KR20150128803A - 기판을 분리시키기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저 광선 (3) 을 이용해 기판 (2) 을 분리시키기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 이때, 레이저 광선 (3) 의 작용 기간은 매우 짧게 선택되고, 따라서 기판 재료의 파괴가 발생하지 않으면서 상기 레이저 광선의 광선축 (Z) 둘레로 동심적으로 상기 기판 (2) 의 개질만 생긴다. 상기 레이저 광선 (3) 이 상기 기판 (2) 에 작용하는 동안, 상기 기판 (2) 은 레이저 가공 헤드 (10) 에 대해 상대적으로 움직여지고, 따라서 필라멘트 모양의 다수의 개질은 도입되어야 하는 분리면 (5) 을 따라서 생긴다. 상기 레이저 광선 (3) 은 우선, 공기보다 큰, 강도 의존형 굴절률을 갖는 투과 매체 (8) 를 통해 지향되고, 그 후 상기 기판 (2) 에 도달한다. 상기 이용된 펄스형 레이저의 강도가 변함없는 것이 아니라 단일 펄스의 시간적 진행에 걸쳐 최대값까지 증가하는, 그리고 그 후 감소하는 강도를 가짐으로써 상기 굴절률도 변한다. 이로써, 상기 레이저 광선 (3) 의 포커스 포인트 (9a) 는 광선축 (Z) 을 따라서 상기 기판 (2) 의 외부 표면들 (11, 12) 사이에서 이동하고, 따라서 상기 Z축에서 상기 레이저 가공 헤드 (10) 를 보정하지 않고 상기 광선축 (Z) 을 따라서 원하는 개질이 생긴다.

Description

기판을 분리시키기 위한 방법 및 장치 {METHOD AND DEVICE FOR SEPARATING A SUBSTRATE}

본 발명은 레이저 광선을 이용해, 예컨대 인터포저 (interposer) 또는 마이크로 부품으로서 이용될 수 있는 기판, 특히 유리 기판을 분리시키기 위한, 특히 분할하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

이러한 방법, 및 분리공정을 실행하기 위해 정해진 장치는 실무에서 예컨대 웨이퍼, 유리 기판 및 플레이트를 나누기 위해 또는 분리시키기 위해 사용된다. 이러한 유형의 기판들은 예컨대 다수의 동종 또는 이종 마이크로칩들의 연결부들을 전기적으로 연결시키기 위한 이른바 인터포저로도 이용된다.

실무에서, 웨이퍼 또는 유리 기판의 가공시 절단을 통한 분리는 중대한 공정단계이고, 상기 공정단계는 전형적으로 다이아몬드 절단공구들의 이용에 근거를 두고 있고, 예컨대 디스플레이들에 있어서 30 cm/sec 의 속도로 실행된다. 하지만, 이 공정으로 달성 가능한 모서리들의 품질은 불충분하고, 제품의 수명, 품질 및 신뢰성에 있어서, 또한 발생하는 세척비용에 있어서도 현저한 단점들을 초래한다.

여기서, 사용할 수 있는 요소들로의 기판의 가공이 도전되고 있다. 특히, 예컨대 웨이퍼의 제조에 있어서 기판 안으로의 다수의 분리면의 경제적인 도입은 종래 기술에서 아직 해결되지 않았다.

US 2013/126573 A1 에는, 기판을 제조하기 위한 분리방법이 공지되어 있고, 이때 상기 기판은 포커싱된 레이저 광선의 하나 또는 다수의 임펄스로 조사된다. 이때, 상기 기판은 포커싱된 레이저 광선에 대해 투명하고, 하지만 이때 레이저 펄스들은 에너지 및 펄스 기간과 관련하여, 채널 모양의 (channel-like) 필라멘트 (filament) 가 상기 기판 내에 만들어지도록 선택된다. 상기 포커싱된 레이저 광선에 대해 상대적인 상기 기판의 이동을 통해, 추가적인, 국부적으로 간격을 둔 필라멘트들이 도입되고, 상기 필라멘트들은 이렇게 분리면을 정의한다. 상기 기판은 예컨대 유리, 수정, 석영, 다이아몬드 또는 사파이어로 구성된다. 상기 기판의 상응하는 재료 두께에 있어서, 상기 포커싱된 레이저 광선의 다수의 포커스 포인트들 (focus points) 은, 필라멘트들이 2개 또는 그 이상의 층들 중 적어도 하나에서 만들어지도록 선택된다. 이때, 상기 포커싱된 레이저 광선을 통해 제 1 층에서 만들어진 필라멘트는 적어도 하나의 추가적인 층 안으로 확장될 수 있고, 그곳에서 제 2 필라멘트는 이 그 밖의 층 안에 만들어질 수 있다. 또한, 제 2 층 안에서 제 2 광선초점을 만드는 것이 제공될 수도 있다. 이 방법에 있어서 비교적 비싼 펨토초 레이저 또는 피코초 레이저의 이용, 및 단일 펄스들의 펄스 시퀀스, 및 펄스 시퀀스들의 특정 반복율이 특정 사전설정에 따라 제공된, 비용이 많이 드는 구성은 불리하다고 증명된다. 특히, 펄스 시퀀스에 있어서 잇따르는 펄스들 사이의 시간 지체는 재료 개질의 이완의 시간보다 적다.

