KR20160028433A - 반도체 기판을 방사상으로 그루빙하는 방법 - Google Patents

반도체 기판을 방사상으로 그루빙하는 방법 Download PDF

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더 스탬 카렐 메이켈 리차드 반
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에이에스엠 테크놀러지 싱가포르 피티이 엘티디
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Abstract

레이저 스크라이빙 장치를 이용하여 실질적으로 평탄한 반도체 기판을 방사상으로 스크라이빙하는 방법으로서, 이 방법에 의해 기판의 목표 면 상에 반도체 디바이스들의 대향하는 행들 사이에서 연장되는 스크라이브라인을 따라 비 침투성 그루브가 형성되고, 직교 좌표 시스템 XYZ은,
- 상기 목표 면이 XY 면에 있고,
- 상기 그루브가 X 방향으로 폭을 가지면서, Y 방향과 평행하게 연장되도록 정의될 수 있고,
상기 방법에서,
- 기판은 상기 목표 면을 레이저 스크라이빙 헤드에 제공하도록 이동 가능 기판 홀더 상에 클램핑되고,
- 헤드로부터의 레이저 방사가 상기 스크라이브라인의 코스를 따라 병진운동하게 하도록 상기 기판 홀더 및 상기 스크라이빙 헤드 사이에 상대적 모션이 실시되고,
상기 XY 평면에서 뷰잉될 때, 레이저 스크라이빙 헤드는 레이저 빔 스팟들의 2차원 어레이를 생성한다.
특정한 실시예에서, 상기 어레이에서의 스팟들은 Y 및 X 방향 모두와 실질적으로 평행하게 연장된다.
이 방법의 가능한 개선에서,
- 어레이의 적어도 제 1 부분에서, X 방향과 평행하게 뷰잉될 때, 상기 어레이의 선단들에서의 레이저 빔들은 어레이의 중심 부분에서의 레이저 빔들보다 더 낮은 강도를 가진다.
부가적인 가능한 개선에서,
- 어레이의 적어도 제 2 부분에서, Y 방향과 평행하게 뷰잉될 때, 상기 어레이의 선단에서의 적어도 하나의 레이저 빔은 상기 제 2 부분에서의 레이저 빔들의 평균 에너지 강도보다 더 낮은 강도를 가진다.

Description

반도체 기판을 방사상으로 그루빙하는 방법{METHOD OF RADIATIVELY GROOVING A SEMICONDUCTOR SUBSTRATE}
본 발명은 실질적으로 평탄한 반도체 기판을 레이저 스크라이빙(laser scribing) 장치를 이용하여 방사상으로 스크라이빙하는 방법에 관한 것으로서, 이로 인해 기판의 목표 면 상에 있는 반도체 디바이스들의 대향하는 행들 사이에서 연장되는 스크라이브라인(scribeline)을 따라 비 침투성 그루브(groove)가 형성되고, 이로 인해 직교 좌표 시스템 XYZ는:
- 상기 목표 면이 XY 평면에 놓이고;
- 상기 그루브가 X 방향으로 폭을 가지며 Y 방향과 평행하게 연장되도록 정의될 수 있고,
상기 방법에서:
- 기판은 상기 목표 면에 레이저 스크라이빙 헤드(head)를 제공하도록 이동 가능 기판 홀더(holder) 상에 클램핑(clamping)되고;
- 헤드로부터의 레이저 방사가 상기 스크라이브 라인의 코스를 따라 병진운동하게 하도록 상기 기판 홀더 및 상기 스크라이빙 헤드 사이에 상대적 모션(motion)이 실시된다.
본 발명은 또한 그와 같은 방법이 실시될 수 있는 레이저 스크라이빙 장치에 관한 것이다.
명확성 및 일관성을 위해, 본 텍스트 및 첨부된 청구항들 전체에 걸쳐 사용되는 다음의 용어들은 다음과 같이 해석되어야만 한다:
- 어구 “실질적으로 평탄한”은 시트(sheet), 플레이트(plate), 리프(leaf), 웨이퍼, 플래튼(platen) 등의 (대략적인) 형태의 기판을 칭하는 것으로 해석되어야 한다. 그와 같은 기판은 일반적으로 형태에 있어서 (실질적으로) 평평하고, 상대적으로 얇은 개재하는 “측벽”에 의해 분리되는 2개의 대향 주 면들을 제공한다.
- 어구 “반도체 기판”은 반도체 디바이스 또는 다른 집적 디바이스가 생성되는 임의의 기판을 포함하는 것으로 넓게 해석되어야만 한다. 그와 같은 기판들은 예를 들어 실리콘 또는 게르마늄 웨이퍼들(다양한 직경들의) 및/또는 InAs, InSb, InP, GaSb, GaP 또는 GaAs와 같은 화합물들의 웨이퍼들을 포함할 수 있다. 상기 용어는 또한 예를 들어 LED들의 제조에서와 같이 하나 이상의 반도체 재료의 계층들이 증착된 비 반도체 재료들(사파이어와 같은)을 포함한다. 반도체 디바이스 또는 다른 집적 디바이스는 예를 들어 집적 회로, (수동) 전자 컴포넌트, 발광-전자 컴포넌트, 생물학적 칩, MEMS 디바이스 등일 수 있다. 그와 같은 디바이스는 일반적으로 소정의 기판 상에 큰 수들로 생성될 수 있고 전형적으로 상기 주 면들 중 적어도 하나 상에 매트릭스 배열로 레이아웃(lay-out)될 것이다.
- 용어 “스크라이브라인(또한 때때로 “스크라이브레인(scribelane)”으로 칭해짐)은 기판의 주 면을 따라 확장되는 (실제의 또는 추상의) 라인을 칭하는 것으로 해석되어야 하고 이 라인을 따라 기판이 스크라이빙될 수 있다. 특정 반도체 기판의 경우에, 스크라이브라인은 일반적으로 기판 상의 집적 디바이스들의 이웃/인접/대향 행들 사이에서 연장되는 “스트리트(street)”(다이싱 스트리트(dicing street))에 있게 되고, 기판은 스트리트를 따라 해당 디바이스들의 (궁극적인) 분리가 가능하도록 “다이싱”될 수 있다. 그와 같은 절차는 흔히 “싱귤레이션(singulation)”으로 칭해진다. 목표 기판 상의 스크라이브라인들은 규칙적 및/또는 비-규칙적인(반복적) 구성들로 배열될 수 있는 것이 지적되어야만 한다. 예를 들어, 일부 웨이퍼들은 규칙적인 직교 네트워크를 형성하는 스크라이브라인들에 의해 서로 분리되는 동일한 집적 디바이스들의 규칙적 매트릭스를 포함할 수 있다. 한편, 다른 웨이퍼들은 크기가 상이하고/하거나 서로에 대해 비-규칙적 피치(pitch)들에 위치되는 디바이스들을 포함할 수 있고, 이는 이에 부합하여 스크라이브라인들의 불규칙 구성을 의미한다. 그와 같은 스크라이브라인들의 배열은 반드시 직교할 필요는 없다.
