(57)【要約】【課題】ウェハー上に形成された低誘電（ｌｏｗ−ｋ）物質を効果的に除去するためのレーザ加工装置及び方法を提供する。【解決手段】本発明のレーザ加工装置は、上部に低誘電物質が形成された対象物を加工するためのレーザ加工装置であって、レーザビームを放出するレーザ発生手段、及びレーザ発生手段から出射されるレーザビームを２分割して対象物に照射する光学系を含み、光学系は中心軸と平行するように所定距離離隔して切断された切断面が相互接触した１対の集光レンズで構成され、２分割されたレーザビームの間隔が除去対象領域の低誘電物質の２つのエッジ間の間隔になるように分割する。本発明によれば、レーザビームを２分割して除去対象低誘電物質のエッジ部分を１次的に除去した後、エッジの間に残存する低誘電物質を除去することによって加工品質を向上させることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部に低誘電物質が形成された対象物を加工するためのレーザ加工装置であって、
レーザビームを放出するレーザ発生手段；及び
前記レーザ発生手段から出射されるレーザビームを２分割して前記対象物に照射する光学系；を含み、
前記光学系は、中心軸と平行するように所定距離離隔して切断された切断面が相互接触した１対の集光レンズで構成され、２分割されたレーザビームの間隔が除去対象領域の低誘電物質の２つのエッジ間の間隔になるように分割することを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記光学系を通過した各々のレーザビームは、前記対象物に照射される前に円柱レンズを介して各々楕円形に成形されることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
上部に低誘電物質が形成された対象物を加工するためのレーザ加工装置であって、
レーザビームを放出するレーザ発生手段；
前記レーザ発生手段から出射されるレーザビームを２分割するビーム分割手段；
前記ビーム分割手段によって分割された第１レーザビームを２分割するが、前記２分割されたレーザビームの間隔が除去対象領域の低誘電物質の２つのエッジ間の間隔になるように分割して前記対象物に照射する光学系；及び
前記ビーム分割手段によって分割された第２レーザビームの伝達を受け、前記２つのエッジの間の低誘電物質に照射するようにするミラー；を含み、
前記光学系は、中心軸と平行するように所定距離離隔して切断された切断面が相互接触した１対の集光レンズで構成されることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項４】
前記第２レーザビームの口径は、前記２つのエッジの間の間隔であることを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記ビーム分割手段は、入射されるレーザビームを２分割するプリズムモジュールを含むことを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
前記ミラーは多面鏡であることを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工装置。
【請求項７】
前記ミラーは、前記レーザビームの口径が多面鏡の複数の反射面をカバーするように反射面の数を制御して製作した多面鏡であることを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工装置。
【請求項８】
上部に低誘電物質が形成された対象物を加工するためのレーザ加工装置であって、
レーザビームを放出する第１レーザ発生手段；
前記第１レーザ発生手段から出射されるレーザビームを２分割するが、前記２分割されたレーザビームの間隔が除去対象領域の低誘電物質の２つのエッジ間の間隔になるように分割して前記対象物に入射させる光学系；
レーザビームを放出する第２レーザ発生手段；及び
前記第２レーザ発生手段から出射されるレーザビームを前記２つのエッジの間の低誘電物質に照射されるようにするミラー；を含み、
前記光学系は中心軸と平行するように所定距離離隔して切断された切断面が相互接触した１対の集光レンズで構成されることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項９】
前記第２レーザ発生手段は、前記第１レーザ発生手段の駆動後、所定時間が経過した後に駆動されることを特徴とする請求項８に記載のレーザ加工装置。
【請求項１０】
前記第２レーザ発生手段から放出されるレーザビームの口径は、前記２つのエッジの間の間隔になるように制御されることを特徴とする請求項８に記載のレーザ加工装置。
【請求項１１】
前記ミラーは多面鏡であることを特徴とする請求項８に記載のレーザ加工装置。
【請求項１２】
前記ミラーは、前記レーザビームの口径が多面鏡の複数の反射面をカバーするように反射面の数を制御して製作した多面鏡であることを特徴とする請求項８に記載のレーザ加工装置。
【請求項１３】
上部に低誘電物質が形成された対象物を加工するためのレーザ加工装置であって、
レーザビームを放出するレーザ発生手段；
前記レーザ発生手段から出射されるレーザビームを２分割する第１レーザビーム分割手段；
前記第１レーザビーム分割手段から出射される第１レーザビームを２分割し、前記低誘電物質除去対象領域の両側エッジに照射する第２レーザビーム分割手段；及び
前記第１レーザビーム分割手段から出射される第２レーザビームを少なくとも２分割し、前記除去対象領域のエッジの間の領域に照射する第３レーザビーム分割手段；
を含むレーザ加工装置。
【請求項１４】
前記第３レーザビーム分割手段によって少なくとも２分割されたレーザビームは、前記対象物の加工方向の垂直方向に羅列されることを特徴とする請求項１３に記載のレーザ加工装置。
【請求項１５】
前記第１レーザビーム分割手段〜第３レーザビーム分割手段の各々は、中心軸と平行するように所定距離離隔して切断された切断面が相互接触した１対の集光レンズであることを特徴とする請求項１３に記載のレーザ加工装置。
【請求項１６】
前記第１レーザビーム分割手段〜第３レーザビーム分割手段の各々は、入射されるレーザビームを２分割するプリズムモジュールを含むことを特徴とする請求項１３に記載のレーザ加工装置。
【請求項１７】
前記第１レーザビーム分割手段〜第３レーザビーム分割手段の各々は、入射されるレーザビームを反射させる第１ミラー；
前記第１ミラーから反射されたレーザビームを２分割するプリズムモジュール；及び
前記プリズムモジュールによって２分割されたビームを反射させる第２ミラー；
を含むことを特徴とする請求項１３又は１６に記載のレーザ加工装置。
【請求項１８】
前記第１レーザビーム分割手段〜第３レーザビーム分割手段の各々は、入射されるレーザビームを２分割するビーム分割器を含むことを特徴とする請求項１３に記載のレーザ加工装置。
【請求項１９】
前記第１レーザビーム分割手段〜第３レーザビーム分割手段の各々は、入射されるレーザビームを２分割するビーム分割器；
前記ビーム分割器から反射される第１レーザビームの偏光特性を変換するための偏光器；
前記ビーム分割器を透過した第２レーザビームを反射させるための第１ミラー；
前記第１ミラーから反射された第２レーザビームを反射させるための第２ミラー；及び
前記偏光器によって偏光特性が変換された第１レーザビームを反射させ、前記第２ミラーから反射された第２レーザビームを透過させるための偏光ビーム分割器；
を含むことを特徴とする請求項１３又は１８に記載のレーザ加工装置。
【請求項２０】
前記第３ビーム分割手段は、入射されるレーザビームを２分割するビーム分割器、及び前記ビーム分割器によって２分割されたレーザビームのうちのいずれか１つを２分割するプリズムモジュールを含むことを特徴とする請求項１３に記載のレーザ加工装置。
【請求項２１】
前記第３ビーム分割手段は、入射されるレーザビームを２分割するビーム分割器；
前記ビーム分割器から反射されたレーザビームの偏光特性を変換するための偏光器；
前記偏光器によって偏光変換されたレーザビームを第１及び第２レーザビームに分割するためのプリズムモジュール；
前記ビーム分割器を透過した第３レーザビームを反射させるための第１ミラー；
前記第１ミラーから反射された第３レーザビームを反射させるための第２ミラー；及び
前記プリズムモジュールから出射される第１及び第２レーザビームを反射させ、前記第２ミラーを介して入射される第３レーザビームを透過させるための偏光ビーム分割器；
を含むことを特徴とする請求項１３又は２０に記載のレーザ加工装置。
【請求項２２】
前記第３ビーム分割手段は、入射されるレーザビームを２分割するプリズムモジュール、及び前記プリズムモジュールによって２分割されたレーザビームを各々２分割するビーム分割器を含むことを特徴とする請求項１３に記載のレーザ加工装置。