명칭 “Stealth Dicing”하에 레이저 가공 방법이 공지되어 있고, 상기 레이저 가공 방법에 있어서 제 1 단계에서 레이저 광선은 기판 내부에서의 한 층에 작용한다. 제 2 단계에서, 상기 층 안의 작용점들을 따라서 상기 기판을 분리시키기 위해 인장응력이 이용된다. 이 층은 웨이퍼 안의 내부 표면이고, 상기 내부 표면은 레이저에 의해 상기 기판의 내부에서 가공 동안 개질되고, 상기 가공시 상기 기판을 분할하기 위한 출발점을 형성한다. 그러면, 인장응력은 작은 섹션들로의 상기 기판의 분리를 야기시킨다.

반도체 구성요소 또는 그와 같은 것의 제조시 기판, 예컨대 반도체 기판을 분리시키기 위한 이러한 방법은 예컨대 US 8,518,800 B2 에 공지되어 있다. 이때, 기판은 상기 기판의 내부에서 다광자 흡수의 현상이 발생되도록 레이저빛으로 조사되고, 상기 다광자 흡수에 있어서 상기 기판의 내부에서는 빛 수렴점, 및 이를 통해 개질된 영역이 형성된다. 상기 기판의 내부에서 절단 시작점 영역이 형성됨으로써, 출발점으로서 기능을 수행하는 상기 절단 시작점 영역으로부터 출발하여 외부 작용 없이 또는 상기 기판 안에 힘을 가하면서 그의 두께 팽창 방향으로 파괴가 발생한다.

또한, EP 2 503 859 A1 에는, 유리 기판에 관통 구멍들이 제공되는 방법이 공지되어 있고, 이때 상기 유리 기판은 유리, 예컨대 규산염 유리, 사파이어, 플라스틱 또는 세라믹과 같은 절연체와 규소와 같은 반도체들로 구성된다. 상기 유리 기판은 레이저, 예컨대 펨토초 레이저로 조사되고, 상기 레이저는 상기 유리 기판 내부에서의 원하는 위치에서의 포커스 포인트 쪽으로 포커싱된다. 상기 유리 기판이 레이저를 통해 개질된 영역들과 함께 에칭 (etching) 용액 안으로 잠겨지고, 이렇게 상기 개질된 영역들이 상기 유리 기판에서 제거되는 방법으로 관통 구멍들이 만들어진다. 이 에칭은, 개질되지 않은 상기 유리 기판의 영역들과 비교하여 상기 개질된 영역이 극단적으로 빨리 에칭된다는 효과를 이용한다. 이러한 방식으로, 블라인드 홀들 또는 관통 개구부들이 만들어질 수 있다. 상기 관통 개구부를 채우기 위해 구리용액이 적합하다. 원하는“깊이 작용”, 즉 기판 외면들 사이의 관통 구멍을 달성하기 위해, 포커스 포인트는 계속된 조사에 있어서 상응하여 이동되어야 하고, 즉 Z축의 방향으로 보정되어야 한다.

아주 일반적으로, 선택적인 레이저 가공과, 선택적인, 레이저 유도 에칭으로서의 후속 에칭공정과의 조합은 명칭 ISLE 으로도 공지되어 있다 (In-volume selective laser-induced etching).

또한, DE 10 2010 025 966 B4 에는, 제 1 단계에서 포커싱된 레이저 임펄스들이 유리 기판 쪽으로 지향되고, 상기 레이저 임펄스들의 광선 강도는, 유리 안의 필라멘트 모양의 채널을 따라서 국부적인, 무열 (athermal) 파괴가 발생할 정도로 강한 방법이 공지되어 있다. 제 2 방법단계에서는, 마주 보고 있는 전극들에 고전압 에너지가 공급됨으로써, 필라멘트 모양의 채널들은 구멍들이 되도록 확장되고, 이는 상기 필라멘트 모양의 채널을 따라서 상기 유리 기판을 통한 유전 (dielectric) 관통부들을 초래한다. 이 관통부들은, 원하는 구멍지름을 달성할시 에너지 공급의 차단을 통해 공정이 정지될 때까지 구멍 재료의 전열 (electrothermal) 가열 및 기화를 통해 확장된다. 대안적으로 또는 추가적으로, 상기 채널들은 반응 가스들에 의해서도 확장될 수 있고, 상기 반응 가스들은 노즐들을 이용해 구멍 위치들 쪽으로 지향된다. 관통 위치들은 공급된 에칭 가스에 의해서도 확장될 수 있다. 우선 무열 파괴를 통해 상기 유리 기판이 관통되고, 다음 단계에서 상기 필라멘트 모양의 채널들의 지름이 구멍들로 확장됨으로써 발생하는, 비교적 비용이 많이 드는 과정은 불리하다고 증명된다.