- 용어 “그루브”는 자신이 만들어지는 기판의 전체 두께를 통하여 뚫고 들어가지 않는 스크라이브(홈(gouge), 고랑(furrow), 채널)를 칭하며, 즉 그루브를 만드는 것이 기판의 절단(Z 방향으로의)을 직접적으로 일으키지 않는다. 그와 같은 그루빙을 수반하는 기판 싱귤레이션은 그러므로 반드시 다중-스텝 절차이다(기판이 단일 동작으로 자체의 전체 깊이를 통하여 커팅/절단되는 단일-스텝 싱귤레이션과 반대임). 다중-스텝 싱귤레이션에서, 이전에 만들어진 그루브를 따라 추가 방사 스크라이빙, 기계적 소잉(sawing)/커팅 등과 같은 절단 절차들을 완료하기 위해서 하나 이상의 후속 절차들이 이용된다.
- 어구 “레이저 스크라이빙 헤드”는 레이저 스크라이빙 장치/툴에서 스크라이빙 레이저 방사를 발생시켜서 지향시키는데 이용될 수 있는 광학 어셈블리를 칭한다. 그와 같은 헤드는 일반적으로 적어도 하나의 레이저 소스 및 연관되는 이미징/포커싱 옵틱스(optics)를 포함할 것이다. 이는 또한 상기 레이저 방사에 대한 특정한 프로세싱 동작들을 수행하기 위해 빔 스플리터(beam splitter)들, 회절 광학 소자들 또는 필터들(예를 들어)과 같은 하나 이상의 보조 구성요소들을 포함할 수 있다. 레이저 스크라이빙 장치는 웨이퍼 싱귤레이션 기술에 널리 공지되어 있다: 예를 들어, 본원에 참조로서 통합되어 있는 미국 특허 US 5,922,224 및 US 7,947,920를 참조하라.
이 점들은 더 상세하게 후술될 것이다.
레이저 스크라이빙 장치를 사용하는 반도체 기판들의 그루빙은 반도체 제조업에서 널리 공지되어 있으며 광범위하게 적용되는 기술이다. 이는 특히 예를 들어 소위 “저-k” 유전체 상부 계층(이산화 실리콘에 대해 상대적으로 낮은 유전 상수(k)를 가지는)의 경우에서와 같이, 상대적으로 부서지기 쉽고/쉽거나 불량하게 부착되는 상부 계층을 포함하는 반도체 기판들에 적용된다. 그와 같이 문제가 있는 상부 계층들(전형적으로 대략 1 내지 10 마이크론의 두께로 이루어짐)은 기계적 수단을 이용하여 스크라이빙하기 어려운데, 이는 의도된 스크라이브의 경계를 이루는 (외부) 영역들 내의 상부 계층에 대해 허용 불가능한 크래킹(cracking) 및/또는 디-라미네이션(de-lamination)을 일으키는 경향이 있다. 그러나, 그와 같은 상부 계층들은 방사 스크라이빙 툴을 이용하여 훨씬 더 만족스럽게 삭마(ablation)될 수 있다. 결과적으로 그와 같은 계층을 지니는 기판들은 종래에는 이후의 접합점에서 기계적 툴을 이용하여 싱귤레이팅되기 전에 우선 레이저 스크라이빙 장치를 이용하여 그루빙된다. 문제가 되는 상부 계층을 말끔하게 스크라이빙하는 것 외에도, 추가 장점은 방사 그루빙이 또한 소위 TEG(Test Element Group)들과 같이, 다이싱 스트리트 내의 특정한 면 금속 구조들을 제거할 수 있는 것이다; 이는 후속 기계적 싱귤레이션에 사용되는 블레이드(blade)들의 사용 수명(useful lifetime)을 개선하는데 도움을 줄 수 있다. 방사 그루브의 깊이는 전형적으로 대략 15 μm(예를 들어)로 이루어진다. 왜냐하면 후속 싱귤레이션에 사용되는 (톱) 블레이드들이 상대적으로 두꺼운(예를 들어 약 50μm 폭) 경향이 있으므로, 그루브 자체는 이에 대응하여 상대적으로 넓어야, 예를 들어, 약 60 μm(예를 들어)로 이루어져야만 할 것이다.
그러나, 기계적 싱귤레이션에 대한 준비로서 그와 같은 방사 그루브의 사용은 특정한 문제들을 야기시킬 수 있다. 특히, (삭마) 방사 그루빙 프로세스는 사실상 열이 나므로, 이 프로세스는 그루브 안뿐만 아니라 그루브의 외측 에지들에 따라 흐르는 주변 존(zone)에 열을 발생시킬 것이다. 이 소위 그루브와 인접하는 열 영향 존(Heat-Affected Zone; HAZ)은 온도들이 일반적으로 너무 낮아 삭마를 일으키지 않는 영역이지만, 그럼에도 불구하고 여기에서의 온도들은 소각(burning), 용융(melting), 변색(discoloration) 또는 다른 물리적/화학적 속성들의 변화(유전 상수, 임피던스, 결정 상(crystalline phase) 등)와 같은 다른 원치 않는 열 효과들을 발생시킬 정도로 충분히 높다.
이 HAZ 문제를 방지하기 위해, 그루브를 따라 위치하는 디바이스들이 HAZ로부터 더 멀리 떨어지게 이동되도록 다이싱 스트리트의 폭을 증가시킬 수 있다. 그러나, 더 넓은 다이싱 스트리트는 이용 가능한 디바이스 에어리어(“실면적”)의 손실을 수반하여, 디바이스당 비용의 증가를 초래한다. 이는 매우 바람직하지 않다.
본 발명의 목적은 이 문제들을 처리하는 것이다. 더 구체적으로, 본 발명의 목적은 또한 더욱 유연한 개선된 방사상 그루빙 프로세스를 제공하는 것이다. 특히, 본 발명의 목적은 그와 같은 방사상 그루빙 프로세스가 더 제한적인 HAZ를 가지도록 제어 가능해야만 하는 것이다.
상기 및 다른 목적들은 개시 문단에서 명시된 바와 같이, 상기 XY 평면에서 뷰잉될 때, 레이저 스크라이빙 헤드가 레이저 빔 스팟(spot)들의 2차원 어레이를 발생시키는 것을 특징으로 하는 방법으로 실시된다.
결과적으로, 상기 어레이의 모든 구성요소의 빔 스팟들(기판 평면 내의)을 통하는 단일 직선이 그려질 수 없다.
본 발명은 이제 더 상세하게 설명될 다수의 중요한 장점들을 실시한다:
(i) 무엇보다도, 2차원(2D) 어레이의 레이저 빔들을 이용하여 기판을 그루빙하면 그루빙 프로세스는 그루브의 폭에 걸치는 다수의 레이저 빔들 및 그루브의 길이에 따른 다수의 레이저 빔들을 이용하여 실시된다. 이 방향들 모두에서 다수의 서브-빔들을 가지는 것은 단일한 큰-직경의 빔의 경우에서보다 방사 전력이 더 완만하게 분포되는 것을 가능하게 한다. 더욱 중요하게도, 이는 또한 전체 어레이가 특정한 기판/디바이스/그루브 시나리오의 요건들/특성들에 유연하게 테일러링(tailoring)될 수 있도록, 개별 빔들의 속성들을 조정할 가능성을 제공한다.