【請求項２３】
前記第３ビーム分割手段は、入射されるレーザビームを２分割するためのプリズムモジュール；
前記プリズムモジュールによって２分割されたビームを各々２分割して反射及び透過させるためのビーム分割器；
前記ビーム分割器から反射された第１及び第２レーザビームの偏光特性を変換するための偏光器；
前記ビーム分割器を透過した第３及び第４レーザビームを反射させるための第１ミラー；
前記第１ミラーから反射されたレーザビームを反射させるための第２ミラー；及び
前記偏光器によって偏光特性が変換された第１及び第２レーザビームを反射させ、前記第２ミラーを介して入射された第３及び第４レーザビームを透過させるための偏光ビーム分割器；
を含むことを特徴とする請求項１３又は２２に記載のレーザ加工装置。
【請求項２４】
前記プリズムモジュールは、入射されるレーザビームを２つに分割する第１プリズム；及び
前記第１プリズムによって分割されたレーザビームが相互平行するようにビームの方向を変更する第２プリズム；
を含むことを特徴とする請求項１６、２０又は２２のうちのいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
【請求項２５】
前記レーザ加工装置は、前記レーザビームが対象物に照射される前、前記レーザビームの断面形状を楕円形に成形するための円柱レンズをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載のレーザ加工装置。
【請求項２６】
上部に低誘電物質が形成された対象物を加工するためのレーザ加工装置であって、
レーザビームを放出する第１レーザ発生手段；
前記第１レーザ発生手段から出射されるレーザビームを２分割し、前記低誘電物質除去対象領域の両側エッジに照射する第１レーザビーム分割手段；
レーザビームを放出する第２レーザ発生手段；及び
前記第２レーザ発生手段から出射される第２レーザビームを少なくとも２分割し、前記除去対象領域のエッジの間の領域に照射する第２レーザビーム分割手段；
を含むレーザ加工装置。
【請求項２７】
前記第２レーザビーム分割手段によって少なくとも２分割されるレーザビームは、前記対象物の加工方向の垂直方向に羅列されることを特徴とする請求項２６に記載のレーザ加工装置。
【請求項２８】
前記第１レーザビーム分割手段及び第２レーザビーム分割手段の各々は、中心軸と平行するように所定距離離隔して切断された切断面が相互接触した１対の集光レンズであることを特徴とする請求項２６に記載のレーザ加工装置。
【請求項２９】
前記第１レーザビーム分割手段及び第２レーザビーム分割手段の各々は、入射されるレーザビームを２分割するプリズムモジュールを含むことを特徴とする請求項２６に記載のレーザ加工装置。
【請求項３０】
前記第１レーザビーム分割手段及び第２レーザビーム分割手段の各々は、入射されるレーザビームを反射させる第１ミラー；
前記第１ミラーから反射されたレーザビームを２分割するプリズムモジュール；及び
前記プリズムモジュールによって２分割されたビームを反射させる第２ミラー；
を含むことを特徴とする請求項２６又は２９に記載のレーザ加工装置。
【請求項３１】
前記第１レーザビーム分割手段及び第２レーザビーム分割手段の各々は、入射されるレーザビームを２分割するビーム分割器を含むことを特徴とする請求項２６に記載のレーザ加工装置。
【請求項３２】
前記第１レーザビーム分割手段及び第２レーザビーム分割手段の各々は、入射されるレーザビームを２分割するビーム分割器；
前記ビーム分割器から反射される第１レーザビームの偏光特性を変換するための偏光器；
前記ビーム分割器を透過した第２レーザビームを反射させるための第１ミラー；
前記第１ミラーから反射された第２レーザビームを反射させるための第２ミラー；及び
前記偏光器によって偏光特性が変換された第１レーザビームを反射させ、前記第２ミラーから反射された第２レーザビームを透過させるための偏光ビーム分割器；
を含むことを特徴とする請求項２６又は３１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３３】
前記第２ビーム分割手段は、入射されるレーザビームを２分割するビーム分割器、及び前記ビーム分割器によって２分割されたレーザビームのうちのいずれか１つを２分割するプリズムモジュールを含むことを特徴とする請求項２６に記載のレーザ加工装置。
【請求項３４】
前記第２ビーム分割手段は、入射されるレーザビームを２分割するビーム分割器；
前記ビーム分割器から反射されたレーザビームの偏光特性を変換するための偏光器；
前記偏光器によって偏光特性が変換されたレーザビームを第１及び第２レーザビームに分割するためのプリズムモジュール；
前記ビーム分割器を透過した第３レーザビームを反射させるための第１ミラー；
前記第１ミラーから反射された第３レーザビームを反射させるための第２ミラー；及び
前記プリズムモジュールから出射される第１及び第２レーザビームを反射させ、前記第２ミラーを介して入射される第３レーザビームを透過させるための偏光ビーム分割器；
を含むことを特徴とする請求項２６又は３３に記載のレーザ加工装置。
【請求項３５】
前記第２ビーム分割手段は、入射されるレーザビームを２分割するプリズムモジュール、及び前記プリズムモジュールにおよって２分割されたレーザビームを各々２分割するビーム分割器を含むことを特徴とする請求項２６に記載のレーザ加工装置。
【請求項３６】
前記第２ビーム分割手段は、入射されるレーザビームを２分割するためのプリズムモジュール；
前記プリズムモジュールによって２分割されたビームを各々２分割して反射及び透過させるためのビーム分割器；
前記ビーム分割器から反射された第１及び第２レーザビームの偏光特性を変換するための偏光器；
前記ビーム分割器を透過した第３及び第４レーザビームを反射させるための第１ミラー；
前記第１ミラーから反射されたレーザビームを反射させるための第２ミラー；及び
前記偏光器によって偏光特性が変換された第１及び第２レーザビームを反射させ、前記第２ミラーを介して入射された第３及び第４レーザビームを透過させるための偏光ビーム分割器；
を含むことを特徴とする請求項２６又は３５に記載のレーザ加工装置。
【請求項３７】
前記プリズムモジュールは、入射されるレーザビームを２つに分割する第１プリズム；及び
前記第１プリズムによって分割されたレーザビームが相互平行するようにビームの方向を変更する第２プリズム；
を含むことを特徴とする請求項２９、３３、又は３５のうちのいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
【請求項３８】
前記レーザ加工装置は、前記レーザビームが対象物に照射される前、前記レーザビームの断面形状を楕円形に成形するための円柱レンズをさらに含むことを特徴とする請求項２６に記載のレーザ加工装置。
【請求項３９】
上部に低誘電物質が形成された対象物を加工するためのレーザ加工方法であって、
中心軸と平行するように所定距離離隔して切断された切断面が相互接触した１対の集光レンズからなる光学系を提供する第１ステップ；
除去対象領域の低誘電物質のエッジ部分の位置及びエッジ間の間隔、レーザビームの出力電力を含む加工パラメータを設定する第２ステップ；
レーザビームを放出する第３ステップ；
前記光学系を利用して前記レーザビームを２分割する第４ステップ；及び
前記２分割されたレーザビームを前記除去対象領域の低誘電物質の２つのエッジ部分に各々照射する第５ステップ；
を含むことを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項４０】
前記第３ステップ後、前記第４ステップを遂行する前、前記レーザビームを第１レーザビーム及び第２レーザビームに２分割し、前記第１レーザビームを前記光学系に入射させる第３−１ステップ；及び
前記第２レーザビームを前記２つのエッジの間の領域に照射する第３−２ステップ；
をさらに含むことを特徴とする請求項３９に記載のレーザ加工方法。
【請求項４１】
前記第２レーザビームの口径は、前記２つのエッジの間の間隔になるように制御されることを特徴とする請求項４０に記載のレーザ加工方法。
【請求項４２】
上部に低誘電物質が形成された対象物を加工するためのレーザ加工方法であって、
中心軸と平行するように所定距離離隔して切断された切断面が相互接触した１対の集光レンズからなる光学系を提供する第１ステップ；
除去対象領域の低誘電物質のエッジ部分の位置及びエッジ間の間隔、レーザビームの出力電力を含む加工パラメータを設定する第２ステップ；
第１レーザビームを放出する第３ステップ；
前記第３ステップで放出された第１レーザビームを前記光学系を利用して２分割する第４ステップ；及び
