KR20200043917A - 레이저 펄스를 사용한 재료 절단 - Google Patents

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세르지오 안드레스 바즈퀘즈-코르도바
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에이에스엠 테크놀러지 싱가포르 피티이 엘티디
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Abstract

반도체 재료에 레이저 에너지를 조사함으로써 반도체 재료를 절단하는 방법은, 레이저 빔의 연속하는 펄스를 방출하도록 구성된 레이저 소스를 제공하는 단계로서, 각각의 레이저 빔 펄스는 100 피코초 이하의 펄스 폭을 가지는, 레이저 소스를 제공하는 단계, 레이저 소스로부터 레이저 빔 펄스들을 방출하는 단계, 절단될 반도체 재료를 조사하기 위해 방출된 레이저 빔 펄스들을 가이드하는 단계, 절단 라인을 따라 반도체 재료를 절단하기 위해 조사하는 레이저 빔 펄스들에 대해 반도체 재료를 이동시키는 단계를 포함한다. 반도체 재료는 0.1 ㎓ 내지 5000 ㎓ 범위 내의 펄스 반복 주파수를 갖는 복수의 레이저 빔 펄스들에 의해 조사된다.

Description

레이저 펄스를 사용한 재료 절단{MATERIAL CUTTING USING LASER PULSES}
본 발명은 반도체 재료를 절단하는 방법 및 레이저 절단 장치에 관한 것이다.
싱귤레이션(singulation) 및 스크라이빙(scribing)은 반도체 산업에서 잘 알려진 공정이며, 예를 들면 실리콘을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는 반도체 웨이퍼와 같은 제작품 또는 기판을 가공하기 위해 절단 기계가 사용된다. 본 명세서에서, 용어 "웨이퍼"는 모든 이러한 제품들을 포함하기 위해 사용된다. 싱귤레이션 공정(예를 들면, 다이싱(dicing), 시버링(severing), 클리빙(cleaving)이라고도 함)에서, 웨이퍼는 웨이퍼를 개별 다이들로 싱귤레이션하기 위해 완전히 절단된다. 스크라이빙 공정(예를 들면, 그루빙(grooving), 스코어링(scoring), 고우징(gouging) 또는 만입(furrowing)이라고도 함)에서, 채널 또는 홈(groove)은 웨이퍼로 절단된다. 다른 공정들, 예를 들면 절단 채널들을 따라 물리 톱(physical saw)을 사용함으로써 완전한 싱귤레이션이 후속하여 적용될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 홀들은 드릴링 공정을 사용하여 웨이퍼에 형성될 수 있다. 본 명세서 전체에서, 용어 "절단"은 싱귤레이션, 스크라이빙 및 드릴링을 포함하도록 사용될 것이다.
그러나, 소형화에서의 전체 반도체 기술 경향은 웨이퍼의 두께를 감소시키는 것이고, 웨이퍼 두께가 감소함에 따라, 레이저 기술은 기계식 톱의 사용보다 싱귤레이션에 더 유리하게 되는 것으로 나타났다. 이러한 재료 가공을 위해 고출력 레이저들을 이용하는 것은 드릴링 및 쏘잉(sawing)과 같은 기계적 대응물들과 비교시 상당한 이점들을 가지고, 레이저 가공은 작고 정교한 제작품들에 대응하여 큰 융통성을 가진다.
반도체 재료의 레이저 제거는 레이저 빔이 포커스되는 비교적 작은 영역의 빠른 온도 증가로 인해 발생하고, 이는 국소 재료가 녹고, 폭발적으로 끓고, 증발하고 절제되게 한다. 레이저 싱귤레이션에는 공정 처리량과 제작품 (다이) 품질간의 정교한 균형을 포함하여 까다로운 요건들을 가진다. 공정의 품질 및 처리량은 플루언스(fluence), 펄스 폭, 반복 속도, 편광 및 편광의 분포, 파면 형상 및 그의 위상 변경 및 파장과 같은 레이저 파라미터들에 의해 결정된다. 예를 들면 WO 1997/029509 A1에서 다중 빔 레이저 절단 방식을 사용하는 것이 제안되었고, 레이저 스폿들의 선형 어레이로 구성될 수 있는 포커싱된 레이저 빔들의 선형 클러스터는 기판 재료를 스크라이브 라인을 따라 절제하기 위해 사용되어, 기판이 절제 라인을 따라 방사적으로 스코어링되게 한다. 단일(보다 강력한) 빔과 반대로 이러한 방식으로 다수의 빔들의 사용은 다양한 이점들, 특히 절단 공정 동안 생성된 결함 밀도의 감소를 제공할 수 있다.
