍼 스크래칭 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2017014754A1 (en) * 2015-07-21 2017-01-26 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Scribing tool
CN115503036A (zh) * 2022-08-31 2022-12-23 国电投宁夏能源铝业青鑫炭素有限公司 一种电解铝用阴极侧角块划痕机

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