前記第４ステップで２分割されたレーザビームを前記除去対象領域の低誘電物質の２つのエッジ部分に各々照射する第５ステップ；
第２レーザビームを放出する第６ステップ；及び
前記第６ステップで放出された第２レーザビームを前記２つのエッジの間の領域に照射する第７ステップ；
を含むことを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項４３】
前記第２レーザビームの口径は、前記２つのエッジの間の間隔になるように制御されることを特徴とする請求項４２に記載のレーザ加工方法。
【請求項４４】
上部に低誘電物質が形成された対象物を加工するためのレーザ加工方法であって、
除去対象領域の低誘電物質のエッジ部分の位置及びエッジ間の間隔、レーザビームの出力電力を含む加工パラメータを設定する第１ステップ；
レーザビームを放出する第２ステップ；
前記レーザビームを２分割する第３ステップ；
前記第３ステップで２分割されたレーザビームのうちの第１レーザビームを２分割し、前記除去対象領域の低誘電物質の両側エッジ部分に照射する第４ステップ；及び
前記第３ステップで２分割されたレーザビームのうちの第２レーザビームを少なくとも２分割し、前記除去対象領域の低誘電物質のエッジの間の部分に照射する第５ステップ；
を含むレーザ加工方法。
【請求項４５】
前記第２ステップ後、前記対象物を加工方向の反対方向に移送するステップをさらに含むことを特徴とする請求項４４に記載のレーザ加工方法。
【請求項４６】
上部に低誘電物質が形成された対象物を加工するためのレーザ加工方法であって、
除去対象領域の低誘電物質のエッジ部分の位置及びエッジ間の間隔、レーザビームの出力電力を含む加工パラメータを設定する第１ステップ；
第１レーザビームを放出する第２ステップ；
前記第２ステップで放出された第１レーザビームを２分割し、前記除去対象領域の低誘電物質の両側エッジ部分に各々照射する第３ステップ；
第２レーザビームを放出する第４ステップ；及び
前記第４ステップで放出された第２レーザビームを前記除去対象領域の低誘電物質の２つのエッジの間の部分に照射する第５ステップ；
を含むことを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項４７】
前記第２ステップ又は前記第４ステップ後、前記対象物を加工方向の反対方向に移送するステップをさらに含むことを特徴とする請求項４４に記載のレーザ加工方法。
【請求項４８】
前記除去対象領域の低誘電物質の２つのエッジの間の部分に照射される少なくとも２分割されたレーザビームは、前記対象物の加工方向の垂直方向に羅列されることを特徴とする請求項４４又は４６に記載のレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザ加工装置及び方法に関し、より具体的には、ウェハー上に形成された低誘電（ｌｏｗ−ｋ）物質を効果的に除去するためのレーザ加工装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子製造工程においては、パターンの形成又は絶縁を目的に低誘電物質を用いている。このような低誘電物質は粘性が高いという特性があるため、後続工程において機械的方法によってウェハーを加工する場合、低誘電物質がソー（ｓａｗ）に付着してソー（ｓａｗ）を摩耗させるだけでなく、加工速度を低下させる問題がある。また、加工時に低誘電物質が塊りごとに除去される現象が発生して加工面が鋭くならず、除去対象領域以外の低誘電物質も除去されるために生産特性が低下する。
【０００３】
このような問題を防止するために、レーザを利用し、実際、ウェハー加工前、低誘電物質を優先的に除去する方策が研究された。一般的なレーザ加工時にはより狭い切断幅を実現することが目標であるが、低誘電物質の除去時には実際に低誘電物質を除去するためのメインカッティング幅、例えば、機械的Ｓａｗｉｎｇの幅より広い切断幅に加工しなければならない。
【０００４】
低誘電物質を除去するために提示されたレーザ加工方法としては、赤外線以上の波長帯を有するレーザを利用して６０μｍ以上の大きいスポットサイズで低誘電物質を除去する方法がある。この方法は、光学系構成を比較的容易に実現することができ、赤外線波長以上を有するレーザの出力電力が１００Ｗ以上に高いために加工電力を弾力的に適用できる長所がある。レーザ加工時のスポットサイズは次の［数１］のように決定される。
【０００５】
【数１】
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数１において、λはレーザの波長、Ｆは集光レンズの焦点距離、Ｄは集光レンズに入射されるレーザビームの口径である。
【０００６】
Ｍ２はレーザビームの品質を示す因子であって、Ｍ２≒πｗ（ｚ０）ｗ（ｚ）／ｚλで定義される。ここで、ｗ（ｚ）はレーザビームが進行した後のビームウエスト（ｗａｉｓｔ）、ｗ（ｚ０）はビームウエストの最小値である。一般的な光は進行するほど拡散されるが、レーザビームは進行しても拡散されない直進性がある。前記Ｍ２の定義式において、ｚを無限大に近づいてＭ２を誘導し、Ｍ２は１．０に近い値から３０以上の値まで様々な値になり得る。したがって、大概に波長が長いほどＭ２の値は増加し、Ｍ２の値が小さいレーザであるほどビームの品質が良い高価の装置である。
【０００７】
前記数１から分かるように、レーザの波長と集光レンズの焦点距離がレーザビームのスポットサイズを決定する。集光レンズの焦点距離は装置の設計をどのようにするかに応じて様々に設けることができ、加工時に発生する汚染からレンズを保護するための最小の焦点距離は２０ｍｍ程度であり、量産品はレーザの波長帯に応じて異なるが、集光レンズの焦点距離が５０〜３００ｍｍ程度である。赤外線以上の波長を有するレーザビームのスポットサイズは理論的には約１〜１０μｍ程度であり、紫外線や可視光線の波長を有するレーザビームのスポットサイズは約数百ｎｍ単位であって、前記数１に代入してみれば、波長が長いほど最小スポットサイズが増加することが分かる。
【０００８】
また、低誘電物質やパターン層を除去するために利用するＣＯ２レーザの場合、理論上、５０μｍのスポットサイズを有してもよく、理論的な限界値は５０±１０μｍ程度と予想される。
【０００９】
図１はＣＯ２レーザを利用した誘電物質除去時の問題点を説明するための図である。
図示したように、ＣＯ２レーザを利用して低誘電物質を除去した場合、ｍｅｌｔｉｎｇ現象によって加工エッジ（ｅｄｇｅ）部分（Ａ）が鋭くないことが分かる。さらに、半導体基板の主物質であるシリコンは、可視光線領域より波長の長いＣＯ２レーザが入射される場合に吸収率がほぼ０であって、大部分のビームがシリコンを加工することができず、移送装置に損傷をもたらす問題がある。
【００１０】
さらに、低誘電物質は、ウェハーの基板として用いられる物質、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓなどとは異なる機械的／光学的性質を有するため、レーザの波長、ビームサイズ、加工パラメータに応じて異なる反応を示し得るし、その差が加工の質を顕著に下げる場合もある。
したがって、レーザビームを利用して低誘電物質を除去する場合、ウェハーの種類が変化するか、加工部位の幅が変化する場合、集光レンズや光学系を新たに変更しなければならない煩わしさがある。
【００１１】
このように、低誘電物質をレーザ加工によって除去する方法が研究されているものの、前記のような問題点が存在するため、機械的加工による低誘電物質の除去に対する研究も行い続けられている。その結果、加工幅を減らす方法で機械的加工を行う場合、低誘電物質をより効果的に除去することができるという成果を得るようになった。しかし、この場合、加工物の大部分であるシリコンのような基板材質を加工する機械的ソー（ｓａｗ）の幅が大きい場合、すなわち、加工対象部位の幅が大きい場合、加工を複数回繰り返さなければならないため、加工速度が低下して非効率的な短所がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上述した問題点を解決するために導き出されたものであり、低誘電物質が形成されたウェハー加工時、除去対象領域の低誘電物質のエッジ部分をレーザビームによって除去した後、エッジ部分の間に残存する低誘電物質を除去することにより、対象物の加工効率を向上することができるビーム分割を利用したレーザ加工装置及び方法を提供することをその技術的課題とする。
【００１３】
また、本発明は、低誘電物質が形成されたウェハー加工時、除去対象領域の低誘電物質のエッジ部分をレーザビームによって１次的に除去すると同時に、エッジ部分の間に残存する低誘電物質をレーザを利用して除去することにより、対象物の加工効率と速度を改善することを他の技術的課題とする。
【００１４】