(ii) 특히, 그와 같은 어레이의 결과적인 강도 프로파일은 자체의 구성요소 빔들의 강도 프로파일들의 합일 것이다. 그와 같이 합해진 강도 프로파일은 자체의 에지들에 따라 더 급격한 하락(즉, 더욱 감소된/급격한 강도 “스커트(skirt)” 또는 “테일(tail)”)을 가지도록 테일러링되고, 연관되어 HAZ의 폭이 상당히 감소할 수 있다(예를 들어, 도 6 참조).
(iii) 게다가, 이 어레이에서 상이한 빔들에 대해 상이한 강도들을 이용하는 것이 가능하므로 그루브에서 의도적인 온도 효과들을 일으키는 것이 가능하게 된다. 예를 들어, 하나 이상의 빔의 강도를, 너무 약해서 (실질적인) 삭마를 일으키지는 못하지만 (실질적인) 가열(및 예를 들어 용융)을 일으키는데 충분히 크도록, 의도적으로 테일러링할 수 있고, 따라서, 비-삭마 열 처리가 수행되는 것이 가능하다.
(iv) 본 발명의 다른 장점은 처리량 이득에 관한 것이다. 레이저 빔들의 어레이를 이용함으로써, 다른 방식으로 실시되어야만 할 최종 결과가 다수의 후속 패스들의 합 효과로서 단일 패스(pass)에서 실시될 수 있다. 이는 다중-패스 절차에서 후속하는 패스들을 정확하게 중첩/정렬할 필요성이 제거되기 때문에 처리량을 크게 증가시킬 뿐만 아니라 최종 결과의 정확성을 개선시킨다.
본 발명의 상기 양태들의 결과로 매우 유연한 그루빙 프로세스가 발생하고, 상기 프로세스는 더 상세하게 후술되는 바와 같이, 다양한 면들에서 우수한 품질 결과를 산출한다.
본 발명의 특정한 실시예에서, 2D 어레이 내의 빔 스팟들은 Y 및 X 방향들 모두와 실질적으로 평행하게(XY 평면에서 뷰잉될 때) 연장된다. 그와 같은 실시예는 다이싱 스트리트 내에 “직교하는” 배열을 발생시키고(예를 들어, 경사지거나, 엇물리거나 또는 불규칙한 배열과는 대조적인 -예를 들어, 도 3 및 도 5를 비교하라), 이는 결과적으로 위의 효과들 (i) 내지 (iv)의 최적의 활용을 가능하게 한다. 더 특정하게, 이는 그루브의 길이 방향(Y를 따른) 및 그루브의 폭 방향(X에 따른)으로 본 발명의 효과들의 최적의 그리고 필수적으로 별개의 조정을 가능하게 한다.
현 발명에 따른 방법의 하나의 실시예는 X 방향과 평행하게 뷰잉될 때, 어레이의 적어도 제 1 부분에서, 모든 레이저 빔들이 동일한 강도를 가지지 않는 것을 특징으로 한다. 더 특정하게, 상기 어레이의 선단(extremity)에서의 레이저 빔들이 어레이의 중심 부분에서의 레이저 빔들보다 더 낮은 강도를 가지는 그러한 상황을 착상할 수 있다. 그와 같은 하나의 실시예는 (예를 들어) 다음과 같으므로 다수의 중요한 효과들을 발생시킬 수 있다:
· 원하는 경우, 이는 횡 단면(XZ 평면에서)에서 편평한 하부보다는, 여물통형 하부(a though-shaped bottom)를 가지는 그루브의 생성이 가능하다. 이 여물통형 바닥은 소 블레이드(saw blade)가 횡방향으로(X로) 드리프트(drift)하는 경향을 억제하는 자연 조향/자동-행조정 구조 역할을 하므로, 후속 기계적 싱귤레이션 동안 잠재적인 소 흔들림(saw wobble)을 효과적으로 완화시킨다. 이는 흔들리는 소가 그루브 에지에 충격을 가하는 지점들에서 기판의 칩핑(chipping)/크래킹(cracking)을 야기할 수 있으므로, 잠재적으로 중요한 점이다. 그와 같은 여물통형 그루브 하부는 다양한 상이한 형태들을 취할 수 있고, 이 형태들은 반드시 대칭일 필요는 없다; 그러나, 특정한 실시예에서, 상기 제 1 부분에서 뷰잉될 때, 빔들의 합 강도는 어레이의 중심에 있는 Z 축 주위에서 실질적으로 대칭인 강도 프로파일을 만든다. 그와 같은 하나의 실시예는 본질적으로 그루브의 폭에 있어서 소 블레이드의 경로를 중심으로 하는 장점을 가진다. 그와 같은 강도 프로파일들의 예들은 예를 들어 “V” 형상 및 뒤집힌 벨 곡선(가우스 곡선)을 포함한다.
· 이는 강도가 덜한 레이저 방사가 그루브의 에지들을 따라 발생하는 것을 가능하게 함으로써, HAZ의 추가 감소를 가능하게 하고, 게다가 다이싱 스트리트와 대면하는 디바이스들의 측들에 대한 열적 손상의 위험성을 완화시킨다.
위에서 (특히) 항목들 (i) 및 (ii)을 참조하라. 본 문단에서 진술되는 실시예들은 이후에(언급의 편의를 위해) “X 기준”(강도가 X 방향으로 변하기 때문)을 특징으로 하는 것으로 칭해질 것이다.
현 발명에 따른 방법의 다른 실시예는 Y 방향과 평행하게 뷰잉될 때, 어레이의 적어도 제 2 부분에서, 모든 레이저 빔들이 동일한 강도를 가지지 않는 것을 특징으로 한다. 더 특정하게, 상기 어레이의 선단에 있는 적어도 하나의 레이저 빔이 상기 제 2 부분에서의 레이저 빔들의 평균 강도보다 더 낮은 강도를 가지는 그러한 상황을 착상할 수 있다. 그와 같은 하나의 실시예는 (예를 들어) 다음과 같으므로 다수의 중요한 효과들을 발생시킬 수 있다:
· 어레이의 후방에서 다소 더 약한 “후미” 빔 강도(어레이가 그루빙 동안 기판을 따라 상대적으로 병진운동하는 “이동 방향”에서 고려되는)를 이용함으로써, 그루브의 하부에 하부 면의 거칠기를 현저하게 감소시키는 “열적 후-컨디션닝(post-conditioning)”을 실시할 수 있다. 더 매끄러운 그루브 하부는 결과적으로 후속 기계적 싱귤레이션 동안 소 블레이드 진동/충돌의 감소로 이어진다.
· 어레이의 전방에서 다소 더 약한 “선두의” 빔 세기(다시 상술한 이동 방향에서 고려되는)를 이용함으로써, 기판의 표면 상에서 “열적 선-컨디셔닝(thermal pre-conditioning)” 효과를 실시할 수 있다. 예를 들어, 상대적으로 낮은 선두의 빔 강도는 더욱 강력한 “주 빔들”에 앞서 어레이 내에서 부서지기 쉬운 저-k 재료에 대해 상대적으로 완만한 스크라이빙을 수행할 수 있다; 이 방식으로 다이싱 스트리트에 인접한 디바이스들로의 크랙들의 발생/전파가 (더) 완화된다.