또한, US 6,400,172 B1 에는 레이저를 이용한, 반도체 재료들 안으로의 관통 개구부들의 도입이 공지되어 있다.

본 발명의 목적은 기판을 분리시키기 위한 방법 및 장치를 본질적으로 간단하게 하는, 그리고 특히 실행을 위한 시간 소모를 감소시키는 가능성을 만들어내는 것이다.

상기 목적은 본 발명에 따르면 청구항 제 1 항의 특징들을 갖는 방법으로 달성된다. 본 발명의 그 밖의 구현형태는 종속항들에서 알 수 있다.

즉, 본 발명에 따르면 레이저 광선이 원래의 초점 거리과 상이한 초점 거리를 갖는, 변하지 않은 광학계를 통해 단일 펄스의 펄스 기간 내에서 비선형 (non-linear) 셀프 포커싱 (self-focusing) 을 통해 포커싱되는 방법이 제공된다. 이때, 본 발명은, 펄스형 레이저의 강도가 단일 펄스와 관련하여 변함없는 것이 아니라 상기 단일 펄스의 시간적 진행에 걸쳐 최대값까지 증가하는, 그리고 그 후 감소하는 강도를 갖는다는 점을 이용한다. 상기 증가하는 강도에 근거하여 굴절률도, 정규 분포에 상응하여 시간적 진행에 걸쳐 단일 펄스와 관련하여, 최대값까지 증가함으로써, 광학계의 초점 거리, 즉 레이저 가공 헤드 (laser machining head) 로부터의 또는 렌즈로부터의 간격이 변하고, 보다 정확히 말하면 포커싱 광학계에 의해 결정된 기하학적 초점 위치와 상관없이 변한다.

최대 강도와 최소 강도 사이의 초점 위치들의 간격이 적어도 원하는 세로방향 연장부, 즉 분리선의 영역에서의 두께에 상응함으로써, 상기 비선형 셀프 포커싱의 이 효과가 이용된다. 이로부터, 놀랍게 간단한 방식으로, 단일 펄스의 기간 동안 광선축의 방향으로 국부적 이동이 발생하고, 상기 국부적 이동은 상기 광선축의 방향으로의 전체 주 연장부의 영역 안의 원하는 개질을 초래한다. 이때, 종래 기술에서 피할 수 없는, 초점 위치의 보정이 생략될 수 있다. 즉, 특히, 기판을 통한 레이저 초점의 운동을 위한 제어가 필요하지 않다. 이러한 방식으로, 상기 분리선을 따라서, 기판의 개질된 영역은 상기 기판 안의 분리면 또는 사전 결정된 파괴면으로서 만들어진다. 이로써, 본 발명에 따르면, 이를 위해 필요한 제어 비용이 생략될 수 있을 뿐만 아니라 가공 기간도 상당히 감소되고, 예컨대 단일 펄스의 기간에 제한된다. 이때, 투과 매체의 비선형 굴절률은 선형적으로 강도에 의존하고, 따라서 적합한 재료 및 적합한 치수와 관련된 선택은 이용된 레이저 광선의 강도에 의존한다.

이때, 레이저 광선은, 기판을 돌파하는 상기 기판의 파괴가 발생하지 않으면서 상기 레이저 광선의 광선축을 따라서 상기 기판의 개질만 수행될 정도로 단시간 동안 상기 기판 쪽으로 지향되고, 이때 다음 단계에서 예컨대 이방성 (anisotropic) 재료 제거 (material removal) 는, 먼저 상기 레이저 광선을 이용해 개질을 경험한 상기 기판의 영역들에서 실행되고, 이렇게 분리는 경우에 따라서는 도움을 주는 외부 힘작용과 연결하여 실행된다.

이때, 레이저 에너지 도입은 반응 또는 변화를 통한 개질을 일으키기 위해 또는 발생시키기 위해 사용되고, 상기 개질의 효과는 다음의 방법단계에서 비로소 상기 원하는 재료분리를 초래하고 또는 이용된다.

상기 분리공정이 상기 개질에 근거하여 그리고 경우에 따라서는 뒤따르는 이방성 재료 제거에 근거하여 에칭방법을 통해 수행됨으로써, 상기 분리과정을 위해, 순차적인 제거방법이 아니라 평면적으로 작용하는 제거방법이 유익하고, 상기 제거방법은 공정에의 매우 적은 요구들만을 제시한다. 오히려, 작용 기간에 걸쳐 상기 재료 제거는 상기 기술된 방식으로 사전 처리된 그리고 이에 상응하여 개질된 모든 영역들을 위해 양적으로 및 질적으로 동시에 실행될 수 있고, 따라서 다수의 리세스 또는 관통 개구부들을 만들어내기 위한 시간 소모가 통틀어 본질적으로 감소된다.