また、本発明は、低誘電物質が形成されたウェハー加工時、レーザビームを少なくとも４個に分割して、除去対象領域の両側エッジ部分に形成された低誘電物質と、エッジの間の部分の低誘電物質を同時に除去し、後続工程時に低誘電物質によって加えられる抵抗を最小化することができるレーザ加工装置及び方法を提供することをまた他の技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述した技術的課題を達成するための本発明の第１実施形態によるレーザ加工装置は、上部に低誘電物質が形成された対象物を加工するためのレーザ加工装置であって、レーザビームを放出するレーザ発生手段；及び前記レーザ発生手段から出射されるレーザビームを２分割して前記対象物に照射する光学系；を含み、前記光学系は、中心軸と平行するように所定距離離隔して切断された切断面が相互接触した１対の集光レンズで構成され、２分割されたレーザビームの間隔が除去対象領域の低誘電物質の２つのエッジ間の間隔になるように分割することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の第２実施形態によるレーザ加工装置は、上部に低誘電物質が形成された対象物を加工するためのレーザ加工装置であって、レーザビームを放出するレーザ発生手段；前記レーザ発生手段から出射されるレーザビームを２分割するビーム分割手段；前記ビーム分割手段によって分割された第１レーザビームを２分割するが、前記２分割されたレーザビームの間隔が除去対象領域の低誘電物質の２つのエッジ間の間隔になるように分割して前記対象物に照射する光学系；及び前記ビーム分割手段によって分割された第２レーザビームの伝達を受け、前記２つのエッジの間の低誘電物質に照射するようにするミラー；を含み、前記光学系は、中心軸と平行するように所定距離離隔して切断された切断面が相互接触した１対の集光レンズで構成されることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の第３実施形態によるレーザ加工装置は、上部に低誘電物質が形成された対象物を加工するためのレーザ加工装置であって、レーザビームを放出する第１レーザ発生手段；前記第１レーザ発生手段から出射されるレーザビームを２分割するが、前記２分割されたレーザビームの間隔が除去対象領域の低誘電物質の２つのエッジ間の間隔になるように分割して前記対象物に入射させる光学系；レーザビームを放出する第２レーザ発生手段；及び前記第２レーザ発生手段から出射されるレーザビームを前記２つのエッジの間の低誘電物質に照射されるようにするミラー；を含み、前記光学系は中心軸と平行するように所定距離離隔して切断された切断面が相互接触した１対の集光レンズで構成されることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の第４実施形態によるレーザ加工装置は、上部に低誘電物質が形成された対象物を加工するためのレーザ加工装置であって、レーザビームを放出するレーザ発生手段；前記レーザ発生手段から出射されるレーザビームを２分割する第１レーザビーム分割手段；前記第１レーザビーム分割手段から出射される第１レーザビームを２分割し、前記低誘電物質除去対象領域の両側エッジに照射する第２レーザビーム分割手段；及び前記第１レーザビーム分割手段から出射される第２レーザビームを少なくとも２分割し、前記除去対象領域のエッジの間の領域に照射する第３レーザビーム分割手段；を含む。
【００１９】
また、本発明の第５実施形態によるレーザ加工装置は、上部に低誘電物質が形成された対象物を加工するためのレーザ加工装置であって、レーザビームを放出する第１レーザ発生手段；前記第１レーザ発生手段から出射されるレーザビームを２分割し、前記低誘電物質除去対象領域の両側エッジに照射する第１レーザビーム分割手段；レーザビームを放出する第２レーザ発生手段；及び前記第２レーザ発生手段から出射される第２レーザビームを少なくとも２分割し、前記除去対象領域のエッジの間の領域に照射する第２レーザビーム分割手段；を含む。
【００２０】
一方、本発明の第１実施形態によるレーザ加工方法は、上部に低誘電物質が形成された対象物を加工するためのレーザ加工方法であって、中心軸と平行するように所定距離離隔して切断された切断面が相互接触した１対の集光レンズからなる光学系を提供する第１ステップ；除去対象領域の低誘電物質のエッジ部分の位置及びエッジ間の間隔、レーザビームの出力電力を含む加工パラメータを設定する第２ステップ；レーザビームを放出する第３ステップ；前記光学系を利用して前記レーザビームを２分割する第４ステップ；及び前記２分割されたレーザビームを前記除去対象領域の低誘電物質の２つのエッジ部分に各々照射する第５ステップ；を含む。
【００２１】
また、本発明の第２実施形態によるレーザ加工方法は、上部に低誘電物質が形成された対象物を加工するためのレーザ加工方法であって、中心軸と平行するように所定距離離隔して切断された切断面が相互接触した１対の集光レンズからなる光学系を提供する第１ステップ；除去対象領域の低誘電物質のエッジ部分の位置及びエッジ間の間隔、レーザビームの出力電力を含む加工パラメータを設定する第２ステップ；第１レーザビームを放出する第３ステップ；前記第３ステップで放出された第１レーザビームを前記光学系を利用して２分割する第４ステップ；及び前記第４ステップで２分割されたレーザビームを前記除去対象領域の低誘電物質の２つのエッジ部分に各々照射する第５ステップ；第２レーザビームを放出する第６ステップ；及び前記第６ステップで放出された第２レーザビームを前記２つのエッジの間の領域に照射する第７ステップ；を含む。
【００２２】
また、本発明の第３実施形態によるレーザ加工方法は、上部に低誘電物質が形成された対象物を加工するためのレーザ加工方法であって、除去対象領域の低誘電物質のエッジ部分の位置及びエッジ間の間隔、レーザビームの出力電力を含む加工パラメータを設定する第１ステップ；レーザビームを放出する第２ステップ；前記レーザビームを２分割する第３ステップ；前記第３ステップで２分割されたレーザビームのうちの第１レーザビームを２分割し、前記除去対象領域の低誘電物質の両側エッジ部分に照射する第４ステップ；及び前記第３ステップで２分割されたレーザビームのうちの第２レーザビームを少なくとも２分割し、前記除去対象領域の低誘電物質のエッジの間の部分に照射する第５ステップ；を含む。
【００２３】
本発明の第４実施形態によるレーザ加工方法は、上部に低誘電物質が形成された対象物を加工するためのレーザ加工方法であって、除去対象領域の低誘電物質のエッジ部分の位置及びエッジ間の間隔、レーザビームの出力電力を含む加工パラメータを設定する第１ステップ；第１レーザビームを放出する第２ステップ；前記第２ステップで放出された第１レーザビームを２分割し、前記除去対象領域の低誘電物質の両側エッジ部分に各々照射する第３ステップ；第２レーザビームを放出する第４ステップ；及び前記第４ステップで放出された第２レーザビームを前記除去対象領域の低誘電物質の２つのエッジの間の部分に照射する第５ステップ；を含む。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】ＣＯ２レーザを利用した低誘電物質除去時の問題点を説明するための図である。
【図２】本発明の第１実施形態によるレーザ加工装置の構成図である。
【図３】図３Ａ及び図３Ｂは、本発明に適用される光学系におけるレーザビームの分割原理を説明するための図である。
【図４】本発明に適用される光学系の一例示図である。
【図５】本発明の第１実施形態によるレーザ加工方法を説明するためのフローチャートである。
【図６】本発明の第２実施形態によるレーザ加工装置の構成図である。
【図７】本発明の第２実施形態によるレーザ加工方法を説明するためのフローチャートである。
【図８】本発明の第３実施形態によるレーザ加工装置の構成図である。
【図９】本発明の第３実施形態によるレーザ加工方法を説明するためのフローチャートである。
【図１０】本発明のレーザ加工装置を利用して低誘電物質を除去した結果を説明するための図である。
【図１１】図１１Ａ及び図１１Ｂは、複数のレーザビームを利用して低誘電物質を除去する概念を説明するための図である。
【図１２】本発明の第４実施形態によるレーザ加工装置の構成図である。
【図１３】図１２に適用されるビーム分割手段の一例示図である。
【図１４】図１２に適用されるビーム分割手段の一例示図である。
【図１５】図１２に適用されるビーム分割手段の一例示図である。
【図１６】図１２に適用されるビーム分割手段の一例示図である。
【図１７】プリズムを利用したビーム分割手段のビーム分割概念を説明するための図である。
【図１８】プリズムを利用したビーム分割手段のビーム分割概念を説明するための図である。
【図１９】プリズムを利用したビーム分割手段のビーム分割概念を説明するための図である。