레이저 공정 품질의 정량적 평가들 중 하나는 웨이퍼가 부서지는 인장 응력(tensile stress)을 결정하는 다이 또는 웨이퍼 파괴 강도(wafer fracture strength)이다. 일축 만곡 시험들(uniaxial flexure tests)은 일반적으로 취성 재료들(brittle materials)의 파괴 강도를 측정하기 위해 사용되고 웨이퍼 강도 측정을 위해 채택되었다. 이들 시험들은 3점 및 4점 굽힘 시험들을 포함하고, 이는 일반적으로 파괴 강도를 측정하기 위해 사용된다.
레이저로 분리된 웨이퍼들의 파괴 강도는 웨이퍼에서 레이저 싱귤레이션 공정 후 나타나는 미세 균열들(micro-cracks) 및 칩-아웃들(chip-outs)과 같은 레이저로 유도된 결함들의 레벨에 의존한다고 믿어진다. 이들 결함들은 벌크 반도체 재료와 로컬 레이저 처리된 영역 사이의 인터페이스에 높은 응력에 의해 생성된다. 높은 응력은 다이의 공정 측벽들의 공정 및 화학 변환들 동안 일어나는 음향 충격파들(acoustic shock waves)에 의한 벌크 및 처리된 구역들 사이에 높은 온도 기울기들에 의해 생성된다. 이러한 결함들을 포함하는 반도체 재료의 영역은 일반적으로 "열에 영향을 받은 구역"이라고 지칭된다. 파괴 강도는 일반적으로 웨이퍼의 전면 및 후면 측들에 대해 상이하고, 실제로 상당히 상이한 후면측 및 상부측 강도들을 초래할 수 있는 기술들, 공정들 및 웨이퍼 레이아웃들이 존재한다.
초단파 펄스(ultrashort pulse; "USP")레이저들에서 최근의 진보들은 웨이퍼 공정이 더 정교하게 수행되게 하는데, 왜냐하면 이들 레이저들의 일시적 펄스 폭들이 고체들에서 전자-양자 이완(electron-proton relaxation)의 일반적인 시간들보다 짧기 때문이고, 이는 광 여기된 전자들로부터 격자(lattice)로의 열 전달을 담당하고, 펄스 폭은 처리되는 특정 재료에 따라 1-10ps보다 작다. USP 레이저들은 재료의 다이 강도에 대한 개선을 제공할 수 있지만, 이러한 USP 레이저들의 웨이퍼 처리 시스템들의 생산성은, 예를 들면, 더 적은 열 확산을 유도하는 상호 작용 체적을 포함하는 다수의 이유들에 의해 감소된다.
레이저 기계 가공 속력(laser machining speed) 및 이에 따른 생산성을 증가시키기 위해, 레이저 소스에 의해 방출된 레이저 펄스들의 두 개의 반복 기간들 및 "버스트들"이 존재하는 레이저 펄스들의 배열이 제안되어서, 연속 펄스들간의 시간(t1)은 연속 버스트들 사이의 시간(t2), 즉 연속 버스트들의 제 1 펄스(p1) 사이의 시간보다 짧지만, 레이저 펄스 폭(Δτ)보다 길다. 버스트는 기간(t2)내에 그룹화된 정수 n개의 레이저 펄스들(pn)이다.