최소 강도에 있어서의 포커스 포인트는 상기 기판의 외부 표면 쪽으로 지향될 수 있다. 이와 반대로, 레이저 광선이 상기 기판의 멀리 향하는 측으로 상기 기판에 대해 간격을 두고 포커싱되면 특히 유망하다고 이미 증명되었고, 따라서 상기 레이저 광선의 포커스 포인트는, 상기 포커스 포인트가 상기 레이저 광선으로부터 멀리 향하는 뒷면에 상기 기판의 표면에 대한 간격을 두고 있도록 조절된다. 즉, 이를 통해, 상기 레이저 광선은 상기 기판의 외부에 있는 포커스 포인트 쪽으로 지향된다. 그러면, 증가하는 강도에 근거하여 변경된 굴절률은 상기 기판을 관통한 광선축을 따라서 포커스 포인트의 국부적 이동을 초래한다. 이를 통해, 각각의 포커스 포인트가 상기 기판 내부에서 개질을 발생시키기 위해 충분히 놓은 강도의 작용을 받는 것이 보장된다.

물론, 광선 작용의 기간은 기판에 대한 레이저 가공 헤드의 변하지 않은 상대적 위치에 있어서 다수의 펄스길이를 포함할 수 있는데, 왜냐하면 이렇게 예컨대 상기 기판 재료의 개질을 더욱 최적화하기 위해서이다. 이와 반대로, 레이저 광선이 단일 펄스의 기간 동안 각각의 포커스 포인트 쪽으로 지향되면 특히 유리하다. 즉, 이로써 상기 레이저 광선의 선행하는 그리고 후행하는 펄스들은 상기 기판의 평면에 있어서 간격을 둔 위치들 쪽으로 지향되고, 따라서 이웃한 포커스 포인트들은 상기 기판의 상기 평면에 있어서의 간격을 갖는다.

바람직하게는, 상기 분리선을 따라서, 이웃하여 상기 기판 안으로 도입되어야 하는 개질들의 간격은, 개질된 영역들이 바로 서로 인접하거나 또는 서로 매우 작은 간격을 갖도록 선택된다.

상기 개질들은 레이저 가공을 통해 도입될 수 있고, 상기 레이저 가공에 있어서 레이저 가공 헤드의 포지셔닝과 레이저 가공은 번갈아 가며 실행된다. 이와 반대로, 바람직하게는, 레이저 광선이 기판 쪽으로 지향되는 동안, 레이저 광선 또는 레이저 가공 헤드와 기판 사이의 연속적인 상대운동이 실행되고, 즉 따라서 상기 레이저 광선은 연속적으로“날아가는”운동에 있어서 상기 기판 위로 안내되고, 즉 따라서 상대위치의 중단되지 않은 변경은 상기 기판의 극단적으로 빠른 가공 기간을 발생시킨다. 특히, 상기 기판의 상대적 위치는 변함없는 속도를 갖는 레이저 광선과 관련하여 변경될 수 있고, 따라서 변함없는 펄스 주파수에 있어서 상기 발생되어야 하는 개질들의 간격은 미리 결정된 그리드 치수에 따른다.

특히 바람직하게는, 파장을 갖는 레이저가 작동되고, 상기 파장에 대해 상기 기판이 투명하고, 따라서 상기 기판의 관통이 보장된다. 특히, 이를 통해, 레이저 광선축에 대해 동축적으로 빙 돌아서 본질적으로 원통형인 개질 구역이 보장되고, 상기 개질 구역은 관통 개구부의 또는 리세스의 변함없는 지름을 초래한다.

이 이외에, 상기 관통 개구부의 원뿔형 유입영역이 발생할 정도로 작용 구역을 형성하기 위해, 레이저를 통해 추가적으로 표면 영역이 제거되면 유리할 수 있다. 이러한 방식으로, 추후의 분리과정이 간단해질 수 있다. 또한, 이 영역에서 예컨대 에칭제의 작용이 집중된다.