【図２０】本発明の第４実施形態によるレーザ加工方法を説明するためのフローチャートである。
【図２１】本発明の第５実施形態によるレーザ加工装置の構成図である。
【図２２】本発明の第５実施形態によるレーザ加工方法を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態についてより具体的に説明する。
図２は本発明の第１実施形態によるレーザ加工装置の構成図である。
【００２６】
図示したように、本発明によるレーザ加工装置は、全体的な動作を制御するための制御部１１０、指定された口径のレーザビームを出力するためのレーザ発生手段１２０、ミラー１０を駆動するためのミラー駆動部１３０、加工パラメータ及び制御命令を入力するための入力部１４０、作動状態などの情報を表示するための出力部１５０、データ格納のための格納部１６０、レーザ発生手段１２０から出射されるレーザビームの進行方向を変更するミラー１０、及びミラー１０から反射されたレーザビームを集光及び分割し、除去対象領域の低誘電物質のエッジ部分に分割されたレーザビームを照射する光学系１２を含む。
また、上部に低誘電物質が形成された対象物１４はステージ１６に載置され、ステージ１６はステージ移送手段１８によって指定の方向に動く。
【００２７】
ここで、ミラー１０は反射ミラー又は多面鏡（ｐｏｌｙｇｏｎ  ｍｉｒｒｏｒ）として実現することができ、多面鏡として実現する場合、レーザビームの口径が多面鏡の複数の反射面をカバーするように反射面の数を制御して製作した多面鏡を利用することが好ましい。一方、多面鏡を利用したレーザ加工装置については、本出願人により、２００４年３月３１日付に大韓民国に出願されており（出願番号：１０−２００４−００２２２７０）、反射面の数を制御して製作する多面鏡を利用したレーザ加工装置については、本出願人により、２００４年８月１８日付に大韓民国に出願されており（出願番号：１０−２００４−００６５０６６）、それに対する詳細な説明は省略する。
【００２８】
また、レーザビームを集光及び分割するための光学系１２は２つの集光レンズを接触させて使用することができ、図３及び４を参照して説明すれば次の通りである。
図３Ａ及び３Ｂは本発明に適用される光学系におけるレーザビームの分割原理を説明するための図であり、図４は本発明に適用される光学系の一例示図である。
【００２９】
先ず、図３Ａは、集光レンズ２０にレーザビーム２２を入射させる時、レーザビーム２２の中心が集光レンズ２０の中心Ｃ１から右側に偏るように入射させた場合を示す。一方、図３Ｂは、レーザビーム２２の中心が集光レンズ２０の中心Ｃ１から左側に偏るように入射させた場合の集光結果を示す。
図３Ａ及び３Ｂから、レンズの中心Ｃ１とビームの中心を一致させないと集光レンズ２０を通過したレーザビームの集光位置が変化することが分かり、本発明においては、このような原理を利用して１つのレーザビームを２つに分割する。
【００３０】
図４は、２つの集光レンズ（３０ａ、３０ｂ）の一部を各々カッティングした後に接触させた状態で、接触された集光レンズ（３０ａ、３０ｂ）の接触面とレーザビーム３２の中心が一致するようにレーザビーム３２を入射させることにより、１つのレーザビーム３２が２つに分割される場合を示す。
【００３１】
より具体的には、集光レンズ（３０ａ、３０ｂ）各々の中心軸（Ｃ２、Ｃ３）から所定距離離隔した部分を中心軸（Ｃ２、Ｃ３）と平行するように切断し、切断後、中心軸（Ｃ２、Ｃ３）が含まれている集光レンズ（３０ａ、３０ｂ）の各切断面を接触させる。この時、各集光レンズ（３０ａ、３０ｂ）が接触面を中心に対称関係を有するように接触させることは勿論である。
【００３２】
このような状態で、２つの集光レンズ（３０ａ、３０ｂ）の接触面とレーザビーム３２の中心（Ｃｂ）が一致するようにレーザビームを入射させれば、各集光レンズ（３０ａ、３０ｂ）の中心軸（Ｃ２、Ｃ３）に各々レーザビームが集光され、１つのレーザビーム３２が２つに分割する効果を得るのである。
この時、集光レンズ（３０ａ、３０ｂ）のカッティング位置を調節することにより、あるいは入射されるレーザビーム３２の直径を調節することにより、分割レーザビーム間の間隔を変更することができる。
【００３３】
さらに、入射されるレーザビーム３２の直径は、接触した２つの集光レンズ（３０ａ、３０ｂ）の２つの中心軸（Ｃ２、Ｃ３）間の距離以上になることは勿論である。
一方、光学系１２から出射される各々のレーザビームを対象物１４に照射する前、円柱（Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ）レンズ（図示せず）を利用してレーザビームの断面形状を楕円に成形し、楕円の長軸が加工方向と一致するように制御すれば、より優れた加工効率を得ることができる。
【００３４】
図５は本発明の第１実施形態によるレーザ加工方法を説明するためのフローチャートである。
図２に示したレーザ加工装置を利用して対象物１４を加工する場合、先ず、入力部１４０によって加工パラメータを設定するが（Ｓ１０１）、このような設定過程は、加工対象物の種類及び加工形態に応じて既に設定されたメニューとして登録し、格納部１６０に格納しておき、メニューを呼び出して容易に遂行することができる。この時、例えば、除去対象低誘電物質のエッジ部分の位置、エッジ間の間隔、レーザビームの出力電力などがパラメータとして設定される。
【００３５】
加工パラメータの設定が完了すれば、ミラー駆動部１３０によってミラー１０の位置を調整し、レーザビームを放出するが（Ｓ１０３）、ミラー１０が多面鏡である場合、既に設定された回転速度に応じてミラー１０を定速回転させる。そして、制御部１１０はステージ移送手段１８を動作させ、対象物１４を指定の方向（例えば、レーザビームが対象物に照射される加工方向の反対方向）に移送し（Ｓ１０５）、レーザ発生手段１２０を制御することによって出射されるレーザビームはミラー１０を介して光学系１２に入射される。
【００３６】
対象物の移送は必須過程ではなく、対象物を加工方向の反対方向に移送する場合に加工速度を向上させることができる。
この時、レーザビームの中心が光学系１２を構成する２つのレンズの接触面と一致するようにし、レーザビームの直径は２つのレンズの中心軸間距離より大きくなるように制御することが好ましい。また、光学系１２に入射されたレーザビームは光学系１２を構成する２つのレンズの各焦点位置に応じて集光されて２つに分割され、対象物１４の表面に形成された低誘電物質の除去対象領域の２つのエッジ部分に垂直照射される（Ｓ１０７）。ここで、光学系１２を通過したビームは２つに分割されたビームであるため、除去対象領域の２つのエッジ部分を同時に加工することができる。
【００３７】
このようにして除去対象領域の低誘電物質のエッジ部分を除去した後、機械的方法又はレーザ加工方法を利用して２つのエッジの間に残存する低誘電物質を除去する（Ｓ１０９）。
本実施形態において、除去対象領域の低誘電物質のエッジ部分に対する加工と、２つのエッジの間に残存する低誘電物質の加工は独立に行われるが、２つの過程を同時に進行できるのであれば加工速度をより向上できると予想される。これについては、図６〜図９を参照して説明すれば次の通りである。
【００３８】
図６は本発明の第２実施形態によるレーザ加工装置の構成図である。
本実施形態によるレーザ加工装置は、図２に示したレーザ加工装置の構成要素に加え、レーザ発生手段１２０から出射されるレーザビームを分割するビーム分割手段１７０、ビーム分割手段１７０によって分割されたいずれか１つのレーザビームが入射される第２ミラー１１、及び第２ミラー１１の動作を制御する第２ミラー駆動部１３２をさらに含む。
【００３９】
より具体的には、ビーム分割手段１７０は、レーザ発生手段１２０から出射されるレーザビームを第１及び第２レーザビームの２つのビームに分割して、各々、第１ミラー１０及び第２ミラー１１に入射させる役割をし、第１ミラー１０に入射された第１レーザビームは、図２で説明したのと類似するように光学系１２において再び２つに分割され、除去対象低誘電物質のエッジ部分を加工する。
【００４０】
一方、第２ミラー１１に入射された第２レーザビームは、除去対象低誘電物質のエッジの間に存在する低誘電物質を除去するのに利用される。
本実施形態において、ビーム分割手段１７０は、１対のプリズム、ビーム分割器など、１つのレーザビームを２つに分割できる手段のうちのいずれか１つを利用して実現することができる。また、第２ミラー１１から出射されるレーザビームのスポットサイズは、除去対象領域の幅から、光学系１２から出射された分割レーザビームによって除去される２つのエッジの幅を差し引いた値に設定することが好ましい。
【００４１】
図７は本発明の第２実施形態によるレーザ加工方法を説明するためのフローチャートである。