소정의 상황에서, 이 열적 컨디셔닝 효과들 중 하나 또는 둘 모두가 선택되는지, 즉 후미 또는 선두의 에지들 중 하나 또는 이 둘 모두에 약한 빔들이 제공되는지는 선택의 문제이다. 대칭 어레이의 선두 및 후미의 에지들 모두에서 약한 빔들을 가지는 장점은, 상기 어레이가 이웃하는 스크라이브라인을 그루빙하는 것을 개시하기 위해 하나의 스크라이브라인의 단부에 도달하여 X 방향으로 스텝(전형적으로)될 때 어레이의 회전 방향(Z 축을 중심으로 하는)이 반드시 뒤집힐 필요가 없다는 점인데 - 왜냐하면 더 약한(즉, 강도가 덜한) 선두 에지였던 것은 더 약한 후미 에지가 되고 그 역도 마찬가지이기 때문이다.
위에서 (특히) 항목들 (i) 및 (iii)을 참조하라. 본 문단에서 진술되는 실시예들은 이후에(언급의 편의를 위해) “Y 기준(criterion)”(강도가 Y 방향으로 변하기 때문)을 특징으로 하는 것으로 칭해질 것이다.
상술한 X 기준/Y 기준(적용되는 경우/적용될 때)은 -선택에 따라 그리고 관련 방향으로 뷰잉될 때(각각 X/Y))- 전체 어레이에 또는 어레이의 지시된 관련 부분(각각, 제 1/2 부분)에만 적용될 수 있다. 예를 들어, n개의 “행들”(각각 X로 연장되고 Y로 이격됨) 및 m개의 “열들”(각각 Y로 연장되고 X로 이격됨) 내에 직사각형의 n × m 어레이들의 형태인 레이저 빔 스팟들의 어레이를 고려하는데, 여기서 n ≥ 3 및 m ≥ 2이다. 그러면:
· 상기 X 기준은 모든 n개의 열들에, 또는 단지 n의 서브세트에, 그리고 가능한 경우 단 하나의 단일 행에 적용되도록 선택될 수 있다. 하나 이상의 행들에 적용되는 것이 선택되면, 이는 각각의 그러한 행에 동일하게 적용될 필요가 없다; 예를 들어, 행(n1)에서, 중앙 빔들은 주변(극치) 빔들보다 20% 더 강할 수 있고, 반면에 다른 행(n2)에서, 중앙 빔들은 주변 빔들보다 30% 더 강할 수 있다. 또한 “좌” 및 “우” 주변 빔들은 반드시 동일한 강도를 가질 필요가 없음이 지적되어야만 한다.
· 유사하게, 상기 Y 기준은 모든 m개의 열들에, 또는 단지 m의 서브세트에, 그리고 가능한 경우 단 하나의 단일 열에 적용되도록 선택될 수 있다. 한번 더, 하나 이상의 열들에 적용되는 것이 선택되면, 이는 각각의 그러한 열들에 동시에 적용될 필요가 없다; 예를 들어, 열(m1)에서, 후미의 빔은 평균보다 20 덜한 강도일 수 있는 반면에, 다른 열(m2)에서, 후미의 빔은 평균보다 30% 덜한 강도일 수 있고 선두의 빔은 평균보다 40% 덜한 강도일 수 있다. 게다가, 후미 및/또는 선두의 빔들 외의 “주 빔들”이 모두 동일한 강도를 가지지 않아도 되는 것이 지적되어야 한다. 예를 들어, n=5 빔들(예를 들어)을 포함하는 열에서, 다음과 같은 강도 프로파일을 선택할 수 있다:
n1: 강도 = 30% I (선두의 빔);
n2: 강도 = 100% I;
n3: 강도 = 80% I;
n4: 강도 = 60% I;
n5: 강도 = 40% I (후미의 빔),
여기서 “I”는 소정의(임의의) 강도 값을 나타낸다. 당업자는 많은 다른 가능성들이 있으며, 소정의 그루빙 시나리오에서 자신의 요건들에 적합한 강도 프로파일을 선택할 수 있음을 이해할 것이다.
현 발명에서의 레이저 빔 스팟들의 2차원 어레이의 기하학적 구조(XY 평면과 평행하게 고려될 때)와 관련하여, 이 어레이가 상이한 형태들을 취할 수 있음이 또한 주목되어야 한다. 특히, 다음이 주목되어야 한다:
- 어레이에서의 빔 스팟들은 Y 방향에 대하여 직교 또는 비-직교일 수 있는 그리드 패턴(grid pattern)으로 배열될 수 있다.
- 어레이의 하나의 영역은 한 그리드 상에 배열될 수 있고 어레이의 다른 영역은 다른 그리드 상에 배열될 수 있으며, 이 그리드들은 서로에 대해 다양한 자세(attitude)들을 가질 수 있는, 예를 들어 상기 그리드들은 시차를 두거나(staggered), 전단되거나(sheared) 또는 경사질(canted) 수 있다.
현 발명에서 사용되는 2차원 빔 어레이의 실제 제조에 관하여, 당업자는 그와 같은 어레이가 상이한 방식들로 실현될 수 있음을 인정할 것이다. 예를 들어, 어레이에서의 각각의 개별 빔이 자기 자신의 레이저에 의해 발생되는 시나리오를 구상할 수 있다; 그러나, 레이저 스크라이빙 장치에서 사용되는 레이저들은 다소 비싼 경향이 있으므로, 그와 같은 시나리오는 비용과 관련하여 다소 억제되는 경향이 있다. 대안의 방법은 유니타리 레이저를 사용하지만, 이의 출력을 다수의 서브-빔들로 하위-분할(sub-divide)(분리)한다. 그와 같은 하위-분할은 예를 들어, 개별 편광 빔 스플리터(splitter)들의 네스트(nest)를 이용하여 실시될 수 있다. 그러나, 현 발명의 특정한 실시예에서, 이 목적을 위해 소위 회절 광학 소자(Diffractive Optical Element; DOE)가 사용된다. 그와 같은 DOE는 특정한 바람직한 빔 어레이 구성(많은 다른 가능성들 중에서, 예를 들어, 3x3 평방 어레이 또는 5개의 빔들의 선두의 행 및 3개의 빔들의 후미 행들을 가지는 등변 사다리꼴 어레이)을 생성하도록, 개별 사양들에 대해 맞춤 생성될 수 있다.
전 단락에서 진술된 실시예들의 하나의 개선으로, 상기 빔 어레이는 적어도 2개의 회절 광학 소자들의 직렬 배열을 이용하여 생성되고, 상기 소자들 중 하나는 X 방향으로 빔 하위-분할을 발생시키고 상기 소자들 중 다른 하나는 Y-방향으로 빔 하위-분할을 발생시킨다. 이 상황에서 표현 “직렬 배열”을 사용하는 것은 광이 먼저 하나의 DOE를 횡단하고 그 후에 다른 DOE를 횡단하는 것을 나타낸다. 그와 같은 배열은 X 및 Y 방향들에서의 본 발명의 빔 어레이의 파라미터들의 별개의 조정에 관하여 더 많은 유연성을 제공하는 점에서 유용하다.