상기 방법의 다른, 마찬가지로 특히 유망한 구현형태에 있어서, 상기 기판은 상기 레이저 가공 전에 적어도 하나의 표면에 평평하게 에칭 레지스트 (etching resist) 로 코팅된다. 레이저 광선의 작용을 통해, 동시에 점 모양의 작용 구역에서 상기 에칭 레지스트가 적어도 하나의 표면에서 제거되고, 상기 기판 안의 개질이 생긴다. 이러한 방식으로, 개질되지 않은 영역들은 후속 에칭공정에서의 원하지 않은 작용으로부터 보호되고, 그렇기 때문에 표면이 손상되지 않는다. 이때, 상기 에칭 레지스트는 그 아래에 놓여 있는 기판의 개질을 방해하지 않는다. 오히려, 상기 에칭 레지스트는 모든 레이저 광선을 투과시키거나 또는 거의 점 모양으로 레이저 광선을 통해 제거되고, 즉 예컨대 기화된다. 또한, 상기 에칭 레지스트가, 상기 개질을 위해 도움을 주면서 작용하는, 즉 예컨대 개질 과정을 가속화시키는 물질들을 포함하는 일이 있을 수 있다.

원칙적으로, 상기 방법은 상기 기판의 특정한 재료 조성물들에 제한되지 않는다. 하지만, 상기 기판이 본질적인 재료 부분으로서 알루미노규산염, 특히 보로알루미노규산염 (boro-aluminosilicate) 을 구비하면 특히 유망하다.

상기 개질된 영역들을 따라서, 정의된 분리면이 만들어내질 수 있고, 이때 경우에 따라서는 분리는 추가적인 외부 힘작용을 통해 또는 열적 추후 처리를 통해 최적화될 수 있고, 따라서 후속 에칭방법이 없어도 된다.

바람직하게는, 상기 기판의 개질된 영역들에서 액체 에칭, 건식 에칭 또는 증기상 에칭을 이용한 이방성 재료 제거를 통해, 경우에 따라서는 고전압 또는 고주파수를 이용한 기화를 통해서도, 재료 분리가 초래된다. 경우에 따라서는, 분리과정은 또한 외부 힘작용, 특히 장력 또는 압축력을 통해 촉진될 수 있다. 대안적으로, 상기 기판이 인장 응력을 통해 예비인장되면, 외부 힘작용들 없이도 분리 과정이 문제 없이 실현될 수 있다.

두 번째로 언급된 상기 목적은 본 발명에 따르면 기판 쪽으로 레이저 광선을 굴절시키기 위한 레이저 가공 헤드를 갖는 장치를 가지고, 상기 장치는 공기보다 큰, 강도 의존형 굴절률 또는 공기보다 큰, 강도 의존형 굴절지수를 갖는, 특히 적어도 하나의 평탄한 표면을 갖춘 또는 예컨대 평평한 플레이트 (flat plate) 로서 설계된 투과 매체를 갖추고 있고, 상기 투과 매체는 특히 상기 레이저 광선이 상기 투과 매체를 관통하여 상기 기판 쪽으로 굴절될 수 있을 정도로 상기 레이저 가공 헤드와 상기 기판 사이에 배치됨으로써 달성된다. 이를 통해, 본 발명에 따르면, 펄스형 레이저와 연결하여 각각의 단일 펄스의 기간 동안 그리고 이와 동반하는, 단일 펄스 동안의 강도의 변동 동안 초점 위치의 축방향 변경을 만들어내기 위해, 상기 투과 매체의 상기 강도 의존형 굴절률 또는 상기 강도 의존형 굴절지수가 이용된다. 즉, 이로써, 종래 기술에서와 달리, 초점 위치는 적어도 단일 펄스의 기간 동안 변하지 않는 것이 아니라 초점 위치는 상기 단일 펄스의 전체 기간과 관련하여 광선축 상의 선을 따라서 이동한다. 초점 위치가 상기 레이저 가공 헤드의 포커싱 광학계의 보정 없이 옮겨짐으로써 본 발명에 있어서 어떤 본질적인 장점들이 발생하는지를 쉽게 이해할 수 있다. 특히, 이를 통해 가공 기간이 본질적으로 짧아지고, 제어 비용도 감소된다. 예컨대, 평탄한 기판에 있어서 Z축의 보정이 생략될 수 있다. 원하는 분리면을 만들어내기 위해, 다수의 레이저 펄스들은 서로 이웃하여 상기 기판 안으로 도입된다.

이때, 원칙적으로 변형도 가능하고, 상기 변형에 있어서 상기 투과 매체는 광선 진행의 방향으로 상기 레이저 가공 헤드의 포커싱 광학계 앞에 상기 레이저 가공 헤드에 배치되고, 따라서 레이저 광선은 우선 상기 투과 매체를 관통하여, 그리고 그 후 상기 포커싱 광학계를 관통하여 지향되고, 기판 쪽으로 지향된다.

물론, 강도 의존형 빛굴절의 효과는 예컨대 상기 투과 매체가 상응하여 맞춰지거나 또는 교체됨으로써 또는 레이저 광선이 다수의 투과 매체들을 관통하거나 또는 동일한 매체를 여러 번 관통함으로써 각각의 사용목적에 맞춰질 수 있다.