上部に低誘電物質が形成された対象物の除去対象領域エッジとエッジとの間の残存物を同時に加工するために、先ず、加工対象物の種類及び加工形態に応じて加工パラメータを設定する（Ｓ２０１）。例えば、除去対象領域の低誘電物質のエッジ部分の位置及びエッジ間の間隔、第１及び第２レーザビームの出力電力などがパラメータとして設定される。
【００４２】
その後、レーザ発生手段１２０からレーザビームを放出し（Ｓ２０３）、次に、ステージ移送手段１８によってステージを動かして対象物１４を加工方向の反対方向に移送させる（Ｓ２０５）。対象物の移送は必須過程ではなく、対象物を加工方向の反対方向に移送する場合に加工速度を向上させることができる。
【００４３】
レーザ発生手段１２０から放出されたレーザビームはビーム分割手段１７０によって第１レーザビーム及び第２レーザビームの２つのビームに分割され、第１レーザビームは第１ミラー１０及び光学系１２を介して除去対象領域の低誘電物質の２つのエッジに入射され、これによってエッジ部分が除去される。これと同時に、第２レーザビームは第２ミラー１１を介して除去対象領域の低誘電物質の２つのエッジの間に照射され、２つのエッジの間に残存する低誘電物質を除去する（Ｓ２０７）。
【００４４】
図８は本発明の第３実施形態によるレーザ加工装置の構成図である。
本実施形態によるレーザ加工装置は、図２に示したレーザ加工装置の構成要素に加え、第２レーザ発生手段１２２、第２ミラー１１、及び第２ミラー駆動部１３２をさらに含む。
【００４５】
図２にて説明したのと類似するように、第１レーザ発生手段１２０から放出される第１レーザビームは、第１ミラー１０を介して光学系１２に入射される。光学系１２は中心軸から所定距離離隔した部分を中心軸と平行するように切断した２つの集光レンズの切断面を接触させて構成することができ、レーザビームの中心を集光レンズの接触面と一致させる場合、１つのレーザビームが２つに分割される。光学系１２によって分割されたレーザビームは除去対象領域の低誘電物質の２つのエッジ部分に照射され、２つのエッジ部分の低誘電物質を除去する。
【００４６】
一方、第２レーザ発生手段１２２から放出される第２レーザビームは、第２ミラー１１によって反射されて対象物１４に照射される。この時、第２レーザビームは除去対象領域の低誘電物質の２つのエッジの間に照射され、分割された第１レーザビームによって２つのエッジが除去された後にエッジの間に残存する低誘電物質を除去する。
【００４７】
ここで、第２レーザ発生手段１２２は第１レーザ発生手段１２０が駆動された後に所定時間が経過した後に駆動されることが好ましく、第２レーザ発生手段１２２から放出されるレーザビームのスポットサイズは、除去対象領域の幅から、分割された第１レーザビームによって除去される２つのエッジの幅を差し引いた値に設定することが好ましい。
一方、第２レーザ発生手段１２２から放出されるレーザは、ＵＶ  ＶｉＳ（ＵｌｔｒａＶｉｏｌｅｔ  Ｖｉｓｉｂｌｅ）、ＩＲ（ＩｎｆｒａＲｅｄ）、ＣＯ２レーザのうちのいずれか１つであってもよい。
【００４８】
図９は本発明の第３実施形態によるレーザ加工方法を説明するためのフローチャートである。
上部に低誘電物質が形成された対象物の除去対象領域のエッジとエッジとの間の残存物を同時に加工するために、先ず、加工対象物の種類及び加工形態に応じて加工パラメータを設定する（Ｓ３０１）。例えば、除去対象領域の低誘電物質のエッジ部分の位置及びエッジ間の間隔、第１及び第２レーザビームの出力電力などがパラメータとして設定される。
【００４９】
その後、第１レーザ発生手段１２０から第１レーザビームを放出し（Ｓ３０３）、次に、ステージ移送手段１８によってステージを動かして対象物１４を加工方向の反対方向に移送させる（Ｓ３０５）。対象物の移送は必須過程ではなく、対象物を加工方向の反対方向に移送する場合に加工速度を向上させることができる。
【００５０】
第１レーザ発生手段１２０から放出されたレーザビームは、第１ミラー１０及び光学系１２を介して除去対象領域の低誘電物質の２つのエッジに入射され、これによってエッジ部分が除去される（Ｓ３０７）。
その次、第２レーザ発生手段１２２から第２レーザビームを放出し（Ｓ３０９）、第２レーザビームは第２ミラー１１を介して除去対象領域の低誘電物質の２つのエッジの間に照射され、２つのエッジの間に残存する低誘電物質を除去する（Ｓ３１１）。
【００５１】
このように、除去対象領域の低誘電物質のエッジ部分を除去すると同時に２つのエッジの間に残存する低誘電物質を除去することにより、高速動作を維持しつつ、優れた加工特性を有する対象物を加工することができる。
【００５２】
図１０は本発明のレーザ加工装置を利用して低誘電物質を除去した結果を説明するための図である。
図１０を参照すれば、全体ソーレーン（ｓａｗ  ｌａｎｅ）（Ｂ）上の低誘電物質のうちの除去対象低誘電物質が形成された領域（Ｋ）の２つのエッジ（Ｄ１、Ｄ２）を図３に示したレーザ加工装置を利用して除去し、残りの低誘電物質（Ｅ）は後続する機械的加工又はレーザ加工方法によって除去する。
【００５３】
図示したように、除去対象領域の低誘電物質のエッジ部分（Ｄ１、Ｄ２）が除去され、下部基板が露出したことが分かる。２つのエッジ部分（Ｄ１、Ｄ２）の間には低誘電物質が残存しており、これは、後続する機械的加工又はレーザ加工方法によって除去することができる。
【００５４】
先ず、エッジ部分の低誘電物質が２つに分割されたレーザビームによって同時に除去され、除去対象領域を定義しておくため、後続工程で低誘電物質を除去する時に除去対象領域以外の低誘電物質が除去されることを防止することができ、図１０から分かるように、エッジ部分が正確で鋭く加工されるために製造特性を向上させることができる。
【００５５】
以上では、低誘電物質が形成された対象物を加工するために、レーザビームを２分割して除去対象領域のエッジ部分を除去することと、エッジ部分を除去すると同時に（又は後続して）エッジの間の部分の低誘電物質を除去することについて説明した。
【００５６】
しかし、レーザビームを２分割してエッジ部分の低誘電物質を除去すると同時に（又は後続して）、レーザビームを利用してエッジの間の部分の低誘電物質を除去する時、エッジの間の部分の間隔に応じてレーザビームの口径を調節しなければならない。すなわち、図６及び図８において、第２ミラー１１から出射されるレーザビームの口径は、除去対象領域の幅から、２分割されたレーザビームによって除去される両側エッジの幅を差し引いた大きさを有しなければならない。
【００５７】
この時、エッジの間の部分の間隔が広い場合、レーザビームの口径も増加してレーザビームの強度が弱くなり、よって、エッジ部分の低誘電物質を除去した後にもエッジの間の部分には依然として低誘電物質が残り得る。
よって、エッジ部分の低誘電物質を除去した後に残存する低誘電物質を除去する時、低誘電物質によってブレードに加えられる物理的な力の抵抗によってブレードの進行速度を一定レベル以上に保障することができない。
【００５８】
したがって、本発明の他の実施形態においては、２分割された第１レーザビームを利用してエッジ部分の低誘電物質を除去すると同時に、少なくとも２分割された第２レーザビームを利用してエッジの間の部分の低誘電物質の体積を減少させる。これにより、ブレードを利用した後続工程において、ライン加工後に残っている低誘電物質がブレードに加える物理的な力の抵抗を最小化することができる。
【００５９】
図１１Ａ及び１１Ｂは複数のレーザビームを利用して低誘電物質を除去する概念を説明するための図である。
先ず、図１１Ａは半導体基板１０１の上に低誘電物質１０３が形成され、指定の領域にチップ１０５が形成された状態を示す。
【００６０】
チップ１０５間の分離のために低誘電物質を除去する場合、図１１Ｂに示すように、除去対象領域エッジ部分１０７の低誘電物質を除去し、これと同時にエッジの間の領域１０９の低誘電物質の少なくとも一部をライン加工する。
このようにする場合、ブレードを利用した後続工程時に低誘電物質による抵抗を最小化することができる。
【００６１】
図１２は本発明の第４実施形態によるレーザ加工装置の構成図である。
本実施形態によるレーザ加工装置は、レーザ発生手段１２０から出射されるレーザビームを２分割する第１ビーム分割手段１７２、第１ビーム分割手段から出射される第１レーザビームを２分割し、除去対象領域のエッジ部分に照射されるようにするための第２ビーム分割手段１７４、及び第１ビーム分割手段１７２から出射される第２レーザビームを少なくとも２分割し、除去対象領域のエッジの間の部分に照射されるようにするための第３ビーム分割手段１７６を含む。
【００６２】
これにより、第２ビーム分割手段１７４によって２分割されたレーザビームは、第１ミラー１０を介し、集光レンズとしての光学系１３を介して、対象物１４のエッジ部分に照射される。これと同時に、第３ビーム分割手段１７６によって少なくとも２分割されたレーザビームは、第２ミラー１１を介し、光学系１３を介して、対象物１４のエッジの間の部分に照射され、分割された各々のレーザビームは加工方向の垂直方向に羅列される。