대략 수십 ㎒(약 10,000 내지 약 90,000 ㎑)의 반복 주파수들(즉, 1/t1)에서 극초단 레이저 펄스들의 버스트들로 다이싱하는 것은 개별적인 레이저 펄스들을 사용하는 공정과 비교된 더 효율적인 재료 제거를 초래하는 것이 보여졌다. 그러나, 이들 반복 주파수들을 갖는 펄스들에 의해 생성된 열 부하는 단일 펄스의 사용과 비교할 때 다이 강도에서 감소를 유도한다.
버스트 모드 장치가 생산성의 증가를 제공할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 그러나, 이러한 증가는 이러한 방법을 사용하여 생산된 다이들이 현재 시장 수요들을 준수하지 않는 정도까지 싱귤레이팅된 반도체 다이들의 다이 강도의 감소를 초래한다. 다이 강도는 실질적으로 인큐베이션 효과(incubation effect) 때문에 감소되는 것이 밝혀졌다: 재료에서 온도 및 손상의 누적의 축적 효과.
본 발명은 향상된 웨이퍼 또는 다이 강도 및 또한 증가된 생산성을 제공하는 향상된 레이저 절단 방법을 제공하는 것을 추구한다.
본 발명에 따라, 이러한 목표는 상당히 높은 펄스 반복 주파수를 갖는 레이저 펄스들의 버스트 시퀀스를 구현함으로써 달성된다.
0.1(100 ㎒) 내지 5000 ㎓(5 ㎔) 범위 내의 펄스 반복 주파수들을 갖는 버스트 모드의 사용은 또한 소위 "절제 냉각(ablation cooling)" 효과에 의한 재료 제거 효율을 보조하고, 이는 열 확산에 의해 용융된 재료 영역으로부터 벌크로 효과적인 열 전달의 개시 전에 개별적으로 뜨거운 재료가 절제되고, 재료의 알짜 온도는 감소하게 하거나 또는 적어도 실질적으로 증가하지 않게 한다. 이러한 범위 내의 펄스 반복 주파수들을 갖는 레이저 펄스들의 버스트들에 의한 반도체 웨이퍼들의 다이싱은 생산성(즉, 더 높은 재료 제거 효율) 및 다이 강도 양쪽 모두에서 증가들을 제공한다는 것이 발견되었다. 후자는 두 개의 팩터들로부터 기인한다:
ⅰ) 각각의 버스트 내 단일 펄스들의 에너지는 버스트 내 개별 펄스들의 총 에너지가 일정한 최적의 단일 펄스 에너지와 동일하도록 줄여져야 해서, 타깃에 충돌하는 레이저 펄스 위에 생성된 결과의 레이저-유도된 충격파들의 강도들은 극적으로 억제된다. 충격파들은 결함 형성의 소스들 중 하나이고 결과적으로 다이 강도의 감소이다.
ⅱ) 열 확산은 절제 냉각 메커니즘에 의해 억제되어, 다이 강도에 영향을 주는 중대한 요인들 중 하나인, 열에 영향을 받는 구역의 크기가 감소된다. 더 상세하게, 타깃에 대한 열 부하는 충격파들을 생성하고 재료의 대부분에 대한 바람직하지 않은 열 전달보다는, 버스트 동안 일련의 레이저 펄스들의 에너지를 재료 절제로 효과적으로 전환함으로써 감소된다. 열 부하에서 이러한 감소는 차례로 재응고된 레이저 조사된 구역을 감소시키고, 이는 재료의 구조적 결함들의 생성 및 균열 형성을 최소화한다.
또한, 이러한 방법론은, 예를 들면, 편광 및 다중 빔 배열들, 빔 성형 뿐만 아니라 개별적인 단일 펄스들의 에너지 동조(버스트 성형)의 사용시 융통성을 허용한다. 이러한 융통성은 프로세스가 특정 목적들을 위해 최적으로 맞춰지게 한다.