포커스 포인트는 상기 기판의 상기 레이저 가공 헤드로부터 멀리 향하는 뒷면 쪽으로 지향될 수 있고, 상기 투과 매체는, 강도 의존형 포커스 포인트가 강도 최대값에 있어서 상기 레이저 가공 헤드를 향하는 정면에 도달하도록 성질을 가질 수 있다. 이와 반대로, 레이저 광선이 상기 레이저 가공 헤드로부터 멀리 향하는 상기 기판의 뒷면에 대해 간격을 두고 포커스 포인트 쪽으로 지향되면 특히 실무에 적합하고, 따라서 상기 기판의 상기 뒷면에 강도 최소값에 있어서 도달하는 것이 아니라 증가하는 강도의 진행 동안 비로소 도달한다. 이로써, 상기 기판 내에서 달성되어야 하는 개질을 위해 항상 충분한 레이저 광선의 강도가 보장된다.

가공하기 위해, 원칙적으로 각각의 펄스형 레이저가 적합하고, 이때 50 ps 보다 적은, 바람직하게는 5 ps 보다 적은 펄스 기간을 갖는 레이저가 특히 목적에 맞다고 이미 증명되었다.

또한, 상기 레이저 가공 헤드가 초점을 맞추기 위해 0.3 보다 큰, 특히 0.4 보다 큰 개구수 (numerical aperture, NA) 를 갖는 포커싱 광학계를 구비하면 특히 의미 있다.

본 발명에 따른 상기 장치의 특히 유망한 구현형태는 상기 포커싱 광학계가 굴절률 분포형 렌즈를 구비함으로써 달성된다. GRIN 렌즈라고도 알려진 이러한 렌즈의 이용을 통해, 방사상 방향에서 감소하는 굴절률은, 다른 경우에는 존재하는 강도의 약화가 렌즈의 가장자리 영역에서 가능한 한 많이 보상되는 것을 초래한다.

또한, 현저한, 강도 의존형 굴절률을 실현하기 위해 상기 투과 매체가 유리, 특히 석영 유리로 구성되면 유리하다고 증명된다.

이때, 상기 투과 매체는 바람직하게는 상기 레이저 가공 헤드와 연결되고, 그와 함께 움직일 수 있게 배치되고, 상기 레이저 가공 헤드에, 특히 교체 가능하게 배치된다. 이를 위해, 예컨대 신속 고정 (rapid fixing) 이 적합하다.

바람직하게는, 상기 장치는 펄스형 레이저에 대해 추가적으로, 연속적으로 방출하는 레이저를 갖추고 있고, 이때 상기 투과 매체는 상기 연속적으로 방출하는 레이저의 파장에 대해 투명하고, 상기 연속적으로 방출하는 레이저는 상기 매체를 관통하여 유리 기판 쪽으로 지향되고 또는 상기 투과 매체를 우회하면서 유리 기판 쪽으로 지향된다. 이때, 상기 펄스형 레이저의 파장과 상기 연속적으로 방출하는 레이저의 파장은 서로 다를 수 있다. 또한, 여러 가지 레이저원들의 레이저 광선들은 여러 가지 측들로부터 유리 기판 쪽으로 지향될 수 있다.

본 발명은 여러 가지 실시형태들을 허용한다. 그들의 기본 원리를 더욱 명료하게 하기 위해, 그들 중 하나가 도면에 도시되고, 하기에서 기술된다.

도 1 은 종래 기술에 따른 방법의 도식적인 도면을 나타내고;
도 2 는 기판 안으로 다수의 관통 개구부를 도입하기 위한 다수의 방법단계를 갖는 흐름도를 나타내고;
도 3 은 단일 펄스 동안 강도 의존형 초점 위치를 나타내고;
도 4 는 단일 펄스의 기간 동안 시간에 걸친 강도 분포의 도표를 나타낸다.

도 1 에는“Stealth Dicing”으로도 공지된 레이저 가공 방법이 도식적인 도면으로 도시된다. 이때, 알아볼 수 있는 바와 같이, 레이저 광선은 기판 내부에서의 특별한 중간층 쪽으로 지향되고, 상기 중간층은 상기 기판의 후속 분리의 출발점이 되도록 레이저 광선을 통해 개질된다. 그러면, 외부 인장응력은 상기 층 안의 작용점들을 따라서 부분 영역들로의 상기 기판의 분리를 야기시킨다.