상기에 언급된 빔 어레이 파라미터들에 관하여 증가된 유연성을 제공하기 위해, 원하는 경우에, 상이한 DOE들을 레이저 광의 광 경로 안으로 그리고 밖으로 스위칭하는데 이용될 수 있는 교환기 메커니즘에 다양한 상이한 DOE(들)을 제공할 수 있다. 그와 같은 메커니즘은 예를 들어, 캐러셀(carrousel) 원리에 기초하거나, 슬라이드 프로젝터에 사진 슬라이드들을 저장/로딩하는데 이용되는 것들과 같은 슬라이딩 랙(sliding rack)을 사용할 수 있다. 2개의 DOE들의 직렬 배열의 경우에, 직렬 배열에 2개의 교환기들이 제공될 수 있다.
현 발명에 의해 상호 상이한 빔 강도들이 사용되는 실시예들과 관련하여(상술한 X 및 Y 기준을 참조하라), 특정한 DOE(다양한 제조업자들에 의해 맞춤 생성될 수 있는)의 제조를 위한 사양들을 제공할 때 그와 같은 강도 차들이 고려될 수 있음이 지적되어야 한다; 그리고 나서 이 발명의 레이저 빔 어레이 내의 강도 프로파일/분포를 변경하고자 원하는 경우 상이한 DOE들이 사용될 수 있다. 그러나, 본 발명의 하나의 실시예에 따르면, 또한 상기 어레이 내의 다양한 구성요소 빔들의 강도들을 상대적으로 조정하는 더 유연한 방식이 존재한다. 이를 위해, 기판에 충돌하기 전에, 어레이는 “픽셀들”(또는 프로그램 가능 “타일(tile)들”)의 매트릭스를 포함하는 프로그램 가능 면을 가지는 공간 광 변조기 디바이스를 횡단하게 되고, 개별 픽셀들은 어레이 내의 개별 빔들을 가변적으로 감쇠하도록 조정 가능하다. 그와 같은 프로그램 가능 면은 예를 들어 액정 스크린을 사용하여 실현될 수 있다. 이 유형의 실시예로 인해 이 목적을 위해 전 영역의 DOE들을 가지지 않아도, 어레이 내의 구성요소 빔들의 상이한 상대적인 강도들로 “재생”하는데 큰 유연성이 가능하다.
본 발명에 따른 어레이에서의 빔들/스팟들의 상호 간격은 선택의 문제임이 지적되어야만 한다. 상기 양태 (ii)와 관련하여, 빔 간격은 그 중에서도 인접하는 개별 빔들의 강도 프로파일들이 합산되는 방식에 영향을 미침으로써, 또한 결합된 빔들의 결과적인/총합된 강도 프로파일의 형상/크기에 영향을 미칠 것이다. 특히 Y 방향과 관련해서, 어레이가 방사 스크라이빙 동안 기판 면에 대해 병진운동할 때 다이싱 스트리트에서의 정적 기준점에서는 어레이 내의 연속 빔들이 우회하게 되는 것이 기억되어야 한다. 그래서, 프로파일 합에 관한 상술한 점 외에도, 이전의 서수 n의 빔에 의한 횡단에 후속하여 서수 n+1의 빔이 “도달”하자마자 Y 방향의 빔들의 상호 이격이 다이싱 스트리트 내의 소정의 점의 상태/온도를 (공동) 결정하는 추가 고려사항이 존재한다. 특정한 실시예에서, 그러한 지점에서의 기판 재료는 바람직하게는 빔(n+1)이 도달하자마자 재-응고된(빔(n)에 의한 이전의 용융 이후에), 즉 빔(n+1)은 용융된 기판 재료와 직면하지 않는다. 기판 면에서의 약 10μm의 빔 직경(스팟 크기) 및 약 0.4m/s의 어레이 병진운동 속도의 경우, 연속하는 빔 스팟들 사이에서의 (이동 방향으로의) 약 50 μm(중심 대 중심)의 Y-분리를 이용하여 양호한 결과들이 실시될 수 있다. 그러나, 이는 단지 예이고, 당업자는 사용되는 빔 간격들(X 및 Y 방향들로의)을 소정의 상황의 요구들 및 상세한 사항들에 따라 테일러링할 수 있을 것이다.
본 발명의 빔 어레이에서의 모든 레이저 빔들이 XY 평면에 대하여 동일한 초점 깊이(즉, XY 평면 아래에 있는 초점의 Z 위치)를 가질 필요가 없음이 명시적으로 지적되어야만 한다. 소위 “스텔스 다이싱(stealth dicing)”에서, 스크라이빙 레이저 빔은 기판의 면보다는 오히려 기판의 체적 내로 포커싱된다. 원하는 경우, 다소 관련되는 방법이 현 발명에서 이용될 수 있다. 예를 들어:
- 스크라이브라인을 따른 상술한 이동 방향으로 고려될 때, 연속해서 더 큰 깊이들로 포커싱되는 빔들의 연속 행들을 가지도록 선택할 수 있다(여기서 후미의 행들은 선두의 행들보다 더 깊은 깊이로 포커싱됨).
- 더 얕은 초점 깊이로 포커싱되기 위해 그루브의 중심 쪽에 위치되는 빔들보다 그루브의 에지들에 가까이 위치되는 빔들을 가지도록 선택할 수 있다.
현 발명의 특정한 실시예에서, 다수의 그루브들은 상이한 스크라이브레인들(소정의 기판 상의)을 따라 동시에 스크라이빙되고, 각각의 그루브는 현 발명에 따른 2D-빔 어레이(즉, XY 평면에서 뷰잉될 때의, 레이저 빔 스팟들의 2차원 어레이)를 사용하여 스크라이빙된다. 그러한 셋업에서, 각각의 2D-빔 어레이는 2개의 인접한 다이싱 스트리트들 사이의 거리와 동일한 거리 또는 이 거리의 정수배만큼 자신의 이웃하는 어레이와 분리된다(조정 가능하게). 이와 같은 “멀티-태스킹” 배열은 여러(둘 이상의) 다이싱 스트리트들이 병렬로 그루빙되기 때문에 더 높은 처리량을 실시하는데 사용될 수 있다. 그와 같은 실시예는 상이한 방식들로 실현될 수 있다 - 예를 들어:
- 사용되는 스크라이빙 헤드는 복수의 개별 2D 빔 어레이들을 만든다;
- 복수의 스크라이빙 헤드들이 사용될 수 있고, 각각의 스크라이빙 헤드는 단일한 2D 빔 어레이를 만든다.
특정한 예에서:
- 한 쌍의 2D 빔 어레이들이 사용되고, 이 어레이들은 X 방향으로 다이싱 스트리트들의 (국지적) X 분리(피치, Pd)와 동일한 거리만큼 서로 (조정 가능하게) 분리된다;
- 한 쌍의 그루브들이 +Y 방향으로 스크라이빙된(소정의 기판 상에서) 후에, 크기 △X = 2 Pd의 시프트/변위를 일으키도록 기판 및 스크라이빙 헤드(들) 사이에서 X 방향으로의 상대적 모션이 실시된다. 그 후에, -Y 방향으로 스크라이빙이 수행된다.