따라서, ㎒ 및 ㎑ 버스트 모드 펄스 반복 주파수들과 비교할 때, 100 ㎒와 5 ㎔ 사이의 버스트 모드 펄스 반복 주파수들이 사용될 때, 레이저 다이싱 프로세스의 생산성 및 반도체 디바이스들의 다이 강도는 증가된다.
본 발명의 목적은 향상된 웨이퍼 또는 다이 강도 및 또한 증가된 생산성을 제공하는 향상된 레이저 절단 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제 1 양태에 따라, 레이저 에너지로 반도체 재료를 조사함으로써 반도체 재료를 절단하는 방법이 제공되고, 방법은:
ⅰ) 레이저 빔들의 연속 펄스들을 방출하도록 적응된 레이저 소스를 제공하는 단계,
ⅱ) 레이저 소스로부터 레이저 빔 펄스들을 방출하는 단계,
ⅲ) 절단할 반도체 재료에 조사하기 위해 방출된 레이저 빔 펄스들을 가이드하는 단계, 및
ⅳ) 절단 라인을 따라 반도체 재료를 절단하기 위해 조사하는 레이저 빔 펄스들에 대해 반도체 재료를 이동시키는 단계를 포함하고,
레이저 소스는 100 피코초 이하의 펄스 폭을 갖는 레이저 빔 펄스들을 방출하도록 구성되고, 단계 ⅲ)에서, 반도체 재료는 0.1㎓ 내지 5000㎓ 범위 내의 펄스 반복 주파수를 갖는 복수의 레이저 빔 펄스들에 의해 조사된다.
바람직하게는, 복수의 레이저 빔 펄스들은 펄스들의 적어도 2개의 연속적인 버스트들로 방출되며, 각각의 버스트는 복수의 레이저 빔 펄스들을 포함하지만, 이는 본 발명에 필수적인 것은 아니다.
본 발명의 제 2 양태에 따라, 제 1 양태의 방법을 수행하기 위한 레이저 절단 장치가 제공된다.
본 발명의 제 3 양태에 따라, 반도체 재료를 절단하기 위한 레이저 절단 장치가 제공되고, 장치는 레이저 빔들의 연속 펄스들을 방출하도록 적응된 레이저 소스로서, 각각의 레이저 빔 펄스는 100 피코초 이하의 펄스 폭을 가지는, 레이저 소스, 절단될 반도체 재료를 조사하기 위해 레이저 소스로부터 레이저 빔 펄스들을 지향시키기 위한 레이저 빔 가이딩 어셈블리, 및 반도체 재료 및 조사하는 레이저 빔 펄스들을 상대적으로 이동시키기 위한 구동 어셈블리를 포함한다.
본 발명의 다른 특정 양태들 및 특징들은 첨부된 청구항들에 진술된다.
본 발명은 이제 첨부 도면들을 참조하여 설명될 것이다(비례적이지 않음).
도 1은 버스트 레이저 펄스 타이밍 스케줄러를 개략적으로 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 레이저 절단 장치를 개략적으로 도시하는 도면.
본 발명은 이제 복수의 레이저 빔 펄스들을 포함하는 펄스 레이저 소스에 의해 방출될 수 있는 출력 레이저 빔 프로파일을 개략적으로 도시하는 도 1을 참조하여 예시될 것이다. 도 1에서, 2개의 연속 버스트들, 버스트(x) 및 후속 버스트(x+1)는 시간(x-축)에 대한 강도(y-축)의 그래프로 도시된다. 단순성과 일반성을 위해, 강도는 임의의 단위(a.u.)로 제공된다.
복수의 레이저 빔 펄스들 각각은 각각의 펄스 에너지를 가지고, 도 1에 도시되지 않지만, 레이저 소스는 복수의 레이저 빔 펄스들 내에서 제 1 레이저 빔 펄스의 펄스 에너지가 복수의 레이저 빔 펄스들 내에서 제 2 레이저 빔 펄스와 상이한 펄스 에너지를 가지도록 선택적으로 제어될 수 있다. 도시된 바와 같이, 레이저 빔 펄스들의 2개의 연속적인 반복 주기들 또는 버스트들(버스트(x), 버스트(x+1))이 존재하여, 연속 펄스들 사이의 시간(t1)은 연속 버스트들의 제 1 펄스(p1) 사이의 시간(t2)보다 짧지만, 레이저 펄스 폭(Δτ)보다 길다. 본 발명에 따라, 레이저 빔 펄스 폭(Δτ)은 100 피코초 이하이다.