도 2 는 인쇄회로기판 제조에서 접촉요소로서 정해진, 기판 (2) 을 갖는 인터포저 (1) 안으로 다수의 관통 개구부를 도입할 때의 개별적인 방법단계들을 나타낸다. 이를 위해, 레이저 광선 (3) 은 기판 (2) 의 표면 쪽으로 지향된다. 기판 (2) 은 본질적인 재료 부분으로서 보로알루미노규산염을 구비하는데, 왜냐하면 이렇게 온도팽창을 규소의 온도팽창과 비슷하게 보장하기 위해서이다. 이때, 기판 (2) 의 재료 두께 (d) 는 50 ㎛ 와 500 ㎛ 사이이다. 이때, 레이저 광선 (3) 의 작용 기간은 매우 짧게 선택되고, 따라서 기판 재료의 본질적인 파괴 또는 상당한 재료 제거가 발생하지 않으면서 상기 레이저 광선의 광선축 둘레로 동심적으로 기판 (2) 의 개질만 발생한다. 특히, 상기 작용 기간은 단일 펄스에 제한된다. 이를 위해, 파장을 갖는 레이저가 작동되고, 상기 파장에 대해 기판 (2) 이 투명하다. 이렇게 개질된 영역 (4) 은 도 2b 에 도시된다. 도 2c 에 도시된 다음 방법단계에서, 먼저 레이저 광선 (3) 을 통해 개질을 경험한 기판 (2) 의 개질된 영역들 (4) 은 기판 (2) 안의 개질된 영역들 (4) 의 선 모양의 나열을 따른 분리면 (5) 을 형성한다.

도 3 및 도 4 를 근거로, 하기에서는 기판 (2) 의 상기 레이저 가공 동안의 본질적인 효과가 상세히 설명된다. 이때, 단일 펄스 (P) 동안 강도 의존형 초점 위치에 관한 것이다. 이때, 본 발명은, 레이저 광선 (3) 의 단일 펄스 (P) 의 강도 (I) 가 변함없는 것이 아니라 도 4 에 도시된 바와 같이 상기 단일 펄스의 시간적 진행에 걸쳐 예컨대 정규 분포에 상응하여 최소값 (I_a) 으로부터 평균값 (I_b) 을 거쳐 최대값 (I_c) 까지 증가하는, 그리고 그 후 감소하는 강도를 갖는다는 인식에 근거를 두고 있다. 동시에, 가변적인 강도 (I) 에 근거하여, 특히 또한 투과 매체 (8) 의, 굴절률은 시간적 진행 (t) 에 걸친 단일 펄스 (P) 와 관련하여 변한다. 이를 통해, 도 3a 내지 도 3c 에 도시된, 레이저 광선 (3) 의, 강도 의존형 초점 위치들 (9a, 9b, 9c) 도 레이저 가공 헤드 (10) 의 포커싱 광학계에 의해 결정된 기하학적 초점 위치와 상관없이 변한다. 이 효과는 공기보다 큰, 강도 의존형 굴절률을 갖는 예컨대 유리로 만들어진, 레이저 가공 헤드 (10) 와 기판 (2) 사이에 배치된 투과 매체 (8) 를 통해, 최대 강도 (I_c) 와 최소 강도 (I_a) 사이의 초점 위치들 (9a, 9c) 의 간격이 적어도 원하는 세로방향 연장부에 상응하도록, 즉 도입되어야 하는 리세스의 깊이에 상응하도록, 또는 도시된 바와 같이 도입되어야 하는 분리면 (5) 의 경우 기판 (2) 의 재료 두께 (d) 에 상응하도록 강화된다. 즉, 강도 의존형 포커스 포인트 (9a, 9b, 9c) 는 광선축 (Z) 을 따라서 기판 (2) 의 뒷면 (11) 에 대해 간격을 둔, 도 3a 에 도시된 위치로부터 출발하여 레이저 가공 헤드 (10) 의 방향으로 이동하고, 이렇게 연속적 운동에 있어서 뒷면 (11) 과 레이저 가공 헤드 (10) 를 향한 정면 (12) 사이의 광선축 (Z) 을 따른 모든 위치에 도달하고, 따라서 추후에 도입되어야 하는 리세스들의 전체 주 연장부의 영역 안의 원하는 개질이 발생한다.

보충적으로, 도 3a 에는 추가적인 레이저 가공 헤드 (13) 가 암시적으로만 도시되고, 상기 추가적인 레이저 가공 헤드를 통해, 펄스형 레이저의 레이저 광선 (3) 은 레이저 가공 헤드 (10) 와 연결된, 연속적으로 방출하는 레이저원에 대해 보충적으로 선택적으로 투과 매체 (8) 를 관통하여 또는 상기 투과 매체를 우회하면서 유리 기판 (2) 쪽으로 지향된다. 이를 통해, 도 4 에 도시된 레이저 광선 (3) 의 단일 펄스 (P) 의 강도 (I) 는 상응하여 상기 연속적으로 방출하는 레이저원의 강도를 통해 강화된다.