기타 등등이 수행된다.
본 발명에 따른 예시적인 방법에서 - 상기 예시적인 방법은 어떤 식으로도 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 의도되지 않고 명확한, 실제적인 예들을 제공하기 위해 여기 단순히 제시된다-, 다음의 양태들이 적용된다:
- 입력 레이저 빔은 200 내지 300nm의 범위 내의 파장 및 1mW 내지 100W의 범위 내의 출력 전력을 가지도록 선택된다. 선택된 레이저는 스크라이빙되는 기판의 재료에 크게 좌우될 것이다. 이 범위 내의 파장들은 다양한 레이저들에 의해 발생될 수 있다. 예를 들어, 고체 ND:YAG 레이저는 532nm 및 355nm에서 고조파를 갖는 1064nm의 파장을 발생시킨다. 대안으로, 예를 들어 1062nm의 파장을 가지는 도핑된 섬유 레이저를 사용할 수 있다. 상기 355nm 파장은 특히 매력적인데 왜냐하면:
- 이는 반도체 재료들에 의해 강하게 흡수되는 경향이 있고;
- 이는 일반적으로, 상대적으로 작은 스팟 크기로 상대적으로 용이하게 포커싱될 수 있기 때문이다.
그러나, 이는 순전히 선택의 문제이고, 대안으로 다른 파장들이 사용될 수 있다.
- 약 1 마이크로초 내지 100 펨토초의 범위 내의 펄스 지속기간을 가지는 펄스화된 레이저 빔을 전달할 수 있는 레이저 소스가 사용된다.
- DOE를 사용하여, 입력 레이저는 예를 들어 X 방향으로 3 내지 4개의 빔들 및 Y 방향으로 2 내지 4개의 빔들을 포함하는 직사각형 형태의 빔들(서브-빔들)의 2차원 어레이를 형성하도록 분할된다.
본 발명은 이제 예시 실시예들 및 첨부된 개략도들에 기초하여 더 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 현 발명에 따른 방법을 수행하는데 적합한 레이저 스크라이빙 장치의 특정한 실시예의 일부의 입면도를 렌더링(rendering)하는 도면이다.
도 2는 도 1의 대상의 일부, 특히 도 1의 하부의 평면도(Z 축에 따른)를 렌더링하는 도면이다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 기판의 관심 영역의 확대 평면도(Z 축에 따른)를 도시하는 도면이다.
도 4는 도 3의 일부의 횡 단면도를 렌더링하는 도면이다.
도 5는 도 3에 도시된 상황에 대한 대안으로서, 현 발명에 따른 레이저 빔(스팟) 어레이의 다양한 가능한 기하학 구조들의 평면도(Z 축에 따른)를 렌더링하는 도면이다.
도 6은 여러 구성요소의 레이저 빔들의 강도 프로파일들을 합한 효과를 유니타리 레이저 빔의 강도 프로파일과 비교하여 도시하고 현 발명을 이용하여 더 협소한 열 영향 존(HAZ)이 어떻게 실시될 수 있는지를 설명하는 도면이다.
적절한 도면들에서, 대응하는 파트들은 대응하는 참조 부호들을 사용하여 표시된다.
실시예 1
도 1은 현 발명에 따른 방법을 수행하는데 적합하고, 실질적으로 평탄한 반도체 기판(1)을 기판(1)의 목표 면(3) 상의 적어도 하나의 스크라이브라인(2)(도시되지 않음; 도 2를 참조)을 따라 방사상으로 스크라이빙할 수 없는 레이저 스크라이빙 장치(A)의 특정한 실시예의 일부의 입면도를 렌더링한다. 한편, 도 2는 도 1의 하부의 하나의 양태의 평면도를 렌더링한다. 도면들에 도시된 직교 좌표 시스템(XYZ)를 주목하라.
구체적으로, 도 1 및 도 2는 일괄하여 다음을 도시한다:
· 광 축(6)을 따른 (펄스형) 레이저 방사선을 출력하는 레이저 소스(4). 레이저 소스(4)는 그 중에서도 특히 펄스 지속기간 및 상기 레이저 방사선의 파워/플루언스(fluence)와 같은 파라미터들을 제어하기 위하여 사용될 수 있는 제어기(14)에 접속된다.
· 상기 레이저 방사선을 2차원 어레이(B)의 레이저 빔들(예를 들어, 도 3을 참조하라)로 변환하는 빔 하위-분할기(8). 이 하위-분할기(8)는 예를 들어, 하나 이상의 DOE들을 포함할 수 있다.
· 목표 면(3)을 레이저 어레이(B)에 제공하도록 기판(1)이 장착되는 이동 가능 기판 홀더(holder)(테이블, 처크(chuck))(5). 그와 같은 장착은 종래에는 예를 들어 주변 클램핑을 통해 발생한다.
· 레이저 어레이(B)를 기판(1) 상에 투사하는 프로젝션(즉, 이미징) 시스템(10). 기판(1) 상의 어레이(B)의 충돌 면적은 여기서 T로 표기된다. 프로젝션 시스템(10)은 원하는 바에 따라 어레이(B)(의 구성요소들)를 기판(1) 상에 또는 내에 포커싱하는데 이용될 수 있고, 또한 예를 들어 수차(aberration)/왜곡(distortion) 정정을 수행할 수 있다. 결합된 구성요소들(4, 8, 10)은 본원에서 레이저 스크라이빙 헤드(12)로 칭해지는 것에 포함된다.
· XY 평면에서, 기판 홀더(5)를 광축(6)에 대해 포지셔닝할 수 있는 스테이지 어셈블리(stage assembly)(15).
도 2는 기판 홀더(5) 상에 놓여 있을 때 위에서부터 뷰잉되는 기판(1)을 도시한다. 목표 면(3) 상에, 다양한 스크라이브라인들(2)이 도시된다. 이 스크라이브라인들(2)은 면(3) 상의 매트릭스 배열로 분포되어 있는 집적 디바이스들(23) 사이에서 X/Y 패턴으로 지나간다; 일반적으로 전형적인 반도체 기판(1) 상에는 그와 같은 디바이스들(23)이 매우 많이 있을 수 있으나, 여기서는 도면을 어지르지 않도록 몇 개만이 도시되었다. 상기 도면은 기판(1)을 다수의 연속 스크라이브라인들(2)을 따라 특정한 방향으로(이 경우에 ±Y) 스크라이빙하는 “종 스캔 및 측 스텝(longitudinal scan and lateral step” 방법을 도시한다. 예를 들어:
· 기판(1)은 레이저 어레이(B)를 Y 방향으로 스캐닝함으로써 스크라이브라인(2a)을 따라 스크라이빙된다; 실행 시에, 이 상대적 모션은 기판 홀더(5)를 +Y 방향으로 스캔하기 위해 스테이지 어셈블리(15)(도 1를 참조)를 사용함으로써 실제로 실시될 수 있다.