버스트는 주기(t2) 내에서 그룹화된 정수 n의 레이저 펄스들(pn)이다. 버스트 내의 레이저 빔 펄스들의 주파수인 펄스 반복 또는 버스트내 주파수는 1/t1로 주어진다. 연속 버스트들(버스트(x), 버스트(x+1)) 내에서 제 1 레이저 빔 펄스(p1)의 발생 주파수인 버스트간 주파수는 1/t2로 주어진다. 제 1 버스트(x)의 최종 펄스(pn)는 시간 주기(t3)만큼 다음 버스트(x+1)의 제 1 펄스(p1)로부터 분리된다. t3 = t1인 경우, 버스트들(x, x+1)은 이 다이어그램에서 구분 가능하지 않고, 중단되지 않은 버스트는 하나만 나타난다는 것이 주의되어야 한다. 2개의 버스트들(x, x+1)이 도 1에 도시되지만, 본 발명은 단일 버스트에서 버스트들의 연속적인 적용까지 임의의 수의 버스트들을 사용하여 적용될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 각각의 버스트에서의 펄스들은 유사한 강도 및 주파수이지만, 아래에 진술된 바와 같이, 다른 실시예들은 상이한 펄스 또는 버스트 프로파일들을 가질 수 있다.
본 발명의 특정 실시예들에 따라:
i) 버스트에서의 복수의 레이저 빔 펄스는 100 ㎒(0.1 ㎓) 내지 5 ㎔(5000 ㎓) 범위 내의 펄스 반복 주파수(1/t1) 및 선택적으로 500 ㎒(0.5 ㎓) 내지 50 ㎓ 및 100 ps 미만의 펄스 폭들(Δτ)을 가진다;
ii) 복수의 레이저 빔 펄스들은 펄스들의 적어도 하나의 버스트로 방출되고, 바람직하게는 펄스들의 적어도 2개의 연속적인 버스트들로 방출되며, 각각의 버스트는 복수의 레이저 빔 펄스들을 포함한다;
iii) 각각의 버스트는 2 내지 100,000개의 레이저 빔 펄스들(즉, n은 2 내지 100,000의 범위 내에 있음), 선택적으로 2 내지 1000개의 레이저 빔 펄스들을 포함할 수 있다;
iv) 연속 버스트들 내에서 제 1 레이저 빔 펄스의 주파수인 버스트간 주파수(1/t2)는 0.1 ㎑ 내지 1,000 ㎑의 범위 내에 있고, 선택적으로 1 ㎑ 내지 100 ㎑의 범위 내에 있고;
v) 버스트의 최종 레이저 빔 펄스 및 후속 버스트의 제 1 레이저 빔 펄스는 10ms 내지 1μs 범위 내 시간 기간(t3)만큼 분리된다.
본 발명의 방법을 수행하기에 적합한 레이저 절단 장치(10)가 도 2에 개략적으로 도시된다.