【００６３】
このために、第２ビーム分割手段１７４によって分割されるビームの間隔は除去対象領域の間隔になるように制御する。また、第３ビーム分割手段１７６から出射される少なくとも２つ以上のレーザビームは、第２ビーム分割手段１７４から出射される２つのレーザビームの間に位置するように制御される。
【００６４】
レーザ発生手段１２０から出射されるレーザビームを２分割するための第１ビーム分割手段１７２、又は第１ビーム分割手段１７２から出射される第１レーザビームを２分割するための第２ビーム分割手段１７４は、図４に示した光学系１２、又は図１３及び図１４に示したビーム分割手段のうちのいずれか１つを利用して構成することができる。
【００６５】
さらに、第１ビーム分割手段１７２から出射される第２レーザビームを少なくとも２分割するための第３ビーム分割手段１７６は、レーザビームの分割個数に応じて、図４、図１３〜図１６に示したビーム分割手段のうちのいずれか１つを利用して構成することができる。
【００６６】
以下、レーザビームを２分割、３分割、又は４分割するためのビーム分割手段の構成例を説明する。
先ず、図１３Ａ及び１３Ｂはプリズムを利用してレーザビームを２分割するためのものであり、レーザビームを反射させる第１ミラー２０１、第１ミラー２０１から反射されたレーザビームを２分割するプリズムモジュール２０２、及びプリズムモジュール２０２によって２分割されたビームを反射させる第２ミラー２０３を含む。
【００６７】
ここで、第１ミラー２０１はプリズムモジュール２０２にレーザビームを入射させる役割をし、プリズムモジュール２０２はその配置に応じて分割された２つのビームが対称となるようにする。第２ミラー２０３はプリズムモジュール２０２から出射されたビームの光軸が第１ミラー２０１に入射されるレーザビームの光軸と水平になるように光軸を制御し、第２ミラー２０３から反射されたレーザビームはまた他のビーム分割手段又はミラー（１０，１１）に入射される。
【００６８】
このようなビーム分割手段によって分割されたレーザビーム断面の一例は図１３Ｂに示す通りである。半円形状の２つのレーザビーム間の間隔は、プリズムモジュール２０２のビーム屈折程度に応じて変更することができる。
【００６９】
一方、図１４Ａ及び１４Ｂはビーム分割器を利用してレーザビームを２分割する場合を示し、このためのビーム分割手段は、入射されるレーザビームを２分割するビーム分割器２１１、ビーム分割器２１１から反射された第１レーザビームの偏光特性を変換するための偏光器２１２、ビーム分割器２１１を透過した第２レーザビームを反射させるための第１ミラー２１４、第１ミラー２１４から反射された第２レーザビームを反射させるための第２ミラー２１５、及び偏光器２１２によって偏光特性が変換された第１レーザビームを反射させ、第２ミラー２１５から反射された第２レーザビームを透過させるための偏光ビーム分割器２１３を含む。
【００７０】
このようなビーム分割手段において、第１及び第２レーザビームの断面の一例は図１４Ｂの通りであり、２つのレーザビーム間の間隔は第２ミラー２１５の位置を変更することによって自由に制御することができる。
さらに、偏光ビーム分割器２１３から出射されるレーザビームの光軸は、ビーム分割器２１１に入射されるレーザビームの光軸と平行になるように制御することは勿論である。
【００７１】
また、偏光器２１２としては、水平線偏光（Ｐ偏光）を垂直線偏光（Ｓ偏光）に変換する偏光器を利用することができ、偏光ビーム分割器２１３としては、Ｐ偏光は透過させ、Ｓ偏光は反射させる偏光ビーム分割器を利用することができる。
【００７２】
図１５Ａ及び１５Ｂはレーザビームを３分割するためのビーム分割手段の一例示図である。
本実施形態によるビーム分割手段は、ビーム分割器を介してレーザビームを２分割した後、２分割されたレーザビームのうちのいずれか１つをプリズムを利用して再び２分割し、その結果としてレーザビームが３分割される。
【００７３】
図１５Ａを参照すれば、入射されるレーザビームを２分割するビーム分割器２２１、ビーム分割器２２１から反射されたレーザビームの偏光特性を変換するための偏光器２２２、偏光器２２２によって偏光変換されたレーザビームを第１及び第２レーザビームに２分割するためのプリズムモジュール２２３、ビーム分割器２２１を透過した第３レーザビームを反射させるための第１ミラー２２５、第１ミラー２２５から反射された第３レーザビームを反射させるための第２ミラー２２６、プリズムモジュール２２３から出射される第１及び第２レーザビームを反射させ、第２ミラー２２６を介して入射される第３レーザビームを透過させるための偏光ビーム分割器２２４を含んで構成される。
【００７４】
本実施形態によるビーム分割手段によって分割されたレーザビームの断面の一例は図１５Ｂの通りであり、プリズムモジュール２２３の屈折度を制御して第１及び第２レーザビーム間の間隔を調節する一方、プリズムモジュール２２３の配列を制御して２つのレーザビームが対称になるようにすることができ、第２ミラー２２６の位置を制御して第３レーザビームの位置を調節することができる。
ここで、偏光器２２２としては、水平線偏光（Ｐ偏光）を垂直線偏光（Ｓ偏光）に変換する偏光器を利用することができ、偏光ビーム分割器２２３としては、Ｐ偏光は透過させ、Ｓ偏光は反射させる偏光ビーム分割器を利用することができる。
【００７５】
図１６Ａ及び１６Ｂはレーザビームを４分割するためのビーム分割手段の一例示図である。
本実施形態は、１つのレーザビームをプリズムを利用して２分割した後、２分割されたレーザビームをビーム分割器によって各々２分割し、総４個のレーザビームに分割する。
【００７６】
図１６Ａを参照すれば、入射されるレーザビームを２分割するためのプリズムモジュール２３１、プリズムモジュール２３１によって２分割されたビームを各々２分割して反射及び透過させるためのビーム分割器２３２、ビーム分割器２３２から反射された第１及び第２レーザビームの偏光特性を変換するための偏光器２３３、ビーム分割器２３２を透過した第３及び第４レーザビームを反射させるための第１ミラー２３５、第１ミラー２３５から反射されたレーザビームを反射させるための第２ミラー２３６、及び偏光器２３３によって偏光特性が変換された第１及び第２レーザビームを反射させ、第２ミラー２３６を介して入射された第３及び第４レーザビームを透過させるための偏光ビーム分割器２３４からなる。
【００７７】
本実施形態によるレーザビーム分割手段によって分割されたレーザビームの断面の一例は図１６Ｂの通りであり、第１〜第４レーザビームの間隔はプリズムモジュール２３１の屈折度又は第２ミラー２３６の配置を制御することによって変更可能である。但し、第２ミラー２３６から反射されるレーザビームの光軸がプリズム２３１に入射されるレーザビームの光軸と平行をなすことは勿論である。
【００７８】
このように、本発明においては、第２ビーム分割手段１７４によって２分割されたレーザビームを加工対象領域のエッジ部分（図１１Ｂの１０７）に照射し、第３ビーム分割手段１７６によって２〜４分割されたレーザビームの各々を加工対象領域のエッジの間の部分（図１１Ｂの１０９）に照射する。これにより、レーザビームによって低誘電物質を１次的に除去してレーザビームの体積を減少させた状態で、ブレードを利用して残りの低誘電物質を容易に除去することができる。
【００７９】
図１３、図１５、及び図１６に示したビーム分割手段に利用されたプリズムモジュール（２０２，２２３，２３１）は１対の三角プリズムで構成することができ、その一例を図１７に示す。
図１７〜図１９はプリズムを利用したビーム分割手段のビーム分割概念を説明するための図である。
【００８０】
先ず、図１７はプリズムモジュール（２０２，２２３，２３１）の一例示図であり、入射されるレーザビームを２つに分割する第１プリズム３０１、及び第１プリズムによって分割されたレーザビームが相互平行するようにビームの方向を変更する第２プリズム３０３からなる。
第１及び第２プリズム（３０１，３０３）の折り畳み（ｆｏｌｄｉｎｇ）角度は各々１２０度にすることが好ましい。
【００８１】
このようなプリズムモジュールにおいて、第１プリズム３０１と第２プリズム３０３間の間隔（Ｄ）を制御することにより、分割された２つのレーザビームの大きさを調節することができる。さらに、第２プリズム３０３の光軸Ｘを調整することにより、分割された２つのレーザビーム間の間隔を変更することができる。
【００８２】
図１８及び図１９はプリズム間の間隔に応じた分割ビームの離隔程度を説明するための図である。
先ず、図１８は第２プリズム３０３を時計方向に５°及び１０°回転させた場合を示す。
【００８３】
