펨토초 레이저를 이용한 어블레이션은 microelectronic, optoelectronic 및 MEMS 등의 부품 미세 가공에 있어 중요한 공정이다. 실리콘은 반도체 산업 등에서 가장 많이 쓰이는 재료이며 최근 미세가공 수요가 급격히 증대되고 있다. 논문에서는 펨토초 레이저를 이용한 실리콘의 어블레이션 현상에 대해 연구하였다. 펨토초 레이저는 파장 800 nm, 펄스폭 150 fs, 반복율 1 kHz인 레이저를 이용하였고 시료는 광학 현미경과 ...
펨토초 레이저를 이용한 어블레이션은 microelectronic, optoelectronic 및 MEMS 등의 부품 미세 가공에 있어 중요한 공정이다. 실리콘은 반도체 산업 등에서 가장 많이 쓰이는 재료이며 최근 미세가공 수요가 급격히 증대되고 있다. 논문에서는 펨토초 레이저를 이용한 실리콘의 어블레이션 현상에 대해 연구하였다. 펨토초 레이저는 파장 800 nm, 펄스폭 150 fs, 반복율 1 kHz인 레이저를 이용하였고 시료는 광학 현미경과 전자현미경을 이용하여 측정 분석하였다. 레이저 출력에 따른 어블레이션 깊이를 측정하였으며 이를 토대로 단일 펄스에서의 어블레이션 문턱 값을 추정하였다. 또한 어블레이션 문턱 값 부근에서 주기적인 ripple 구조를 관측하였다. 이 실험을 통해 레이저 출력이 0.8-1.5 J/㎠ 범위일 때 주위에 열 손상을 일으키지 않고 실리콘 기판을 어블레이션 할 수 있는 최적의 출력 범위임을 알아내었다. 실리콘의 광학적 침투 깊이는 파장에 따라 크게 변화하므로 열 손상을 일으키지 않고 어블레이션할 수 있는 최적의 레이저 출력 범위는 파장이 길어짐에 따라 증가할 것으로 예측하였다. 마지막으로 열 손상을 일으키지 않고 낮은 레이저 출력 범위에서의 어블레이션 속도를 증가시키기 위해서는 레이저 반복율이 높은 펨토초 레이저를 사용해야 한다는 것을 알아내었다.
펨토초 레이저를 이용한 어블레이션은 microelectronic, optoelectronic 및 MEMS 등의 부품 미세 가공에 있어 중요한 공정이다. 실리콘은 반도체 산업 등에서 가장 많이 쓰이는 재료이며 최근 미세가공 수요가 급격히 증대되고 있다. 논문에서는 펨토초 레이저를 이용한 실리콘의 어블레이션 현상에 대해 연구하였다. 펨토초 레이저는 파장 800 nm, 펄스폭 150 fs, 반복율 1 kHz인 레이저를 이용하였고 시료는 광학 현미경과 전자현미경을 이용하여 측정 분석하였다. 레이저 출력에 따른 어블레이션 깊이를 측정하였으며 이를 토대로 단일 펄스에서의 어블레이션 문턱 값을 추정하였다. 또한 어블레이션 문턱 값 부근에서 주기적인 ripple 구조를 관측하였다. 이 실험을 통해 레이저 출력이 0.8-1.5 J/㎠ 범위일 때 주위에 열 손상을 일으키지 않고 실리콘 기판을 어블레이션 할 수 있는 최적의 출력 범위임을 알아내었다. 실리콘의 광학적 침투 깊이는 파장에 따라 크게 변화하므로 열 손상을 일으키지 않고 어블레이션할 수 있는 최적의 레이저 출력 범위는 파장이 길어짐에 따라 증가할 것으로 예측하였다. 마지막으로 열 손상을 일으키지 않고 낮은 레이저 출력 범위에서의 어블레이션 속도를 증가시키기 위해서는 레이저 반복율이 높은 펨토초 레이저를 사용해야 한다는 것을 알아내었다.
Femtosecond laser ablation is an important process in micro- and nano-machining of microelectronic, optoelectronic, biophotonic and MEMS components. In particular, the machining of silicon wafer, which now becomes very thin for mobile applications (25-50 thick), is an essential part in manufacturing...
Femtosecond laser ablation is an important process in micro- and nano-machining of microelectronic, optoelectronic, biophotonic and MEMS components. In particular, the machining of silicon wafer, which now becomes very thin for mobile applications (25-50 thick), is an essential part in manufacturing semiconductors. Since it is nearly impossible to cut such thin silicon wafers with a mechanical saw, a new cutting method is required. In this thesis, laser ablation using femtosecond laser pulses was studied as a possible cutting tool. The laser ablation of silicon wafer was performed with 150 fs laser pulses at 800 nm and the results of the ablation were investigated using optical and scanning electron microscopy. We found that at low laser fluence, the ablation depth correlated with the length of optical penetration. At higher laser fluence, however, the thermal diffusion length of charge carriers determined the depth of the ablation. The threshold laser fluence for the ablation of silicon wafer at 800 nm was measured to be 0.17 J. We suggested that the femtosecond laser pulses at longer wavelength and with high repetition rate is necessary to increase the cutting speed.
Femtosecond laser ablation is an important process in micro- and nano-machining of microelectronic, optoelectronic, biophotonic and MEMS components. In particular, the machining of silicon wafer, which now becomes very thin for mobile applications (25-50 thick), is an essential part in manufacturing semiconductors. Since it is nearly impossible to cut such thin silicon wafers with a mechanical saw, a new cutting method is required. In this thesis, laser ablation using femtosecond laser pulses was studied as a possible cutting tool. The laser ablation of silicon wafer was performed with 150 fs laser pulses at 800 nm and the results of the ablation were investigated using optical and scanning electron microscopy. We found that at low laser fluence, the ablation depth correlated with the length of optical penetration. At higher laser fluence, however, the thermal diffusion length of charge carriers determined the depth of the ablation. The threshold laser fluence for the ablation of silicon wafer at 800 nm was measured to be 0.17 J. We suggested that the femtosecond laser pulses at longer wavelength and with high repetition rate is necessary to increase the cutting speed.
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