· 스크라이브라인(2a)을 따라 흐르는 스크라이빙을 완료한 후에, 스테이지 어셈블리(15)는 기판 홀더(5)를 +X 방향으로 양(ΔX)만큼 단계화하는데 이용될 것이고; 결과적으로, 레이저 어레이(B)는 목표 면(3)에 대하여 양 (-ΔX)만큼 효과적으로 단계화될 것이다.
· 기판(1)은 레이저 어레이(B)를 +Y 방향으로 스캐닝함으로써 스크라이브라인(2b)을 따라 스크라이빙된다; 실행 시에, 이 상대적 모션은 기판 홀더(5)를 -Y 방향으로 스캔하기 위해 스테이지 어셈블리(15)를 사용함으로써 실제로 실시될 수 있다.
· 기타 등등.
스테이지 어셈블리(15)를 구현하는 다양한 방법들이 있음이 지적되어야 하고, 당업자는 이 점에 있어서 많은 대안들을 구현할 수 있을 것이다. 도 2에 개략적으로 도시되는 하나의 특정한 실시예는 X, Y축들에 있어서 45°의 각들로 대하는 축들(A1 및 A2)을 따라 기판 홀더(5)를 독자적으로 구동하도록 2개의 별개의 선형 모터들(도시되지 않음)을 사용한다; X 또는 Y에서의 모션은 A1 및 A2 축들을 따라 동시에 구동하는 것을 포함한다. 전형적으로, 기판 홀더(5)는 예를 들어 공기 베어링(bearing) 또는 자기 베어링(도시되지 않음)의 도움으로, XY 평면에 평행한 기준 면(연마된 돌 면과 같은)에 걸쳐 부드럽게 플로팅(floating)하게 될 것이다. 기판 홀더(5)의 정확한 위치는 예를 들어, 간섭계(interferometer) 또는 선형 인코더들과 같은 포지셔닝 기구들(도시되지 않음)의 도움으로 모니터링되고 제어될 수 있다. 게다가, 기판(1)의 목표 면(3)이 프로젝션 시스템(10)과 관련하여 원하는 레벨로 유지되는 것을 보장하기 위해서 포커스 제어/레벨 센싱(도시되지 않음)이 또한 이용될 것이다. 모든 그와 같은 종래의 포지셔닝 및 제어 양태들은 당업자에게 매우 잘 알려져 있을 것이며 여기서 어떠한 추가 설명을 필요로 하지 않는다.
당업자는 또한, 종래에, 스크라이빙되어야 할 기판(1)이 먼저 원주 프레임 내에 스패닝(spanning)되는 포일(foil) 상에 장착될 것이므로 상기 기판이 기판 홀더(5) 상에 장착되어야만 하는 기판, 포일 및 원주 프레임의 복합 구조인 것을 인정할 것이다. 마찬가지로, 당업자는 전체 기판(1)을 싱귤레이팅한 후에, 기판은 예를 들어 상기 포일을 측방향으로 스트레칭(stretching)함으로써 다양한 스크라이브라인들을 따라 분리될 수 있음을 인정할 것이다. 이것들은 여기서 추가 설명을 필요로 하지 않는 반도체 기판 스크라이빙의 분야의 그러한 본질적인 양태들이다; 더 많은 정보를 위해, 다음의 출판물들이 참조된다(예를 들어);
· US 2008/0196229 A1 및 US 5,979,728.
· http://en.wikipedia.org/wiki/Dicing_tape
· http://www.lintec-usa.com/di_t.cfm#anc01.
여기서 도시된 바와 같이, (마스터) 제어기(20)는 레이저 제어기(14)에 접속된다. 제어기(20)는 또한, 기판(1) 및 레이저 어레이(B)의 상대적인 포지셔닝이 조정될 수 있도록, 스테이지 어셈블리(15)에 접속된다.
이제 도 3으로 돌아와서, 이는 기판(1)의 관심 영역의 확대 평면도를 도시한다. 4개의 디바이스들(23) 사이에서 Y 방향으로 연장되는 스크라이브라인(2)이 도시된다. 스크라이브라인(2)은 다이싱 스트리트(2’)의 중심을 따라 위치된다. 여기서, 2차원 레이저 빔 어레이(B)는 이 특정한 경우에 n개의 행들(이 예에서 n=3) 및 m개의 열들(이 예에서 m=4)을 가지는 직사각 구성으로 배열되는 12개의 구성요소 빔 스팟들(원들로 표시됨)을 포함하는 것으로 도시되어 있고, 행들(n1, n2, n3)의 각각은 X 방향과 평행하게 연장되고 열들(m1, m2, m3, m4)의 각각은 Y 방향과 평행(다이싱 스트리트(2’)의 길이와 평행)하게 연장된다. 어레이(B) 내의 개별 빔들(스팟들)은 명명방식 Sij를 이용하여 표시되고, 여기서 i는 행 번호를 나타내고 j는 열 번호를 나타낸다; 이 명명방식의 예로서, 빔들(S13, S21, S32 및 S34)은 명시적으로 라벨링된다. 어레이(B)는 폭(W)(X와 평행한) 및 길이(L)(Y와 평행한)를 가진다. 이 특정한 예에서, W는 40 내지 70μm 범위 내에 있고(예를 들어 45μm), L은 100 내지 1000μm 범위 내에 있고(예를 들어, 150μm), 각각의 빔(Sij)은 5 내지 15μm의 범위의 직경(스팟 크기)을 가지고(예를 들어, 12μm) 다이싱 스트리트(2’)의 폭(X와 평행한)은 W+(5 내지 10μm)이다. 어레이(B)는 스크라이브라인(2)의 코스를 따라 방향(D)로 병진운동하는 것으로 도시된다. 결과적으로, 이 경우에, 행(n1)은 선두의 에지(“전방” 선단)으로 간주될 수 있고 행(n3)은 이의 후미의 에지(“후방” 선단)이다. 유사하게, 열들(m1 및 m4)은 어레이(B)의 “좌측” 및 “우측” 선단들/에지들을 정의한다.
본 발명의 빔 어레이(B)는 다이싱 스트리트(2’)에서 방향(D)을 따라 병진운동하므로, 이의 구성요소 빔들(Sij)은 기판(1)으로부터 재료를 제거하므로, 그루브(G)(기판(1)의 전체 두께를 통하도록 연장되지 않음)를 만들 것이다. 이 그루브(G)는 도 3에 도시되지 않으나(도면을 어지르지 않도록), 도 4(도 3의 일부의 횡단면도를 도시하는)에서는 분명히 볼 수 있다; 그러나, 그루브(G)의 종방향 에지들(E1(좌측) 및 E2(우측))은 도 3에서 개략적으로 렌더링된다. 이 특정한 예에서, 상기에 언급된 X 기준 및 Y 기준 이 둘 모두가 적용되었고, 각각의 X 및 Y 방향들에서의 빔 강도의 적절한 선택의 결과로:
- 그루브(G)는 여물통-형상의 하부(G’)를 가진다;
- 그루브(G)의 하부(G')는 상대적으로 매끄러운 면을 가진다.