Claims (18)

1. 펄스 기간 (t) 을 갖는 펄스형 레이저 광선 (3) 을 이용하는, 광학계에 의해, 특히 평탄한 기판 (2) 을 분리시키기 위한 방법으로서,
   분리선의 영역에서의 상기 기판 (2) 의 두께는 2 mm 를 넘지 않고,
   레이저 파장을 위한 상기 기판 (2) 의 기판 재료는 적어도 부분적으로 투명하고, 상기 레이저 광선 (3) 은 초점 거리 (f1) 의 상기 광학계의 도움으로 포커싱되고, 상기 레이저 광선 (3) 의 강도는 상기 레이저 광선 (3) 의 광선축 (Z) 을 따른 상기 기판 (2) 의 개질을 발생시키고, 하지만 관통하는 재료 제거를 초래하지 않고, 상기 펄스형 레이저 광선 (3) 은 상기 기판 (2) 의 주 연장 평면에 대해 평행으로 임의의 분리선을 따라서 움직여지고, 이를 통해 후속 분리과정이 상기 분리선을 따라서 수행되고,
   상기 레이저 광선 (3) 은 상기 원래의 초점 거리 (f1) 와 상이한 초점 거리 (f2) 를 갖는, 그 자체가 변하지 않은 상기 동일한 광학계를 통해 단일 펄스 (P) 의 펄스 기간 (t) 내에서 비선형 (non-linear) 셀프 포커싱 (self-focusing) 을 통해 포커싱되는 것을 특징으로 하는, 기판을 분리시키기 위한 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 초점 거리 (f2) 는 상기 원래의 초점 거리 (f1) 보다 작은 것을 특징으로 하는, 기판을 분리시키기 위한 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 초점 거리 (f2) 와 상기 원래의 초점 거리 (f1) 사이의 차이는 도입되어야 하는 상기 분리선의 영역에서의 상기 기판 (2) 의 두께보다 크고, 하지만 적어도 20 ㎛ 인 것을 특징으로 하는, 기판을 분리시키기 위한 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,
   상기 레이저 광선 (3) 의 상기 펄스 기간 (t) 은 50 ps 보다 적고, 바람직하게는 5 ps 보다 적은 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,
   상기 기판 (2) 은 본질적인 재료 부분으로서 유리, 사파이어 및/또는 규소를 구비하는 것을 특징으로 하는, 기판을 분리시키기 위한 방법.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,
   상기 후속 분리과정은 상기 분리선을 따라서 상기 기판 (2) 의 인장 응력들로 인해 수행되는 것을 특징으로 하는, 기판을 분리시키기 위한 방법.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 인장 응력들은 상기 기판 (2) 상에서 외부 힘작용을 통해 야기되는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
   상기 인장 응력들은 열응력들을 통해, 특히 심한 온도차이를 통해 야기되는 것을 특징으로 하는, 기판을 분리시키기 위한 방법.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,
   상기 후속 분리과정은 이방성 (anisotropic) 제거를 통해 본질적으로 상기 분리선을 따라서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,
    상기 이방성 재료 제거는 에칭을 통해 실행되는 것을 특징으로 하는, 기판을 분리시키기 위한 방법.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 에칭은 불화수소산 안에서 실행되는 것을 특징으로 하는, 기판을 분리시키기 위한 방법.
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 (2) 은 상기 레이저 조사 전에 적어도 일면이 에칭 레지스트 (7) 로 코팅되는 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제 12 항에 있어서,
    10 ㎛ 보다 작은 각각의 두께를 갖는 상기 에칭 레지스트 (7) 의 하나 또는 다수의 층이 상기 기판 (2) 의 일면에 제공되는 것을 특징으로 하는, 기판을 분리시키기 위한 방법.
14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저 광선 (3) 이 상기 기판 (2) 에 작용하는 동안, 상기 기판 (2) 은 상기 레이저 광선 (3) 에 대해 상대적으로 그리고/또는 레이저 가공 헤드 (10) 에 대해 상대적으로 특히 중단 없이 움직여지는 것을 특징으로 하는, 기판을 분리시키기 위한 방법.
15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하도록, 기판 (2) 으로 레이저 광선 (3) 을 굴절시키기 위해, 레이저 가공 헤드 (10) 를 구비하는, 광학계를 포함하는 장치로서,
    상기 광학계의 개구수 (numerical aperture, NA) 는 0.3 보다 큰 것을 특징으로 하는 장치.
16. 제 15 항에 있어서,
    상기 레이저 광선 (3) 은 상기 광학계의 고 포커싱 서브시스템 (subsystem) 을 관통하여, 그리고 공기보다 큰 강도 의존형 굴절률 (n2) 을 갖는, 상기 광학계의 상기 레이저 광선 (3) 의 파장에 대해 투과성 재료를 관통하여 지향되는 것을 특징으로 하는 장치.
17. 제 16 항에 있어서,
    투과성 재료로서는 평면 평행 (plane-parallel) 디스크 (disk) 가 이용되는 것을 특징으로 하는 장치.
18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
    상기 투과성 재료는 본질적인 재료 부분으로서 사파이어를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.

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