반도체 재료, 여기서는 반도체 웨이퍼(11)는 척(chuck; 13) 상에 지지된다. 척(13), 따라서 웨이퍼(11)는 드라이브(14)에 의해 사용되어 구동되어서, 웨이퍼(11)와 조사하는 레이저 광 사이에 상대 이동이 존재한다(이하 참조). 극초단 펄스 레이저 소스(15)는 전술한 것과 같은 타이밍 스케줄에 따라 편광된 레이저 빔(16)의 펄스들을 출력하도록 적응된다. 레이저 소스(15)는 100 피코초 이하의 펄스 폭들(Δτ)을 갖는 레이저 빔 펄스, 즉 펄스 레이저 빔(16)을 출력하도록 동작한다. 펄스 레이저 빔(16)은 어셈블리에 의해 웨이퍼(11)로 가이드된다. 더 상세하게, 미러(17)는 빔의 제어를 위해 빔(16)을 감쇠기/셔터(18)로 가이드한다. 여기에서는 모터식 반파장 판(19)의 형태인 선택적으로 작동 가능한 광학 편광 구성 요소가 펄스 레이저 빔(16)과의 상호 작용을 위해 선택적으로 이동 가능하도록 제공된다. 바람직하게는 반파장판(19)은 레이저 빔 축 주위를 회전하도록 장착된다. 따라서, 반파장판(19)을 선택적으로 회전시킴으로써, 레이저 빔(16)의 편광 상태가 스위칭 방식으로 제어될 수 있다. 선택적 이동은 컴퓨터, 프로세서 등과 같은 제어 수단(도시되지 않음)에 의해 모터의 제어된 작동에 의해 구현된다. 다른 미러(20)는 펄스 레이저 빔(16)을 빔 익스팬더(beam expander; 21)로 가이드하여 확대된 빔을 생성한다. 회절 광학 소자("DOE")(22)는 확대된 빔을 렌즈(23)에 의해 시준된 공간적으로 분리된 출력 서브-빔들의 미리 결정된 패턴으로 회절 또는 분할한다. 추가의 미러들(24, 25)은 서브-빔들을 공간 필터(26)로 가이드하고, 이는 원하는 미리 결정된 빔 패턴을 형성하기 위해 사용된다. 제 2 렌즈(27)는 서브-빔들을 다른 미러(28)상으로 지향시키며, 그 결과 서브-빔들을 포커싱 렌즈(29)로 가이드한다. 이는 미리 결정된 패턴의 조명 스폿들로 지지 척(13)상의 웨이퍼(11)에 레이저 광을 포커싱한다. 조사하는 펄스 레이저 빔(16)에 대해 웨이퍼를 이동시킴으로써, 레이저 빔 펄스가 조사되어 절단 라인(미도시)을 따라 웨이퍼(11)를 절단한다.
절단될 반도체 재료 및 절단 동작의 유형(예컨대 그루빙, 싱귤레이션 등)에 따라, 연속적인 버스트 사이에서 레이저 빔 펄스 특성을 변경하는 것이 유리할 수 있다. 예를 들면, 레이저 소스(15)의 적절한 제어에 의해, 연속적인 버스트들은 상이한 펄스 반복 주파수들을 가질 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 연속적인 버스트로 전송된 에너지는, 예를 들면, 제 1 버스트 내의 펄스의 펄스 에너지가 제 2 또는 후속 버스트 내의 펄스의 펄스 에너지와 상이하도록 레이저 소스를 제어함으로써 상이할 수 있다.
대안적으로 또는 추가로, 방출된 레이저 빔 펄스들의 편광은 예를 들면, 반파장판(19)의 선택적 회전에 의해 제어되어, 다른 버스트들의 레이저 빔 펄스들이 상이한 레이저 빔 편광 상태들을 가진다. 예를 들면, 버스트(x)의 레이저 빔 펄스들은 예를 들면 절단 라인에 평행하거나 수직인 선형 편광을 가질 수 있는 반면, 버스트(x+1)의 레이저 빔 펄스들은 버스트(x)의 레이저 빔 펄스들의 편광에 직교하는 편광 방향으로 선형 편광될 수 있다. 하나 이상의 버스트의 레이저 빔 펄스들이, 예를 들면, 레이저 빔(16)의 경로에서 1/4 파장판(도시되지 않음)의 선택적 적용에 의해 원형 또는 타원 편광되게 하는 것이 또한 가능하다.