第１及び第２プリズム（３０１，３０３）の光軸が同一である場合、プリズムモジュールによって分割されたレーザビームは平行した状態で集光レンズに入射され、１つのビームとして集束される。これにより、ビーム分割の効果を得ることができないため、本発明においては、分割された２つのビームの発散角度を変更させることによって分割ビームの間隔を調節する。
【００８４】
図１９は第２プリズムを反時計方向に５°及び１０°回転させた場合を示す。
図１８及び図１９から分かるように、第２プリズム３０３を光軸Ｘに沿って微細調整することにより、分割された２つのレーザビームの間隔を変更することができる。
【００８５】
以上で説明した本発明の第４実施形態によるレーザ加工装置を利用したレーザ加工方法を説明すれば次の通りである。
図２０は本発明の第４実施形態によるレーザ加工方法を説明するためのフローチャートである。
【００８６】
先ず、入力部１４０を介して加工パラメータを設定し（Ｓ４０１）、このような設定過程は、加工対象物の種類及び加工形態に応じて既に設定されたメニューとして登録し、格納部１６０に格納しておき、メニューを呼び出して容易に遂行することができる。この時、例えば、除去対象低誘電物質のエッジ部分の位置、エッジ間の間隔、レーザビームの出力電力などがパラメータとして設定される。
【００８７】
加工パラメータの設定が完了すれば、第１ミラー駆動部１３０によって第１ミラー１０の位置を調整し、レーザビームを放出するが（Ｓ４０３）、第１ミラー１０が多面鏡である場合、既に設定した回転速度に応じて第１ミラー１０は定速回転する。そして、制御部１１０は、ステージ移送手段１８を動作させ、対象物１４を指定の方向（例えば、レーザビームが対象物に照射される加工方向の反対方向）に移送する（Ｓ４０５）。
【００８８】
この時、対象物の移送は必須過程ではなく、対象物を加工方向の反対方向に移送する場合に加工速度を向上させることができる。
その後、レーザ発生手段１２０を制御することにより、出射されるレーザビームは第１ビーム分割手段１７２によって１次分割され、各々、第２レーザビーム分割手段１７４及び第３レーザビーム分割手段１７６に入射される（Ｓ４０７）。
【００８９】
ステップＳ４０７で分割された第１レーザビームは、第２レーザビーム分割手段１７４によって２つのレーザビームに再分割され（Ｓ４０９−１）、除去対象領域の２つのエッジ部分に入射され（Ｓ４１１−１）、ステップＳ４０７で分割された第２レーザビームは、第３レーザビーム分割手段１７６によって少なくとも２つのレーザビームに再分割され（Ｓ４０９−２）、除去対象領域のエッジの間の部分に入射される（Ｓ４１１−２）。
これにより、分割されたレーザビームによって、除去対象領域のエッジ部分及びエッジの間の部分に形成された低誘電物質が同時に除去される（Ｓ４１３）。
【００９０】
以上では、レーザビームを１次分割し、それを各々２次分割することによって低誘電物質を除去することについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
すなわち、レーザビームを１次分割する代わりに２つのレーザ発生装置を利用するなどの様々な変形が可能である。
【００９１】
図２１は本発明の第５実施形態によるレーザ加工装置の構成図である。
本実施形態によるレーザ加工装置は、第１レーザ発生手段１２０から出射されるレーザビームを２分割し、除去対象領域のエッジ部分に照射されるようにするための第１ビーム分割手段１８０、及び第２レーザ発生手段１２２から出射されるレーザビームを少なくとも２分割し、除去対象領域のエッジの間の部分に照射されるようにするための第２ビーム分割手段１８２を含む。
【００９２】
これにより、第１ビーム分割手段１８０によって２分割されたレーザビームは、第１ミラー１０を介し、集光レンズとしての光学系１３を介して、対象物１４のエッジ部分に照射される。これと同時に、第２ビーム分割手段１８２によって少なくとも２分割されたレーザビームは、第２ミラー１１を介し、光学系１３を介して、対象物１４のエッジの間の部分に照射され、分割された各々のレーザビームは加工方向の垂直方向に羅列される。
レーザビームを２分割、３分割、又は４分割する原理は、上述した図４、図１３〜図１６と類似するので具体的な説明は省略する。
【００９３】
図２２は本発明の第５実施形態によるレーザ加工方法を説明するためのフローチャートである。
図２１に示したレーザ加工装置を利用して対象物を加工するために、先ず、入力部１４０を介して加工パラメータを設定し（Ｓ５０１）、このような設定過程は、加工対象物の種類及び加工形態に応じて既に設定されたメニューとして登録し、格納部１６０に格納しておき、メニューを呼び出して容易に遂行することができる。
【００９４】
加工パラメータの設定が完了すれば、第１及び第２ミラー駆動部（１３０、１３２）によって各々第１及び第２ミラー（１０、１１）の位置を調整し、第１及び第２レーザビームを放出するが（Ｓ５０３−１、Ｓ５０３−２）、第１及び第２ミラー（１０、１１）が多面鏡である場合、既に設定した回転速度に応じて定速回転する。そして、制御部１１０は、ステージ移送手段１８を動作させ、対象物１４を指定の方向（例えば、レーザビームが対象物に照射される加工方向の反対方向）も移送する（Ｓ５０５）。
この時、対象物の移送は必須過程ではなく、対象物を加工方向の反対方向に移送する場合に加工速度を向上させることができる。
【００９５】
その後、第１レーザ発生手段１２０から出射されるレーザビームは、第１ビーム分割手段１８０によって２分割され（Ｓ５０７−１）、除去対象領域の２つのエッジ部分に入射され（Ｓ５０９−１）、第２レーザ発生手段１２２から出射されるレーザビームは、第２ビーム分割手段１８２によって少なくとも２分割され（Ｓ５０７−２）、除去対象領域のエッジの間の部分に入射される（Ｓ５０９−２）。
これにより、分割されたレーザビームによって、除去対象領域のエッジ部分及びエッジの間の部分に形成された低誘電物質が同時に除去される（Ｓ５１１）。
【００９６】
本実施形態においては第１及び第２レーザビームを同時に放出することについて説明したが、第１レーザビームを優先的に放出してエッジ部分の低誘電物質を除去し、次に第２レーザビームを放出してエッジの間の部分の低誘電物質を除去することができることは勿論である。
【００９７】
一方、本発明の第４及び第５実施形態において、第１及び第２ミラー（１０，１１）は多面鏡を利用して構成することができ、特に、レーザビームの口径が多面鏡の複数の反射面をカバーするように反射面の数を制御することが好ましい。
【００９８】
一方、レーザビームを少なくとも４分割し、そのうちの２つのビームは除去対象部分のエッジ部分に照射し、残りのビームは除去対象部分のエッジの間の領域に照射する場合、残留する低誘電物質を完全に除去するための後続工程時に低誘電物質による物理的な力の抵抗を最小化することができ、優れた加工特性及び加工速度を得ることができる利点がある。
【００９９】
このように、本発明が属する技術分野の当業者は、本発明がその技術的思想や必須特徴を変更することなく、他の具体的な形態で実施できるということを理解するはずである。よって、以上で記述した実施形態は全ての面で例示的であって、限定的なものではないことを理解しなければならない。本発明の範囲は前記した詳細な説明よりは後述する特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の意味及び範囲そしてその等価概念から導き出される全ての変更又は変形された形態は本発明の範囲に含まれると解釈しなければならない。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明によれば、レーザビームを利用して低誘電物質を除去する時、光学系の構成を大きく変更しなくても、除去対象低誘電物質のエッジ部分を除去した後に残留する低誘電物質を除去することにより、加工速度と生産性を向上させることができる。
【０１０１】
また、レーザビームを２つ以上に分割して低誘電物質のエッジ部分を除去すると同時にエッジの間の部分の低誘電物質を複数のレーザビームを介して除去することにより、対象物の加工効率をより改善することができる。
【０１０２】
一方、レーザビームを少なくとも４分割し、そのうちの２つのビームは除去対象部分のエッジ部分に照射し、残りのビームは除去対象部分のエッジの間の領域に照射する場合、残留する低誘電物質を完全に除去するための後続工程時に低誘電物質による物理的な力の抵抗を最小化することができ、優れた加工特性及び加工速度を得ることができる利点がある。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【国際調査報告】
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