현재 상황에서의 그루브(G)의 최대 깊이는 범위 10 내지 20μm에 있고(예를 들어 20μm) 하부(G')의 RMS(Root Mean Square) 거칠기(roughness)는 약 1 내지 2μm이다. 도 4에서 m1, m2, m3, m4로 라벨링된 점선들은 도 3의 빔 열들(m1, m2, m3, m4)의 X 위치들에 대응하는 것을 주목하라.
현 상황에서 선택될 수 있는 빔 강도들의 선택의 하나의 예로서, 심볼 "I"가 소정의 강도(예를 들어, 200ns의 펄스 길이 동안 펄스당 20μJ)를 나타내는 아래 표 1에 대한 참조가 행해진다:
Figure pat00001
현재의 상황에서 다음을 주목하라:
- 임의의 소정의 행에서, 좌측 및 우측 선단들에서의 빔들은 중앙 빔들보다 더 낮은 강도들을 가진다.
- 임의의 소정의 열에서, 후미의 빔은 (2개의) 다른 빔들보다 더 낮은 강도를 가진다.
또한 다음이 주목되어야 한다:
- 행들(n1, n2, n3)(또는 인접한 쌍의 행들, 예를 들어 3개의 행들의 전체 세트들)의 각각은 X 방향과 평행하게 뷰잉되는 어레이(B)의 상술한 "제 1 부분"에 대응하는 것으로 간주될 수 있다;
- 열들(m1, m2, m3, m4)(또는 예를 들어, 열들의 인접한 쌍들 또는 세 쌍들, 또는 4개의 열들의 전체 세트)은 Y 방향과 평행하게 뷰잉되는 어레이(B)의 상술한 "제 2 부분"에 대응하는 것으로 간주될 수 있다.
특히, 상술한 X 기준/Y 기준은 어레이(B)의 모든 관련 부분들에 적용될 필요는 없음이 지적되어야 한다 -각각은 단지 적어도 하나의 관련 부분들에 적용되어야 한다. 예를 들어, 상기 표 1에서, 마지막 행(n3)을 대안의 행(n3')로 대체할 수 있고(표 2), 이는 전체적으로 어레이에 대한 상술한 X 및 Y 기준의 범위 내에 계속 남는다:
Figure pat00002
그와 같은 대안에서:
- X 기준은 이제 행들(n1 및 n2)에 적용되지만 행(n3)에는 적용되지 않는다;
- Y 기준은 이제 열들(m2 및 m3)에 적용되지만 열들(m1 및 m4)에 적용되지 않는다.
대안의 실시예에서, 다음 중 하나 또는 둘 모두가 대신 적용될 수 있음이 명시적으로 지적되어야만 한다:
- 각각의 행에서, X 방향으로 간주되는 빔들은 (실질적으로) 동일한 강도들을 가진다; 그와 같은 경우, X 기준은 유효하지 않다.
- 각각의 열에서, Y 방향으로 간주되는 빔들은 (실질적으로) 동일한 강도들을 가진다; 그와 같은 경우, Y 기준은 유효하지 않다.
도 4에 도시된 그루브(G)가 여물통 형상의 바닥(G')을 가질지라도, 이는 반드시 그래야만 하는 것이 아님이 또한 지적되어야만 한다; 대신, 어레이(B)에서의 빔 강도의 적절한 선택으로, 예를 들어 실질적으로 평평한 바닥을 가지는 그루브가 만들어질 수 있다.
실시예 2
도 5는 도 3에 도시된 상황에 대한 대안으로서, 현 발명에 따른 레이저 빔(스팟) 어레이의 다양한 가능한 기하학 구조들의 평면도(Z 축에 따른)를 렌더링한다. 도 3에서와 같이, 도 5는 스크라이브라인(2), 다이싱 스트리트(2') 및 그루브(G)(도시되지 않음)의 종방향 에지들(E1, E2)을 도시한다. 4개의 상이한 레이저 빔 어레이들(B1, B2, B3, B4)(도면의 상부로부터 하부로)이 또한 도시된다. 이 빔 어레이들(B1, B2, B3, B4)의 각각에서, 상기 도면은 각각 X 기준 및 Y 기준의 상황에서 상기에서 칭해진 "제 1 부분"(P1) 및 "제 2 부분"(P2)에 대한 가능한 후보들을 도시하고, 이에 의해 이 부분들에 대해 다른 후보들이 또한 착상될 수 있음이 명시적으로 지적되어야만 한다. 도 5에서의 그와 같은 잠재적인 부분들의 예시는 X 기준 및 Y 기준이 실제로 적용되어야만 한다는 것을 의미하지 않는다.
실시예 3
도 6은 여러 구성요소의 레이저 빔들의 강도 프로파일들을 합한 효과를 유니타리 레이저 빔의 강도 프로파일과 비교하여 도시하고 현 발명을 이용하여 더 협소한 HAZ가 어떻게 실시될 수 있는지를 나타낸다.
상기 도면은 다이싱 스트리트의 중심 종축에 대한 X 위치(μm으로의)의 함수로서의 빔 강도(임의의 유닛들에서의)의 그래프이다. "AT"로 표시되는 점선은 소위 삭마(ablation) 문턱값, 즉 기판 재료의 삭마를 일으키는데 필요한 빔 강도의 최소 값을 나타낸다: 이 라인 아래에, 기판 재료는 가열/용융될 것이지만, 체계적으로 삭마되지 않을 것이다.
상기 도면은 추가로 다음과 같이 설명될 수 있는 2개의 상이한 강도 프로파일들을 도시한다:
(a) 가는 선은 종축을 중심으로 하는 단일 빔(single beam; SB)에 의해 발생되는 (가우시안) 강도 분포를 나타낸다. 라인(AT) 아래에 위치되는 이 가우시안 벨의 "스커트" 또는 "테일(tail)"은 이 경우에 음영을 이용하는 도면의 우측에서 강조되는 열 영향 존(Heat-Affected Zone; HAZ)을 정의한다.
(b) 두꺼운 라인은 현 발명에 따른 다중-빔(multi-beam; MB) 어레이의 (가우시안) 강도 분포들을 나타내는데 이용된다; 이 특정한 경우, 동일한 강도의 4개의 빔들이 상기 종축에 대칭적으로 걸친다. 이 4개의 개별 가우시안 벨들은 결과적인 강도 분포(도시되지 않음)를 산출하기 위해 합해질 것이다. 각각의 구성요소의 가우시안 벨이 (a)에서의 곡선보다 더 급격한 하락을 가지기 때문에, 어레이의 에지들은 라인(AT)에 더 가파르게 가로지를 것이다. 결과적으로, 이 경우에서의 HAZ는 훨씬 더 작을 수 있다: 도면의 좌측에 음영 영역을 참조하라.
상황들 (a), (b)에서 생성된 그루브의 폭이 포인트들에 의해 정의될 것이고 여기서 각각의 강도 곡선들을 라인(AT)과 교차한다. 현재의 경우에, 약 40μm의 그루브 폭이 관찰된다(수평축 아래의 양단 화살표에 의해 표시됨).

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  1. 반도체 기판을 레이저 스크라이빙(laser scribing) 장치를 이용하여 방사상으로 스크라이빙하는 방법.
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