위에서 언급한 바와 같이, DOE(22)는 빔(16)을 미리 결정된 패턴의 출력 레이저 서브-빔들로 회절시키기 위해 사용될 수 있고, 이는 공간 필터(26)와 함께 반도체 재료 상에 원하는 미리 결정된 패턴의 조사 스폿들을 형성한다. 상이한 버스트에 대해 상이한 패턴들의 조사 스폿들을 생성하는 것이 유리할 수 있는데, 다시 말해서, 연속적인 버스트들의 레이저 빔 펄스들이 제 1 버스트와 연관된 조사 스폿들의 패턴이 다음 버스트와 연관된 조사 스폿들의 패턴과 상이하도록 분할된다. 이러한 효과는, 예를 들면, 제 2 버스트에 대해 다른 DOE를 선택하거나 버스트들 사이의 공간 필터(26)를 조정함으로써 여러 가지 방식들로 달성될 수 있다. 이 기술의 개선에서, 연속적인 버스트들 동안 생성된 조사 스폿들은 반도체 재료의 상이한 절단 라인들을 조사하기 위해 각각 공간적으로 분리될 수 있다. 이러한 방식으로, 제 1 버스트는 메인 컷 라인을 생성하기 위해 사용될 수 있고, 후속 버스트는 메인 컷 라인과 평행하지만 그로부터 이격된 트렌치 라인들을 생성하기 위해 사용될 수 있다.
전술한 실시예는 단지 예시적인 것이며, 본 발명의 범위 내의 다른 가능성들 및 대안들은 당업자에게 명백할 것이다. 예를 들면, 전술한 특정 실시예들에서, 반도체 재료와 조사하는 레이저 빔 펄스들 사이의 상대적인 이동은 레이저 광학 기기를 정지 상태로 유지하면서 반도체 재료를 이동시킴으로써 야기되지만, 대안적인 실시예들에서 상대적인 이동은 반도체 재료를 고정으로 유지하고 레이저 및/또는 레이저 광학 기기를 이동시키거나, 대안적으로 반도체 재료 및 레이저 및/또는 레이저 광학 기기를 둘 다 이동될 수 있다.
전술한 특정 실시예들에서, 개별 레이저 빔 펄스들은 USP 레이저의 사용에 의해 생성된다. 그러나, 예를 들면, 레이저 빔 경로에 연속적으로 배치되는 복수의 차단 요소들을 갖는 고속 회전 휠을 사용하여 개별 펄스들을 생성하기 위해 외부 빔-초핑 메커니즘을 사용하는 것이 이론적으로 가능하다.
10-레이저 절단 장치
11-웨이퍼
13-척
14-드라이브
15-USP 레이저 소스
16-레이저 빔
17, 20, 24, 25, 28-미러들
18-감쇠기/셔터
19-모터식 반파장판
21-빔 익스팬더
22-회절 광학 소자
23, 27, 29-렌즈
26-공간 필터

Claims (16)

  1. 레이저 에너지로 반도체 재료를 조사함으로써 반도체 재료를 절단하는 방법에 있어서:
    ⅰ) 레이저 빔들의 연속 펄스들을 방출하도록 적응된 레이저 소스를 제공하는 단계,
    ⅱ) 레이저 소스로부터 레이저 빔 펄스들을 방출하는 단계,
    ⅲ) 절단될 반도체 재료를 조사하기 위해 방출된 레이저 빔 펄스들을 가이드하는 단계, 및
    ⅳ) 절단 라인을 따라 반도체 재료를 절단하기 위해 조사하는 레이저 빔 펄스들에 대하여 반도체 재료를 이동시키는 단계를 포함하고,
    레이저 소스는 100 피코초 이하의 펄스 폭을 갖는 레이저 빔 펄스들을 방출하도록 적응되고, 단계 ⅲ)에서, 반도체 재료는 0.1 ㎓ 내지 5000 ㎓ 범위 내의 펄스 반복 주파수를 갖는 복수의 레이저 빔 펄스들에 의해 조사되는, 반도체 재료를 절단하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    복수의 레이저 빔 펄스들은 0.5 ㎓ 내지 50 ㎓ 범위 내의 펄스 반복 주파수를 가지는, 반도체 재료를 절단하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    복수의 레이저 빔 펄스들의 각각은 각각의 펄스 에너지를 가지고, 방법은 복수의 레이저 빔 펄스들 내에서 제 1 레이저 빔 펄스의 펄스 에너지가 복수의 레이저 빔 펄스들 내에서 제 2 레이저 빔 펄스에 대해 상이한 펄스 에너지를 가지도록 레이저 소스를 제어하는 단계를 포함하는, 반도체 재료를 절단하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    복수의 레이저 빔 펄스들은 펄스들의 적어도 두 개의 연속하는 버스트들에서 방출되고, 각각의 버스트는 복수의 레이저 빔 펄스들을 포함하는, 반도체 재료를 절단하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    각각의 버스트는 2 내지 100,000개의 레이저 빔 펄스들을 포함하는, 반도체 재료를 절단하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    각각의 버스트는 2 내지 1000개의 레이저 빔 펄스들을 포함하는, 반도체 재료를 절단하는 방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    연속적인 버스트들 내 제 1 레이저 빔 펄스의 주파수인, 버스트간 주파수는 0.1 ㎑ 내지 1,000 ㎑의 범위 내에 있는, 반도체 재료를 절단하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    버스트간 주파수는 1 ㎑ 내지 100 ㎑ 범위 내에 있는, 반도체 재료를 절단하는 방법.
  9. 제 4 항에 있어서,
    연속적인 버스트들로 전송된 에너지가 상이하도록 레이저 소스를 제어하는 단계를 포함하는, 반도체 재료를 절단하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    복수의 레이저 빔 펄스들의 각각은 각각의 펄스 에너지를 가지고, 방법은 제 1 버스트 내 펄스의 펄스 에너지가 제 2 버스트 내 펄스의 펄스 에너지와 상이하도록 레이저 소스를 제어하는 단계를 포함하는, 반도체 재료를 절단하는 방법.
  11. 제 4 항에 있어서,
    연속적인 버스트들이 상이한 펄스 반복 주파수들을 가지도록 레이저 소스를 제어하는 단계를 포함하는, 반도체 재료를 절단하는 방법.
  12. 제 4 항에 있어서,
    방출된 레이저 빔 펄스들의 편광을 제어하는 단계를 포함하고, 상이한 버스트들의 레이저 빔 펄스들은 상이한 레이저 빔 편광 상태들을 가지는, 반도체 재료를 절단하는 방법.
  13. 제 4 항에 있어서,
    단계 ⅲ)은 반도체 재료상에 조사 스팟들의 패턴을 생성하기 위해 레이저 빔 펄스들을 복수의 공간적으로 분리된 서브-빔들로 분할하는 단계를 포함하고, 연속적인 버스트들의 레이저 빔 펄스들은 제 1 버스트와 연관된 조사 스팟들의 패턴이 다음 버스트와 연관된 조사 스팟들의 패턴과 상이하도록 분할되는, 반도체 재료를 절단하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    연속적인 버스트들 동안 생성된 조사 스팟들은 반도체 재료의 상이한 절단 라인들을 조사하기 위해 각각 공간적으로 분리되는, 반도체 재료를 절단하는 방법.
  15. 제 1 항의 방법을 수행하기 위한 레이저 절단 장치.
  16. 반도체 재료를 절단하기 위한 레이저 절단 장치에 있어서,
    레이저 빔들의 연속하는 펄스들을 방출하도록 적응된 레이저 소스로서, 각각의 레이저 빔 펄스는 100 피코초 이하의 펄스 폭을 가지고, 레이저 빔 펄스들은 0.1 ㎓ 내지 5000 ㎓ 범위 내의 펄스 반복 주파수를 가지는, 레이저 소스, 절단될 반도체 재료를 조사하기 위해 레이저 소스로부터의 레이저 빔 펄스들을 지향시키기 위한 레이저 빔 가이딩 어셈블리, 및 반도체 재료 및 조사하는 레이저 빔 펄스들을 상대적으로 이동시키기 위한 구동 어셈블리를 포함하는, 레이저 절단 장치.
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